武 鵬

WU Peng

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所，北京100081）

(Communication and Signaling Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China)

高速鐵路無(wú)線閉塞中心維護(hù)終端系統(tǒng)的研究

武 鵬

WU Peng

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所，北京100081）

(Communication and Signaling Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China)

高速鐵路無(wú)線閉塞中心維護(hù)終端是無(wú)線閉塞中心的維護(hù)單元，對(duì)列控系統(tǒng)無(wú)線閉塞中心的研發(fā)、測(cè)試、運(yùn)營(yíng)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和列控系統(tǒng)升級(jí)具有不可替代的作用。根據(jù)我國(guó)高速鐵路的運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，針對(duì)高速鐵路C3級(jí)列控系統(tǒng)的特點(diǎn)，在闡述高速鐵路無(wú)線閉塞中心維護(hù)終端系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，分析高速鐵路無(wú)線閉塞中心維護(hù)終端系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)、硬件架構(gòu)和系統(tǒng)接口及系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方式，研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)功能模塊中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)讀取顯示模塊、UDP通信模塊、實(shí)時(shí)信息顯示模塊、報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)記錄/查詢模塊各功能的實(shí)現(xiàn)流程。

高速鐵路；無(wú)線閉塞中心；維護(hù)終端；系統(tǒng)接口；系統(tǒng)架構(gòu)

隨著我國(guó)高速鐵路的迅速發(fā)展，列車運(yùn)行速度的不斷提高，需要建設(shè)安全可靠的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，而高速鐵路 C3 級(jí)列控系統(tǒng)可以滿足運(yùn)營(yíng)速度 350 km/h 及以上、最小追蹤間隔3min 的要求，是我國(guó)列控系統(tǒng)的重要組成部分，目前已經(jīng)逐步成為我國(guó)高速鐵路列控系統(tǒng)發(fā)展的主要方向[1]。無(wú)線閉塞中心 (RBC) 是高速鐵路 C3 級(jí)列控系統(tǒng)的地面核心設(shè)備，是基于信號(hào)故障導(dǎo)向安全原則的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有保障行車安全、保證運(yùn)輸效率的功能。高速鐵路無(wú)線閉塞中心維護(hù)終端(以下簡(jiǎn)稱“維護(hù)終端”) 系統(tǒng)是 RBC 系統(tǒng)的維護(hù)單元，通過(guò)獲取 RBC 系統(tǒng)與其他地面設(shè)備和車載設(shè)備的交互數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn) RBC 的維護(hù)和記錄功能，同時(shí)提供可視化的人機(jī)界面，為 RBC 系統(tǒng)的維護(hù)及故障分析提供條件[2]。通過(guò)研究設(shè)計(jì) RBC 維護(hù)終端系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)接口及系統(tǒng)各功能模塊的實(shí)現(xiàn)流程，加快了高速鐵路 C3 列控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)步伐，為高速鐵路安全運(yùn)營(yíng)提供必要手段。

1　高速鐵路無(wú)線閉塞中心維護(hù)終端系統(tǒng)架構(gòu)

高速鐵路列車運(yùn)行具有高速度、高密度的特性，在高速列車運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)線閉塞中心產(chǎn)生和接收的信息數(shù)據(jù)量大并且密集，而其維護(hù)終端通過(guò)處理這些數(shù)據(jù)來(lái)顯示列車運(yùn)行的實(shí)際情況，以及相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行情況。基于及時(shí)、準(zhǔn)確地傳輸和處理數(shù)據(jù)的目標(biāo)要求，應(yīng)合理設(shè)計(jì)維護(hù)終端的系統(tǒng)架構(gòu)和系統(tǒng)接口。

1.1 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

維護(hù)終端是 RBC 系統(tǒng)的可視化單元，主要負(fù)責(zé)將接收到的列車運(yùn)行時(shí)的各類數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為可視的圖形界面及可分析的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì) RBC 系統(tǒng)的信息記錄、實(shí)時(shí)監(jiān)視、數(shù)據(jù)查詢、報(bào)警等功能[3-4]。維護(hù)終端系統(tǒng)架構(gòu)借鑒 MVC (即模型-視圖-控制) 的結(jié)構(gòu)模式，按照功能不同對(duì)軟件進(jìn)行自下而上的分層架構(gòu)的處理，使每一層次軟件的功能相對(duì)獨(dú)立，有利于系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、維護(hù)和擴(kuò)展。維護(hù)終端系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)主要分 4 個(gè)層次：數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)傳輸層、邏輯層、應(yīng)用層。維護(hù)終端技術(shù)架構(gòu)圖如圖 1所示。

