（交通信息工程及控制专业论文）调度集中区段无人站行车组织研究与仿真.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 对于客货运业务很少甚至没有的分散自律调度集中区段中间站，在无 线通信系统、车次号校核系统、无线列车调度命令传输系统等配套子系统 到位的情况下，可以实现列车、调车作业无人化，即为无人站。无人站出 现某些非正常情况时，需要助理调度员进行手动远程控制，所以提高调度 集中系统处理非正常情况的智能化程度就具有极大的现实意义。 本文的具体任务是在分析分散自律调度集中区段无入站行车的基础 上，对无人站行车进行仿真，并实现接车股道故障时的自动调整。论文的 主要内容包括以下几个方面： 1 、通过与传统调度集中的比较，指出分散自律调度集中系统的优势， 并简述系统的特点、结构、功能以及控制模式。 2 、分析自律分散系统技术在调度集中系统中的应用以及无人站自律控 制的实现。 3 、对无人站行车作业进行具体分析，它是仿真系统功能实现的基础。 然后分析无人站行车仿真系统的数据和功能，数据主要包括列车运行调整 计划和调车作业计划，功能主要有根据调整计划的接发车作业、接车股道 故障时自动调整、列车与调车作业的协调办理。 4 、在以上分析的基础上，按实现过程解析无人站行车仿真系统各项功 能的实现。 无人站行车作业的分析有助于理解无人站自律实现和行车流程；仿真 实现的接车股道故障时自动调整功能有助于提高处理这一情况的智能化程 度，并能减少助理调度员工作量。 关键词分散自律调度集中；无人站；自律控制；列车运行调整计划 q 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 a st h ei n t e r m e d i a t es t a t i o nw h i c hh a ss e l d o mp a s s e n g e r & c a r g os e r v i c ei n t h ed e c e n t r a l i z e da u t o n o m o u sc t cs e c t i o n ，u n d e rt h es i t u a t i o nm a tt h er e l a t e d s u b s y s t e mo f w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，t r a i nn u m b e ri n d i c a t i o nc h e c k i n g s y s t e m , w i r e l e s st r a i nd i s p a t c h i n gc o m m a n dt r a n s m i s s i o ns y s t e me t cp u t si n p l a c e ，i tc a n r e a l i z et r a i no p e r a t i o na n ds h u n t i n go p e r a t i o nw i t hn on l a n ，t h a ti s u n a t t e n d e ds t a t i o n w h e nt h eu n a t t e n d e ds t a t i o np r e s e n t ss o m ea b n o r m a l c o n d i t i o n s ，t h ea s s i s t a n td i s p a t c h e rw i l lp r o g r e s sm a n u a la n dr e m o t ec o n t r o l ，s o r a i s i n gt h ei n t e l l i g e n td e g r e eo fd e a l i n gw i t ht h ea b n o r m a lc o n d i t i o no ft h ec t c h a sag r e a tr e a l i s t i cm e a n i n g t h ec o n c r e t et a s ko ft h ep a p e ri so nt h eb a s i so fa n a l y z i n gu n a t t e n d e d s t a t i o n st r a i no p e r a t i o ni nt h ed e c e n t r a l i z e da u t o n o m o u sc t cs e c t i o n ，t h e n e m u l a t i o n st h eu n a t t e n d e ds t a t i o n st r a i no p e r a t i o n , a n dr e a l i z e sa u t o m a t i c a d j u s t m e n ta tt h et i m eo f t h et r a i nr e c e i v i n gt r a c kf a i l u r e t h em a i nc o n t e n to f t h ep a p e ri n c l u d e st h ef o l l o w i n gs e v