新建鄭萬高鐵引入鄭州東樞紐臨時(shí)限速互聯(lián)互通技術(shù)方案研究

杜艷萍

(中國(guó)鐵建電氣化局集團(tuán)第一工程有限公司，河南洛陽 471013)

近年來隨著國(guó)內(nèi)高速鐵路建設(shè)快速發(fā)展，高鐵網(wǎng)絡(luò)已逐步形成。截止2019年底，國(guó)內(nèi)高鐵開通運(yùn)營(yíng)里程將達(dá)3萬km。鄭州作為國(guó)內(nèi)鐵路運(yùn)輸樞紐城市，先后有鄭西、京石武、鄭開、鄭焦、鄭徐、鄭機(jī)等鐵路在此交匯，因這些線路開通時(shí)間不同、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不同、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不同、設(shè)備廠家不同，從而使鄭州樞紐復(fù)雜多樣，形成“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的局面。本文以鄭萬高鐵引入鄭州東樞紐為例，針對(duì)鄭州東樞紐線路復(fù)雜情況下，就鄭萬高鐵引入鄭州東樞紐臨時(shí)限速服務(wù)器(TSRS)互聯(lián)互通方案進(jìn)行深入探討。

1 鄭州東樞紐概況

鄭西高鐵、京石武高鐵、鄭徐高鐵、鄭萬高鐵、鄭濟(jì)鐵路、鄭開城際和機(jī)場(chǎng)城際線共有7條鐵路在鄭州東樞紐交匯。鄭西高鐵、京石武高鐵、鄭徐高鐵裝備CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)，已分別于2010年、2012年和2016年投入運(yùn)營(yíng)。鄭開、鄭機(jī)城際采用CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)，先后于2012年和2016年開通。

鄭萬高鐵正線接入鄭州東站徐蘭場(chǎng)，鄭萬與鄭濟(jì)（預(yù)留）高鐵正線貫通，鄭萬高鐵經(jīng)鄭州東徐蘭場(chǎng)與鄭徐客專相連；鄭萬高鐵由閻塊線路所側(cè)線經(jīng)鄭渝上行聯(lián)絡(luò)線、曹古寺線路所側(cè)線、西北聯(lián)絡(luò)線接入鄭州東京廣場(chǎng)與京廣高鐵相連。

鄭萬高鐵接入鄭州東樞紐后，鄭萬TSRS與鄭徐TSRS管轄分界在鄭州東徐蘭場(chǎng)SW、SWF進(jìn)站信號(hào)機(jī)處；鄭萬TSRS與 鄭 西TSRS管 轄 分 界在曹古寺線路所進(jìn)站信號(hào)機(jī)處SWL處。

鄭州東樞紐RBC采用直接通信方式實(shí)現(xiàn)RBC間切換。鄭州東徐蘭場(chǎng)RBC管轄范圍為鄭州東徐蘭場(chǎng)、曹古寺線路所、鄭徐中繼2。鄭萬高鐵引入鄭州東樞紐后，將鄭萬高鐵正線中繼0、閻塊線路所、中繼1和鄭渝上行聯(lián)絡(luò)線納入鄭州東徐蘭場(chǎng)RBC管轄，徐蘭場(chǎng)RBC與鄭州南RBC在鄭萬高鐵正線中繼1和中繼2集中區(qū)分界點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)RBC通信切換。

鄭萬高鐵接入后，鄭州東樞紐示意如圖1所示。

圖1 鄭萬高鐵接入鄭州東樞紐示意圖Fig.1 Schematic diagram of the connection between Zhengzhou-Wanzhou High-speed Railway and Zhengzhou East Transportation Hub

2 方案研究

鄭州東樞紐線路復(fù)雜、設(shè)備種類繁多、覆蓋范圍廣，本次鄭萬高鐵引入鄭州東樞紐，如何在既能減少對(duì)既有高鐵設(shè)備影響又能確保運(yùn)營(yíng)安全情況下，保證鄭萬臨時(shí)限速服務(wù)器與鄭州東樞紐臨時(shí)限速設(shè)備互聯(lián)互通，需要深入研究，制定可行的技術(shù)方案。為此，提出兩個(gè)實(shí)施方案。

