利用既有鐵路開行市域(郊)列車調(diào)度集中系統(tǒng)信息交互研究

張 昱，何永發(fā)，武長海

(中國鐵路設(shè)計集團有限公司，天津 300308)

引言

目前，我國干線鐵路、城際鐵路、市域(郊)鐵路的調(diào)度集中系統(tǒng)均根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范構(gòu)建[1]，調(diào)度集中系統(tǒng)的信息查詢[2]、通信傳輸[3]、終端設(shè)置[4]、信息顯示[5]均僅在鐵路局之間或鐵路局內(nèi)各管理部門之間進行。干線鐵路、城際鐵路、市域(郊)鐵路、城市軌道交通“四網(wǎng)融合”是我國鐵路及城市軌道交通建設(shè)的發(fā)展方向，隨著“四網(wǎng)融合”的不斷建設(shè)發(fā)展，調(diào)度集中系統(tǒng)信息交互出現(xiàn)了新的需求。以北京鐵路樞紐利用既有東北環(huán)鐵路增建第二線開行市域(郊)列車典型工程為例，北京東北環(huán)鐵路開行市域(郊)列車，運輸組織由中國鐵路北京局集團有限公司(以下簡稱“北京鐵路局”)管理，實現(xiàn)市域(郊)列車的3 min追蹤間隔公交化運營和地鐵19號線列車跨線至東北環(huán)鐵路運行。由于該工程的功能定位是東北環(huán)鐵路開行市域(郊)列車后，與地鐵19號線列車跨線運營將共同作為北京市西北昌平方向與光華路中心城區(qū)的快速通勤骨干線路，因此，北京軌道交通線網(wǎng)指揮中心需與北京鐵路局調(diào)度集中系統(tǒng)進行信息交互，掌握地鐵19號線跨線運營列車和東北環(huán)線市域(郊)列車的運營情況。在市域鐵路領(lǐng)域，國內(nèi)已有專家學(xué)者對城市市域快線互聯(lián)互通[6]，市域鐵路的運輸模式及客流組織[7-8]、市域線路運行速度[9]、站臺門等系統(tǒng)及車輛段設(shè)計[8-10]、貨運與市域列車混行建設(shè)方案[11]、信號工程建設(shè)管理對策[12]等多個方面開展了研究，但缺乏城市軌道交通線網(wǎng)指揮中心與國鐵路局調(diào)度集中系統(tǒng)信息交互的針對性研究。針對調(diào)度集中系統(tǒng)信息交互的新需求，本文將對在鐵路局運營管理的前提下，利用既有鐵路開行市域(郊)列車和地鐵列車跨線運營，鐵路局調(diào)度集中系統(tǒng)與城市軌道交通線網(wǎng)指揮中心的信息交互進行研究。

1 軌道交通線網(wǎng)指揮中心需求分析

結(jié)合東北環(huán)開行市域(郊)列車項目建成后將作為城市快速通勤骨干線路的功能定位，北京軌道交通線網(wǎng)指揮中心需掌握本線線路的調(diào)度集中信息，主要是本線的行調(diào)信息，如：信號設(shè)備的實時狀態(tài)、線路列車的實時位置、線路運行圖計劃及歷史信息、列車實時運行的時刻信息、列車的實時到站離站停站信息、實時的告警信息等，并實現(xiàn)上述東北環(huán)線路的行調(diào)信息實時接入北京市軌道交通線網(wǎng)指揮中心的既有調(diào)度員工作站和線網(wǎng)信息顯示大屏幕，以滿足軌道交通線網(wǎng)指揮中心對列車運營監(jiān)測、客流統(tǒng)計分析等多方面的業(yè)務(wù)需求。

2 東北環(huán)鐵路工程調(diào)度集中系統(tǒng)設(shè)計

東北環(huán)鐵路增建第二線開行市域(郊)列車工程，需實現(xiàn)市域(郊)鐵路的公交化運營，同時保障鐵路干線聯(lián)絡(luò)功能，并實現(xiàn)地鐵19號線列車上、下本線運營。東北環(huán)鐵路開行市域(郊)列車全線的運輸組織需納入北京鐵路局管理，結(jié)合北京軌道交通線網(wǎng)指揮中心對本線行調(diào)信息的交互需求，本線信號系統(tǒng)的頂層設(shè)計為：全線采用CTCS-2+ATO列控制式，ATO增加自動折返功能，相應(yīng)配置調(diào)度集中CTC系統(tǒng)等信號系統(tǒng)。調(diào)度集中CTC系統(tǒng)的主要設(shè)計情況如下。

