（交通运输规划与管理专业论文）高速铁路综合调度系统互操作技术研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 高速铁路综合调度系统是一个由多个专业子系统构成的庞大而复杂的大系统，它 涉及了运输组织、机车车辆、通信信号、供电、安全监控、维护救援等多个学科。如 何将这些方方面面的信息综合起来，统一规划，统一设计，构成一个结构合理、功能齐 备、技术可行的信息系统就必然要用到各种前沿技术，互操作技术就是其中关键技术 之一，本文就是针对这一关键技术进行了相关研究。 本文首先详细分析了高速铁路综合调度系统的特点及各子系统的功能配置情况， 引入了s o a 的架构设计方法，提出了基于信息共享交换平台的综合调度系统总体架构， 并对其关键技术进行了介绍；接着通过对应用子系统互连方式的比选，确定了综合调 度系统的分层分布式互连结构。然后，本文结合高速铁路综合调度系统的特点，针对 综合调度系统存在异构平台之间互操作的问题，利用实时c o r b a 技术提出了互操作中 间件层次模型、各应用子系统互操作模型；最后基于实时c o r b a 平台探讨了互操作 中间件模型各层的相关实现技术，采用多线程及双缓冲并行处理等技术，着重研究了 功能互操作层各管理功能的接口和算法流程。本文的研究成果对未来高速铁路综合调 度系统的建设及一系列关键技术问题决也是一个很好的启示。 关键词：高速铁路综合调度系统；s o a ；c o r b a ；互操作中间件； 西南交通大学硕士研究生学位论文第f i 页 a b s t r a c t h i g h s p e e dr a i l w a yi s ac o m p r e h e n s i v ed i s p a t c h i n gs y s t e m c o n s i s t i n go fal a r g e n u m b e ro fs p e c i a l i z e ds u b s y s t e m sa n dc o m p l e xl a r g es y s t e m ，w h i c hi n v o l v e st h et r a n s p o r t o r g a n i z a t i o n s ，l o c o m o t i v e sa n dr o l l i n gs t o c k ，c o m m u n i c a t i o ns i g n a l ，p o w e rs u p p l y ，s e c u r i t y , m o n i t o r i n g ，m a i n t e n a n c ea n dr e s c u ea n do t h e rd i s c i p l i n e s i n f o r m a t i o no nh o w t h e s ea s p e c t s t o g e t h e r ，u n i f i e dp l a n n i n ga n dd e s i g n ，c o n s t i t u t ear e a s o n a b l es t r u c t u r e ，c o m p l e t ef u n c t i o n s ， t e c h n i c a l l yf e a s i b l ei nf o r m a t i o ns y s t e m sm u s tu s et oav a r i e t yo fc u t f i n g e d g et e c h n o l o g y ， i n t e r o p e r a b i l i t y , t e c h n o l o g yi so n eo ft h ek e yt e c h n o l o g i e so fw h i c ht h i sp a p e ri st oi nv i e w o ft h i sk e yt e c h n o l o g yr e s e a r c h i nt h i s p a p e r , ad e t a i l e da n a l y s i s o fh i g h - s p e e dr a i l w a ys c h e d u l i n g s y s t e m i s c h a r a c t e r i z e db ya l li n t e g r a t e df u n c t i o no fv a r i o u ss u b s y s t e m sc o n f i g u r a t i o n ，t h ei n t r o d u c t i o n o fs o aa r c h i t e c t u r ed e s i g nm e t h o di s p r o p o s e db a s e d o nt h e e x c h a n g eo f i n f o r m a t i o n s h a r i n gp l a t f o r mf o rt h eg e n e r a lf r a m e w o r ko fa ni n t e g r a t e ds c h e d u l i n gs y s t e m ， a n di t sk