（系统工程专业论文）基于网络的调度监督系统实时多任务程序设计.pdf

y 3 4 9 5 3 2 北方交通人学坝小生学位论文 摘要 本论文以“京九铁路商阜调度监督工程”为背景，以铁 路行车指挥自动化系统中的调度监督系统为对象，对调度 监督系统进行深入系统地研究，并设计一个满足现代铁路 要求的、可扩展的调度监督系统。( 论文首先对我国研制的 几种调度监督及引进的产品进行简单的介绍和比较，然后 根据现代铁路的要求从硬件平台、网络结构、软件平台等 几个方面进行研究，并对系统中的实时多任务问题进行深 入的探讨。在w i n d o w sn t 平台上用v i s u a lc + + 实现车站 子系统。车站子系统分为调监系统管理进程、调监系统进 程、维护进程。其中调监系统进程实现调监主要功能，它 创建以下四个线程：画面显示线程( 主线程) 、f # 口通讯线 程、接收网络数据线程、发送本站数据线程。该系统包括 几个辅助工具：站场图处理工具、网络设备及主机诊断工 口m 、 县哥。砂鲍一 关键字：调度监督实时多任务软件设计 ，：f = ? 薯j f 网络结构 北方交通人学坝i j 生学位论文 a b s t r a c t b a s e do nb e i j i n g j i u l o n gr a i l w a yp r o j e c t ，t h i s t h e s i sh a sd o n er e s e a r c ho n d s s ( d i s p a t c h e r s s u p e r v i s i o ns y s t e m ) i n t r a i n d i s p a t c h a u t o m a t i o n s y s t e m ，a n dp u tf o r w a r dad s sw i t hh i g hr e l i a b i l i t y f i r s t ，t h et h e s i si n t r o d u c e sa n dc o m p a r e sf o u rk i n d s o fd s s t h e nb a s e do nt h er e q u i r e m e n to fm o d e r n r a i l w a y ，d e s i g n ad s sf r o m h a r d w a r e ，s o f t w a r e ， n e t w o r ks t r u c t u r ea n dr e a l t i m em u l t i t a s k d o n e f u r t h e rr e s e a r c ho nr e a l t i m em u l t i t a s ki nd s s a n di h a v e d e v e l o p e d s t a t i o n s u b s y s t e m s o f t w a r e o n w i n d o w sn tw i t h v i s u a lc + + i n a d d i t i o n s t a t i o n s u b s y s t e m i sm a d e u p o fd s sm a n a g e m e n t p r o c e s s ，d s s p r o c e s sa n dm a i n t e n a n c ep r o c e s s d s sp r o c e s si n c l u d e sf o u r t h r e a d s ：s t a t i o nm a p d i s p l a y i n gt h r e a d ( p r i m a r yt h r e a d ) ，s e r i a l p o r tc o m m u n i c a t i o nt h r e a d ，n e t w o r kd a t ar e c e i v i n gt h r e a da n d n e t w o r ks e n d i n gt h r e a d ih a v e p r o g r a m m e d s e v e r a l t o o l s ：s i g n a lm a pt o o l s ，n e t w o r kd e v i c ea n dh o s td i a g n o s t i c t o o l s k e y w o r d ：d s s r e a l t i m em u l t i t a s ks o f t w a r ed e s i g n n e t w o r ks t r u c t u r e 北方交通人学坝i j 生学位论文 第一章调度监督系统概述 随着铁路运输事业的发展，无论是铁路营业里程、行车密 度，还是列车运行速度都有了很大提高，尤其是代表其高新技 术的通信、信号领域的进步就更为显著。但是，作为铁路运输 调度指挥系统的手段和设备却一直处于在比较落后的状念。