馮陽(yáng)泊

關(guān)鍵詞：普速鐵路；CTC 系統(tǒng)；集中控制；調(diào)度指揮

TDCS 是鐵路列車調(diào)度指揮系統(tǒng)，能夠使列車在不同級(jí)別的行車調(diào)度中得到透明指揮，實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整列車，是覆蓋全線路的現(xiàn)代化列車指揮體系。CTC 是集中式鐵路調(diào)度系統(tǒng)，可對(duì)管轄區(qū)域內(nèi)的列車和調(diào)車工作進(jìn)行指揮和管理，并通過聯(lián)鎖、列控、區(qū)間閉塞等信號(hào)設(shè)備進(jìn)行集中調(diào)度。

一、工程概況

新建泛亞鐵路中通道磨憨/ 磨丁至萬(wàn)象段（新建磨萬(wàn)鐵路）起點(diǎn)位于中老邊境口岸磨丁，向北連接中國(guó)云南省新建的玉溪至磨憨鐵路，向南途經(jīng)老撾北部的南塔省、烏多姆賽省、瑯勃拉邦省、萬(wàn)象省，最終抵達(dá)線路終點(diǎn)——老撾首都萬(wàn)象市。線路沿途主要經(jīng)過的市縣有：磨丁、納堆、納磨、納通、孟賽、納科、孟阿、慧漢、瑯勃拉邦、香恩、普昆、嘎西、帕當(dāng)、萬(wàn)榮、萬(wàn)基、蓬洪、蓬宋、萬(wàn)象北、萬(wàn)象，全長(zhǎng)409km。

二、CTC 中心站集中控制調(diào)度系統(tǒng)的指揮模式

調(diào)度中心分為兩種類型：分散的自律控制和非常站控。目前CTC 的調(diào)度與指揮模式見圖1，其中分散的自主化控制模式包括中心化、車站調(diào)車、車站運(yùn)行三種操作。

CTC 分為3 種運(yùn)行模式（中心操作模式、車站操作模式和車站調(diào)車模式），啟用中心站集中控制后變成了車站操作和車站調(diào)車兩種模式。站場(chǎng)運(yùn)行模式站點(diǎn)可以按需要并入中心站集控臺(tái)，也可以獨(dú)立設(shè)置，所有的站點(diǎn)都被集中控制[1]。

三、工程技術(shù)方案研究

根據(jù)車站規(guī)模、車站性質(zhì)、行車密度、運(yùn)輸組織及管理狀況，結(jié)合調(diào)度臺(tái)所轄車站的運(yùn)行模式，確定了中心站集的運(yùn)行模式。如果車站是區(qū)間站，調(diào)車作業(yè)量大且復(fù)雜，同時(shí)銜接多條專用鐵路，則可以不納入中心站集中控制。在其他常規(guī)情況下，各車站可以根據(jù)實(shí)際需求選擇是否納入中心站集。

項(xiàng)目的建設(shè)內(nèi)容包括：新建調(diào)度臺(tái)中心站，改造現(xiàn)有的 TDCS 調(diào)度臺(tái)，將所有站點(diǎn)的 TDCS 設(shè)備改造為CTC，并新增CTC 網(wǎng)絡(luò)和安全保障設(shè)施。

（一）CTC 車站段級(jí)調(diào)度指揮中心的建設(shè)

針對(duì)高速鐵路CTC 中心站的集中控制問題，結(jié)合當(dāng)前鐵路運(yùn)輸調(diào)度指揮方式改革的最新趨勢(shì)，提出了車務(wù)段CTC 行車指揮中心的技術(shù)方案。該方案通過將列車運(yùn)行調(diào)度和調(diào)度功能與車站一級(jí)的運(yùn)行指揮中心相結(jié)合，提高了列車運(yùn)行的效率和效益。

