武長海 管建華

到2014年6月，我國已有近1.2萬公里高速鐵路投入運營，開行動車組1300對以上，這是世界上最大的高速鐵路網(wǎng)，也是效率最高的鐵路網(wǎng)。作為保障高速鐵路運營安全、可靠、高效的核心，高鐵調(diào)度集中系統(tǒng) (CTC系統(tǒng))集成技術(shù)，經(jīng)歷了起步階段、線路別小規(guī)模系統(tǒng)集成、路網(wǎng)性大規(guī)模系統(tǒng)集成等幾個階段，并向信息化、集成化、標準化的方向發(fā)展。

1 中國高鐵調(diào)度集中系統(tǒng)發(fā)展

1.1 起步階段 (2002～2004年)

秦沈線是我國第一條高速鐵路 (時速200 km以上)，采用 CTC系統(tǒng)，開通于2003年，并于2010年改造為分散自律CTC系統(tǒng);系統(tǒng)初步具備了列車及調(diào)車進路控制、行車信息顯示、列車運行自動跟蹤、列車運行圖管理、運營統(tǒng)計報表、重疊信息顯示等行車指揮功能;通過應(yīng)答器及軟件實現(xiàn)車次號確認及自動追蹤功能;具備設(shè)備集中報警及與其他系統(tǒng)交換信息功能。

系統(tǒng)特點:實現(xiàn)了列車/調(diào)車進路自動辦理、車次號確認、車站CTC分機與聯(lián)鎖本地控制臺合二為一。

1.2 線路別小規(guī)模系統(tǒng)集成階段 (2005～2011)

2004年我國發(fā)布《分散自律CTC技術(shù)條件》，普速鐵路采用了具備分散自律功能的CTC系統(tǒng)。隨著CTCS-2和CTCS-3級列控系統(tǒng)的成熟，高鐵CTC系統(tǒng)在普速CTC基礎(chǔ)上不斷完善，通過與高鐵列控中心 (TCC)、無線閉塞中心 (RBC)、臨時限速服務(wù)器 (TSRS)等結(jié)合，并開發(fā)其他配套功能，滿足了350 km/h高鐵調(diào)度指揮需要。京津城際、京滬高鐵、武廣高鐵等十幾條高鐵CTC相繼開通使用，除京津城際采用進口西門子的系統(tǒng)外，其余各線均為分散自律型CTC系統(tǒng)。各線獨立構(gòu)建CTC系統(tǒng)，配置標準低，系統(tǒng)規(guī)模小，處理能力有限，維護管理分散;系統(tǒng)功能上增加了與列控系統(tǒng) (TCC、RBC、TSRS等)結(jié)合，實現(xiàn)臨時限速設(shè)置等功能;通過與基于GSM-R的無線系統(tǒng)結(jié)合實現(xiàn)車次號傳輸?shù)取?/p>

系統(tǒng)特點:實現(xiàn)分散自律，實現(xiàn)與列控結(jié)合，系統(tǒng)規(guī)模和處理能力有限。

1.3 路網(wǎng)性大規(guī)模系統(tǒng)集成階段 (2012～2014)

為適應(yīng)高鐵運營網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，原鐵道部于2007年啟動了北京、上海、武漢、廣州及原鐵道部“四所一中心”調(diào)度指揮中心工程，開啟了路網(wǎng)性高鐵CTC系統(tǒng)研究和建設(shè)進程。我國規(guī)劃的高速鐵路具有運營里程長、路網(wǎng)縱橫交織、覆蓋范圍廣、車輛類型多、與既有線聯(lián)系復(fù)雜、部分線路客貨混運等特點;各條高鐵規(guī)劃定位不同，速度目標值、追蹤密度、基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)裝備水平存在差異，在路網(wǎng)中發(fā)揮的功能不同，其運輸組織和調(diào)度模式與國外不同，與我國傳統(tǒng)的運輸組織也有較大區(qū)別，運輸組織的難度和協(xié)調(diào)的聯(lián)動性較大;高鐵CTC系統(tǒng)須是一個系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜、技術(shù)要求高、功能要求完善、可實施性要求強的龐大的路網(wǎng)性、系統(tǒng)性平臺。以上海鐵路局高鐵調(diào)度中心為例，2015年度管轄的高速鐵路、客運專線、城際鐵路約20條近6000 km。經(jīng)過近7年的系統(tǒng)研究和建設(shè)，路網(wǎng)性高鐵CTC系統(tǒng)目前已成功應(yīng)用于5個鐵路局及總公司調(diào)度中心，并將在全國各鐵路局推廣。

