基于高铁CTC系统的道岔轮巡操纵软件研究

2024-04-16罗云飞沈瑞超

铁道通信信号 2024年4期

罗云飞，沈瑞超，张浩

目前，我国高铁线路车站均通过夜间“天窗”修时段，对所辖道岔进行检修巡检，采用人工操纵道岔的方式，存在工作量大、检查效率低、容易漏检等问题［1］。为此，上海局集团公司联合相关合作单位，共同开发了一套基于高铁调度集中系统（Centralized Traffic Control，CTC）的道岔轮巡操纵软件，使得高铁CTC系统具备对车站内道岔进行定操、反操，以及对道岔状态进行实时监控的功能。在夜间不影响正常行车的时间段，可通过一键式轮巡操纵，对车站内所有满足条件的道岔进行定操/反操检查，并根据操纵结果判断每个道岔是否正常。这套基于计算机开发的道岔一键式轮巡操纵检查软件，不但能减轻现场人员的工作量，降低劳动强度，提升工作效率，而且还能自动地对道岔检查过程及结果进行详细地记录统计；同时还可有效避免人工作业存在的疏漏，进一步提升检查的全面性和可靠性。

1 软件架构

为实现车站和调度中心都具有道岔自动测试的功能，需要在车站和调度中心同时部署相应的自动测试软件分别进行测试［2-3］。

1.1 车站操纵软件

车站的自动测试软件部署在车站车务终端上，与车务终端CTC 软件通过进程间的管道消息进行连接通信。操纵人员点击开始测试后，自动测试软件通过管道消息向车务终端发送道岔操纵指令；车务终端将该指令发送到联锁系统，并将联锁系统反馈的道岔表示信息发送回自动测试软件；由自动测试软件将反馈的表示信息转化为道岔操纵结果进行记录，同时记录各个道岔的操纵时间。车站的道岔操纵软件架构见图1（a）。

图1 道岔轮巡操纵软件架构

1.2 调度中心操纵软件

采用调度中心操纵方式时，由调度中心下发道岔操纵指令。在调度中心的每个助调终端上部署道岔自动测试软件，该软件通过管道消息与站场图软件相连。调度中心自动测试软件可选择测试的车站，通过站场图读取车站控制模式，下发操纵指令，并读取道岔操纵结果。调度中心的道岔操纵软件架构见图1（b）。

2 软件设计

2.1 软件功能

1）对所辖车站内满足测试条件的道岔进行自动测试，分别对每个道岔进行一次定操和一次反操［4］。

2）在自动测试过程中，若某组道岔未在规定时间内操纵到预定位置，或者发生挤岔，则将该组道岔判定为操纵异常。

3）对每次测试过程进行详细记录，并生成测试报告。

2.2 功能模块

道岔自动测试软件分为通信层、数据层、业务层、展示层4大功能模块，具体构成见图2。

图2 道岔自动测试软件功能模块构成

1）通信层：负责读取车站道岔的静态数据，获取车站道岔的相关信息，并通过进程间管道消息实现与车务终端或者站场图终端之间的通信，获取道岔当前的实际状态。

2）数据层：根据所在车站道岔数据编制配置文件，以实现软件与CTC系统的匹配。

3）业务层，作为核心逻辑层，具有道岔操纵超时判断参数设定、道岔状态自动读取、道岔自动测试逻辑，道岔自动轮巡等功能。

4）展示层：实现人机界面对话；测试结束后自动生成测试报告，对于测试异常的道岔进行报警。测试异常包括道岔状态异常、道岔操纵超时等。

2.3 自动测试逻辑

1）软件自动测试流程见图3。启动测试软件，输入账号密码后，软件会自动读取管辖车站的道岔信息。测试时首先打开相应菜单，选择测试车站，然后点击读取该车站道岔状态按钮。当道岔状态读取完毕后，点击开始按钮即可进行自动测试。

图3 自动测试逻辑流程

2）自动测试时，软件会按照待测试车站列表，同时对各个车站的待测试道岔依次发送操纵指令。例如选择一个车站，首先以当前道岔位置为基础，若是定位，则发送反操指令；然后等待当前道岔操纵结果反馈，若收到操纵成功的消息，则自动开始操纵下一组道岔。当所有待测试道岔均完成一次操纵后，再按此方法执行第2 遍操纵。当所有道岔均执行了一次定操和一次反操，则该站测试结束，直至所有车站完成测试。

