靳俊， 費(fèi)振豪

（1.中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司 工電部，北京 100844；2.上海市鐵路智能調(diào)度指揮系統(tǒng)工程研究中心，上海 200071；3.卡斯柯信號(hào)有限公司 科技管理部，上海 200071）

0 引言

京滬高鐵是世界上一次建成線路里程最長(zhǎng)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)最高、商業(yè)運(yùn)營(yíng)速度最快的高速鐵路［1］。作為京滬高鐵的行車調(diào)度指揮系統(tǒng)，調(diào)度集中（CTC）系統(tǒng)面臨跨多個(gè)鐵路局集團(tuán)公司（簡(jiǎn)稱跨局）運(yùn)行、行車密度高、樞紐多等挑戰(zhàn)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，根據(jù)線路情況及用戶需求，在進(jìn)路自動(dòng)觸發(fā)、無(wú)線進(jìn)路預(yù)告、車次號(hào)自動(dòng)變換等方面進(jìn)行優(yōu)化提升，對(duì)提高接發(fā)車效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、進(jìn)一步保障行車安全發(fā)揮了重要作用。

1 進(jìn)路自觸優(yōu)化

進(jìn)路自動(dòng)觸發(fā)是CTC 系統(tǒng)的核心功能之一［2］，CTC 系統(tǒng)針對(duì)京滬高鐵行車密度高、樞紐多的特點(diǎn)，在確保進(jìn)路自動(dòng)觸發(fā)功能安全的前提下，需要盡可能提高接發(fā)車效率，以便更好地滿足高行車密度的需求，為此，CTC 系統(tǒng)自動(dòng)排路在自觸輪詢頻率、接車進(jìn)路自觸時(shí)機(jī)、發(fā)車進(jìn)路分段辦理、場(chǎng)聯(lián)進(jìn)路自觸等方面開展了優(yōu)化。

1.1 提高自觸輪詢頻率

CTC 系統(tǒng)對(duì)進(jìn)路的自動(dòng)觸發(fā)采用輪詢觸發(fā)機(jī)制，即嘗試觸發(fā)進(jìn)路時(shí)，當(dāng)檢測(cè)到觸發(fā)條件不滿足則間隔一段時(shí)間之后再次嘗試。京滬高鐵開通之初，CTC 系統(tǒng)自觸輪詢間隔周期為30 s，隨著行車密度加大，尤其是為了提高樞紐車站接發(fā)車的效率、減少輪詢等待時(shí)間，經(jīng)理論計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證，CTC 系統(tǒng)進(jìn)路自觸輪詢間隔周期縮短為6 s。

1.2 優(yōu)化接車進(jìn)路自觸時(shí)機(jī)

CTC 系統(tǒng)在研發(fā)之初，采用前車完全進(jìn)入股道后，方可辦理后續(xù)同方向口的接車/通過(guò)進(jìn)路，該邏輯無(wú)法滿足京滬高鐵行車密度高的特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)算法邏輯優(yōu)化，前后兩進(jìn)路交叉重疊區(qū)段占用出清后6 s，CTC 即可辦理后續(xù)進(jìn)路［2］。

1.3 發(fā)車進(jìn)路分段辦理

一般情況下，車站發(fā)車進(jìn)路為出站信號(hào)機(jī)至進(jìn)站口一次辦理，而CTC系統(tǒng)辦理發(fā)車進(jìn)路的前提條件為列車一離去區(qū)段出清［3］。在咽喉較長(zhǎng)的車站（如北京南站），為了提高發(fā)車效率，信號(hào)設(shè)計(jì)上往往設(shè)置總出發(fā)信號(hào)機(jī)，將原本為出站信號(hào)機(jī)至進(jìn)站口的1條發(fā)車進(jìn)路分為2段：出站信號(hào)機(jī)至總出發(fā)信號(hào)機(jī)、總出發(fā)信號(hào)機(jī)至進(jìn)站口。對(duì)于存在總出發(fā)信號(hào)機(jī)的車站，CTC 為提高發(fā)車效率，將發(fā)車進(jìn)路優(yōu)化為分段辦理，即前車完全進(jìn)入一離去之后，即可自動(dòng)辦理出站信號(hào)機(jī)至總出發(fā)信號(hào)機(jī)的發(fā)車進(jìn)路，待列車一離去區(qū)段出清后，自觸總出發(fā)信號(hào)機(jī)至進(jìn)站口的發(fā)車進(jìn)路，提高了大型客站的接發(fā)車效率。

