雅安至林芝鐵路行車調(diào)度指揮系統(tǒng)技術(shù)方案研究

徐 越

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 成都 610031)

雅安至林芝鐵路具有長大下坡道多、分相區(qū)設(shè)置不規(guī)律、橋隧比高的線路特點(diǎn)，部分區(qū)段塌方、泥石流、滑坡等自然災(zāi)害頻發(fā)，要求調(diào)度指揮系統(tǒng)具備調(diào)度策略智能動(dòng)態(tài)調(diào)整、列車災(zāi)害防護(hù)與應(yīng)急救援等功能[1]。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)行車間隔自適應(yīng)調(diào)整，區(qū)間移動(dòng)閉塞環(huán)境下的車車追蹤運(yùn)行等特殊場(chǎng)景要求調(diào)度指揮系統(tǒng)與自動(dòng)駕駛系統(tǒng)(ATO)聯(lián)動(dòng)。雅安至林芝鐵路特殊的線路與運(yùn)營環(huán)境使得深入研究其行車指揮技術(shù)條件與系統(tǒng)方案成為迫切需求。

1 行車調(diào)度指揮系統(tǒng)應(yīng)用需求

雅安至林芝鐵路高寒、高海拔、橋隧眾多、自然災(zāi)害頻發(fā)等復(fù)雜工程環(huán)境對(duì)行車調(diào)度指揮系統(tǒng)的應(yīng)用提出新的要求，其具體需求如下：

(1)雅安至林芝鐵路長大坡道較多，分相區(qū)分布不規(guī)律，且采用客貨混跑的運(yùn)營模式，這要求列車運(yùn)行速度及追蹤間隔應(yīng)實(shí)時(shí)調(diào)整，對(duì)行車指揮系統(tǒng)智能化提出了新要求。

(2)雅安至林芝鐵路橋隧比高(約為95%)，存在橋梁及隧道處發(fā)生火災(zāi)的可能性，為防止火災(zāi)造成的人員與財(cái)產(chǎn)損失，需要在調(diào)度指揮系統(tǒng)中增加特殊情況下的列車應(yīng)急調(diào)度指揮功能，引導(dǎo)旅客列車安全駛?cè)刖仍?，指揮救援列車及時(shí)到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)。

(3)雅安至林芝鐵路相鄰兩供電臂間隔距離較長，區(qū)間采用移動(dòng)閉塞技術(shù)，列車追蹤間隔距離較短，非正常情況下，存在同一供電臂內(nèi)存在多輛列車追蹤運(yùn)行的可能。同一個(gè)供電臂內(nèi)車輛數(shù)量增加，供電需求過大，可能會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)跳閘。因此，調(diào)度系統(tǒng)需預(yù)留與供電系統(tǒng)的接口，實(shí)時(shí)接收牽引供電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳遞的功耗信息，調(diào)度系統(tǒng)ATO管理模塊再根據(jù)功耗信息及預(yù)測(cè)結(jié)果合理調(diào)整列車運(yùn)行間隔與列車運(yùn)行速度，從而達(dá)到控制供電臂內(nèi)列車數(shù)量的目的，間接調(diào)整同一供電臂內(nèi)的牽引供電系統(tǒng)能耗，保證牽引供電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

2 行車調(diào)度指揮系統(tǒng)功能需求

雅安至林芝鐵路行車指揮系統(tǒng)除應(yīng)滿足TJ/DW 208-2019《智能調(diào)度集中系統(tǒng)暫行技術(shù)條件》與調(diào)度集中系統(tǒng)技術(shù)條件的要求外，還需兼顧線路智能化及特殊場(chǎng)景的應(yīng)用需求。雅安至林芝鐵路行車指揮系統(tǒng)應(yīng)具有運(yùn)行計(jì)劃智能調(diào)整、進(jìn)路與命令安全卡控、應(yīng)急行車指揮、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)與智能ATO等功能，其行車指揮系統(tǒng)功能需求如圖1所示。

圖1 雅安至林芝鐵路行車指揮系統(tǒng)功能需求框圖

2.1 智能化行車調(diào)度指揮功能需求

雅安至林芝鐵路智能化行車指揮功能主要應(yīng)包括列車運(yùn)行計(jì)劃智能調(diào)整、進(jìn)路及命令智能卡控、應(yīng)急行車指揮、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)和智能ATO功能。

