TDCS体系结构与原理讲义

TDCS体系结构与原理,教材编号：CASCO_*_000版号：3.01,2、TDCS系统体系结构,4、TDCS的发展前景,1、TDCS产品背景介绍,3、TDCS各子系统详细介绍,内容纲要,TDCS产品背景介绍,第一部分,相关背景-全路信息化规划方案,相关背景-TDCS发展史,1990年代：调度监督系统（DSS）20002006：TDCS逐步发展2000沪宁线DMIS南京模式2004DMIS一期工程全面开通2005DMIS改名为TDCS2006TDCS覆盖全路绝大多数车站2006年开始：CTC在繁忙干线得到应用,DSS系统概述,DSSDispatchingSupervisionSystem（调度监督系统）功能能够实时反映整个运营线路上进路开通、信号显示和列车走行的信息，为调度人员提供行车指挥的决策依据特点功能单一实时性强,从DSS到TDCS,发展契机铁路信息化的需求计算机硬件与网络的大发展发展过程以高速数字通道取代低速音频通道大幅度提升DSS系统功能，增加铁路调度管理信息的功能（阶段计划、调度命令等）,TDCS与DMIS,DMIS调度指挥管理信息系统DispatchingManagementInformationSystemTDCS列车调度指挥系统TrainDispatchingCommandSystemTDCS兼有两类系统的特点管理信息系统：重点在于信息管理控制系统：重点在于实时性TMIS铁路运输管理信息系统,从TDCS到CTC,CTC调度集中控制系统CentralizedTrafficControl发展契机铁路集中控制的需求分散自律概念的创造性新内涵发展过程传统调度集中遇到的困难分散自律调度集中在繁忙干线得到应用,TDCS系统体系结构,第二部分,TDCS系统目标,实现铁路行车调度指挥管理现代化提高运输效率协调分界口交接工作改善调度员及车站值班员工作条件建立旅客服务信息系统，提高服务质量为铁道部指挥中心提供决策依据,TDCS体系结构图,TDCS体系结构分解,中心逻辑处理子系统调度终端子系统车站子系统网络子系统外围接口子系统,TDCS系统结构图,调度终端1,调度终端2,调度终端n,调度终端子系统,网络子系统中心网,中心逻辑子系统,网络子系统车站网,车站子系统,车站1,车站2,车站n,中心服务器系统,外围接口,TDCS外部系统,通信接口,通信接口,基础知识硬件冗余体系结构,双机体系结构双机冗余（车务终端、通信服务器）双机热备（车站分机、应用服务器）双机冷备N1备份调度终端通常采用此冗余结构,基础知识客户服务体系结构,CSA客户服务体系结构ClientServerArchitectureCSA的优点逻辑集中，数据统一，能够保证安全性和完整性能够充分发挥服务器的高性能CSA的缺点体系不够健壮，服务器是单点故障,基础知识数据库系统,数据库系统组成数据库数据库管理系统使用数据库的用户和应用程序为什么使用数据库能够对TDCS中的数据进行统一管理使用成熟的数据库管理系统能够保证数据的安全性与一致性，而且能够节省开发成本,调度终端子系统,第三部分第一节,调度终端子系统功能,站场图调监显示运行图显示阶段计划编制、调整调度命令编制、查询、下达阶段记事编制、下达车站运用车信息查询列车小编组查询,调度终端类型,行调台单调度区段管理计划员台编制基本图、调阅各区段运行图值班主任台查询各区段运行图、查看各区段调监显示机调、货调台查看相应区段的调监显示,TDCS行调台,调度终端系统组成,调监显示子系统运行图子系统调度命令管理子系统车站信息管理子系统打印子系统,调监显示系统功能,支持区段和单站两种模式显示各车站的实际站场情况信号状态（进站、出站、调车、区间）列车进路状态（股道、道岔）区间状态车次号输入、修改、删除车次早晚点显示站场图回放,调监显示站场图界面,调监显示系统原理,信息来源静态：站场