瑞士铁路调度指挥系统特点分析及对我国启示

唐涛，李开成，宿帅，阴佳腾

（1.北京交通大学 轨道交通控制与安全国家重点实验室，北京 100044；2.北京交通大学 轨道交通运行控制系统国家工程研究中心，北京 100044；3.北京交通大学 电子信息工程学院，北京 100044）

0 引言

瑞士是一个具有浓厚铁路文化的国家。据统计，瑞士联邦领土面积共计4.128 万km2，铁路网全长5 063 km，为欧洲最密集；路网日运量达100 万人次以上，每周铁路运量相当于整个瑞士人口的总数量；年载客量约为3.5 亿人次，平均每人每年搭乘铁路里程为2 258 km，为世界最高。

与我国高速铁路不同，目前瑞士铁路采取周期时刻表方式运营，主要城市（如苏黎世、伯尔尼、日内瓦等）之间的列车开行频率约为每15 min 一趟，便于乘客识记每条线路的时刻表。另外，瑞士铁路时刻表在编制时，精细化地考虑了不同线路之间进行的衔接和乘客换乘，通常乘客下车之后可在同一站台登上不同方向的接续列车，且换乘时间设计合理，大多数同一站台的换乘为5 min 以内，不同站台的换乘也能控制在10 min 以内。瑞士国铁将3 min 以上的列车延误定义为晚点，目前每月客运准点率目标为90%以上，货运准点率目标为77%以上，其准点率指标在整个欧洲达到了领先水平。当局部区域列车晚点后，能快速通过乘客信息系统和手机终端通知乘客换乘的信息，极大程度上便利了乘客的出行。

以京张高铁、京雄城际为代表的一批智能高铁项目的启动与实施，标志着我国高速铁路进入智能化发展新阶段[1-3]，发展具有我国特色的高速铁路智能调度系统是支撑我国建设智能高铁之智能运输的需求[4]。本次赴瑞士调研的主要目的是研究瑞士最新一代的调度指挥系统开发设计、主要功能和人员管理经验，为我国高速铁路下一代智能调度系统的研发提供参考。

1 瑞士铁路调度指挥系统

1.1 背景介绍

瑞士铁路运营公司主要包括SBB、BLS、Rhaetian railway等，其中SBB（德语全称Schweizerische Bundesbahnen，即瑞士联邦铁路公司，也称为瑞士国铁）是瑞士最大的铁路运营公司，也是瑞士唯一的国有铁路公司，承担了瑞士铁路90%以上的运输任务（见图1，各彩色区域为SBB 的1 个运营分公司，三角形表示各分公司调度指挥中心所在地；白色表示不属于SBB 管辖区域）。SBB 负责包括苏黎世、奥尔滕等四大区域的运营，各区域分设1 个调度指挥中心。其中本次调研的奥尔滕调度中心位于4 个调度区域的中心地带，为最典型的调度中心（见图1 中的黄色区域）。

图1 SBB 管辖区域

由于瑞士多山，其铁路网络中有许多山体隧道（如阿尔卑斯山圣哥达基线隧道全长57 104 m，是欧洲最长的铁路山体隧道），由于山体隧道对铁路施工的限制，隧道中的线路结构往往较为简单，很少有侧线、道岔等，这些山体隧道区域成为典型的铁路运输瓶颈区段，1 列列车的晚点往往会造成一系列连锁反应，容易导致大面积列车延误。同时，瑞士铁路近年来的客运需求增长较快，据SBB 统计数据，至2030 年，瑞士各城市的客运需求预计将增长22%～58%。然而，新修铁路线路受制于地理和经济因素，进展较慢。为了利用有限的线路资源提升铁路运力与服务质量，并减少列车晚点，SBB 近年来投入大量资金用于促进铁路管控，尤其是调度指挥与运行控制系统的数字化、智能化水平[2]。

1.2 发展阶段

瑞士铁路的调度指挥系统经历了从电气化、电子化到信息化等阶段的发展，其中，对瑞士当前的调度指挥体系影响最大的2 个发展阶段如下：

（1）20 世纪90 年代，为提升铁路电子化水平，SBB 投入大量资金启动ATR 项目，引入西门子ILTIS调度集中系统，实现远程、自动化列车进路办理，列车运行状态监视，列车运行状态显示等功能。该项目正式建立了瑞士四大铁路区域调度中心，控制全网700 余个铁路车站，并将全网铁路信号站（signal box）的数量由750 余个降低到130 个，大大减少了运营维护成本，提升了瑞士铁路自动化水平。

