FZy-CTC分散自律調度集中系統信息傳輸與集成平臺技術研究

■ 王建英 王忻 應志鵬

FZy-CTC分散自律調度集中系統信息傳輸與集成平臺技術研究

■ 王建英 王忻 應志鵬

根據列車調度指揮業務和分散自律調度集中系統的實際需求，研究提出采用基于實時消息總線和企業服務總線、各種信息交換接入適配器、安全管理、用戶角色管理、維護監控、數據服務和業務服務等模塊構建高效、安全、可靠運行的信息傳輸集成平臺，實現業務應用和信息交換的有效分層隔離，并通過采用基于角色的智能感知技術、多智能體技術和面向服務的技術進行平臺支撐服務組件的研發和動態統一部署，實現信息使用調度的自動智能轉發，使控制信息和管理信息在統一平臺下有序交換，提高了系統的可靠性、安全性和適應性。

分散自律調度集中系統；信息傳輸；信息集成；消息總線；服務總線

0 引言

隨著鐵路運輸密度的增加，列車追蹤間隔的縮短，列車運行速度的提高，調度所管轄范圍的擴大，以及系統故障后影響程度的嚴重性等方面的要求，對分散自律調度集中系統（CTC）在功能性、安全性、高效性、準確性、可維護性等方面都提出了更高的要求。

（1）在功能方面，CTC應能實時自動采集列車運行及現場信號設備狀態信息，并傳送到中國鐵路總公司調度指揮中心和鐵路局調度所，完成列車運行實時追蹤、無線車次號校核、自動報點、正晚點統計分析、交接車自動統計、列車實際運行圖自動繪制、階段計劃人工和自動調整、調度命令及列車計劃下達、站間透明、行車日志自動生成等功能，還應實現列車編組信息管理、調車作業管理、綜合維修管理、列車/調車進路人工和計劃自動選排、分散自律控制和臨時限速設置等功能。同時應具備與無線閉塞中心（RBC）、GSM-R、臨時限速服務器（TSRS）、相鄰調度區段的CTC/列車調度指揮系統（TDCS）、計算機聯鎖、列控中心、信號集中監測系統、運輸調度管理系統（TDMS）的接口能力。

（2）CTC系統在容量方面應滿足數據庫服務器能保存所轄范圍的實績運行圖、調度命令、行車日志等運輸數據不少于2年時間；系統存儲所轄范圍的實時表示信息數據不少于2個月時間；一個調度集中區段支持車站數目不小于16個；系統核心服務器和自律機處理容量應能滿足最高運行速度、最高運行密度情況下的實時信息處理和自動排路要求。

（3）CTC系統在性能方面應滿足正常情況下，服務器、工作站、自律機、交換機及路由器等設備的處理能力利用率不超過50%，內存使用率不超過50%；數據庫服務器采用雙機并行工作方式，單機故障不影響系統運用；采用主備工作方式的計算機設備雙機切換時，對業務中斷影響不應超過3 min；網絡設備、通道單點故障導致的路由切換對業務中斷影響不應超過3 min。在實時性方面，滿足正常情況下信號設備狀態表示延時不應超過3 s，控制命令傳輸延時不應超過2 s等要求。

（4）CTC系統在可維護方面應主要具備設備狀態監控、運行日志存儲和分析、故障報警和診斷、網絡管理、軟件數據版本管理等功能，并應提供友好、直觀的界面，采用圖形、表格、語音等方式，具備靈活的輸入、修改、查詢及統計分析和報表功能。

狀態監控功能應能實現對設備CPU負荷率、內存使用率、硬盤使用率、活動進程等進行實時監控，并可設定閾值，當達到閾值時自動產生報警；對操作系統、數據庫、中間件和應用軟件的工作狀態等進行實時監控；對內部子系統之間、與外部系統之間的通信接口狀態進行實時監控，當通信異常或中斷時自動產生報警。

運行日志存儲和分析功能應能滿足可存儲各應用系統的運行日志、用戶操作日志、接口通信日志，存儲信息的粒度和容量應能滿足故障分析需要；日志存儲應包括日志產生的時間、設備、類型、級別，并提供靈活、有效的日志檢索、查詢手段；系統應可按照一定策略自動刪除過時日志。

網絡管理應支持SNMP通用網絡管理協議，提供對各種網絡設備、網絡協議的監控和管理功能；具備針對網絡設備的CPU負荷、內存使用率、路由表、網絡地址、端口狀態的實時監控功能，當發生異常或中斷時應自動產生報警。

因此，研究適應于FZy-CTC型分散自律調度集中系統的高可靠性信息傳輸與集成平臺（簡稱信息傳輸集成平臺），滿足列車調度指揮管理信息和信號設備控制信息兩方面的要求，對于極大地降低系統維護、升級改造難度，滿足生產力布局調整、調度指揮管轄范圍變動和業務功能重組對行車調度指揮系統不間斷指揮行車無縫切割的要求，全面提升我國行車調度指揮現代化、自動化和智能化水平，具有重要的理論和現實意義。

