CTC条件下基于进路状态的进路自动控制方法
2016-11-12陈建鑫
陈建鑫
(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司,北京 100070)
CTC条件下基于进路状态的进路自动控制方法
陈建鑫
(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司,北京 100070)
设计一种围绕进路状态展开的进路自动控制方法,详细论述进路状态定义和转换过程,并针对命令丢失和延续进路转发车两个实际运营场景,给出基于进路状态的完整解决方案,最后引入State模式,提出一种基于本方案的软件设计方法。
CTC;进路状态定义;进路状态流转;进路自动控制;State模式
1 问题提出
调度集中控制系统(以下简称CTC)采用调度集中统一和分散控制相结合的方式,实现进路的自动排列。进路自动排列作为CTC系统的核心功能之一,进路自动排列功能不仅有效的降低运输人员作业强度,更有效控制错办误办风险。近年来,随着CTC系统在铁路运输领域的逐步推广,调度指挥人员对进路自动排列功能的安全性和智能性提出更高的要求。一直以来,以计划为核心的进路自动控制处理很好的保证了进路自动办理与车序的一致性,降低了错办误办的风险,提高了进路自动办理的安全性。但是在进路实际办理过程中,仍然存在很多异常或者特殊的运用场景,这些场景下系统若无法提供自动化的保障手段,就须由运输作业人员进行人工控制,运输作业效率大打折扣。因此,在保证车序的情况下,如何对这些场景进行有效的识别并提供自动化的控制手段是本文研究重点,将以命令丢失、延续进路转发车两类场景为例对本方案应用思路进行介绍。
2 研究思路
CTC条件下,以计划车序为依据,围绕进路状态的有序流转,以状态驱动控制、状态制约控制,实现针对各类异常或特殊运用场景的自动控制,从而达到提高进路自动办理智能化水平的目标。
1)以计划车序为首要条件,在不影响车序的条件下,针对进路办理过程中一些异常或特殊的运用场景,提供自动化的控制手段,提高进路办理的自动化水平;
2)结合不同的运用场景,通过对进路基本运用状态的扩展延伸,确定某些状态下可实施的自动控制手段,实现状态对自动控制的驱动;
3)通过进路状态的识别实现对所有自动控制结果的追踪,通过进路状态的有序流转实现自动控制的闭环管理,进而达到状态制约控制的目标。
3 进路状态
进路状态包含进路状态定义和进路状态流转两方面内容。进路状态定义是指CTC条件下,根据实际运营需要,定义的各种进路逻辑运用状态;进路状态流转是针对进路的各种逻辑运用状态,通过对操作命令、进路相关设备状态的综合判定实现状态间的有序转变。
3.1 进路状态定义
按照一般的进路办理场景,可分为计划状态、命令下达、进路锁闭、信号开放、进路占用、进路出清、进路取消等7种基本运用状态。
计划状态:初始状态,由阶段计划解析为进路序列后未进行任何自动或人工选排处理的初始状态;命令下达:系统已向联锁发出进路选排指令;进路锁闭:待选排进路中包含的所有设备均已处于锁闭状态;
信号开放:待选排进路的始端信号机开放行车许可信号;
进路占用:列车压入进路,进路始端信号关闭,且设备顺次被占用;
进路出清:列车占用完成,由本进路驶出;
进路取消:通过“总取消”或“总人解”等操作命令,对办理完成进路进行取消。
3.2 进路状态流转
进路状态流转是对列车作业过程的有效追踪,是一个严密且有序的过程,而非简单的状态映射。如同样为进路设备全部解锁的状态下,结合不同的过程可确定是由于进路取消操作而转入“进路取消”状态,还是由于列车占用完成后的“进路出清”状态。进路状态具体流转过程如图1所示。
图1 进路墓本状态流转图
1)计划状态→命令下达:系统或人工向联锁系统发送进路选排命令,进路即变化为“命令下达”状态;
2)命令下达→进路锁闭:对进路所含设备状态信息进行判定,进路包含的所有设备均处于锁闭状态时,进路即变化为“进路锁闭”状态;
3)进路锁闭→信号开放:对进路的防护信号机状态信息进行判定,进路的防护信号机开放行车许可信号时,进路即变化为“信号开放”状态;
4)信号开放→进路占用:对通过进路的防护信号机和包含设备状态进行判定,进路防护信号机关闭,且内方第一区段处于占用状态时,进路即变化为“进路占用”状态;
5)进路占用→进路出清:对进路包含设备状态进行判定,进路包含设备全部出清且全部解锁时,进路即变化为“进路出清”状态;
6)信号开放→进路取消:对下达命令和进路包含设备状态进行判定,下达进路“总取消”或者“总人解”命令,且进路包含设备全部解锁,进路即变化为“进路取消”状态。
4 应用解决方案
4.1 命令丢失
场景描述:操作命令分为人工命令和系统命令两种,都是由CTC系统以串口方式下达至联锁系统,由系统发出命令至联锁接收到命令中间经由多个业务处理模块,在网络或串口通信受干扰情况下命令在传输过程中发生丢失现象,即CTC系统认为完成命令发送,而联锁设备并未接收到命令信息。此时盲目重发可能会导致进路选排异常,不做重发处理又会影响现场作业效率,因此如何准确识别出命令是否下达到联锁,且能针对下达结果不同提供相应处理逻辑以满足现场运营需要是本场景重点要解决的问题。
