鐵路信號CTC數據網優化策略

馮陽泊

關鍵詞：普速鐵路；CTC 系統；集中控制；調度指揮

TDCS 是鐵路列車調度指揮系統，能夠使列車在不同級別的行車調度中得到透明指揮，實時監控和調整列車，是覆蓋全線路的現代化列車指揮體系。CTC 是集中式鐵路調度系統，可對管轄區域內的列車和調車工作進行指揮和管理，并通過聯鎖、列控、區間閉塞等信號設備進行集中調度。

一、工程概況

新建泛亞鐵路中通道磨憨/ 磨丁至萬象段（新建磨萬鐵路）起點位于中老邊境口岸磨丁，向北連接中國云南省新建的玉溪至磨憨鐵路，向南途經老撾北部的南塔省、烏多姆賽省、瑯勃拉邦省、萬象省，最終抵達線路終點——老撾首都萬象市。線路沿途主要經過的市縣有：磨丁、納堆、納磨、納通、孟賽、納科、孟阿、慧漢、瑯勃拉邦、香恩、普昆、嘎西、帕當、萬榮、萬基、蓬洪、蓬宋、萬象北、萬象，全長409km。

二、CTC 中心站集中控制調度系統的指揮模式

調度中心分為兩種類型：分散的自律控制和非常站控。目前CTC 的調度與指揮模式見圖1，其中分散的自主化控制模式包括中心化、車站調車、車站運行三種操作。

CTC 分為3 種運行模式（中心操作模式、車站操作模式和車站調車模式），啟用中心站集中控制后變成了車站操作和車站調車兩種模式。站場運行模式站點可以按需要并入中心站集控臺，也可以獨立設置，所有的站點都被集中控制[1]。

三、工程技術方案研究

根據車站規模、車站性質、行車密度、運輸組織及管理狀況，結合調度臺所轄車站的運行模式，確定了中心站集的運行模式。如果車站是區間站，調車作業量大且復雜，同時銜接多條專用鐵路，則可以不納入中心站集中控制。在其他常規情況下，各車站可以根據實際需求選擇是否納入中心站集。

項目的建設內容包括：新建調度臺中心站，改造現有的 TDCS 調度臺，將所有站點的 TDCS 設備改造為CTC，并新增CTC 網絡和安全保障設施。

（一）CTC 車站段級調度指揮中心的建設

針對高速鐵路CTC 中心站的集中控制問題，結合當前鐵路運輸調度指揮方式改革的最新趨勢，提出了車務段CTC 行車指揮中心的技術方案。該方案通過將列車運行調度和調度功能與車站一級的運行指揮中心相結合，提高了列車運行的效率和效益。

在調度臺所轄車務段所屬單位附近新建一個站段級的行車指揮中心，包括通信、信號設備、調度大廳、休息室、辦公室、會議室等設施。在新建成的車務段行車指揮中心信號室，配備有調度臺管內各中心站的CTC設備；在通訊機房中設有相關的通訊網絡傳輸裝置，在CTC 系統的廣域網信道環網中納入CTC 裝置；在指揮中心CTC 調度大廳設有中心站集控臺。同時，調度廳及電腦室的建設也為今后在車務段管轄范圍內的CTC 中心站的接入提供了良好的基礎。

信號機房設備有：CTC 中心站服務器、通信質量監測設備、CTC 網絡設備、集中監控設備、機房動環監控設備、智能型綜合電源屏和UPS 不間斷電源。

通信機房設備包含：高頻切換電源和UPS 無間斷電源（含蓄電池）、傳輸設備、接入網 ONU 設備、光纜布線架、數字布線架、綜合柜（動環裝置、協議轉換裝置、光電轉換裝置、綜合接入裝置等）以及避雷裝置[2]。

調度工作站：由調度員工作站、調度助理工作站、調監工作站組成。其主要任務包括：顯示和操作信號裝置、車次號、進路表，識別和處理軌道電路故障，調度接觸網電源，記錄和播放歷史數據等。

（二）車站的改建

對車站的TDCS 系統進行改造或升級，使其成為CTC 的終端設備；對計算機聯鎖軟件進行修正，對CTC/CBI 之間的通信進行更新，并添加了站點的連接控制接口，并對站點的控制燈光進行了調整；增設直流轉轍器的限時保護措施，并將其納入集中監控系統，并對中央監控軟件進行同步修正；對有半自動發車口的站點，應將其改為自動站間或自動站，以滿足中央調度中心分散自控方式下的車站進路自動啟動；對現有的電力網進行擴容，增加新的設備；對鄰近調度臺的鄰站進行透明的修改。

