（交通信息工程及控制专业论文）分散自律调度集中CTC车站系统研究与仿真.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 - - - - - m ln_i n 摘要 分散自律调度集中系统是综合了计算机技术、网络通信技术和现代控制技 术，采用智能化分散自律的设计，以列车运行调整计划控制为中心，兼顾列车 和调车作业的高度自动化的调度指挥系统。 分散自律调度集中是我国铁路信息化建设的重要组成部分，同时也是铁路 电务部门跨越式发展主要内容。目前我国已经进入分散自律调度集中系统的应 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 害 d 己0 论文简要介绍了新一代分散自律调度集中系统总体结构与功能，各子系统 的功能及数据流程，并对分散自律调度集中车站系统作了重点介绍。论文重点 分析了分散自律调度集中车站系统自律控制流程，主要研究分散自律调度集中 车站作业过程，列车作业和调车作业的协调问题，并对车站作业级和进路级分 别建立数学模型进行分析研究。 论文的主要工作包括建立排队论数学模型和运用进路搜索算法来分析研究 目前调度集中系统中车站列车作业和调车作业的冲突协调问题，从而提高分散 自律调度集中车站的作业效率。仿真部分主要完成车站系统通过与调度中心系 统连接通信，接收阶段计划数据并及时反馈信息；实时显示并更新车站内的表 示信息；研究分散自律调度集中车站系统的核心问题一列车作业与调车作业的 冲突协调问题，并将搜索进路结果以进路设置命令的形式发送给联锁设备。此 外还完成了车站站间透明显示、人工办理列车调车进路等辅助功能。 从研究分散自律调度集中的背景、概念、功能和新一代分散自律技术条件 出发，论文对分散自律调度集中系统的整体结构、车站子系统功能、数据流程、 各功能模块都做了详细阐述，并使用排队论数学模型和关键技术对车站作业进 行了重点研究分析，在探讨列车与调车作业协调问题方面做了积极有意义的工 作。 关键词：分散自律；调度集中；车站系统；排队论 西南交通大学硕士研究生学位论文第l i 页 a bs t r a c t t h ed e c e n t r a l i z e da u t o n o m o u sc e n t r a l i z e dt r a f f i cc o n t r o l ( c t c ) s y s t e mi ss y n t h e s i z e d t h ec o m p u t e rt e c h n o l o g y , n e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h em o d e r nc o n t r o l t e c h n o l o g y , u s e dt h ei n t e l l e c t u a l i z e dd i s p e r s i o na u t o n o m yt h ep r i n c i p l eo fd e s i g n ，t a k et h e t r a i nm o v e m e n ta d j u s t m e n tp l a nc o n t r o la st h ec e n t e r , g a v ed u a la t t e n t i o nt ot h et r a i na n dt h e s h u n t i n gs e r v i c eh i 出a u t o m a t i o nd i s p a t c hc o n t r o ls y s t e m t h ed e c e n t r a l i z e da u t o n o m o u sc e n t r a l i z e dt r a f f i cc o n t r o ls y s t e m i so u rc o u n t r y r a i l w a yi n f o r m a t i o n i z a t i o nc o n s t r u c t i o ni m p o r t a n tc o m p o n e n t , s i m u l t a n e o u s l yi s a l s ot h e r a i l r o a de l e c t r i c i t ys e r v i c ed e p a r t m e n tl e a pf l o gd e v e l o p m e n tp r i m a r yc o v e r a g e a tp r e s e n t ， o u rc o u n t r yh a se n t e r e dt h ed e c e n t r a l i z e da u t o n o m o u ss y s t e m sa p p l i c a t i o na n dg r a d u a l l y t h eo p t i m i z i n gp h a s e ，t h ef u n c t i o nc o n s u m m a t i o no rt