实 时性、可靠性差，各级调度人员在繁忙、紧张、疲劳的状态下 被动指挥，其后果是对事件处理、应变能力不足，影响铁路运 输能力的发挥。 f 赢而丽 为了改变这一落后局面，提高铁路运输管理水二产和运输能 力，改善服务质量，铁道部决定，在全路建设以铁道部凋度大 北方交通人学顾i + 生学位论文 楼为核心的铁道部运输调度指挥管理信息系统( d m i s ) 。d m i s 结构图如图l l 所示。 d m i s 的基层网，主要是分界口调度监督、枢纽调度监督、 区段调度监督等，负责采集信息和向分局调度中心提供各种信 息。调度监督系统是向调度员及其他有关人员及时准确地提供 所需现场信号设备状态及列车运行情况的实时显示设备，在此 基础上还可实现车次号跟踪，实迹运行图绘制及统计及管理等 功能。 调度监督系统作为列车调度员指挥行车监视设备，是行车 调度指挥现代化建设的重要手段。它改变了行车调度绝对依靠 电话的传统指挥方式，增强了各级调度员之间的透明度，有利 于调度员问的协调，在保证行车安全的基础上可以更高效地组 织行车，提高运输效率；同时信号工区和电务段及时地掌握管 内区间点和车站信号设备的工作情况，发现问题及时解决，减 少设备的停用时间。 1 1 调度监督系统发展的历史 在“七五”、“八五”、“九五”期间，调度监督在我国铁路 的主要干线、枢纽及界口得到迅速发展。先后研制成功了d j 4 调度监督系统、t y d j 调度j l ； 督系统、s f b d j 一1 调度监督系 统、a s l 9 6 调度监督系统，并引进了卡斯柯的c t c 2 0 0 0 。下 面就以上几种系统作一简单介绍。 1 1 1d j 4 调度监督系统 d j 4 调度监督是铁科院通号所研制的。它体积小、造价低、 抗干扰能力强，可以用于区段和枢纽。1 9 8 5 年1 2y - j 通过铁道 部技术审查，从1 9 8 6 年丌始，先后在北京、郑州、天津、火 同、太原等枢纽，京哈线长春一四平问非电化区段及京秦、二 三 沙包力乖引区段，以及海州露天矿等地应用。 1 1 1 1 系统的主要功能 北方交通人学坝i 生学位论立 实时管理：系统存有百年e 历，有后备电池，不受 系统停电的影响。 2 )列车运行和信号设备状态的收集、处理和显示，列 车占用股道、道岔区段、闭塞的表示信息，信号机 关闭或开放、列车进路开通等表示信息，分别显示 在表示盘或彩色站场图显示器上。 3 )列车车次的输入、修改、储存、传递、跟踪和显示。 4 )列车实迹运行图显示及记录：以高分辨率( 1 0 2 4x 1 0 2 4 ) 大尺寸显示器显示实迹运行图，并用描绘仪 记录下来。出现差错时可以用键盘进行修改。 5 ) 列车运行自动报点：根据列车实际运行情况，与基 本运行图比较，计算出早晚时问并打印。 6 )电务端设备监视。 7 )为有关领导( 如分局长等) 提供行车的实时信息。 8 ) 监视自动闭塞设备状况：在自动闭塞的区问信号点 没有小循环的区问信号点没器，每个区州信号点有 6 个二位制的表示信息。 1 1 1 2 d j 4 的总体结构 该系统出总、分机、站场图显示器、列车车次输入终端、 区间信号检测设备、以及相应的软件组成。系统硬件采用标准 的s t d 工业总线，总机分为通信机和表示机。通信机由 7 8 8 8 c p u 板、7 3 0 4 串行口扩展板、7 3 5 9 中断扩展板、7 3 4 1 实 时钟板、7 3 0 9 终端板等组成。通信机与分机桐连接，接收分 机的信息，以串行口与表示机、表示盘、电务维护终端、车次 号终端等相连接。表示机 _ l _ i7 8 8 8 c p u 板、彩色显示器接口板 和7 3 0 9 终端板等组成。除分机d s t d 总线外，又设计了表示 总线。s t d 总线板只有7 8 8 8 c p u 和7 3 0 9 终端板两块，用连 结板和s m c 采样控制板完成s t d 总线表示总线的过渡。表示 总线只有s m p 采样板一种。 北方交通人学舰i + 生学位论文 图1 - 2 d j 4 系鲥劬嫩啁 部 调 度 i 1 心 1 1 1 3 该系统具有如下特点： 1 )系统采用模块化、插件化设计，分布式多微机结构， 便于根据运营实际需要灵活组成不同的实用系统。 2 )系统通道利用一对外线( 也可用四线制) 以共线半双 工工作方式交换信息，在线路任何一处均可以接收到 系统内交换的全部信息。可通过载波实现远程传输， 以及构成迂回通道。 3 )系统可以实现大范围内的信息集中管理，被i _ ：t 督f i ：j 车 站可以沿线分布，也可以星型分价，可以相距数e f 公 平，大、小站均可。 一个区段的 一。l y - 监督设备出台总机和若i 二台分机舒l 成。 总机砹在测度所，分机设在车站，通过结合电路与4 i 站的i u 气 北方交通犬学坝l ：生学位论文 集中联锁设备和区间的闭塞设备联接，采集与行车有关的信 息。 1 1 2t y d j 通用调监系统 t y d j 通用调监是以微型计算机为中心处理机，与各分 散目标( 车站) 构成分布式的计算机区域网络的实时监视和管 理信息处理系统，用高分辨率彩色屏幕或发光二极管表示盘向 调度及有关人员提供显示。它适用于电化、非电化区段的枢纽、 区段、编织站的调度监督，路局分界口调度监督是其应用的发 展和特例。 