1 技術架構

信息傳輸集成平臺硬件由調度所應用服務器、數據庫服務器、通信服務器、車站自律機、車站數傳控制器和網絡設備構成；軟件由基于實時消息總線和企業服務總線、各種信息交換接入適配器、安全管理、用戶角色管理、維護監控、數據服務和業務服務等模塊組成。信息傳輸集成平臺邏輯結構示意見圖1。

對于與列車運行相關的安全控制信息和列車運行狀態信息，采用專用的安全通信適配器實現信息的交換和訪問，對于列車調度指揮管理類的信息（如調度命令和列車運行計劃）采用安全數據傳輸模塊通過服務調用的方式實現信息的交換和訪問。

通信服務器、數傳控制器和網絡設備采用冗余配置，信息傳輸集成平臺能夠根據業務量的大小、設備狀態和信息的優先等級動態自動調配資源，實現負載均衡和故障自動切換。

2 關鍵技術

2.1 消息總線和企業服務總線技術

信息傳輸集成平臺的功能涉及列車運行計劃管理、調度命令管理、列調車進路控制、車次追蹤管理、行車日志管理、維修維護管理及與其他外圍系統信息交換等領域，涵蓋中國鐵路總公司、鐵路局、基層站段，滿足高速鐵路列車以350 km/h的速度、按3 min間隔追蹤運行，調度所、車站之間列車運行控制命令和狀態信息以秒級實時交換等場景下調度管理和指揮控制信息高速、高效、安全和可靠的交換與集成，使信息的處理和利用能夠在廣域網和局域網內任何結點進行，實現便捷的信息共享與數據處理，極大提高系統的可用性、可靠性與安全性，這些都對信息傳輸集成平臺在處理能力、運用里程、功能設計、智能水平、監控能力、安全程度和維護手段等方面提出了新的要求，為此將消息總線和企業服務總線納入統一平臺進行設計考慮，滿足業務應用平臺對技術支撐平臺的要求。信息傳輸集成平臺結構見圖2。

圖1 信息傳輸集成平臺邏輯結構

2.2 分層多智能體和用戶感知技術

采用分層多智能體技術，以用戶角色智能感知技術為核心，實現信息使用調度的自動智能轉發，使控制信息和管理信息在統一平臺下有序交換。

信息傳輸集成平臺以列車調度業務流程為主線，對業務功能進行詳細分析，根據業務的重要性、時效性、安全性、可靠性和使用者角色等指標，采用基于角色的智能感知技術、多智能體技術和面向服務的技術，研發了能夠滿足各種需要的開放性和標準化的服務接口、消息隊列接口和適配器接口，并以消息總線和服務總線的方式實現各種接口的管理和信息的交換、集成和共享，降低了系統慣性故障發生頻率，提高了系統安全性和可靠性，增強了系統安全保障能力，實現了高度的安全性，具有較強的身份認證、授權、加密等機制，完善全面的事件日志和數據備份等功能。CTC系統數據接口見圖3，車站平臺架構見圖4。

三星電子一位高管表示，手機和電子產品兩大部門的利潤率不斷下滑，因此公司正在考慮將一些富余的人力資源轉移到研發中心。其中消費電子事業部的軟件工作人員正在被抽調到三星人工智能中心。

信息傳輸集成平臺作為各類業務應用模塊的通信中間層，剝離各業務模塊的通信功能，各業務模塊間通過與通信平臺的接口交換信息，信息的補發、時序及故障存儲由中間層完成，簡化業務軟件的邏輯流程；支持多系統平臺，減少對各類資源（內存、硬盤、網絡帶寬）的占用，具備高可用性、高可靠性、通信效率高、安全性高的特點；極大降低了與業務系統的耦合，獨立性更強，通信的安全性、可靠性更高，所提供的服務將會使業務系統更易于擴展、更易于部署。CTC系統業務平臺和信息傳輸集成平臺結構見圖5。

圖2 信息傳輸集成平臺結構

圖3 CTC系統數據接口

圖4 車站平臺架構

信息傳輸集成平臺兼顧了高速鐵路沿線大型車站、中小車站和鐵路局調度所不同業務功能范圍和業務功能對平臺處理能力的要求，實現了高效、實時性、訪問頻次高、安全性強的控制命令和數據量大、訪問頻次較低、訪問時機集中的管理、查詢和統計類數據的有機統一，強化與列車運行安全相關功能，增加了平臺的適應性和使用靈活性，提高了系統內部和系統間信息的安全高效實時共享，為行車調度指揮人員之間的協同工作提供了強有力的技術支撐，能夠滿足鐵路局調度所和不同種類車站的行車作業調度指揮業務需求。按照業務緊急程度優先發送示意見圖6。