2.1 方案一：鄭萬TSRS分別與鄭徐TSRS1、鄭西TSRS接口直接通信，實(shí)現(xiàn)限速傳遞

2.1.1 鄭萬與鄭西高鐵臨時(shí)限速服務(wù)器通信接口處理方案

鄭西高鐵TSRS與所有外設(shè)的物理連接均采用2通道連接，即TSRS的A系只能與安全數(shù)據(jù)網(wǎng)A網(wǎng)連接，B系只能與安全數(shù)據(jù)網(wǎng)B網(wǎng)連接，當(dāng)TSRS的A系為主用時(shí)，A網(wǎng)中斷，A系只能通過B系到B網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備的通信。同時(shí)，鄭西高鐵使用的是安薩爾多公司的RBC，結(jié)構(gòu)上采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，RBC的N系只能與TSRS的A系通信，RBC的R系只與TSRS的B系通信，不能實(shí)現(xiàn)交叉冗余。

鄭萬高鐵TSRS按照標(biāo)準(zhǔn)方式物理連接均采用4通道連接。即TSRS的A/B系交叉分別接入安全數(shù)據(jù)網(wǎng)的A/B雙網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)當(dāng)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)A/B網(wǎng)中斷時(shí)，TSRS的A/B系直接與安全數(shù)據(jù)網(wǎng)B/A網(wǎng)聯(lián)通，完成與其他設(shè)備的信息交換。

由于鄭西與鄭萬高鐵TSRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同，不能正常通信，在曹古寺線路所設(shè)三層交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)鄭萬與鄭西安全數(shù)據(jù)網(wǎng)的連通。為了解決2套設(shè)備之間的邏輯通道處理問題，通過研究，鄭萬TSRS通信需進(jìn)行修改，即鄭萬TSRS雙系互不交叉接入安全數(shù)據(jù)網(wǎng)，才能實(shí)現(xiàn)與鄭西TSRS之間的互聯(lián)互通。鄭萬高鐵TSRS與鄭西高鐵TSRS連接方式如圖2所示。

鑒于鄭西高鐵TSRS通信2通道的特殊性，為了最大限度減少對(duì)既有鄭西高鐵運(yùn)營(yíng)的影響，同時(shí)遵循安全和規(guī)范要求，經(jīng)過反復(fù)的研究，決定鄭萬高鐵接入鄭西高鐵物理連接采用4通道連接，鄭西高鐵處理方式保持不變，鄭萬高鐵內(nèi)部數(shù)據(jù)處理方式采用更改內(nèi)部數(shù)據(jù)互傳辦法來保證數(shù)據(jù)冗余，鄭萬TSRS與鄭西TSRS接口應(yīng)用協(xié)議遵從《CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)TSRS-TSRS接口規(guī)范(V1.0)》，安全層協(xié)議遵從《RSSP-II通信信號(hào)安全通信協(xié)議》，通信層協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議，從而來滿足RSSP-II安全處理的要求。如圖3所示。

圖2 鄭萬高鐵TSRS與鄭西高鐵TSRS連接方式Fig.2 TSRS connection between Zhengzhou-Wanzhou High-speed Railway and Zhengzhou-Xi’an High-speed Railway

圖3 鄭萬TSRS與鄭西TSRS接口連接示意圖Fig.3 TSRS interface connection between Zhengzhou-Wanzhou High-speed Railway and Zhengzhou-Xi’an High-speed Railway

通過鄭西TSRS主備通信通道分別與鄭萬TSRS的主備通信通道邏輯通信，實(shí)現(xiàn)鄭萬TSRS與鄭西TSRS接口之間的連通，同時(shí)減小對(duì)既有設(shè)備影響。

2.1.2 曹古寺線路所TCC通信接口處理

曹古寺線路所屬于鄭州局鄭西高鐵CTC調(diào)度臺(tái)管轄，但由于曹古寺線路所通號(hào)設(shè)備（TCC）無法與鄭州局鄭西高鐵TSRS建立正常的設(shè)備間冗余連接方式，所以曹古寺線路所TCC從技術(shù)方面劃歸為鄭徐TSRS管轄。本次鄭萬高鐵引入后，斷開曹古寺線路所TCC與鄭徐TSRS通信連接，對(duì)鄭西高鐵安全數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行改造，將曹古寺線路所TCC劃歸為鄭西高鐵TSRS管轄。鄭西高鐵TSRS與TCC通信為單系單網(wǎng)方式，并且同一車站TCC的A機(jī)（B機(jī)）連接A網(wǎng)和B網(wǎng)的IP地址相同。而曹古寺線路所使用的是鄭徐高鐵網(wǎng)絡(luò)配置，為了確保曹古寺線路所TCC與鄭西TSRS正常通信，在曹古寺線路所TCC的B網(wǎng)接口中增加一個(gè)與A網(wǎng)接口相同的附屬IP地址，這樣，B網(wǎng)接口的IP地址中就有一個(gè)與A網(wǎng)一樣的IP地址，從而實(shí)現(xiàn)曹古寺線路所TCC與鄭西TSRS正常通信。