（1）數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)是整個(gè)維護(hù)終端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能的基礎(chǔ)，也是構(gòu)建合理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的依據(jù)，數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì)的合理性可以帶來(lái)更高的運(yùn)行或者存儲(chǔ)效率，為整個(gè)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。維護(hù)終端系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)分為3類：靜態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)接口消息、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。靜態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要是 RBC 服務(wù)器管轄范圍內(nèi)的高速鐵路運(yùn)營(yíng)線路數(shù)據(jù)；動(dòng)態(tài)接口消息是相關(guān)接口設(shè)備發(fā)送的列車信息數(shù)據(jù)，即通信服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的 RBC 與其他系統(tǒng)之間的動(dòng)態(tài)交互信息；存儲(chǔ)數(shù)據(jù)是用于查詢和分析的列車運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的綜合信息數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)將其存入數(shù)據(jù)庫(kù)[5]。

圖1　維護(hù)終端技術(shù)架構(gòu)圖

（2）數(shù)據(jù)傳輸層。數(shù)據(jù)傳輸層為業(yè)務(wù)邏輯層或顯示層提供數(shù)據(jù)服務(wù)，是系統(tǒng)內(nèi)部和各系統(tǒng)之間列車運(yùn)行數(shù)據(jù)信息傳遞的橋梁，需要具備及時(shí)、準(zhǔn)確的特性，避免在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中出現(xiàn)堆積或丟失的現(xiàn)象。傳輸通道因數(shù)據(jù)格式而異，靜態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在系統(tǒng)初始化時(shí)直接讀取，動(dòng)態(tài)消息采用 UDP 通信的方式傳輸接入，維護(hù)數(shù)據(jù)的存取方式依賴于使用的數(shù)據(jù)庫(kù)工具。

（3）邏輯層。邏輯層是系統(tǒng)架構(gòu)的核心部分，通過(guò)對(duì)所有接入數(shù)據(jù)的整合、分析、處理，實(shí)現(xiàn)列車行車信息的綜合顯示，其主要任務(wù)是針對(duì)具體的業(yè)務(wù)需求，根據(jù)邏輯處理的核心算法和關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)為數(shù)據(jù)應(yīng)用層動(dòng)態(tài)的更新界面提供數(shù)據(jù)支持的目的。邏輯層分為數(shù)據(jù)解析和邏輯運(yùn)算2個(gè)部分。首先，依據(jù)通信協(xié)議，解析動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)；其次，按照功能需求，結(jié)合相關(guān)靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理運(yùn)算，將接入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的界面顯示數(shù)據(jù)。

（4）應(yīng)用層。應(yīng)用層提供完整的圖形用戶界面，顯示邏輯處理的結(jié)果，包括界面顯示和用戶操作2部分。界面顯示需要根據(jù)顯示需求在主界面或子窗口繪制圖像或表格，圖形顯示所需數(shù)據(jù)由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、解析數(shù)據(jù)和運(yùn)算數(shù)據(jù)提供。用戶操作通過(guò)用戶圖形界面提供的菜單、工具欄、鼠標(biāo)操作等方式予以接收，完成查看消息和查詢歷史數(shù)據(jù)等功能。其核心是顯示列車當(dāng)前運(yùn)行位置、行駛速度、運(yùn)行狀態(tài)、行車許可范圍、列車移交狀態(tài)等信息。

1.2 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

服務(wù)器的硬件性能會(huì)直接影響軟件系統(tǒng)的運(yùn)行和顯示效果，因而應(yīng)該選用性能穩(wěn)定的服務(wù)器硬件，為系統(tǒng)軟件的運(yùn)行提供強(qiáng)有力的保證。該系統(tǒng)將采用商用服務(wù)器，通過(guò)交換機(jī)、以太網(wǎng)卡和網(wǎng)線等網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)，分別與通信服務(wù)器、ISDN 服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器相連接?？紤]到維護(hù)終端系統(tǒng)的顯示功能很重要，并且要顯示的信息眾多，選取多個(gè)高分辨率的液晶顯示屏拼接成為終端顯示設(shè)備，顯示出 RBC 管轄范圍內(nèi)的所有高速列車行車狀態(tài)，給用戶呈現(xiàn)清晰、美觀的畫(huà)面。維護(hù)終端硬件架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2　維護(hù)終端硬件架構(gòu)圖