（2）2009—2016 年，为进一步满足持续增长的客运需求，提升铁路运力和自动化、智能化水平，SBB 启动OCC 项目，在既有电子调度指挥系统ILTIS 的基础上，投入大量资金自主研发了瑞士铁路调度指挥控制系统（Railway Control System，RCS），与既有西门子ILTIS 形成功能上的兼容互补[5]：日常运营中，ILTIS 主要负责列车运行状态监视、进路控制等（SBB 称之为Control）；RCS 主要负责路网列车运行状态预测、运行图自动调整、路径优化、列车运行速度优化、故障自动报警等（SBB 称之为Management）。SBB 调度员操作台的操作界面见图2。该系统于2018 年在瑞士铁路网中正式投入运营，显著提升了线路运力、减少了列车延误。据瑞士铁路统计，RCS 可在既有线路资源的基础上提升约30%的系统运力，每个月可减少苏黎世区域列车总晚点约2 000 min 以上[6]。

在现有信息化调度系统（RCS 与ILTIS）中，调度中心的调度台布置与岗位分工为：调度大厅根据中心的管辖范围划分成几个调度区域，每个区域的位置和列车交路的方向一致，便于相邻区域间调度员的沟通（见图3、图4）。每个调度区域的人员职责划分如下（如图5）：

（1）行车调度员（Train dispatcher）：1 名，全面负责该区域内列车的调度策略确认与下达，主要依托SBB 的RCS 软件；

（2）辅助调度员（Signalman）：1 名，主要负责车站进路办理；

（3）客运调度员：负责乘客信息（PIS）发布，包括列车晚点、如何换乘等信息；

（4）车辆段调度员（Shunting）：多名调度员分别负责每个车辆段的调车作业；

（5）相邻区域沟通人员：负责本区域与相邻区域的沟通；

（6）培训人员：为培养学员专门设置2 个调度台。

图2 瑞士铁路调度员操作界面

图3 奥尔滕调度大厅

图4 奥尔滕调度大厅的整体布局

图5 每个调度台的任务分工

1.3 RCS 调度指挥系统

RCS 是由SBB 独立自主研发的新一代调度指挥系统（见图6），是在瑞士铁路OCC 项目支持下自主研发的成果[6]，其主要功能、实际应用场景和应用效果是本次调研的重点内容之一。RCS 的一大优点是灵活性（flexibility），同时系统也被称为RCS Family，即囊括了多个子系统（或模块），包括用于列车冲突预测的RCS-DISPO 模块，用于优化瓶颈区段列车运行的RCS-HOT 模块，用于列车运行速度调整的RCS-ADL模块，以及用于故障报警的RCS-ALEA。其灵活性主要体现在：各子系统和模块既能实现兼容、统一运行，也能作为单独的模块独立运行。RCS 整体工作流程见图7。RCS 弥补了西门子调度集中系统ILTIS 在运行图调整、列车运行控制等功能上的不足，并且不影响既有ILTIS 功能的实现。自2016 年投入使用后，RCS 得到了瑞士铁路的一致好评，迄今为止RCS 在瑞士SBB管辖的铁路网络中使用率已达到100%，并且已推广应用（或将应用）于欧洲其他国家，包括比利时、意大利和德国等。

图6 RCS 界面

图7 RCS 整体工作流程

RCS 主要包括以下功能：

（1）列车运行状态预测。RCS-DISPO 模块可实现列车运行状态实时、准确预测。通过ILTIS 提供列车运行的实时位置、速度等信息，RCS-DISPO 模块根据设计的预测算法动态、精确地预测线上列车在未来一段时间内（最长可至2～3 h）运行的时空轨迹，从而为调度员或其他模块的运行调整提供信息输入。

（2）冲突自动检测。在列车运行状态预测的基础上，RCS-DISPO 模块可动态、自动识别列车运行过程中的潜在冲突，并将可能发生的冲突位置显示至人机交互界面，提醒调度员（或运行调整模块）进行相应的列车运行调整操作（见图8）。