系統(tǒng)特點:系統(tǒng)規(guī)模龐大，系統(tǒng)組網(wǎng) (萬兆核心局域網(wǎng))和配置標準大幅提升，采用統(tǒng)一應(yīng)用軟件，采用符合信息安全等級保護四級要求的信息安全技術(shù)。

2 CTC系統(tǒng)集成技術(shù)發(fā)展

2.1 總體技術(shù)方案

高鐵CTC系統(tǒng)為三層架構(gòu):第一層為鐵路總公司調(diào)度中心;第二層為鐵路局高鐵CTC系統(tǒng);第三層為車站CTC子系統(tǒng)。三層之間目前均采用N×2 Mb/s數(shù)字通道連接。

依據(jù)運基信號〔2009〕676號文，總公司高鐵CTC中心與普速TDCS中心分別組網(wǎng)按照2個硬件平臺建設(shè)。但鑒于總公司調(diào)度中心統(tǒng)一指揮全國鐵路，無論是高鐵還是普速鐵路，主要執(zhí)行宏觀監(jiān)督指揮功能，綜合考慮系統(tǒng)投資、維護管理等因素，經(jīng)過方案比選，采用了總公司高鐵CTC與普速TDCS系統(tǒng)合并設(shè)置一套硬件平臺方案，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與路局級結(jié)構(gòu)相近。

圖1 路局高鐵CTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

路局高鐵CTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、通信前置服務(wù)器、仿真培訓服務(wù)器、各類接口服務(wù)器、復(fù)示終端查詢服務(wù)器、運維服務(wù)器、對外信息提供服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備、通信質(zhì)量監(jiān)督設(shè)備、時鐘校核設(shè)備、電源設(shè)備、防雷設(shè)備、繪圖儀設(shè)備、網(wǎng)管工作站、系統(tǒng)維護工作站、調(diào)度員工作站、助理調(diào)度員工作站、控制工作站、值班主任工作站、計劃員工作站、仿真培訓工作站、N+1備用工作站、機房綜合監(jiān)控設(shè)備等。

2.2 系統(tǒng)總體功能

總公司CTC/TDCS中心接收各調(diào)度所發(fā)送的列車運行狀況、信號設(shè)備顯示狀態(tài)、計劃運行圖、實際運行圖、施工、事故、災(zāi)害等信息，為總公司各工種調(diào)度提供列車運行宏觀顯示、信號設(shè)備顯示狀態(tài)實時監(jiān)視、運行圖管理、調(diào)度命令管理、列車動態(tài)跟蹤、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析及預(yù)測、技術(shù)資料管理及仿真培訓等功能。

鐵路局高鐵CTC中心功能分為基本功能、新增功能、拓展功能3個部分。

1.基本功能:高鐵列車動態(tài)跟蹤、列車運行宏觀顯示、信號設(shè)備運用狀態(tài)實時監(jiān)視、列車運行時刻顯示查詢、運行圖管理;高鐵運行調(diào)整計劃管理、高鐵車站進路及信號設(shè)備控制、調(diào)度命令管理、運行計劃管理、施工信息管理等。