在調(diào)度臺(tái)所轄車務(wù)段所屬單位附近新建一個(gè)站段級(jí)的行車指揮中心，包括通信、信號(hào)設(shè)備、調(diào)度大廳、休息室、辦公室、會(huì)議室等設(shè)施。在新建成的車務(wù)段行車指揮中心信號(hào)室，配備有調(diào)度臺(tái)管內(nèi)各中心站的CTC設(shè)備；在通訊機(jī)房中設(shè)有相關(guān)的通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置，在CTC 系統(tǒng)的廣域網(wǎng)信道環(huán)網(wǎng)中納入CTC 裝置；在指揮中心CTC 調(diào)度大廳設(shè)有中心站集控臺(tái)。同時(shí)，調(diào)度廳及電腦室的建設(shè)也為今后在車務(wù)段管轄范圍內(nèi)的CTC 中心站的接入提供了良好的基礎(chǔ)。

信號(hào)機(jī)房設(shè)備有：CTC 中心站服務(wù)器、通信質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備、CTC 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、集中監(jiān)控設(shè)備、機(jī)房動(dòng)環(huán)監(jiān)控設(shè)備、智能型綜合電源屏和UPS 不間斷電源。

通信機(jī)房設(shè)備包含：高頻切換電源和UPS 無(wú)間斷電源（含蓄電池）、傳輸設(shè)備、接入網(wǎng) ONU 設(shè)備、光纜布線架、數(shù)字布線架、綜合柜（動(dòng)環(huán)裝置、協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置、光電轉(zhuǎn)換裝置、綜合接入裝置等）以及避雷裝置[2]。

調(diào)度工作站：由調(diào)度員工作站、調(diào)度助理工作站、調(diào)監(jiān)工作站組成。其主要任務(wù)包括：顯示和操作信號(hào)裝置、車次號(hào)、進(jìn)路表，識(shí)別和處理軌道電路故障，調(diào)度接觸網(wǎng)電源，記錄和播放歷史數(shù)據(jù)等。

（二）車站的改建

對(duì)車站的TDCS 系統(tǒng)進(jìn)行改造或升級(jí)，使其成為CTC 的終端設(shè)備；對(duì)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軟件進(jìn)行修正，對(duì)CTC/CBI 之間的通信進(jìn)行更新，并添加了站點(diǎn)的連接控制接口，并對(duì)站點(diǎn)的控制燈光進(jìn)行了調(diào)整；增設(shè)直流轉(zhuǎn)轍器的限時(shí)保護(hù)措施，并將其納入集中監(jiān)控系統(tǒng)，并對(duì)中央監(jiān)控軟件進(jìn)行同步修正；對(duì)有半自動(dòng)發(fā)車口的站點(diǎn)，應(yīng)將其改為自動(dòng)站間或自動(dòng)站，以滿足中央調(diào)度中心分散自控方式下的車站進(jìn)路自動(dòng)啟動(dòng)；對(duì)現(xiàn)有的電力網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)容，增加新的設(shè)備；對(duì)鄰近調(diào)度臺(tái)的鄰站進(jìn)行透明的修改。

（三）CTC 網(wǎng)絡(luò)裝置

鐵路局調(diào)度中心的局域網(wǎng)包括樓層交換機(jī)、核心交換機(jī)、接入路由器、列頭交換機(jī)等。

車站CTC 局域網(wǎng)是一種既有站點(diǎn)交換機(jī)又有站點(diǎn)路由器的網(wǎng)絡(luò)，兩者都是冗余的雙網(wǎng)絡(luò)。CTC 廣域網(wǎng)由鄰近的路局中心、中心與車站、車站與車站之間組成，并以雙信道連通。在現(xiàn)有TDCS 單環(huán)網(wǎng)絡(luò)通道體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了改造和新建。在CTC 雙通路環(huán)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，將新建的CTC 中心站設(shè)備納入CTC 雙通路環(huán)網(wǎng)。各個(gè)站點(diǎn)、站點(diǎn)和線路調(diào)度所之間可以使用FE（光）通道或E1（2M）通道，而A、B 兩網(wǎng)是完全獨(dú)立的。

對(duì)站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行改造，對(duì)站點(diǎn)的局域網(wǎng)進(jìn)行了適應(yīng)性的修改，并對(duì)站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)安全的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)（或者是防火墻）進(jìn)行了調(diào)整，通過消除網(wǎng)絡(luò)之間的交叉連接，實(shí)現(xiàn)了A 網(wǎng)和B 網(wǎng)的完全分離，確保了網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)不受干擾。

