專用鐵路綜合運輸調度指揮系統研究

席興彪，吳 翔，王如躍，費振豪

(1.卡斯柯信號有限公司 研究設計院，上海 200071；2.上海市鐵路智能調度指揮系統工程研究中心，上海 200071)

我國鐵路經過幾十年的發展，已經研制并推廣多種先進業務系統，其中面向鐵路運營管理的信息化系統主要為鐵路運輸管理信息系統(TMIS)、列車調度指揮系統(TDCS/CTC)、列車預確報系統、鐵路電子貨運票據管理系統等。中國國家鐵路集團有限公司(以下簡稱“國鐵集團”)因其具有龐大的路網規模，各崗位有著詳細專業化的分工，各專業系統由不同主管單位分別建設管理，在保持各系統獨立的基礎上，通過規定接口通信協議的方式進行系統業務協同，無形中會對各系統的功能提升和擴展形成障礙。貨運專用鐵路運輸企業建設運輸信息系統時，可充分吸收國鐵集團的建設經驗，并利用企業集中管理的優勢，實現“統一領導、統一規劃、統一標準、統一資源、統一管理”，圍繞企業自身組織結構和運輸生產特點進行集成和創新，各專業系統統一規劃，減少硬件等設備投入，以打造適合自身發展、具備擴展性和安全性、可管理可控制的專業鐵路綜合運輸調度指揮系統平臺。

1 系統目標

根據國內外鐵路運輸信息化的先進經驗，結合專用鐵路自身的實際情況，專用鐵路綜合運輸調度指揮系統的總體目標是：服務于鐵路運輸的主管部門、各級調度指揮、生產作業部門和人員，以提高運輸生產效率和保障運輸安全為目標，涵蓋運輸生產的各主要環節。系統以列車調度指揮系統(TDCS/CTC)為核心，在專業緊密協調、計劃精確編制、信息自動采集、數據智能分析的基礎上，實現運輸管理、調度集中、智能分析和信息共享，以較低的成本達到保障安全、提高運輸效率、改善經營管理和提升服務質量的目標，形成一個完整的集智能化控制、管理、決策于一體的專用鐵路綜合運輸調度指揮系統，系統結構圖如圖1所示。

圖1 系統結構圖Fig.1 System structure

專用鐵路綜合運輸調度指揮系統主要實現如下功能。

（1）一體化調度指揮。以列車運行圖為基礎，以日班計劃、階段調整計劃為依據，實時采集列車運行狀態信息、列車編組信息、現車信息、貨運信息、施工信息、機車信息、乘務信息，融合構建綜合運行圖管理，并基于客戶的作業模式和崗位設計實現崗位動態一體化組合，達到可視、可控、可響應，實現運輸組織集中化，從而使資源綜合規劃、計劃整體優化成為可能。

（2）貨運計劃全過程管理。通過運輸計劃貫串供應鏈全程，將調度指揮范圍延伸到整個運輸過程，實現機車、車輛及貨物的動態追蹤，動態掌握和管理貨車和貨物運輸位置、運行軌跡等信息，實現貨物運輸精確化[1]。

（3）車站綜合管理。實現車站層級的信息匯集和智能處理，為管理和控制閉環提供自動化數據，梳理整合車站的業務流程和人員崗位，以機控代替人控，有效提高作業過程的安全性和自動化程度。

（4）列車運行環境聯動互控。通過和供電遠動、5T 等列車運行狀態環境的實時監測、識別和分析，基于調度智能協同的調度指揮決策模型，實現優化正常作業和應急處置，提升鐵路運輸業務應急指揮等智能化程度。

2 系統設計思路

2.1 系統總體架構

專業鐵路綜合運輸調度指揮系統將行車指揮、貨運管理、應急處置、運營維護等系統全面融合，統一平臺，服務器、網絡設備、數據庫根據系統規模統一配置，提高設備利用率；各系統數據全面融合共享，用戶界面根據崗位設置情況進行整合[2]。在數字化運輸系統層面，將所有業務系統按照統一的標準進行重構，從而形成一套自下而上統一規劃、統一設計、統一運維的完整體系，系統架構設計如圖2所示。

圖2 系統架構設計Fig.2 System architecture design

專業鐵路綜合運輸調度指揮系統包含以下4 個層級。

（1）基礎設施層。通過服務器網絡等物理設備，借助于云平臺技術構建系統的基礎設施，搭建系統的基礎設施平臺，減少硬件設備投入。

（2）平臺服務層。主要提供工具、基礎架構和一些高級的基本部件，以支持服務的快速開發、運行和部署。系統建設中無需重新進行軟件設計，實現消息總線、數據存儲、大數據分析、網絡通信等公共服務以及提供信息安全保證、運維管理、人工智能等服務。