h eo p t i m i z a t i o ne n o r m o u s l yw i l l g r e a t l yp r o m o t et h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no f t h es y s t e ml e v e l t h ep a p e ri n t r o d u c e db r i e f l yt h en e wg e n e r a t i o nc t cg r o s ss t r u c t u r ea n dt h ef u n c t i o n ， v a r i o u ss u b s y s t e m s f u n c t i o na n dt h ed a t af l o w , a n dh a sm a d et h ek e yi n t r o d u c t i o nt ot h e s t a t i o ns y s t e mo ft h ec t c t h ep a p e ra n a l y z e dt h es t a t i o ns y s t e mo fs e l fd e c e n t r a l i z e d c o n t r o lf l o w , h a sm a i n l ys t u d i e dt h ed e c e n t r a l i z e da u t o n o m yc e n t r a l i z e dt r a f f i cc o n t r o l s t a t i o ns y s t e mw o r kp r o c e s s ，t h et e c h n i c a lo p e r a t i o n so ft r a i n sa n dt h es h u n t i n gs e r v i c e c o o r d i n a t e dq u e s t i o n ，a n de s t a b l i s h e dt h em a t h e m a t i c a lm o d e lt ot h es t a t i o nw o r k i n gs e c t i o n a n dt h ea d m i s s i o np a s s a g el e v e lt oc o n d u c tt h ea n a l y t i c a ls t u d ys e p a r a t e l y t h e s i sw o r ki n c l u d e dt h ee s t a b l i s h m e n to fq u e u i n gt h e o r ym a t h e m a t i c a lm o d e l sa n du s e d q u e u i n gt h e o r yi n t ot h ew a y s e a r c ha l g o r i t h m st oa n a l y s i so ft h ec u r r e n tc t ci nt h es t a t i o n ， s h u n t i n go p e r a t i o n sa n dc o o r d i n a t i o no ft h ec o n f l i c t , t h e r e b ye n h a n c i n gt h ed e c e n t r a l i z e d a u t o n o m o u ss t a t i o no p e r a t i n ge f f i c i e n c y t h es i m u l a t i o np a r tm a i n l yc o m p l e t e st h es t a t i o n s y s t e mt h r o u g ht h en e t w o r ks e r v i c ec o n n e c t i n gw i t ht h ec o n t r o lc e n t e rs u b s y s t e m ，r e c e i v i n g p h a s ed a t aa n dt i m e l yf e e d b a c k ；r e a l t i m ed i s p l a ya n du p d a t et h a t i n f o r m a t i o nw i t h i nt h e s t a t i o n ；r e s e a r c ht h ec t cs t a t i o ns y s t e m sc o r eq u e s t i o n ：t r a i nw o r ka n ds h u n t i n gs e r v i c e c o n f l i c tc o o r d i n a t e dq u e s t i o n ，a n dt r a n s m i s s i o nt h er o u t es e a r c hr e s u l t