關(guān)于高速鐵路聯(lián)鎖系統(tǒng)遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)的研究

北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 謝 天

在目前中國高速鐵路系統(tǒng)的運(yùn)輸操作模式中，基本是以車站為單位設(shè)置車站工作點(diǎn)，設(shè)立聯(lián)鎖操作終端。隨著時代的發(fā)展，取消既有站點(diǎn)，更改為中心集控操作管理的需求日益明顯。目前，國內(nèi)高速鐵路中的遠(yuǎn)程集控是通過單站與單站間的光纖傳輸實(shí)現(xiàn)，但對于高鐵多車站集控的案例還未有過。本文根據(jù)運(yùn)輸維護(hù)部門提出的高鐵運(yùn)輸集控操作需求，對京滬高鐵遠(yuǎn)程集控終端進(jìn)行設(shè)計(jì)，優(yōu)化遠(yuǎn)程控顯數(shù)據(jù)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，降低運(yùn)維成本，提高方案的可用性和易用性。

京滬高鐵由北京南站至上海虹橋站，全長1318km，設(shè)24個車站，是一條連接北京市與上海市的高速鐵路，也是《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》中“八縱八橫”高速鐵路主通道之一。京滬鐵路2011年6月30日全線正式通車，截至2020年12月，京滬高速鐵路已開通運(yùn)營9周年，共發(fā)送旅客13億人次。

為了降低高速鐵路運(yùn)營維護(hù)成本，京滬運(yùn)輸維護(hù)部門提出以車站集控大廳的模式，將線路中各車站包括聯(lián)鎖、CTC等所有相關(guān)終端操作設(shè)備放置在集控大廳中，實(shí)現(xiàn)車務(wù)人員集中辦公綜合管理的需求。在相關(guān)終端設(shè)備中，聯(lián)鎖系統(tǒng)因?yàn)闆]有既有通信通道，集控功能實(shí)現(xiàn)最為困難。為應(yīng)對車站用戶的需求，本文利用現(xiàn)有的系統(tǒng)架構(gòu)，在不影響在用系統(tǒng)功能的前提下，設(shè)計(jì)出一套實(shí)用的高速鐵路多車站聯(lián)鎖系統(tǒng)遠(yuǎn)程集控方案。

1 傳統(tǒng)方案研究

目前高鐵線路存在遠(yuǎn)程集控的案例，但都是以線路所為主的單站遠(yuǎn)程集控，且集控站與本地站距離不超過80km，局限性很大。傳統(tǒng)遠(yuǎn)程控顯系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

從圖1中可看出遠(yuǎn)程端設(shè)備是通過兩個光纖網(wǎng)絡(luò)將本地端操作顯示界面的信息同步傳送到遠(yuǎn)程端，使車站值班員在遠(yuǎn)程端完成聯(lián)鎖界面操作任務(wù)。

圖1 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)遠(yuǎn)程集控車站配置示意圖

2 設(shè)計(jì)方案中的難點(diǎn)及問題研究

由于集控需求是有京滬維護(hù)部門提出，因此方案研究主要以京滬高鐵線路為調(diào)研基礎(chǔ)進(jìn)行探討。我們選取京滬濟(jì)南局管段車站為例：京滬高鐵濟(jì)南段管轄共5個車站，分別為濟(jì)南西站、泰安站、曲阜東站、滕州東站、棗莊站，首尾車站間距將近220km。京滬高鐵濟(jì)南段線路圖如圖2所示。

圖2 京滬高鐵濟(jì)南段線路示意圖

由上述章節(jié)可知，單站操控端控顯的遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)，在全國已經(jīng)有很多案例可以遵循。本次多站集控改造的難點(diǎn)在于以下三點(diǎn)。

2.1 車站距離

京滬濟(jì)南局管段五站將集控終端計(jì)劃放置在濟(jì)南西集控中心，濟(jì)南西與泰安站、曲阜站、滕州東站、棗莊站分別相距58km、128km、183km、219km，而國內(nèi)聯(lián)鎖遠(yuǎn)程控顯的運(yùn)用案例中最長發(fā)光模塊傳輸距離不超過80km，類似高鐵車站集控沒有先例。從原理上說如果在線路中間增加中繼器可以延長傳輸距離，但實(shí)際效果無法預(yù)估，因此按既有遠(yuǎn)程控顯連接方式可行性不高。

2.2 連接方式研究

既有遠(yuǎn)程控顯連接方式為點(diǎn)對點(diǎn)連接，即遠(yuǎn)程站與本地站通過光纖通道實(shí)現(xiàn)站對站直向連接。具體連接方式如圖3。

圖3 既有遠(yuǎn)程集控通道連接方式

此種連接方式兩站間需八條通道，實(shí)施中會增加四條備用通道應(yīng)急，適合單站遠(yuǎn)程顯示功能實(shí)現(xiàn)。如果以此種方式實(shí)現(xiàn)濟(jì)南區(qū)域5站站遠(yuǎn)程控顯的集控，則共需60條光纜通道，光纜通道需求龐大，遠(yuǎn)程集控端光纖走線過于復(fù)雜。