1.3 系統(tǒng)接口

維護(hù)終端系統(tǒng)整合了 RBC 系統(tǒng)自身，以及 RBC與列車車載 ATP 設(shè)備、調(diào)度集中系統(tǒng) (CTC)[6]、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖 (CBI)、臨時(shí)限速服務(wù)器 (TSRS)、相鄰RBC 服務(wù)器 (NRBC) 之間交互的列車運(yùn)營(yíng)信息資源，建立一體化的綜合顯示控制終端。接口信息主要是維護(hù)終端系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)與通信接口服務(wù)器建立連接，并由通信接口服務(wù)器與上述外部系統(tǒng)相連接，將列車車載或信號(hào)設(shè)備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)的。此外，維護(hù)終端直接通過(guò)以太網(wǎng)接口記錄ISDN 的工作數(shù)據(jù)，用于維護(hù)分析通過(guò) GSM-R 通信鏈路傳輸?shù)牧熊囓囕d信息數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器提供數(shù)據(jù)管理服務(wù)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存取和訪問(wèn)控制，各接口數(shù)據(jù)除了用于邏輯處理、顯示監(jiān)控，還需要存入數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，以供查詢和分析。維護(hù)終端系統(tǒng)采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸通道，有效地避免各類數(shù)據(jù)通道的重復(fù)建設(shè)，提高數(shù)據(jù)資源的接入效率，確保數(shù)據(jù)源的信息有序、高效、可靠的傳輸。

維護(hù)終端接口拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3　維護(hù)終端接口拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2　高速鐵路無(wú)線閉塞中心維護(hù)終端系統(tǒng)功能模塊

按照維護(hù)終端系統(tǒng)的功能需求，采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，將維護(hù)終端系統(tǒng)的主要功能明確劃分為對(duì)應(yīng)的模塊。這種高內(nèi)聚低耦合的設(shè)計(jì)方式，極大地降低了各功能之間的依賴性，有利于維護(hù)終端系統(tǒng)的維護(hù)和后續(xù)開(kāi)發(fā)。維護(hù)終端系統(tǒng)通過(guò)獲取的列車車次、位置、速度等運(yùn)行狀態(tài)信息，調(diào)度行車信息，臨時(shí)限速信息等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì) RBC 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的列車運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)記錄查詢、報(bào)警輸出等功能。維護(hù)終端系統(tǒng)劃分為 6 個(gè)功能模塊，分別為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)讀取及顯示模塊、UDP 通信模塊、實(shí)時(shí)信息顯示模塊、報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)記錄/查詢模塊、歷史記錄回放模塊。維護(hù)終端各模塊功能實(shí)現(xiàn)流程圖如圖 4 所示。

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)讀取顯示模塊。通過(guò)讀取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)提供基本信號(hào)設(shè)備和列車運(yùn)行環(huán)境的界面顯示，維護(hù)終端系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，包括讀取 RBC 服務(wù)器管轄范圍內(nèi)的高速鐵路運(yùn)營(yíng)線路數(shù)據(jù)，并顯示線路中的所有元素，如軌道區(qū)段、信號(hào)機(jī)、應(yīng)答器、公里標(biāo)等。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中的各類元素都設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類，每個(gè)對(duì)應(yīng)的類中都包含繪制當(dāng)前元素的方法函數(shù)。

圖 4 維護(hù)終端各模塊功能實(shí)現(xiàn)流程圖

（2）UDP 通信模塊?？紤]到接入的列車運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)數(shù)量龐大且信息復(fù)雜，以及對(duì)信息傳輸實(shí)時(shí)性的高要求，維護(hù)終端系統(tǒng)使用 UDP 協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸方式與通信機(jī)和 ISDN 建立通信通道，通信數(shù)據(jù)為單向傳輸，由通信機(jī)和 ISDN 發(fā)送，通信周期為 500 ms。

（3）實(shí)時(shí)信息顯示模塊。主要顯示 RBC 系統(tǒng)對(duì)列車運(yùn)行過(guò)程中的控制信息，根據(jù) RBC 發(fā)送的列車信息，需要在解析后實(shí)時(shí)計(jì)算出對(duì)應(yīng)在顯示界面上的列車位置、速度和行車許可的范圍等[7]，并以圖形的方式顯示在主界面，即可以在主界面的繪圖區(qū)直觀地看到列車的運(yùn)行情況。此功能對(duì)于計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和高效性有很高的要求，是該系統(tǒng)邏輯處理的核心部分。另外，還會(huì)按照各外部系統(tǒng)的接口協(xié)議分類解析接口數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示車載 ATP 信息、調(diào)度集中信息、臨時(shí)限速信息、相鄰 RBC 信息、其他基礎(chǔ)信號(hào)設(shè)備狀態(tài)信息，并將解析數(shù)據(jù)以表格的形式按照時(shí)間順序顯示，同時(shí)還需要根據(jù)這些數(shù)據(jù)更新主界面上的相關(guān)元素的圖像。此模塊采用消息觸發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)界面的實(shí)時(shí)更新，即消息更新，則界面顯示同步更新。