1.4 場(chǎng)聯(lián)進(jìn)路自觸

京滬高鐵虹橋樞紐、南京南樞紐等存在場(chǎng)聯(lián)進(jìn)路，在聯(lián)鎖終端辦理進(jìn)路，存在列車運(yùn)行前方遠(yuǎn)端車站需要先辦理進(jìn)路，近端車站才可開放信號(hào)的情況。而CTC自動(dòng)觸發(fā)進(jìn)路的原理，則是根據(jù)列車運(yùn)行的計(jì)劃順序逐站辦理，即CTC系統(tǒng)需要近端車站先辦理相關(guān)列車的進(jìn)路后，遠(yuǎn)端車站方可辦理列車進(jìn)路。為實(shí)現(xiàn)具有場(chǎng)聯(lián)關(guān)系的2個(gè)車站進(jìn)路自動(dòng)觸發(fā)，CTC系統(tǒng)在該場(chǎng)景下優(yōu)化了進(jìn)路觸發(fā)邏輯，當(dāng)列車運(yùn)行前方近端車站需要辦理進(jìn)路時(shí)，則先通知遠(yuǎn)端車站需要提前辦理列車進(jìn)路的車次信息，遠(yuǎn)端車站接收到該信息后，判斷若該車次是該方向首趟需要辦理列車進(jìn)路的車次則立即辦理，同時(shí)將辦理成功的信息反饋給近端車站，近端車站接收到辦理成功信息后，再次檢查本站計(jì)劃，若該車次為仍處于該方向首趟需要觸發(fā)進(jìn)路的車次，則執(zhí)行自觸操作［4］。該邏輯實(shí)現(xiàn)了具有場(chǎng)聯(lián)進(jìn)路的2 個(gè)車站自動(dòng)觸發(fā)進(jìn)路功能，且有效避免在兩站通信和辦理進(jìn)路間隙出現(xiàn)因計(jì)劃順序調(diào)整而產(chǎn)生錯(cuò)辦的情形。

2 無(wú)線進(jìn)路預(yù)告優(yōu)化

無(wú)線進(jìn)路預(yù)告是CTC系統(tǒng)的一項(xiàng)重要功能，其主要原理為CTC系統(tǒng)排列進(jìn)路后，通過(guò)GSM-R等無(wú)線系統(tǒng)向列車預(yù)告進(jìn)路辦理的情況。在京滬高鐵建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，對(duì)于CTC系統(tǒng)的無(wú)線進(jìn)路預(yù)告，主要為優(yōu)化跨局運(yùn)行列車無(wú)線進(jìn)路預(yù)告和增加無(wú)線發(fā)車進(jìn)路預(yù)告等功能。

2.1 跨局運(yùn)行列車無(wú)線進(jìn)路預(yù)告優(yōu)化

正確接收無(wú)線車次號(hào)信息是CTC 系統(tǒng)準(zhǔn)確發(fā)送無(wú)線進(jìn)路預(yù)告的前提。GSM-R 系統(tǒng)是按照局間調(diào)度管轄范圍向CTC 系統(tǒng)發(fā)送無(wú)線車次號(hào)信息，由于京滬高鐵跨局運(yùn)營(yíng)，導(dǎo)致運(yùn)行在局間分界口區(qū)間的列車無(wú)法提前獲取無(wú)線車次號(hào)，進(jìn)而導(dǎo)致進(jìn)路預(yù)告發(fā)送失敗。局間調(diào)度管轄范圍示意見圖1，上行列車從C站開往B站，當(dāng)列車運(yùn)行在C站—B站區(qū)間時(shí)，B站已經(jīng)辦理好進(jìn)路，此時(shí)需要向列車發(fā)送無(wú)線進(jìn)路預(yù)告，而因列車未進(jìn)入甲鐵路局集團(tuán)公司，此時(shí)該局GSM-R 系統(tǒng)不能發(fā)送該列車的無(wú)線車次號(hào)，導(dǎo)致甲鐵路局集團(tuán)公司無(wú)法發(fā)送無(wú)線進(jìn)路預(yù)告。

圖1 局間調(diào)度管轄范圍示意圖

CTC 系統(tǒng)通過(guò)系統(tǒng)局間分界口交互無(wú)線車次號(hào)實(shí)現(xiàn)分界口區(qū)段車次號(hào)雙向傳送功能，其中甲鐵路局集團(tuán)公司向乙鐵路局集團(tuán)公司傳送A 站（不含A 站）—B站（含B站）范圍內(nèi)的無(wú)線車次號(hào)信息；乙鐵路局集團(tuán)公司向甲鐵路局集團(tuán)公司傳送B 站（不含B 站）—C站（含C站）范圍內(nèi)的無(wú)線車次號(hào)信息，列車運(yùn)行前方鐵路局集團(tuán)公司提前接收到該列車的無(wú)線車次號(hào)信息，從而實(shí)現(xiàn)跨局運(yùn)行列車正常接收無(wú)線進(jìn)路預(yù)告。

