張國(guó)華

摘 要：CTC系統(tǒng)綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)，采用智能化分散自律設(shè)計(jì)原則，以列車(chē)運(yùn)行調(diào)整計(jì)劃為中心，兼顧了列車(chē)與調(diào)車(chē)作業(yè)，是一個(gè)符合我國(guó)國(guó)情、路情的高度自動(dòng)化的調(diào)度指揮系統(tǒng)，為我國(guó)調(diào)度集中的發(fā)展開(kāi)創(chuàng)了一條暫新的途徑。該系統(tǒng)反映了鐵路信息化建設(shè)的新內(nèi)容，它不僅僅是一套新的系統(tǒng)，而且體現(xiàn)了鐵路運(yùn)輸組織的新模式，是鐵路行車(chē)指揮現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。

關(guān)鍵詞：CTC系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)；故障

1 CTC系統(tǒng)的概述

1.1 CTC系統(tǒng)的簡(jiǎn)介

CTC英文全稱(chēng)為：Centralized Traffic Control，亦稱(chēng)列車(chē)調(diào)度集中系統(tǒng)，它是調(diào)度中心（調(diào)度員）對(duì)某一調(diào)度區(qū)段的信號(hào)設(shè)備進(jìn)行集中控制、對(duì)列車(chē)運(yùn)行直接指揮、管理的技術(shù)裝備，它的直接效果是行車(chē)管理的自動(dòng)化和遙控化，是現(xiàn)代通信技術(shù)與信號(hào)技術(shù)相結(jié)合的典型代表。

1.2 國(guó)內(nèi)外CTC系統(tǒng)對(duì)比

目前，國(guó)外調(diào)度集中系統(tǒng)應(yīng)用比較成熟的代表國(guó)家有法國(guó)、德國(guó)、日本及西班牙。上述國(guó)家所采用的調(diào)度集中系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，但與我國(guó)相比，國(guó)外鐵路的行車(chē)密度不高、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，雖設(shè)有信息化程度較高的運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)，但運(yùn)輸作業(yè)較我國(guó)簡(jiǎn)單，其調(diào)度指揮的綜合性和復(fù)雜性比我國(guó)低。我國(guó)CTC系統(tǒng)是在TDCS（原名DMIS）系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，自20世紀(jì)80年代后期以來(lái)，我國(guó)投入了大量人力物力為全路運(yùn)輸調(diào)度指揮系統(tǒng)的立項(xiàng)決策提供了有力的保障，經(jīng)過(guò)多次廣泛調(diào)研、方案變更、反復(fù)上線試驗(yàn)，符合我國(guó)國(guó)情的CTC系統(tǒng)成功應(yīng)用于我國(guó)各大客運(yùn)干線。

大秦線作為我國(guó)第一條重載煤炭運(yùn)輸鐵路，擔(dān)負(fù)著我國(guó)煤炭流通的重要使命，大秦線運(yùn)輸暢通與否、運(yùn)輸效率的高低將直接影響到我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因此用CTC系統(tǒng)代替過(guò)去人工辦理進(jìn)路的方式，將大大提升大秦線的運(yùn)輸能力，同時(shí)大大減輕調(diào)度員的工作負(fù)擔(dān)，提高工作效率，更重要是時(shí)降低了人工排路可能導(dǎo)致的錯(cuò)排進(jìn)路的概率。

2 CTC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2.1 體系結(jié)構(gòu)

調(diào)度集中系統(tǒng)由鐵路總公司、鐵路局、車(chē)站三級(jí)組成。采用三層結(jié)構(gòu)：第一層為鐵路總公司調(diào)度中心；第二層為鐵路局既有線/客運(yùn)專(zhuān)線調(diào)度所CTC中心；第三層為車(chē)站子系統(tǒng)，構(gòu)成覆蓋全路的調(diào)度指揮網(wǎng)絡(luò)體系。鐵路局分別設(shè)置客運(yùn)專(zhuān)線CTC中心和既有線TDCS/CTC中心。

CTC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)包括總公司TDCS/CTC中心局域網(wǎng)、鐵路局既有線TDCS/CTC中心局域網(wǎng)、鐵路局客運(yùn)專(zhuān)線CTC中心局域網(wǎng)、車(chē)站局域網(wǎng)及廣域網(wǎng)。其中，廣域網(wǎng)由鐵路總公司TDCS/CTC中心與鐵路局既有線TDCS/CTC中心以及鐵路局客運(yùn)專(zhuān)線CTC中心之間的廣域網(wǎng)、相鄰客運(yùn)專(zhuān)線CTC中心之間的廣域網(wǎng)、既有線TDCS/CTC中心與車(chē)站以及客運(yùn)專(zhuān)線CTC中心與車(chē)站之間的廣域網(wǎng)、車(chē)站與車(chē)站之間的廣域網(wǎng)構(gòu)成。