鄭萬TSRS與TCC通信為雙系雙網(wǎng)方式，同一車站TCC的A機(jī)（B機(jī)）連接A網(wǎng)和B網(wǎng)的IP地址不同。在曹古寺線路所安全數(shù)據(jù)網(wǎng)B網(wǎng)的三層交換機(jī)中增加與A網(wǎng)相同的IP地址配置，鄭西高鐵訪問B網(wǎng)時(shí)需通過三層交換機(jī)中與A網(wǎng)相同的IP地址進(jìn)行；鄭萬高鐵訪問B網(wǎng)時(shí)直接通過三層交換機(jī)中B網(wǎng)的IP地址進(jìn)行。

修改曹古寺線路所TCC軟件，開通鄭萬方向SWL接發(fā)車功能，實(shí)現(xiàn)鄭萬與鄭西高鐵不同信息交換。

2.1.3 與鄭徐臨時(shí)限速的互聯(lián)互通技術(shù)方案

鄭徐高鐵為2016年開通線路，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按照中國(guó)鐵路總公司當(dāng)時(shí)發(fā)布的技術(shù)規(guī)范要求執(zhí)行。在鄭州東徐蘭場(chǎng)配置一臺(tái)三層交換，作為鄭萬引入鄭徐高鐵安全數(shù)據(jù)網(wǎng)接口。本次鄭萬高鐵引入鄭州東徐蘭場(chǎng)，需修改鄭州東徐蘭場(chǎng)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)交換配置、增加靜態(tài)路由，實(shí)現(xiàn)鄭萬、鄭徐高鐵安全數(shù)據(jù)網(wǎng)通道貫通。

鄭徐、鄭萬高鐵TSRS按照標(biāo)準(zhǔn)方式物理連接均采用4通道連接，TSRS雙系互相交叉接入安全數(shù)據(jù)網(wǎng)，且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相同，故鄭萬高鐵TSRS與鄭徐高鐵TSRS連接方式直接通過安全數(shù)據(jù)網(wǎng)通道連接，并修改鄭徐高鐵TSRS軟件，實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)的相互交換。

2.2 方案二 鄭萬TSRS與鄭徐TSRS直接通信，實(shí)現(xiàn)限速傳遞

鄭西高鐵為2010年開通，是國(guó)內(nèi)建設(shè)開通較早的高鐵之一，設(shè)備老舊，軟、硬件修改難度大、安全系數(shù)要求高，且只有天窗點(diǎn)才能施工。由于曹古寺線路所TCC由鄭徐高鐵TSRS管轄，為了減少對(duì)既有設(shè)備的大范圍改動(dòng)，本次鄭萬高鐵引入曹古寺線路所，鄭西TSRS與曹古寺線路所TCC維持原狀態(tài)不變，即鄭萬TSRS不直接與鄭西TSRS通信，鄭西臨時(shí)限速的下達(dá)通過鄭徐TSRS代傳模式實(shí)現(xiàn)。曹古寺線路所TCC與鄭萬高鐵閻塊線路所TCC通信接口通過修改曹古寺線路所安全數(shù)據(jù)網(wǎng)三層交換機(jī)配置，增加靜態(tài)路由方式，修改曹古寺線路TCC軟件方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)相互傳遞。

鄭萬高鐵與鄭徐高鐵TSRS的互聯(lián)互通同方案一中2.1.3小節(jié)所述。

2.3 跨界限速方案的處理

調(diào)度臺(tái)管轄范圍內(nèi)下達(dá)臨時(shí)限速命令時(shí)擬定責(zé)任方遵循“以線路正方向，限速起點(diǎn)所在臺(tái)”的歸屬原則，可擬定的限速終點(diǎn)最遠(yuǎn)截止本調(diào)度臺(tái)界。當(dāng)臨時(shí)限速命令超出本臺(tái)管界時(shí)，需與相鄰臺(tái)調(diào)度員聯(lián)系，按調(diào)度臺(tái)管界拆分后共同下達(dá)。