sb yt h ea d m i s s i o n r o a de s t a b l i s h m e n to r d e rf o r mf o rt h ei n t e r l o c k i n gp l a n t i na d d i t i o na l s oc o m p l e t e db e t w e e n t h et r a n s p a r e n td i s p l a ys t a t i o n s ，m a n u a lh a n d l i n gt r a i ns h u n t i n gr o u t ea n do t h e ra u x i l i a r y f u n c t i o n s t a r t e dw i t ht h eb a e k g r o u n d ，c o n c e p t i o nf u n c t i o na n dt h et e c h n o l o g yc o n d i t i o n o f d i s p e r s i v ea n da u t o n o m i cc t c ，t h i sp a p e rh a se l a b o r a t e do n t h e st r u c t u r e ，f u n c t i o n ，f l o wo f d a t aa n da l lt h em o d u l e so fc t cf i e l de q u i p m e n ts i m u l a t i o ns u b s y s t e mi n d e t a i l 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 ii 页 m a t h e m a t i c a lm o d e lu s i n gq u e u i n g t h e o r ya n d t h ek e yr e s e a r c ha n a l y s i sf o r t h es t a t i o nw o r k , i nd i s c u s s i n gt h et r a i na n dt h es h u n t i n gs e r v i c ec o o r d i n a t e dq u e s t i o na s p e c th a sd o n ep o s i t i v e m e a n i n g f u lw o r k k e yw o r d s ：d e c e n i r a l i z e da n t o n o m o u s ；c e n t r a l i z e dt r a f f i cc o n t r o l ；s t a t i o ns y s t e m ； q u e u i n gt h e o r y 西南交通大学凹南父遗大罕 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 不保密使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ) 学位论文作者签名蒜够孝 日期：动f 7 指导老师签名：互哉肄 日期：矽，汐多j 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： 本论文的主要工作包括建立排队论数学模型和运用进路搜索算法来分析研 究目前调度集中系统中车站列车作业和调车作业的冲突协调问题，从而提高分 散自律调度集中车站的作业效率。论文仿真部分主要完成车站系统与调度中心 子系统连接，接收阶段计划数据及向调度中心反馈信息；实时显示并更新车站 内的表示信息；研究了分散自律调度集中车站系统的核心问题一列车作业与调 车作业的协调问题，并将搜索进路结果以进路设置命令的形式发送给联锁设备。 此外还完成了车站站间透明显示、人工办理列车调车进路等辅助功能，在探讨 列车与调车作业协调问题方面做了积极有意义的工作。 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它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：簿侈军 日期：w 后、参7 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 t c ，c e n t r a l i z e dt r a f f i cc o n t r 0 1 ) 是综合了铁道通信技术和信号技 术，用来自动监测列车运行信息和集中指挥行车的控制系统；是行车向自动化 发展的高级阶段。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、提高运输生产效率和服务质量，以尽可能少的投资获取最大的收益等各方 面都有很大的优势，而且符合铁路通信信号体化的技术发展方向【。 2 0 世纪8 0 年代日本采用了自律分散技术的铁路调度行车指挥自动化控制系 统，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。