(1)列車運(yùn)行計(jì)劃智能調(diào)整

雅安至林芝鐵路具有客運(yùn)、貨運(yùn)、專運(yùn)、特運(yùn)等運(yùn)輸需求，存在不同類型列車之間追蹤運(yùn)行的場(chǎng)景，亟需采用基于歷史數(shù)據(jù)與運(yùn)營場(chǎng)景的列車早晚點(diǎn)預(yù)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行計(jì)劃動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整，確保線路安全高效運(yùn)行。列車運(yùn)行計(jì)劃智能調(diào)整功能應(yīng)根據(jù)不同場(chǎng)景提供不同的調(diào)整策略，調(diào)整后計(jì)劃應(yīng)符合相關(guān)約束條件，具有可用性和便捷性。

(2)進(jìn)路及命令智能卡控

進(jìn)路和命令安全卡控功能應(yīng)拓展現(xiàn)有系統(tǒng)自律卡控條件和自律檢查范圍，增加固定徑路卡控、復(fù)雜站場(chǎng)進(jìn)路控制、無線發(fā)車進(jìn)路預(yù)告等功能，實(shí)現(xiàn)綜合智能卡控。

(3)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)

行車數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)在既有調(diào)度集中系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過加強(qiáng)與運(yùn)輸信息集成平臺(tái)、PSCADA、自然災(zāi)害及異物侵線監(jiān)測(cè)、DMS等系統(tǒng)的結(jié)合，在保證信息安全的條件下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與客運(yùn)、供電、工務(wù)、機(jī)務(wù)、車輛等專業(yè)信息系統(tǒng)的信息共享，形成系統(tǒng)間聯(lián)動(dòng)。

(4)應(yīng)急行車指揮功能

行車調(diào)度指揮系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)正常調(diào)度集中業(yè)務(wù)操作演練和應(yīng)急場(chǎng)景模擬演練。在塌方、泥石流、地震等自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，行車調(diào)度指揮系統(tǒng)應(yīng)能快速指揮列車駛?cè)胱罱木仍净虬踩珔^(qū)段、指揮搶險(xiǎn)救援工程列車駛?cè)胧鹿尸F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行搶險(xiǎn)救災(zāi)。

(5)智能ATO功能

調(diào)度系統(tǒng)ATO功能模塊除實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛功能外，應(yīng)滿足運(yùn)行計(jì)劃上車、列車間隔自適應(yīng)調(diào)整、區(qū)間列車數(shù)量控制、接觸網(wǎng)供電能力適應(yīng)及故障特殊情況下的行車指揮需求。

2.2 行車調(diào)度指揮特殊功能需求

雅安至林芝鐵路地理環(huán)境復(fù)雜，行車指揮系統(tǒng)需具有以下特殊需求：

(1)川藏線山地災(zāi)害頻發(fā)，為滿足搶險(xiǎn)救災(zāi)情況下的應(yīng)急指揮和控制需求，應(yīng)采用集中統(tǒng)一的行車指揮控制方式。

(2)通過行車信息數(shù)據(jù)平臺(tái)與其他系統(tǒng)的信息充分共享，行車調(diào)度指揮系統(tǒng)綜合災(zāi)害監(jiān)測(cè)信息、電力調(diào)度信息、列控設(shè)備動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息等，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行計(jì)劃的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整。

(3)為應(yīng)對(duì)惡劣的運(yùn)輸環(huán)境，系統(tǒng)需具備區(qū)間列車數(shù)量控制、接觸網(wǎng)供電能力自適應(yīng)、特殊線路情況下的行車指揮功能。行車指揮系統(tǒng)應(yīng)具備ATO功能管理模塊，與車載ATO系統(tǒng)結(jié)合，為ATO系統(tǒng)提供支持。

3 雅林段行車調(diào)度指揮系統(tǒng)技術(shù)條件

雅安至林芝鐵路行車指揮系統(tǒng)部分功能已突破現(xiàn)行調(diào)度集中系統(tǒng)的技術(shù)條件，結(jié)合其特殊線路與工程環(huán)境特點(diǎn)，雅安至林芝鐵路行車調(diào)度指揮系統(tǒng)主要功能應(yīng)滿足以下技術(shù)條件要求。

3.1 運(yùn)行計(jì)劃智能調(diào)整

雅安至林芝鐵路具有客運(yùn)、貨運(yùn)、專運(yùn)、特運(yùn)等運(yùn)輸需求，存在不同類型列車之間追蹤運(yùn)行場(chǎng)景，應(yīng)采用基于歷史數(shù)據(jù)與運(yùn)營場(chǎng)景的列車早晚點(diǎn)預(yù)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行計(jì)劃動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整功能，確保線路安全高效運(yùn)行。列車運(yùn)行計(jì)劃智能調(diào)整功能應(yīng)根據(jù)不同場(chǎng)景提供不同的調(diào)整策略，調(diào)整后計(jì)劃應(yīng)符合相關(guān)約束條件，具有可用性和便捷性。