2.新增功能:高鐵車站信號機點燈滅燈控制、與TSRS結(jié)合、與RBC結(jié)合;高鐵列車運行監(jiān)視及站場增強顯示 (包含運行速度、動車控制模式和工作模式、移動授權(quán)、低頻信息、信號機點燈滅燈狀態(tài)、接觸網(wǎng)供電狀態(tài)、列車停穩(wěn)、有源應(yīng)答器、牽引類型、高低站臺、運轉(zhuǎn)室位置、區(qū)間中繼站、分相點等顯示)。

3.拓展功能:基本圖信息、實際調(diào)整圖、施工信息、調(diào)度命令、統(tǒng)計信息、站存車信息服務(wù)等。

3 系統(tǒng)集成關(guān)鍵技術(shù)

高鐵CTC系統(tǒng)集成主要包含3個層面:與信號其他子系統(tǒng)的集成;與通信、信息、牽引供電等各外部系統(tǒng)集成;與調(diào)度中心土建及配套系統(tǒng)集成。

3.1 與信號其他子系統(tǒng)集成

3.1.1 與列控系統(tǒng)結(jié)合

1.與TSRS接口。1個調(diào)度臺設(shè)置1套TSRS，1套TSRS對應(yīng)1套CTC-TSRS接口服務(wù)器，雙向交互信息內(nèi)容包括:限速命令擬定、執(zhí)行，時鐘同步;限速狀態(tài)及報警，操作反饋，時鐘同步。

2.與RBC系統(tǒng)接口。每個高鐵項目一般設(shè)置1套CTC-RBC接口服務(wù)器，雙向交互信息包括:建立連接、連接檢查、關(guān)閉連接，時鐘同步，文本信息;列車位置、車次號、運營模式、速度等列車狀態(tài)，連接狀態(tài)，報警，操作反饋信息等。

3.1.2 與信息安全系統(tǒng)結(jié)合

信息安全系統(tǒng)是承擔高鐵CTC系統(tǒng)內(nèi)部不同區(qū)域間、與外部系統(tǒng)間信息交換安全的關(guān)鍵子系統(tǒng);工程應(yīng)用適應(yīng)于國家信息安全等級保護四級(民用領(lǐng)域最高級別)的信息安全技術(shù)方案;按照分區(qū)分域、主動防護的設(shè)計理念，在安全管理中心的統(tǒng)一管理下，實現(xiàn)了針對TDCS/CTC系統(tǒng)的縱深防御、整體防御。圖2顯示了路局CTC、TDCS與信息安全系統(tǒng)整體集成。

3.1.3 系統(tǒng)綜合布線

圖2 路局CTC、TDCS與信息安全系統(tǒng)整體集成

高鐵CTC系統(tǒng)局域網(wǎng)規(guī)模和架構(gòu)較以往有了巨大變化。以北京調(diào)度所為例:系統(tǒng)主機房面積近700m2，機柜數(shù)量達到100個以上，各類服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、信息安全、綜合布線機柜等數(shù)量龐雜;除了主機房內(nèi)綜合布線外，系統(tǒng)還有大量與調(diào)度大樓內(nèi)樓宇綜合布線，調(diào)度大廳、各查詢終端所在樓層的布線，以及與運調(diào)管理信息系統(tǒng)、PSCADA、大屏幕顯示等系統(tǒng)間的布線。CTC系統(tǒng)實現(xiàn)了以列頭交換機、列頭電源柜等為骨架，由光纜、超六類線、同軸纜等多種線纜組成的綜合布線系統(tǒng)。較傳統(tǒng)的分散系統(tǒng)供電、點對點通信連接方式等，其系統(tǒng)性和功能性更強，方案更合理優(yōu)化。解決了大規(guī)模CTC系統(tǒng)合理網(wǎng)絡(luò)布線、電源布線的問題，為后續(xù)工程接入中心系統(tǒng)創(chuàng)造了良好的條件。

