专用铁路综合运输调度指挥系统研究

席兴彪，吴 翔，王如跃，费振豪

(1.卡斯柯信号有限公司 研究设计院，上海 200071；2.上海市铁路智能调度指挥系统工程研究中心，上海 200071)

我国铁路经过几十年的发展，已经研制并推广多种先进业务系统，其中面向铁路运营管理的信息化系统主要为铁路运输管理信息系统(TMIS)、列车调度指挥系统(TDCS/CTC)、列车预确报系统、铁路电子货运票据管理系统等。中国国家铁路集团有限公司(以下简称“国铁集团”)因其具有庞大的路网规模，各岗位有着详细专业化的分工，各专业系统由不同主管单位分别建设管理，在保持各系统独立的基础上，通过规定接口通信协议的方式进行系统业务协同，无形中会对各系统的功能提升和扩展形成障碍。货运专用铁路运输企业建设运输信息系统时，可充分吸收国铁集团的建设经验，并利用企业集中管理的优势，实现“统一领导、统一规划、统一标准、统一资源、统一管理”，围绕企业自身组织结构和运输生产特点进行集成和创新，各专业系统统一规划，减少硬件等设备投入，以打造适合自身发展、具备扩展性和安全性、可管理可控制的专业铁路综合运输调度指挥系统平台。

1 系统目标

根据国内外铁路运输信息化的先进经验，结合专用铁路自身的实际情况，专用铁路综合运输调度指挥系统的总体目标是：服务于铁路运输的主管部门、各级调度指挥、生产作业部门和人员，以提高运输生产效率和保障运输安全为目标，涵盖运输生产的各主要环节。系统以列车调度指挥系统(TDCS/CTC)为核心，在专业紧密协调、计划精确编制、信息自动采集、数据智能分析的基础上，实现运输管理、调度集中、智能分析和信息共享，以较低的成本达到保障安全、提高运输效率、改善经营管理和提升服务质量的目标，形成一个完整的集智能化控制、管理、决策于一体的专用铁路综合运输调度指挥系统，系统结构图如图1所示。

图1 系统结构图Fig.1 System structure

专用铁路综合运输调度指挥系统主要实现如下功能。

（1）一体化调度指挥。以列车运行图为基础，以日班计划、阶段调整计划为依据，实时采集列车运行状态信息、列车编组信息、现车信息、货运信息、施工信息、机车信息、乘务信息，融合构建综合运行图管理，并基于客户的作业模式和岗位设计实现岗位动态一体化组合，达到可视、可控、可响应，实现运输组织集中化，从而使资源综合规划、计划整体优化成为可能。

（2）货运计划全过程管理。通过运输计划贯串供应链全程，将调度指挥范围延伸到整个运输过程，实现机车、车辆及货物的动态追踪，动态掌握和管理货车和货物运输位置、运行轨迹等信息，实现货物运输精确化[1]。

（3）车站综合管理。实现车站层级的信息汇集和智能处理，为管理和控制闭环提供自动化数据，梳理整合车站的业务流程和人员岗位，以机控代替人控，有效提高作业过程的安全性和自动化程度。

（4）列车运行环境联动互控。通过和供电远动、5T 等列车运行状态环境的实时监测、识别和分析，基于调度智能协同的调度指挥决策模型，实现优化正常作业和应急处置，提升铁路运输业务应急指挥等智能化程度。

2 系统设计思路

2.1 系统总体架构

专业铁路综合运输调度指挥系统将行车指挥、货运管理、应急处置、运营维护等系统全面融合，统一平台，服务器、网络设备、数据库根据系统规模统一配置，提高设备利用率；各系统数据全面融合共享，用户界面根据岗位设置情况进行整合[2]。在数字化运输系统层面，将所有业务系统按照统一的标准进行重构，从而形成一套自下而上统一规划、统一设计、统一运维的完整体系，系统架构设计如图2所示。

图2 系统架构设计Fig.2 System architecture design

专业铁路综合运输调度指挥系统包含以下4 个层级。

（1）基础设施层。通过服务器网络等物理设备，借助于云平台技术构建系统的基础设施，搭建系统的基础设施平台，减少硬件设备投入。

（2）平台服务层。主要提供工具、基础架构和一些高级的基本部件，以支持服务的快速开发、运行和部署。系统建设中无需重新进行软件设计，实现消息总线、数据存储、大数据分析、网络通信等公共服务以及提供信息安全保证、运维管理、人工智能等服务。