3.2 系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)

雅安至林芝鐵路線路環(huán)境復(fù)雜、自然災(zāi)害頻發(fā)，行車數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)在既有調(diào)度集中系統(tǒng)架構(gòu)基礎(chǔ)上，通過加強(qiáng)與運(yùn)輸信息集成平臺(tái)、車載DMS系統(tǒng)、路橋隧等基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)合，在保證信息安全的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)行車指揮系統(tǒng)與客運(yùn)、供電、工務(wù)、機(jī)務(wù)、車輛等專業(yè)信息系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)共享，形成系統(tǒng)間聯(lián)動(dòng)，確保管轄運(yùn)行列車的安全高效追蹤運(yùn)行[2]。

3.3 進(jìn)路與命令安全卡控

進(jìn)路與命令智能卡控功能應(yīng)拓展現(xiàn)有系統(tǒng)自律卡控條件和自律檢查范圍，實(shí)現(xiàn)固定徑路卡控，車站作業(yè)卡控(列檢、吸污、上水、乘降)，滿線卡控、復(fù)雜站場(chǎng)進(jìn)路觸發(fā)優(yōu)化控制、無線發(fā)車進(jìn)路預(yù)告、車次號(hào)自動(dòng)變更、側(cè)線通過列車卡控等功能，最終實(shí)現(xiàn)列車進(jìn)路與車站作業(yè)自動(dòng)化、智能化安全卡控的目的。

3.4 綜合信息數(shù)據(jù)承載平臺(tái)

雅安至林芝鐵路調(diào)度集中系統(tǒng)應(yīng)具備綜合信息數(shù)據(jù)承載平臺(tái)的功能，應(yīng)具備與信息專業(yè)的災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、客票系統(tǒng)，電力系統(tǒng)的電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(PSCADA)、電力調(diào)度管理系統(tǒng)(PDMS)聯(lián)動(dòng)的能力，信號(hào)智能調(diào)度集中系統(tǒng)通過綜合災(zāi)害監(jiān)測(cè)信息(塌方、泥石流、滑坡、雪崩、地震等信息)、客運(yùn)信息(交路、司乘、客票、坐席等客運(yùn)信息)、供電臂間電力負(fù)荷信息、停送電信息等實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行計(jì)劃智能調(diào)整、車次早晚點(diǎn)預(yù)測(cè)等功能。

3.5 智能ATO功能

行車指揮系統(tǒng)應(yīng)具備ATO功能管理模塊，能夠與車載ATO系統(tǒng)結(jié)合，滿足列車運(yùn)行計(jì)劃上車需求，為ATO系統(tǒng)輔助駕駛提供支持，以應(yīng)對(duì)雅安至林芝鐵路惡劣的運(yùn)輸環(huán)境，實(shí)現(xiàn)區(qū)間列車數(shù)量控制、接觸網(wǎng)供電能力適應(yīng)與特殊線路情況下的行車指揮功能。

3.6 應(yīng)急行車指揮功能

雅安至林芝鐵路橋隧比約95%，沿線地質(zhì)不良地段較多，為預(yù)防雪崩、泥石流、地震等突發(fā)自然災(zāi)害對(duì)運(yùn)行列車帶來安全風(fēng)險(xiǎn)，行車調(diào)度指揮系統(tǒng)應(yīng)能快速指揮列車駛?cè)胱罱木仍净虬踩珔^(qū)段，指揮搶險(xiǎn)救援工程列車駛?cè)胧鹿尸F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行搶險(xiǎn)救災(zāi)。

4 行車指揮系統(tǒng)選型與方案比選

4.1 智能調(diào)度集中方案

為應(yīng)對(duì)雅安至林芝鐵路惡劣的運(yùn)輸環(huán)境，滿足搶險(xiǎn)救災(zāi)情況下的應(yīng)急指揮和控制需求，雅安至林芝鐵路擬采用智能調(diào)度集中系統(tǒng)。系統(tǒng)在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，利用“云技術(shù)”、“大數(shù)據(jù)”等新技術(shù)手段與其他專業(yè)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間信息共享與實(shí)時(shí)交互，實(shí)現(xiàn)區(qū)間列車數(shù)量控制、接觸網(wǎng)供電能力自適應(yīng)、特殊線路情況下的行車指揮功能。智能調(diào)度集中系統(tǒng)ATO模塊能夠與車載ATO系統(tǒng)結(jié)合，為列車自動(dòng)駕駛提供支持。