(1)本線新設(shè)調(diào)度臺，納入北京鐵路局客專調(diào)度集中CTC總機系統(tǒng)，結(jié)合本項目站前改造情況對相關(guān)既有行調(diào)臺進行修改，并相應(yīng)修改北京鐵路局普速TDCS/CTC總機系統(tǒng)。

(2)車站相應(yīng)新設(shè)調(diào)度集中CTC系統(tǒng)車站分機，相關(guān)既有車站調(diào)度集中CTC系統(tǒng)車站分機結(jié)合站場改造情況利舊修改。

(3)本線新設(shè)調(diào)度集中CTC系統(tǒng)車站服務(wù)器，相關(guān)既有行調(diào)臺對應(yīng)的車站服務(wù)器利舊修改。

(4)調(diào)度集中CTC系統(tǒng)獨立組網(wǎng)。

3 調(diào)度集中系統(tǒng)信息交互研究

為實現(xiàn)本線北京鐵路局調(diào)度集中CTC系統(tǒng)和城市軌道交通線網(wǎng)指揮中心的調(diào)度集中信息交互，按重要性由高至低排序，需考慮以下因素。

(1)鐵路局調(diào)度集中CTC系統(tǒng)為信息安全保護第四等級[13]，高于城市軌道交通線網(wǎng)指揮中心指揮系統(tǒng)的信息安全保護等級。

(2)本線調(diào)度指揮納入北京鐵路局管理，城市軌道交通線網(wǎng)指揮中心只需要調(diào)度集中系統(tǒng)信息中的一部分，即只有對調(diào)度集中系統(tǒng)信息中行調(diào)信息的復(fù)示要求，對行調(diào)信息只復(fù)示監(jiān)測、不控制，調(diào)度集中行調(diào)信息交互的方向是從北京鐵路局調(diào)度集中CTC系統(tǒng)單向傳輸至軌道交通線網(wǎng)指揮中心。

(3)鐵路局調(diào)度集中CTC系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已成熟完善，調(diào)度集中行調(diào)信息的交互，不應(yīng)對既有調(diào)度集中CTC系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能產(chǎn)生影響。

(4)北京鐵路局調(diào)度集中CTC系統(tǒng)與軌道交通線網(wǎng)指揮中心指揮系統(tǒng)的接口應(yīng)從物理層面分開。

(5)城市軌道交通線網(wǎng)指揮中心的指揮系統(tǒng)設(shè)備如線網(wǎng)信息顯示大屏幕、調(diào)度員工作站的設(shè)置已趨于成熟完善，調(diào)度集中行調(diào)信息的交互，不應(yīng)對指揮中心的既有設(shè)備產(chǎn)生較大影響。

(6)北京鐵路局調(diào)度集中CTC系統(tǒng)交互至軌道交通指揮中心的調(diào)度集中行調(diào)信息，能在指揮中心既有線網(wǎng)信息顯示大屏幕等設(shè)備上顯示。

(7)投資合理，具備工程可實施性。

針對前述因素，本線調(diào)度集中系統(tǒng)信息交互可以采用如下3個方案。

方案1：調(diào)度集中系統(tǒng)信息淺度交互方式。

方案2：調(diào)度集中系統(tǒng)信息中度交互方式。

方案3：調(diào)度集中系統(tǒng)信息深度交互方式。

3.1 調(diào)度集中系統(tǒng)信息淺度交互方式研究

調(diào)度集中系統(tǒng)信息淺度交互方式，是采用CTC復(fù)示終端，實現(xiàn)調(diào)度集中系統(tǒng)信息的交互，此方式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，具體實施方式如下。

(1)本線按照北京鐵路局既有TDCS協(xié)議，通過普速TDCS/CTC總機系統(tǒng)的查詢通道，新設(shè)1個CTC復(fù)示終端及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，新設(shè)置的CTC復(fù)示終端設(shè)置于軌道交通線網(wǎng)指揮中心。

(2)通信通道：根據(jù)規(guī)范要求，CTC復(fù)示終端采用不同物理路徑單獨光纖的獨立專網(wǎng)或不同物理路徑的專用傳輸鏈路，與本線調(diào)度集中CTC系統(tǒng)通道連接[1，3-4]。

(3)線網(wǎng)指揮中心需按照國鐵相關(guān)規(guī)范要求[1，14]設(shè)置復(fù)示終端設(shè)備用房，應(yīng)具備可靠的電源、接地、防雷措施和溫濕度，以及設(shè)備維護條件。

圖1 調(diào)度集中系統(tǒng)信息淺度交互方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