（3）應用服務層。主要包括一組提供不同業務功能的進程，針對調度集中(CTC)、現車管理、計劃調度、施工管理等應用場景，分別提供對應的應用服務，從而保證一個業務服務的故障不影響其他業務功能的正常使用[1]，同時，各服務進程提供基于Web Service/XML 技術的SOA 信息集成平臺數據共享技術，由數據共享平臺統一對外提供數據共享服務。

（4）業務服務層。面向業務提供用戶界面展示及邏輯處理，綜合運輸調度系統用戶界面根據崗位設置情況將行車指揮、貨運管理、應急處置等功能整合，使不同的業務功能在同一個軟件進行實現，避免多個系統之間的切換。

2.2 系統硬件設計

專用鐵路綜合運輸調度系統由中心系統和基層系統二級構成，采用分布式應用體系結構，綜合調度中心負責全線列車的運行，統一編制計劃，實現對全線的統一調度指揮。基層系統作為接收指令后的執行系統，根據調度中心系統下達的調度計劃及調度命令，組織實施運輸作業以及原始信息的采集。系統采用“一級建庫、數據集中管理、信息綜合應用”的模式，取消傳統國內鐵路行業模式下的“車站級服務器”，采用“中心集中”模式，把車站級服務器集中到鐵路調度指揮中心，在調度中心機房集中設置“雙機熱備”的數據庫服務器、應用服務器。數據庫服務器用于存儲各種數據和操作記錄，為各調度功能子系統提供數據庫訪問服務，應采用強大、通用、高效、開放和可靠的數據庫系統。應用服務器用于列車工作計劃的編制、機車計劃周轉圖的編制、機車實際周轉圖繪制、車輛的運用及檢修管理、施工維修計劃的編制及數據存儲、數據交換，負責向所有應用工作站提供計調、機調、輛調、施調、統計分析等功能子系統的顯示信息與邏輯運算結果。

中心系統設備主要包含數據庫服務器、應用服務器、網絡設備及調度大廳顯示設備。基層系統設備主要包含系統網絡設備、車站列調分機以及列調、貨運、施工子系統等各類終端設備，其中列調分機作為基層系統的核心設備，采用雙機設備的冗余配置方式實現現場聯鎖碼位信息與控制指令的傳輸。系統網絡設備方面應采用高速網絡交換機及路由器設備，保證系統傳輸的時效性要求；還應采用雙通道冗余設計，保證信息傳輸的可靠性[3-4]；與外部系統互聯通過設置防火墻、路由器等實現聯接，進而保證系統的安全性。系統硬件結構如圖3所示。

圖3 系統硬件結構Fig.3 System hardware structure

2.3 系統功能解析

系統將TDCS/CTC 系統與調度指揮相關的信息系統進行整合，對各信息系統的數據資源進行整合，制定信息系統間的接口標準，在平臺中建立運輸組織的數字模型，集成運輸資源，實現信息共享，從以下4個方面實現系統設定目標。

（1）一體化調度指揮。計劃子系統實現日班計劃、階段計劃的一體化編制，將貨運工作計劃、機車工作計劃、列車工作計劃、施工工作計劃有機結合，實現開車計劃、運行計劃的高水平兌現，在施工封鎖、風雨雪等惡劣天氣條件下運行計劃快速自動調整，確保實現按計劃行車，真正發揮計劃對運輸組織工作的整體牽動作用[5]；以列車為主線與車輛、貨物、機車、機車乘務員等信息構成有機整體，自動獲取車站實際作業數據，構造綜合運行圖展示[6]。

（2）貨運計劃全過程管理。貨運子系統將列車編組(車輛)、機車、乘務員、貨物和運行線綁定，實現貨物的連續追蹤；將貨票、裝卸作業、列車、交付作業按業務流程綁定，實現貨運從承運到交付收費的連續展現。通過系統數據共享實時掌握列車編組及貨票信息，列車軌跡及在站作業情況，調車軌跡及擔當機車、乘務人員信息，車底運用及技術履歷，機班超勞預警及施工沖突情況，為運輸管理人員決策進行有效支撐。

（3）車站綜合管理。車站子系統實現車站列車、調車、現車、編組、貨運、列檢等一體化管理，從列車進站的接車作業到站內取送車作業、裝卸車作業到列車出站的發車作業統一管理。實現車站值班員、貨運員、信號員、外勤等多崗位共享計劃及作業信息，對車站作業進行流程化管理并環環卡控，提升安全管理水平[7]；根據列車作業計劃及調車作業計劃自動分解生成列車/調車進路序列，并根據計劃信息、站場實時信息實現列車及調車進路自動辦理，系統將信號聯鎖邏輯與站細等信息聯鎖邏輯有機集合，實現列車/調車進路的安全卡控；根據現場信號采集信息與信息系統實時互動，實現列車/調車自動報點，自動收發列車編組，調車作業計劃自動清勾、現車自動調整等功能。