（3）应用服务层。主要包括一组提供不同业务功能的进程，针对调度集中(CTC)、现车管理、计划调度、施工管理等应用场景，分别提供对应的应用服务，从而保证一个业务服务的故障不影响其他业务功能的正常使用[1]，同时，各服务进程提供基于Web Service/XML 技术的SOA 信息集成平台数据共享技术，由数据共享平台统一对外提供数据共享服务。

（4）业务服务层。面向业务提供用户界面展示及逻辑处理，综合运输调度系统用户界面根据岗位设置情况将行车指挥、货运管理、应急处置等功能整合，使不同的业务功能在同一个软件进行实现，避免多个系统之间的切换。

2.2 系统硬件设计

专用铁路综合运输调度系统由中心系统和基层系统二级构成，采用分布式应用体系结构，综合调度中心负责全线列车的运行，统一编制计划，实现对全线的统一调度指挥。基层系统作为接收指令后的执行系统，根据调度中心系统下达的调度计划及调度命令，组织实施运输作业以及原始信息的采集。系统采用“一级建库、数据集中管理、信息综合应用”的模式，取消传统国内铁路行业模式下的“车站级服务器”，采用“中心集中”模式，把车站级服务器集中到铁路调度指挥中心，在调度中心机房集中设置“双机热备”的数据库服务器、应用服务器。数据库服务器用于存储各种数据和操作记录，为各调度功能子系统提供数据库访问服务，应采用强大、通用、高效、开放和可靠的数据库系统。应用服务器用于列车工作计划的编制、机车计划周转图的编制、机车实际周转图绘制、车辆的运用及检修管理、施工维修计划的编制及数据存储、数据交换，负责向所有应用工作站提供计调、机调、辆调、施调、统计分析等功能子系统的显示信息与逻辑运算结果。

中心系统设备主要包含数据库服务器、应用服务器、网络设备及调度大厅显示设备。基层系统设备主要包含系统网络设备、车站列调分机以及列调、货运、施工子系统等各类终端设备，其中列调分机作为基层系统的核心设备，采用双机设备的冗余配置方式实现现场联锁码位信息与控制指令的传输。系统网络设备方面应采用高速网络交换机及路由器设备，保证系统传输的时效性要求；还应采用双通道冗余设计，保证信息传输的可靠性[3-4]；与外部系统互联通过设置防火墙、路由器等实现联接，进而保证系统的安全性。系统硬件结构如图3所示。

图3 系统硬件结构Fig.3 System hardware structure

2.3 系统功能解析

系统将TDCS/CTC 系统与调度指挥相关的信息系统进行整合，对各信息系统的数据资源进行整合，制定信息系统间的接口标准，在平台中建立运输组织的数字模型，集成运输资源，实现信息共享，从以下4个方面实现系统设定目标。

（1）一体化调度指挥。计划子系统实现日班计划、阶段计划的一体化编制，将货运工作计划、机车工作计划、列车工作计划、施工工作计划有机结合，实现开车计划、运行计划的高水平兑现，在施工封锁、风雨雪等恶劣天气条件下运行计划快速自动调整，确保实现按计划行车，真正发挥计划对运输组织工作的整体牵动作用[5]；以列车为主线与车辆、货物、机车、机车乘务员等信息构成有机整体，自动获取车站实际作业数据，构造综合运行图展示[6]。

（2）货运计划全过程管理。货运子系统将列车编组(车辆)、机车、乘务员、货物和运行线绑定，实现货物的连续追踪；将货票、装卸作业、列车、交付作业按业务流程绑定，实现货运从承运到交付收费的连续展现。通过系统数据共享实时掌握列车编组及货票信息，列车轨迹及在站作业情况，调车轨迹及担当机车、乘务人员信息，车底运用及技术履历，机班超劳预警及施工冲突情况，为运输管理人员决策进行有效支撑。

（3）车站综合管理。车站子系统实现车站列车、调车、现车、编组、货运、列检等一体化管理，从列车进站的接车作业到站内取送车作业、装卸车作业到列车出站的发车作业统一管理。实现车站值班员、货运员、信号员、外勤等多岗位共享计划及作业信息，对车站作业进行流程化管理并环环卡控，提升安全管理水平[7]；根据列车作业计划及调车作业计划自动分解生成列车/调车进路序列，并根据计划信息、站场实时信息实现列车及调车进路自动办理，系统将信号联锁逻辑与站细等信息联锁逻辑有机集合，实现列车/调车进路的安全卡控；根据现场信号采集信息与信息系统实时互动，实现列车/调车自动报点，自动收发列车编组，调车作业计划自动清勾、现车自动调整等功能。