元素组成以及各元素的位置、大小动态：站场元素的状态编码信息解析模块根据静态与动态信息解析得到站场元素的实时状态显示模块将实时状态以直观的图形方式绘制在计算机屏幕上,本地存储,中心逻辑子系统,信息解析模块,显示模块,静态信息,动态信息,实时状态,站场元素状态编码,运行图系统功能,显示当前班次的实际运行图阶段计划编制、下达阶段计划调整（自动、人工）修改编辑实际运行图调阅基本图绘制图形、文字注解,运行图界面,运行图系统原理,信息来源静态：区段内车站的名称以及顺序列表动态：车次以及该车次经过各车站的时间信息解析模块根据静态与动态信息运算得到一根经过各车站的实际运行线显示模块将实际运行线以直观的图形方式绘制在计算机屏幕上,本地存储,中心逻辑子系统,信息解析模块,显示模块,静态信息,动态信息,实时状态,调度命令系统功能,调度命令编制、存储、下达无线调度命令编制、存储、下达接收调度命令的签收回执历史调度命令查询调度命令模板编辑常用调度词汇管理,调度命令管理界面,调度命令系统原理,调度命令存储使用高性能大容量的机器，保存所有调度终端的调度命令调度命令编制、查询与上述的存储机器交互调度命令数据调度命令下达通过中心逻辑子系统转发，最终下达到车站子系统车站子系统的签收回执也通过转发回到调度命令管理系统,调度命令存储,中心逻辑子系统,调度终端1,调度命令,调度终端2,车站子系统,车站信息管理系统功能与原理,车站站存车查询站存车信息由车站值班员在车务终端上输入，并发送至应用服务器存储调度终端从应用服务器中查询站存车信息列车小编组查询类似于站存车，由车站值班员输入通过TD结合从TMIS查询,站存车查询界面,小编组查询界面,打印子系统概述,打印设备：高性能绘图仪打印内容：列车运行图（基本图，实际图）打印中要解决的问题真实性：保证每条运行线正确打印美观可读：车次号和时间点等数字清晰可读，尽量避免数字重叠,车站子系统,第三部分第二节,车站子系统功能,接收调度员下发的阶段计划、调度命令向调度台上报列车运行实际点采集站场设备状态显示本站与邻站站场调监画面接收无线车次号信息发送无线调度命令发送列控临时限速命令,车站子系统的组成,车务终端子系统车站分机子系统站场设备状态采集系统外围接口无线调度命令接口无线车次号接口微机监测接口列控中心接口,车站子系统结构图,车站分机采用专用计算机，双机热备结构车务终端采用工控机，双机冗余结构站场设备采集设备采用专用单板机系统，双套独立工作,A,B,A,B,车务终端,车站分机,采集系统,无线车次接口,列控接口,中心逻辑子系统,无线调度命令接口,车务终端的功能,站间透明功能显示本站与邻站站场调监画面显示本站与邻站车次跟踪情况调度应用功能接收、签收阶段计划、调度命令、阶段记事行车日志自动生成、人工编辑编辑车站站存车信息，并发送至调度中心编辑与查询列车小编组信息,车务终端实景,车务终端站间透明画面,站间透明实现一分散模式,本站车务终端与本站分机以及所有邻站分机分别建立连接站间透明功能所需的站场设备状态分别从各站的车站分机获取车务终端中有独立的调监表示处理模块,本站分机,上行邻站分机,下行邻站分机,调监表示处理,本站车务终端,调监表示处理,中心逻辑子系统,站场设备状态,站场设备状态,站间透明实现二集中模式,车务终端仅与中心通信服务器建立连接站间透明功能所需的站场设备状态均从中心逻辑子系统获取车务终端只有显示模块，没有独立的调监表示处理模块,本站分机,上行邻站分机,下行邻站分机,本站车务终端,调监表示处理,中心逻辑子系统,站场设备状态,站场表示信息,站间透明实现方式的比较,集中模式优点：结构简单，逻辑集中，对通道要求低缺点：故障点单一，中心逻辑子系统的故障会导致全线的车站站间透明功能失效分散模式优点：结构健壮，每个独立的故障不会影响其他车站的功能缺点：结构负责，对通道要求高,车务终端行车日志界面,中心逻辑子