大秦線CTC網(wǎng)絡(luò)是把太原路局調(diào)度中心與42個(gè)車(chē)站連接起來(lái)，整體網(wǎng)絡(luò)采用星型結(jié)構(gòu)與環(huán)型結(jié)構(gòu)相嵌套的模式，這樣既具有星型分層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，又有環(huán)型結(jié)構(gòu)的特征，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是把42個(gè)站分為四部分，每一部分組成環(huán)網(wǎng)，四個(gè)環(huán)的頭站和尾站直接連接太原中心，四個(gè)環(huán)與中心類(lèi)似于星型連接，這樣增加了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，一旦某一個(gè)站發(fā)生脫網(wǎng)，不會(huì)影響到其他車(chē)站與中心的連接。如圖1所示。

而且為了增加大秦線CTC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的可靠度，CTC采用雙通道運(yùn)行，這樣避免了通道發(fā)生問(wèn)題后導(dǎo)致某一車(chē)站無(wú)法與中心進(jìn)行聯(lián)系，因此構(gòu)成每個(gè)站網(wǎng)絡(luò)通道的設(shè)備都有雙套，每個(gè)站設(shè)置有兩臺(tái)路由器、兩臺(tái)交換機(jī)，每一種服務(wù)器、工作站、計(jì)算機(jī)都有兩臺(tái)，每臺(tái)安裝有兩塊網(wǎng)卡，提供了充分的冗余，例如路由器一和二處于熱備狀態(tài)，自律機(jī)A和B也處于熱備狀態(tài)。當(dāng)某一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備出現(xiàn)故障的時(shí)候，備用設(shè)備自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹饔?；?dāng)某一個(gè)網(wǎng)段不通或誤碼大（可靠度小于252）的時(shí)候，可以通過(guò)另一個(gè)網(wǎng)段與中心保持通信，車(chē)站計(jì)算機(jī)從兩塊網(wǎng)卡發(fā)出兩份相同的數(shù)據(jù)，只要有一份數(shù)據(jù)傳送到中心服務(wù)器，系統(tǒng)就能正常運(yùn)行，雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)這樣也為通道維護(hù)人員提供處理故障的寶貴時(shí)間，在不影響主用網(wǎng)段的時(shí)候進(jìn)行故障網(wǎng)段的處理，極大提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。車(chē)站設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接方式如圖2、3所示。

2.2 自律機(jī)的熱備

大秦線自律機(jī)雙機(jī)熱備基于active/standby方式的服務(wù)器熱備，在同一時(shí)間內(nèi)只有一臺(tái)自律機(jī)運(yùn)行另一臺(tái)處于熱備狀態(tài)，當(dāng)其中運(yùn)行著的一臺(tái)自律機(jī)出現(xiàn)故障無(wú)法啟動(dòng)時(shí)，另一臺(tái)備份自律機(jī)會(huì)通過(guò)軟件診測(cè)（通過(guò)心跳診斷）將standby自律機(jī)激活，保證應(yīng)用服務(wù)在短時(shí)間內(nèi)完全恢復(fù)正常使用，作為大秦線CTC系統(tǒng)中最核心的設(shè)備，自律機(jī)的安全、穩(wěn)定性能將直接關(guān)系到整個(gè)CTC系統(tǒng)的穩(wěn)定，因此大秦線自律機(jī)采用雙機(jī)熱備（基于純軟件）的方式來(lái)提高自律機(jī)的穩(wěn)定性。

純軟件方式可以在一定程度上降低成本，但它也有非常明顯的缺點(diǎn)：

（1）可靠性相對(duì)較差，兩服務(wù)器間的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)復(fù)制是一個(gè)比較脆弱的環(huán)節(jié)。

（2）一旦某臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)中斷，恢復(fù)后還要進(jìn)行比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)同步恢復(fù)，并且這個(gè)時(shí)段系統(tǒng)處于無(wú)保護(hù)狀態(tài)。

（3）沒(méi)有事務(wù)機(jī)制，由于其復(fù)制是在文件和磁盤(pán)層進(jìn)行的，復(fù)制是否成功不會(huì)影響數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)操作，因此有出現(xiàn)數(shù)據(jù)不完整變化的情況，這個(gè)存在著相當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)。

基于active/standby方式的自律機(jī)熱備，會(huì)受到主/備機(jī)之間的通道質(zhì)量及主/備機(jī)自律機(jī)軟件中通信模塊的影響，一旦主/備機(jī)之間的通道質(zhì)量開(kāi)始下降（誤碼增加），主/備機(jī)之間的心跳診斷將會(huì)受到影響，從而導(dǎo)致備機(jī)偵測(cè)不到主機(jī)發(fā)來(lái)的指令，備機(jī)由備用升為主用，而此時(shí)主機(jī)仍舊處于主用狀態(tài)，這時(shí)就發(fā)生了雙機(jī)搶主的問(wèn)題，發(fā)生雙機(jī)搶主的現(xiàn)象，導(dǎo)致主/備機(jī)同時(shí)向車(chē)務(wù)終端發(fā)送數(shù)據(jù)，造成數(shù)據(jù)疊加，使得終端顯示與實(shí)際不符，影響到調(diào)度員的指揮判斷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致非正常停車(chē)，影響大秦線的正常運(yùn)行。