（4）列车运行环境联动互控。通过与电力控制系统、灾害预警系统、列检系统、电子轨道衡设备及车号识别等系统接口，实时掌握接触网网压及线路灾害状态及车辆运行情况，实现各专业系统与行车调度指挥的联动，停送电与供电臂管理关联，风雨雪等情况下自动生成临时限速命令，通过与轨道衡设备接口实现车辆信息的核准，从而保证铁路运输整体始终处于可控、高效和安全的运行状态[8]；通过与铁路局集团公司TDCS/CTC 系统接口能力，按照国铁集团制定的局间接口协议标准设置分界口接口服务器，实现信息交换，采用专用通道并设置网络安全设备，实现与铁路局集团公司交界口范围内列车计划、报点、调度命令及站场表示信息的互联互通；另预留与铁路局集团公司现车系统、TDMS 各信息系统的接口，获取铁路局集团公司货运计划、编组信息、施工计划等，实现信息的共享。

最终系统构建统一的信息共享平台，涵盖铁路运输各主要业务环节的数据采集和统计分析，提供生产指标计算和统计报表生成服务，按业务流程对数据有机整合，包含货运、列车、机车、施工、计划等运输指标数据的智能分析，实现运输资源的合理调配，优化调度指挥流程及管理。系统软件功能解析如图4所示。

图4 系统软件功能解析Fig.4 Function analysis of system software

3 系统优势及未来发展方向

3.1 系统优势比较

通过软硬件投入、系统独立性、集成度等多方面比较分析，得到专用铁路综合运输调度指挥系统与传统系统比较如表1所示。

表1 专用铁路综合运输调度指挥系统与传统系统比较Tab.1 Comparison between comprehensive train operation dispatching command system of railway private sidings and traditional system

专用铁路综合运输调度指挥系统与传统系统的优势具体体现在以下方面。

（1）设备整合。专业铁路综合运输调度指挥系统将相关的业务系统按照统一标准进行建设，对传统模式的TDCS/CTC 设备与调度信息系统设备进行整合，各子系统硬件资源共享，包括网络设备、数据库、应用服务器等，使资源得到有效利用，减少设备投入，降低工程投资。

（2）数据整合。专业铁路综合运输调度指挥系统通过建立信息共享平台实现信息资源的开放与共享,避免信息孤岛现象，实现各专业系统的一体化管理，从而保证铁路运输整体始终处于可控、高效和安全的运行状态。同时，信息共享平台从整体出发，建立了覆盖系统设计、开发和应用全方面的规范体系标准，保证了系统的扩展性和开放性。

（3）功能整合。针对专用铁路相关岗位合并的特点，专业铁路综合运输调度指挥系统对相关专业的功能进行整合，使相关操作可以在一个界面一键完成，减少人工操作，提高工作效率，更加便于企业根据业务需要，对相关岗位进行整合，达到减员增效的目的。

3.2 系统未来发展方向

随着铁路运输智能化发展，专用铁路综合运输调度指挥系统提升调度指挥智能化，可从以下3 个方面进行研究。

（1）基于货流形成网络化、智能化的调度决策和运行控制手段，包括运营过程可信动态感知、货流需求驱动路网运输资源动态调配，以及指挥管控的远程智能、安全隐患辨识预警。

（2）对运输资源、网络线路、货流分布的时空信息精准实时掌握，结合全网多专业岗位的快速协同，形成铁路货物运输高效、韧性的运行模式。

（3）随着大数据、机器学习、数字孪生等技术的应用，在科学运营决策、智能运输组织、安全可信执行、全息自动化评估、辅助运营决策运输调度完整业务链上实现持续改进和优化。

4 结束语

专用铁路综合调度指挥系统以列车调度指挥系统或者调度集中系统为核心，通过信息交换平台，横向集成计划、货运、机车、施工、车辆、统计分析等多项业务于一体，改变了多种信息系统重复投资的现状，并在淮北矿业集团、朔黄铁路公司、平煤神马集团、山西潞安集团、日照港铁路运输公司、山东高速轨道集团等专用铁路开通运行，有效提高了系统安全保障水平，降低了人员劳动强度，改善了货运专用铁路运输企业经营管理和服务质量。