CTC條件下基于進路狀態的進路自動控制方法

陳建鑫

（北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070）

CTC條件下基于進路狀態的進路自動控制方法

陳建鑫

（北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070）

設計一種圍繞進路狀態展開的進路自動控制方法，詳細論述進路狀態定義和轉換過程，并針對命令丟失和延續進路轉發車兩個實際運營場景，給出基于進路狀態的完整解決方案，最后引入State模式，提出一種基于本方案的軟件設計方法。

CTC；進路狀態定義；進路狀態流轉；進路自動控制；State模式

1 問題提出

調度集中控制系統（以下簡稱CTC）采用調度集中統一和分散控制相結合的方式，實現進路的自動排列。進路自動排列作為CTC系統的核心功能之一，進路自動排列功能不僅有效的降低運輸人員作業強度，更有效控制錯辦誤辦風險。近年來，隨著CTC系統在鐵路運輸領域的逐步推廣，調度指揮人員對進路自動排列功能的安全性和智能性提出更高的要求。一直以來，以計劃為核心的進路自動控制處理很好的保證了進路自動辦理與車序的一致性，降低了錯辦誤辦的風險，提高了進路自動辦理的安全性。但是在進路實際辦理過程中，仍然存在很多異常或者特殊的運用場景，這些場景下系統若無法提供自動化的保障手段，就須由運輸作業人員進行人工控制，運輸作業效率大打折扣。因此，在保證車序的情況下，如何對這些場景進行有效的識別并提供自動化的控制手段是本文研究重點，將以命令丟失、延續進路轉發車兩類場景為例對本方案應用思路進行介紹。

2 研究思路

CTC條件下，以計劃車序為依據，圍繞進路狀態的有序流轉，以狀態驅動控制、狀態制約控制，實現針對各類異常或特殊運用場景的自動控制，從而達到提高進路自動辦理智能化水平的目標。

1）以計劃車序為首要條件，在不影響車序的條件下，針對進路辦理過程中一些異常或特殊的運用場景，提供自動化的控制手段，提高進路辦理的自動化水平；

2）結合不同的運用場景，通過對進路基本運用狀態的擴展延伸，確定某些狀態下可實施的自動控制手段，實現狀態對自動控制的驅動；

3）通過進路狀態的識別實現對所有自動控制結果的追蹤，通過進路狀態的有序流轉實現自動控制的閉環管理，進而達到狀態制約控制的目標。

3 進路狀態

進路狀態包含進路狀態定義和進路狀態流轉兩方面內容。進路狀態定義是指CTC條件下，根據實際運營需要，定義的各種進路邏輯運用狀態；進路狀態流轉是針對進路的各種邏輯運用狀態，通過對操作命令、進路相關設備狀態的綜合判定實現狀態間的有序轉變。

3.1 進路狀態定義

按照一般的進路辦理場景，可分為計劃狀態、命令下達、進路鎖閉、信號開放、進路占用、進路出清、進路取消等7種基本運用狀態。

計劃狀態：初始狀態，由階段計劃解析為進路序列后未進行任何自動或人工選排處理的初始狀態；命令下達：系統已向聯鎖發出進路選排指令；進路鎖閉：待選排進路中包含的所有設備均已處于鎖閉狀態；

信號開放：待選排進路的始端信號機開放行車許可信號；

進路占用：列車壓入進路，進路始端信號關閉，且設備順次被占用；

進路出清：列車占用完成，由本進路駛出；

進路取消：通過“總取消”或“總人解”等操作命令，對辦理完成進路進行取消。

3.2 進路狀態流轉

進路狀態流轉是對列車作業過程的有效追蹤，是一個嚴密且有序的過程，而非簡單的狀態映射。如同樣為進路設備全部解鎖的狀態下，結合不同的過程可確定是由于進路取消操作而轉入“進路取消”狀態，還是由于列車占用完成后的“進路出清”狀態。進路狀態具體流轉過程如圖1所示。

圖1 進路墓本狀態流轉圖

1）計劃狀態→命令下達：系統或人工向聯鎖系統發送進路選排命令，進路即變化為“命令下達”狀態；

2）命令下達→進路鎖閉：對進路所含設備狀態信息進行判定，進路包含的所有設備均處于鎖閉狀態時，進路即變化為“進路鎖閉”狀態；

3）進路鎖閉→信號開放：對進路的防護信號機狀態信息進行判定，進路的防護信號機開放行車許可信號時，進路即變化為“信號開放”狀態；

4）信號開放→進路占用：對通過進路的防護信號機和包含設備狀態進行判定，進路防護信號機關閉，且內方第一區段處于占用狀態時，進路即變化為“進路占用”狀態；

5）進路占用→進路出清：對進路包含設備狀態進行判定，進路包含設備全部出清且全部解鎖時，進路即變化為“進路出清”狀態；

6）信號開放→進路取消：對下達命令和進路包含設備狀態進行判定，下達進路“總取消”或者“總人解”命令，且進路包含設備全部解鎖，進路即變化為“進路取消”狀態。

4 應用解決方案

4.1 命令丟失

場景描述：操作命令分為人工命令和系統命令兩種，都是由CTC系統以串口方式下達至聯鎖系統，由系統發出命令至聯鎖接收到命令中間經由多個業務處理模塊，在網絡或串口通信受干擾情況下命令在傳輸過程中發生丟失現象，即CTC系統認為完成命令發送，而聯鎖設備并未接收到命令信息。此時盲目重發可能會導致進路選排異常，不做重發處理又會影響現場作業效率，因此如何準確識別出命令是否下達到聯鎖，且能針對下達結果不同提供相應處理邏輯以滿足現場運營需要是本場景重點要解決的問題。