e r a lp o i n t s ： 立 1 t h r o u g ht h ec o m p a r i s o nw i t ht r a d i t i o n a lc t c ，i tp o i n t s o u tt h e a d v a n t a g e o ft h ed e c e n t r a l i z e da u t o n o m o u sc t cs y s t e m , t h e ns k e t c h e s s y s t e m a t i cp e c u l i a r i t y ，s t r u c t u r e ，f u n c t i o na n dc o n t r o lm o d e 2 a n a l y z et h ea p p l i c a t i o no fa u t o n o m o u sd e c e n t r a l i z e dt e c h n o l o g yi nt h e a p p l i c a t i o no fc t c ，a n dt h er e a l i z i n go fu n a t t e n d e ds t a t i o n sa u t o n o m o u s c o n t r 0 1 一 3 m a k eac o n c r e t e a n a l y s i s o f u n a t t e n d e ds t a t i o n st r a i nt r a f f i c o r g a n i z a t i o nw h i c hi s t h ef o u n d a t i o no fr e a l i z i n gt h es i m u l a t i o ns y s t e m s f i m c f i o n t h e nt h i sp a p e ra n a l y z e st h ed a t aa n df u n c t i o no fu n a t t e n d e ds t a t i o n s t r a i nt r a f f i co r g a n i z a t i o ns i m u l a t i o ns y s t e m , t h ed a t am a i n l yi n c l u d e st r a i n o p e r a t i o np l a n a d j u s t i n ga n ds h u n t i n go p e r a t i o np l a n ，t h e f u n c t i o nm a i n l y i n c l u d e sr e c e i v i n ga n dd e p a a i n g o p e r a t i o n b a s e do nt h ep l a n a d j u s t i n g ， a u t o m a t i ca d j u s t m e n ta tt h et i m eo ft h et r a i nr e c e i v i n gt r a c kf a i l u r ea n dt h e 西南交通大学硕士研究生学位论文第| ii 页 c o o r d i n a t i o nb e t w e e nt r a i no p e r a t i o na n ds h u n t i n go p e r a t i o n 4 a tf o u n d a t i o no ft h ea b o v ea n a l y s i s ，t h ep a p e rp a r s e se v e r yf u n c t i o n s r e a l i z a t i o no f u n a t t e n d e ds t a t i o n s 娩i nt r a f f i co r g a n i z a t i o ns i m u l a t i o ns y s t e m a c c o r d i n gt ot h er e a l i z a t i o np r o c e d u r e 、 t h ea n a l y s i so fu n a t t e n d e ds t a t i o n st r a i nt r a f f i co r g a n i z a t i o nc o n t r i b u t e s t ou n d e r s t a n d i n gt h eu n a t t e n d e ds t a t i o n sa u t o n o m o u sr e a l i z a t i o na n dt r a i n t r a f f i co r g a n i z a t i o np r o c e d u r e ；t h ef u n c t i o no fa u t o m a t i ca d j u s t m e n ta tt h et i m e o ft h et r a i nr e c e i v i n gt r a c kf a i l u r ew h i c hi sr e a l i z e db yt h