1 1 2 1 系统主要功能： 1 ) 监视：高分辨率彩色监视器向车站值班员、分局、路 局、铁道部调度及有关人员提供多屏幕、多画面监视， 并向电务部门提供集中监视和故障报警。 2 ) 记录：主要内容有：( 1 ) 计划和实迹运行图显示和自 动描绘；( 2 ) 自动记录信号机歼放及关闭，到发线占 用时间；区问信号点显示及故障报警等；( 3 ) 屏幕显 示拷贝。 3 ) 管理功能：( 1 ) 列车早晚点及股道利用效率统计：( 2 ) 2 4 小时信息储存及查询；( 3 ) 3 小时计划显示及修改： ( 4 ) 各种档案资料、统计报表的显示及打印。 4 ) 其它如；( 1 ) 支持静像传送和显示；( 2 ) 并列系统 或上层系统日j 的信息交换( 如编组站自动化、计算机 辅助调度、旅客向导系统、车流计划、机琦：管理系统 等) ；( 3 ) 为车站值班员提供包括乍次号的屏幕显示， 实现站删信息交换和自动汜点等；( 4 ) 区州信号点信 息收集及记录报警。 1 1 2 2 系统构成 系统构成如图l 一3 。 北方交通大学烦：i j 生学位论文 叫舢h 主饥 ( 中一c 帅 叫巫 圃咂卫 图1 - 3 t y - d j 系统构成框图 调度中心与各站问的通信，由微机区域网络构成，采用专 用传输通道自成体系。在有关车站设有8 0 8 61 6 位工业板、采 集板和多路通讯口，调制解调器及直流稳压电源等构成的信息 设备( 分机) ，与电气集中表示灯条件并联，通过光电耦合采 集信息。 1 1 3 s f b d j i 调度监督系统 s f b d j - i 调度监督是以微型计算机i b m p c 或兼容机为 中心处理机和专用的八位单板机的信息采集装置构成的微机网 络。是计算机技术、数据通讯和显示技术与信号设备结合的产 物。系统构成比较简单，它不仅适用于般通道以链式斫j 置为 主的区段调度监督，还考虑和满足了枢纽的需要和特点，故办 北方交通人学坝i + 生学位论文 称枢纽调度监督或枢纽表示中心系统。 枢纽是运能紧张的关键地段，因为枢纽内的铁路线路复 杂、行车密度高、交叉作业影响大，为其设调度监督将有显著 效益。在技术上系统构成须着重枢纽的特点：如枢纽编组场信 息量大，枢纽各站和地区电缆布簧以辐射式及链式、分支等为 主。因之设在调度所的中心主机( 总机) 必须多口引入，目前 最多达1 6 个通道口，用一对芯线与分机连接，采用基带大频 带传送数据，通讯方式为异步通信，由彩色屏幕代替传统表示 盘向有关人员提供单端或多端显示。 调度监督系统能满足区段调度监督的功能要求，并可提供 电务监视，经扩展功能已应用于铁道部、路局分界口，构成车 站值班员( 奎l ! i 调) 、分局、路局、铁道部四级微机网络的稠度 监督系统。实现了信息资源共享、多层受益的原则。使“分界 口”情况向各级基本透明。 1 1 3 1s f b d j 1 调度监督的主要功能： 1 ) 实时显示所需站场信号设备状态、列车运行情况。有 单端或多端显示，屏幕可选页、放大。 2 ) 车次号设置、修改、取消及车次号显示、跟踪。 3 ) 列车早晚点表示。 4 ) 自动报点、列车计划和实迹运行图显示、拷贝或自动 描绘。 5 ) 统计、管理报表。 6 ) 2 4 h 信息储存、查询。 7 ) 并列系统州或上层系统的信息交换( 如旅客向导系 统、编组站自动化系统、计算机辅助行年调度系统) 。 8 ) 本系统能辅助实现图缘传送。 1 1 3 2 工作原理 调度监督是“j 微机网络构成的分散j 标遥信系统。采用时 问划分制，周期同步循环扫描方式。信息垃较小者采刚j 习期刚 步循环扫描方式，信息量较大者，可朋周j v l l n l 步变化信息发送 北方交通人学坝i j 生学位论史 的循环扫描方式，以缩小扫描周期，两种方式由软件设定。 在每个循环扫描周期的开始，主机向各分机发主同步信 号，分机接收后，即将本站信息向中心发送，同时向下位机发 送同步信号，并将下位机发来的发据向上位机方向转发。 1 1 4 c t c 一2 0 0 0 1 1 4 1 系统功能 c t c 一2 0 0 0 调度集中及调度监督是卡斯柯信号有限公司从 国外引进的全微机型遥控、遥信系统，又是一个网络化的分稚 系统，因而便于纳入行车指挥自动化或数据通信网系统。总、 分机结构采用了现代化的硬件和标准软件模块，因而能适应现 场设备的变更和分层次的扩展功能。该系统可实现下列各项功 能： 1 ) 调度监督； 2 )调度集中( 储存控制) ； 3 )列车自动报点和列车车次表示： 4 ) 列车运行实迹自动描绘； 5 )打印列车运行报告： 6 ) 计算机辅助调度( 自动选路) ： 7 ) 与数据通信网联网。 由于采用软、硬件模块结构，分层次扩展功能r r , t ，不会废 弃原有设备。 1 1 4 2 系统结构 该设备由电码系统和中央处理机组成。系统结构见图1 - 4 。 1 ) 电码系统 电码系统由调度所总机和各车站分机组成，相当于一个数 据传输系统，通过这个系统可完成调度所控制命令和各车站表 示信息的相互传送。总、分机均设有g 8 8 型处理模块( i ：j j 【l 强型的v 2 0 微处i l ! 