對(duì)列頭交換機(jī)、通信前置服務(wù)器與相關(guān)維護(hù)服務(wù)器等的核心路由器、核心交換機(jī)和通信前置服務(wù)器等進(jìn)行升級(jí)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送、接收和判斷，同時(shí)對(duì)中心網(wǎng)絡(luò)安全管理系統(tǒng)進(jìn)行了軟件調(diào)整，對(duì)中心通信質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)。在中心站和車站均設(shè)有通信品質(zhì)監(jiān)控裝置，監(jiān)控CTC 的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，保證了各站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)的可靠傳遞[3]。

（四）執(zhí)行步驟

在施工期間，由于施工時(shí)間和場(chǎng)地條件的限制，調(diào)度臺(tái)、集控臺(tái)、車站各系統(tǒng)的改造可以分階段進(jìn)行，可先進(jìn)行車站、調(diào)度臺(tái)CTC 系統(tǒng)的更新（開通TDCS），在中心集控站建成后，將會(huì)同時(shí)啟用中心集控站的功能。

四、CTC 在控制一體化中的功能定位

CTC 是一個(gè)以進(jìn)路控制為中心的系統(tǒng)。在高速列車運(yùn)行簡(jiǎn)單、計(jì)劃精度高且準(zhǔn)確的情況下，當(dāng)列車出現(xiàn)較小的干擾時(shí)，列車調(diào)度員應(yīng)根據(jù)實(shí)際操作圖和調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)，并根據(jù)一定的規(guī)律對(duì)線路進(jìn)行簡(jiǎn)單的調(diào)整。無(wú)論是在調(diào)度所還是在車站，都是以運(yùn)行進(jìn)路為主。只有在異常情況下或出現(xiàn)大規(guī)模干擾時(shí)，才會(huì)對(duì)規(guī)劃級(jí)別作出相應(yīng)的調(diào)整。調(diào)整通常是由應(yīng)急中心來完成，而調(diào)度員的職責(zé)就是執(zhí)行應(yīng)急中心所發(fā)布的調(diào)整方案。由此可知，CTC 系統(tǒng)是列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的檢測(cè)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其相對(duì)穩(wěn)定的規(guī)劃使得其控制器的作用并不明顯。

在高速鐵路中，由于貨運(yùn)列車的開行組織是以調(diào)度為中心的，層次化的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃要求一個(gè)復(fù)雜的信息系統(tǒng)來與調(diào)度所、機(jī)務(wù)、車站、貨運(yùn)、運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)部門進(jìn)行溝通。其自身即是一個(gè)多層次、多粒度的協(xié)作作業(yè)體系，因此CTC 系統(tǒng)在整個(gè)系統(tǒng)中規(guī)劃實(shí)施和運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)層次上的定位是較為實(shí)際的方案。同時(shí)，CTC 系統(tǒng)為滿足貨運(yùn)列車運(yùn)行的要求，需要向以下幾個(gè)方面發(fā)展：

（一）實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)獲取作業(yè)狀態(tài)的功能

目前CTC 僅對(duì)列車到發(fā)時(shí)間進(jìn)行采集，很明顯，針對(duì)調(diào)車和列車運(yùn)營(yíng)密切相關(guān)的貨運(yùn)列車運(yùn)營(yíng)組織存在不足。在CTC 和站點(diǎn)運(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)（SMIS）之間建立接口是有必要的，需接受其調(diào)車操作方案，像在車站收集和報(bào)點(diǎn)火車的到發(fā)時(shí)間，CTC 還需實(shí)時(shí)向列車調(diào)度系統(tǒng)匯報(bào)調(diào)車作業(yè)計(jì)劃的實(shí)施情況，從而形成規(guī)劃和控制的閉環(huán)，確保計(jì)劃能夠掌握作業(yè)進(jìn)度，并追蹤汽車的位置，提供了現(xiàn)場(chǎng)車輛的實(shí)時(shí)分布，為以后的精確規(guī)劃和精確控制提供了依據(jù)。