es i m u l a t i o nc a n c o n t r i b u t et o r a i s i n gt h ei n t e l l i g e n td e g r e eo fd e a l i n gw i t ht h ea b n o r m a l c o n d i t i o n ，a n dr e d u c i n gt h ea s s i s t a n td i s p a t c h e r sw o r k l o a d k e y w o r d sd e c e n t r a l i z e da n da u t o n o m o u sc t c ；u n a t t e n d e ds t a t i o n ； a u t o n o m o u sc o n t r o l ；t r a i no p e r a t i o np l a n - a d j u s t i n g 西南交通大学四南父遗大字 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d 使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ) 学位论文作者签名黄覃 日期： o q 8 6 馏 指导老师签名：夕务曩研爿 日期： 一n 心厶，g 西南交通大学学位论文创新性声明 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 人或集体已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的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由 本人承担。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究背景 第1 章绪论 调度集中( c ，i i c ，c e n t r a l i z e dt r a f f i cc o n t r 0 1 ) 是一种综合铁道信 号技术和通信技术，用来自动收集列车运行信息和集中指挥行车的先进的 控制系统：是由人工用电话指挥行车向自动化发展的重要手段n 3 。c t c 作为 一种先进的行车指挥管理方式，在改善铁路运营环境、提高服务质量和运 输生产效率，以尽可能少的投资获取最大的收益等各方面都有很好的优势， 而且符合通信信号一体化的技术发展方向。 截至2 0 0 3 年，我国在全路开通并真正使用c t c 系统的仅有秦沈客运专 线，而其他一些c t c 系统如广深线、大秦线、郑武线等并没有开通或使用， 其中最主要问题在于客货混运的条件下如何解决调度集中控制下列车与调 车作业的协调。上世纪8 0 年代日本专家提出过铁路调度自律分散型行车指 挥自动化控制系统概念，其基本思路是：调度中心系统负责编制和调整列 车运行计划并将计划定时发送到车站，由车站系统将运行计划变成进路控 制命令驱动联锁设备执行。因为把列车接发与调车作业控制权集中于车站 控制装置一处，可以不依赖调度中心的指令而独立地处理列车接发及调车 作业，因此不再存在接发列车与调车作业之间的矛盾。近年来各相关单位 一直致力于分散自律调度集中的开发与优化，如卡斯柯的f z k - c t c 、北京 通信信号研究院的f z t - - c t c 。 。我国目前已经进入分散自律调度集中的应用和逐步优化阶段，该系统 是我国铁路信息化建设的重要组成部分，同时也是电务部门跨越式发展主 要内容。该系统的发展必将大大提高我国铁路现代化装备水平，对促进运 输组织方式改革，提高运输客货服务质量，减员增效发挥重要作用。因此， 需要深入研究分散自律调度集中系统，加快该系统建设步伐。 该系统不但适应有人车站，也适应无人站圆。经研究得出结论，分散 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 自律调度集中依靠先进的计算机技术、网络技术和智能化技术，通过对现 行运输过程的优化，实现调度中心对列车运行的直接管理与调度指挥，实 现以列车运行为主、沿线调车作业为辅的行车指挥自动化，强化于线路运 输能力的调控手段。在配套子系统到位的情况下，例如无线通信系统、车 次号核对子系统、无线列车调度命令传输系统等，可以在客货运业务很少 甚至没有的中间站实现列车、调车作业无人化。分散自律调度集中真正成 为既是行车指挥现代化技术装备，也是现代铁路运输组织模式。 对于无人站的某些非正常情况，需要助理调度员进行手动远程操作， 所以提高处理非正常情况的智能化程度就具有极大的现实意义。 1 2 国内外调度集中发展与现状 国外发展与现状 从1 9 2 7 年c t c 系统第1 次在美国铁路上应用以来，经历了使用继电器、 电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路器件的不同时代。1 9 8 0 年前 后随着微型计算机的推广应用，微机化调度集中开始出现，将系统的监视、 控制、数据统计和报表处理、运行图调整等功能融合到一个系统中。