（4）列車運行環境聯動互控。通過與電力控制系統、災害預警系統、列檢系統、電子軌道衡設備及車號識別等系統接口，實時掌握接觸網網壓及線路災害狀態及車輛運行情況，實現各專業系統與行車調度指揮的聯動，停送電與供電臂管理關聯，風雨雪等情況下自動生成臨時限速命令，通過與軌道衡設備接口實現車輛信息的核準，從而保證鐵路運輸整體始終處于可控、高效和安全的運行狀態[8]；通過與鐵路局集團公司TDCS/CTC 系統接口能力，按照國鐵集團制定的局間接口協議標準設置分界口接口服務器，實現信息交換，采用專用通道并設置網絡安全設備，實現與鐵路局集團公司交界口范圍內列車計劃、報點、調度命令及站場表示信息的互聯互通；另預留與鐵路局集團公司現車系統、TDMS 各信息系統的接口，獲取鐵路局集團公司貨運計劃、編組信息、施工計劃等，實現信息的共享。

最終系統構建統一的信息共享平臺，涵蓋鐵路運輸各主要業務環節的數據采集和統計分析，提供生產指標計算和統計報表生成服務，按業務流程對數據有機整合，包含貨運、列車、機車、施工、計劃等運輸指標數據的智能分析，實現運輸資源的合理調配，優化調度指揮流程及管理。系統軟件功能解析如圖4所示。

圖4 系統軟件功能解析Fig.4 Function analysis of system software

3 系統優勢及未來發展方向

3.1 系統優勢比較

通過軟硬件投入、系統獨立性、集成度等多方面比較分析，得到專用鐵路綜合運輸調度指揮系統與傳統系統比較如表1所示。

表1 專用鐵路綜合運輸調度指揮系統與傳統系統比較Tab.1 Comparison between comprehensive train operation dispatching command system of railway private sidings and traditional system

專用鐵路綜合運輸調度指揮系統與傳統系統的優勢具體體現在以下方面。

（1）設備整合。專業鐵路綜合運輸調度指揮系統將相關的業務系統按照統一標準進行建設，對傳統模式的TDCS/CTC 設備與調度信息系統設備進行整合，各子系統硬件資源共享，包括網絡設備、數據庫、應用服務器等，使資源得到有效利用，減少設備投入，降低工程投資。

（2）數據整合。專業鐵路綜合運輸調度指揮系統通過建立信息共享平臺實現信息資源的開放與共享,避免信息孤島現象，實現各專業系統的一體化管理，從而保證鐵路運輸整體始終處于可控、高效和安全的運行狀態。同時，信息共享平臺從整體出發，建立了覆蓋系統設計、開發和應用全方面的規范體系標準，保證了系統的擴展性和開放性。

（3）功能整合。針對專用鐵路相關崗位合并的特點，專業鐵路綜合運輸調度指揮系統對相關專業的功能進行整合，使相關操作可以在一個界面一鍵完成，減少人工操作，提高工作效率，更加便于企業根據業務需要，對相關崗位進行整合，達到減員增效的目的。

3.2 系統未來發展方向

隨著鐵路運輸智能化發展，專用鐵路綜合運輸調度指揮系統提升調度指揮智能化，可從以下3 個方面進行研究。

（1）基于貨流形成網絡化、智能化的調度決策和運行控制手段，包括運營過程可信動態感知、貨流需求驅動路網運輸資源動態調配，以及指揮管控的遠程智能、安全隱患辨識預警。

（2）對運輸資源、網絡線路、貨流分布的時空信息精準實時掌握，結合全網多專業崗位的快速協同，形成鐵路貨物運輸高效、韌性的運行模式。

（3）隨著大數據、機器學習、數字孿生等技術的應用，在科學運營決策、智能運輸組織、安全可信執行、全息自動化評估、輔助運營決策運輸調度完整業務鏈上實現持續改進和優化。

4 結束語

專用鐵路綜合調度指揮系統以列車調度指揮系統或者調度集中系統為核心，通過信息交換平臺，橫向集成計劃、貨運、機車、施工、車輛、統計分析等多項業務于一體，改變了多種信息系統重復投資的現狀，并在淮北礦業集團、朔黃鐵路公司、平煤神馬集團、山西潞安集團、日照港鐵路運輸公司、山東高速軌道集團等專用鐵路開通運行，有效提高了系統安全保障水平，降低了人員勞動強度，改善了貨運專用鐵路運輸企業經營管理和服務質量。