基于區(qū)域聯(lián)鎖的CTC分機(jī)方案研究與建模

關(guān) 偉 王長林

關(guān) 偉:西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 碩士研究生 610031 成都

王長林:西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 教 授 610031 成都

隨著國內(nèi)鐵路事業(yè)的飛速發(fā)展，在繁忙干線相繼建設(shè)了高鐵和客運(yùn)專線。新線的開通對(duì)于既有的行車組織和車站信號(hào)系統(tǒng)都有一些改變。在傳統(tǒng)分散自律調(diào)度集中技術(shù)條件下，CTC分機(jī)一般都是針對(duì)本站的進(jìn)路進(jìn)行控制，但如果在站間距離較短且站內(nèi)道岔較少或不設(shè)道岔的車站，以及鄰近線路所也設(shè)置CTC分機(jī)的情況，會(huì)造成站間交互過于頻繁，對(duì)運(yùn)輸組織效率有不利影響。為進(jìn)一步提高列車進(jìn)路的控制與管理水平，本文探討了一種基于區(qū)域聯(lián)鎖的CTC分機(jī)控制方案。

1 區(qū)域聯(lián)鎖的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

區(qū)域聯(lián)鎖是在車站聯(lián)鎖系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)安全傳輸技術(shù)，將區(qū)間信號(hào)納入?yún)^(qū)域進(jìn)路控制范圍而發(fā)展起來的控制系統(tǒng)，以此實(shí)現(xiàn)車站區(qū)間的一體化控制，其實(shí)質(zhì)是在中心站設(shè)置區(qū)域聯(lián)鎖機(jī)，從控區(qū)域設(shè)區(qū)域控制機(jī)ACC(Area Control Computer)，使用ACC完成不同區(qū)域及區(qū)間的聯(lián)鎖控制和集中控制。與傳統(tǒng)區(qū)間的信號(hào)控制不同，采用區(qū)域聯(lián)鎖模式時(shí)，區(qū)域聯(lián)鎖范圍內(nèi)區(qū)間解鎖與空閑是車站接發(fā)進(jìn)路的必要條件，這就要求區(qū)域聯(lián)鎖系統(tǒng)要嚴(yán)密記憶和對(duì)比區(qū)間行駛的車輛;區(qū)間軌道電路故障要有嚴(yán)格的區(qū)分條件;區(qū)間信號(hào)和行車顯示必須準(zhǔn)確等。以此來實(shí)現(xiàn)區(qū)間閉塞防護(hù)功能，進(jìn)一步提高系統(tǒng)安全保障性能。

中心站的區(qū)域中心聯(lián)鎖機(jī)由聯(lián)鎖邏輯控制模塊和系統(tǒng)調(diào)度模塊組成。聯(lián)鎖邏輯控制模塊根據(jù)站場結(jié)構(gòu)和操作要求進(jìn)行聯(lián)鎖邏輯處理和控制;系統(tǒng)調(diào)度模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的通信和同步處理。中心站的聯(lián)鎖機(jī)完成本站及從控區(qū)域的聯(lián)鎖邏輯控制，通過聯(lián)鎖總線將進(jìn)路命令傳送給中心站及從控區(qū)域的ACC，來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)信息的采集，以及驅(qū)動(dòng)相關(guān)室外設(shè)備。區(qū)域聯(lián)鎖的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 區(qū)域聯(lián)鎖的CTC分機(jī)

2.1 CTC分機(jī)結(jié)構(gòu)

圖1 配置區(qū)域聯(lián)鎖的CTC分機(jī)整體連接架構(gòu)

為了滿足現(xiàn)代化鐵路的高速、高密度運(yùn)行需求，提出了一種基于區(qū)域聯(lián)鎖的CTC分機(jī)方案。在中心站設(shè)置一套自律機(jī)，中心站設(shè)備以基于TCP/IP雙以太局域網(wǎng)連接起來。除此之外，CTC分機(jī)組成還包括:打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、電源設(shè)備、與區(qū)域聯(lián)鎖系統(tǒng)的接口設(shè)備等。CTC分機(jī)的基本架構(gòu)如圖1所示。

2.2 CTC分機(jī)功能

1．控制模式。多個(gè)從控區(qū)域的非常站控和分散自律的模式轉(zhuǎn)換同時(shí)進(jìn)行，由中心站的車站值班員在聯(lián)鎖操表機(jī)上進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可采取非常站控或分散自律方式。