2.2 無(wú)線發(fā)車進(jìn)路預(yù)告功能

CTC系統(tǒng)無(wú)線接車進(jìn)路預(yù)告功能主要是向列車預(yù)告接車進(jìn)路或通過(guò)進(jìn)路的辦理情況。在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，運(yùn)輸部門提出“無(wú)線發(fā)車進(jìn)路預(yù)告”的功能需求，即在辦理發(fā)車進(jìn)路（或通過(guò)進(jìn)路）后，系統(tǒng)向列車司機(jī)發(fā)送發(fā)車進(jìn)路（或通過(guò)進(jìn)路）已辦理好及發(fā)往下一站站名的預(yù)告信息，該功能已經(jīng)納入《智能調(diào)度集中系統(tǒng)暫行技術(shù)條件》［5］。2021 年7 月，京滬高鐵CTC 系統(tǒng)無(wú)線發(fā)車進(jìn)路預(yù)告功能啟用，該功能減輕了人工車機(jī)聯(lián)控的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了鐵路運(yùn)輸安全，運(yùn)用狀況良好。

3 車次號(hào)自動(dòng)變換

高鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，車次號(hào)是高鐵列車的重要標(biāo)記，也是CTC 系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)劃調(diào)整、自動(dòng)排路的重要參數(shù)。京滬高鐵存在多個(gè)始發(fā)終到站，同時(shí)與多條其他高鐵線路交錯(cuò)運(yùn)行，出入庫(kù)列車變更車次、終到列車車次折返為始發(fā)車次、跨線并網(wǎng)運(yùn)行列車變更車次等情況大量存在。若采用人工修改列車車次，則需要占用調(diào)度員（值班員）大量精力。為此，CTC 系統(tǒng)增加了車次號(hào)自動(dòng)變換功能，在折返站和跨線并網(wǎng)運(yùn)行車站，根據(jù)列車計(jì)劃自動(dòng)變換車次號(hào)，實(shí)現(xiàn)了出入庫(kù)列車車次、折返站始發(fā)終到車次、跨線運(yùn)行車次的全自動(dòng)產(chǎn)生和變更。據(jù)統(tǒng)計(jì)，京滬高鐵北京南站CTC 系統(tǒng)僅一天減少的人工修改車次號(hào)次數(shù)達(dá)300次以上。

4 智能化展望

當(dāng)前，隨著《智能高速鐵路體系架構(gòu)1.0》正式頒布實(shí)施［6］，高鐵行車調(diào)度指揮系統(tǒng)的智能化工作正在有序開展。智能CTC 系統(tǒng)是在現(xiàn)有CTC 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對(duì)智能化需求的補(bǔ)充，京滬高鐵智能CTC 系統(tǒng)是下一步行車調(diào)度指揮的發(fā)展方向。結(jié)合京滬高鐵實(shí)際情況，運(yùn)行圖智能調(diào)整、CTC 與牽引供電數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控操作（SCADA）系統(tǒng)結(jié)合、CTC 與災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)合以及崗位智能聯(lián)動(dòng)等高鐵智能CTC 系統(tǒng)的核心功能，將作為當(dāng)前研究和未來(lái)應(yīng)用的重點(diǎn)［7-9］。

4.1 運(yùn)行圖智能調(diào)整

列車運(yùn)行圖編制和調(diào)整是高鐵運(yùn)營(yíng)的重要工作，尤其是應(yīng)急情況下，運(yùn)行圖的快速調(diào)整顯得尤為重要。目前運(yùn)行圖調(diào)整主要依靠人工完成，一方面勞動(dòng)強(qiáng)度較大；另一方面，由于調(diào)度員經(jīng)驗(yàn)水平不同，在緊急情況下易受到心理因素干擾，運(yùn)行圖的調(diào)整質(zhì)量和效果也因人而異。

智能CTC 系統(tǒng)綜合線路數(shù)據(jù)、車輛數(shù)據(jù)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)信息、歷史處置規(guī)律等數(shù)據(jù)，通過(guò)系統(tǒng)建模，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車運(yùn)行計(jì)劃的智能調(diào)整，達(dá)到運(yùn)行圖快速、合理調(diào)整的目的［7］。當(dāng)系統(tǒng)接收到設(shè)備故障信息時(shí)，可根據(jù)設(shè)備故障設(shè)立區(qū)間、股道封鎖等，并完成列車運(yùn)行線扣停、股道調(diào)整等操作。當(dāng)系統(tǒng)接收到風(fēng)雨雪災(zāi)害報(bào)警時(shí)，通過(guò)對(duì)列車位置、限速范圍、限速值等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，從而對(duì)運(yùn)行計(jì)劃進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。系統(tǒng)可根據(jù)扣停、限速情況對(duì)列車晚點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并通過(guò)局間接口向其他鐵路局集團(tuán)公司進(jìn)行早晚點(diǎn)預(yù)告，同時(shí)當(dāng)列車在折返站晚點(diǎn)時(shí)還可根據(jù)最小折返時(shí)間對(duì)列車始發(fā)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。列車運(yùn)行圖智能調(diào)整要重點(diǎn)解決跨臺(tái)、跨局運(yùn)行計(jì)劃的自動(dòng)調(diào)整。