鄭萬與鄭徐調(diào)度臺(tái)、TSRS管轄分界在鄭州東徐蘭場(chǎng)上行進(jìn)站信號(hào)機(jī)（SW/SWF）處，當(dāng)鄭萬調(diào)度臺(tái)跨界下達(dá)臨時(shí)限速命令，邊界臨時(shí)限速命令需要鄭萬TSRS與鄭徐TSRS共同下發(fā)，該限速命令的轉(zhuǎn)發(fā)由兩TSRS內(nèi)部完成。邊界臨時(shí)限速命令的激活與執(zhí)行操作，需要雙方TSRS都成功的情況下才能成功。下達(dá)方式為：鄭萬鄭州局CTC調(diào)度臺(tái)→鄭萬鄭州局TSRS→鄭徐TSRS→徐蘭場(chǎng)RBC/ TCC 。

鄭萬與鄭西調(diào)度臺(tái)、TSRS管轄分界在曹古寺線路所上行進(jìn)站信號(hào)機(jī)（SWL）處，跨界臨時(shí)限速命令的下達(dá)，同樣通過鄭萬TSRS與鄭西TSRS共同下發(fā)，該臨時(shí)限速命令的轉(zhuǎn)發(fā)由兩TSRS內(nèi)部完成。在方案一中，臨時(shí)限速下達(dá)方式為C2：鄭萬鄭州局CTC調(diào)度臺(tái)→鄭萬鄭州局TSRS→鄭西TSRS→曹古寺線路所TCC執(zhí)行；C3：鄭萬鄭州局CTC調(diào)度臺(tái)→鄭萬鄭州局TSRS→鄭西TSRS→鄭徐TSRS→徐蘭場(chǎng)RBC。在方案二中，由于曹古寺線路所歸屬鄭西臺(tái)管轄，而曹古寺線路所TCC不能與鄭西TSRS連接，因此曹古寺線路所TCC的臨時(shí)限速及初始化均由鄭徐TSRS代傳，故臨時(shí)限速命令下達(dá)方式為：鄭萬鄭州局CTC調(diào)度臺(tái)→鄭萬鄭州局TSRS→鄭徐TSRS→徐蘭場(chǎng)RBC/曹古寺線路所TCC。

3 方案比較

方案一優(yōu)點(diǎn)：鄭萬引入鄭州東樞紐后，設(shè)備歸屬關(guān)系、分界清晰，便于后期維護(hù)。

缺點(diǎn)：該方案涉及大量對(duì)既有設(shè)備修改，施工要點(diǎn)“天窗”需求多，軟件仿真、修改、動(dòng)態(tài)測(cè)試工作量大，對(duì)鄭州東樞紐運(yùn)輸、行車安全影響較大。在維護(hù)管理中，需完善設(shè)備標(biāo)識(shí)，加強(qiáng)對(duì)IP地址的管理，從而增加了設(shè)備維護(hù)工作量。

方案二優(yōu)點(diǎn)：減少對(duì)既有設(shè)備的修改，施工難度、工程量減小。

缺點(diǎn)：鄭萬高鐵向鄭西高鐵跨界下達(dá)限速命令時(shí)，鄭西TSRS通過鄭徐TSRS代傳實(shí)現(xiàn)，從而增加設(shè)備故障點(diǎn)，不利于后期設(shè)備維護(hù)。對(duì)于特殊處理點(diǎn)，在設(shè)備說明書中需詳細(xì)介紹，同時(shí)需加大對(duì)設(shè)備管理人員的培訓(xùn)工作力度，使維護(hù)人員能夠熟練掌握工作性能。

4 結(jié)束語

通過對(duì)鄭萬高鐵引入鄭州東樞紐臨時(shí)限速服務(wù)器互聯(lián)互通技術(shù)方案反復(fù)研究、分析，為了減少對(duì)既有設(shè)備軟、硬修改，最大限度地降低對(duì)既有線路運(yùn)輸、行車安全的影響，建議采用方案二。該方案在后期聯(lián)調(diào)聯(lián)試過程中，通過動(dòng)態(tài)驗(yàn)證，設(shè)備運(yùn)行狀況良好。隨著國(guó)內(nèi)高鐵網(wǎng)絡(luò)逐步形成，該技術(shù)將為今后類似工程提供借鑒作用。