代表 性的应用系统有美国通用信号公司的m a r c ot r a f f i cm a s t e r l i 和 c e n t r a c o d e ，联合道岔公司的t r a c kc o m m a n d e r 和f c e 一5 0 0 ，日本的c t c 一6 和n s 4 b 等，法国、德国、瑞典、意大利、英国等也有自己的c t c 系统问 世并应用。之后，c t c 系统的发展主要是逐步应用微型计算机和通信领域 的新成果，并向综合化、自动化和智能化发展，系统的功能越来越强，可 靠性越来越高，操作界面也越来越人性化。系统的功能涵盖了监视、控制、 报警、设备状态监测、决策、运行图管理、列车运行实绩描绘、运行计划 调整、晚点预告等功能。日本的c o s m o s 系统是这一阶段前期的代表。之后， 由于系统已经成熟和完善，在高速铁路、客运专线、城市铁路等领域得到 了广泛的应用n 1 。 美国是修建铁路最多的国家，也是使用c t c 最早的国家，他们倡导车 站无人化，车站间不装设闭塞设备。日本调度集中覆盖里程占总营业里程 的近9 0 5 ，铁道公司为了提高运输经营的效益，有极大部分的车站采取无 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 人值守。无人值守车站的旅客安全问题是公司关注的重点，为此特别完善 了无人值守车站的自动售票系统和与旅客的对话系统。为了加强这些车站 的安全管理，引进了“车站集中管理系统，该系统具有监视设施、旅客引 导广播设施、车站远程控制等综合无人值守车站的安全管理功能。由于应 用这一系统，同时在车站实施了无人控制电梯的运行方式，使旅客在无人 值守车站通过这些装备和措施同样感受到高水平的服务嘲。 国内发展与研究现状 我国从1 9 5 8 年开始研制的选控逐验式c t c 是采用无接点元件构成的时 分制频率电码系统。之后的2 0 多年中，经历了分离元件、小规模集成电路、 中规模集成电路的布线逻辑，发展到采用大规模集成电路、微机化的c t c ， 逐步推出了d d - 2 、d d - 3 、d d - 4 、0 4 、0 5 型c t c ，累计安装1 6 个区段，共 1 9 5 4 5 k m 。除了传统的控制和表示功能以外，增加了进路储存控制、进路 程序控制、表示多端显示、列车车次跟踪显示、行车有关数据的处理和打 印功能。有许多安装了c t c 的区段未能全部正常使用，特别是1 9 7 8 年1 2 月1 6 日杨庄事故发生后。国内c t c 设备的控制功能基本停用，c t c 发展放 缓。到9 0 年代，大秦线( 铁道科学研究院，d 5 型，1 9 9 1 年7 月开通西段， 1 9 9 3 年1 2 月开通东段) 和哈柳段( 卡斯柯公司，c t c 一4 0 0 0 型，1 9 9 1 年1 2 月单线，1 9 9 5 年1 2 月双线) 开通使用的c t c 只有1 0 7 0 k m 【1 1 。分散自律调 度集中系统吸取传统c t c 的经验和教训，充分考虑中国铁路客货混跑、调 车作业多的实际情况，采用“分散自律( d i s t r i b u t e da u t o n o m i cs y s t e m ) 的理论，将调车控制纳入到c t c 功能中来，系统无需切换控制模式即可实 现列车作业和调车作业的协调办理，并且能够进行无人值守车站的调车作 业，从而将调度集中的优势彻底地发挥出来。分散自律调度集中系统逐渐 应用到各条新建线路。 在秦沈客运专线采用的c t c ，是铁道科学研究院研制的d 6 型，与法国 c s e e 公司的s e i 联锁列控一体化设备结合口3 。秦沈客运专线在6 个中间站 设车站控制中心区间设无人值守中继站1 。 胶济线纳入c t c 控制的车站共计3 2 个，淄博( 含) 一平陵城区段，管 辖c t c 控制车站6 个，其中姚哥庄和蔡家庄站为无行车人员值守车站。管 内陇海线纳入c t c 控制的车站共计1 1 个，全部由西陇海调度区段管辖，其 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 中杨楼和李庄站为无人站。2 0 0 4 年5 月，青藏线西哈段分散自律调度集中 系统开通使用，共有1 7 个车站，1 0 个车站实现行车指挥无人化。 1 3 论文研究意义 我国已经进入分散自律调度集中的应用和逐步优化阶段，功能的完善 或优化都将极大地推动该系统的发展与应用程度。本论文完成分散自律调 度集中区段无人站行车组织的研究与仿真，着重分析了无人站自律控制、 列车与调车作业过程、列车与调车作业的协调、以及接车股道故障时的自 动调整。论文的研究具有如下几点重要意义： ( 1 ) 有助于理解自律分散系统技术在无人站行车中的应用，增加对分 散自律调度集中系统特点、结构、功能等方面的认识。 ( 2 ) 理解无入站列车作业、调车作业以及它们之间协调的基本过程。 ( 3 ) 实现无人站接车股道故障时的自动调整，提高处理这一情况的智 能化程度，从而减少人为出错和助理调度员的工作量。这个处理方法对有 行车人员车站仍然适用，因为有行车人员中间站与无人站使用的相同的设 备，完成相同的功能，仅是车站联锁关系更为复杂，所以只是判断条件的 数量以及判断的复杂程度相应增加。 1 4 论文研究内容 本论文在分析分散自律调度集中系统结构与功能的基础上，着重分析 了调度集中区段无入站行车组织的自律控制和行车作业流程，接着进行无 人站行车仿真的数据分析、功能分析，最后说明各项功能的具体实现。 