FZy-CTC分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)信息傳輸與集成平臺技術(shù)研究

■ 王建英 王忻 應(yīng)志鵬

FZy-CTC分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)信息傳輸與集成平臺技術(shù)研究

■ 王建英 王忻 應(yīng)志鵬

根據(jù)列車調(diào)度指揮業(yè)務(wù)和分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)的實際需求，研究提出采用基于實時消息總線和企業(yè)服務(wù)總線、各種信息交換接入適配器、安全管理、用戶角色管理、維護監(jiān)控、數(shù)據(jù)服務(wù)和業(yè)務(wù)服務(wù)等模塊構(gòu)建高效、安全、可靠運行的信息傳輸集成平臺，實現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用和信息交換的有效分層隔離，并通過采用基于角色的智能感知技術(shù)、多智能體技術(shù)和面向服務(wù)的技術(shù)進行平臺支撐服務(wù)組件的研發(fā)和動態(tài)統(tǒng)一部署，實現(xiàn)信息使用調(diào)度的自動智能轉(zhuǎn)發(fā)，使控制信息和管理信息在統(tǒng)一平臺下有序交換，提高了系統(tǒng)的可靠性、安全性和適應(yīng)性。

分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)；信息傳輸；信息集成；消息總線；服務(wù)總線

0 引言

隨著鐵路運輸密度的增加，列車追蹤間隔的縮短，列車運行速度的提高，調(diào)度所管轄范圍的擴大，以及系統(tǒng)故障后影響程度的嚴(yán)重性等方面的要求，對分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)（CTC）在功能性、安全性、高效性、準(zhǔn)確性、可維護性等方面都提出了更高的要求。

（1）在功能方面，CTC應(yīng)能實時自動采集列車運行及現(xiàn)場信號設(shè)備狀態(tài)信息，并傳送到中國鐵路總公司調(diào)度指揮中心和鐵路局調(diào)度所，完成列車運行實時追蹤、無線車次號校核、自動報點、正晚點統(tǒng)計分析、交接車自動統(tǒng)計、列車實際運行圖自動繪制、階段計劃人工和自動調(diào)整、調(diào)度命令及列車計劃下達、站間透明、行車日志自動生成等功能，還應(yīng)實現(xiàn)列車編組信息管理、調(diào)車作業(yè)管理、綜合維修管理、列車/調(diào)車進路人工和計劃自動選排、分散自律控制和臨時限速設(shè)置等功能。同時應(yīng)具備與無線閉塞中心（RBC）、GSM-R、臨時限速服務(wù)器（TSRS）、相鄰調(diào)度區(qū)段的CTC/列車調(diào)度指揮系統(tǒng)（TDCS）、計算機聯(lián)鎖、列控中心、信號集中監(jiān)測系統(tǒng)、運輸調(diào)度管理系統(tǒng)（TDMS）的接口能力。

（2）CTC系統(tǒng)在容量方面應(yīng)滿足數(shù)據(jù)庫服務(wù)器能保存所轄范圍的實績運行圖、調(diào)度命令、行車日志等運輸數(shù)據(jù)不少于2年時間；系統(tǒng)存儲所轄范圍的實時表示信息數(shù)據(jù)不少于2個月時間；一個調(diào)度集中區(qū)段支持車站數(shù)目不小于16個；系統(tǒng)核心服務(wù)器和自律機處理容量應(yīng)能滿足最高運行速度、最高運行密度情況下的實時信息處理和自動排路要求。

（3）CTC系統(tǒng)在性能方面應(yīng)滿足正常情況下，服務(wù)器、工作站、自律機、交換機及路由器等設(shè)備的處理能力利用率不超過50%，內(nèi)存使用率不超過50%；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用雙機并行工作方式，單機故障不影響系統(tǒng)運用；采用主備工作方式的計算機設(shè)備雙機切換時，對業(yè)務(wù)中斷影響不應(yīng)超過3 min；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通道單點故障導(dǎo)致的路由切換對業(yè)務(wù)中斷影響不應(yīng)超過3 min。在實時性方面，滿足正常情況下信號設(shè)備狀態(tài)表示延時不應(yīng)超過3 s，控制命令傳輸延時不應(yīng)超過2 s等要求。

