鐵路調度集中系統綜合仿真平臺結構分析與設計

李智

（中國鐵道科學研究院集團有限公司通信信號研究所，北京 100081）

0 引言

調度集中系統(Centralized Traffic Control，CTC)是實施鐵路調度集中指揮、確保列車按圖行車、提高運輸效率和接發列車安全保障水平的重要行車設備，也是鐵路行車指揮部門對所管轄范圍內各信號系統及子系統，以及各列車等進行集中管理的信號設備。調度集中系統具有內部結構復雜、外部關聯性強、對外接口種類多等特點。

分散自律調度集中系統（CTC）自2003 年提出并且在部分線路進行試點運行，這一時期的CTC 一般被稱為CTC1.0 系統[1]。隨著我國鐵路建設快速發展，CTC 系統也逐步擴展功能適應運輸需求，演進為基本滿足高速鐵路運輸需求的調度集中控制系統，此時的調度集中系統一般稱為CTC2.0 系統[2-4]。2010 年前后，高速鐵路建設步伐進一步加快，CTC 系統擴充了與其他信號系統（TSRS、RBC、TCC、GRM-R 等）的接口，增加與其他系統（TDMS、PDMS 等）的信息集成，加強與運輸信息集成平臺、PSCADA、大風監測報警等系統的結合，完善調度集中系統技術實現方案。國鐵集團于2016 年正式頒布新《調度集中系統技術條件》，對高鐵線路CTC 系統特征進行總結規定，形成CTC3.0 系統。目前，CTC 系統除了應用于我國鐵路之外，還已順利“出海”，應用于多個海外鐵路項目中，如雅萬鐵路、中老鐵路等。

在進行CTC 系統測試時，由于牽扯到多個外部系統，不同外部仿真軟件部署環境各異，使用條件苛刻，給仿真環境搭建和操作帶來額外的工作量，而現有的仿真環境難以模擬現場各種異常情況。雖然系統上線前會進行插入試驗，但是受到時間限制以及對運輸的干擾等因素也不能實現全場景案例覆蓋測試。因此，可研究CTC 系統綜合仿真子系統，利用計算機技術、網絡技術、數字孿生技術、虛擬化技術、人工智能技術等，構建調度集中系統的綜合仿真系統，以實現CTC 系統外的TSRS、TCC、GSMR 以及CBI 的接口功能。

1 調度集中系統綜合仿真平臺設計原則與總體需求

調度集中系統仿真平臺的設計，應保證調度集中系統本身保持完整并不受影響的前提下，實現仿真的準確性。在針對與調度集中系統通信的其他信號系統時，應盡量保持并模擬其他信號系統的功能。

對于調度集中系統綜合仿真平臺的設計，應遵循總體設計原則，其主要包括：

第一，應具備和CTC 系統同樣的車站兼容性，對于目前CTC 系統涉及的各車站站型，應全部兼容。

第二，應具備和CTC 系統同樣的數據兼容性，對于系統所需車站數據及通信數據等基礎數據，應和CTC 系統保持一致，以減少重復數據制作的工作量及保證數據的正確性。

第三，應具有與CTC 系統一致的靈活擴展性，根據測試實際需要，來控制整個仿真環境的規模。未來可以根據現場實際需要，增加或者減少模擬車站；或根據實際需要增加或者減少模擬的與CTC 系統存在接口的其他信號子系統。

第四，應具有與CTC 系統一致的對外接口標準，完全模擬和CTC 系統相連接的外部子系統與CTC 系統之間的通信，已驗證對外通信數據的安全性和正確性。

第五，應具有與CTC 系統一致的用戶友好人機界面，易于操作使用。

第六，應具有與CTC 系統一致的長時間不間斷運行的功能，滿足一些極端場景下烤機測試的需求。

綜合CTC 系統綜合仿真軟件的設計原則，調度集中系統綜合仿真子系統具體需求如下：

一是仿真系統應具備完整CTC 系統的功能。仿真系統應采用實際CTC 系統應用軟件，支持CTC 系統所有操作，主要包括階段計劃、調度命令、調監顯示、站場控制、臨時限速、車次跟蹤、列車采點和報點。CTC 系統綜合仿真平臺可采用實際自律機軟件，站場數據、站細數據、功能配置應與生產系統完全一致，應支持自動排路、人工排路等自律機所有功能。

二是仿真系統應完全模擬計算機聯鎖系統的功能。仿真系統按照CTC 計算機連鎖標準協議和CTC系統通信，接收CTC 系統的自律機發來的控制指令，并按照計算機聯鎖技術標準進行處理后，將聯鎖處理結果發送至CTC 系統自律機。聯鎖系統仿真應按照聯鎖表和聯鎖邏輯實現進路、信號、鎖閉、道岔、封鎖解鎖、故障告警等聯鎖相關功能。