论文研究内容安排如下： 第一章首先论述论文的研究背景以及国内外发展与现状，从而给出本 论文研究的意义和主要内容。 第二章对分散自律调度集中系统进行分析，主要包括了系统的特点以 及相比传统调度集中系统的优势、系统结构与功能、控制模式及其转换。 第三章分析自律分散系统技术在调度集中系统中的功能实现，然后重 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 点分析了无人站的自律控制。 第四章首先介绍仿真无人站的基本情况；接着分析了该无人站行车作 业具体过程，它是仿真系统功能实现的基础；最后分析仿真系统的数据与 功能。 第五章是针对无人站行车仿真的各项功能具体实现：绘制站场图、根 据调整计划的接发车作业、接车股道故障时自动调整、列车与调车作业的 协调办理、记录与绘制该站运行图。 结论部分总结了论文所做的工作，并提出仿真存在的不足及展望。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第2 章分散自律调度集中系统分析 分散自律调度集中系统具备了调车进路远程控制和智能化控制功能， 对于客货运业务很少甚至没有的中间站能够实现行车指挥由助理调度员统 一控制，即实现车站行车指挥无人化，该中间站即为无人站。 分散自律式调度集中系统与我国路情紧密结合，是以调度指挥信息管 理系统( t d c s ，t r a i no p e r a t i o nd i s p a t c h i n gc o m m a n ds y s t e m ) 为平台， 以调度集中为核心，以行车指挥自动化为目标，实现铁路运输指挥现代化 的调度集中系统口1 。 2 1 系统特点与优势 分散自律式调度集中系统最典型的特点是分散自律，整个系统的目标 和任务事先按一定的方式分配给子系统，然后由子系统问通过数据通信进 行信息交换和相互协调，独立完成目标或任务。该系统的主要功能集中在 调度中心，车站分机( 车站自律机) 具有采集、驱动、协调等功能，系统 的控制中心主要进行数据处理，即对控制指令的前期处理。 分散自律原则是指通过在车站设立自律机并按照列车运行调整计划和 站细来完成正常接发列车以及协调列车、调车冲突的功能，实现列车和调 车作业的统一控制。 分布在沿线各车站的每一个自律机都具有以列车运行调整计划为核心 的自律机制，接收列车运行调整计划并自动执行计划。列车运行调整计划 的制定与调整由调度中心完成，计划的执行由沿线车站分机自主判断完成。 这样就没有中心控制权与车站控制权的区分，由车站自律机来进行多处指 令的协调。 系统的中心与分机之间通过网络进行数据通信，将一个阶段内的计划 一次一批下达。在系统构成上车站分机具有复杂的逻辑运算与逻辑判断功 能。控制信息依据不同的处理阶段分为计划、指令和命令3 个层次： 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 计划指形成指令队列前处理阶段的信息，以阶段计划为主的信息。 指令指分散自律机存储的进路操作信息，以经过合法性、时效性、完 整性和无冲突检查及调度员批准由调度中心下达的信息。 命令指分散自律机经过自身约束自律检查，在具备触发条件时经触发 后输出给联锁设备的进路操作信息。 分散自律调度集中比起传统调度集中的优势有如下几点： ( 1 ) 系统较好地解决了中心与车站之间的交放权问题。中心控制与车 站控制都是依据相同的列车运行调整计划，无交放权的问题。 ( 2 ) 较好地解决了中心控制调车作业与车站控制调车作业问题。调车 作业以列车运行调整计划为既定方针，一切服从于计划，只要计划中具有 满足调车作业所需的空档，做到有计划的调车作业纳入计划管理。 ( 3 ) 控制模式减少。传统调度集中有多种控制模式：进路命令序列程 序控制、中心人工遥控、放权车站控制以及非常站控等；分散自律调度集 中只有分散自律控制模式和非常站控模式，正常情况下不需要交放控制权。 ( 4 ) 具有智能化功能。将需要记忆的规定与数据纳入系统并全部由系 统自动控制。 2 2 系统结构与功能 2 2 1 系统结构 系统由控制中心子系统、车站子系统和网络子系统三部分组成，其结 构及结构中各部分作用如下。 ( 1 ) 控制中心子系统 控制中心设在局调度所，负责控制整个调度区段列车的运行，是c t c 的网络核心。该子系统硬件结构如图2 - 1 所示。 控制中心子系统硬件设备主要包括数据库服务器、c t c 服务器、通信 服务器、系统维护工作站、行调工作站、助理调度员工作站、值班主任工 作站、综合维修工作站等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 数据库服务器，用于存储各种数据和操作记录，应采用强大、高效、 开放和可靠的数据库系统。服务器应为双机系统，双机切换应快速、可靠。 ( 爹c t c 服务器，用于运行图的自动调整和数据存储与数据交换，负责 向所有应用工作站提供行车表示信息、列车编组信息、车次号跟踪信息、 列车报点信息等，并保存到数据库服务器中。应为双机热备系统。 通信服务器，用于调度中心与车站子系统之间的信息交换。应为双 机热备系统。 ( 。i 删务器 综台维tmis j 垣f i 服务器 | f t 一 仟台 z 绘h 仪 图2 。1 控制中心系统硬件结构图 行调t 作站 助调 作站 c t c 维 护台 行调工作站，主要实现监控管辖区段范围内列车运行位置、指挥列 车运行的功能( 人工编制和调整列车运行计划、调度命令的下达、与相邻 区段调度员工作站交换信息) 。 