图8 RCS 冲突自动检测

（3）列车运行图和车站股道的自动调整。RCSHOT模块的主要功能是列车运行图和股道的自动调整。根据路网中晚点列车运行冲突的自动检测结果，调度员可人工或自动调整列车运行图和车站停靠股道。人工调整与我国CTC 系统相似，即调度员人工修改列车在各车站的到发时刻、停靠股道等，并将调度命令下达到ILTIS 进行自动执行。自动调整功能下，调度员可在预测的列车运行冲突位置点击鼠标右键，RCSHOT 系统会利用智能的实时优化算法，自动给出多种列车运行调整优化方案。调度员选择某个调整方案后，可利用RCS-DISPO 模块自动评价运行调整方案。如果该方案效果较好，则点击下达至ILTIS 和RCS-ADL模块[7]。

（4）列车运行速度调整。列车运行调整方案下达后，RCS-ADL 系统根据列车运行次序、运行时分调整方案，借助实时优化算法动态计算列车节能最优速度曲线，并将速度曲线下达给列车司机。SBB 的列车上安装了相应的平板设备，用于接收列车运行速度曲线调整信息，司机接收到速度调整信息后，操作列车按照相应的命令运行。这种列车速度调整方法有效地避免了列车在瓶颈区段运行过程中的不必要制动，使列车运行更节能、更准点。

（5）故障信息发布。瑞士境内通用语言种类较多，瑞士西部常用法语，中北部常用德语，西南部常用意大利语。RCS 为了保证调度员之间沟通信息的正确性，设计RCS-ALEA 模块时，使用通用文字以保障故障信息传输的正确性。RCS-ALEA 有3 项主要功能：发生故障后，RCS-ALEA 动态显示和发布故障信息；RCSALEA 自动识别故障的相关负责人，并在显示大屏上显示，调度员可直接通过该系统与相关负责人联系；RCS-ALEA 负责显示线路上所有列车的正晚点情况、故障可能的影响范围等。

（6）软件系统兼容。RCS 开发时充分考虑了与西门子ILTIS 的兼容性和互联互通问题。在系统开发过程中[8]，SBB 定义了调度指挥系统中RCS 与ILTIS 的数据标准化传输，形成了多层分级的调度指挥体系：既有CTC 系统（即ILTIS）与底层车站联锁控制系统之间的数据接口保持不变，RCS 不直接与车站联锁进行数据通信，而是依靠ILTIS 接收车站联锁信息，并将调度指挥决策信息通过ILTIS 下达至车站。这种系统架构保证了RCS 与ILTIS 系统之间的兼容性，并且RCS 与ILTIS 均可单独运行，如果未接入RCS，ILTIS 可通过人工控制的方式修改车站列车进路，调整列车运行；RCS 也可在离线情况下，通过模拟列车运行数据进行调度员培训和演示功能。

2 瑞士铁路调度指挥系统特点总结

通过对瑞士铁路的深入考察，分析总结瑞士铁路在运营组织和调度指挥方面的主要优点如下：

（1）充分利用先进的数字化技术，系统自动化程度高，最大限度实现了线网资源的优化配置。瑞士属于山地国家，境内很多区域由于地理条件限制，仍需大量使用单线铁路运输，限制了线路运力。尽管如此，瑞士铁路在过去十几年时间内，抓住了数字化带来的契机，所有部门均设立了IT 分部，大力发展自动化、数字化的新一代RCS 铁路调度指挥系统，实现全自动的冲突检测和列车运行调整，大大提升了线路运力，降低了列车运行延误。据瑞士铁路统计，RCS 投入运营后，局部车站（如苏黎世车站40—44 号站台）的折返区段（咽喉区段）发车间隔可压缩为2 min，每个月可减少苏黎世车站区域的列车晚点时间总计约2 000 min，相当于减少了120 万min 的乘客延误时间，使瑞士铁路成为整个欧洲综合评价最高的铁路网络系统[9-10]。

（2）体现了追求极致的工匠精神。瑞士是夹在法国、意大利和德国之间的小国家，虽然国土小，却以心灵手巧的工匠辈出而闻名于世，拥有引领世界的钟表制造、银行业、机械制造、软件等高精尖产业，其中的一个主要原因是瑞士的学徒制教育体系。瑞士人初中毕业后，可选择进入与从事职业息息相关的技术类高校进行深造，同时由经验充足的师傅带领学习专业知识。2～3 年的学徒教育结束后，再选择进入高等院校深造或进入相关领域工作，或者也可投入一定比例的时间同时工作和深造。本次调研发现，瑞士铁路调度大厅有很多13～14 岁的青年人，在师傅的指导下开始接触、了解和学习铁路运行图编制、运行调整等工作。

