高速铁路CTC系统仿真技术的研究

张 晶

(中国铁路武汉局集团有限公司电务处，武汉 430071)

调度集中系统(CTC) 是综合了铁道信号和通信技术，自动收集列车行车信息并集中指挥行车的先进控制系统，是保证行车安全、提高铁路运输生产效率、改善行车指挥人员工作条件的重要行车设备。CTC系统已广泛应用于国内高速铁路、客专、城际和既有铁路等线路上。目前高速铁路正处于快速发展的阶段，因为CTC系统施工频繁，为确保天窗点内施工的准确和高效，在现场开通前进行CTC系统仿真测试非常重要。

1 CTC仿真系统技术现状

国内现有CTC模拟仿真系统研究主要注重于人工操作培训，缺乏对CTC仿真试验的研究，无法实现CTC系统改造升级的试验目的，且未涉及CTC仿真培训多学员多区段技术的研究。

因此，在现有CTC系统的基础上，建立一套与实际运营行车环境一致的CTC仿真系统，作为CTC仿真测试平台，切实有效地提高电务施工的准确性和安全性，同时亦可以作为维护人员技能培训平台，提高维护人员日常维护和应急处置能力。2016年，武汉局集团公司与有关厂家根据现场的需求，研发了高速铁路CTC仿真系统。

2 CTC仿真系统功能需求

CTC仿真系统依据CTC系统的技术规范、接口协议、系统功能需求、设备配置等进行仿真，做到与CTC系统的功能相一致。CTC仿真系统需要通过软件模拟CTC系统和CTC系统外部接口运行的各项功能。CTC仿真系统采用真实的CTC系统，实现CTC系统中心、调度台和车站设备的基本功能。CTC仿真系统的核心是模拟CTC系统运行的各种外部接口设备，包括CTC与联锁、列控、TSR、RBC、GSM-R等系统的接口仿真，从而实现场景设置、故障场景再现和非正常情况的运行等模拟功能，满足CTC系统仿真测试和仿真培训等需求。

3 CTC仿真系统方案

高速铁路CTC仿真系统采用软件实现CTC功能，并且确保软件、数据版本、接口协议与实际在用系统完全一致，最大程度保证了对生产系统的复制和再现。该技术配置若干套CTC仿真环境，以支持多调度台协同模拟仿真。仿真环境包含CTC系统仿真运行所需后台服务器、终端和相关的模拟软件，其中包括应用服务器、通信服务器、车站自律机以及联锁、列控、RBC、无线车次校核、无线调度命令和列车运行等模拟软件。实现室外设备状态采集、设备驱动、列车运行功能、运行图的加载和编辑功能等。

3.1 系统结构

在仿真环境下，不同调度台连接到同一套CTC模拟环境中，调度台间互相影响，实现协同指挥。在多个调度台集成演练方式下，不同的调度台按照不同的管辖区段和邻台关系联合演练，系统可为这些调度台提供一个仿真环境；在调度台独立演练方式下，不同的调度台按照自己的管辖区段进行独立演练，不同调度台间无任何关系，并且互不影响，系统可为这些调度台分别提供完全独立的多个模拟仿真环境。系统功能逻辑如图1所示。

3.2 系统部署

CTC仿真系统数量等于模拟调度台数量，保证所有模拟调度台能同时进行同一个区段的模拟操作。一套CTC仿真系统至少包括2个调度区段的数据和后台软件。

图1 CTC仿真系统功能逻辑示意图Fig.1 Schematic diagram of function logic of CTC simulation system

CTC仿真系统硬件包括数据库服务器、应用服务器、自律机模拟服务器、综合信息处理服务器、模拟集成服务器、模拟辅助单元、接口服务器、用户操作终端、控制台终端、网络设备和打印机等。系统采用独立局域网，如图2所示。