由 于将接发列车作业与调车作业控制权集中在车站控制装置一处，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。日本铁路调度集中的发展过程和中国较为相似，有一定的 借鉴价值。 调度集中作为铁路信息化建设的重要组成部分，得到了较快的发展。为此， 我国曾考虑从国外引进成熟的产品及系统，但通过研究发现所有外方的既有系 统均不能直接满足我国目前的客货混跑、调车作业量大等的运输现状，而且引 进系统的高成本和后期维护问题使得从国外引进现成系统的方案无法具体实 施。在不断研究总结的基础上，我国创造性地制定了分散自律调度集中系统技术 条件( 暂行) ，提出了国内自主研发新一代调度集中系统的构想。近年来我国铁路相 关科研单位一直致力于新一代分散自律调度集中的开发与应用，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 等。 我国新一代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 d a 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【2 j 。 目前我国已经进入分散自律调度集中系统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，同时也是铁路电务部门跨越式发展主 要内容。 采用分散自律技术，使列车进路和调车进路自动、可靠隔离，实现列车和 调车作业控制权的协调统一，从根本上解决频繁放权问题，提高系统的可用性； 加之分散自律调度集中系统严格的互控条件，减少了人工作业条件下的作业误 差，更加提高了系统的安全性。 因此，深入研究分散自律调度集中系统，加快建设该系统的步伐，必将大 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 ! m 一 _ _ - - - 一 一m l 。一i i 皇曼! 皇曼曼曼曼寰 大提高我国铁路现代化装各水平，对促进运输组织方式改革，提高运输客货服 务质量，为减员增效发挥重要作用。 1 2 国内外调度集中发展与现状 1 2 。1 国外发展与现状 调度集中既是先进的技术装备，也是新型的运输组织形式。调度集中虽然 不能直接提高线路的通过能力，但通过集中控制，可增强行车调度的自动化程 度，保证铁路运输的安全和效率，充分运用线路的通过能力，提高劳动生产效 率和改善劳动条件。因此调度集中在发达国家甚至发展中国家得到了广泛的应 用，日本调度集中营业里程达2 6 万公里，占总营业里程的9 0 ，美国调度集中 控制范围达7 2 万公里，法国高速铁路已经全部实现了综合指挥调度，甚至在印 度和韩国，也有7 0 一8 0 的铁路实现了调度集中控制pj 。 日本铁路在列车运行调度指挥方式上，最早着眼于减少车站的运输工作人 员，自2 0 世纪6 0 年代开始在单线铁路上广泛采用调度集中( c t c ) 设备，双线区 段采用c t c 设备的时间较晚。1 9 6 4 年世界上第一条高速铁路在东海道新干线开 通以后，随着电子技术的发展，日本的调度集中系统由c t c l 、c t c 一2 、c t c 一3 发展到c t c 一4 型。到1 9 7 2 年开始在新干线进行计算机编制运行图和进路 设定的试点，称之为“新干线行车管理系统”( c o m t r a c ) ，即采用计算机对新 干线的行车进行全面管理的系统【7j 。 随着计算机网络技术的发展，1 9 9 5 年开始在新干线采用综合运营管理系统 ( c o s m o s ) 。c o s m o s 是分散自律系统，根据运行图，各站可分别控制进路( 各 站分散型p r c ) 。c o s m o s 功能全面，特别是能进行列车运行自动预测、列车运 行调整自动提案。其中的运行管理子系统基于运输计划系统编制好的列车时刻 表，调整列车运行和向旅客提供信息。主要有列车运行调整；运行表示； 列车时刻表；进路控制；旅客服务指南等业务。运行管理系统由中央运 行管理和车站管理构成，两者由专门网络连接。中央运行管理的调度员在显示 器上对运行进行操作，包括列车运行变更、列车进路构成操作等。车站运行管 理由车站p r c 管理系统、控制系统和旅客向导装置构成【6 】。 车站p r c 管理系统对进路控制、运行信息、运行图、手动控制等进行管理； 车站r r c 控制系统从车站p r c 管理系统接受进路构成指示，对进路冲突条件等 进行检并向信号装置输出。在养护维修时间段内，由养护作业用终端进行养护 动车组进路的控制。旅客向导系统根据车站p r c 的实际信息对旅客进行广播和 对信息板进行控制。从中央向车站运行管理传送当日及次日的运行图信息，车 站根据轨道回路的情况等进行控制，因此当网络发生故障时仅依靠车站p r c 也 能进行列车控制。 日本东京圈自律交通运行控制系统( a t o s ) 是目前世界上最大的自律分散系 统。它管理着东京地区的2 0 0 多个车站和2 0 0 0 多公里线路，实现了行车指挥、 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 曼曼曼曼皇曼! 