區域性城際鐵路網CTC中心設計方案研究

梁朝輝

（中國鐵路設計集團有限公司，天津 300251）

城際鐵路，是指專門服務于相鄰城市間或城市群，旅客列車設計速度200 km/h及以下的快速、便捷、高密度客運專線鐵路。目前全國范圍各區域城際鐵路正在加緊規劃和建設，如珠三角城際鐵路網、中原城市群城際鐵路網、京津冀城際鐵路網等，區域城際鐵路具有獨立組網、獨立運營、采用CTCS2+ATO模式控車、線路相對距離短、可實現公交化開行、換乘方便等特點。

城際鐵路所采用的運輸調度指揮方式為調度集中（CTC），調度集中系統是對管轄區段內的列車和調車作業進行指揮和管理，通過聯鎖、列控、區間閉塞等信號設備，實現集中控制的鐵路信號技術裝備。

運輸調度指揮是鐵路運營管理的核心版塊，為了滿足城際鐵路運輸調度指揮的需求，結合城際鐵路運輸組織特點，從城際鐵路CTC中心系統的功能需求，尤其是區別于國鐵客運專線的一些顯著特點，以CTC中心系統的組網架構、軟硬件配置方案為切入點，深入分析和研究適用于城際鐵路CTC中心系統實施方案的關鍵技術，研究提出城際鐵路CTC中心系統總體技術方案，對城際鐵路CTC中心系統的方案設計及工程實施有重要的指導意義。

1 城際鐵路運輸組織需求

城際鐵路運輸主要特點是中高速度、高密度、安全正點、高可靠、高舒適度、公交化開行。主要表現在：城際鐵路運行速度通常為160～200 km/h，列車運行密度高，最小追蹤間隔可達 3 min；運能大，列車密度最高可達每小時 20列，常規城際列車定員可達 550～ 800人 /列（按 CRH6型動車組計算），理論上每小時最大運輸能力可達2×11 000～2×16 000人；旅客對出行要求更高，如舒適度和安全正點率應予以保證；城際線路設站較密，適合公交化開行。為實現上述目標，除技術上必須提供必要的保障外，運輸調度指揮系統是否科學合理，是否適應市場需求的變化是重要環節。因此，城際鐵路有別于其他線路，其運輸特點給運輸調度指揮系統所帶來的需求分析如下。

1.1 城際鐵路網運營模式的需求

根據目前國家批復城際鐵路的投資模式、建設模式及運營模式來看，一般由地方政府占較大出資比例（或采取PPP等模式），地方政府相比鐵路總公司較以前擁有更大的話語權，這就形成區域城際鐵路網以區域內客運交流為主，與國鐵路網接軌跨線運行情況少，具備獨立運營、獨立維護管理的基礎條件。而CTC系統是指揮行車運營的大腦，為滿足獨立運營的要求，城際鐵路網獨立建設CTC中心系統的需求強烈。

1.2 系統智能化的需求

城際鐵路運行速度達到160～200 km/h，極大縮短了途中運行時間，提高了運行密度，提供了更大的運力，可極大地緩解高峰時間段客運壓力，這就相應地要求高度智能化應貫穿于整個運輸調度指揮系統。因此，城際鐵路運輸調度指揮必須涵蓋列車運行計劃自動編制及自動調整、進路自動排列、統計預測及自動傳遞行車信息等行車高度自動化的全部內容，在管理手段、決策分析、系統實現功能、系統集成、組網方案、信息共享等方面應更加先進、科學。

1.3 高密度行車的需求

城際鐵路列車運行密度大，列車追蹤間隔可達3 min甚至更短，要求調度指揮系統控制的實時性更強。即對調度指揮系統控制而言，要求對計劃的實時性更強，由于自律機是通過對計劃的解析最終形成聯鎖控制命令的，如果計劃不能及時調整并下達，帶來的問題就是遠程CTC控制排列進路的失敗。

1.4 運輸計劃調整、安全正點的需求

交路變化導致運輸計劃調整方式也將隨之變化。城際鐵路動車組基本上采用站站停、大站停、直達等運輸組織方式混合運行，日班計劃中的各次車之間關系密切，前行列車晚點將導致列車計劃調整的工作量增大，特別是高密度情況下的計劃變化導致城際鐵路運輸調整困難，因此，要求系統設計能使運行圖的調整更靈活、方便；需要為城際鐵路運輸計劃調整預備更多的計劃調整預案，才能為安全正點提供系統保障。

1.5 與列車運行控制系統結合更加緊密的需求

除傳統的自動閉塞區間占用空閑和運行方向監督信息外，城際鐵路調度指揮還要求對動車組運行狀態、對列控系統地面及車載設備的控制狀態進行監督，為列控系統提供臨時限速指令。如列車運行移動授權、列車運行實時速度、車載ATP、ATO工作模式、區間低頻碼顯示、進出站信號機開關燈、限速命令、緊急停車命令等一系列信息的獲取，以及臨時限速的設置均與列控系統相關。

此外，城際調度指揮系統除應滿足與列控、聯鎖、監測等信號系統的接口要求外，還要滿足與運營調度管理信息系統、供電調度（PSCADA）、防災安全監控、無線通信、綜合視頻、旅客服務等多個相關的非信號系統接口要求，實現資源共享。