在分散自律模式下對(duì)于進(jìn)路控制，有人工控制和計(jì)劃控制2種方式。在人工控制方式下，中心站和從控區(qū)域的控制命令由中心站自律分機(jī)發(fā)送給區(qū)域聯(lián)鎖機(jī)執(zhí)行，同時(shí)接收聯(lián)鎖的執(zhí)行結(jié)果信息;在計(jì)劃控制方式下，根據(jù)接收的列車調(diào)整計(jì)劃和調(diào)車作業(yè)計(jì)劃，結(jié)合相關(guān)行車組織的規(guī)定，檢查計(jì)劃的合法性、時(shí)效性、完整性和無沖突性等，進(jìn)而產(chǎn)生控制進(jìn)路指令。中心站自律機(jī)除了從CTC中心接收本站的列車階段計(jì)劃外，還接收從控區(qū)域的列車計(jì)劃進(jìn)路指令，在規(guī)定的時(shí)刻將指令轉(zhuǎn)為命令，下達(dá)給區(qū)域聯(lián)鎖機(jī)執(zhí)行。

2．多區(qū)域顯示功能。多個(gè)從控區(qū)域可以同時(shí)在中心站進(jìn)行顯示，包括站場顯示、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視和列車的動(dòng)態(tài)跟蹤等。

3．進(jìn)路指令的顯示。多個(gè)從控區(qū)域的進(jìn)路指令全部在中心站上顯示。

4．進(jìn)路控制范圍。區(qū)域聯(lián)鎖根據(jù)進(jìn)路命令，既可以完成中心站的聯(lián)鎖控制，也可以通過聯(lián)鎖總線對(duì)區(qū)域控制機(jī)完成從控區(qū)域內(nèi)的進(jìn)路控制，如圖2所示。同時(shí)，區(qū)域控制機(jī)中的采集模塊與區(qū)間軌道電路的相關(guān)接點(diǎn)連接，以獲取區(qū)間每個(gè)軌道區(qū)段的狀態(tài)，在滿足站間的進(jìn)路條件下，可以完成區(qū)間進(jìn)路的排列。

圖2 無岔從控區(qū)域的接車進(jìn)路

5．相鄰區(qū)域聯(lián)鎖機(jī)間的信息傳遞。2個(gè)區(qū)域聯(lián)鎖CTC分機(jī)之間進(jìn)行進(jìn)路信息交互時(shí)，在區(qū)域聯(lián)鎖機(jī)之間設(shè)置接口，如圖3中所示的區(qū)域1從出站信號(hào)機(jī)向區(qū)域2排列列車進(jìn)路，它們之間通過ACC傳遞進(jìn)路信息，區(qū)域2聯(lián)鎖機(jī)收到區(qū)域1聯(lián)鎖機(jī)的發(fā)車進(jìn)路信息后，自動(dòng)排列從區(qū)域1閉塞接口開始的區(qū)間進(jìn)路。

圖3 不同區(qū)域聯(lián)鎖間的信息傳遞

6．車務(wù)終端完成區(qū)域內(nèi)所有站調(diào)度命令的簽收，可以自動(dòng)生成行車日志。

7．電務(wù)終端監(jiān)視區(qū)域范圍內(nèi)所有站的信號(hào)設(shè)備狀態(tài)，對(duì)列車運(yùn)行的早、晚點(diǎn)情況及主控站的調(diào)車作業(yè)單進(jìn)行查詢。

3 區(qū)域聯(lián)鎖CTC分機(jī)建模

通過對(duì)配置區(qū)域聯(lián)鎖的CTC分機(jī)基本結(jié)構(gòu)及功能的分析后，下面利用統(tǒng)一建模語言UML，從用例圖以及序列圖角度，對(duì)本CTC分機(jī)模型進(jìn)行描述。

3.1 區(qū)域聯(lián)鎖CTC分機(jī)的用例圖

用例圖在CTC分機(jī)建模需求分析階段有很重要的作用，它是作為參與者的外部用戶所能觀察到的系統(tǒng)功能模型圖。整個(gè)開發(fā)過程都是圍繞需求階段的用例進(jìn)行的，描述人們希望如何使用一個(gè)系統(tǒng)。用例圖顯示誰將是相關(guān)的用戶、用戶希望系統(tǒng)提供什么服務(wù)，以及用戶需要為系統(tǒng)提供的服務(wù)等，以便使用戶更容易地理解這些元素的用途。用例模型主要由參與者、用例及用例描述等要素組成。

