利用既有铁路开行市域(郊)列车调度集中系统信息交互研究

张 昱，何永发，武长海

(中国铁路设计集团有限公司，天津 300308)

引言

目前，我国干线铁路、城际铁路、市域(郊)铁路的调度集中系统均根据现行规范构建[1]，调度集中系统的信息查询[2]、通信传输[3]、终端设置[4]、信息显示[5]均仅在铁路局之间或铁路局内各管理部门之间进行。干线铁路、城际铁路、市域(郊)铁路、城市轨道交通“四网融合”是我国铁路及城市轨道交通建设的发展方向，随着“四网融合”的不断建设发展，调度集中系统信息交互出现了新的需求。以北京铁路枢纽利用既有东北环铁路增建第二线开行市域(郊)列车典型工程为例，北京东北环铁路开行市域(郊)列车，运输组织由中国铁路北京局集团有限公司(以下简称“北京铁路局”)管理，实现市域(郊)列车的3 min追踪间隔公交化运营和地铁19号线列车跨线至东北环铁路运行。由于该工程的功能定位是东北环铁路开行市域(郊)列车后，与地铁19号线列车跨线运营将共同作为北京市西北昌平方向与光华路中心城区的快速通勤骨干线路，因此，北京轨道交通线网指挥中心需与北京铁路局调度集中系统进行信息交互，掌握地铁19号线跨线运营列车和东北环线市域(郊)列车的运营情况。在市域铁路领域，国内已有专家学者对城市市域快线互联互通[6]，市域铁路的运输模式及客流组织[7-8]、市域线路运行速度[9]、站台门等系统及车辆段设计[8-10]、货运与市域列车混行建设方案[11]、信号工程建设管理对策[12]等多个方面开展了研究，但缺乏城市轨道交通线网指挥中心与国铁路局调度集中系统信息交互的针对性研究。针对调度集中系统信息交互的新需求，本文将对在铁路局运营管理的前提下，利用既有铁路开行市域(郊)列车和地铁列车跨线运营，铁路局调度集中系统与城市轨道交通线网指挥中心的信息交互进行研究。

1 轨道交通线网指挥中心需求分析

结合东北环开行市域(郊)列车项目建成后将作为城市快速通勤骨干线路的功能定位，北京轨道交通线网指挥中心需掌握本线线路的调度集中信息，主要是本线的行调信息，如：信号设备的实时状态、线路列车的实时位置、线路运行图计划及历史信息、列车实时运行的时刻信息、列车的实时到站离站停站信息、实时的告警信息等，并实现上述东北环线路的行调信息实时接入北京市轨道交通线网指挥中心的既有调度员工作站和线网信息显示大屏幕，以满足轨道交通线网指挥中心对列车运营监测、客流统计分析等多方面的业务需求。

2 东北环铁路工程调度集中系统设计

东北环铁路增建第二线开行市域(郊)列车工程，需实现市域(郊)铁路的公交化运营，同时保障铁路干线联络功能，并实现地铁19号线列车上、下本线运营。东北环铁路开行市域(郊)列车全线的运输组织需纳入北京铁路局管理，结合北京轨道交通线网指挥中心对本线行调信息的交互需求，本线信号系统的顶层设计为：全线采用CTCS-2+ATO列控制式，ATO增加自动折返功能，相应配置调度集中CTC系统等信号系统。调度集中CTC系统的主要设计情况如下。

(1)本线新设调度台，纳入北京铁路局客专调度集中CTC总机系统，结合本项目站前改造情况对相关既有行调台进行修改，并相应修改北京铁路局普速TDCS/CTC总机系统。

(2)车站相应新设调度集中CTC系统车站分机，相关既有车站调度集中CTC系统车站分机结合站场改造情况利旧修改。

(3)本线新设调度集中CTC系统车站服务器，相关既有行调台对应的车站服务器利旧修改。

(4)调度集中CTC系统独立组网。

3 调度集中系统信息交互研究

为实现本线北京铁路局调度集中CTC系统和城市轨道交通线网指挥中心的调度集中信息交互，按重要性由高至低排序，需考虑以下因素。

(1)铁路局调度集中CTC系统为信息安全保护第四等级[13]，高于城市轨道交通线网指挥中心指挥系统的信息安全保护等级。

(2)本线调度指挥纳入北京铁路局管理，城市轨道交通线网指挥中心只需要调度集中系统信息中的一部分，即只有对调度集中系统信息中行调信息的复示要求，对行调信息只复示监测、不控制，调度集中行调信息交互的方向是从北京铁路局调度集中CTC系统单向传输至轨道交通线网指挥中心。