3）测试过程中，若遇到挤岔或操纵超时的道岔，则将该道岔添加到报警分类中，不再下次轮巡中测试［5］。其中操纵容忍时间按道岔类型区分，单动道岔操纵容忍时间为20 s，双动道岔为25 s。当实际操纵时间大于操纵容忍时间，即判定为操纵超时。

4）若需要提前结束自动测试，则点击结束按钮，软件会弹框提示是否结束，确认结束后，软件会在操纵完当前道岔后停止测试，已测试的道岔如果存在问题依然会弹框报警。

2.4 测试结果与测试报告

若存在异常道岔出现弹框提醒，则点击报警按钮可查看异常道岔的名称与原因，同时自动生成测试报告。该报告除了保存于本地文件夹外，也可通过界面的报告按钮，查看当月的测试记录与测试结果。异常报警与查看测试界面见图4。

图4 异常报警与查看测试界面

3 关键技术

3.1 道岔操纵超时判断

3.1.1 车务终端

车务终端道岔操纵指令的数据流程见图5。由于自动测试工具从发出指令到道岔动作的过程中，会经过多个设备，每个设备在处理指令以及传输消息时会产生一定的时延；而自动测试软件设计方案中，仅仅对软件操纵指令从发出到执行结果反馈时延进行粗略估算，判断超时参数虽然在模拟环境当中可以满足，但是否符合现场实际情况未知；因此，需选取实际车站进行测试验证。在徐州东徐兰场进行现场试验，将单动道岔判定超时参数设置为16 s，双动道岔超时参数设置为23 s，试验结果见图6。

图5 车务终端道岔操纵数据流程

图6 道岔操纵过程中各环节占用时长抽查统计

1）车务终端从收到道岔测试工具发出的指令，到将指令发给自律机所花的时间t1不超过1 s。

2）自律机从收到车务终端的指令，到将指令发给联锁所花的时间t2不超过2 s。

3）联锁从收到自律机的指令，到道岔动作结束后联锁向自律机发出道岔表示码位所花的时间t3：单动道岔不超过14 s，双动道岔不超过19 s。

4）自律机从收到联锁发来的道岔表示信息，到将该消息发给车务终端，所花时间t4不超过1 s。

5）车务终端从收到自律机发来的道岔表示信息，到车务终端将该消息发往道岔自动测试工具，所花时间t5不超过1 s。

综上所述，设定单动道岔操纵等待时间不应大于19 s，双动道岔操纵等待时间不应大于24 s。

3.1.2 调度中心

调度中心道岔操纵数据流程与车务终端道岔操纵数据流程的区别，在于调度中心操纵指令是经由助调终端下发给自律机处理，而车站则是经由车务终端下发。虽然调度中心操纵指令还隐含途径通信服务器和通信前置服务器2 个环节，但这2 个服务器环节属于透传，无任何逻辑处理［6-7］。因此仅需适当增加传输时延即可，建议对于单动和双动道岔超时判断参数均多增加1 s，即单动道岔操纵等待时间不应大于20 s，双动道岔操纵等待时间不应大于25 s。

3.1.3 超时判断参数设定

为便于运维，保证车站和调度中心道岔操纵软件统一通用，同时满足2 种场景的测试要求，将道岔自动测试软件超时判断参数统一按照调度中心参数设置，即单动道岔超时判断参数为20 s，双动道岔超时判断参数为25 s。

3.2 道岔状态的可靠获取

由于需要通过CTC 系统获取道岔的初始状态和操纵后状态，因此测试软件采用管道消息的方式，从车务终端读取道岔的状态，通过道岔所属车站以及CTC系统内部定义的道岔唯一标识，获得准确的道岔状态，从而保证道岔状态的可靠性［8-10］。

由于道岔操纵会产生较大的电流，因此在自动操纵道岔时，对于由同一套联锁系统控制的道岔，需严格控制同时操纵的道岔数量，确保联锁系统的安全。

4 应用情况

自2021 年8 月以来，基于高铁CTC 系统的道岔轮巡操纵软件已在徐连调度台所辖徐州东站徐兰场、新沂南站等进行了功能验证和前期试用；2023年1月进一步扩大试点范围，在徐连徐淮高铁台进行调度台多中心及车站同时操纵试用。试用期间该软件稳定可靠、操纵简捷方便、显示界面直观友好。对于操纵异常的道岔不仅会弹框报警，而且还标明报警道岔的名称以及报警原因，在对既有CTC 系统各项功能无影响的情况下，大大减轻了设备维护人员的工作强度。