系统,行车日志实现原理,行车日志主要内容阶段计划中列车的图定点、计划点列车实际运行点行车日志自动生成根据阶段计划填写图定点、计划点列车运行中，根据系统自动报点将计划点更新为实际点行车日志人工管理值班员可人工编辑行车日志,本站车务终端,自动报点,阶段计划,调度终端,车站值班员,人工报点,车务终端调度命令界面,车务终端现车管理界面,车务终端编组查询,车站分机功能,站场设备状态采集6502车站：采集信号联锁设备的状态微机联锁车站：接收联锁系统发来的设备状态信息接收并转发无线车次号信息转发无线调度命令，处理命令回执列控中心通信检索列控中心设备状态发送列控临时限速命令至列控中心检索列控中心的实时限速状态,站场设备状态采集原理,采集目标：码位码位：站场设备状态的二进制编码每个站场设备通常对应于多个码位码位管理原理分机保存采集到的所有码位，根据设备状态变化实时更新接收请求，实时发送全体码位信息和码位变化信息,码位管理,车站分机,状态采集,联锁通信机,采集板,信号设备,微机联锁车站,6502车站,中心逻辑子系统,车务终端,微机监测,无线车次号接收与转发,车站分机通过串口通信，从无线车次地面转接器接收无线车次信息。TDCS车站分机本身不涉及无线通信车站分机本身通常不对无线车次信息进行逻辑处理，而是直接转发给中心逻辑子系统统一处理,车站分机,地面转接器,中心逻辑子系统,串口,串口,无线电波,无线电台,机车,无线调度命令发送与接收,信息发送从调度终端或车务终端接收各类调度命令，发送至地面转接器信息接收：从地面转接器接收各种命令的回执,发送逻辑自动重发（接收不到命令回执时分机自动重发命令）自动分包（将超长命令自动分包，使每包长度满足通信要求）,车站分机,地面转接器,调度终端,串口,串口,无线电波,无线电台,机车,车务终端,列控中心接口通信,车站分机,列控中心,调度终端,临时限速命令,车务终端,限速实时状态、列控设备状态,车站分机在调度终端、车务终端和列控中心之间起信息中转作用,串口通信,中心逻辑处理子系统,第三部分第三节,中心逻辑处理子系统功能,管理与所有车站子系统和调度终端子系统的通信阶段计划存储管理与调整调度命令、车站信息存储管理与转发调监表示处理逻辑车次自动跟踪与无线车次自动校核自动采集列车运行到发、通过点,中心逻辑处理系统结构,A,B,A,B,数据库服务器,应用服务器,B,A,通信服务器,共享磁盘阵列,调度终端1,调度终端2,调度终端n,车站子系统1,车站子系统1,车站子系统1,中心逻辑处理子系统,中心的硬件设备,中心逻辑子系统的应用需求强大的数据处理能力724小时不间断运行硬件设备性能要求强运算能力大存储容量高稳定性,应用服务器2台IBMX3650服务器，双机热备结构1.6GInter至强处理器，2G内存、73.4G硬盘数据库服务器2台IBMP570服务器，双机热备结构1套DS4300磁盘阵列通信服务器2台IBMX3650服务器，双机热备或双机冗余结构,中心机房实景,中心子系统中的数据库,数据库存储的内容基本图各调度台的实际运行图调度命令、车站信息数据库管理系统使用成熟高效的商用数据库管理系统，如IBMDB2、Oracle等数据库用户应用服务器是数据库的唯一用户使用规范的SQL数据库接口进行数据库管理,通信服务,通信服务的对象通信服务器为车站子系统提供通信服务应用服务器为各调度终端提供通信服务通信服务流程为每一个服务终端管理一个通信任务根据消息中的目的地，由相应通信任务发送,接收发往车站的消息,分析消息中的目的车站,根据目的车站找到通信任务,将消息在通信任务中发往车站,通信服务器界面,阶段计划管理与调整,阶段计划,计划调整模块,应用服务器,数据库服务器,基本图,实际图,调度终端,车务终端,自动采点模块,调整计划,人工报点,自动采点,阶段计划调整模块的功能,根据基本图生成初始阶段计划根据调度终端的指令