（4）CTC系統(tǒng)在可維護方面應(yīng)主要具備設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、運行日志存儲和分析、故障報警和診斷、網(wǎng)絡(luò)管理、軟件數(shù)據(jù)版本管理等功能，并應(yīng)提供友好、直觀的界面，采用圖形、表格、語音等方式，具備靈活的輸入、修改、查詢及統(tǒng)計分析和報表功能。

狀態(tài)監(jiān)控功能應(yīng)能實現(xiàn)對設(shè)備CPU負荷率、內(nèi)存使用率、硬盤使用率、活動進程等進行實時監(jiān)控，并可設(shè)定閾值，當(dāng)達到閾值時自動產(chǎn)生報警；對操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、中間件和應(yīng)用軟件的工作狀態(tài)等進行實時監(jiān)控；對內(nèi)部子系統(tǒng)之間、與外部系統(tǒng)之間的通信接口狀態(tài)進行實時監(jiān)控，當(dāng)通信異?；蛑袛鄷r自動產(chǎn)生報警。

運行日志存儲和分析功能應(yīng)能滿足可存儲各應(yīng)用系統(tǒng)的運行日志、用戶操作日志、接口通信日志，存儲信息的粒度和容量應(yīng)能滿足故障分析需要；日志存儲應(yīng)包括日志產(chǎn)生的時間、設(shè)備、類型、級別，并提供靈活、有效的日志檢索、查詢手段；系統(tǒng)應(yīng)可按照一定策略自動刪除過時日志。

網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)支持SNMP通用網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，提供對各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的監(jiān)控和管理功能；具備針對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的CPU負荷、內(nèi)存使用率、路由表、網(wǎng)絡(luò)地址、端口狀態(tài)的實時監(jiān)控功能，當(dāng)發(fā)生異?；蛑袛鄷r應(yīng)自動產(chǎn)生報警。

因此，研究適應(yīng)于FZy-CTC型分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)的高可靠性信息傳輸與集成平臺（簡稱信息傳輸集成平臺），滿足列車調(diào)度指揮管理信息和信號設(shè)備控制信息兩方面的要求，對于極大地降低系統(tǒng)維護、升級改造難度，滿足生產(chǎn)力布局調(diào)整、調(diào)度指揮管轄范圍變動和業(yè)務(wù)功能重組對行車調(diào)度指揮系統(tǒng)不間斷指揮行車無縫切割的要求，全面提升我國行車調(diào)度指揮現(xiàn)代化、自動化和智能化水平，具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

1 技術(shù)架構(gòu)

信息傳輸集成平臺硬件由調(diào)度所應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、通信服務(wù)器、車站自律機、車站數(shù)傳控制器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成；軟件由基于實時消息總線和企業(yè)服務(wù)總線、各種信息交換接入適配器、安全管理、用戶角色管理、維護監(jiān)控、數(shù)據(jù)服務(wù)和業(yè)務(wù)服務(wù)等模塊組成。信息傳輸集成平臺邏輯結(jié)構(gòu)示意見圖1。

對于與列車運行相關(guān)的安全控制信息和列車運行狀態(tài)信息，采用專用的安全通信適配器實現(xiàn)信息的交換和訪問，對于列車調(diào)度指揮管理類的信息（如調(diào)度命令和列車運行計劃）采用安全數(shù)據(jù)傳輸模塊通過服務(wù)調(diào)用的方式實現(xiàn)信息的交換和訪問。