曼曼! 曼曼量i i ii i 一_ i i i i i ； 一 ；i 皇曼曼曼皇粤曼舅曼曼曼曼量曼皇曼曼皇曼! 曼曼皇皇曼 设备监控和旅客信息服务综合自动化，实现了列车的高密度运行( 9 0 s ) 、系统的 分阶段建设，具有典型性和代表性【8 】【9 】。a t o s 简单结构示意图如图1 1 所示。 1 2 2 国内发展与现状 图1 1a t o s 简单结构示意图 我国从19 5 8 年开始研制的选控逐验式c t c 是采用无接点组件构成的时分制 频率电码系统。之后的2 0 多年中，经历了分离组件、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 。长期以来， 由于受技术水平、装备水平限制，包括车次号的传输和校核，运行图的自动生 成和调整，无线传输技术的应用等关键技术没有突破，以及智能化程度不高等 原因，调度集中系统在我国的发展一直十分缓慢【5 j 。 1 9 9 6 年铁道部决定在全路实施“铁路局、铁路分局调度指挥管理信息系统 ( d m i s ) ”的研究和工程建设，该项目于2 0 0 1 年1 1 月通过铁道部的技术鉴定。 我国的调度集中将以d m i s 为平台进行建设。 2 0 0 3 年6 月，我国铁路跨越式发展正式启动。我国铁路要以较短的时间、 较少的环节以及较小的代价，实现发达国家走过的发展历程。2 0 0 4 年1 月，国 务院审议通过了中长期铁路网规划，预示着2 1 世纪初期将成为我国铁路的 大发展时期，铁路运输组织模式将发生重大的变革。这为我国铁路发展调度集 中创造了难得的历史机遇和条件【l 。 我国新一代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 d a 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【1 1 】。分散自律调度集中 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 系统逐渐应用到各条新建线路。 刚刚开通的武广客运专线考虑了沿线各车站、动车所的c t c 系统和武汉客 专调度所c t c 系统的建设。 武广客运专线调度中一i i , 系统安装在武汉客专调度所内，包括中心机房设备 和调度所设备。中心机房设备包括数据库服务器、应用服务器、通信前置服务 器、r b c 、g s m r 服务器、网络设备、电源设备、防雷设备、网管工作站、电 务维护工作站等。调度所设备包括调度员工作站( 3 个) 、助理调度员工作站( 3 个) 、值班主任工作站、计划员工作站、综合维修工作站等。 车站系统安装于武广客运专线调度集中控制范围内的1 8 个车站( 武汉站分 普速场和高速场) 和长沙动车段，车站设备包括车站自律机、车务终端、必要 的网络设备、防雷设备、联锁系统接口设备、列控系统接口设备和无线系统接 口设备以及系统机柜等。 新一代调度集中系统是铁路现代化的重要技术装备，是现代铁路综合信息 化建设的重要内容，也是现代铁路的新型运输组织形式。因此，必须与我国铁 路路情紧密结合，做到以d m i s 为平台，以调度集中为核心，全面实现铁路运 输指挥自动化。 新一代调度集中系统是以分散自律为特点的调度集中指挥系统。它是建立 在计算机技术、现代通信技术、网络技术和控制技术等基础上的智能化控制系 统，通过对铁路运输调度指挥工作流程进行优化处理，实现运输调度指挥的自 动化、现代化【4 j 。 1 3 论文研究的目的与意义 我国目前己经进入分散自律调度集中的应用和逐步优化阶段，分散自律c t c 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【”】。本论文主要研 究分散自律调度集中车站行车的组织方案与仿真，重点分析分散自律c t c 车站 系统自律控制流程、列车与调车作业过程分析、列车与调车作业的协调问题、 以及建立排队论数学模型对车站作业进行研究分析。论文的研究具有如下几点 意义： ( 1 ) 有助于理解分散自律系统技术在车站行车组织中的应用，增加对分散 自律调度集中系统特点、结构、功能等方面的了解。 ( 2 ) 理解分散自律调度集中车站列车和调车作业以及它们之间协调的基本 过程，车站自律机的功能主要是完成信息的处理、命令的发送、通信及自律逻 辑分析处理等。 ( 3 ) 理解分散自律c t c 车站接发列车的过程及车站进行接发列车和安全控 制的流程，建立车站作业模型及车站站场进路搜索相关算法进行分析研究。 ( 4 ) 建立基于排队论的车站作业数学模型来研究目前调度集中系统中车站 列车和调车作业的冲突协调问题，从而提高分散自律调度集中车站系统的作业 效率，在探讨列车与调车作业协调问题方面做了积极有意义的工作。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 mi mm i i i in o 皇曼鼍曼曼曼曼曼曼鼍曼皇曼皇曼曼曼曼! 曼曼曼曼曼曼皇 1 4 论文研究的主要内容 本文的主要内容是对新一代分散自律调度集中车站系统方案进行研究及仿 真设计，着重分析了分散自律调度集中车站行车组织的自律控制和行车作业流 程，接着对车站行车仿真的数据和功能分析，最后说明各项功能的具体实现。 