对阶段计划进行人工和自动调整根据自动采点和人工报点将计划中的计划点转化为实际运行点生成实际运行图存入数据库服务器,阶段计划整体流程,调度终端显示阶段计划、实际图发送调整计划指令应用服务器生成、调整、发送计划处理自动/人工报点数据库服务器存储基本图、实际图通信服务器转发阶段计划、签收消息车务终端接收、签收阶段计划人工报点,调度终端,应用服务器,数据库服务器,通信服务器,车务终端,阶段计划,签收,数据存储,报点,调整命令,实际图,调度命令存储与管理,待发箱：存储尚未发送的调度命令发令箱：存储已发送未签收的调度命令储令箱：存储已全部签收的调度命令,待发箱,发令箱,储令箱,新建/编辑调度命令,发送调度命令,存储已签收的调度命令,调度终端,车务终端,编辑命令,签收命令,调度命令整体流程,调度终端新建、编辑、发送、存储调度命令应用服务器/通信服务器转发调度命令消息转发命令签收消息数据库服务器提供调度命令存储服务车务终端接收、签收调度命令,调度终端,应用服务器,数据库服务器,通信服务器,车务终端,调度命令消息,签收消息,调度命令存储,调监表示处理逻辑,核心功能将车站分机采集的码位转化为设备的状态编码转化处理逻辑根据车站数据中的设备码位表，和当前码位值（0或1），将各设备置为相应的状态设备码位表举例,调监表示整体流程,车站分机,车站子系统,调监表示处理逻辑,中心逻辑子系统,微机联锁,采集板,调监显示模块,调度终端子系统,设备码位表,站场静态数据,码位,码位,设备状态编码,可视化调监画面,车次跟踪逻辑,车次跟踪的作用保证车次号在调监画面中跟随列车实际运行的红光带而移动车次窗：车次号在调监画面中停留的位置股道车次窗区间车次窗站内跟踪车次移动时机：信号机内第一个轨道区段占用车次移动逻辑：沿进路搜索前方车次窗区间跟踪车次移动时机：区间占用车次移动逻辑：沿区间方向搜索前方车次窗,无线车次号校核逻辑,无线车次校核的作用纠正假车次号与真车次号校核无线车次包含的内容车次号、机车号进、出站、通过标志公里标,车次校核逻辑关键：如何与站场图中正在运行的各列车车次进行匹配匹配成功后，如果原车次是假车次号，则直接更改如果原车次是真车次号且不一致，则根据预定逻辑替换或报警,自动采点逻辑,自动采点目标列车到达点、出发点、通过点自动采点的依据列车完全进入股道的时间点T1列车越过出站信号机的时间点T2计算公式到达点T1调整时分出发点T2调整时分通过点（T1T2）/2,网络子系统,第三部分第四节,网络子系统概述,功能提供TDCS各子系统间的信息传输通道调度中心网络为各调度终端和中心应用服务器、通信服务器提供高速通信通道一般使用千兆以太网，双网结构车站广域网络为各车站子系统之间，以及车站与中心间提供高速通道基于光纤，采用高性能路由器构建广域网络,网络子系统中的设备,路由器协议转换器CableModem（基带猫）交换机Hub（集线器）,网络拓扑结构车站广域网,结构：环状结构要点：环的两端必须接入不同的路由器优点：任何单点故障不会造成网络瘫痪,网管软件界面车站广域网,网络拓扑结构中心局域网,结构：双以太网结构要点：每台机器的两块网卡必须接入不同的交换机优点：避免单交换机故障引起网络瘫痪,网管软件界面中心局域网,外围接口,第三部分第五节,外围接口分类,车站串口通信接口微机联锁接口无线车次号接口无线调度命令接口微机监测接口列控接口,GSM-R通信接口TD结合分界口通信接口铁道部通信接口,串口通信接口,串口通信概念在单根导线上将二进制数据一位一位顺序传送适用于远距传输（几米到几公里）常用串口类型：RS232、RS4229芯串口管脚图,RS232Tx(3)-Rx(2)Rx(2)-Tx(3)GND(5)-GND(5),RS422T+(2)-R+(3)T-(1)-R-(4)R+(3)-T+(2)R-(4)-T-(1),GSM-R通信接口,GSM-R：铁路综