（二）提供車站進(jìn)路計(jì)劃編制和調(diào)整的功能

鑒于列車與調(diào)車僅僅是車輛運(yùn)動(dòng)的一種表現(xiàn)形式，因此有必要將列車進(jìn)路管理與調(diào)車進(jìn)路管理結(jié)合起來，為站務(wù)人員提出一種在車站或站區(qū)層次上的新方案——站場(chǎng)進(jìn)路規(guī)劃。

①車站進(jìn)路規(guī)劃是鐵路運(yùn)行期規(guī)劃與車站運(yùn)行期規(guī)劃的最下層規(guī)劃，其主要目標(biāo)是把各種作業(yè)解析成進(jìn)路，并在空間和時(shí)間維度上預(yù)測(cè)性地分解進(jìn)路。此方案與運(yùn)行圖相似，都是按線路使用規(guī)劃，不同之處在于該線路的單位是咽喉道岔和到發(fā)線，除了列車之外占據(jù)線路的主要是調(diào)車。在車站進(jìn)路規(guī)劃中，確定了每一條咽喉分岔和到發(fā)線的使用次序、所占時(shí)間，并確定了在該線上進(jìn)行的各種工作。本方案不僅可以對(duì)各種工作的進(jìn)度進(jìn)行規(guī)劃，還可以對(duì)其進(jìn)行合規(guī)性的檢驗(yàn)，并為進(jìn)路觸發(fā)提供依據(jù)。

②設(shè)定車站進(jìn)路計(jì)劃可以使站務(wù)人員更好地規(guī)劃路線，提高工作進(jìn)度的可見性和可控性。為站內(nèi)值班人員提供一套完整的系統(tǒng)，在進(jìn)路層上規(guī)劃各種工作的開始、結(jié)束和運(yùn)行路線，在車站作業(yè)與調(diào)度所、站調(diào)方案間建立起一條信息通路，可以有效地提高協(xié)調(diào)工作的效率，并使列車運(yùn)行與調(diào)車的運(yùn)行方案得以實(shí)施。在進(jìn)路規(guī)劃合理的前提下，根據(jù)進(jìn)路規(guī)劃進(jìn)行操作，可以減少運(yùn)行時(shí)間的不確定性，從而提高車輛流量計(jì)算的精確性[4]。

③車站作業(yè)規(guī)劃確定的困難是如何確定各種作業(yè)時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)，與列車運(yùn)行中區(qū)間運(yùn)行時(shí)間、站停時(shí)間等方面相似，車站作業(yè)方案也要根據(jù)不同的作業(yè)類型、作業(yè)對(duì)象的特點(diǎn)和作業(yè)模式來確定時(shí)間。這一時(shí)間尺度不是平均的歷史工作時(shí)間，而要在大數(shù)據(jù)支持下，綜合考慮多種因素的影響，并考慮到一定的冗余時(shí)間。合理選取工期標(biāo)準(zhǔn)可以保證方案的可行性和精確度，但也存在著作業(yè)條件已經(jīng)滿足，規(guī)劃進(jìn)路開放時(shí)間尚未到來，作業(yè)必須等待進(jìn)路的情形。雖然這樣會(huì)降低車站作業(yè)效率，也就是消耗了一定的車站容量，但合理的進(jìn)路規(guī)劃和按計(jì)劃進(jìn)行的各種作業(yè)都會(huì)使車輛的推算精度得到提高，從而有利于貨運(yùn)業(yè)整體的可控性。

（三）建立列車運(yùn)行、車站作業(yè)計(jì)劃與車站進(jìn)站計(jì)劃的互饋功能

在完成了站務(wù)人員的進(jìn)路規(guī)劃后，要解決技術(shù)站的車站作業(yè)計(jì)劃和進(jìn)站規(guī)劃、進(jìn)站進(jìn)路規(guī)劃和調(diào)度員的調(diào)度協(xié)調(diào)問題。一般情況下，列車運(yùn)營(yíng)方案和車站運(yùn)營(yíng)方案是進(jìn)路規(guī)劃的較高層次計(jì)劃，可以根據(jù)統(tǒng)計(jì)的作業(yè)時(shí)間來安排這些計(jì)劃，如果需要，可以設(shè)定一個(gè)不同程度的時(shí)間限制，進(jìn)路規(guī)劃對(duì)進(jìn)路進(jìn)行時(shí)空分析，并根據(jù)上級(jí)規(guī)劃所確定的工作時(shí)間向上級(jí)規(guī)劃報(bào)告，通過上層計(jì)劃根據(jù)進(jìn)路沖突的可能性進(jìn)行調(diào)整，這樣反復(fù)就形成了列車調(diào)度員、車站調(diào)度員和車站值班人員的相互反饋。同時(shí)，在車站與列車調(diào)度員面前進(jìn)路計(jì)劃的實(shí)施必須是透明的，以便上級(jí)規(guī)劃人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)劃實(shí)施中的偏差，從而做出有預(yù)見性的調(diào)整，使規(guī)劃的精確度得到進(jìn)一步的提升。