器构成) ，板上有调制解调器，完成数、模 转换，以便传输。根据输入或输出的需要。选用各种i o ( 输 北方交通夫学颂l 生学位论文 入、输出) 板，d i b ( 数据输入) 板是表示信息的接口单元： d o b ( 数据输出) 板用于控制命令的接口电路，驱动继电器； 当调度所采用单元或面板式的表示盘时，总机采用l d b ( 表 示灯驱动) 板点亮表示灯。为了向处理模块提供逻辑电源，总、 分机均应设g w s ( 直流电源) 板。 2 ) 中央处理机 根据不同的功能要求，采用不同的微机来实现。对于一般 的调度监督可采用g 1 6 模块( 由1 6 位的8 0 1 8 6 构成) 处理： 当调度监督需扩展列车车次表示和更高层次的功能或实现调度 集中的功能时，均需采用c o m p a q 3 8 6 微机来处理；当实现 计算机辅助调度功能时则需采用性能更高。 3 ) 调度所设备 根据用户需要选定控制方式和表示方式。 当选择表示盘方式时，通常调度员处另设单台监视器，以 选页方式监视列车运行情况。当选用彩色监视器作表示设备 时，应根据站场进行屏幕布置，以确定每个调度台所需监视器 的台数。为了输入数据、下达命令和输入列车车次，另设一台 监视器进行工作。每个监视器由p c 机进行处理。键盘的配置 视其功能而异，可配用功能键盘、通用键盘或鼠标器等。打印 机整理列车运行报告，绘图仪则自动描绘出列车运行的实迹 图。 根据需要，可为调度长台设置监视器，通常仅为单台监视 器，以选页方式观察列车的运行情况。根据要求，尚可设维修 用监视器。 北方交通人学坝i ：生学位论义 调度长台 c o l o r c t r ( 1 ) 键盘 调度长台 c o l o r c t r ( 1 ) 键斑 调度员台 c o l o r c t r ( 3 ) 键柱、绘图 仪、打印机 调度员台 c o l o r c t r ( 3 ) 键疵、绘图 仪、打印机 调度员台 c o l o r c t r ( 3 ) 键疵、绘图 仪、打印机 调度员台 c o l o rc t r ( 3 ) 键盘、绘图 中央处理器 ( 双机热备) c o l o r ( 、t r 键锅、绘图 仪、打印机 调度总机 g 8 8 午自1 汾机 g 8 8 1 0 午自分机 g 8 8 1 0 调度总机 g 8 8 午= 站分机 g 8 8 1 0 乍自分机 g 8 8 1 0 调度总机 g 8 8 1 i 站分机 g 8 8 1 0 1 i 站分机 g 8 8 i o 图i - 4c t c 2 0 0 0 系统框图 调度总机 g 8 8 乍站分机 g 8 8 1 0 1 一站分机 g 8 8 i o 北方交通夫学坝i 生学位论殳 1 1 5a s l 9 6 调度监督系统 1 1 5 1 调度监督系统主要功能 a s l 9 6 调度监督系统是北方交通大学自动化所研制成功 的基于网络的调度监督系统。它的主要功能包括： 1 ) 所需现场信号设备状态，列车运行情况的实时显示； 2 ) 车次号设置、修改、取消及车次号显示、跟踪； 3 ) 列车早晚点表示： 4 ) 自动报点、列车运行三小时计划和实迹图显示、拷贝 或自动描绘： 5 ) 统计、管理报表： 6 )2 4 小时信息储存、查询； 7 ) 相邻调度系统间或上层系统的信息交换。 1 1 5 2a s l 9 6 调度监督系统总体结构 本系统由局域网、广域网和车站分机设各3 部分组成。 a s l 9 6 调度j 监督系统将在第二章中详细介绍。 局域网将调度楼内的微机设备如服务器、表示饥等联系起 来，并以它为中心，形成调度监督系统。 广域网是车站与调度所之间相联系的桥梁，完成信息上传 下达的功能。 车站分机设备负责采集区问闭塞分区的占用信息，自动闭 塞设备状态信息及车站电气集中的行车表示。故障表示等信 息，将车站画面显示在车站微机显示器上，同时将有关信息通 过网络传送给行车调度员及左右邻站，并显示出来，行车调度 员不仅可以看到各车站的行车情况，而且通过网络一 4 i 行乍计 划，电务段龄测设备也可以利用车站分机采集的信息，随时豁 测车站及区间设备的状况。 系统的硬件结构 系统硬4 t ：由服务器( h p 5 8 6 双机系统) ，表示机( i n t e li 控机、h p 4 8 6 ) ，数据采集系统( 可编程控制器、4 8 5k ) ，嘲 络通信系统( 路由器、调制解调器、双绞线、网卡、集线器) ， 北方交蛹人学坝l j 生学位沦文 s u n 工作站，自动绘图仪，大屏幕等组成。 在调度所以h u b ( 集线器) 为中，i i , ，采用星型结构，s e v e r ( 服务器) 为双机热备形式所构成的局域网，形成整个调监系 统的中心。这种以h u b 为中心的1 0 b a s e t 结构是9 0 年代以 太网的主流，该结构可靠性高，布局灵活，且易于扩展和管理。 应用于此，可提高整个网络的可靠性。 通过前面的比较。我们可以看出调度监督系统的结构发生 了如下变化： 1 系统配置越来越来高。随着微机的发展，系统中的微机的 性能也随之提高，使系统性能得到提高。 2 通信方式和结构也发生了变化。原来，计算机问的通讯是 以串口通过m o d e m 相连，速率为l2 k 左右。