3.1.4 與維護管理結(jié)合

隨著高鐵CTC系統(tǒng)規(guī)模變化，維護管理方法和裝備也發(fā)生了變化，系統(tǒng)機房維護管理主要包括:環(huán)境監(jiān)控、電源監(jiān)控、視頻監(jiān)控、IT設(shè)備管理、通信監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、軟件監(jiān)控、大屏幕顯示等，各模塊承擔不同的維護管理職責。

3.2 與通信、信息、牽引供電等各外部系統(tǒng)集成

通過與信號系統(tǒng)的集成，完成了信號系統(tǒng)控制、指揮功能，通過與整個通信、信息、供電等電子信息系統(tǒng)集成，實現(xiàn)與列車計劃子系統(tǒng)、動車底調(diào)度子系統(tǒng)、旅客向?qū)ё酉到y(tǒng)和綜合維修子系統(tǒng)信息和數(shù)據(jù)的共享，向鐵路管理部門、組織部門和實施部門提供列車運行的所有關(guān)鍵數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了運輸信息管理、運輸組織決策的高度統(tǒng)一協(xié)調(diào)。

3.3 與調(diào)度指揮中心土建及配套工程集成

3.3.1 土建環(huán)境集成

主機房按照國標計算機房A級標準裝修。

承重:主機房不小于1000 kg/m2，UPS/電池不小于1600 kg/m2。

走線:下走線 (靜電地板距地面750 mm)。

溫度:設(shè)備 (23±1)℃。

濕度:40% ～55%。

送風方式:設(shè)備，下送上回;工作人員，上送上回。

溫度變化率:＜5℃/h，不得結(jié)露。

3.3.2 電源配套

CTC系統(tǒng)要求雙路不間斷供電，每路UPS及電池組不間斷供電要求不小于30min;UPS要求采用2×(N+1)方式。

3.3.3 通信配套 (廣域網(wǎng))

僅路局高鐵廣域網(wǎng)至少包含3個層次:調(diào)度所至車站級別廣域網(wǎng);總公司與各路局調(diào)度所間、各調(diào)度所相互間廣域網(wǎng)，各調(diào)度所與GSM-R、RBC、TSRS等其他系統(tǒng)的廣域網(wǎng)。CTC中心至通信系統(tǒng)間實施了以STM信道化155 Mb/s(相當于63個2 Mb/s)代替2 Mb/s通道。

4 中國高鐵調(diào)度集中系統(tǒng)集成技術(shù)展望

高鐵CTC系統(tǒng)已在5個鐵路局調(diào)度所及總公司調(diào)度中心運營，并已在其他10余個高鐵及城際鐵路調(diào)度中心推廣應(yīng)用。此系統(tǒng)是國內(nèi)一次建成標準最高、可擴展性最強、信息保護安全等級最高、具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的運輸調(diào)度指揮系統(tǒng)，表現(xiàn)出極強的技術(shù)輻射能力。實現(xiàn)了從技術(shù)方案到設(shè)計方案到建設(shè)成果、運營成果的轉(zhuǎn)化，其應(yīng)用全面提升了高鐵運輸安全保障能力，創(chuàng)新了電務(wù)運營維護管理水平。各調(diào)度所自2012年底陸續(xù)開通以來，驗證了系統(tǒng)的功能需求和系統(tǒng)需求，滿足我國高速鐵路運輸要求，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，設(shè)備工作安全可靠，系統(tǒng)設(shè)計先進合理，功能完善，運輸指揮靈活高效，各種工作站及終端界面友好，運輸調(diào)度指揮的安全性、穩(wěn)定性、高效性得到了有效保證，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

隨著全國高鐵路網(wǎng)的建成和發(fā)展，結(jié)合信號列控系統(tǒng)技術(shù)的進步，兼顧通信、信息等技術(shù)發(fā)展，中國高鐵CTC系統(tǒng)也必將向更安全、更實時、自動化、免維護、標準化的方向發(fā)展。以下從7個方面對未來發(fā)展作一展望:

1.設(shè)計、施工、驗收等建設(shè)標準進一步明確。目前高鐵CTC系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)計、施工、驗收標準比較有限，在原先系統(tǒng)規(guī)模小、功能簡單的情況下還可行;隨著大規(guī)模系統(tǒng)集成發(fā)展，需要一批能指導設(shè)計、施工、驗收的工程建設(shè)規(guī)范，事事有依據(jù)，事事有流程，實現(xiàn)工程建設(shè)標準化的目標。

2.系統(tǒng)軟件功能將進一步完善、標準化。總公司作為全路綜合性指揮中心，將向統(tǒng)計分析、應(yīng)急指揮、與國家其他信息系統(tǒng)結(jié)合的方向發(fā)展。例如:總公司應(yīng)能通過視頻、三維地理信息系統(tǒng)等，第一時間聚焦事故現(xiàn)場，為及時解決現(xiàn)場事故等調(diào)度決策提供智能手段;路局調(diào)度中心側(cè)重于現(xiàn)場設(shè)備控制，向自動化、信息化、可視化發(fā)展;軟件功能將結(jié)合列控發(fā)展逐步實現(xiàn)時刻表自動調(diào)整、運行間隔自動調(diào)整、與安全門結(jié)合、精確停車、節(jié)能運行等列車自動駕駛 (ATO)、列車自動監(jiān)控 (ATS)的功能;同時，鐵總、鐵路局的系統(tǒng)應(yīng)用軟件將實現(xiàn)標準化、統(tǒng)一化，調(diào)度指揮人員面向統(tǒng)一的人機界面和功能，系統(tǒng)運行效率將大幅提升。

3.系統(tǒng)信息安全技術(shù)深化發(fā)展。信息安全是國家戰(zhàn)略、是鐵路信息化的重要部分，CTC系統(tǒng)的信息安全是鐵路信息安全的關(guān)鍵系統(tǒng)，運輸調(diào)度指揮系統(tǒng)被國家確定為信息安全等級保護四級系統(tǒng)。目前第二代信息安全技術(shù)進入到推廣應(yīng)用階段，信息安全技術(shù)和產(chǎn)品在安全性、可靠性、兼容性等方面還有待加強，比如小型機信息安全、與TDCS/CTC系統(tǒng)匹配性、與第一代系統(tǒng)兼容性等問題;同時，系統(tǒng)需明確第三方功能驗證標準和方式;此外，在安全管理方面還需加強配套，通過控制各參與信息系統(tǒng)角色的活動，從政策、制度、規(guī)范、流程以及記錄等方面做出規(guī)定，來實現(xiàn)信息安全等級保護四級的全部要求。

4.災(zāi)備系統(tǒng)研究及建設(shè)展望。作為全球最大的高鐵運營網(wǎng)絡(luò)，從遠期考慮，有必要研究災(zāi)備系統(tǒng)的成套技術(shù)方案和實施方案。災(zāi)備系統(tǒng)本身是多系統(tǒng)、多專業(yè)、多工種整體的技術(shù)方案，作為鐵路行車指揮的中樞，調(diào)度所災(zāi)難情況下，要求各類應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)在短時間內(nèi)完成災(zāi)備系統(tǒng)的啟用。根據(jù)《信息系統(tǒng)災(zāi)難恢復(fù)規(guī)范》(GB/T20988-2007)，調(diào)度所備用中心災(zāi)難恢復(fù)能力等級應(yīng)不低于5級，即按照數(shù)據(jù)實時傳輸和完整系統(tǒng)支持考慮，采用遠程數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)、備用網(wǎng)絡(luò)具備自動或集中切換能力。實現(xiàn)災(zāi)備系統(tǒng)是一個關(guān)系到多系統(tǒng)配置及軟件開發(fā)、多專業(yè)及部門災(zāi)備預(yù)案研究、人員培訓與演習等復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要從鐵路總公司頂層加強設(shè)計，明確災(zāi)備系統(tǒng)需求及研究方向，進一步實現(xiàn)工程化目標。

