基于區域聯鎖的CTC分機方案研究與建模

關 偉 王長林

關 偉:西南交通大學信息科學與技術學院 碩士研究生 610031 成都

王長林:西南交通大學信息科學與技術學院 教 授 610031 成都

隨著國內鐵路事業的飛速發展，在繁忙干線相繼建設了高鐵和客運專線。新線的開通對于既有的行車組織和車站信號系統都有一些改變。在傳統分散自律調度集中技術條件下，CTC分機一般都是針對本站的進路進行控制，但如果在站間距離較短且站內道岔較少或不設道岔的車站，以及鄰近線路所也設置CTC分機的情況，會造成站間交互過于頻繁，對運輸組織效率有不利影響。為進一步提高列車進路的控制與管理水平，本文探討了一種基于區域聯鎖的CTC分機控制方案。

1 區域聯鎖的結構特點

區域聯鎖是在車站聯鎖系統的基礎上，結合網絡安全傳輸技術，將區間信號納入區域進路控制范圍而發展起來的控制系統，以此實現車站區間的一體化控制，其實質是在中心站設置區域聯鎖機，從控區域設區域控制機ACC(Area Control Computer)，使用ACC完成不同區域及區間的聯鎖控制和集中控制。與傳統區間的信號控制不同，采用區域聯鎖模式時，區域聯鎖范圍內區間解鎖與空閑是車站接發進路的必要條件，這就要求區域聯鎖系統要嚴密記憶和對比區間行駛的車輛;區間軌道電路故障要有嚴格的區分條件;區間信號和行車顯示必須準確等。以此來實現區間閉塞防護功能，進一步提高系統安全保障性能。

中心站的區域中心聯鎖機由聯鎖邏輯控制模塊和系統調度模塊組成。聯鎖邏輯控制模塊根據站場結構和操作要求進行聯鎖邏輯處理和控制;系統調度模塊實現系統間的通信和同步處理。中心站的聯鎖機完成本站及從控區域的聯鎖邏輯控制，通過聯鎖總線將進路命令傳送給中心站及從控區域的ACC，來實現現場設備狀態信息的采集，以及驅動相關室外設備。區域聯鎖的基本結構如圖1所示。

2 區域聯鎖的CTC分機

2.1 CTC分機結構

圖1 配置區域聯鎖的CTC分機整體連接架構

為了滿足現代化鐵路的高速、高密度運行需求，提出了一種基于區域聯鎖的CTC分機方案。在中心站設置一套自律機，中心站設備以基于TCP/IP雙以太局域網連接起來。除此之外，CTC分機組成還包括:打印機、網絡設備、電源設備、與區域聯鎖系統的接口設備等。CTC分機的基本架構如圖1所示。

2.2 CTC分機功能

1．控制模式。多個從控區域的非常站控和分散自律的模式轉換同時進行，由中心站的車站值班員在聯鎖操表機上進行轉換，可采取非常站控或分散自律方式。

在分散自律模式下對于進路控制，有人工控制和計劃控制2種方式。在人工控制方式下，中心站和從控區域的控制命令由中心站自律分機發送給區域聯鎖機執行，同時接收聯鎖的執行結果信息;在計劃控制方式下，根據接收的列車調整計劃和調車作業計劃，結合相關行車組織的規定，檢查計劃的合法性、時效性、完整性和無沖突性等，進而產生控制進路指令。中心站自律機除了從CTC中心接收本站的列車階段計劃外，還接收從控區域的列車計劃進路指令，在規定的時刻將指令轉為命令，下達給區域聯鎖機執行。

2．多區域顯示功能。多個從控區域可以同時在中心站進行顯示，包括站場顯示、設備運行狀態的實時監視和列車的動態跟蹤等。

3．進路指令的顯示。多個從控區域的進路指令全部在中心站上顯示。

4．進路控制范圍。區域聯鎖根據進路命令，既可以完成中心站的聯鎖控制，也可以通過聯鎖總線對區域控制機完成從控區域內的進路控制，如圖2所示。同時，區域控制機中的采集模塊與區間軌道電路的相關接點連接，以獲取區間每個軌道區段的狀態，在滿足站間的進路條件下，可以完成區間進路的排列。