2.3 方案安全性

既有聯(lián)鎖遠(yuǎn)程控顯中，本地站與遠(yuǎn)程站為雙通道兩系互連，由左右兩條光纜通道保證本地站與遠(yuǎn)程站之間的通信安全，兩條通道互為冗余。若以單站遠(yuǎn)程控顯的形式進(jìn)行集控，有雙通道作為冗余可以滿足安全需求。但此種連接方式若是應(yīng)用在高鐵車站遠(yuǎn)程集控方案中，5車站同步共用左右通道線纜槽進(jìn)行連接，這時它的安全性就需要重新研究，若單通道故障時，影響范圍過大。因此需要更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪B接方式。

3 優(yōu)化思路

綜上，利用目前既有遠(yuǎn)程方式很難滿足高鐵車站集中操控的需求。根據(jù)本次高鐵車站集中操控的三個難點(diǎn)分別進(jìn)行研究，車站可以通過增加增益器的方式，利用環(huán)形通道來增加通道等方式增加集控方案的安全性和可靠性。在高鐵目前類似的通信連接案例中，列控中心的安全數(shù)據(jù)網(wǎng)環(huán)形連接方式最為合適，由此確定最終方案。

4 最終方案研究

基于目前成熟的聯(lián)鎖單站遠(yuǎn)程控顯光電通信技術(shù)以及列控安全數(shù)據(jù)網(wǎng)環(huán)網(wǎng)技術(shù)，以提高通信效率，提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量為目標(biāo)，設(shè)計(jì)了聯(lián)鎖控顯數(shù)據(jù)環(huán)網(wǎng)方案。

本方案將控顯既有本地端-遠(yuǎn)程端的“點(diǎn)對點(diǎn)”傳輸方式，擴(kuò)充為多個本地段與遠(yuǎn)程端環(huán)網(wǎng)連接方式，控顯數(shù)據(jù)通過環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行通信，多個車站與中心集中站交換機(jī)進(jìn)行環(huán)接，并統(tǒng)一在中心站設(shè)置對應(yīng)遠(yuǎn)程控顯設(shè)備進(jìn)行集中顯示，實(shí)現(xiàn)多站集中遠(yuǎn)程控制功能。環(huán)網(wǎng)連接示意圖如圖4。

圖4 網(wǎng)絡(luò)環(huán)網(wǎng)示意圖

4.1 功能描述

（1）實(shí)現(xiàn)多站遠(yuǎn)程控顯、本地控顯的操作與表示功能。

（2）多站控顯按左右環(huán)網(wǎng)模式組成控顯環(huán)網(wǎng)，提高可靠性與穩(wěn)定性。

（3）遠(yuǎn)程控顯采用雙機(jī)熱備模式，雙機(jī)均與本地控顯保持通信，雙機(jī)可同時操作。

（4）遠(yuǎn)程控顯與本地控顯操作權(quán)限由人工在本地控顯界面操作切換。控制權(quán)限同時僅有一處，權(quán)限轉(zhuǎn)換按鈕的操作需要鉛封記錄，僅有本地控顯可以進(jìn)行遠(yuǎn)程與車站之間權(quán)限轉(zhuǎn)換操作，權(quán)限的轉(zhuǎn)換只由按鈕狀態(tài)決定，不參考其他條件。切換按鈕的狀態(tài)由聯(lián)鎖機(jī)記錄，在任何控制模式下聯(lián)鎖都響應(yīng)切換按鈕狀態(tài)變化。

4.2 方案優(yōu)勢

本方案利用環(huán)形連接方式，使每站間傳輸距離不超過70km，符合先行發(fā)光模塊的發(fā)送距離。雙環(huán)網(wǎng)設(shè)置增加了整個系統(tǒng)的冗余性，每個單獨(dú)環(huán)網(wǎng)都設(shè)置虛擬斷點(diǎn)，當(dāng)單一環(huán)網(wǎng)正常運(yùn)行發(fā)生單站中斷時，則自動打通虛擬斷點(diǎn)從環(huán)網(wǎng)另一端繼續(xù)傳輸信息，不影響后續(xù)車站的信息傳輸。雙環(huán)網(wǎng)則是整體增加故障冗余度，分別對應(yīng)聯(lián)鎖雙系形成二乘二的互備網(wǎng)絡(luò)，增加遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)的安全性和可靠性。

環(huán)網(wǎng)連接方式對線纜的需求也相對簡單，每個站雙向8備4共12芯光纜即可，大幅降低通信光纜成本。在集控端設(shè)置統(tǒng)一交換機(jī)，通過劃分vlan的模式將各站與站機(jī)顯示端區(qū)分并分別對應(yīng)連結(jié)，完成顯示功能。圖5為虛擬斷點(diǎn)示意圖。

圖5 虛擬斷點(diǎn)示意圖

總結(jié)：本文以既有聯(lián)鎖設(shè)備遠(yuǎn)程集控方案為基點(diǎn)，拓展高鐵多車站聯(lián)鎖遠(yuǎn)程集控方案，解決運(yùn)輸集控技術(shù)難點(diǎn)。設(shè)計(jì)方案易于實(shí)現(xiàn)且簡單靈活，在既有硬件條件及軟件架構(gòu)和功能不變的前提下，優(yōu)化遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)用戶對多聯(lián)鎖車站遠(yuǎn)程集控的需求，降低了接管單位運(yùn)營成本和運(yùn)維復(fù)雜性，提高了方案的可用性和易用性，同時對其他系統(tǒng)中的類似需求也有一定的參考價值。