现在，大 多是基于广域网。这样使系统的通讯速率大大提高，为完 善系统功能提供了条件。 3 系统功能日趋完善，增加了许多辅助功能。逐渐向行车指 挥系统的方向发展。 1 2 调度监督系统的发展与展望 近年来，由于信息与控制技术的飞速发展以及科技成果产 品化的进程加快，为交通运输业的现代化带来前所未有的机遇 与挑战，国外铁路积极研究开发的各类先进行车指挥系统，这 都将为新世纪的交通运输业带来新面貌。新技术和计算机技术 的发展使行车指挥系统得以迅速发展。与国内铁路运输现代化 密切相关的铁路技术如何发展，我们应注意以下几点： 1 2 1 更新观念、突破传统，引进新理论、新技术，建 立面向新世纪的新型铁路行车指挥系统 长久以来，铁路信号是自成体系的，保障铁路运输安全的 信息与控制系统，尽管也随着其它科学技术的发展不断引入新 技术、新方法，但总是强调铁路的特殊性，愿意根据自身的经 北方交通人学坝卜生学位论义 验。逻辑思维方法，按保守的思想来处理新的问题，这严重地 制约着行车指挥系统的发展。目前各国铁路正在研究丌发的面 向新世纪的铁路运输指令控制系统，则是以铁路信号为核心 的，为了跟踪世界科技发展形势，提高铁路运输在交通运输业 中竞争力所采取的重大步骤。他们引进新理论、新技术，建立 新的系统概念，即铁路列车运行安全与管理要由调度员与列车 司机间建立的直接联系来实现，增加相互交换的信息量，提高 信息的实时性，减少中介，尽量减少线路侧设备以降低成本。 依此概念构成的新系统，突破铁路信号传统的信集闭概念，形 成了综合调度中心、线路侧设备、车载系统和综合通信网这四 部分组成的新系统，这也将是我国铁路信号新系统组成的方 向，应予积极推进。 1 2 2 改变单功能专用系统研究设计思路，向系统综 合的方向发展 铁路信号系统的监控功能过去是建立在靠线逻辑基础之匕 的，随着计算机和通信网技术的发展，以计算机为毖础的监控 系统所能完成的功能是布线逻辑难以比拟的，使得人们能将多 种功能综合在一个适当的系统之中。就铁路信号系统说来，我 们要解决信号系统内部、通信与信号、信号与铁路运输相关业 务部门间等系列综合问题具体晚来要解决综合调度中心、 联系车站与区间相关设备的车站综合监控系统、车载微机和综 合监控系统，以及信号综合通信网等问题。 1 2 3 推动模块化集成化开放式铁路信号系统发展 以布线逻辑为撼础的铁路信号系统，目| j i 已逐步被大舰模 集成电路平i i 计算机为基础的分m i 式铁路信号系统所墩代，这足 由于大规模集成f m 崭可将过去复杂的和线逻辑电路集成织一块 小小的：苎= 片内，并结合软件技术实现所期望的功能，构成模块。 这种模块化的设计方法，简化了系统设计，缩短了研究丌发州 问，提高了m ，己r 带性，易于维修更换，便于按运剐需要分阶 段实现。”放系统足一利哆供货商的标准产品构成的系统，随 北方交通大学坝i j 生学位沦义 着网络化和小形化进程，在具有同样功能和接口的多种产品 中，用户可自由选择组合，便于用户扩展或缩小系统规模；目 前各国铁路信号系统多采用单元组合：多微机功能分布式系统 设计技术路线，实现模块化、集成化、开放式新型铁路信号系 统这当然也是我国铁路信号系统的努力方向。 1 2 4 推动铁路信号系统智能化 智能控制是当前信息与控制技术领域极具有生命力的新兴 内容，它改变了单纯的数值计算方法，参照人脑的思维和处理 事物方法，进行知识处理，从而使系统具有模仿人类智能的能 力，以处理普遍存在的不确定性、不精确性、复杂多目标的控 制与决策问题，在铁路信号系统中的列车运行控制和行车调度 等问题。尽管目前基于传统控制与决策技术的系统；能部分或 全部代替司机和调度员的工作，但其控制与决策品质远不如优 秀的司机和调度员，这是由于传统的方法不具备人类智能。即 处理不确定性和不精确性的能力，对控制与决策后果预测的能 力，根据环境和过程特性变化实时修i f 控制与指挥策略的能 力，以及进行启发式决策的能力等；而依靠人工劳动又有响应 时间，决策速度和疲劳问题：这就促使人们求助于系统智能化， 国内外铁路信号系统在这方面的工作已如前述：目前国内需在 人力和物力方面给予大力支持与强化，为迎接新世纪铁路信号 技术大发展创造更好的条件。 1 2 5 运用远程诊断技术推动铁路信号设备维修现代化 保持设备正常动作是保障铁路运输安全的重要措施；随着 高新技术引入铁路信号系统，对系统部件的检测珍断成为可 能，并可通过通信网传送至一个集r ”场所，如电务段、调度t j 心，以便集中监视和指导设备维修工作，提高维修：二作的实时 性和质量。另外由于大规模集成电路的广泛应用，对维修人员 的技术水平和维修工具的要求提高；不可能将这些人员和设锝 分敞在现场；为此，除了设置在现场的转辙设备和信号标志等 需进行现场维修外：均可运用远程渗断和监测技术实现集一t t p , 北方交通人学蚀i 。生学位论史 导下的维修，并可将现场设备送行状况的检测数据存储在维修 中心，根据需要予以再现和分析系统工作状况找出故障发生的 原因，加以预防。 在我国经济向社会主义市场经济转轨和迎接新世纪挑战的 关键时期，铁路运输将面临其它运输形式的竞争与挑战。