（四）建立健全的作業(yè)聯(lián)動(dòng)機(jī)制

為防止人的不可靠性，在機(jī)械時(shí)代，鐵路公司發(fā)明了一種聯(lián)鎖裝置，它是通過建立道岔、線路和信號(hào)裝置的相互鎖定來防止交通事故的發(fā)生，并且在電力和電子化時(shí)代分別發(fā)展為電氣集中和微型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖。作業(yè)的安全性一是由底層的設(shè)備狀況所保障，二是要有相應(yīng)的操作規(guī)范。在信息時(shí)代，除了車輛之外通過邏輯運(yùn)算可以獲得有關(guān)列車、調(diào)車列、操作人員等的大量信息；在制度層面上已有了保障操作安全的先決條件，可以參考聯(lián)鎖系統(tǒng)在進(jìn)路層次上按照設(shè)備狀況進(jìn)行規(guī)律性的控制；在作業(yè)實(shí)施層次上，根據(jù)設(shè)備的狀況和工作狀況，實(shí)現(xiàn)規(guī)則化的控制。

CTC 是一個(gè)在工作實(shí)施層面上的系統(tǒng)，它已經(jīng)成功地完成了多種操作的安全控制，但是當(dāng)前的防范機(jī)制大多局限于對(duì)一些高風(fēng)險(xiǎn)的進(jìn)路進(jìn)行阻止，存在不具普遍性和沒有風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分的問題。為滿足高速鐵路復(fù)雜多變的運(yùn)行過程，必須對(duì)設(shè)備狀態(tài)、作業(yè)環(huán)節(jié)、作業(yè)實(shí)施狀況進(jìn)行數(shù)字化描述，并將人員作業(yè)納入數(shù)字化描述的一個(gè)重要內(nèi)容，并在此基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行約束，在此基礎(chǔ)上建立相應(yīng)的作業(yè)環(huán)節(jié)，對(duì)人員、信息系統(tǒng)的失效和錯(cuò)誤進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，明確系統(tǒng)在操作混亂時(shí)的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。然后，以車站進(jìn)路規(guī)劃為載體，根據(jù)故障安全原理設(shè)置進(jìn)路觸發(fā)的安全級(jí)別，對(duì)高危進(jìn)路觸發(fā)阻止命令，對(duì)中危進(jìn)路觸發(fā)雙人重冗余確認(rèn)指令，對(duì)低風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)路觸發(fā)單獨(dú)確認(rèn)指令，對(duì)無(wú)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)路觸發(fā)自動(dòng)完成指令。

五、結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)貨物物流化進(jìn)程的加快，社會(huì)對(duì)鐵路運(yùn)輸質(zhì)量的要求也越來越高，因此鐵路運(yùn)輸部門必須對(duì)CTC系統(tǒng)進(jìn)行完善，為實(shí)現(xiàn)貨運(yùn)列車的運(yùn)營(yíng)提供技術(shù)支持，提高信息的流通性、規(guī)劃的整合性和計(jì)劃的可視化可控性。由于貨運(yùn)列車的組織結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，本文只對(duì)其功能拓展和運(yùn)行流程優(yōu)化進(jìn)行了初步探討，在計(jì)劃的整合、CTC 與其他系統(tǒng)的整合等方面還值得深入探討，從系統(tǒng)整合與作業(yè)協(xié)作的視角分析了系統(tǒng)的生產(chǎn)流程，并對(duì)系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢(shì)做出了規(guī)劃。