根據(jù)對(duì)系統(tǒng)的功能需求分析，確定系統(tǒng)的參與者主要包括列車群、CTC中心和區(qū)域聯(lián)鎖各系統(tǒng)，系統(tǒng)的時(shí)鐘同步由CTC中心協(xié)調(diào)，并由CTC分機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)給區(qū)域聯(lián)鎖和列車群子系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)所需完成的基本功能，定義了與各個(gè)參與者相關(guān)的用例，具體如表1所示，系統(tǒng)用例圖如圖4所示。

表1 參與者相關(guān)的用例

3.2 區(qū)域聯(lián)鎖CTC分機(jī)的序列圖

序列圖是從動(dòng)態(tài)的角度對(duì)系統(tǒng)中控制流的流動(dòng)過程進(jìn)行描述，區(qū)域聯(lián)鎖CTC分機(jī)的序列圖如圖5所示。圖5顯示了基于區(qū)域聯(lián)鎖的CTC分機(jī)與其他4個(gè)對(duì)象之間的動(dòng)態(tài)信息流關(guān)系，具體說明如下。

1．CTC中心發(fā)送時(shí)鐘同步信息給CTC分機(jī)。

2．CTC分機(jī)將時(shí)鐘同步信息轉(zhuǎn)發(fā)給區(qū)域聯(lián)鎖、列車群。

3．CTC分機(jī)接收CTC中心下達(dá)的列車運(yùn)行計(jì)劃。

4．區(qū)域聯(lián)鎖設(shè)備將區(qū)域內(nèi)站場狀態(tài)信息發(fā)給CTC分機(jī)，CTC分機(jī)得到信息后刷新站場狀態(tài)。

5．CTC分機(jī)接收列車群的列車運(yùn)行信息。

6．CTC分機(jī)根據(jù)《站細(xì)》規(guī)則，經(jīng)過合法性、無沖突性判斷得出辦理進(jìn)路命令。

7．區(qū)域聯(lián)鎖設(shè)備接收CTC分機(jī)發(fā)送的進(jìn)路命令，辦理相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的進(jìn)路，并發(fā)送回執(zhí)。

8．CTC分機(jī)發(fā)送列車注冊注銷信息給列車群。

通過對(duì)區(qū)域聯(lián)鎖CTC分機(jī)的建模，體現(xiàn)了區(qū)域聯(lián)鎖CTC分機(jī)的系統(tǒng)架構(gòu)，以及區(qū)域聯(lián)鎖CTC分機(jī)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的信息流交互過程。與傳統(tǒng)的車站CTC分機(jī)系統(tǒng)相比較，該區(qū)域聯(lián)鎖CTC分機(jī)方案配合區(qū)域聯(lián)鎖機(jī)對(duì)站間的區(qū)間信號(hào)進(jìn)行了集中統(tǒng)一控制，共同完成了對(duì)車站相鄰區(qū)域進(jìn)路控制范圍的擴(kuò)展;并將區(qū)域內(nèi)區(qū)間信號(hào)的控制納入到聯(lián)鎖控制范圍，提高了聯(lián)鎖站相鄰區(qū)域的區(qū)間列車進(jìn)路的安全控制水平;而通過UML建模對(duì)于系統(tǒng)進(jìn)一步的開發(fā)和實(shí)現(xiàn)有指導(dǎo)意義。

4 結(jié)束語

區(qū)域聯(lián)鎖的CTC分機(jī)方案，對(duì)無岔車站或區(qū)間中繼站及區(qū)間的進(jìn)路控制進(jìn)行了研究，在中心站設(shè)區(qū)域聯(lián)鎖機(jī)和CTC分機(jī)，從控區(qū)域設(shè)區(qū)域控制機(jī)的情況下，利用遠(yuǎn)程控制技術(shù)，較好實(shí)現(xiàn)了對(duì)從控區(qū)域的調(diào)度及進(jìn)路控制。方案對(duì)于節(jié)省工程投資和人力成本、提高行車組織效率具有參考價(jià)值。采用UML建模工具對(duì)區(qū)域聯(lián)鎖CTC分機(jī)系統(tǒng)建立的用例圖和序列圖的模型，有利于基于區(qū)域聯(lián)鎖的CTC分機(jī)系統(tǒng)進(jìn)一步研發(fā)和實(shí)現(xiàn)。

［1］黃衛(wèi)中．區(qū)域計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)［J］．鐵道通信信號(hào)，2005，41(9):6－10．

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