（三）CTC 網絡裝置

鐵路局調度中心的局域網包括樓層交換機、核心交換機、接入路由器、列頭交換機等。

車站CTC 局域網是一種既有站點交換機又有站點路由器的網絡，兩者都是冗余的雙網絡。CTC 廣域網由鄰近的路局中心、中心與車站、車站與車站之間組成，并以雙信道連通。在現有TDCS 單環網絡通道體系結構的基礎上，進行了改造和新建。在CTC 雙通路環網的基礎上，將新建的CTC 中心站設備納入CTC 雙通路環網。各個站點、站點和線路調度所之間可以使用FE（光）通道或E1（2M）通道，而A、B 兩網是完全獨立的。

對站點的網絡設備進行改造，對站點的局域網進行了適應性的修改，并對站點的網絡安全的網關系統（或者是防火墻）進行了調整，通過消除網絡之間的交叉連接，實現了A 網和B 網的完全分離，確保了網絡中的數據不受干擾。

對列頭交換機、通信前置服務器與相關維護服務器等的核心路由器、核心交換機和通信前置服務器等進行升級，以實現數據發送、接收和判斷，同時對中心網絡安全管理系統進行了軟件調整，對中心通信質量監測系統進行了升級。在中心站和車站均設有通信品質監控裝置，監控CTC 的網絡設備，保證了各站點之間的數據的可靠傳遞[3]。

（四）執行步驟

在施工期間，由于施工時間和場地條件的限制，調度臺、集控臺、車站各系統的改造可以分階段進行，可先進行車站、調度臺CTC 系統的更新（開通TDCS），在中心集控站建成后，將會同時啟用中心集控站的功能。

四、CTC 在控制一體化中的功能定位

CTC 是一個以進路控制為中心的系統。在高速列車運行簡單、計劃精度高且準確的情況下，當列車出現較小的干擾時，列車調度員應根據實際操作圖和調度監控系統，并根據一定的規律對線路進行簡單的調整。無論是在調度所還是在車站，都是以運行進路為主。只有在異常情況下或出現大規模干擾時，才會對規劃級別作出相應的調整。調整通常是由應急中心來完成，而調度員的職責就是執行應急中心所發布的調整方案。由此可知，CTC 系統是列車運行控制系統中的檢測與執行機構，其相對穩定的規劃使得其控制器的作用并不明顯。

在高速鐵路中，由于貨運列車的開行組織是以調度為中心的，層次化的網絡規劃要求一個復雜的信息系統來與調度所、機務、車站、貨運、運輸等多個部門進行溝通。其自身即是一個多層次、多粒度的協作作業體系，因此CTC 系統在整個系統中規劃實施和運行狀態檢測層次上的定位是較為實際的方案。同時，CTC 系統為滿足貨運列車運行的要求，需要向以下幾個方面發展：

（一）實現實時獲取作業狀態的功能

目前CTC 僅對列車到發時間進行采集，很明顯，針對調車和列車運營密切相關的貨運列車運營組織存在不足。在CTC 和站點運行調度系統（SMIS）之間建立接口是有必要的，需接受其調車操作方案，像在車站收集和報點火車的到發時間，CTC 還需實時向列車調度系統匯報調車作業計劃的實施情況，從而形成規劃和控制的閉環，確保計劃能夠掌握作業進度，并追蹤汽車的位置，提供了現場車輛的實時分布，為以后的精確規劃和精確控制提供了依據。

（二）提供車站進路計劃編制和調整的功能

鑒于列車與調車僅僅是車輛運動的一種表現形式，因此有必要將列車進路管理與調車進路管理結合起來，為站務人員提出一種在車站或站區層次上的新方案——站場進路規劃。

①車站進路規劃是鐵路運行期規劃與車站運行期規劃的最下層規劃，其主要目標是把各種作業解析成進路，并在空間和時間維度上預測性地分解進路。此方案與運行圖相似，都是按線路使用規劃，不同之處在于該線路的單位是咽喉道岔和到發線，除了列車之外占據線路的主要是調車。在車站進路規劃中，確定了每一條咽喉分岔和到發線的使用次序、所占時間，并確定了在該線上進行的各種工作。本方案不僅可以對各種工作的進度進行規劃，還可以對其進行合規性的檢驗，并為進路觸發提供依據。