智能調(diào)度集中系統(tǒng)由調(diào)度中心子系統(tǒng)、主控站子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)3部分構(gòu)成，分調(diào)度中心及主控站兩級(jí)結(jié)構(gòu)[3]。各系統(tǒng)均采用高性能、高質(zhì)量、高可靠、智能化的軟硬件設(shè)備。雅安至林芝鐵路智能調(diào)度集中系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 雅安至林芝鐵路智能調(diào)度集中系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

成都鐵路局集團(tuán)公司與青藏公司調(diào)度所分別設(shè)置智能調(diào)度集中系統(tǒng)中心設(shè)備。調(diào)度集中系統(tǒng)中心設(shè)備在既有CTC中心接口服務(wù)器基礎(chǔ)上新增ATO接口服務(wù)器、供電調(diào)度接口服務(wù)器、災(zāi)害監(jiān)測(cè)接口服務(wù)器等，用于與電力PSCADA系統(tǒng)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)運(yùn)行計(jì)劃管理、行車數(shù)據(jù)綜合管理、突發(fā)應(yīng)急事件處理等功能。

車站級(jí)行車指揮子系統(tǒng)根據(jù)需要設(shè)置相應(yīng)設(shè)備，若所在站為主控站，則設(shè)置一體化自律機(jī)設(shè)備；若所在站為被控(無人值守)站，則僅設(shè)置自律機(jī)查詢終端。雅安至林芝鐵路智能行車指揮系統(tǒng)車站結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。

圖3 雅安至林芝鐵路智能調(diào)度集中系統(tǒng)車站結(jié)構(gòu)示意圖

雅安(不含)至羅麥(不含)行車指揮納入成都局調(diào)度中心客專CTC總機(jī)系統(tǒng)，新設(shè)1套接入設(shè)備、1個(gè)智能化調(diào)度臺(tái)。羅麥至昌都與昌都(不含)至林芝(不含)共用1個(gè)智能化調(diào)度臺(tái)，納入青藏公司調(diào)度中心客專CTC總機(jī)系統(tǒng)管理。

雅安至林芝鐵路在新建主控站(配置列控聯(lián)鎖一體化設(shè)備的車站)新設(shè)智能CTC分機(jī)、信息安全防護(hù)系統(tǒng)和通道質(zhì)量監(jiān)督系統(tǒng)設(shè)備，其余車站新設(shè)智能CTC查詢終端。新建主控站共有天全、康定、雅江、理塘、巴塘、貢覺、昌都、邦達(dá)、洛隆、波密、魯朗、林芝12個(gè)。

4.2 CTC3.0調(diào)度集中方案

CTC3.0調(diào)度集中系統(tǒng)在現(xiàn)有信號(hào)系統(tǒng)中被普遍采用，系統(tǒng)綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)，采用分散自律設(shè)計(jì)原則，以列車運(yùn)行調(diào)整計(jì)劃控制為中心，兼顧列車與調(diào)車作業(yè)。能實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心(調(diào)度員)對(duì)某一區(qū)段內(nèi)信號(hào)設(shè)備的集中控制、對(duì)列車的直接指揮、管理，具備較高的自動(dòng)化功能[4-5]。

CTC3.0調(diào)度集中系統(tǒng)與智能調(diào)度集中系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似，均由中心系統(tǒng)、車站與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)3部分組成。CTC3.0調(diào)度集中系統(tǒng)中心一般設(shè)置高速鐵路調(diào)度集中中心系統(tǒng)和普速調(diào)度指揮/調(diào)度集中中心系統(tǒng)，另外包括查詢子系統(tǒng)、運(yùn)維子系統(tǒng)、仿真測(cè)試子系統(tǒng)與應(yīng)急備用子系統(tǒng)。CTC3.0調(diào)度集中系統(tǒng)中心設(shè)備除不具備智能化與ATO相關(guān)功能外，其余配置與智能調(diào)度集中系統(tǒng)基本相同，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 雅安至林芝鐵路CTC3.0系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

CTC3.0調(diào)度集中系統(tǒng)車站設(shè)備主要由車站自律機(jī)、車站服務(wù)器、車務(wù)終端、電務(wù)維修終端、車務(wù)管理終端、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、信息安全設(shè)備、通信質(zhì)量監(jiān)督設(shè)備、電源設(shè)備等組成。CTC3.0車站設(shè)備無法與列控、聯(lián)鎖設(shè)備集成，其車站結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。