就铁 路而言，在增建新线完善路网的同时，关键是管理好好既有铁 路，使其在安全、效率、效益和服务质量等方丽能在既有基础 上得到显著提高，依靠科技将是我们的唯一选择。另方面， 目前和发展速度加快，如不大力抓紧新技术的推广应用，我国 铁路运输的技术状况与科技先进的国家铁路比较，将有差距拉 大的危险。为此，在谋求铁路固定设备和移动设备技术进步的 同时，发展新型的行车指挥系统，将是铁路运输现代化的关键， 特别是铁路信号系统，是关系到铁路运输安全、效率、效益和 服务质量不可缺少的技术系统。随着计算机、现代通信和控制 技术的发展，它将挥更大的作用。 _ _ _ _ _ ，h - _ _ - - ，_ h _ _ ，_ _ _ _ ，_ 北方交通人学坝j 生学位论义 第二章基于网络的调度监督系统 2 i 网络技术在调度监督系统中的应用 d m i s 系统拟应用于铁道部、路局分界口，构成车站值班 员( 站调) 、分局、路局、铁道部四级微机网络调度监督系统， 在实现信息资源共享和多层受益的原则下，使“分界口”情况向 各级基本透明，因此，设计一种益于连网的、开放的调监系统是 d m l s 系统能否成功的关键所在。将网络技术引进调度监督中可 成功地解决这个问题。 2 1 1 传统调度监督系统传输方式上的局限性 出于传输方式和传输媒体的限制，以往的调监系统已不能适 应现代铁路发展的需要。这主要体现在传输速率、传输质量和传 输方式的选择上。传输速率低下，限制传输的信息量，降低系统 f | ) 实盼胜。传输质量的下降，必然导致传输协议必要的丌销用来 处理误码、检错和消息重发，影u 向传输效率。在f i ：! l 络传输方式上， 传统的调监系统传输方式采用的是半双工异步通信( s f b d j i 型) 或四线制全双工方式( c t c 2 0 0 0 型) ，其数字终端设备( 如 微机、单片机、工作站等) 通过调制解调器上网，线路传输采用 载波调制方式，传输质量差，传输速率低( 一般为：2 0 0 b 或 2 ，4 0 0 b ) ，传输信息量小，扩展其它业务困难，而且当两节点之 间的线路中断时，不能自动改走迂回通道。随着铁路运输朝现代 化方向发展，对铁路的信号技术的发展提出了更高的要求。传统 的传输方式和传输媒体已经不适应现代铁路的要求。 2 1 2 调监系统的传输需求和技术保证 依据铁道部对调度监督( 调度集中) 系统的技术j 5 i ! 定，结合 该系统自身的特点功能要求，其信息传输需求可归纳如下： ( 1 ) 。奘时信息上送。包括车站信号设备的工作状念，列车运 北方交通人学坝i 生学位论史 行时刻，车次号等； ( 2 ) 计划信息下发。调度所在一定时间内，根据列车运行的 实行情况及基本运行图自动生成阶段运行计划，并下发给管辖区 段的每一个车站； ( 3 ) 调度命令下发。在下发阶段计划的同时，还需将各种调 度命令下发给车站。如果在调度系统中，这些调度命令会自动转 换成相应的信号设备控制命令，实现集中控制； ( 4 ) 邻站信息传输。某一车站在向调度所发送实时信息时， 同时还要将相关的信息发送给自己的前方和后方站； ( 5 ) 辅助信息传输。包括该系统本身的运行状态信息、系统 时钟信息、网管信息、报警信息等： ( 6 ) 实时信息的传输必须在3 秒内完成一次。 综上所述，传统的数传方式( 共回线) 已很难满足其需求， 需要引进新的传输技术手段来解决这些实际问题。 近几年来，网络技术突飞猛进，包括微机、节点机和传输技 术的发展，为铁路信号技术的发展提供了良好的基础。 ( 1 ) 传输线路采用了光纤。提高了传输的带宽，降低了传输 的损耗，使原先“传输瓶颈”的情况得到明显好转，从而提高了 传输的速率和质量，为将来扩展其它业务，开通多媒体业务打下 了基础： ( 2 ) 信号传输方式采用先进的s d h ( 光同步数字序列) 数 字传输方式。近年宽带通信技术的发展，为构造一个宽带网络奠 定了重要的基础。s d h 即是一种宽带传输体制。它既是一套新 的国际标准，又是一个组网原则，还是一种复用方法。此标准使 得在不同厂家生产的设备之m 进行_ 可通成为可能，而这币是网络 建设的关键。对于用户和网络运营者来说，这套s d h 标准可以 保证未来的信息技术有条彳；紊地持续发展，而不必担心网络的刁i 兼容性或过时。s d h 是l t l 分捕复川器( a d m ) 、数字交叉连接 系统( d x c s ) 等刚络单7 i l ：儿成，简化了复接分接技术，需要 时可直接分接刘低速支路，而不必经过从高速到低速的逐级分 北方交通人学坝l j 生学位论义 接，上下话路非常方便。各支路根据复用层次不同，而采用不同 的信号码流速率，如2 、6 、3 4 、1 4 0 m b i t s 或1 5 、6 及4 5 m b i t s 等，所有这些信号在s d h 传输网上保持完整不变，并可以在通 路中随时取出或插入，实现同步复用和交叉连接。s d h 采用标 准的光接口和标准信令，主要用于主干网络连接局域网和园区 网，也可用于用户端口。它可成为多种网络模式的信息传输的载 体( 如a t m 、b i s d n 、s m d s 、f r a m er e l a y 等) 。