e yt e c h n i q u e si n t r o d u c t i o n ；f o l l o w e db yt h ea p p l i c a t i o ns u b s y s t e mi n t e r c o n n e c tt h a n e l e c t i o nt od e t e r m i n ea n i n t e g r a t e ds c h e d u l i n gs y s t e m i n t e r c o n n e c ts t r u c t u r ew i t h h i e r a r c h i c a la n dd i s t r i b u t e d t h e n ，t h i sp a p e r ，a ni n t e g r a t e dh i 曲- s p e e dr a i l d i s p a t c h i n g s y s t e mf e a t u r e sa ni n t e g r a t e dd i s p a t c hs y s t e mf o rt h ee x i s t e n c eo fh e t e r o g e n e o u sp l a t f o r m s i n t e r o p e r a b i l i t yi s s u e sr a i s e db yr e a l t i m ec o r b at e c h n o l o g y ，i n t e r o p e r a b l em i d d l e w a r e l a y e rm o d e l ，e a c ha p p l i c a t i o ns u b s y s t e mi n t e r o p e r a b i l i t ya n di n t e g r a t e ds c h e d u l i n gm o d e l h i e r a r c h i c a lm o d e lo ft h es y s t e mi n t e r o p e r a b i l i t y ；a n df i n a l l yd i s c u s s e db a s e do nr e a l - t i m e c o r b ap l a t f o r m ，i n t e r o p e r a b l em i d d l e w a r e l a y e r s o ft h er e l e v a n t i m p l e m e n t a t i o n t e c h n o l o g y , u s i n gm u l t i t h r e a d e da n dp a r a l l e lp r o c e s s i n go fd o u b l e b u f f e r i n gt e c h n i q u e s ， f o c u s e do nt h es e r v i c ei n t e r o p e r a b i l i t yl a y e ri n t e r f a c ea n dt h em a n a g e m e n ts e r v i c e s a l g o r i t h m i cp r o c e s s t h i ss t u d yr e s u l t sf o rf u t u r eh i g h s p e e dr a i l w a yc o n s t r u c t i o no fa n i n t e g r a t e dd i s p a t c hs y s t e ma n das e r ie so fk e yt e c h n i c a li s s u e sm u s ta l s oag o o di n s p i r a t i o n k e y w o r d s ：t h ec o m p r e h e n s i v ed i s p a t c h i n gs y s t e mo fh i 曲一s p e e dr a i l w a y ；s o a ；c o r b a ； i n t e r o p e r a b l em i d d l e w a r e ； 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关 部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可 以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印 手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密i i 6 ，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“v ”) 学位论文作者躲蒡暂夸 指导老9 币签名： 日期：c 砖y p j ；j b 甄；泸ps 3 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： ( 1 ) 结合高速铁路综合调度系统自身的特点及各子系统功能配置，引入s o a 设计 理念提出了综合调度系统信息共享交换平台从而建立了实现各专业应用子系统 互联、互操作的高速铁路综合调度系统的总体架构。 ( 2 ) 对互操作中间件的相关实现技术进行了详细探讨。以互操作层次模型为基础 提出了各应用子系统互操作总体模型。 ( 3 ) 详细探讨了互操作层次结构中功能互操作层各管理服务的实现技术。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者签名： 日姆：萨卜si 弓 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 本文的研究背景及意义 目前，部分高速铁路已投入运营，在未来几年我国高速铁路建设将继续得到迅猛 发展，伴随的将是业务复杂性、多样性和实时性的急骤增长，传统的调度指挥手段和 单一的自动化系统在运输调度中将不能满足其要求，其次，就高速铁路综合调度系统 本身而言，其涉及的专业多、管辖范围广，而各专业子系统研究进展不一，有的已很 深入，如电力调度子系统和行车调度系统等：有的还未成型，如安全监控子系统等。再 者，一个高速铁路综合调度系统必然是由多个不同厂家的专业子系统集成而成，即各 个子系统属分布的、异构的局部系统，因此，如何在这个异构的环境下实现各个分布 式系统的互联和互操作是就显得尤为重要。 高速铁路是现代科学技术和交通运输发展的产物。自日本新干线成功实现商业运 营以来，高速铁路技术就进入了应用阶段。高速铁路综合调度系统是高速铁路运输管 理和列车运行控制的中枢，是高速铁路高新技术的集中体现，是高速铁路运营管理现 代化、自动化、安全高效的标志，是为乘客提供优质服务的窗口。它根据机车车辆配 备和动力特性、车站配备及作业、沿线线路和设备状态、人员的配备、相邻线路列车 运行的状态等，统筹编制列车运行计划，集中指挥列车运行和协调铁路运输各部门的 工作，因此，只有建立一个高效率、现代化的综合调度系统，才能充分发挥高速铁路 本身所具有的运输能力，确保高速铁路的运行安全和优质服务。 1 2 高速铁路综合调度信息管理系统国内外研究现状 从各国已有的运营调度指挥系统构成来考虑，大体上可分为2 种不同的类型。一 类是以法国、德国为代表，沿袭非高速既有铁路传统模式构成的调度指挥系统，通常 称之为“传统型 系统；法国目前最先进的是地中海线马赛c t c 控制中心的m i s t r a l 系统。另一类是以日本铁路为代表，根据高速铁路的特点和需要，按照新的思路构成 的综合型调度指挥系统，简称“综合型 系统。比较典型的是j r 东日本公司开发的 c o s m o s ( c o m p u t e r i z e ds a f e t ym a i n t e n a n c ea n do p e r a t i o ns y s t e m s o fs k i n k a n s e n ) 系统， 它是把原先分别开发的c t c 、c o m t r a c 、s m i s ( 新干线信息系统) 等系统统一起来， 再加入尚未系统化的运输计划、维修作业管理、车辆基地作业管理等内容形成了大的 综合管理系统。以德国为代表的行车指挥中心其构建思想是从路网运输组织的整体性 出发，注重既有路网调度资源的充分利用，首要目标是保持运输生产稳定有序，其业 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 务范围较窄，只承担行车调度任务，系统结构简单。以日本新干线为代表的调度指挥 中心则是根据高速铁路的特点和要求，从广义的运输系统出发，即把运输系统视为包 括车、机、工、电、辆等多部门组成的庞大而复杂的人一机一环境系统，而建成的综合 性调度指挥机构。该系统充分考虑了高速铁路的高风险性及运输安全保障对调度指挥 系统的高度依赖性，突出了安全的重要地位，首要目标是保证运输安全生产、高效、 正点和稳定有序。它是以计算机技术、现代通信和信息技术为基础，以列车调度为核 心，涉及铁路运输、机务、工务、电务、安检等业务系统的综合调度、管理、控制系 统。 目前，国内还没有一个真正实际运行的高速铁路综合调度系统，铁道部高速司曾 开展以京沪高速铁路为研究目标的“京沪高速铁路的综合调度仿真试验”，仿真试验系 统设计采用三层c s 体系结构，通过i b m 的消息中间件m q 实现系统中各个子系统的互 操作和资源共享，并且采用软件重构技术在最大范围内重用经过实际运行检验、成熟 的各个专业的子系统。 由此可见，高速铁路综合调度系统互操作技术的研究只能借鉴其他分布式信息系 统的互操作经验，比如城市轨道交通系统综合调度自动化系统、电力系统的互联、互 操作方案。下面本文将简要介绍此类系统及互操作技术的国内研究现状。 目前己广泛使用的电力系统调度自动化系统也经历了由集中式、分布式、到开放 式几个发展阶段。文献 2 0 ，2 6 指出，信息系统互操作分为三个层次的互操作：语法层、 语义层和协议层。语法层主要处理系统提供和请求服务的语法信息；协议层描述系统 期望其方法被调用的次序以及它调用其他方法的次序；语义层描述系统操作的“意义 以及期望的行为。文献 1 5 提出了基于信息总线理论的4 层e i b u s 模型，实现了基于 规则的柔性机制，并提供可配置的流程定义，针对系统集成中的语义异构，引入电力 系统领域本体进行知识表达，提出综合概念相似度和描述相似度的计算方法来实现本 体映射，从语义层次上解决了系统的互操作特性。 