现代铁路远程控制系统-第三章-调度集中(CTC)系统及其应用1

2020 1 24 1 调度集中 CTC 系统及其应用 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 2 3调度集中系统及其应用 3 1国内外调度集中的现状 3 2调度集中系统概述 3 3分散自律调度集中系统结构与功能 3 4分散自律调度集中系统主要技术原理 3 5与其他系统的接口 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 3 3 1国内外调度集中的现状 我国调度集中的现状 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 4 3 1国内外调度集中的现状 铁路运输生产过程 实质上就是旅客和货物的运送过程 无论是旅客运输还是货物运输 铁路都是用列车方式办理的 旅客列车的车列都是事先编成的 在一般情况下是不变的 旅客根据自己的旅行需要自主选择乘车日期 车次 到站 座别 自行购票和乘降列车 货物运输则不同 每一货物列车中的车辆 在多数情况下总是由分散在同一车站的不同地点进行装卸 或是在不同的车站进行装卸后集结起来的 因此 铁路货物运输较之旅客运输要复杂得多 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 5 3 1国内外调度集中的现状 随着铁路向高速 重载 高密度的方向发展 传统的行车指挥方式已经不能很好地适应现代铁路行车指挥的需要 尤其是在高速铁路出现后 这种方式已不能很好地适应高速铁路行车指挥的需要 为改变这种状况 许多国家逐步开发出了行车指挥自动化系统 现代化行车指挥系统可以显著提高行车安全和正点率 充分发挥车站和线路的通过能力 提高调度水平 提高计划和统计工作质量 进而可以获得较好的经济效益和社会效益 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 6 3 1国内外调度集中的现状 列车运行图是规划和指导列车在各个铁路方向和区段运行的基本依据 在实际运营中 由于设备状态 气候 运输组织等因素的影响 列车偏离运行图运行的现象并不罕见 路局行车调度台向所辖各车站下达列车运行调整方案 使列车尽快恢复按图行车 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 7 3 1国内外调度集中的现状 联锁装置 C T C 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 8 3 1国内外调度集中的现状 基本图 日班计划 阶段计划 实际运行图 计算机比较运算 比较一致执行原计划 比较不一致调整执行新的计划 CTC区段 非CTC区段 自动排列进路 人工排列进路 进路信号闭塞 联锁系统 车次追踪 列车速度控制 ATP ATC系统 车次校核 无线 应答器 计算机自动运算处理 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 9 3 1国内外调度集中的现状 根据铁道部2008年提出的 中长期铁路网规划 到2020年全国铁路营业里程达到12万千米以上 为了满足快速增长的旅客运输需求 建立省会城市及大中城市间快速客运通道 规划 四纵四横 等客运专线以及经济发达和人口稠密地区城际客运系统 建设客运专线1 6万千米以上 客运专线的建设为分散自律调度集中系统的应用和发展带来了契机 随着我国铁路的快速发展 尤其是代表最先进技术的CTCS3级列车控制系统在我国高速铁路的应用 京沪客专 武广客专 以调度集中为核心的行车指挥系统也在不断发展 调度系统也从单一的行车指挥向集成化 综合化的综合调度的方向发展 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 10 3 1国内外调度集中的现状 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 11 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 12 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 13 1 四横 客运专线 1 徐州 郑州 兰州 全长约1400km 连接西北和华东地区 徐兰客运专线 2 杭州 南昌 长沙 全长约880km 连接华中和华东地区 杭长客运专线 3 青岛 石家庄 太原 全长约770km 连接华北和华东地区 青太客运专线 4 上海 南京 武汉 重庆 成都 沪汉蓉 全长约1600km 连接西南和华东地区 沪汉蓉客运专线 我国高速铁路的发展规划 规划图 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 14 2 四纵 客运专线 1 北京 上海 全长约1318km 纵贯京津沪和冀鲁皖苏四省 连接环渤海和长江三角洲两大经济区 京沪客运专线 2 北京 武汉 广州 深圳 全长2260km 连接华北 华中和华南地区 京广客运专线 3 北京 沈阳 哈尔滨 大连 全长约1700km 连接东北和关内地区 秦皇岛 沈阳已于2003年建成 京哈客运专线 含沈阳 大连段 4 杭州 宁波 福州 深圳 全长约1600km 连接长江 珠江三角洲和东南沿海地区 杭甬深客运专线 我国高速铁路的发展规划 规划图 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 15 客运专线规划线路图 建成客运专线1万公里 形成 四纵四横 为骨架的快速客运网 宁汉蓉专线 京沪专线 京广专线 京哈专线 杭甬深专线 徐兰专线 杭长专线 青太专线 