基于高鐵CTC系統的道岔輪巡操縱軟件研究

羅云飛，沈瑞超，張 浩

目前，我國高鐵線路車站均通過夜間“天窗”修時段，對所轄道岔進行檢修巡檢，采用人工操縱道岔的方式，存在工作量大、檢查效率低、容易漏檢等問題［1］。為此，上海局集團公司聯合相關合作單位，共同開發了一套基于高鐵調度集中系統（Centralized Traffic Control，CTC）的道岔輪巡操縱軟件，使得高鐵CTC系統具備對車站內道岔進行定操、反操，以及對道岔狀態進行實時監控的功能。在夜間不影響正常行車的時間段，可通過一鍵式輪巡操縱，對車站內所有滿足條件的道岔進行定操/反操檢查，并根據操縱結果判斷每個道岔是否正常。這套基于計算機開發的道岔一鍵式輪巡操縱檢查軟件，不但能減輕現場人員的工作量，降低勞動強度，提升工作效率，而且還能自動地對道岔檢查過程及結果進行詳細地記錄統計；同時還可有效避免人工作業存在的疏漏，進一步提升檢查的全面性和可靠性。

1 軟件架構

為實現車站和調度中心都具有道岔自動測試的功能，需要在車站和調度中心同時部署相應的自動測試軟件分別進行測試［2-3］。

1.1 車站操縱軟件

車站的自動測試軟件部署在車站車務終端上，與車務終端CTC 軟件通過進程間的管道消息進行連接通信。操縱人員點擊開始測試后，自動測試軟件通過管道消息向車務終端發送道岔操縱指令；車務終端將該指令發送到聯鎖系統，并將聯鎖系統反饋的道岔表示信息發送回自動測試軟件；由自動測試軟件將反饋的表示信息轉化為道岔操縱結果進行記錄，同時記錄各個道岔的操縱時間。車站的道岔操縱軟件架構見圖1（a）。

圖1 道岔輪巡操縱軟件架構

1.2 調度中心操縱軟件

采用調度中心操縱方式時，由調度中心下發道岔操縱指令。在調度中心的每個助調終端上部署道岔自動測試軟件，該軟件通過管道消息與站場圖軟件相連。調度中心自動測試軟件可選擇測試的車站，通過站場圖讀取車站控制模式，下發操縱指令，并讀取道岔操縱結果。調度中心的道岔操縱軟件架構見圖1（b）。

2 軟件設計

2.1 軟件功能

1）對所轄車站內滿足測試條件的道岔進行自動測試，分別對每個道岔進行一次定操和一次反操［4］。

2）在自動測試過程中，若某組道岔未在規定時間內操縱到預定位置，或者發生擠岔，則將該組道岔判定為操縱異常。

3）對每次測試過程進行詳細記錄，并生成測試報告。

2.2 功能模塊

道岔自動測試軟件分為通信層、數據層、業務層、展示層4大功能模塊，具體構成見圖2。

圖2 道岔自動測試軟件功能模塊構成

1）通信層：負責讀取車站道岔的靜態數據，獲取車站道岔的相關信息，并通過進程間管道消息實現與車務終端或者站場圖終端之間的通信，獲取道岔當前的實際狀態。

2）數據層：根據所在車站道岔數據編制配置文件，以實現軟件與CTC系統的匹配。

3）業務層，作為核心邏輯層，具有道岔操縱超時判斷參數設定、道岔狀態自動讀取、道岔自動測試邏輯，道岔自動輪巡等功能。

4）展示層：實現人機界面對話；測試結束后自動生成測試報告，對于測試異常的道岔進行報警。測試異常包括道岔狀態異常、道岔操縱超時等。

2.3 自動測試邏輯

1）軟件自動測試流程見圖3。啟動測試軟件，輸入賬號密碼后，軟件會自動讀取管轄車站的道岔信息。測試時首先打開相應菜單，選擇測試車站，然后點擊讀取該車站道岔狀態按鈕。當道岔狀態讀取完畢后，點擊開始按鈕即可進行自動測試。

圖3 自動測試邏輯流程

2）自動測試時，軟件會按照待測試車站列表，同時對各個車站的待測試道岔依次發送操縱指令。例如選擇一個車站，首先以當前道岔位置為基礎，若是定位，則發送反操指令；然后等待當前道岔操縱結果反饋，若收到操縱成功的消息，則自動開始操縱下一組道岔。當所有待測試道岔均完成一次操縱后，再按此方法執行第2 遍操縱。當所有道岔均執行了一次定操和一次反操，則該站測試結束，直至所有車站完成測試。

3）測試過程中，若遇到擠岔或操縱超時的道岔，則將該道岔添加到報警分類中，不再下次輪巡中測試［5］。其中操縱容忍時間按道岔類型區分，單動道岔操縱容忍時間為20 s，雙動道岔為25 s。當實際操縱時間大于操縱容忍時間，即判定為操縱超時。