高速铁路综合调度系统规模大、复杂度高，其实质就是一个分布式信息系统互联 而成的调度自动化系统，为实现各子系统的互操作即简化系统开发复杂度而应将事务 逻辑和系统逻辑相分离，使应用开发人员能致力于应用逻辑的开发，而系统逻辑由软 件供应商提供，在这种思想的指导下，基于中间件技术的系统模型应运而生。文献 2 2 提出了“基于分布式中间件技术的多层c s 体系结构的系统集成方案”和“基于 w e b s e r v i c e 技术的b s 体系结构的系统集成方案”。基于分布式中间件技术的系统集 成方案的基本思想就是通过一条通用的软件总线将需要集成的系统互联在一起，这些 集成的系统可以位于网络的任何地方，彼此实现透明的协作，即使是像不同的供应商 购买的产品也可以协同工作。因此，要实现各个系统的互操作，需要为操作双方定义 特定的比较繁琐的接口及相关协议，而w e bs e r v i c e s 就是为了实现基于w e b 无缝集成 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 的目标而提出的，它是一种面向服务的体系结构，其突出的优点是实现了真正意义上 的平台无关性和语言独立性，文献 1 2 3 介绍了以j 2 e e 为架构、以j a v a b e a n 方式的w e b s e r v i c e s ，和以n e t 为架构、以c o m 组件方式实现的w e bs e r v i c e s 。基于w e bs e r v i c e 技术的系统集成方案是一种很好的信息发布平台，为m i s 、g i s 等非实时的信息系统接 入到实时信息系统提供了技术支持：但是，就目前的技术水平而言，要使得多个高可靠 性、高实时性的分布式信息系统通过w e bs e r v i c e 进行互联互操作还是比较困难的。w e b s e r v i c e 技术主要是为服务使用者即客户提供了很好的使用界面，但是提供方仍然需要 原来服务器技术的支持，同时，由于c o r b a 技术规范在服务器端具有相当明显的优 势，文献e 9 3 就是利用w e bs e r v i c e 与c o r b a 的互补性，提出了一种融合w e bs e r v i c e 与c o r b a 技术的综合网络体系结构。 随着计算机、通信等技术的不断发展，分布式信息系统的互操作技术的研究重点 也集中到了语义层和协议层的互操作。文献 1 - 1 0 提出了不同的形式化方法对系统的 接口扩展技术，并对扩展后的互操作进行了研究。 1 3 本文主要研究内容及思路 1 3 1 本文主要研究内容及创新 本文在对高速铁路综合调度系统各子系统功能配置进行分析的基础上提出了基于 s o a 设计理念的信息共享交换平台并详细分析了信息共享交换平台的信息来源、系统结 构及实现的关键技术。在此基础上，依据中间件层次模型本文深入研究了高速铁路综 合调度系统各子系统互操作的具体方式，提出了综合调度系统各应用子系统互操作总 体模型及层次式互操作模型。最后，本文探讨了互操作中间件各层的实现技术并重点 研究了服务互操作层各管理服务的实现技术。 1 3 2 本文的研究思路 第一章首先介绍了本论文的选题背景、意义然后对高速铁路综合调度系统的国内 外现状进行了阐述，同时对与高速铁路综合调度系统类似的城市轨道交通等综合调度 自动化系统及互操作技术研究进展进行了概括。 第二章主要阐述了高速铁路综合调度系统总体架构，其主要内容包括：高速铁路综 核调度系统简介、各子系统功能配置，基于s o a 的信息共享交换平台及系统结构等。 第三章首先提出了高速铁路综合调度系统信息共享交换平台的设计意义及目标， 接着分析了信息共享交换的信息来源、系统功能结构及关键技术，最后详细探讨了各 子系统之间的互操作方式。 第四章主要研究了基于实时c o r b a 的高速铁路综合调度系统互操作中间件技术。 包括：相关技术分析、互操作中间件总体模型、层次式互操作模型、互操作中间件模型 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 i 各层详细实现技术等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章高速铁路综合调度系统总体架构设计 2 1 高速铁路综合调度系统简介 高速铁路综合调度系统是高速铁路运输组织指挥的中枢系统。它既是一个能有效 地控制高速客运列车运行，使其满足时速3 0 0 3 5 0k m 高速列车按3 m i n 追踪间隔运行 时调度指挥需要的自动控制系统；也是一个需要对运输计划、设备维修、牵引供电、 机车车辆( 动车组) 和乘务人员进行综合管理，甚至管理数据统计等大量办公业务的 综合信息管理系统；还是一个对铁路运输组织、通信信号、牵引供电、安全监控、综 合维护等诸多专业领域的各项先进技术的高度集成的综合性复杂系统。该系统的建设 能够改变长期以来我国铁路行车调度工作完全靠人决策的传统，实现系统自主决策、 自主控制，能够大幅度提高运输效率，降低运输支出，帮助铁路运营部门追求最大的 运营效益。该系统具有如下特征： ( 1 ) 一元化：借鉴国外先进的运营管理模式，实行以计划为核心的一元化管理一 一与运输相关的运行管理、列车控制、动车组运用和综合维修等一切工作必须紧密围 绕高速铁路各项计划组织实施。 ( 2 ) 综合化：高速综调系统是天然的综合型系统，统一提供计划编制、运行管 理、动车管理、供电管理、综合维修、客运调度及安全监控等诸多业务功能。 ( 3 ) 自动化：高速综调系统通过现代信息、通信、控制等技术集成，实现运行管 理与列车控制的一体化和进路控制自动化。 ( 4 ) 智能化：客专运调系统通过数据集中、综合应用可以实现调度指挥辅助决策， 为最终实现智能化奠定基础。 ( 5 ) 集成化：高速综调系统建设涉及诸多国内、外最先进的并具有发展前景的技 术，如信号技术、计算机技术、智能决策技术、远程控制技术、地理信息技术、通 信技术、网络技术、多媒体技术和数据库技术，是上述技术的集大成者。 高速铁路综合调度系统的建设与高速铁路调度指挥的组织结构及管理模式息息相 关。高速铁路调度指挥的组织结构采用：在铁道部设调度指挥中心，在北京、上海、 武汉、广州设4 个调度所。铁道部调度指挥中心与4 个客运专线调度所互为备用，并 满足同时接管任意两个调度所工作的功能要求；管理模式采用：铁道部设置运输计划 编制部门，负责组织编制客运专线基本计划。在铁道部设置客运专线调度指挥中心， 按管辖区域拟设列车调度、动车调度( 机调) 、供电调度、综合维修调度、客运调度 和货运调度，对各调度业务进行综合管理；在客运专线调度所内设置运输计划编制部 门，负责编制所管辖范围内的客运专线实施计划。按客运专线的分布，在客运专线调 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 度所，按管辖线路设列车调度、动车调度( 机调) 、供电调度、综合维修调度、客运 调度和货运调度，对各调度业务进行综合管理。 与上述组织机构、管理模式相适应，高速铁路综合调度系统是一个从纵向到横向、 从业务覆盖到技术实现都很复杂的大型网络化i t 应用系统。该系统是一个以铁道部调 度指挥中心为根节点，北京、上海、武汉、广州区域调度所( 每个调度所均由列车、 动力、供电、维修、客运等多工种协同作业) 为子节点的统一、综合集成的调度指挥 体系。从集成关系上看，作为铁道部信息化体系的重要组成部分，高速综调系统在各 个工种之间，各个层级之间与高速铁路其他信息系统以及既有线已有外部系统之间在 数据功能和流程上存在大量的交互需求。 综上所述，在这样一个分布式的高度复杂的实时应用系统建设中，要实现各个子 系统之间的互操作首先需采用切实可行且具有前瞻性的总体架构，高速铁路综合调度 系统总体架构用于确定和描述提供用户需求的全部功能，实现这些功能的子系统、各 个子系统之间及其与外部环境之间的接口和信息流从而确定系统所包含的功能模块及 模块之间的接口。二这些正是基于对高速铁路综合调度系统各子系统功能配置的充分 理解之上。 2 2 高速铁路综合调度系统各子系统功能配置 高速铁路综合调度系统以列车运行调度系统为核心，综合行车、机务、工务、电 力、电务、旅客向导、维修检测、安全监控等为一体。其功能按专业应用要求划分为 运输计划子系统、运行管理子系统、车辆管理子系统、供电管理子系统、客运服务子 系统、综合维修子系统等六个功能子系统【1 1 】 运输计划子系统： 基本计划编制：以线路数据、动车组参数、信号系统参数、车站参数等数据 为依据，结合客流分析与开行方案编制基本列车运行计划、基本动车组交路 计划、基本车辆分配计划、基本乘务计划。 实施计划编制：根据铁道部下达的计划、市场需求及线路、设备等相关情况 编制管辖范围实施日前7 天内的实施计划，主要包括列车运行计划、动车组 交路计划、车辆分配计划、车辆检修计划、乘务计划、车站作业计划、综合 维修计划、供电计划。 运行管理子系统： 实施计划接收：接收铁道部、调度所、内相关调度、相邻高速铁路调度所、 相关铁路局调度所传来的实施计划。 列车运行监视：实时显示列车运行位置、列车车次、列车速度、列车早晚点。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 连锁和列控系统信息列车实际运行图和列车运行调整计划图的显示列车出 入动车段状态显示安全监控及设备故障等报警信息的显示显示与所管辖高 速铁路衔接的相邻线路至少两个车站站场、列车运行位置、信号设备状态、 列车运行早晚点信息及预计进入所管辖高速铁路时分的信息。 调度指挥与控制：列车运行调整控制模式列车进路控制功能调车进路控制 功能i 陆时限速区间、股道封锁。 调度命令管理：调度命令管理功能，包括调度命令的编制、审批、传送、签收、 查阅等。 实际运行图管理：生成、描绘列车实绩运行图实现事故、灾害、施工、维修 及其它特殊情况的录入、存储、查询等。 列车运行历史数据回放：列车运行历史数据进行回放。 列车车次追踪及管理：实时追踪列车车次列车车次能够被实时追踪 维修作业时间管理：维修作业开始时间的下达维修作业结束时间的确认和检 查功能。 车辆管理子系统： 应具备接收列车运行计划、动车组交路计划和列车运行调整计划的功能。 应具备实时显示动车组的运行位置、运用情况和动车组状态的功能。 根据列车运行调整计划、车载诊断信息等，制定动车组交路和车辆分配调整 计划并发送至有关单位。 应具备接收动车检修部门的动车组相关信息的功能。一 应具备查询动车组的修程、修制和与动车组运用相关资料的功能。 动车组发生故障时，应能提供紧急处置预案。 应具备动车组各项运用指标的统计与分析的功能。 