通信服務(wù)器、數(shù)傳控制器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用冗余配置，信息傳輸集成平臺能夠根據(jù)業(yè)務(wù)量的大小、設(shè)備狀態(tài)和信息的優(yōu)先等級動態(tài)自動調(diào)配資源，實現(xiàn)負載均衡和故障自動切換。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 消息總線和企業(yè)服務(wù)總線技術(shù)

信息傳輸集成平臺的功能涉及列車運行計劃管理、調(diào)度命令管理、列調(diào)車進路控制、車次追蹤管理、行車日志管理、維修維護管理及與其他外圍系統(tǒng)信息交換等領(lǐng)域，涵蓋中國鐵路總公司、鐵路局、基層站段，滿足高速鐵路列車以350 km/h的速度、按3 min間隔追蹤運行，調(diào)度所、車站之間列車運行控制命令和狀態(tài)信息以秒級實時交換等場景下調(diào)度管理和指揮控制信息高速、高效、安全和可靠的交換與集成，使信息的處理和利用能夠在廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)內(nèi)任何結(jié)點進行，實現(xiàn)便捷的信息共享與數(shù)據(jù)處理，極大提高系統(tǒng)的可用性、可靠性與安全性，這些都對信息傳輸集成平臺在處理能力、運用里程、功能設(shè)計、智能水平、監(jiān)控能力、安全程度和維護手段等方面提出了新的要求，為此將消息總線和企業(yè)服務(wù)總線納入統(tǒng)一平臺進行設(shè)計考慮，滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺對技術(shù)支撐平臺的要求。信息傳輸集成平臺結(jié)構(gòu)見圖2。

圖1 信息傳輸集成平臺邏輯結(jié)構(gòu)

2.2 分層多智能體和用戶感知技術(shù)

采用分層多智能體技術(shù)，以用戶角色智能感知技術(shù)為核心，實現(xiàn)信息使用調(diào)度的自動智能轉(zhuǎn)發(fā)，使控制信息和管理信息在統(tǒng)一平臺下有序交換。

信息傳輸集成平臺以列車調(diào)度業(yè)務(wù)流程為主線，對業(yè)務(wù)功能進行詳細分析，根據(jù)業(yè)務(wù)的重要性、時效性、安全性、可靠性和使用者角色等指標(biāo)，采用基于角色的智能感知技術(shù)、多智能體技術(shù)和面向服務(wù)的技術(shù)，研發(fā)了能夠滿足各種需要的開放性和標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)接口、消息隊列接口和適配器接口，并以消息總線和服務(wù)總線的方式實現(xiàn)各種接口的管理和信息的交換、集成和共享，降低了系統(tǒng)慣性故障發(fā)生頻率，提高了系統(tǒng)安全性和可靠性，增強了系統(tǒng)安全保障能力，實現(xiàn)了高度的安全性，具有較強的身份認(rèn)證、授權(quán)、加密等機制，完善全面的事件日志和數(shù)據(jù)備份等功能。CTC系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口見圖3，車站平臺架構(gòu)見圖4。

三星電子一位高管表示，手機和電子產(chǎn)品兩大部門的利潤率不斷下滑，因此公司正在考慮將一些富余的人力資源轉(zhuǎn)移到研發(fā)中心。其中消費電子事業(yè)部的軟件工作人員正在被抽調(diào)到三星人工智能中心。

信息傳輸集成平臺作為各類業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊的通信中間層，剝離各業(yè)務(wù)模塊的通信功能，各業(yè)務(wù)模塊間通過與通信平臺的接口交換信息，信息的補發(fā)、時序及故障存儲由中間層完成，簡化業(yè)務(wù)軟件的邏輯流程；支持多系統(tǒng)平臺，減少對各類資源（內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)帶寬）的占用，具備高可用性、高可靠性、通信效率高、安全性高的特點；極大降低了與業(yè)務(wù)系統(tǒng)的耦合，獨立性更強，通信的安全性、可靠性更高，所提供的服務(wù)將會使業(yè)務(wù)系統(tǒng)更易于擴展、更易于部署。CTC系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺和信息傳輸集成平臺結(jié)構(gòu)見圖5。

