基于区域联锁的CTC分机方案研究与建模

关 伟 王长林

关 伟:西南交通大学信息科学与技术学院 硕士研究生 610031 成都

王长林:西南交通大学信息科学与技术学院 教 授 610031 成都

随着国内铁路事业的飞速发展，在繁忙干线相继建设了高铁和客运专线。新线的开通对于既有的行车组织和车站信号系统都有一些改变。在传统分散自律调度集中技术条件下，CTC分机一般都是针对本站的进路进行控制，但如果在站间距离较短且站内道岔较少或不设道岔的车站，以及邻近线路所也设置CTC分机的情况，会造成站间交互过于频繁，对运输组织效率有不利影响。为进一步提高列车进路的控制与管理水平，本文探讨了一种基于区域联锁的CTC分机控制方案。

1 区域联锁的结构特点

区域联锁是在车站联锁系统的基础上，结合网络安全传输技术，将区间信号纳入区域进路控制范围而发展起来的控制系统，以此实现车站区间的一体化控制，其实质是在中心站设置区域联锁机，从控区域设区域控制机ACC(Area Control Computer)，使用ACC完成不同区域及区间的联锁控制和集中控制。与传统区间的信号控制不同，采用区域联锁模式时，区域联锁范围内区间解锁与空闲是车站接发进路的必要条件，这就要求区域联锁系统要严密记忆和对比区间行驶的车辆;区间轨道电路故障要有严格的区分条件;区间信号和行车显示必须准确等。以此来实现区间闭塞防护功能，进一步提高系统安全保障性能。

中心站的区域中心联锁机由联锁逻辑控制模块和系统调度模块组成。联锁逻辑控制模块根据站场结构和操作要求进行联锁逻辑处理和控制;系统调度模块实现系统间的通信和同步处理。中心站的联锁机完成本站及从控区域的联锁逻辑控制，通过联锁总线将进路命令传送给中心站及从控区域的ACC，来实现现场设备状态信息的采集，以及驱动相关室外设备。区域联锁的基本结构如图1所示。

2 区域联锁的CTC分机

2.1 CTC分机结构

图1 配置区域联锁的CTC分机整体连接架构

为了满足现代化铁路的高速、高密度运行需求，提出了一种基于区域联锁的CTC分机方案。在中心站设置一套自律机，中心站设备以基于TCP/IP双以太局域网连接起来。除此之外，CTC分机组成还包括:打印机、网络设备、电源设备、与区域联锁系统的接口设备等。CTC分机的基本架构如图1所示。

2.2 CTC分机功能

1．控制模式。多个从控区域的非常站控和分散自律的模式转换同时进行，由中心站的车站值班员在联锁操表机上进行转换，可采取非常站控或分散自律方式。

在分散自律模式下对于进路控制，有人工控制和计划控制2种方式。在人工控制方式下，中心站和从控区域的控制命令由中心站自律分机发送给区域联锁机执行，同时接收联锁的执行结果信息;在计划控制方式下，根据接收的列车调整计划和调车作业计划，结合相关行车组织的规定，检查计划的合法性、时效性、完整性和无冲突性等，进而产生控制进路指令。中心站自律机除了从CTC中心接收本站的列车阶段计划外，还接收从控区域的列车计划进路指令，在规定的时刻将指令转为命令，下达给区域联锁机执行。

2．多区域显示功能。多个从控区域可以同时在中心站进行显示，包括站场显示、设备运行状态的实时监视和列车的动态跟踪等。

3．进路指令的显示。多个从控区域的进路指令全部在中心站上显示。

4．进路控制范围。区域联锁根据进路命令，既可以完成中心站的联锁控制，也可以通过联锁总线对区域控制机完成从控区域内的进路控制，如图2所示。同时，区域控制机中的采集模块与区间轨道电路的相关接点连接，以获取区间每个轨道区段的状态，在满足站间的进路条件下，可以完成区间进路的排列。

图2 无岔从控区域的接车进路

5．相邻区域联锁机间的信息传递。2个区域联锁CTC分机之间进行进路信息交互时，在区域联锁机之间设置接口，如图3中所示的区域1从出站信号机向区域2排列列车进路，它们之间通过ACC传递进路信息，区域2联锁机收到区域1联锁机的发车进路信息后，自动排列从区域1闭塞接口开始的区间进路。