共分为六章： 第一章首先概述了论文研究背景及国内外调度集中系统发展与现状，提出 本文研究的目的及意义。 第二章对新一代分散自律调度集中系统结构和功能进行介绍，并对车站子 系统功能需求进行分析，详细介绍了车站系统中的自律机控制流程与工作原理。 第三章着重分析分散自律调度集中车站作业过程，并运用运筹学排队论和 进路搜索算法对车站作业级和进路级分别建立模型进行研究分析。 第四章详细介绍了分散自律c t c 车站仿真子系统的总体设计，从新一代 c t c 技术条件出发，对c t c 车站仿真子系统的功能、结构、数据流以及相关接 口都做了重点分析。完成各子模块的仿真设计与功能实现，如：数据模块、自 律模块、通信模块、界面显示模块等。 第五章是对c t c 车站子系统的详细设计的重点描述章节。本章按功能的划 分对c t c 车站仿真子系统进行了描述。 最后一章是本文的总结和展望部分，对己完成的工作进行了总结，指出存 在的问题，提出了一些不足及有待继续完善之处。 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 2 1 分散自律理论介绍 分散自律系统又称自律分散系统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 ) ， 是由日本日立公司系统开发研究实验室首先提出的一个基于系统模型的概念。 在该系统中，各个组成部分都是一个独立的整体，能够不受外部控制而独立完 成内部功能，同时还能够主动及时地向外部发送信息。利用这种系统概念组建 的网络具有自我控制和自我协调的能力，能够较好地实现系统的在线扩展、在 线维护和在线容错等功能。 分散自律的思想是向生物学习而提出来的。在生物体中，每个细胞具有相 同的遗传信息。据此，a d s 系统的各个节点具有相同的潜在能力，任何一个节 点可从其它节点接收信息，然后选择必要的信息加以自律地处理。 a d s 是由许多子系统构成的，其全局概念不能事先定义，但作为构成它的 基本模块的子系统却应满足以下2 个基本特点： a 自控制性( a u t o n o m o u sc o n t r o l l a b i l i t y ) 。系统中如果有任何子系统出现故障 时，不能影响其它子系统的功能的正常实现及子系统自我管理。 b 自协调性( a u t o n o m o u sc o o r d i n a b i l i t y ) 。系统中如果有任务子系统出现故障 时，其它子系统之间能够协调各自的任务并以协作方式运行以实现各自功能。 这2 个基本特点保证了系统的在线扩展、在线维护和在线容错等功能。子 系统之间是平等的，它们只需本地信息即可自我管理和自我协调。根据a d s 的 概念，其框架构成如图2 1 所示【l4 | 。 2 2 系统特点与优势 图2 1 分散自律系统的框架构成 新一代分散自律调度集中系统较传统调度集中具有比较明显的优势，分散 自律型调度集中采用计算机分布式网络控制技术、信息化处理技术，使调度集 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 量量! 舅曼曼寰曼曼曼皇皇! 皇曼曼量皇i- - - -i _ i _ 一i i _ m i i i 一一 i ni 一, 一, i i 皇曼孽曼曼曼皇曼曼曼曼皇曼曼曼曼 中控制范围内所有列车作业纳入列车运行调整计划自动管理，具备列车进路自 动选排功能和部分非正常条件下接发列车功能以及降级处理措施，系统根据不 同区间、不同列车的运行时分，按照不同车站具体要求开放进出站信号的时机， 远程控制车站联锁设备进行接发列车进路的排列和信号的开放等。 该系统还解决了列车作业与调车作业在时间与空间上的冲突，实现列车和 调车作业的统一控制。进行调车作业时不需要控制权转换，调车作业进路排列 和信号开放的时机由车站自律机根据机车乘务员的请求自动安排，司机室安装 的调度命令无线传输系统专门设有供机车乘务员使用的调车进路请求按钮，系 统可利用列车运行空档自动办理，并可为进路指令的执行做好准备，以及人工 试排进路功能。同时调度指挥中心可向车站、机务段调度、乘务室等部门和机 车乘务员下达调度命令( 含许可证、调车作业通知单等) 的功能 1 5 】。 系统还实现自我诊断、维护智能化、运行日志保存、查询和打印等功能。 对所有的人工操作具有完整的记录、查询、回放和打印功能。系统实时监控电 源状态，停电时应自动保存列车、调车作业等重要信息。在保证网络安全的条 件下可与其它相关系统联网，实现数据资源共享。 采用分散自律技术，使列车进路和调车进路自动、可靠隔离，实现列车和 调车作业控制权协调统一，从根本上解决频繁放权问题，提高系统的可用性。 加之系统严格的互控条件，减少了人工作业条件下的作业误差，更加提高了系 统的安全性【13 1 。 通过减员增效，可以达到优化运输生产组织结构，改革现有运输生产组织 模式的目的，对现有运输生产的管理职能、作业方式、生产布局、维护保障等 方面将产生重大的影响和突破。