三是仿真系統應仿真TCC 系統。仿真系統應配備TCC 系統模擬軟件，按照標準接口協議和CTC 系統通信，模擬軟件應模擬產生區間狀態信息，并反饋至CTC 系統。

四是仿真系統應仿真TSRS 系統。仿真系統應配備TSRS 模擬軟件，按照標準接口協議和CTC 系統通信，支持限速命令擬定、發送、校驗、設置、取消等全過程操作模擬，支持實時限速狀態查詢和黃色光帶顯示。

五是仿真系統應仿真RBC 系統。仿真系統應配各RBC 系統模擬軟件，按照CTC-RBC 標準協議和CTC 系統通信，向CTC 系統發送模擬列車運行狀態、位置、速度和移動授權等信息。

六是仿真系統應仿真GSM-R 系統。仿真系統應配備GSM-R 傳輸模擬軟件，按照標準接口協議和CTC 系統通信，可接收顯示CTC 系統的無線調度命令、無線進路預告等信息。

七是仿真系統應具備列車運行模擬功能。仿真系統應模擬列車自動運行，在圖形界面上生成“紅光帶”列車移動信息，并模擬計算機聯鎖、RBC 系統、G網等相關子系統輸出相關信息。仿真系統列車運行模擬軟件應嚴格按照信號開放條件移動列車，模擬列車能按設定的速度前進，并可根據限速值自動降速運行，列車速度模式曲線應保持與實際的曲線基本一致。列車模擬部分的處理可分為三個階段：接收信息、處理信息、列車表示，如圖1 所示，其中處理信息部分是最重要的部分。

圖1 列車模擬部分的處理過程

八是仿真系統應具備特殊場景模擬功能。仿真系統應具備區間站內紅光帶、燈絲斷絲、道岔失控表示、ATP 故障、斷軌、接觸網停電、線路封鎖施工等場景模擬功能。

單個CTC 區段的CTC 綜合仿真系統接口示意圖如圖2 所示。

圖2 CTC 綜合仿真系統接口示意圖

2 調度集中系統綜合仿真平臺系統設計基礎數據需求

CTC 系統是一個內部子系統繁多且子系統之間通信較多的綜合性系統。而且，調度集中系統處于整個鐵路信號系統的最頂層，通過對信號系統子系統的數據匯總、轉換與分發，實現鐵路行車的調度指揮工作。與調度集中系統存在接口的其他鐵路信號系統子系統主要包括計算機聯鎖、車站列控中心、GSM-R、臨時限速服務器、無線閉塞中心，以及既有的TDCS 系統和相鄰的調度集中區段。為了與生產系統做到無縫結合、軟件/數據同步升級，CTC 系統綜合仿真系統基礎數據的組織方式與仿真系統接口數據需要與生產系統保持一致。CTC 系統綜合仿真系統相關的基礎數據需求如下：

一是CAD 站場圖數據。CAD 站場圖數據是根據車站平面布置圖、區間信號設備布置圖及分相信息表等文件，利用CTC 系統CAD 軟件制作CAD 站場圖數據。

二是聯鎖大排隊轉換數據。聯鎖大排隊轉換數據是根據聯鎖提供的大排隊，制作站場各對象的聯鎖轉換文件，用于和計算機聯鎖系統的接口。

三是列控轉換數據。列控轉換數據，即根據列控廠家提供的“CTC 接口ID 表”，制作列控信息轉換文件，對應和列控間低頻碼及區間方向等信息的傳輸。

四是TSRS 相關數據。TSRS 相關數據，即根據TSRS 廠家提供的《TSRS-CTC 接口文件》《信號數據表》等文件，制作TSRS 數據接口文件。

五是GSM-R 相關數據。GSM-R 相關數據，即根據G 網廠家提供的《GSMR-CTC 接口文件》等文件，制作GSM-R 數據接口文件。

六是RBC 相關數據。RBC 相關數據，即根據RBC 廠家提供的《RBC 接口文件_RBC 序號對應關系表》等文件，制作RBC 數據接口文件。

七是進路表相關數據。進路表相關數據，即根據聯鎖廠家提供的聯鎖表結合站場平面圖，制作車站進路數據接口文件。

3 調度集中系統綜合仿真平臺軟件結構與功能設計

調度集中系統綜合仿真平臺對調度集中系統相關的其他鐵路信號系統子系統進行功能分析，將與調度集中系統相關的功能進行整合，建立統一的基礎數據管理模塊實現數據共享。在保留調度集中系統與其他系統標準的接口模式和數據交互協議的基礎上，通過軟件模塊化的設計，可實現調度集中系統與其他子系統之間的數據轉發與信息交互，并結合仿真列車運行模塊的研究，構造基于調度集中系統的、完整的綜合仿真軟件。綜合仿真系統功能模塊結構如圖3 所示。

4 結語

調度集中系統是我國鐵路調度指揮的“大腦”，對確保列車按圖行車、提高運輸效率和保障接發列車安全具有重要意義。對鐵路調度集中系統綜合仿真平臺的設計需求，包含設計原則與總體需求、基礎數據需求及軟件結構功能設計進行深入探討，可以為以后鐵路調度集中系統綜合仿真平臺的開發奠定基礎。