(3)铁路局调度集中CTC系统的系统结构已成熟完善，调度集中行调信息的交互，不应对既有调度集中CTC系统的系统结构及功能产生影响。

(4)北京铁路局调度集中CTC系统与轨道交通线网指挥中心指挥系统的接口应从物理层面分开。

(5)城市轨道交通线网指挥中心的指挥系统设备如线网信息显示大屏幕、调度员工作站的设置已趋于成熟完善，调度集中行调信息的交互，不应对指挥中心的既有设备产生较大影响。

(6)北京铁路局调度集中CTC系统交互至轨道交通指挥中心的调度集中行调信息，能在指挥中心既有线网信息显示大屏幕等设备上显示。

(7)投资合理，具备工程可实施性。

针对前述因素，本线调度集中系统信息交互可以采用如下3个方案。

方案1：调度集中系统信息浅度交互方式。

方案2：调度集中系统信息中度交互方式。

方案3：调度集中系统信息深度交互方式。

3.1 调度集中系统信息浅度交互方式研究

调度集中系统信息浅度交互方式，是采用CTC复示终端，实现调度集中系统信息的交互，此方式的系统结构如图1所示，具体实施方式如下。

(1)本线按照北京铁路局既有TDCS协议，通过普速TDCS/CTC总机系统的查询通道，新设1个CTC复示终端及相关网络设备，新设置的CTC复示终端设置于轨道交通线网指挥中心。

(2)通信通道：根据规范要求，CTC复示终端采用不同物理路径单独光纤的独立专网或不同物理路径的专用传输链路，与本线调度集中CTC系统通道连接[1，3-4]。

(3)线网指挥中心需按照国铁相关规范要求[1，14]设置复示终端设备用房，应具备可靠的电源、接地、防雷措施和温湿度，以及设备维护条件。

图1 调度集中系统信息浅度交互方式系统结构示意

3.2 调度集中系统信息中度交互方式研究

调度集中系统信息中度交互方式，是基于局间接口方式构建行调信息复示系统，实现调度集中系统信息的交互，构建的行调信息复示系统，系统结构分为两方面：铁路局调度集中CTC系统侧和轨道交通线网指挥中心指挥系统侧。

第一方面，铁路局调度集中CTC系统侧，实施方式如下。

(1)本线按照现行规范要求新设局间接口服务器，并相应配置网络安全设备，网络路由和交换设备[1，3]，实现北京铁路局调度集中CTC系统向线网指挥中心指挥系统，单向发送东北环线的行调信息，为实现通信的稳定传输，本行调信息复示系统中铁路局调度集中CTC系统侧，采用国内专家和学者提出的双路冗余优化网络结构[15-16]。

(2)通信通道：根据规范要求，北京铁路局调度集中CTC系统与北京市轨道交通线网指挥中心的通道，采用不同物理路径单独光纤的独立专网或不同物理路径的专用传输链路[1，3]。

第二方面，轨道交通线网指挥中心指挥系统侧，由于轨道交通线网指挥中心既有指挥系统的相关设备设置已趋于成熟完善，其指挥系统内部的通信协议及外部接口与国铁调度集中CTC系统不同，同时指挥系统的信息安全等级低于国铁调度集中CTC系统，并且城市轨道交通的运输组织习惯也和国铁不同。因此，轨道交通线网指挥中心指挥系统首先需要进行相应的协议转换，才能接收国铁调度集中CTC系统通过专用通信通道交互过来的行调信息。其次，轨道交通线网指挥中心指挥系统应对国铁调度集中CTC系统实时交互的行调信息采用指挥中心本地存储的方式，实现以轨道交通线网指挥中心的运营习惯对历史行调信息进行调用及查看，所以，轨道交通线网指挥中心指挥系统侧，实施方式如下。