②設定車站進路計劃可以使站務人員更好地規劃路線，提高工作進度的可見性和可控性。為站內值班人員提供一套完整的系統，在進路層上規劃各種工作的開始、結束和運行路線，在車站作業與調度所、站調方案間建立起一條信息通路，可以有效地提高協調工作的效率，并使列車運行與調車的運行方案得以實施。在進路規劃合理的前提下，根據進路規劃進行操作，可以減少運行時間的不確定性，從而提高車輛流量計算的精確性[4]。

③車站作業規劃確定的困難是如何確定各種作業時間的標準，與列車運行中區間運行時間、站停時間等方面相似，車站作業方案也要根據不同的作業類型、作業對象的特點和作業模式來確定時間。這一時間尺度不是平均的歷史工作時間，而要在大數據支持下，綜合考慮多種因素的影響，并考慮到一定的冗余時間。合理選取工期標準可以保證方案的可行性和精確度，但也存在著作業條件已經滿足，規劃進路開放時間尚未到來，作業必須等待進路的情形。雖然這樣會降低車站作業效率，也就是消耗了一定的車站容量，但合理的進路規劃和按計劃進行的各種作業都會使車輛的推算精度得到提高，從而有利于貨運業整體的可控性。

（三）建立列車運行、車站作業計劃與車站進站計劃的互饋功能

在完成了站務人員的進路規劃后，要解決技術站的車站作業計劃和進站規劃、進站進路規劃和調度員的調度協調問題。一般情況下，列車運營方案和車站運營方案是進路規劃的較高層次計劃，可以根據統計的作業時間來安排這些計劃，如果需要，可以設定一個不同程度的時間限制，進路規劃對進路進行時空分析，并根據上級規劃所確定的工作時間向上級規劃報告，通過上層計劃根據進路沖突的可能性進行調整，這樣反復就形成了列車調度員、車站調度員和車站值班人員的相互反饋。同時，在車站與列車調度員面前進路計劃的實施必須是透明的，以便上級規劃人員能夠及時發現計劃實施中的偏差，從而做出有預見性的調整，使規劃的精確度得到進一步的提升。

（四）建立健全的作業聯動機制

為防止人的不可靠性，在機械時代，鐵路公司發明了一種聯鎖裝置，它是通過建立道岔、線路和信號裝置的相互鎖定來防止交通事故的發生，并且在電力和電子化時代分別發展為電氣集中和微型計算機聯鎖。作業的安全性一是由底層的設備狀況所保障，二是要有相應的操作規范。在信息時代，除了車輛之外通過邏輯運算可以獲得有關列車、調車列、操作人員等的大量信息；在制度層面上已有了保障操作安全的先決條件，可以參考聯鎖系統在進路層次上按照設備狀況進行規律性的控制；在作業實施層次上，根據設備的狀況和工作狀況，實現規則化的控制。

CTC 是一個在工作實施層面上的系統，它已經成功地完成了多種操作的安全控制，但是當前的防范機制大多局限于對一些高風險的進路進行阻止，存在不具普遍性和沒有風險等級劃分的問題。為滿足高速鐵路復雜多變的運行過程，必須對設備狀態、作業環節、作業實施狀況進行數字化描述，并將人員作業納入數字化描述的一個重要內容，并在此基礎上對系統中的各個環節進行約束，在此基礎上建立相應的作業環節，對人員、信息系統的失效和錯誤進行風險分析，明確系統在操作混亂時的系統風險。然后，以車站進路規劃為載體，根據故障安全原理設置進路觸發的安全級別，對高危進路觸發阻止命令，對中危進路觸發雙人重冗余確認指令，對低風險進路觸發單獨確認指令，對無風險進路觸發自動完成指令。

五、結束語

隨著我國貨物物流化進程的加快，社會對鐵路運輸質量的要求也越來越高，因此鐵路運輸部門必須對CTC系統進行完善，為實現貨運列車的運營提供技術支持，提高信息的流通性、規劃的整合性和計劃的可視化可控性。由于貨運列車的組織結構比較復雜，本文只對其功能拓展和運行流程優化進行了初步探討，在計劃的整合、CTC 與其他系統的整合等方面還值得深入探討，從系統整合與作業協作的視角分析了系統的生產流程，并對系統未來的發展趨勢做出了規劃。