3.2 調(diào)度集中系統(tǒng)信息中度交互方式研究

調(diào)度集中系統(tǒng)信息中度交互方式，是基于局間接口方式構(gòu)建行調(diào)信息復(fù)示系統(tǒng)，實現(xiàn)調(diào)度集中系統(tǒng)信息的交互，構(gòu)建的行調(diào)信息復(fù)示系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為兩方面：鐵路局調(diào)度集中CTC系統(tǒng)側(cè)和軌道交通線網(wǎng)指揮中心指揮系統(tǒng)側(cè)。

第一方面，鐵路局調(diào)度集中CTC系統(tǒng)側(cè)，實施方式如下。

(1)本線按照現(xiàn)行規(guī)范要求新設(shè)局間接口服務(wù)器，并相應(yīng)配置網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)路由和交換設(shè)備[1，3]，實現(xiàn)北京鐵路局調(diào)度集中CTC系統(tǒng)向線網(wǎng)指揮中心指揮系統(tǒng)，單向發(fā)送東北環(huán)線的行調(diào)信息，為實現(xiàn)通信的穩(wěn)定傳輸，本行調(diào)信息復(fù)示系統(tǒng)中鐵路局調(diào)度集中CTC系統(tǒng)側(cè)，采用國內(nèi)專家和學(xué)者提出的雙路冗余優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[15-16]。

(2)通信通道：根據(jù)規(guī)范要求，北京鐵路局調(diào)度集中CTC系統(tǒng)與北京市軌道交通線網(wǎng)指揮中心的通道，采用不同物理路徑單獨光纖的獨立專網(wǎng)或不同物理路徑的專用傳輸鏈路[1，3]。

第二方面，軌道交通線網(wǎng)指揮中心指揮系統(tǒng)側(cè)，由于軌道交通線網(wǎng)指揮中心既有指揮系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備設(shè)置已趨于成熟完善，其指揮系統(tǒng)內(nèi)部的通信協(xié)議及外部接口與國鐵調(diào)度集中CTC系統(tǒng)不同，同時指揮系統(tǒng)的信息安全等級低于國鐵調(diào)度集中CTC系統(tǒng)，并且城市軌道交通的運輸組織習(xí)慣也和國鐵不同。因此，軌道交通線網(wǎng)指揮中心指揮系統(tǒng)首先需要進行相應(yīng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換，才能接收國鐵調(diào)度集中CTC系統(tǒng)通過專用通信通道交互過來的行調(diào)信息。其次，軌道交通線網(wǎng)指揮中心指揮系統(tǒng)應(yīng)對國鐵調(diào)度集中CTC系統(tǒng)實時交互的行調(diào)信息采用指揮中心本地存儲的方式，實現(xiàn)以軌道交通線網(wǎng)指揮中心的運營習(xí)慣對歷史行調(diào)信息進行調(diào)用及查看，所以，軌道交通線網(wǎng)指揮中心指揮系統(tǒng)側(cè)，實施方式如下。

(1)指揮中心設(shè)置與既有指揮系統(tǒng)匹配的協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器、行調(diào)信息存儲服務(wù)器，并相應(yīng)配置網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)備。

(2)指揮中心可按照其既有標準設(shè)置行調(diào)信息復(fù)示系統(tǒng)線網(wǎng)指揮中心側(cè)的設(shè)備用房。

調(diào)度集中系統(tǒng)信息中度交互方式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 調(diào)度集中系統(tǒng)信息中度交互方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

3.3 調(diào)度集中系統(tǒng)信息深度交互方式研究

調(diào)度集中系統(tǒng)信息深度交互方式，是基于新建鐵路局集團公司CTC查詢系統(tǒng)+外部接口方式構(gòu)建行調(diào)信息復(fù)示系統(tǒng)，實現(xiàn)調(diào)度集中系統(tǒng)信息的交互。構(gòu)建的行調(diào)信息復(fù)示系統(tǒng)分為鐵路局調(diào)度集中CTC系統(tǒng)側(cè)和軌道交通線網(wǎng)指揮中心指揮系統(tǒng)側(cè)，鐵路局調(diào)度集中CTC系統(tǒng)側(cè)的實施方式如下。

(1)按照現(xiàn)行規(guī)范要求新建具備全查詢功能的鐵路局集團公司CTC查詢系統(tǒng)[1-3]。

(2)外部接口方式配置比較靈活，一是可以按照類似于方案1的方式，通過鐵路局集團公司CTC查詢系統(tǒng)設(shè)置的CTC查詢終端來實現(xiàn)，此種情況下CTC查詢終端和鐵路局集團公司CTC查詢系統(tǒng)之間的通信通道可使用專網(wǎng)組網(wǎng)實現(xiàn)[2-4]或按照方案1的方式實現(xiàn)；二是可以按照方案2的方式，設(shè)置局間接口服務(wù)器及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過局間接口服務(wù)器接入新建的鐵路局集團公司CTC查詢系統(tǒng)的方式來實現(xiàn)，此種情況下通信通道可使用專網(wǎng)組網(wǎng)實現(xiàn)[2-3]或按照方案2的方式實現(xiàn)。