4.2 CTC與SCADA系統(tǒng)結(jié)合

目前，行車調(diào)度與供電調(diào)度間通過(guò)電話或其他管理系統(tǒng)，對(duì)停送電施工計(jì)劃或現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的臨時(shí)停電等情況進(jìn)行申請(qǐng)和通知，供電調(diào)度在SCADA 系統(tǒng)上進(jìn)行供電臂停送電操作，行車調(diào)度在CTC 系統(tǒng)上設(shè)置相關(guān)供電臂的停電或上電狀態(tài)，CTC 系統(tǒng)可根據(jù)此狀態(tài)卡控列車信號(hào)。實(shí)現(xiàn)CTC 系統(tǒng)與牽引供電SCADA 系統(tǒng)結(jié)合后，停送電作業(yè)可以實(shí)現(xiàn)管控一體化，即行車調(diào)度和供電調(diào)度通過(guò)系統(tǒng)間交互停送電作業(yè)申請(qǐng)和通知的管理功能，同時(shí)可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)SCADA 系統(tǒng)停送電作業(yè)時(shí)，對(duì)有無(wú)電力牽引列車運(yùn)行的卡控，CTC 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)防止電力牽引列車（動(dòng)車組）進(jìn)入停電區(qū)的卡控。CTC 與SCADA 系統(tǒng)結(jié)合，要重點(diǎn)解決信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性問(wèn)題，確保安全卡控及時(shí)準(zhǔn)確［7-8］。

4.3 CTC與災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)合

目前災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在行車調(diào)度臺(tái)上設(shè)置終端，主要展示風(fēng)雨雪等災(zāi)害報(bào)警信息，調(diào)度員觀察到有報(bào)警信息后，在CTC 系統(tǒng)上進(jìn)行臨時(shí)限速、無(wú)線調(diào)度命令等擬制和發(fā)送。實(shí)現(xiàn)CTC 系統(tǒng)與災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)合后，智能CTC 系統(tǒng)可接收災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的風(fēng)雨雪報(bào)警信息，并在CTC 調(diào)監(jiān)顯示屏上展示，CTC 系統(tǒng)可輔助調(diào)度員快速擬制無(wú)線調(diào)度命令和臨時(shí)限速命令，同時(shí)根據(jù)限速信息完成對(duì)運(yùn)行計(jì)劃的智能調(diào)整［9］。CTC 與災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)合，要重點(diǎn)解決和處理風(fēng)雨雪等災(zāi)害信息存在多變性的問(wèn)題。

4.4 崗位智能聯(lián)動(dòng)

目前高鐵接發(fā)車作業(yè)涉及的崗位主要是值班員、外勤助理、客運(yùn)綜控等，需要傳遞的信息包括確認(rèn)接發(fā)車計(jì)劃、接發(fā)車條件等。當(dāng)前各崗位傳遞作業(yè)信息的手段主要是通過(guò)移動(dòng)電話、對(duì)講機(jī)等。

崗位智能聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)將為車站各崗位配備移動(dòng)智能終端，智能終端可以實(shí)現(xiàn)作業(yè)信息的上傳下達(dá)功能。移動(dòng)智能終端可利用車站W(wǎng)i-Fi 或者4G/5G 專用網(wǎng)絡(luò)，智能CTC 系統(tǒng)向相關(guān)崗位發(fā)布接發(fā)車計(jì)劃、作業(yè)要求、調(diào)度命令等，各崗位人員通過(guò)移動(dòng)智能終端可向值班員傳送上水/吸污作業(yè)情況以及接收命令回執(zhí)等。

5 結(jié)束語(yǔ)

京滬高鐵開通十年來(lái)，對(duì)CTC 系統(tǒng)進(jìn)行了大量系統(tǒng)優(yōu)化和功能提升，結(jié)合當(dāng)前鐵路裝備現(xiàn)代化、信息化發(fā)展的趨勢(shì)，京滬高鐵CTC 系統(tǒng)智能化將是未來(lái)的方向發(fā)展，智能CTC 系統(tǒng)將全面提升調(diào)度中心與車站調(diào)度指揮的作業(yè)水平，為保障行車安全、提高運(yùn)輸效率提供更好的技術(shù)支撐［10］。