2.3 復雜業務信息的綜合集成技術

信息傳輸集成平臺把各種紛繁復雜的數據系統集成在一起完成特定業務，提供同構數據、異構數據之間的數據抽取、格式轉換、內容過濾、內容轉換、同異步傳輸、動態部署、可視化管理監控等方面功能。支持的數據包括各主流數據庫、Excel、規則文本、數據接口等各種格式，并可以根據用戶需求定制開發特定業務服務和數據服務，實現安全、可靠、高效的數據交換，為跨部門、跨地區、多業務、異構系統、異構數據庫之間信息交換和共享提供了可靠支撐。

在物理上和邏輯上采用傳輸信道、管控服務器、主用服務器、網絡設備、供電電源等方面的冗余配置，提高了系統的可靠性；提供了多種符合國際主流標準的接口方式，能夠集成不同廠家的硬件設備和軟件產品，實現各系統間互操作；遵循統一數據出口和統一數據入口的原則，整合各業務應用系統。

實現了雙通道及負載均衡功能。CTC和TDCS系統物理結構由雙網雙通道構成，通過信息傳輸集成平臺，使用戶感覺不到雙網的存在，并可根據信息流量自動進行信息分配，達到負載均衡的目的。雙通道負載均衡智能映射見圖7，數據傳輸自動分發見圖8。

圖5 CTC系統業務平臺和信息傳輸集成平臺結構

圖6 按照業務緊急程度優先發送

圖7 雙通道負載均衡智能映射

圖8 數據傳輸自動分發

2.4 基于用戶角色的安全可靠性技術

信息傳輸集成平臺采用安全通信協議與車站聯鎖設備、臨時限速服務器、無線閉塞中心設備、車站列控中心設備等實現安全信息的交換，并將該安全協議和服務總線有機結合，簡化了各系統之間的網狀連接關系，提高了系統的擴展能力和可維護能力，實現了不同種類信息按使用對象、信息優先級、信息安全度等多維度進行合理調配和高效交換。

對于凡是通過信息傳輸集成平臺實現系統間、軟件模塊間進行數據交換的應用或數據訪問，都必須經過通信信息傳輸平臺的身份鑒別和安全認證才能進行數據交換和共享，并對在通信信息傳輸平臺中傳送的進路辦理安全性信息或是調度命令等機密信息進行加密處理，且帶有數據時間戳，防止被內外部使用者或應用系統破壞和攻擊，提高系統的安全防護等級和水平。安全信息傳輸見圖10。

圖9 數據丟棄場景

圖10 安全信息傳輸

2.5 智能化維護管理技術

信息傳輸集成平臺具備應用場景變換情況下的自主再配置功能，具備對硬件設備資源利用率、工作狀態、軟件模塊訪問量和平臺工作狀態實時監控和智能分析，信息流向實時分析監控，統計分析平臺軟硬件瓶頸及自動報警和資源自動聯動調配等功能，能夠按照指定的時間段對平臺軟硬件資源、網絡通道等方面的使用情況進行數據統計分析，為平臺的維護、擴容和升級改造提供科學的依據。車站通信狀態監控界面見圖11，主要信息統計界面見圖12。

圖11 車站通信狀態監控界面

圖12 主要信息統計界面

3 結束語

信息傳輸集成平臺已經在北京、成都、鄭州、廣州等鐵路局（公司）的列車調度指揮系統（TDCS-y）和分散自律調度集中系統（FZy-CTC）全面推廣運用，同時推廣應用到重慶、長沙、廣州等城市的軌道交通自動列車綜合監控系統（FZy—ATS）。自投入正式運用以來，平臺運轉穩定正常，界面友好，操作方便，在全路同類設備中處于領先水平，在運用里程、功能設計、智能水平、監控能力、安全程度和維護手段等方面有突破性發展，能夠滿足不同種類車站和調度中心行車調度指揮業務安全、高效的實際需求，極大降低了慣性故障發生頻率，增加了安全保障能力，減輕了維護人員的勞動強度，對提高效率、保證安全十分有效，進一步提高了行車調度指揮裝備的自動化、智能化水平。

[1] TJ/DW 151—2013 列車調度指揮系統（3．0）技術條件[S]．

[2] 鐵道部科技運函［2004］15號 分散自律調度集中系統技術條件[S]．

王建英：中國鐵道科學研究院通信信號研究所，研究員，北京，100081

王 忻：中國鐵道科學研究院通信信號研究所，副研究員，北京，100081

應志鵬：中國鐵道科學研究院通信信號研究所，研究員，北京，100081

責任編輯 盧敏

U284

A

167 2-061X（2015）02-0107-06

中國鐵道科學研究院科技研究開發計劃項目（2007YJ27）。

所獲獎項：2014年度中國鐵道科學研究院科學技術獎一等獎。