解决方案:扩展命令执行和办理失败两个状态,增加命令下达→计划状态、命令下达→命令执行、命令执行→进路锁闭、命令执行→办理失败4个状态流转过程。进路状态流转逻辑演变为:
1)“命令执行”状态标识联锁已经开始执行命令,通过进路始终端按钮的状态和联锁串口通信层回执信息进行识别。
2)对于处于“命令下达”状态的进路,3 s内未成功转入“命令执行”状态的进路可转入“计划状态”,系统自动进行命令重发处理,解决命令传输过程中丢失问题。
图2 进路扩展状态流转图
3)对于已经进入“命令执行”状态的进路,45 s内完成锁闭,则转入“进路锁闭”状态,回归至基本状态流转中;若45 s内未完成锁闭,则通过“办理失败”状态的扩展实现对进路办理失败的识别,对于办理失败的进路及时告知作业人员进行人工处理,以此来降低作业风险。
4.2 延续进路转发车
场景描述:在一些存在6‰下坡道的车站,依照联锁信号条件,接车进路办理时需办理相应的延续进路,延续进路在列车头部压入股道后延时3 min后自动解锁。而在实际运营过程中,很多动车组列车停站1 min后即要发车,延时3 min的自动解锁机制严重影响运输作业效率。由此运输人员提出延续进路转发车的运营需求,具体为:延续进路直接延续至发车口,列车停稳后将延续进路转发车进路,并对发车进路进行自动重开信号处理,在不违背联锁信号条件,又不影响作业效率的情况下,实现发车进路自动办理的目的。
解决方案:扩展“重开命令下达”和“重开命令执行”状态,增加计划状态→进路锁闭、进路锁闭↔重开命令下达、重开命令下达→重开命令执行、重开命令执行→信号开放、重开命令执行→计划状态。进路状态流转逻辑演变为:
1)“重开命令下达”状态标识信号重开命令已经由CTC系统发出;“重开命令执行”状态标识联锁已经开始执行信号重开命令。
图3 进路扩展状态流转图
2)重开命令执行成功,则进路转入“信号开放”状态,回归至基本状态流转中,完成重开信号的自动办理;若重开命令执行失败,则进路转入“计划状态”,同样回归至基本状态流转中,对于重开失败的进路重新回到常规进路办理模式中,按照进路基本状态流转过程进行进路的自动办理。
图4 墓干State模式类设计图
5 基于State模式的软件设计方案
State模式是面向对象设计模式的对象行为模式,很好的诠释了状态和行为之间的关系,一个对象的行为取决于它的状态,而行为的变化引发状态的转换。它将与特定状态相关的行为局部化,并且将不同状态的行为隔离。State模式的设计理念与围绕进路状态展开进路自动控制的设计思路十分切合,基于State模式的进路状态类设计方案如图4所示。
1)为进路引入一个抽象类State,通过State类实现对操作行为公共接口的声明,对于操作命令、设备状态变化信息,Route类可直接委托State类来完成。
2)State对象设计为只有行为的轻量级对象,无成员变量,为每一种State对象声明一个静态变量接口。不同的Route对象可共享同一个State对象,且State对象自身即可以定义转换规则,并完成向后续状态的转换。
6 结束语
以计划车序为前提,通过进路状态的定义和转换实现不同运用场景下进路自动控制的设计思路,打破了传统进路自动控制模式,使进路办理过程中各种自动控制处理更多元化、智能化,很好的满足了国铁复杂的运输作业需要,大大提高了运输作业效率。
[1]中国铁路总公司.Q/CR518-2016 调度集中系统技术条件[S].北京:中国铁道出版社,2016.
[2]中国铁路总公司.铁总运[2013]141号 铁路列车调度指挥系统(3.0)技术条件[S].北京:中国铁道出版社,2013.
[3]中华人民共和国铁道部.运基信号[2007]696号 调度集中系统(CTC)数据通信规程[S].北京:中国铁道出版社,2007.
[4]中国铁路总公司.铁总运[2014]141号 列车调度指挥系统(TDCS)数据通信规程(V3.0)[S].北京:中国铁道出版社,2014.
[5] Gamma E,Helm R,Johnson R,et al.设计模式—可复用面向对象软件的基础[M].北京:机械工业出版社,2007.
This paper introduces the design of an automatic route control method based on route states,discusses the defi nition and transition of the route states, and presents a complete solution for two practical scenarios such as Command-Miss and Successive Route Change to Departure Route. Finally, it puts forward a software design method based on the state mode.
CTC; defi nition of route state; transition of route states; automatic route control; state mode
10.3969/j.issn.1673-4440.2016.05.004
北京全路通信信号研究设计院集团有限公司重点课题项目(2014X004-C)
(2016-07-13)