返回1 返回2 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 16 3 区域城际轨道交通长江三角洲 珠江三角洲 环渤海地区城际轨道交通 覆盖区域内主要城镇 1 长三角 以上海 南京 杭州为中心 形成 Z 字型主骨架 连接沪宁杭周边重要城镇的城际铁路客运网络 2 珠三角 以广深 广珠 两条客运专线为主轴 形 A 字型线网 辐射广州 深圳 珠海等9个大中城市 构建包括港澳在内的城市1h经济圈 广深客运专线长度约105km 广珠城际轨道交通含江门支线约143km 3 环渤海 以北京 天津为中心 北京 天津为主轴进行建设 形成对外辐射通路 京津城际轨道交通约115km 我国高速铁路的发展规划 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 17 2004年 中长期铁路网规划 实施以来 我国铁路一直在稳步发展 在过去的十一年中 铁路运营总里程从2005年的7 54万公里增长到2015年的12 1万公里 CAGR为4 52 铁路客运量从11 56亿人增长到25 35亿人 CAGR为7 73 截止2017年底全国铁路营业里程达12 7万公里 其中高速铁路2 5万公里 占世界高铁总量的66 3 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 18 2016年7月发布 规划期为2016 2025年 远期展望到2030年 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 19 2016年7月发布 规划期为2016 2025年 远期展望到2030年 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 20 八纵八横 高铁网更密距离延长与原有的四条纵线相比 八条纵向高铁的变化在于 沿海大通道 向北由原来的上海延伸到辽宁丹东 向南由原来的深圳延伸到广西的防城港 京哈 京港澳通道南北打通 京沪通道在原有京沪高铁的基础上新增一条由京津城际延长经东营 潍坊 临沂 淮安 扬州 南通到上海的通道 除了在原有基础上的这些变化 还增加了多条新规划线路 八条横线中新增的四条由北往南依次是 绥芬河经牡丹江 哈尔滨 齐齐哈尔 海拉尔到满洲里的绥满通道 北京经呼和浩特 银川到兰州的京兰通道 厦门经龙岩 赣州 长沙 张家界到重庆的厦渝通道 广州经南宁到昆明的广昆通道 我国高速铁路的发展规划 八纵 通道为 沿海通道 京沪通道 京港 台 通道 京哈 京港澳通道 呼南通道 京昆通道 包 银 海通道 兰 西 广通道 八横 通道为 绥满通道 京兰通道 青银通道 陆桥通道 沿江通道 沪昆通道 厦渝通道 广昆通道 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 23 3 1国内外调度集中的现状 1925年 美国S N 怀特 SedgwickNorthWight 首先提出列车在区间按信号显示运行 并且区间信号显示由调度员集中控制 1950年 美国洲际商务委员会将这种行车方式确定为调度集中 Centra1izedTrafficControl CTC 1927年7月 世界上第一套调度集中设备在美国纽约中央铁路斯坦利 伯威克 Stanley Berwick 间59 5km单线和4 8km双线上安装使用 20世纪30年代法国 苏联 瑞典和瑞士也相继使用了调度集中 此后 调度集中技术在世界各国得到了迅速发展 并且在枢纽地区 城市轻轨 地铁 高速铁路均得到了广泛应用 3 1 1国外调度集中的现状 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 24 3 1国内外调度集中的现状 20世纪50年代以前 世界各国大多采用时间分割法解决外线数量多的问题 50年代后期 调度集中逐步实现全电子化 60年代后期 随着小型计算机的发展与应用 调度集中的功能进一步扩大 同时系统的控制范围也进一步扩大 70年代末至80年代初 出现了以微型计算机取代继电式信号设备的趋势 各国相继研制出计算机化的调度集中系统 此后 随着计算机技术 通信技术和智能决策技术的发展 调度集中系统逐步向综合化 智能化和网络化的大型信息管理系统发展 3 1 1国外调度集中的现状 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 25 3 1国内外调度集中的现状 调度集中具有减员增效的显著作用 能够有效提高铁路的运输能力 因此在世界发达国家得到了广泛应用 日本调度集中营业里程达2 6万千米 占总营业里程的近90 美国BNSF铁路公司 BurlingtonNorthernSantaFeCorporation 伯灵顿北方圣太菲铁路公司 的调度中心可控制7 2万千米范围以内铁路网上所有列车的运行 具有很高的劳动生产率 法国高速铁路 加拿大和北美的重载运输 已经全部实现了综合调度指挥 就连印度和韩国 也有70 80 的铁路实现了调度集中控制 世界各国铁路的实践证明 调度集中系统是提高铁路运输效率 降低运营成本的重要技术装备 3 1 1国外调度集中的现状 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 26 3 1国内外调度集中的现状 高速铁路的发展推动了调度指挥系统的发展 目前 世界上先进的调度指挥系统有日本新干线的调度系统COSMOS ComputerizedSafetyMaintenanceandOperationSystemofShinkansen 德国铁路的BZ2000系统 西班牙的DAVINCI系统 法国高速铁路的MISTRAL系统 美国的UTC系统等 3 1 1国外调度集中的现状 