总的来说新一代分散自律调度集中系统具有如 下优点 1 6 - 17 】： ( 1 ) 减轻调度员的工作负荷 新一代的调度集中系统具有高度的自动化和智能化水平，将调度员从繁重 的传统指挥模式中解放出来，使调度员集中精力监视和调整列车的运行，全面 提高行车指挥的水平。 ( 2 ) 中、小车站无人化指挥，实现减员增效 新一代的调度集中系统集中指挥中小车站的作业，发挥出调度集中系统的 效能，实现行车指挥无人化，实现铁路减员增效的最终目的。 ( 3 ) 实现列车进路全自动控制 新一代调度集中系统控制区段内的所有列车进路按照列车运行计划自动办 理，人工只在必要时进行适当的干预，保证列车的正常运行。 ( 4 ) 实现调车的分散自律自动控制 新一代调度集中系统控制区段内的所有调车作业在不进行控制状态转换 时，由系统根据列车运行计划插空进行。 ( 5 ) 实现安全高效运行 新一代调度集中系统保证列车运行的绝对安全，确保列车按照站细安全地 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 接发列车，确保不影响联锁设备的安全，确保网络及信息安全，确保系统对病 毒的防护能力，确保不问断的指挥列车运行。 2 3 系统结构与功能 2 2 1 系统结构 分散自律调度集中系统由调度中心子系统、车站子系统和传输网络子系统三 部分组成【18 1 。其整体结构描述如图2 2 所示。 c r c 应用服务嚣通信晨务器致据库服务器大屏显示 助理调度员行谓工作站计划调度值班室主任 综合维惨 u，ng 义 一 胃息蓦矗盐细芦，它 卒l 棚c j i) 撼悬。愀二漆猢篱 奎 站 子 系 统 站间广域网 群： l i j 虽里营匡 氏品 ： 门晶一 一1 ， 图2 c t c 系统结构 1 调度中心子系统包括数据库服务器、应用服务器、通信前置服务器、 络设备、电源设备、防雷设备、网管工作站、系统维护工作站、调度员工作站 助理调度员工作站、值班主任工作站、控制工作站、计划员工作站、综合维 工作站等。根据需要也可为其它调度台设置相应显示终端 2 车站子系统主要设备包括车站自律机、车务终端、综合维修终端、电 维护终端、网络设备、电源设备、防雷设备、联锁系统接口设备和无线系统 口设备等 3 传输网络子系统包括网络通信设备和传输通道构成双环自愈网络，采 迂回、环状、冗余等方式提高其可靠性 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 2 2 2 系统功能需求 分散自律调度集中系统不仅仅是调度指挥和管理的中心，还是行车的控制 中心，它将阶段计划自动转化为进路命令发送给车站联锁系统，进而实现对列 车进路的自动控制【l9 1 。c t c 系统分为调度中心与车站子系统两层。 ( 1 ) 调度中心 调度中心行车指挥功能包含列车运行监督及运行图两个方面的内容，具体 如下： 1 、列车运行实时监督功能； 2 、自动完成列车车次号追踪功能； 3 、列车紧跟踪报警功能； 4 、车站列车到发、通过自动报点功能； 5 、列车运行图管理功能：主要包括确保查询、基本图接收、阶段计划生 成及自动调整、实迹运行图自动绘制、行车计划下达、调度命令下达到车站及 机车( 通过g s m r 网络) 、各类统计、记录信息。 调度中心实现进路自动控制、列车运行监视、运行计划编制、运行图铺画 与调整、列车追踪、列车采点和绘制列车实际运行图、调度命令管理等功能。 ( 2 ) 车站子系统 车站子系统实时接收车站信号设备状态表示信息，进行列车车次号跟踪， 收集行车运行实际数据，并上传至调度中心；接收调度中心的列车运行调整计 划和调车计划，直接操作指令，经检测判断后自动执行；完成车站的站场显示、 计划浏览签收、调度命令浏览签收、站存车输入显示、列车编组顺序的生成、 调车进路的人工直接操作、本站及邻近站的列车运行图显示等功能。 显然，c t c 能体现t d c s 运行图的要求并实现行车指挥自动化功能。在分 散自律控制模式下，控制权掌握在c t c 调度中心，系统根据列车运行调整计划 自动控制列车进路，根据调车作业计划自动控制调车进路，并且能够进行无人 值守车站的调车作业，此时，系统也具备人工办理进路的功能；而在非常站控 模式下，脱离c t c 控制转为车站控制台( 计算机联锁终端) 人工控制的方式， 调度中心不具备直接控制权，由人工直接对列车进行控制 2 0 】。 简而言之，c t c 设备主要负责将阶段计划自动转化为进路命令发送给车站 联锁系统实现对列车的调度；此外，如果高速铁路配备的是c t c s 3 级列控系统， 还需通过增加c t c r b c 接口服务器与r b c 交互登录、时间、列车等信息，并 通过c t c r b c 接口服务器将调度命令实时下达到列车( 包括临时限速命令) ， 为调度员指挥安全行车提供必要条件；通过与其它系统的接口，向调度员提供 更多的信息和为其它系统提供信息【l 引。 至星圣鎏奎耋堡圭墼窒塞兰堡堡圣矍2 1 至 23 车站自律系统结构与分析 231 车站系统结构 车站子系统由车站局域网设备、车站自律机、车务终端等计算机设备和大 量与其它系统接口构成的复杂系统。 车站自律机是分散自律调度集中的关键设各，采用由工业级计算机构成的 双机热备冗余系统，或采用安全性和可靠性更高的容错计算机构成的系统。 