图2 CTC仿真系统部署图Fig.2 Deployment diagram of CTC simulation system

3.3 系统软件结构

图3 CTC仿真系统软件结构图Fig.3 Software structure diagram of CTC simulation system

CTC仿真系统软件构造了5大功能模块，即总控台模块、分控台模块、模拟集成服务模块、模拟辅助单元模块、模拟场景编辑器模块，如图3所示。其中，总控台模块，作为本系统内部的核心软件，负责部署需要模拟运行的场景，完成向分控台发送启动和关闭命令，向模拟集成服务发送站场表示信息，向模拟辅助单元发送添加运行线等控制功能；分控台模块，负责接收总控台发来的指令，根据总控台指令启动、关闭、重启、监控模拟集成服务、模拟辅助单元和CTC仿真系统中的各子系统，并向调度员提供相应操作功能等；模拟集成服务模块，负责向CTC系统提供外部接口，包括联锁、列 控、RBC、TSR和GSM-R等 外 部 接口系统，模拟列车的实际运行，模拟外部信号设备状态，根据总控台指令添加和删除列车红光带等；模拟辅助单元模块，负责加载CTC系统运行线环境、完成CTC系统的车次确认，模拟实现对调度命令和阶段计划的签收和回执功能等；模拟场景编辑器模块，负责编辑和导入实际的历史运行图、日班计划图和基本图等，完成对模拟情景运行图的编辑功能、定时设置设备状态情景的功能等。

5大功能模块实现的系统核心功能：模拟外部接口功能、列车运行功能、现场设备状态（故障设置）功能、初始运行图或站场图自动导入和车次号自动确认功能、控制台启动运行环境功能、调度员控制列车开行状态、调度员操作流程引导和监控功能等。

3.4 系统关键技术

1）联锁逻辑实现技术

模拟联锁软件实现列车进路的排列功能。模拟联锁软件启动后加载指定车站，向CTC系统发送站场消息。操作码位转表示码位：模拟联锁软件收到自律机发来的操作命令后，根据相关通信协议解析数据包，办理相关操作，并发送该操作完成后的状态码位。

2）车站列控中心逻辑实现技术

研究区间信号状态计算，实现列车在区间运行的信号状态变化。模拟列控中心，根据前方区间占用情况、进站信号机状态和相关的进路状态计算本区间的低频码值。

3）无线闭塞服务器逻辑实现技术

研究模拟CTCS-3(简称C3)列车移动授权功能。C3列车移动授权功能要计算高铁列车运行前方以当前速度行驶的最大距离。模拟RBC实现逻辑，根据列车所在位置向列车运行前方设置指定距离区间或已开放的进路即为移动授权的距离。

4）无线传输系统逻辑实现技术

模拟无线车次号功能。无线车次号功能要实现列车车次与模拟信号系统中列车车次的同步校验功能。当列车越过通过信号机时向GSM-R接口机发送无线车次信息。

5）车载速度曲线控制技术

研究车载速度曲线控制技术，模拟列车运行速度曲线，在仿真系统中模拟高铁列车的运行速度，采用恒定加速度启动或制动模拟列车运行。

4 系统的建设

由中国铁路武汉局集团有限公司电务处牵头，组织卡斯柯公司和武汉电务段成立课题组，电务处组织现场实施和测试验证，卡斯柯公司作为技术支持单位，一同排定计划。2016年4月，对电务及运输部门进行调研，明确CTC仿真系统的功能和场景需求，形成了较完整地需求文档并制定研究计划。2016年5月，结合现有CTC系统结构和外部接口，设计CTC仿真支撑环境，完成系统方案和架构设计。2016年6月至8月，在对系统开发环境、系统软件功能、硬件配置要求等内容进行充分研究的基础上，解决了系统安全性、可靠性等一系列问题，完成CTC外部支持环境的模拟软件开发，包括模拟联锁、TCC、TSRS、RBC、GSM-R等系统以及和CTC接口软件的开发，并进行初步测试。2016年9月至10月，重点解决车载速度曲线、C3移动授权、区间信号状态计算等关键技术，完成列车的模拟运行和真实场景再现功能，并进行初步测试。2016年11至12月，完成京广高铁一台和京广高铁枢纽台现场仿真环境的搭建和现场测试工作，达到预期结果。经过实际验证，系统特征符合设计特性要求。

5 应用效果及结论

该系统于2016年在武汉局集团公司TDCS/CTC中心进行应用，利用该系统进行武九客专CTC站细功能测试，汉宜、合武客专CTC双路传输功能测试，车站中心里程、接触网分项里程数据验证等仿真测试，确保TDCS/CTC软件换装的安全可靠。该系统的应用提高了CTC系统施工管理效率，可有效发现和解决CTC系统存在的问题和隐患，提高了使用及维护人员的业务水平和劳动效率，具有良好的应用意义。