圖5 雅安至林芝鐵路CTC3.0系統(tǒng)車站結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)現(xiàn)行CTC3.0技術(shù)條件設(shè)置雅安至林芝鐵路行車調(diào)度指揮系統(tǒng)，采用分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)，滿足Q/CR 518-2016《調(diào)度集中系統(tǒng)技術(shù)條件》。雅安(不含)至羅麥(不含)段新設(shè)1個(gè)調(diào)度臺(tái)，納入成都局調(diào)度所CTC總機(jī)系統(tǒng)管理，羅麥(含)～昌都(含)～林芝(不含)段新設(shè)1個(gè)調(diào)度臺(tái)，并納入青藏公司川藏臺(tái)管轄。各站新設(shè)CTC3.0分機(jī)、信息安全防護(hù)系統(tǒng)和通道質(zhì)量監(jiān)督系統(tǒng)設(shè)備。

采用CTC3.0系統(tǒng)的線路，正常條件下列車可按運(yùn)行圖行車，但當(dāng)運(yùn)行列車遭遇特殊情況時(shí)(如天氣、環(huán)境變化、線路中斷、設(shè)備故障等)，列車運(yùn)行難免偏離運(yùn)行圖。此時(shí)，調(diào)度員要人工調(diào)圖，需花費(fèi)若干小時(shí)才能恢復(fù)正常行車。雅安至林芝鐵路復(fù)雜的地理環(huán)境及氣候條件對(duì)行車運(yùn)輸造成的干擾高于其他線路，僅依靠調(diào)度員調(diào)圖無法滿足行車運(yùn)輸?shù)男枨蟆?/p>

4.3 雅林段行車指揮系統(tǒng)方案比選

(1)行車指揮系統(tǒng)技術(shù)方案比選

智能調(diào)度集中系統(tǒng)方案能通過數(shù)據(jù)平臺(tái)共享其他相關(guān)專業(yè)的監(jiān)測(cè)信息，具備智能動(dòng)態(tài)調(diào)度策略優(yōu)化和運(yùn)行計(jì)劃在線實(shí)時(shí)調(diào)整功能，既保證了行車效率，又有效減少了調(diào)度員的勞動(dòng)強(qiáng)度及工作壓力；同時(shí)具備ATO的相關(guān)功能，滿足區(qū)間列車數(shù)量控制、接觸網(wǎng)供電能力自適應(yīng)、特殊線路以及故障等特有情況下的行車指揮需求[6]。

CTC3.0調(diào)度集中方案未設(shè)置ATO服務(wù)器及其他系統(tǒng)的接口服務(wù)器，無法與電力系統(tǒng)、客票系統(tǒng)與災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，無法滿足雅安至林芝鐵路特殊情況下的行車指揮需求。

(2)經(jīng)濟(jì)效益比選

相較于CTC3.0調(diào)度集中方案，智能調(diào)度集中系統(tǒng)方案僅通過調(diào)度中心智能調(diào)整服務(wù)器、ATO接口服務(wù)器、供電調(diào)度接口服務(wù)器和災(zāi)害監(jiān)測(cè)接口服務(wù)器，即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能調(diào)度功能，可有效降低運(yùn)營階段人工調(diào)圖與災(zāi)害救援搶險(xiǎn)投入的人力物力。此外智能調(diào)度集中系統(tǒng)方案的站機(jī)設(shè)備可與列控聯(lián)鎖一體化設(shè)備整合，能有效降低信號(hào)系統(tǒng)車站級(jí)設(shè)備費(fèi)用。

綜上所述，推薦雅安至林芝鐵路采用智能調(diào)度集中系統(tǒng)方案。

5 結(jié)束語

雅安至林芝鐵路智能調(diào)度指揮系統(tǒng)通過增加智能調(diào)整功能模塊、ATO模塊實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行計(jì)劃的實(shí)時(shí)更新調(diào)整和列車運(yùn)行計(jì)劃上車，同時(shí)通過新增牽引變電系統(tǒng)接口和災(zāi)害監(jiān)測(cè)接口，整合供電臂停送電信息、實(shí)時(shí)耗電信息及災(zāi)害信息，通過不同專業(yè)系統(tǒng)間的聯(lián)動(dòng)與信息共享，實(shí)現(xiàn)線路的高標(biāo)準(zhǔn)、大能力建設(shè)目標(biāo)。