圖2 信息傳輸集成平臺結(jié)構(gòu)

圖3 CTC系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口

圖4 車站平臺架構(gòu)

信息傳輸集成平臺兼顧了高速鐵路沿線大型車站、中小車站和鐵路局調(diào)度所不同業(yè)務(wù)功能范圍和業(yè)務(wù)功能對平臺處理能力的要求，實現(xiàn)了高效、實時性、訪問頻次高、安全性強的控制命令和數(shù)據(jù)量大、訪問頻次較低、訪問時機集中的管理、查詢和統(tǒng)計類數(shù)據(jù)的有機統(tǒng)一，強化與列車運行安全相關(guān)功能，增加了平臺的適應(yīng)性和使用靈活性，提高了系統(tǒng)內(nèi)部和系統(tǒng)間信息的安全高效實時共享，為行車調(diào)度指揮人員之間的協(xié)同工作提供了強有力的技術(shù)支撐，能夠滿足鐵路局調(diào)度所和不同種類車站的行車作業(yè)調(diào)度指揮業(yè)務(wù)需求。按照業(yè)務(wù)緊急程度優(yōu)先發(fā)送示意見圖6。

2.3 復(fù)雜業(yè)務(wù)信息的綜合集成技術(shù)

信息傳輸集成平臺把各種紛繁復(fù)雜的數(shù)據(jù)系統(tǒng)集成在一起完成特定業(yè)務(wù)，提供同構(gòu)數(shù)據(jù)、異構(gòu)數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)抽取、格式轉(zhuǎn)換、內(nèi)容過濾、內(nèi)容轉(zhuǎn)換、同異步傳輸、動態(tài)部署、可視化管理監(jiān)控等方面功能。支持的數(shù)據(jù)包括各主流數(shù)據(jù)庫、Excel、規(guī)則文本、數(shù)據(jù)接口等各種格式，并可以根據(jù)用戶需求定制開發(fā)特定業(yè)務(wù)服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)，實現(xiàn)安全、可靠、高效的數(shù)據(jù)交換，為跨部門、跨地區(qū)、多業(yè)務(wù)、異構(gòu)系統(tǒng)、異構(gòu)數(shù)據(jù)庫之間信息交換和共享提供了可靠支撐。

在物理上和邏輯上采用傳輸信道、管控服務(wù)器、主用服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、供電電源等方面的冗余配置，提高了系統(tǒng)的可靠性；提供了多種符合國際主流標(biāo)準(zhǔn)的接口方式，能夠集成不同廠家的硬件設(shè)備和軟件產(chǎn)品，實現(xiàn)各系統(tǒng)間互操作；遵循統(tǒng)一數(shù)據(jù)出口和統(tǒng)一數(shù)據(jù)入口的原則，整合各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。

實現(xiàn)了雙通道及負載均衡功能。CTC和TDCS系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)由雙網(wǎng)雙通道構(gòu)成，通過信息傳輸集成平臺，使用戶感覺不到雙網(wǎng)的存在，并可根據(jù)信息流量自動進行信息分配，達到負載均衡的目的。雙通道負載均衡智能映射見圖7，數(shù)據(jù)傳輸自動分發(fā)見圖8。

圖5 CTC系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺和信息傳輸集成平臺結(jié)構(gòu)

圖6 按照業(yè)務(wù)緊急程度優(yōu)先發(fā)送

圖7 雙通道負載均衡智能映射

圖8 數(shù)據(jù)傳輸自動分發(fā)

2.4 基于用戶角色的安全可靠性技術(shù)

信息傳輸集成平臺采用安全通信協(xié)議與車站聯(lián)鎖設(shè)備、臨時限速服務(wù)器、無線閉塞中心設(shè)備、車站列控中心設(shè)備等實現(xiàn)安全信息的交換，并將該安全協(xié)議和服務(wù)總線有機結(jié)合，簡化了各系統(tǒng)之間的網(wǎng)狀連接關(guān)系，提高了系統(tǒng)的擴展能力和可維護能力，實現(xiàn)了不同種類信息按使用對象、信息優(yōu)先級、信息安全度等多維度進行合理調(diào)配和高效交換。