供电管理子系统： 应具备接收列车运行计划、供电计划、综合维修计划、列车运行调整计划和 列车运行状态的功能。 应具备实时监视牵引供电系统运行状态、系统设备带电状态的功能，将重要 信息发往相关系统。 应具备可靠完善的遥控功能，包括单控、程控两种方式，程控内容可由用户 根据系统控制需要编制，遥控功能应具有严格的防误操作闭锁措施。 应具备事故记录功能，并应能实现历史数据回放。 应具备调度事务管理功能 应具备容错、自诊断、自恢复功能，并能支持远程维护。 应能实现对无人值班场所的视频监控。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 供电设备发生故障时，应能提供紧急处置预案 客运服务子系统： 应具备接收列车运行计划、动车组交路计划和列车运行调整计划的功能。 根据列车运行计划等，应能自动生成相关的旅客服务信息，并发送到车站及 有关单位。 应具备集中管理旅客服务有关各类信息、实时掌握列车运行实绩信息和预测 信息的功能。 应具备实时监督管辖范围内客运专线列车编组、上座率、各站中转旅客人数、 动车组周转、中转列车接续以及列车乘务组等信息的功能。 应具备制定晚点列车运行调整建议方案的功能。 应具备监督晚点列车旅客处理的功能。 应具备查询与旅客服务相关的数据功能。 应具备旅客服务相关数据统计和信息汇总功能。 当发生突发事件时，应能提出紧急处理预案、旅客疏运方案，提出列车运行 调整方案建议。 应能对大型车站关键场所进行视频监控。 综合维修子系统： 综合维修管理：通过建立基础设备履历，提供维修资源分布情况，对维修作 业计划进行汇总和协调，接收列车运行计划、综合维修计划和列车运行调整 计划。对维修作业过程进行管理，确认维修作业开始和结束状态，下达维修 作业开始和结束命令，向列车调度中心发送维修作业结束确认信息。 防灾安全监控：对管辖范围内的基础设施、自然灾害进行实时监测，或从其 他相关系统或部门得到报警信息，对各种监测信息进行汇总、分析、处理， 判定设备安全隐患、灾害及故障的类型、性质和级别，对各种不同级别的报 警、预警信息提出处理建议，并能发送至相关系统。 综合设备管理：监视设备的工作状态接收对线路、桥梁、隧道及通信、信号、 信息等设备的监测数据，监视其工作状态查询管辖范围内所有设施和技术资 料，并将报警信息传送给相关系统。 通过上述对高速铁路综合调度系统功能配置的分析，确定了系统中每一个应用子 系统的业务范围、系统功能和系统特征。从而为构建高速铁路综合调度系统总体架构 奠定了基础。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 2 3 高速铁路综合调度系统总体架构的组成 2 3 1 相关研究方法( 理念) 介绍 高速铁路综合调度系统是一个涵盖了运、机、工、电等多个业务领域，由多个子 系统集成而成的复杂大系统。系统的通信需求和资源共享的需求是广泛多样的。要构 建这样一种复杂系统的总体架构当采用最先进的架构方法才行。文献【5 1 】对各种架构设 计方法进行了比选并得出s o a ( s e r v i c e o r i e n t e d a r c h i t e c t u r e 面向服务的架构) 可以作 为高铁综调系统架构设计方法的结论，理由如下： ( 1 ) 解耦：降低系统的复杂性；通过将内部联系紧密的功能模块分解为若干个可 共享的服务，降低了系统设计的难度，降低了因系统设计中的失误所带来的风险。 ( 2 ) 动态适应性：s o a 理念不仅能够继承原有系统中的应用模型、业务逻辑关 系和数据；同时，s o a 又是一个松耦合架构，更能适应业务的变化而无须关心底层实 现技术，能够降低系统重构的造价，提高系统效率。 ( 3 ) 重用性：通过标准化的服务将系统的资源进行有效整合，使其能够被重新组 合和应用。更能够体现业务之间的关联性，它以服务为基本单元对系统资源进行组织， 通过服务重组来实现。 ( 4 ) 可扩展性：s o a 是一个开放性的架构，组件方式的模型，能够根据实际业 务的变化需求，灵活地进行组件添加，并且这种添加不需要更改系统的结构。 ( 5 ) 互操作性：s o a 采用服务注册机制能够实现各业务功能的相互调用，特别适 合于当前网络环境下的服务共享。 s o a 所具备的上述优点为高速铁路综合调度系统提供了极大的灵活性和快速的响 应能力，这对于高速铁路综合调度系统的设计、运营和发展来说是至关重要的。事实 上，s o a 是一个组件模型，它将高速综调信息系统的各项业务应用( 称为服务) 通过 服务之间定义良好的接口联系起来，而接口是采用中立的方式进行定义的，它独立于 实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种这样的系统中的所有 服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。从而更进一步实现各个系统间的互操作； 此外，本文在高速铁路综合调度系统总体架构的研究中还采用了面向过程的建模方法， 限于篇幅限制，此处不做阐述。下面将丛信息共享交换平台、逻辑架构、物理架构三 个方面阐述高速铁路综合调度系统的总体架构。 