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 27 3 1国内外调度集中的现状 3 1 1国外调度集中的现状 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 28 日本新干线的调度系统COSMOS JR东日本客运公司的COSMOS ComputerizedSafetyMaintenanceandOperationSystemofShinkansen 是在CTC基础上不断扩充功能 于1995年开始应用的新干线综合运输管理系统 COSMOS由运输计划 运行管理 站内作业管理 维修作业管理 车辆管理 设备管理 信息集中监视 电力系统控制等8个子系统组成 共有500台左右的计算机 是个广域的自主分散系统 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 29 日本新干线的调度系统COSMOS 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 30 日本新干线的调度系统COSMOS 日本铁路调度系统概况 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 31 日本新干线的调度系统COSMOS 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 32 日本新干线的调度系统COSMOS 1972年 1995年 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 33 日本新干线的调度系统COSMOS 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 34 日本新干线的调度系统COSMOS 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 35 日本新干线的调度系统COSMOS COSMOS系统业务流程 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 36 日本新干线的调度系统COSMOS COSMOS系统结构 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 37 日本新干线的调度系统COSMOS COSMOS系统结构 日本COSMOS系统的技术特点 运输计划编制 一元化的计划管理 运行管理 基于运行图的进路控制 维修作业管理动车运用管理 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 38 日本新干线的调度系统COSMOS 运输计划编制 一元化的计划管理 与基础设施 移动设施的匹配性车辆性能 线路能力临时限速 与维修作业的匹配性作业地点 时间及作业用车 与车辆使用计划的匹配性车辆运用 检修 分配 与乘务计划的匹配性乘务员运用 运营计划的彻底下达车站车辆段作业区段 对客流变化的灵活对应临时列车的设定 运行图 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 39 日本新干线的调度系统COSMOS 运行管理 基于运行图的进路控制 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 40 日本新干线的调度系统COSMOS 运行管理 运行预测与调整 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 41 日本新干线的调度系统COSMOS 维修作业管理 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 42 日本新干线的调度系统COSMOS 日本COSMOS系统的启示 为适应高速度 高密度的需要 将控制模式由中央控制转变为车站分散自律控制采用预测运行图 对运行图进行快速调整 迅速恢复行车秩序实现对运输计划 车辆运用 列车运行 旅客服务和维修作业的综合管理 将系统的管理和控制范围扩大到车站 车辆段 维护中心等运营生产最基层单元 实现运营的一元化管理 实现了关键设备的集中监测与管理将防灾安全监控作为系统的重要因素加以考虑维修人员 动车段操作人员可以对列车进路进行控制 减少了与调度中心的人工联系 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 43 线路总长4万公里 高速铁路1330公里日均开行1302列长途和高速客车24 211列地区列车3 457列市郊列车5 021列货车 德国铁路调度系统BZ2000 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 44 德国铁路调度系统BZ2000 2004年 德国铁路公司已建成了8个区域行车控制中心 其中7个行车中心负责约37000km路网上所有列车的监督和调度 一个行车控制中心专用于柏林城市铁路 从2003年底开始 德铁逐步用BZ2000型自动化调度系统代替行车中心基础级的调度监督设备 该系统由 BZ2000 集团 由西门子 阿尔卡特 VosslohIT三家开发商和Steria供应商组成 开发 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 45 德国铁路调度系统BZ2000 一个国家中心法兰克福七个区域中心柏林汉诺威杜伊斯堡卡尔斯鲁厄莱比锡法兰克福慕尼黑 柏林 汉诺威 杜伊斯堡 卡尔斯鲁厄 莱比锡 法兰克福 慕尼黑 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 