图3 不同区域联锁间的信息传递

6．车务终端完成区域内所有站调度命令的签收，可以自动生成行车日志。

7．电务终端监视区域范围内所有站的信号设备状态，对列车运行的早、晚点情况及主控站的调车作业单进行查询。

3 区域联锁CTC分机建模

通过对配置区域联锁的CTC分机基本结构及功能的分析后，下面利用统一建模语言UML，从用例图以及序列图角度，对本CTC分机模型进行描述。

3.1 区域联锁CTC分机的用例图

用例图在CTC分机建模需求分析阶段有很重要的作用，它是作为参与者的外部用户所能观察到的系统功能模型图。整个开发过程都是围绕需求阶段的用例进行的，描述人们希望如何使用一个系统。用例图显示谁将是相关的用户、用户希望系统提供什么服务，以及用户需要为系统提供的服务等，以便使用户更容易地理解这些元素的用途。用例模型主要由参与者、用例及用例描述等要素组成。

根据对系统的功能需求分析，确定系统的参与者主要包括列车群、CTC中心和区域联锁各系统，系统的时钟同步由CTC中心协调，并由CTC分机转发给区域联锁和列车群子系统。根据系统所需完成的基本功能，定义了与各个参与者相关的用例，具体如表1所示，系统用例图如图4所示。

表1 参与者相关的用例

3.2 区域联锁CTC分机的序列图

序列图是从动态的角度对系统中控制流的流动过程进行描述，区域联锁CTC分机的序列图如图5所示。图5显示了基于区域联锁的CTC分机与其他4个对象之间的动态信息流关系，具体说明如下。

1．CTC中心发送时钟同步信息给CTC分机。

2．CTC分机将时钟同步信息转发给区域联锁、列车群。

3．CTC分机接收CTC中心下达的列车运行计划。

4．区域联锁设备将区域内站场状态信息发给CTC分机，CTC分机得到信息后刷新站场状态。

5．CTC分机接收列车群的列车运行信息。

6．CTC分机根据《站细》规则，经过合法性、无冲突性判断得出办理进路命令。

7．区域联锁设备接收CTC分机发送的进路命令，办理相应区域内的进路，并发送回执。

8．CTC分机发送列车注册注销信息给列车群。

通过对区域联锁CTC分机的建模，体现了区域联锁CTC分机的系统架构，以及区域联锁CTC分机系统与其他系统的信息流交互过程。与传统的车站CTC分机系统相比较，该区域联锁CTC分机方案配合区域联锁机对站间的区间信号进行了集中统一控制，共同完成了对车站相邻区域进路控制范围的扩展;并将区域内区间信号的控制纳入到联锁控制范围，提高了联锁站相邻区域的区间列车进路的安全控制水平;而通过UML建模对于系统进一步的开发和实现有指导意义。

4 结束语

区域联锁的CTC分机方案，对无岔车站或区间中继站及区间的进路控制进行了研究，在中心站设区域联锁机和CTC分机，从控区域设区域控制机的情况下，利用远程控制技术，较好实现了对从控区域的调度及进路控制。方案对于节省工程投资和人力成本、提高行车组织效率具有参考价值。采用UML建模工具对区域联锁CTC分机系统建立的用例图和序列图的模型，有利于基于区域联锁的CTC分机系统进一步研发和实现。

［1］黄卫中．区域计算机联锁系统的设计和实现［J］．铁道通信信号，2005，41(9):6－10．

［2］王振东，盛凯，黄康，张琦．成灌客专FZy-CTC系统的研究［J］．铁道通信信号，2011，47(6):6－8．

［3］王秀娟，郭辉，王永寿．基于区域计算机联锁的CTC系统研究［J］．铁道学报，2010，32(4):130－133．

［4］吴丽君．基于UML的软件开发建模方法的研究［J］．黑龙江工程学院院报，2004，18(2):17－19．

［5］黄有能，唐涛．基于UML的城轨列车运行控制仿真系统建模与实现［J］．北京交通大学学报，2007，31(5):31－34

［6］中华人民共和国铁道部．分散自律调度集中系统(CTC)技术条件(暂行)［S］．北京:铁道部科技司，2004．