2 3 2 基于s o a 的信息共享交换平台 根据对高速铁路综合调度系统功能配置的充分理解和既有线调度信息系统的建设 经验，并结合对s o a 先进设计理念的把握和分析，结合充分挖掘和准确利用当前最先 进的i t 技术和s o a 架构的特性，将各级调度指挥执行单位看成一个整体，基于“实 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 平台、虚应用”的架构设计思路例，构建统一的调度指挥服务网络，通过建立信息共 享交换平台支撑业务应用的目标，实现所有系统涉及到的空间数据和非空间数据、静 态信息和动态信息的高效管理和麸享，彻底消除各业务系统之间的信息壁垒，实现高 速铁路综合调度系统内部横向、纵向的广域信息共享。结合文献 1 7 1 9 中对高速铁路 综合调度系统结构的介绍本文得出信息共享交换平台的结构如图2 - 1 。 舶2 - 1 高速铁路综合调度系统信息共事交换平白结构 图2 - i 中所示总体架构打破了传统面向各工种作业僵化的垂直应用构建模式， 将应用分解为可重用、松耦合、互操作的服务结构，通过服务的编排组台来实现业务 的组合，通过服务的重用来满足业务的变化和调整，实现在一个统一开放的、面向雕 务的软件平台之上的“实平台、虚系统”这种架构设计的出发点之一就是解决调度指 挥各工种之间，部调度中心与各客专调度所之间，调度系统与外部系统之同进行信息 交换和流程协同的问题。印互操作问题。汲取既有线调度系统建设的经验，改变现有 应用点对点的信息交互方式，通过建立。信息共享交换平台“，提供统一的服务访问和 信息互通的能力“信息共享交换平台”是一个连接各调度指挥单位之间以及各层面的 不同子系统之问，分布联邦式的连接中心和神经中枢。在这样一个“信息平台”中， 高速综调系统与车站基地作业管理、营销、客服、票务等，无论是部署在部级中心的， 还是部署在客专( 路局) 调度所的系统，以及站段( 基地) 的系统都能够通过消息、 数据库和文件等适配器或是通过开放标准的服务参与“信息共享交换平台”，实现信息 交互，包括数据同步、服务调用、事件驱动消息路由和数据转换等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 2 3 3 逻辑架构和物理架构 逻辑架构是从逻辑角度描述高速铁路综合调度系统内部结构，针对系统功能配置， 从系统内部对输入数据流、输出数据流及处理过程进行结构性的组织【3 硼。即确定高速 铁路综合调度系统为满足用户需求所须提供的功能及各功能之间交互的信息流和数据 流。逻辑框架的构建不考虑管理体制和技术因素，它只确定系统的功能，而不管功能 由谁来实现，如何实现，具体的实现工作由物理架构完成。逻辑架构与系统的具体实 现分离使得其具有较好的灵活性、可扩展性。建立逻辑架构的步骤如下【4 2 】： ( 1 ) 通过功能需求分析，建立功能层次表； ( 2 ) 根据功能层次表，建立系统的项级数据流图； ( 3 ) 结合功能层次表，按照“强内聚、松藕合”的原则对各处理功能、数据流进 行精化。在精化的过程中尽量保持各级数据流图的平衡，从而生成下一级数据流图。 高速铁路综合调度系统的顶层逻辑架构由计划调度、行车调度、动车组调度、电力调 度、旅客服务、综合维修六个功能逻辑过程组成。由于本人水平有限，在本论文中仅 讨论高速铁路综合调度系统的顶层的系统逻辑架构，具体结构如图2 - 2 所示。 从图2 2 可以看出，在逻辑架构层次上高速铁路综合调度系统表现为一系列的处 理过程及其输入输出数据流。而物理架构则是对逻辑框架上定义的各过程及数据进行 整合，形成若干个具有一定功能、满足高速铁路综合调度系统需求的物理子系统。物 理子系统的确定既要考虑功能的需求，也要考虑非功能需求，包括管理体制、市场等 方面的因素【z 引。功能需求通过逻辑架构确定的过程和数据流来体现，决定高速铁路综 合调度系统物理实体必须完成的功能。显然，由逻辑架构层的处理过程到物理架构层 的系统或子系统的形成是一个映射优化的过程。基于上述的逻辑架构与物理架构的映 射过程，根据高速铁路运营管理系统的功能配置分析，一种可行的架构就是将高速铁 路综合调度系统分成四个子系统，即中央管理子系统、车站子系统、轨道旁子系统、 列车子系统。如图2 - 3 所示。中央管理子系统与车站子系统通过有线无线方式实现通 信，车站子系统与轨道子系统之间采用有线无线通信，轨道旁子系统与列车子系统之 间采用无线通信，列车与列车之间需要采用专用的车一车无线通信。中央管理子系统 包括六个子系统：计划调度、行车调度、动车组调度、电力调度、旅客服务和综合维修 调度子系统。车站子系统包括5 个子系统：车站信息采集系统、非法侵限监测系统、牵 引供电设备监测系统、火灾监测系统、计算机联锁控制系统。轨道旁子系统包括8 个 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 m m_m 图2 2 高速铁路综合调度系统逻辑架构顶层结构 子系统：灾害监测系统、事故现场监测系统、轨温监测系统、路基监测系统、桥隧监测 系统、轨道电路发送接收单元、列控信息发送单元、设备检测单元。列车子系统包括6 个子系统：列车定位系统、列车运行状况监控系统、a t p 系统、a t s 系统、a t o 系统、 列车智能控制系统。 图2 3 高速铁路综合调度系统物理架构顶层结构 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 2 4 本章小结 高速铁路综合调度系统集成了多个专业子系统，并且是一个典型的分布式信息互 联系统，所以建立一个总体架构可为各个专业子系统的设计及研发提供一个总体思路， 便于系统的开发者统一认识，进而保证系统的兼容性及互操作性。