助理调度员工作站，主要实现无人站的调车作业计划的编制、调整 和指挥等功能。 值班主任工作站，主要实现行车信息显示、下达调度命令、查询列 车运行调整计划和实际列车运行图的功能。 综合维修工作站，主要用于设备日常维护、。天窗维修施工以及故障 处理方面的登、销记相关手续办理，并具有设置临时限速，区间、股道封 锁等功能。 ( 2 ) 车站子系统 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 车站子系统是c t c 的控制节点，该子系统硬件结构如图2 2 所示。 车站子系统硬件设备主要包括车站自律机、车务终端、综合维修终端、 电务维修终端、网络设备、电源设备、联锁系统接口设备等。 吣 一 且 阅黧b 左 - 4 联锁接口 站 自 律 机 j 无线午矽：弓解 卜和转 匝囝 图2 2 车站系统硬件结构图 车站自律机，它是分散自律调度集中的关键设备，用于接收调度中 心的列车运行调整计划、直接操作指令，经检测后适时发送给车站联锁设 备执行；掌握车站联锁系统对进路命令的执行情况；接收车站设备状态表 示信息、邻站的实际运行图和设备状态信息。应采用双机热备的冗余配置 方式。 车务终端，能完成列车、调车及其他特殊进路的办理；能显示行车 信息、无线车次号校核信息、调度命令；能生成本站行车日志并完成调度 命令的签收。 综合维修终端，用于无人站电务、工务、电力、桥隧等部门在维修 和抢险等情况下，现场人员和调度中心的联系，以及日常维护、天窗维修 施工以及故障处理方面的登、销记相关手续办理。 电务维修终端，用于监视系统的运行情况，对所有操作控制命令、 设备运用情况、故障报警信息和车站网络运行状态等进行分类存储、查询、 打印，所有记录应能保持1 5 天。 ( 3 ) 网络子系统 网络子系统是调度中心子系统和车站子系统联络的桥梁，由网络通信 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 设备和传输通道构成双环自愈网络，采用迂回、环状、冗余等方式提高其 可靠性。 调度中心采用两台高性能交换机构成中心冗余局域网的主干，服务 器工作站等计算机设备均配备两块冗余网卡与交换机连接，调度中心还采 用两台中高端路由器与车站基层广域网连接，路由器应具备足够的带宽和 高速端口以满足通信要求。 、 车站系统采用两台高性能交换机或集线器构成车站局域网主干，车 站调度集中自律机、值班员工作站等设备均配备两个以太网口进行网络连 接。车站系统也需要配备两台路由器和车站基层广域网连接。 车站基层广域网连接调度中心局域网和各车站局域网，应采用双环、 迂回的高速专用数字通道。为了确保通信的可靠性，每个环应交叉连接到 局域网两台路由器上。 2 2 2 系统功能 分散自律调度集中系统具备以下基本功能：实时监视站场信号设备和 列车运行状态，实现站间和区段透明显示；追踪列车运行位置和到发时刻， 自动描绘列车实迹运行图；利用计算机辅助编制和调整列车运行计划，实 现调度指挥计算机化；通过系统网络向车站下达计划和调度命令；通过系 统网络和无线通信向机车下达调度命令、调车作业单、行车凭证和进路预 报等信息；自动编制车站行车日志：追踪列车编组状态；遥控所有联锁设 备按钮，具备列车、调车和非正常作业人工遥控功能；按照列车运行计划 和车站站细，由自律机自动自主控制列车进路；按照调车作业计划，由自 律机根据机车请求和列车运行状况，自动自主控制调车进路并对调车状况 进行监控和报警；实现维修作业的综合管理和远程登、销记；具有完备的 网络安全防护功能；实现t d c s 的结合和信息交换。 分散自律调度集中系统的软件功能子系统框图如图2 - 3 所示。 主要包括：通信服务子系统、自律控制子系统、控制计划编制子系统、 列车进路控制子系统、调车进路控制子系统、综合维修子系统、车务终端 子系统、网络安全防护子系统和车地信息传输系统等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 中心主要完成对调度集中区段内列车的监督并适时对列车运行进行调 整，从而提高运输效率，这个过程涉及到计划的编制、调整、下达以及调 度命令的发布、人工手动控制等功能实现。 车站部分主要是完成来自调度中心和车务终端控制信息的协调、以及 按照列车运行调整计划自主进行列车作业，自律条件满足时，形成控制命 令并驱动联锁系统执行；不满足则提示故障信息。 调度集中系统 i， 通 信 服 务 子 系 统 自 律 控 制 子 系 统 控 制 计 划 编 制 子 系 统 列 奎 进 路 控 制 子 系 统 调 车 进 路 控 制 子 系 统 综 厶 口 维 修 子 系 统 车 务 终 端 子 系 统 网 络 安 全 防 护 子 系 统 图2 3 调度集中系统软件功能子系统框图 2 3 系统控制模式及转换 车 地 信 息 传 输 系 统 ( 1 ) 系统控制模式 系统在信号设备控制与行车指挥方式上仅设有分散自律控制与非常站 控两种模式。 分散自律控制模式是用列车运行调整计划自动控制列车运行进路，同 时在分散自律条件下调度中心具备人工办理列车、调车进路，车站具备人 工办理调车进路的功能，该模式又分为如下三种操作方式： 中心操作方式：调度员对列车及调车进路均有操作权，车站对列车 及调车进路均无操作权。 