s d h 解决了 一直困扰着准同步( p d h ) 数字网的网同步问题，网内各点都可 以通过交织复用的方式直接插入或取出信道( 码流) ，简化了操 作。它具备大量的管理信息，并采用自愈混合环状网络结构，按 照开放系统互连( o s i ) 协议操作，可以在不影响正常业务的情 况下进行信道检测和维护管理，大大地增强了通信网运营管理能 力及光纤网的可靠性和自愈恢复功能。随着网络规模的扩大、网 络信息资源的增加和网络应用功能的丰富，通过网络可以实现分 布式控制、资源共享和计算机之n u 的通信，但网络的带宽将成为 制约网络的瓶颈，选用s d h 技术为今后的网络扩容和提商传输 速率以及向b i s d n 过渡提供了条件。 ( 3 ) 网络节点采用交换机或路由器。这使信息的传输速率和 效率更高。交换机技术以端到端通信为基础，提供可预测的和可 靠的通信。路由器是在高层次上连接网络、控制网络通信，为网 络上各节点之恻提供最短的传输路径，并通过过滤网络上的信 息，减少不必要的传输，减小网络的信息流量，提高了网络的效 率，它还能使运行不同网络协议的网络互连，有利于今扃的网络 扩展。 2 1 3 调度监督系统的广域网模式 铁路系统网络的构造总体上是以铁道部为中，b ，路局为分中 心的星型网。某一分局要建立自己的调监系统，首先要将分局的 各站以调度区段为单位通过广域网连接起来，各站即是一个t 1 ， 点，该：钳点将本站范围内的各局域网( 包括主机、终端、集线器、 服务器或工作站) 都连到此节点，各节点之问通过铁路专用的通 北方交通人学坝l j 生学位论史 信传输设备连接。为此各节点可设置一路由器。路由器的优点在 于它既能起到连接两节点的作用，而且通过路由选择，保证此两 点之间为最短路径，另外，若用路由器将各节点连成一个环时， 当任意两点之间的线路中断时，两节点之间通过反向仍可以保持 连接。纵观网络技术发展的历史，传统网络是由路由器加网桥将 网络分段，连接各个节点的，路由器是网络的中心枢纽。但由于 路由器价格昂贵，加上采用软件方式进行选段，必然存在速度慢 等缺点，因此逐渐成为网络传输的瓶颈，在未来几年里，多端口 路由器将要被逐渐淘汰。随着交换技术的应运而生，未来的发展 将以交换为中心。在网络中心，交换机要逐渐取代路由器，网络 结构改变成以交换机划分区段，路由器只担当不同虚网之间的访 问和局域网与广域网互连的职责。从以上分析看，路局之间采用 交换机技术符合网络发展的趋势和要求，路局与分局之间视具体 情况，既可采用交换机技术，也可采用路由器技术，而分局到各 s ：s w i t c h 图2 - i 铁路分局级渊监叫络组成 站段之1 、自j 采用一般的路由器即可，其原理框图如图2 1 所示 图2 1 况明：分局以下并站段之间通过路山器相连，这是考 虑到各站段的信息量柏对比较小，各站段上网的计算机少，同时， 北方交通人学f i ! ；! i j 生学位论文 也考虑到路由器具有选路功能，因为站段之间线路的可靠性相对 局与局之间，分局与分局之间的可靠性要差，当两站之间的线路 中断时，两站之间通过反向的线路仍然可以通信，例如上图中， 当站l 与站2 之伺的线路中断时，站i 可改走站5 、站4 、站3 ， 与站2 进行通信。在组网设计中，要充分考虑到迂回通道的设计， 从图2 一l 中可看出，当分局侧的站段数量比较多时( 大于4 ) ， 则每4 5 个站最好组成一个环路。 铁道部到各铁路局、各铁路局到各分局之间由于传输的信息 量大，可靠性和安全性要求高，因此采用交换机相连，如图2 2 所示： 铁逆部 分局1分肺i i l分刖1 分n 2 陶2 - 2 铣道部到各路同、分局之 j 的朋络连拙 图2 2 说明：交换机作为网络的中心节点，具有传输速度快、 性能价格比高的特点。从图中可看出，各节点之问通过上一级节 点，可构成条直通的端到端的连接，因此各节点之间能进行高 质量和高速的数据传输。当然，如果这些路局与路局之叫、分局 与分局之问存在直通线路时，就可以刁：通过上一级。 2 1 4 总结 调度监督系统在铁路未来的发展l 1 必将成为一个重要的方 面，它关系到铁路实现现代化管理的进程，因此调监系统要具有 可靠性、安全性、易于管理和易于升级。可靠性要求选用的产。 性能优良，单个 y 点的故障不会引起其它节点的限常：1 ：作，还要 保留一定的线路冗余和的关键蹬街热备份，保证主设错失败i l 寸， 北方交通人学倾l 生学位论义 辅设备即可接替，当两节点之间在正常通路中断时，有备用或迂 回的通路。在安全性方面，采用具有v l a n 功能的交换和具有 f i r e w a l l 作用的路由器，通过配置独立子网的方法，避免各 子网产生的广播风暴对主干网上的信息传输产生不良影响，保证 整个网络安全可靠，网络管理是一项很重要的工作，这要求选择 网络软硬件时，选择易于监控、分析和控制的产品。随着高性能 网络需求和网络技术的发展，新产品层出不穷，在组网时，选择 符合国际标准和发展趋势的产品，并设计成开放的网络结构，便 于网络的改造和更新。 2 2 a s l 9 6 调度监督系统的网络结构分析 在a s l 9 6 调度监督系统研制成功前，国内铁路调度监督系 统多采用串行通信联系方式。