本章从目前最为流 行的系统架构设计理念入手，基于这个理念和系统功能配置构建了高速铁路综合调度 系统的“信息共享交换平台”，然后采用结构化的方法给出了高速铁路综合调度系统的 逻辑架构和物理架构，从而为下一章“信息共享交换平台”的进一步研究提供了系统 框架模型 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼皇曼曼曼曼曼璺i i i 一 ； 一 一一 i i 曼曼曼 第3 章信息共享交换平台及各子系统互联方式分析 如第二章所述，高速铁路综合调度系统是一个由多个子系统构成的、从纵向到横 向、从业务覆盖到技术实现都很复杂的大型网络化i t 应用系统，系统之间存在着大量 的信息交互需求，采用基于s o a 的高速铁路“信息共享交换平台”能为铁路企业实现 全路范围内的信息资源无缝共享提供一个解决方案，不仅可以解决遗留系统的复用问 题，还可以解决跨语言、跨平台、跨防火墙的异构子系统间的互操作性问题，建立一 个开放性的软件体系，解决铁路现有信息系统一直存在的“信息孤岛”问题。 3 。1 信息共享交换平台的设计意义及目标 信息共享交换平台是对整个综合调度系统的共享数据进行的统一化、规范化管理， 最终形成一个对共享数据进行收集、组织、存储、加工、查询、传输、通信等管理服 务的数据库系统，为实现各个子系统信息的整体合提供技术保障。作为基础平台，在 高速铁路综合调度系统的建设中“信息共享交换平台“的研究具有十分重要的意义。 表现如下： ( 1 ) 信息共享交换平台作为数据的提供者，将按统一的标准规范为各应用子系统 提供所需的时间的、空间的、动态的、静态的运输数据。 ( 2 ) 信息共享交换平台作为数据的输送者，将利用先进的有线通信、无线通信， 实现车一车、车一地、地一车、地一地的信息传输。 ( 3 ) 信息共享交换平台作为数据的管理者，将整合各类信息资源，打破信息孤岛， 建立异构、异域数据库的信息共享机制，实现已有信息系统之间、已有信息系统与新 建信息条件的信息共享和互联互通。 依据高速铁路综合调度系统需求的特点及从互操作性原则出发，信息共享交换平 台的设计目标如下【3 9 】【加】： ( 1 ) 引导系统建设向智能化、综合化、体系花方向发展，充分利用已经运行的成 熟的各专业子系统 ( 2 ) 高速铁路综合调度系统信息共享交换平台的设计功能应覆盖高速铁路综合调 度系统的全部业务。 ( 3 ) 高速铁路综合调度系统信息共享交换平台的设计应该为高速铁路系统的研发 提供一个整体思路，便于系统的开发者统一认识，进而保证高速铁路综合调度系统在 全国范围内集成的兼容性、可互操作性。 ( 4 ) 高速铁路综合调度系统信息共享交换平台的设计应满足统筹规划、分步实施 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 的建设需求，具备分段构筑、分段实现的能力，满足与高速铁路建设进度同步或相匹 配的要求。 3 2 信息共享交换平台的信息来源 基础信息 各类基础数据编码信息 ( 客货运站名及编码、线路名 称编码、歹b 车编码、线路里程 编码、线路营业性质编码、铁 路单位编码、机车编码、区段 编码、分界口编码、运输品编 码、车辆编码、车票编码 等) ； 时刻表信息i 运价信息等； 动态信息 机车、车辆等动态运行信息i 列车运行调度信息l 车票预发售动态信息； 歹8 车预确报信息； 事故救援信息， 备类安全监控动态信息等 静态信息 路冈基础地理信息 机务地理信息 车辆地理信息 供电供水地理信息 电务地理信息 工务地理信息 备类维修计划及维修记录信息 各类技术履历信息 各类设备管理信息 计戈i i 息 财务统计信息等 图3 - 1 高速铁路综合调度系统信息共享交换平台信息来源示意图 高速铁路综合调度系统的信息共享交换平台按照一定的标准规范整合多源异构的 高速铁路综合调度系统的各子系统信息资源，成为采集、传输、存储、处理、管理和 发布各类信息的载体，是实现各子系统间信息交互与共享的重要保证。由于高速铁路 综合调度各子系统的建设时间、发展水平不一致，造成高速铁路综合调度信息共享交 换平台涉及到的信息异构异域、来源广泛、类型复杂、数量庞大，其中既包括动态实 时共享信息，又包括公用基础信息和静态信息。动态实时共享信息是指与铁路运输直 接相关的实时动态信息，如旅客服务信息、机车车辆位置追踪信息、行车调度信息和 电力调度信息等，又有信息的变化极快，必须在尽量短的时间内完成交换：公用基础信 息是指变化频率不大，各业务系统公用的基础信息，如各类车站、列车、线路、区间、 供电系统等的编码等，通常须制定统一的修改变更时间，通过远程网络对各业务系统 进行更新：静态信息是指不可更改的各业务领域的生产管理计划、各类汇总信息等。图 3 1 给出了高速铁路综合调度系统信息共享交换平台的信息内容及特征。 高速铁路综合调度系统信息共事交换平台 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 图3 2 高速铁路综合调度系统信息共享交换平台系统结构图 3 3 信息共享交换平台的系统结构及功能 3 3 1 信息共享交换平台的系统结构 基于高速铁路综合调度系统信息共享交换平台的信息组成及s o a 架构方法，从信 息流流向的角度出发，将信息共享交换平台分为以下三