车站调车操作方式：调度员对列车进路有操作权，对调车进路无操 作权。而车站对调车进路有操作权，对列车进路无操作权。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 车站操作方式：车站对列车及调车进路均有操作权，调度员对列车 及调车进路均无操作权。 非常站控模式是指当调度集中设备故障、发生危及行车安全的情况或 设备天窗维修、施工需要时，脱离系统控制转为车站传统人工控制的模式。 ( 2 ) 控制模式的转换 。 控制模式的转换由车站值班员( 或无人站应急行车人员) 在车站进行 控制操作，系统对控制模式转换操作应有明确记录。分散自律控制模式转 向非常站控模式不检查任何条件，但应向调度员进行提示报警。非常站控 模式转回分散自律控制模式系统应检查以下条件： 分散自律系统设备正常； 非常站控模式下没有正在执行的按钮操作。 系统在模式转换时不能影响已办理的列车进路和调车进路并防止形成 预排进路。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 第3 章无人站自律实现 由第2 章可知，分散自律调度集中系统的车站子系统是通过设立自律 机来完成列车作业、调车作业以及它们的协调控制。自律机是实现车站自 律的关键设备，本章分析自律分散系统技术在c t c 中的应用与无人站自律 的实现。 一 分散自律调度集中系统中，“分散”的概念比较明确，指的是设备分散、 功能分散、危险分散。“自律”就是把列车计划与调车计划很好地协调，从 而实现系统通过车站自律机对联锁设备的控制。系统不仅做到总分机之间 能互相传送信息，而且邻站间也能互相传送信息。如果车站分机与调度所 总机通信中断，车站分机仍能自动进行列车跟踪，并在一定时间内仍可以 自动进行列车迸路控制。 3 1 无人站特点 随着车次号校对系统、无线通信系统、无线调度命令传输系统的发展 与完善，对于客货运业务很少甚至没有的分散自律调度集中区段中间站， 能够实现列车、调车作业无人化，即为无人站。 无人站主要办理列车接发、会让作业及摘挂列车的调车作业。办理的 客货运业务较少，行车组织工作相对简单，在分散自律调度集中系统辅助 下可以撤销车站行车人员转由助理调度员进行集中控制。 正常情况下，列车作业由调度中心将列车运行调整计划下达到车站自 律机中自主执行；调车作业由助理调度员输入作业计划下达给自律机或直 接人工办理调车进路。所有的指令或人工操作均需进行自律条件判断，通 过后才发送给联锁设备执行。 为了确保无人站的运输安全畅通，无人站设置一名综合维护人员，并 在相邻大站设应急行车人员，遇有紧急情况，按照调度员的指示担当行车 组织工作。当无人站有计划维修或施工时，需提前安排应急行车人员前往 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 无人站进行协助。他们的主要工作职责如下： ( 1 ) 综合维修人员主要工作职责 在中心操作方式下，负责车站分路不良区段空闲的确认。 在非正常情况下，根据调度员指派临时担当有关行车工作。 负责故障车、事故车有关运输票据和回送单据的保管工作。 无调度命令无线传送系统时，负责调度员与司机( 运转车长) 间有 关命令、指示的转达；按调度员指示向司机、运转车长转交调度命令和交 付行车凭证。 ( 2 ) 应急行车人员主要工作职责 在无人站信联闭设备故障等非正常情况下，根据调度员指派担任车 站值班员、扳道员、引导员、助理值班员及调车有关工种工作。 根据调度员的指示，负责非常站控模式下接发列车和调车工作。 根据调度员的指示，负责向司机、运转车长转交调度命令和交付行 车凭证。 无人站与有行车人员中间站的硬件设备一样，主要包括车站自律机、 车务终端、综合维修终端、电务维修终端、联锁系统接口设备等，其中自 律机是无人站实现自律的关键设备。 3 2 自律分散系统技术在c t c 中的应用 3 2 1 自律分散系统技术 自律分散系统( a d s ，a u t o n o m o u sd e c e n t r a l i z e ds y s t e m ) 是近年发 展起来的一种系统技术，它在降低系统复杂程度、实现系统的可扩展方面 取得了很大进步，它提出了一种新型的系统框架。自律分散系统具有两大 特性：自律可控性和自律可协调性。利用自律分散技术构建的系统较好地 保证了在线扩展、在线维护及容错。 a d s 要求各子系统具备如下三个特性：平等性，即每个子系统都能管 理自己，并且不能被其他的系统管理，之间没有主仆关系；局部性，即每 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 个子系统在仅依靠本地信息的情况下就可以管理自己并能与其他子系统进 行协调；自足性，即每个子系统管理自己和协调其他子系统的功能是自备。 a d s 系统的结构组成如图3 一l 所示，各部分说明如下。 节点l节点2节点n 用户用户 用户| l 用户 用户用户 程序程序l程序ll 程序 程序 程序 ；自律控制处理器 自律控制处理器； 自律控制处理器 l a n 数据域l 内容码l 数据 图3 - 1a d s 系统结构组成 节点( a t o m ) ， 节点是a d s 构成的最基本自律单元。在物理网络中，它对应于计算机、 智能设备或其他硬件。