（3）服务乘客，以人为本。瑞士铁路处处体现服务乘客、以人为本的人性化运营管理理念。虽然瑞士铁路由多家运营公司构成，但不同运营公司之间形成了票务等方面的信息共享，乘客购买车票时仅需输入起始站、终到站，即可使用1 张车票在不同运营公司的车次间换乘，且列车晚点需要换乘其他车次列车时，无需进行退、换票，大大简化了排队购票操作。SBB开发了界面简洁、功能完善的手机终端，为乘客提供实时的列车位置、列车晚点以及换乘建议等，方便乘客出行。突发事件情况下，瑞士铁路专门设置了相应的车站客运组织以及大巴接驳岗位，如果某列车次取消，则使用大巴车将列车内所有乘客输送至临近的车站。此外，瑞士调度大厅的设计也融入了大量的人因学研究成果。例如，调度大厅的灯光照明采用基于人体工效学的LED 智能健康照明技术，系统结合室内自然光线、所处时段以及人体生物钟等情况，通过计算并最终向光源发出指令，自动调节照度、色温等，从而使光源实现动态变化，以保证调度员处于最佳工作状态。

此外，SBB 已于2017 年开始实施SmartRail4.0 战略，旨在通过标准化数据存储和传输、列车精准定位、模块化列车自动驾驶、路网协同运行图调整以及调度指挥运行控制一体化等方面的研究，进一步提高铁路系统的运力和行业竞争力。

3 对我国铁路智能调度系统开发的启示

随着智能京张铁路开通的逐渐临近，智能高铁的调度指挥系统期望实现动态调度、智能换乘等功能，但对于未来我国铁路下一代调度指挥的发展仍存在一些争论。通过此次调研发现，SBB 在很多方面可为我国下一代智能调度指挥系统，尤其是未来川藏铁路（多山地，与瑞士铁路相似）、京雄城际（城际化高速铁路）的开发提供宝贵经验。

（1）充分挖掘数字化带来的红利。瑞士铁路调度指挥系统充分利用数字化带来的红利，通过研发RCS大大提升了调度指挥现代化水平，降低了列车晚点率和列车运行能耗，提升了乘客服务质量。我国高速铁路调度指挥系统已全面使用调度集中系统，调度大厅集成电调、环调、自然灾害及异物侵限监测等多专业交互信息，信息集成度高，这些信息需要行车调度员人工获取，数据的有效利用率并不高，智能化程度存在一定局限性。

（2）现代化人因设计。国外的人因设计研究起步早，研究成果较为成熟，而我国人因工程方面的研究和应用仍处于起步阶段。尤其对于铁路行车调度指挥这一复杂的工种而言，在短期内完全实现自动化、无人化的可能性较小，如何有效借助人机功能分配以及人因工程设计等方法，探索自动驾驶与调度指挥的有机结合，形成人与计算机的协调工作是我国发展智能调度系统的关键。

（3）服务至上。近年来，我国高铁发展举世瞩目，高铁在运营规模、速度、运量、舒适度等方面获得了公众的高度认可，但同时高铁系统的配套服务质量，尤其是突发事件下的行车调度与客运组织等方面仍存在一定提升空间。随着我国市场经济的不断发展，运输市场的竞争日益激烈。如何提升高铁服务质量、为旅客提供更加优质的服务是高速铁路调度指挥系统未来所面临的一项重要内容。

4 我国铁路智能调度系统展望

依托智能京张、智能京雄等重大工程建设，我国智能铁路的系统性研究得以实施和验证[1,3]。作为高速铁路的大脑与神经中枢，调度指挥系统的本质是复杂信息的管理与决策系统，因此信息获取的实时、精细化与管控的精准、高效化两方面密不可分、相辅相成。未来，可借鉴国外铁路调度指挥发展经验，结合我国现阶段特有国情，切实有效地引入云计算、物联网、大数据、人工智能、区块链等先进的数字化技术，通过跨区域和多专业协同的全面信息感知学习、科学的调度决策处置和先进的人因工程设计，实现复杂运营环境下的运输计划自动编制与智能动态调度，全面提升网络化运营下的高速铁路应急处置能力和乘客服务质量，形成以智能行车调度为核心，结合工务、电务、乘务、环境监测、异物侵限智能感知等多个专业的一体化、精准化的智能协同控制，在保障安全的前提下最大限度地释放线路资源的运输能力，为乘客提供高效、便捷的运输服务。