對于凡是通過信息傳輸集成平臺實現(xiàn)系統(tǒng)間、軟件模塊間進行數(shù)據(jù)交換的應(yīng)用或數(shù)據(jù)訪問，都必須經(jīng)過通信信息傳輸平臺的身份鑒別和安全認(rèn)證才能進行數(shù)據(jù)交換和共享，并對在通信信息傳輸平臺中傳送的進路辦理安全性信息或是調(diào)度命令等機密信息進行加密處理，且?guī)в袛?shù)據(jù)時間戳，防止被內(nèi)外部使用者或應(yīng)用系統(tǒng)破壞和攻擊，提高系統(tǒng)的安全防護等級和水平。安全信息傳輸見圖10。

圖9 數(shù)據(jù)丟棄場景

圖10 安全信息傳輸

2.5 智能化維護管理技術(shù)

信息傳輸集成平臺具備應(yīng)用場景變換情況下的自主再配置功能，具備對硬件設(shè)備資源利用率、工作狀態(tài)、軟件模塊訪問量和平臺工作狀態(tài)實時監(jiān)控和智能分析，信息流向?qū)崟r分析監(jiān)控，統(tǒng)計分析平臺軟硬件瓶頸及自動報警和資源自動聯(lián)動調(diào)配等功能，能夠按照指定的時間段對平臺軟硬件資源、網(wǎng)絡(luò)通道等方面的使用情況進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，為平臺的維護、擴容和升級改造提供科學(xué)的依據(jù)。車站通信狀態(tài)監(jiān)控界面見圖11，主要信息統(tǒng)計界面見圖12。

圖11 車站通信狀態(tài)監(jiān)控界面

圖12 主要信息統(tǒng)計界面

3 結(jié)束語

信息傳輸集成平臺已經(jīng)在北京、成都、鄭州、廣州等鐵路局（公司）的列車調(diào)度指揮系統(tǒng)（TDCS-y）和分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)（FZy-CTC）全面推廣運用，同時推廣應(yīng)用到重慶、長沙、廣州等城市的軌道交通自動列車綜合監(jiān)控系統(tǒng)（FZy—ATS）。自投入正式運用以來，平臺運轉(zhuǎn)穩(wěn)定正常，界面友好，操作方便，在全路同類設(shè)備中處于領(lǐng)先水平，在運用里程、功能設(shè)計、智能水平、監(jiān)控能力、安全程度和維護手段等方面有突破性發(fā)展，能夠滿足不同種類車站和調(diào)度中心行車調(diào)度指揮業(yè)務(wù)安全、高效的實際需求，極大降低了慣性故障發(fā)生頻率，增加了安全保障能力，減輕了維護人員的勞動強度，對提高效率、保證安全十分有效，進一步提高了行車調(diào)度指揮裝備的自動化、智能化水平。

[1] TJ/DW 151—2013 列車調(diào)度指揮系統(tǒng)（3．0）技術(shù)條件[S]．

[2] 鐵道部科技運函［2004］15號 分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)技術(shù)條件[S]．

王建英：中國鐵道科學(xué)研究院通信信號研究所，研究員，北京，100081

王 忻：中國鐵道科學(xué)研究院通信信號研究所，副研究員，北京，100081

應(yīng)志鵬：中國鐵道科學(xué)研究院通信信號研究所，研究員，北京，100081

責(zé)任編輯 盧敏

U284

A

167 2-061X（2015）02-0107-06

中國鐵道科學(xué)研究院科技研究開發(fā)計劃項目（2007YJ27）。

所獲獎項：2014年度中國鐵道科學(xué)研究院科學(xué)技術(shù)獎一等獎。