解決方案：擴展命令執行和辦理失敗兩個狀態，增加命令下達→計劃狀態、命令下達→命令執行、命令執行→進路鎖閉、命令執行→辦理失敗4個狀態流轉過程。進路狀態流轉邏輯演變為：

1）“命令執行”狀態標識聯鎖已經開始執行命令，通過進路始終端按鈕的狀態和聯鎖串口通信層回執信息進行識別。

2）對于處于“命令下達”狀態的進路，3 s內未成功轉入“命令執行”狀態的進路可轉入“計劃狀態”，系統自動進行命令重發處理，解決命令傳輸過程中丟失問題。

圖2 進路擴展狀態流轉圖

3）對于已經進入“命令執行”狀態的進路，45 s內完成鎖閉，則轉入“進路鎖閉”狀態，回歸至基本狀態流轉中；若45 s內未完成鎖閉，則通過“辦理失敗”狀態的擴展實現對進路辦理失敗的識別，對于辦理失敗的進路及時告知作業人員進行人工處理，以此來降低作業風險。

4.2 延續進路轉發車

場景描述：在一些存在6‰下坡道的車站，依照聯鎖信號條件，接車進路辦理時需辦理相應的延續進路，延續進路在列車頭部壓入股道后延時3 min后自動解鎖。而在實際運營過程中，很多動車組列車停站1 min后即要發車，延時3 min的自動解鎖機制嚴重影響運輸作業效率。由此運輸人員提出延續進路轉發車的運營需求，具體為：延續進路直接延續至發車口，列車停穩后將延續進路轉發車進路，并對發車進路進行自動重開信號處理，在不違背聯鎖信號條件，又不影響作業效率的情況下，實現發車進路自動辦理的目的。

解決方案：擴展“重開命令下達”和“重開命令執行”狀態，增加計劃狀態→進路鎖閉、進路鎖閉?重開命令下達、重開命令下達→重開命令執行、重開命令執行→信號開放、重開命令執行→計劃狀態。進路狀態流轉邏輯演變為：

1）“重開命令下達”狀態標識信號重開命令已經由CTC系統發出；“重開命令執行”狀態標識聯鎖已經開始執行信號重開命令。

圖3 進路擴展狀態流轉圖

2）重開命令執行成功，則進路轉入“信號開放”狀態，回歸至基本狀態流轉中，完成重開信號的自動辦理；若重開命令執行失敗，則進路轉入“計劃狀態”，同樣回歸至基本狀態流轉中，對于重開失敗的進路重新回到常規進路辦理模式中，按照進路基本狀態流轉過程進行進路的自動辦理。

圖4 墓干State模式類設計圖

5 基于State模式的軟件設計方案

State模式是面向對象設計模式的對象行為模式，很好的詮釋了狀態和行為之間的關系，一個對象的行為取決于它的狀態，而行為的變化引發狀態的轉換。它將與特定狀態相關的行為局部化，并且將不同狀態的行為隔離。State模式的設計理念與圍繞進路狀態展開進路自動控制的設計思路十分切合，基于State模式的進路狀態類設計方案如圖4所示。

1）為進路引入一個抽象類State，通過State類實現對操作行為公共接口的聲明，對于操作命令、設備狀態變化信息，Route類可直接委托State類來完成。

2）State對象設計為只有行為的輕量級對象，無成員變量，為每一種State對象聲明一個靜態變量接口。不同的Route對象可共享同一個State對象，且State對象自身即可以定義轉換規則，并完成向后續狀態的轉換。

6 結束語

以計劃車序為前提，通過進路狀態的定義和轉換實現不同運用場景下進路自動控制的設計思路，打破了傳統進路自動控制模式，使進路辦理過程中各種自動控制處理更多元化、智能化，很好的滿足了國鐵復雜的運輸作業需要，大大提高了運輸作業效率。

［1］中國鐵路總公司.Q/CR518-2016 調度集中系統技術條件［S］.北京：中國鐵道出版社，2016.

［2］中國鐵路總公司.鐵總運［2013］141號 鐵路列車調度指揮系統（3.0）技術條件［S］.北京：中國鐵道出版社，2013.

［3］中華人民共和國鐵道部.運基信號［2007］696號 調度集中系統（CTC）數據通信規程［S］.北京：中國鐵道出版社，2007.

［4］中國鐵路總公司.鐵總運［2014］141號 列車調度指揮系統（TDCS）數據通信規程（V3.0）［S］.北京：中國鐵道出版社，2014.

［5］ Gamma E，Helm R，Johnson R，et al.設計模式—可復用面向對象軟件的基礎［M］.北京：機械工業出版社，2007.

This paper introduces the design of an automatic route control method based on route states，discusses the defi nition and transition of the route states， and presents a complete solution for two practical scenarios such as Command-Miss and Successive Route Change to Departure Route. Finally， it puts forward a software design method based on the state mode.

CTC； defi nition of route state； transition of route states； automatic route control； state mode

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.05.004

北京全路通信信號研究設計院集團有限公司重點課題項目（2014X004-C）

（2016-07-13）