(1)指挥中心设置与既有指挥系统匹配的协议转换服务器、行调信息存储服务器，并相应配置网络安全设备及网络路由设备。

(2)指挥中心可按照其既有标准设置行调信息复示系统线网指挥中心侧的设备用房。

调度集中系统信息中度交互方式的系统结构如图2所示。

图2 调度集中系统信息中度交互方式系统结构示意

3.3 调度集中系统信息深度交互方式研究

调度集中系统信息深度交互方式，是基于新建铁路局集团公司CTC查询系统+外部接口方式构建行调信息复示系统，实现调度集中系统信息的交互。构建的行调信息复示系统分为铁路局调度集中CTC系统侧和轨道交通线网指挥中心指挥系统侧，铁路局调度集中CTC系统侧的实施方式如下。

(1)按照现行规范要求新建具备全查询功能的铁路局集团公司CTC查询系统[1-3]。

(2)外部接口方式配置比较灵活，一是可以按照类似于方案1的方式，通过铁路局集团公司CTC查询系统设置的CTC查询终端来实现，此种情况下CTC查询终端和铁路局集团公司CTC查询系统之间的通信通道可使用专网组网实现[2-4]或按照方案1的方式实现；二是可以按照方案2的方式，设置局间接口服务器及相关网络设备，通过局间接口服务器接入新建的铁路局集团公司CTC查询系统的方式来实现，此种情况下通信通道可使用专网组网实现[2-3]或按照方案2的方式实现。

轨道交通线网指挥中心指挥系统侧的实施方式则是根据铁路局调度集中CTC系统侧外部接口方式的不同，相应按照方案1或方案2的方式构建。

此方案的系统结构，铁路局调度集中CTC系统侧新建铁路局集团公司CTC查询系统，其系统结构按照规范要求[2]设置，铁路局调度集中CTC系统侧外部接口方式可根据需要按照方案1或者方案2的方式构建；轨道交通线网指挥中心指挥系统侧系统结构，则是根据采用的铁路局调度集中CTC系统侧外部接口方式的不同，按照方案1或者方案2的方式构建，因此，此方案的系统结构本文不再赘述。

4 调度集中系统信息交互方式选择及展望

由于城市轨道交通线网指挥中心既有指挥系统依托的均为城轨CBTC系统的ATS系统，ATS系统在系统功能、结构、通信传输等方面均与国铁调度集中CTC系统均不同，城轨ATS系统与国铁调度集中CTC系统的主要差异对比见表1。

表1 ATS系统与CTC系统主要差异对比

正是由于城市轨道交通线网指挥中心指挥系统和国铁调度集中CTC系统在系统功能、结构、通信传输等方面均存在不同，所以本文将对调度集中系统信息交互的3种不同方案，从满足现行规范要求、对国铁调度集中CTC系统和轨道交通线网指挥中心指挥系统结构产生的影响、满足轨道交通线网指挥中心的需求、工程造价及实施难度等方面进行对比分析，具体见表2。

表2 调度集中信息交互方案对比分析

由表2可知，本文提出的各交互方式，其区别仅体现在是否完全满足轨道交通线网指挥中心的需求以及工程造价和实施难度上，由于铁路局调度集中CTC系统至城市轨道交通线网指挥中心的调度集中信息交互，是一个全新的需求，尚无相关技术标准和规范、亦无相关工程实例，上述各交互方案在国铁集团和北京铁路局审批同意的前提下，从东北环铁路开行市域(郊)列车的工程实际出发，方案2技术方案成熟、工程造价和实施难度合适，可在工程实施上推荐采用。

目前，调度集中系统已实施了云计算、智能化等[19-21]新技术，随着国铁、城际铁路、市域(郊)铁路、城市轨道交通的不断融合发展，调度集中系统的信息交互方式、内容、交互对象及范围等方面将会出现新的更加细致且全面的需求，此时可结合调度集中系统已实施的新技术，将其应用到调度集中系统的信息交互中，实现调度集中系统信息交互的不断创新。

5 结论

东北环利用既有铁路开行市域(郊)列车，对于首次出现的城市轨道交通线网指挥中心需同铁路局调度集中CTC系统进行信息交互的新需求，选择基于局间接口方式构建行调信息复示系统的调度集中系统信息中度交互方式，是契合当前技术和管理体系，以及工程实际的最优选择，是可供工程实施的最优方案，并为利用既有线开行市域(郊)列车、实现地铁列车跨线运营的相关工程项目，在国铁调度集中CTC系统与城市轨道交通线网指挥中心之间的信息交互方面，提供了一种实施方案，可供类似工程选用和参考。