軌道交通線網(wǎng)指揮中心指揮系統(tǒng)側(cè)的實施方式則是根據(jù)鐵路局調(diào)度集中CTC系統(tǒng)側(cè)外部接口方式的不同，相應(yīng)按照方案1或方案2的方式構(gòu)建。

此方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，鐵路局調(diào)度集中CTC系統(tǒng)側(cè)新建鐵路局集團公司CTC查詢系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按照規(guī)范要求[2]設(shè)置，鐵路局調(diào)度集中CTC系統(tǒng)側(cè)外部接口方式可根據(jù)需要按照方案1或者方案2的方式構(gòu)建；軌道交通線網(wǎng)指揮中心指揮系統(tǒng)側(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，則是根據(jù)采用的鐵路局調(diào)度集中CTC系統(tǒng)側(cè)外部接口方式的不同，按照方案1或者方案2的方式構(gòu)建，因此，此方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本文不再贅述。

4 調(diào)度集中系統(tǒng)信息交互方式選擇及展望

由于城市軌道交通線網(wǎng)指揮中心既有指揮系統(tǒng)依托的均為城軌CBTC系統(tǒng)的ATS系統(tǒng)，ATS系統(tǒng)在系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)、通信傳輸?shù)确矫婢c國鐵調(diào)度集中CTC系統(tǒng)均不同，城軌ATS系統(tǒng)與國鐵調(diào)度集中CTC系統(tǒng)的主要差異對比見表1。

表1 ATS系統(tǒng)與CTC系統(tǒng)主要差異對比

正是由于城市軌道交通線網(wǎng)指揮中心指揮系統(tǒng)和國鐵調(diào)度集中CTC系統(tǒng)在系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)、通信傳輸?shù)确矫婢嬖诓煌?，所以本文將對調(diào)度集中系統(tǒng)信息交互的3種不同方案，從滿足現(xiàn)行規(guī)范要求、對國鐵調(diào)度集中CTC系統(tǒng)和軌道交通線網(wǎng)指揮中心指揮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響、滿足軌道交通線網(wǎng)指揮中心的需求、工程造價及實施難度等方面進行對比分析，具體見表2。

表2 調(diào)度集中信息交互方案對比分析

由表2可知，本文提出的各交互方式，其區(qū)別僅體現(xiàn)在是否完全滿足軌道交通線網(wǎng)指揮中心的需求以及工程造價和實施難度上，由于鐵路局調(diào)度集中CTC系統(tǒng)至城市軌道交通線網(wǎng)指揮中心的調(diào)度集中信息交互，是一個全新的需求，尚無相關(guān)技術(shù)標準和規(guī)范、亦無相關(guān)工程實例，上述各交互方案在國鐵集團和北京鐵路局審批同意的前提下，從東北環(huán)鐵路開行市域(郊)列車的工程實際出發(fā)，方案2技術(shù)方案成熟、工程造價和實施難度合適，可在工程實施上推薦采用。

目前，調(diào)度集中系統(tǒng)已實施了云計算、智能化等[19-21]新技術(shù)，隨著國鐵、城際鐵路、市域(郊)鐵路、城市軌道交通的不斷融合發(fā)展，調(diào)度集中系統(tǒng)的信息交互方式、內(nèi)容、交互對象及范圍等方面將會出現(xiàn)新的更加細致且全面的需求，此時可結(jié)合調(diào)度集中系統(tǒng)已實施的新技術(shù)，將其應(yīng)用到調(diào)度集中系統(tǒng)的信息交互中，實現(xiàn)調(diào)度集中系統(tǒng)信息交互的不斷創(chuàng)新。

5 結(jié)論

東北環(huán)利用既有鐵路開行市域(郊)列車，對于首次出現(xiàn)的城市軌道交通線網(wǎng)指揮中心需同鐵路局調(diào)度集中CTC系統(tǒng)進行信息交互的新需求，選擇基于局間接口方式構(gòu)建行調(diào)信息復(fù)示系統(tǒng)的調(diào)度集中系統(tǒng)信息中度交互方式，是契合當前技術(shù)和管理體系，以及工程實際的最優(yōu)選擇，是可供工程實施的最優(yōu)方案，并為利用既有線開行市域(郊)列車、實現(xiàn)地鐵列車跨線運營的相關(guān)工程項目，在國鐵調(diào)度集中CTC系統(tǒng)與城市軌道交通線網(wǎng)指揮中心之間的信息交互方面，提供了一種實施方案，可供類似工程選用和參考。