46 德国铁路调度系统BZ2000 柏林调度中心调度台布置 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 47 德国铁路调度系统BZ2000 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 48 德国铁路调度系统BZ2000 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 49 德国铁路调度系统BZ2000 OCC operationscontrolcenters 运行控制中心是德国铁路已经完成的最大的运输自动化项目之一 BZ2000的概念基于在一个地方集中所有的运行与调度系统 并集成维护与信息系统 此外 所有路网和列车的管理功能均集成在一个系统内 这些功能包括联锁系统的远程控制 列车防护 监视和调度 用路网管理中心 NMC 的理念取代传统的调度中心理念 将所有监视 维修 信号控制 自动列车防护以及为旅客提供方便的如信息系统 电梯和售检票机等管理集成到NMC 此外 所有为客户服务与通信的系统均与列车及跟踪功能互联 他们同样被集成到BZ2000 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 50 德国铁路调度系统BZ2000 德国铁路BZ2000调度系统结构 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 51 德国铁路调度系统BZ2000 BZ2000 路网中心控制模式一 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 52 德国铁路调度系统BZ2000 BZ2000 路网中心控制模式二 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 53 德国铁路调度系统BZ2000 德国铁路BZ2000调度系统的启示 采用统一的调度系统平台采用统一的建设标准车站的控制尽可能集中对于大型车站的控制 设置了专门的值班员7个区域中心的运行计划可相互交换并能够执行将设备维护 客运调度 货运调度等综合在一个指挥中心强调冲突预测与管理 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 54 德国铁路调度系统BZ2000 日 德高速铁路调度系统的启示 运营调度系统与运输管理体制和业务流程密切相关为协调路网间的运输 指挥机构尽可能集中以计划为核心 以运营管理为重点 综合考虑安全监控 设施维修 车辆运用和旅客服务等其它因素运营调度系统的建设是一项长期的 复杂的系统工程 并根据运输生产的实际需要不断调整和优化 系统需要服务于铁路运输的全生命周期运营调度系统的建设与当时的相关领域技术发展水平密切相关 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 55 美国柏林顿北方圣塔菲 BNSF 铁路调度系统 5万多公里线路85个行车调度台75个工 电 通信 信息维护台 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 56 美国柏林顿北方圣塔菲 BNSF 铁路调度系统 美国铁路公司以公司集中调度为主 一般设一级调度机构 调度根据列车运行图 营销计划和各编组站的车流 空车分布状态 制定调度日班计划 落实营销计划 组织按图行车 UP公司和CSX公司的CTC调度集中控制的里程都在本公司营业里程的50 以上 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 57 美国柏林顿北方圣塔菲 BNSF 铁路调度系统 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 58 西班牙高速铁路运营调度系统 铁路中间设备 DaVinci集成平台 CTC 闭塞控制 能源 客服 通信 进路 跟踪 预测 RT计划 西班牙高速铁路运营调度系统采用统一的达芬奇技术平台整合不同厂家的设备和系统 所有系统功能都在统一的标准下进行开发 所有的调度人员使用统一的软件系统 同时可兼容的一体化信息平台为以后开发更多的应用提供了方便 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 59 59 自动变压器 接触网 维修管理 集成报警 计划编制 以计划为中心的综合运调系统 车辆管理 旅客服务 供电管理 综合维修 动车和维修动车维修段内作业调整交路和分配计划动车运行分析紧急事件处理等 Davinci的解决方案 列车运行计划列车交路计划运行调整计划 等 C T C LED站台显示候车显示广场显示广播系统客票系统等 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 60 3 1国内外调度集中的现状 国外高速铁路运营调度系统的特点 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 61 3 1国内外调度集中的现状 3 1 2我国调度集中的现状 CTC发展状况 国外现状 我国的调度集中经历了漫长而曲折的过程 自七十年代以来先后自主研制了DD 1 DD 2 DY 1 D4 D5 D6型调度集中系统 2003年至今 分散自律调度集中系统开始运用 2020 1 24 西南交通大学峨眉校区计算机系 62 3 1国内外调度集中的现状 3 1 2我国调度集中的现状 CTC发展状况 国外现状 2003年6月 铁道部在铁路跨越式发展研讨会上正式提出 积极发展新一代调度集中系统 分散自律调度集中