4）若需要提前結束自動測試，則點擊結束按鈕，軟件會彈框提示是否結束，確認結束后，軟件會在操縱完當前道岔后停止測試，已測試的道岔如果存在問題依然會彈框報警。

2.4 測試結果與測試報告

若存在異常道岔出現彈框提醒，則點擊報警按鈕可查看異常道岔的名稱與原因，同時自動生成測試報告。該報告除了保存于本地文件夾外，也可通過界面的報告按鈕，查看當月的測試記錄與測試結果。異常報警與查看測試界面見圖4。

圖4 異常報警與查看測試界面

3 關鍵技術

3.1 道岔操縱超時判斷

3.1.1 車務終端

車務終端道岔操縱指令的數據流程見圖5。由于自動測試工具從發出指令到道岔動作的過程中，會經過多個設備，每個設備在處理指令以及傳輸消息時會產生一定的時延；而自動測試軟件設計方案中，僅僅對軟件操縱指令從發出到執行結果反饋時延進行粗略估算，判斷超時參數雖然在模擬環境當中可以滿足，但是否符合現場實際情況未知；因此，需選取實際車站進行測試驗證。在徐州東徐蘭場進行現場試驗，將單動道岔判定超時參數設置為16 s，雙動道岔超時參數設置為23 s，試驗結果見圖6。

圖5 車務終端道岔操縱數據流程

圖6 道岔操縱過程中各環節占用時長抽查統計

1）車務終端從收到道岔測試工具發出的指令，到將指令發給自律機所花的時間t1不超過1 s。

2）自律機從收到車務終端的指令，到將指令發給聯鎖所花的時間t2不超過2 s。

3）聯鎖從收到自律機的指令，到道岔動作結束后聯鎖向自律機發出道岔表示碼位所花的時間t3：單動道岔不超過14 s，雙動道岔不超過19 s。

4）自律機從收到聯鎖發來的道岔表示信息，到將該消息發給車務終端，所花時間t4不超過1 s。

5）車務終端從收到自律機發來的道岔表示信息，到車務終端將該消息發往道岔自動測試工具，所花時間t5不超過1 s。

綜上所述，設定單動道岔操縱等待時間不應大于19 s，雙動道岔操縱等待時間不應大于24 s。

3.1.2 調度中心

調度中心道岔操縱數據流程與車務終端道岔操縱數據流程的區別，在于調度中心操縱指令是經由助調終端下發給自律機處理，而車站則是經由車務終端下發。雖然調度中心操縱指令還隱含途徑通信服務器和通信前置服務器2 個環節，但這2 個服務器環節屬于透傳，無任何邏輯處理［6-7］。因此僅需適當增加傳輸時延即可，建議對于單動和雙動道岔超時判斷參數均多增加1 s，即單動道岔操縱等待時間不應大于20 s，雙動道岔操縱等待時間不應大于25 s。

3.1.3 超時判斷參數設定

為便于運維，保證車站和調度中心道岔操縱軟件統一通用，同時滿足2 種場景的測試要求，將道岔自動測試軟件超時判斷參數統一按照調度中心參數設置，即單動道岔超時判斷參數為20 s，雙動道岔超時判斷參數為25 s。

3.2 道岔狀態的可靠獲取

由于需要通過CTC 系統獲取道岔的初始狀態和操縱后狀態，因此測試軟件采用管道消息的方式，從車務終端讀取道岔的狀態，通過道岔所屬車站以及CTC系統內部定義的道岔唯一標識，獲得準確的道岔狀態，從而保證道岔狀態的可靠性［8-10］。

由于道岔操縱會產生較大的電流，因此在自動操縱道岔時，對于由同一套聯鎖系統控制的道岔，需嚴格控制同時操縱的道岔數量，確保聯鎖系統的安全。

4 應用情況

自2021 年8 月以來，基于高鐵CTC 系統的道岔輪巡操縱軟件已在徐連調度臺所轄徐州東站徐蘭場、新沂南站等進行了功能驗證和前期試用；2023年1月進一步擴大試點范圍，在徐連徐淮高鐵臺進行調度臺多中心及車站同時操縱試用。試用期間該軟件穩定可靠、操縱簡捷方便、顯示界面直觀友好。對于操縱異常的道岔不僅會彈框報警，而且還標明報警道岔的名稱以及報警原因，在對既有CTC 系統各項功能無影響的情況下，大大減輕了設備維護人員的工作強度。

5 結束語

基于高鐵CTC 系統的道岔輪巡操縱軟件是針對人工道岔測試存在問題，提出的一種自動化解決方案。該軟件應用于現場后，能夠快速有效地檢查車站道岔的狀態，克服人工測試存在的不穩定因素，具有降低人工成本、過程記錄詳細等優點，對于保障行車安全具有重要意義，同時也是高鐵信號系統智能化趨勢的體現。