这是一种建立在人机联系基础上的 信息采集和传递方法，它的传输速率低，传输质量不商，而且检 错、处理误码所需的开销很大，已不适应时代发展的需要。 a s l 9 6 调度监督系统是将现代网络发展的最新技术引入渊监 系统中，以克服传统方法的弊病。a s l 9 6 调度监督系统采用先进 的网络技术，进行列车信息的实时传输。各现场的信号设备状态， 列车目前所处的位置、到站时间及早晚点等信息，都能够实时地 显示出来，同时，系统能根据区间、车站、股道及列车的运行情 况，自动预排未来三四个小时的阶段计划，按不同的调整目标， 提供多种供调度员选择的运行方案，并且自动进行图表的绘制， 包括车次的设置、修改、取消以及统计列车_ f 点率、列车技术速 度等指标。一天中所有的信息都能进行储存，并提供套洵，榭邻 调度系统问或与上层系统的信息可以进行交换。 2 2 1 系统总体结构 2 2 1 1 系统组成 本系统山局域网、广域网和车站分机设备3 部分组成。 北方交通大学坝i 生学位论殳 局域网将调度楼内的微机设备如服务器、表示机等联系起 来，并以它为中心，形成调度监督系统。 广域网是车站与调度所之间相联系的桥梁，完成信息上传下 达的功能。车站分机设备负责采集区间闭塞分区的占用信息，自 动闭塞设备状态信息及车站电气集中的行车表示。故障表示等信 息，将车站画面显示在车站微机显示器上，同时将有关信息通过 网络传送给行车调度员及左右邻站，并显示出来，行车调度员不 仅可以看到各车站的行车情况，而且通过网络下传行车计划，电 务段监测设备也可以利用车站分机采集的信息，随时监测车站及 区间设备的状况。 2 2 2 2 系统的硬件结构 雪寸一 画胃一 向，回一 i s “ 冒一 画兽 画留j 雪冒l 画留【 画旱 画阜 画印 画粤 回冒 画1 圜 画 匡虱 回 图2 3a s l 9 6 网络结构图 一间幽 。至昔 斤l 北方交通人学坝i j 生学位论史 系统硬件由服务器( h p 5 8 6 双机系统) ，表示机( i n t e l 工控 机、h p 4 8 6 ) ，数据采集系统( 可编程控制器、 n c 一3 0 0 卡) ， 网络通信系统( 路由器、调制解调器、双绞线、网卡、集线器) ， s u n 工作站，自动绘图仪，大屏幕等组成，其具体连接如图l 所示。 以h u b ( 集线器) 为中心，采用星型结构，s e v e r ( 服务器) 为双机热备形式所构成的局域网，形成整个调监系统的中心。这 种以h u b 为中心的1 0 b a s e t 结构己成为9 0 年代以大同的主流， 该结构可靠性高，布局灵活，且易于扩展和管理。应用于此，可 提高整个网络的可靠性。 _ 乍站乖 l l |乍站 i 服务器h 胀务器i 分目l分机分机 t rt tt 广 厂- 一厂j = - 1 l l p c肥 1 秤囱 1 ) 型姬羽帆 i i i ilij i 一广= 一 维护搜封i 汁划值班匕竺卜“下调路山器 培训诵艘员士仟 面f 卜 艘员 翻2 - 4s a f 9 6 涧艘鼎忤系统澧符旧 在网络设计时充分利用已有的光纤资源，采j j 广域网与局域 网相结合的方式进行网络通信，将沿线站点设计成环状，这样i ! j 可保证商迂陋l 通道，在有部分放障的情况f 通道的， 场通，叉便于 通讯故障的查找。r o u t e r ( 路山器) 2 ，3 ，0 之川采用载波活路 北方交通大学顺i 生学位论立 相连，这样可以降低整个工程的造价，而且线路使用合理。各站 点之间信息传输量最大的采用光纤传输，速率可达1 9 ，2 k b i t s 。 系统中，最低速率为1 4 4 k b i t s ，此速率足以满足目前信息传输 的需要，将来整个铁路业务如售票系统、t m i s 系统、d m l s 系 统、三小时计划等并网，此系统仍能胜任。因为此系统采用动态 设计方案，当信息量增大时，可以通过调整或更换调制解调器来 适应外部的需要。采用动态路由功能，可以提高网络的扩展能力， 因此，整个网络具有开放性，适应时代的发展。 该网络中采用的协议有t c p i p ，x 2 5 ，预留了同公网和其 它网接口的能力，以适应将来网络发展的需要。 北方交通人学坝l + 生学位论史 第三章系统设计 3 1 系统设计总体目标和原则 3 1 1 总体目标 调度监督系统是利用计算机硬件、软件及通信手段实现现场 信号设备状态及列车运行情况的实时监测。调度监督系统将为调 度员和车站值班员提供一个现代化实用、规范的优良信息环境和 实时、准确、全面的列车信息，充分利用信息资源，对车辆进行 实时跟踪处理。调度监督系统增强了各级调度员之间的透明度， 有利于调度员问的协调，在保证行车安全的基础上可以更高效地 组织行车，提高运输效率；同时信号工区和电务段及时地掌握管 内区间点和车站信号设备的工作情况，发现问题及时解决，减少 设备的停用时间。 3 1 2 总体设计原则 由于调度监督系统涉及的面广，作业点多，既有技术上的难 点要攻克，又有管理和组织上的问题要解决，因此，该项目是一 项复杂的系统工程和软件工程。其总体设计原则可归结为八个 字：实用、可靠、规范、先进。 1 ) 实用性 调度监督系统是项较大的工程，涉及面广，作业点多，既 有硬件配置及网络配置上的难