5.與通信、信息技術(shù)進一步融合。與通信系統(tǒng)接口光纖化、高速化，目前有的采用2 Mb/s數(shù)字通道通過電光-光電轉(zhuǎn)換方式，有的通過FE 10/100 Mb/s光纖組網(wǎng)，通信系統(tǒng)光通信技術(shù)和裝備日趨成熟，高鐵CTC系統(tǒng)對通信速度、可靠性要求越來越高，光通信是發(fā)展方向。與信息系統(tǒng)融合更加深入，運營對于高密度、高可靠、高舒適度、安全正點的要求越來越高，要求CTC系統(tǒng)與運調(diào)系統(tǒng)的計劃契合度更好，尤其在動車段 (所)等行車計劃與動車組、乘務(wù)組計劃等結(jié)合度更高;要求系統(tǒng)對運行圖的調(diào)整更加靈活、方便，為高速鐵路運輸計劃調(diào)整預(yù)備更多的調(diào)整預(yù)案，為安全正點提供系統(tǒng)保障;要求系統(tǒng)與客服系統(tǒng)間的結(jié)合更密切、更準確，在列車報點、停穩(wěn)信息管理等方面更精確。

6.仿真培訓功能平臺化、系統(tǒng)化。目前仿真培訓服務(wù)器連在CTC系統(tǒng)核心局域網(wǎng)上，易對主用系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。結(jié)合各局對于培訓仿真的需求及新技術(shù)條件，后續(xù)項目需考慮構(gòu)建仿真培訓專用子系統(tǒng)，獨立設(shè)置數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用服務(wù)器、局域網(wǎng)等設(shè)備，提供軟件、數(shù)據(jù)測試驗證及培訓平臺;設(shè)備包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)模擬服務(wù)器、培訓終端、維護工作站、車站綜合處理機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等;系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)CTC系統(tǒng)基本功能，并提供完全一致的操作方式;系統(tǒng)的軟件數(shù)據(jù)配置完全和實際一致，可對即將上線更換的軟件、數(shù)據(jù)進行仿真環(huán)境的測試。

7.系統(tǒng)維護管理功能集成化、標準化。目前CTC系統(tǒng)機房維護管理平臺仍存在模塊各自獨立、功能單一的問題，以某調(diào)度所CTC維護中心為例，共設(shè)置各類維護管理終端40臺，占地大、功能和報警信息分散、維護管理不便。隨著高鐵CTC系統(tǒng)發(fā)展，應(yīng)逐步將網(wǎng)絡(luò)、硬件、軟件、環(huán)境、視頻、布線、通道等各類維護終端實現(xiàn)集成整合，并對維護平臺功能和界面實現(xiàn)標準化，達到減少終端、高效運維的目標;在具體功能上，逐步實現(xiàn)故障無線通知、三維可視、智能布線等功能，及時有效發(fā)現(xiàn)、報告、調(diào)查、排除故障，對故障的全生命周期進行跟蹤和管理。

［1］ 運基信號［2009］676號.列車調(diào)度指揮系統(tǒng)(TDCS)、調(diào)度集中系統(tǒng)(CTC)組網(wǎng)方案和硬件配置標準(暫行).2009

［2］ 運基信號［2007］696號.CTC中心與車站通信協(xié)議.2007.

［3］ 運基信號［2010］738號.關(guān)于實施調(diào)度集中(CTC)統(tǒng)一軟件工作的通知.2010.

［4］ GB22239-2008.信息安全技術(shù)信息系統(tǒng)安全等級保護基本要求(S).

［5］ 武長海，聶影.客運專線調(diào)度所CTC系統(tǒng)實施方案研究［J］.鐵路通信信號，2008(5).