3 故障案例

（1）2014年11月14日23：25分，玉田北——遷西區(qū)間信號(hào)機(jī)顯示異常，電務(wù)人員立即通過(guò)調(diào)監(jiān)大屏進(jìn)行確認(rèn)，為遵化北站管轄范圍的信號(hào)機(jī)，通過(guò)Pcanywhere軟件遠(yuǎn)程登錄到遵化北站CTC自律A機(jī)和自律B機(jī)，發(fā)現(xiàn)自律A機(jī)和自律B機(jī)互相搶主，重啟自律機(jī)軟件后，23：45分時(shí)CTC恢復(fù)正常。

（2）2014年9月27日15：50分及23：26分CTC大屏顯示延慶對(duì)下莊區(qū)間信號(hào)機(jī)非正常顯示。電務(wù)人員分別通過(guò)Pcanywhere軟件登陸延慶站自律A機(jī)、自律B機(jī)，發(fā)現(xiàn)自律A，B機(jī)正在搶主，判斷為因自律A，B機(jī)搶主引起的區(qū)間信號(hào)機(jī)非正常顯示，重啟自律機(jī)軟件后，區(qū)間信號(hào)機(jī)恢復(fù)正常。

上述案例充分說(shuō)明自律機(jī)A、B機(jī)一旦發(fā)生雙機(jī)搶主將造成CTC顯示信息異常，影響到正常行車(chē)秩序，通過(guò)系統(tǒng)回放及故障查找發(fā)現(xiàn)：a.主/備自律機(jī)之間的通道質(zhì)量下降，會(huì)導(dǎo)致兩者之間信息傳輸出現(xiàn)問(wèn)題，備機(jī)檢測(cè)不到從主機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的心跳信息，從而導(dǎo)致主/備機(jī)出現(xiàn)搶主；b.主/備自律機(jī)運(yùn)行中發(fā)生軟件報(bào)錯(cuò)等軟件問(wèn)題也會(huì)導(dǎo)致主機(jī)跑死，從而發(fā)生搶主的問(wèn)題。

4 故障的預(yù)防和解決

（1）通過(guò)加強(qiáng)日常網(wǎng)絡(luò)通道巡視，每日定期對(duì)大秦線管內(nèi)車(chē)站自律機(jī)通道進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)主/備機(jī)互相Ping及發(fā)送數(shù)據(jù)包測(cè)試丟包情況，發(fā)現(xiàn)通道質(zhì)量不良的及時(shí)進(jìn)行查找處理，制定措施優(yōu)化通道，確保通道質(zhì)量良好。

（2）通過(guò)Pcanywhere軟件遠(yuǎn)程登陸自律機(jī)進(jìn)行查看，發(fā)現(xiàn)存在軟件報(bào)錯(cuò)或自律機(jī)CPU運(yùn)行內(nèi)存過(guò)高的情況及時(shí)進(jìn)行處理，定期將磁盤(pán)進(jìn)行整理。

（3）優(yōu)化自律機(jī)軟件通信功能，多次自律機(jī)搶主故障表明，軟件本身通信質(zhì)量不強(qiáng)也是影響因素之一，通過(guò)優(yōu)化自律機(jī)軟件通信能力，減少故障的發(fā)生。

（4）采用基于存儲(chǔ)共享的自律機(jī)雙機(jī)熱備方式，對(duì)于這種方式，采用兩臺(tái)自律機(jī)，使用共享的存儲(chǔ)設(shè)備（磁盤(pán)陣列柜或存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)SAN）。兩臺(tái)自律機(jī)可以采用互備、主從、并行等不同的方式。在工作過(guò)程中，兩臺(tái)自律機(jī)將以一個(gè)虛擬的IP地址對(duì)外提供服務(wù)，依工作方式的不同，將服務(wù)請(qǐng)求發(fā)送給其中一臺(tái)自律機(jī)承擔(dān)，同時(shí)自律機(jī)通過(guò)心跳線（往往采用建立私有網(wǎng)絡(luò)的方式）偵測(cè)另一臺(tái)自律機(jī)的工作狀況。當(dāng)一臺(tái)自律機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)自律機(jī)根據(jù)心跳偵測(cè)的情況做出判斷，并進(jìn)行切換，接管服務(wù)。這一過(guò)程是全自動(dòng)的，在很短時(shí)間內(nèi)即可完成，從而對(duì)設(shè)備運(yùn)行不會(huì)造成影響。由于使用共享的存儲(chǔ)設(shè)備，因此兩臺(tái)自律機(jī)使用的實(shí)際上是一樣的數(shù)據(jù)，由雙機(jī)或集群軟件對(duì)其進(jìn)行管理。

目前導(dǎo)致大秦線自律機(jī)雙機(jī)搶主的問(wèn)題很多，但自律主/備機(jī)網(wǎng)絡(luò)通道質(zhì)量下降以及軟件本身通信模塊通信不暢是導(dǎo)致問(wèn)題發(fā)生的關(guān)鍵，文章主要從CTC系統(tǒng)發(fā)展、結(jié)構(gòu)構(gòu)成、大秦線CTC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及雙機(jī)搶主問(wèn)題預(yù)防和解決角度進(jìn)行闡述。