（4）報(bào)警模塊。維護(hù)終端具備對(duì)列車行車控制設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)功能、對(duì)設(shè)備中斷或數(shù)據(jù)異常提供基本的預(yù)警功能，加強(qiáng)對(duì)列車安全運(yùn)營(yíng)的保障水平。設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)包括 RBC 系統(tǒng)各設(shè)備單元的工作狀態(tài)、與外部系統(tǒng)連接及通信狀態(tài)等。當(dāng)發(fā)現(xiàn)維護(hù)終端系統(tǒng)設(shè)備連接狀態(tài)發(fā)生變化，或是通信數(shù)據(jù)有異常時(shí)，即可生成報(bào)警信息，并遞交給前端界面以便在子對(duì)話框中顯示報(bào)警信息。

（5）數(shù)據(jù)記錄/查詢模塊。維護(hù)終端系統(tǒng)整合了高速列車運(yùn)行過(guò)程中的主要信息資源，為日常監(jiān)測(cè)或故障分析提供數(shù)據(jù)支持。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的存/取功能提供對(duì)所有通信數(shù)據(jù)的記錄與查詢功能。數(shù)據(jù)記錄：以時(shí)間為順序，將維護(hù)終端系統(tǒng)收到的通信數(shù)據(jù)及報(bào)警信息都存入數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)查詢：實(shí)現(xiàn)對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的 30 d 內(nèi)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類查詢的功能，查詢結(jié)果包括記錄原始數(shù)據(jù)和解析出的內(nèi)容。

（6）歷史記錄回放模塊。維護(hù)終端可以將已發(fā)生的某段時(shí)間內(nèi)的列車運(yùn)行情況及調(diào)度集中、臨時(shí)限速等信息動(dòng)態(tài)展示，即依據(jù)存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)，以動(dòng)態(tài)顯示的方式再現(xiàn)特定時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)主界面站場(chǎng)設(shè)備的變化信息和列車運(yùn)行信息[8]。動(dòng)態(tài)回放歷史記錄的功能，不僅直觀，還可以提高故障分析的效率。

3　結(jié)束語(yǔ)

高速鐵路無(wú)線閉塞中心維護(hù)終端系統(tǒng)采用自下而上的分層設(shè)計(jì)和模塊化的結(jié)構(gòu)模式，不僅可以提供可視化的人機(jī)界面，實(shí)時(shí)顯示RBC及外部系統(tǒng)發(fā)送的列車行車信息數(shù)據(jù)，而且通過(guò)對(duì)所有運(yùn)行過(guò)程中的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄查詢，可以正確了解現(xiàn)場(chǎng)狀況和存在問(wèn)題，方便維護(hù)人員對(duì)維護(hù)終端系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，為研究安全、可靠的高速鐵路列車控制系統(tǒng)提供重要支撐手段，為高速鐵路的安全運(yùn)營(yíng)提供信息管理系統(tǒng)保障。

[1] 中國(guó)鐵路總公司. CTCS-3 級(jí)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)[M]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2013.

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責(zé)任編輯：吳文娟

珠三角再開(kāi)通兩條“鐵路巴士”

2016 年3月 30 日，廣州至佛山至肇慶城際鐵路、東莞至惠州城際鐵路常平東站至小金口站間開(kāi)通運(yùn)營(yíng)。廣佛肇城際鐵路起于肇慶站，經(jīng)佛山西站，引入廣州站，共設(shè) 12 個(gè)車站，全長(zhǎng)111 km。莞惠城際鐵路常平東至小金口間共設(shè) 10個(gè)車站，全長(zhǎng) 53 km。兩條線路的設(shè)計(jì)時(shí)速都為 200 km，廣州站至肇慶站全程為2h，常平東至小金口間全程運(yùn)行1h 10 min。這兩條城際鐵路采取站站停的公交化運(yùn)營(yíng)模式，旅客需要像坐公交車一樣自己找座位。

（摘自《人民鐵道》報(bào)）

Study on Maintenance Terminal System of High-speed Railway RBC

Maintenance terminal of high-speed railway radio block center (RBC) is a maintenance unit of RBC, and plays an irreplaceable role on the research, test and site maintenance of train control system RBC as well as the upgrading of train control system. According to operation status of high-speed railways in China and characteristics of high-speed railway CTCS-3, this paper expounds the functions of maintenance terminal system of high-speed railway RBC, analyzes the technical architecture, hardware framework and system interface of the maintenance terminal system as well as their implementation ways, and puts forward the implementation process of each main function including basic data read and display, UDP communication, real-time information display, alarming and data recording/inquiry.

High-speed Railway; Radio Block Center (RBC); Maintenance Terminal; System Interface; System Framework

1003-1421(2016)04-0058-05

U284.48；TP399

A

10.16668/j.cnki.issn.1003-1421.2016.04.13

2016-03-06

中國(guó)鐵路總公司科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃課題(2014X003-E)