每个节点都包含有自己的自律控制处理器a c p ( a u t o n o m o u sc o n t r o lp r o c e s s o r ) 和应用程序模块，能独立地从数据域 中提取信息并进行内部处理，同时又主动地以广播方式向数据域发送处理 结果及其他内部信息，发出的信息在数据域中循环。节点之间没有直接耦 合关系，它们只对数据域中的信息内容感兴趣而不必知道此信息来自何处， 这就有效地降低了系统的整体复杂性。 数据域( d a t af ie ld ) 数据域是a d s 中信息传播的空间。从物理概念上讲，它相当于网络或 存储器。一方面所有节点主动地向数据域发送信息，同时各个节点又根据 自己所需从数据域中取走信息以完成内部模块的功能。数据域延伸至节点 内部的一部分称之为节点数据域( a t o md a t a f i e l d ) ，其中流动的是节点应 用程序模块所需的数据。 数据驱动机制 在数据域中流动的信息都包含一个内容码c c ( c o n t e n tc o d e ) 来标志 其属性，各个节点就是通过识别内容码来决定自己是否需要此信息。这种 基于内容码的通讯方式保证了每个子系统的自律信息发送和自律信息接 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 收。即每个子系统不必知道信息来源和目的地之间的关系，因而它实现了 每个子系统的局部性。当一个程序所需的数据到达数据域时，由系统自动 启动该程序。这种方式称为数据驱动机制。数据域和广播的通讯方式是实 现a d s 系统模型的关键概念。 3 2 2 在调度集中系统中的功能实现 一个系统为自律分散系统的充分条件为满足如下两个性质：自律可控 性：即系统中有任何车站子系统出现故障、正在维修或刚刚加入，都不能 影响其他车站的自我管理及功能的运行；自律可协调性：即系统中有任何 车站子系统出现故障、正在维修或刚刚加入，其他车站之间能够协调各自 的任务并以协作方式运行以实现各自的功能。分散自律调度集中系统是以 调度区段内的车站为节点，调度中心与车站间的网络子系统以及各子系统 的数据存储器为数据域。 “自律分散 是基于t d c s 系统的现代计算机技术、网络技术、信息处 理技术和智能化软件；实现以日班计划、列车运行调整计划为主轴、为框 架，将运行调整计划下传到各个车站的自律机中自主执行；调度集中系统 将没有中心控制权与车站控制权之分，只有指令的不同来源之分，通过列 车运行调整计划进行来自多处指令的自律，科学合理地解决中心控制与车 站控制( 含调车作业) 的矛盾。 应用了自律分散系统技术的调度集中正常情况时不存在控制权的转换 问题；车站参与的控制不会影响列车运行调整计划的执行。 无人站作为分散自律调度集中系统的一个最基本的自律单元，它具有 自律控制功能。一个车站节点的故障不会影响所在调度区段其他车站的自 我管理及功能，即其他车站之间仍然能协调办理；如果邻站故障，又需要 与该邻站办理站间闭塞时，需要直接与调度中心进行。 3 3 无人站自律控制 无人站通过设立自律机并按照列车运行调整计划和站细来完成正常接 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 发列车以及协调列车、调车冲突的功能，实现列车和调车作业的统一控制。 从而完成列车自动进路控制以及按照列车控制执行计划、站细、行规及技 规对列车进路和调车进路进行可靠控制。由于无人站的客货运业务较少， 主要完成列车的到开、会让、越行、通过等行车作业以及少量的故障车与 路用车的调车作业。 + 。 自律控制是整个c t c 系统的核心模块，它根据各列车的实际运行情况， 将调度员下达的调整计划转化为对车站联锁设备的控制命令，从而实现运 输指挥的高效和自动。 自律控制子系统分布在2 个位置：控制中心和车站。控制中心是中央 自律控制子系统，车站是车站自律控制子系统。中央自律和车站自律互为 备用。正常情况下，系统工作在车站自律状态下，只有在车站自律失效或 调试时，中央自律控制才起作用。中央和车站的自律控制同时接受从调度 台和调车控制模块发来的阶段计划和调车计划，但只有车站自律控制子系 统发出进路办理命令。 3 。3 1 自律机结构与自律控制功能 无人站与一般有行车人员中间站的自律机系统的硬件结构、功能都相 同，要求用双机热备制式来提高其可靠性。结构示意图如图3 2 所示： 图3 - 2 车站自律机结构示意图 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 图中a 机和b 机互为热备，各自有1 套独立的主机、驱动及采集系统， 双套系统对现场的信息处理互不干扰，并且自动切换。2 个自律主机通过 双网卡、双集线器、双路由器等与调度中心相连接，成为整个广域网中的 2 个节点，接收调度中心的控制命令、回送控制命令执行的结果及采集控 制台的表示信息送至调度中心。另外，为了实现信息共享，自律机采集的 表示信息可以通过网络或串口传送给其他系统，如微机监测，同时自律机 又与车务终端进行联系，保证车务终端在遥控状态下可进行调车作业。无 人站的车务终端在某些非正常情况时需要使用。 分散自律控制的基本模式是自律控制子系统按照列车运行调整计划和 站细自主控制列车进路，同时在分散自律条件下人工办理的列车、调车进 路也必须受自律条件的约束；掌握车站联锁系统对进路命令的执行情况； 接收车站设备状态表示信息、邻站的实际运行图和设备状态信息。 自律机完成的自律控制主要功能如下： 根据控制计划、