圖2 無岔從控區域的接車進路

5．相鄰區域聯鎖機間的信息傳遞。2個區域聯鎖CTC分機之間進行進路信息交互時，在區域聯鎖機之間設置接口，如圖3中所示的區域1從出站信號機向區域2排列列車進路，它們之間通過ACC傳遞進路信息，區域2聯鎖機收到區域1聯鎖機的發車進路信息后，自動排列從區域1閉塞接口開始的區間進路。

圖3 不同區域聯鎖間的信息傳遞

6．車務終端完成區域內所有站調度命令的簽收，可以自動生成行車日志。

7．電務終端監視區域范圍內所有站的信號設備狀態，對列車運行的早、晚點情況及主控站的調車作業單進行查詢。

3 區域聯鎖CTC分機建模

通過對配置區域聯鎖的CTC分機基本結構及功能的分析后，下面利用統一建模語言UML，從用例圖以及序列圖角度，對本CTC分機模型進行描述。

3.1 區域聯鎖CTC分機的用例圖

用例圖在CTC分機建模需求分析階段有很重要的作用，它是作為參與者的外部用戶所能觀察到的系統功能模型圖。整個開發過程都是圍繞需求階段的用例進行的，描述人們希望如何使用一個系統。用例圖顯示誰將是相關的用戶、用戶希望系統提供什么服務，以及用戶需要為系統提供的服務等，以便使用戶更容易地理解這些元素的用途。用例模型主要由參與者、用例及用例描述等要素組成。

根據對系統的功能需求分析，確定系統的參與者主要包括列車群、CTC中心和區域聯鎖各系統，系統的時鐘同步由CTC中心協調，并由CTC分機轉發給區域聯鎖和列車群子系統。根據系統所需完成的基本功能，定義了與各個參與者相關的用例，具體如表1所示，系統用例圖如圖4所示。

表1 參與者相關的用例

3.2 區域聯鎖CTC分機的序列圖

序列圖是從動態的角度對系統中控制流的流動過程進行描述，區域聯鎖CTC分機的序列圖如圖5所示。圖5顯示了基于區域聯鎖的CTC分機與其他4個對象之間的動態信息流關系，具體說明如下。

1．CTC中心發送時鐘同步信息給CTC分機。

2．CTC分機將時鐘同步信息轉發給區域聯鎖、列車群。

3．CTC分機接收CTC中心下達的列車運行計劃。

4．區域聯鎖設備將區域內站場狀態信息發給CTC分機，CTC分機得到信息后刷新站場狀態。

5．CTC分機接收列車群的列車運行信息。

6．CTC分機根據《站細》規則，經過合法性、無沖突性判斷得出辦理進路命令。

7．區域聯鎖設備接收CTC分機發送的進路命令，辦理相應區域內的進路，并發送回執。

8．CTC分機發送列車注冊注銷信息給列車群。

通過對區域聯鎖CTC分機的建模，體現了區域聯鎖CTC分機的系統架構，以及區域聯鎖CTC分機系統與其他系統的信息流交互過程。與傳統的車站CTC分機系統相比較，該區域聯鎖CTC分機方案配合區域聯鎖機對站間的區間信號進行了集中統一控制，共同完成了對車站相鄰區域進路控制范圍的擴展;并將區域內區間信號的控制納入到聯鎖控制范圍，提高了聯鎖站相鄰區域的區間列車進路的安全控制水平;而通過UML建模對于系統進一步的開發和實現有指導意義。

4 結束語

區域聯鎖的CTC分機方案，對無岔車站或區間中繼站及區間的進路控制進行了研究，在中心站設區域聯鎖機和CTC分機，從控區域設區域控制機的情況下，利用遠程控制技術，較好實現了對從控區域的調度及進路控制。方案對于節省工程投資和人力成本、提高行車組織效率具有參考價值。采用UML建模工具對區域聯鎖CTC分機系統建立的用例圖和序列圖的模型，有利于基于區域聯鎖的CTC分機系統進一步研發和實現。

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