车站自律机应满足以下功能要求： 应能接收调度中心的列车运行调整计划、直接操作指令和车站值班员直 接操作指令，经检测无冲突后适时发送给车站联锁系统执行： 应能实时接收车站信号设备状态表示信息，进行列车车次号跟踪，收集行 车运行实际数据，井上传至调度中心： 应能掌握车站联锁系统对进路命令执行的情况，并根据反馈信息对有关 进路进行必要的调整； 应能接收相邻各站的实际运行图和设备状态信息： 车站自律机与其它系统接口包括与微机联锁系统接口、微机监测系统接口、 无线车次号系统接口、无线平面调车系统接口、无线调度命令系统接口、旅客 向导与广播系统接口等。一般采用串行通信连接，并根据需要加装光电隔离器 或防雷设备叫。如图2 3 为车站系统结构图。 - j i 端 枷# * - 一一 - 一 一s ”罾营” 一 羲 i 二攫圜 嗣一 | _ 。f 2 ；o r t ： ；，二；，r i j 一 图2 - 3 车站系统结构图 车站自律机除应满足分散自律调度集中系统技术条件( 暂行) 中规定的 功能外，应特别注意硬件系统的配置，如c p u 的主频、系统内存、存储容量等， 保证系统自律功能的实现，并能随时根据运输的需要进行软件升级。同时，车 站自律机应具有众多的接口。 钮勰器 卣盟 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 车务终端采用由工业级计算机构成的双机热备的冗余系统。 综合维修终端由一台个人计算机和c r t 显示器构成。综合维修终端一般距 离车站局域系统较远，不能直接接入局域网，且不能有效的纳入信号设备的管 理，而不宜采用局域网方式接入调度集中系统，因此综合维修终端一般采用串 行通信方式接入调度集中系统。 电务维护终端由一台个人计算机和c r t 显示器构成，也可以不在车站设置 电务维护终端，功能上可纳入调度中心的系统维护工作站，或便携维护终端。 但必须加强便携维护终端的管理，保证只用作电务维护，而不能用在文字处理、 访问互联网等其它用途，防止将病毒带入调度集中系统【4 】。 2 3 2 车站自律机结构与自律控制 车站自律机系统一般要求为双机热备制式，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。a 、b 分机通过采集系统及网络连接设备进行联络，以确定对方 的工作状态。当只有1 套机笼工作时，该机笼会自动处于主机工作状态。 分机中的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，自律分机采集的表示信息可以通过网络或串口传送给其它系统，如微机监 测，同时自律分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。采集系统中的采集板应具有自诊断( 回采) 功能，在程序运行后能自 动识别该板的好坏。驱动系统中的输出板在发出某位命令时，也应具备自诊断( 回 采) 功能，若该位出现故障主机板也同样能识别，从而提高了系统的可靠性、安 全性、可维护性及可用性拉2 | 。 自律主机是各分机的核心，一般采用高可靠的专用计算机。自律主机主要 完成信息的处理、命令的发送、通信及自律逻辑分析处理等。车站自律分机结 构如图2 4 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 c t c 车站自律分机 a 机 主机 b 机电源 a b 皇蓑a a 机采集单元电源 a 机控制单元电源 自律d 主机b b 机采集单元 电源 b 机控制单元 电源 网络设备 图2 - 4 车站自律机结构图 分散自律控制模式下的三种车站操作方式【2 3 】： 中心控制操作方式：调度中心完全控制车站列车计划的调整、车站到发线 的安排、列车和调车信号的开放、调车作业计划的编制。在此控制模式下，车 站行车只保留一名值守人员，车站所有的行车指挥及调车作业全部由调度中心 调度员指挥控制。适用于无人站。 分散自律控制操作方式：调度中心通过计划实现对列车的控制，车站通过 调车计划或直接操作实现对调车的控制。调度中心制定列车调整计划、安排被 控车站的股道应用，车站制定调车作业计划、办理调车作业。适用于一般中间 站。 车站控制操作方式：调度中心负责列车计划的调整及下达，车站有权修改进 路序列中的股道安排。车站制定调车作业计划、办理调车作业。所有的列车进 路及调车进路最终均通过自律机实现对计算机联锁的控制。适用于大型编组区 段站。 车站自律机接收阶段计划和调车作业单。阶段计划由调度员台( c a d ) 产 生并由中央通信服务器转发给车站自律机；调车作业单由中央操控台产生并由 中央通信服务器转发给车站自律机，或由车站车务终端产生并发给车站自律机。 车站自律机按照运输规则进行列车和调车的协调，形成接发车和调车控制方案， 适当时机向联锁设备发出进路办理命令，从而指挥列车运行和进行调车作业。 c t c 系统实时采集来自安全型逻辑控制器( v h l c ) 和r b c 的现场实际列 车运行和调车作业信息，以分析实际与计划的偏差，当偏差达到一定限度时， 对列车计划和调车计划进行调整，调整后的阶段计划和调车计划将作为新的自 律控制基础。这个系统工作过程是一个闭环过程【l9 1 。分散自律c t