2 城際鐵路CTC系統功能需求

結合城際鐵路運輸組織需求及控車模式特點，為滿足城際鐵路網與高速鐵路、客運專線的互聯互通、跨線運營，在兼容高速鐵路、客運專線CTC系統功能的基礎上，研究制定城際鐵路CTC系統的功能需求如下。

2.1 CTC系統基本功能

CTC系統基本功能如下。

1）列車計劃管理：基本圖；日班計劃；列車運行調整計劃；調度命令。

2）列車進路控制：列車進路自動控制；列車進路人工控制；進路取消。

3）無線接車進路自動預告。

4）發車預告。

5）列車車次號處理。

6）列車停穩處理。

7）牽引供電接觸網狀態管理。

8）分路不良區段處理。

9）線路和設備封鎖處理。

10）CTCS-2級/CTCS-3級相關功能。

在CTCS-3級區段，調度集中系統應能接受RBC系統發送的列車信息，調度終端應具備實時查詢CTCS-3級運行列車的車載工作模式、速度、移動授權、位置等信息的功能。

調度集中系統具備設置車站列車信號機的“點燈”、“滅燈”狀態的功能，并可在站場界面中明確顯示信號機的“點燈”、“滅燈”狀態。“點燈”、“滅燈”的操作權限按照車站的控制模式和操作方式確定。

11）列控臨時限速操作顯示。

12）調車作業：調車作業計劃；調車進路控制。

13）調度集中站場信息采集、實時顯示與按鈕控制。

信息采集內容：信號機狀態；道岔狀態；軌道區段狀態；按鈕狀態；表示燈狀態；區間狀態；各類報警信息。

站場信息實時監視；按鈕設置；聯鎖控制指令輸出。

14）非正常作業：現場信號設備故障；調度集中系統故障。

5）行車輔助報警：列車跟蹤報警功能；對影響行車的故障應具備報警、提示、記錄等功能；車次號報警；列車進路錯辦報警；列車占用丟失報警；對報警信息分級、分類處理功能。

16）施工作業管理：施工調度的施工計劃查詢；施工揭示命令查詢；施工管理；施工登記信息打印及天窗統計以及施工作業模板維護。

17）運維服務：系統運行狀態監控；運行日志存儲和分析；網絡管理等。

18）仿真測試服務：系統軟件和數據的仿真測試；對維護、使用人員進行操作演練和仿真培訓。

2.2 配套CTCS2+ATO控車模式實現的功能

配套CTCS2+ATO控車模式實現的功能如下。1）對國鐵跨線運營列車的管理和控制。2）對大站停和站站停列車的分別管理。3）根據運行計劃自動觸發折返進路，并完成折返車次號的自動變更。

4）列車運行時刻自動調整。

5）調度臺顯示界面增加的顯示內容：

站臺門（屏蔽門）狀態；區間運行時分；站停時分；站臺緊急關閉狀態；防淹門靜態位置顯示；人防隔斷門靜態位置顯示；車載狀態報告和司乘信息；與CCS連接狀態等。

3 城際鐵路CTC中心總體技術方案

3.1 城際鐵路CTC系統架構

由于城際鐵路與高速鐵路（客專）管理組織機構不同，決定了運輸調度指揮系統架構必然有所不同。因此，有必要研究高鐵列車調度指揮系統的架構，不同層級相互間的關系，在此基礎上確定城際鐵路CTC系統的架構形式及組網方式，初步確定城際鐵路網CTC系統的總體框架。

3.1.1 高速鐵路CTC系統三級架構

從物理位置區分，高速鐵路運輸調度指揮系統分布于鐵路總公司調度指揮中心、鐵路局調度所、基層車站，為三級系統架構。高速鐵路運輸調度指揮系統（簡稱高鐵CTC系統）總體架構如圖1所示。

第一層為鐵路總公司（簡稱鐵總）調度中心CTC中心，屬管理級。高鐵CTC系統可實現對全路高速鐵路調度指揮管理功能，其主要功能是宏觀的調度指揮，包括列車運行宏觀顯示、統計分析、分界點調度命令下達等，同時系統具備接管某一調度所某條重點高速鐵路的運輸調度指揮功能。

中間層為鐵路局高鐵CTC中心，屬生產級。按照2008年最初的規劃，全路規劃了北京、武漢、上海、廣州、成都、西安6個客運專線調度所，負責6個區域高鐵運輸的直接指揮，6個區域高鐵調度中心之間互相銜接，互相協調完成客運專線的運輸指揮，并受原鐵道部高鐵調度中心的宏觀指揮。但依據原鐵道部《關于公布京滬、鄭西、武廣高鐵調度優化調整方案的通知》（鐵運〔2011〕117號），明確了高鐵調度指揮屬地化的要求，即按照現有18個鐵路局分別建設高鐵CTC中心系統，按屬地實現高鐵線路的運輸調度指揮任務。

基層為高速鐵路車站CTC子系統，車站完全受鐵路局高鐵CTC中心指揮，根據鐵路局高鐵CTC中心運輸計劃組織列車運行，辦理車站業務。

3.1.2 城際鐵路CTC系統兩級架構

根據城際鐵路網管理組織機構設置情況，城際鐵路調度指揮系統分布于城際鐵路網調度指揮中心、基層車站，為兩級系統架構。城際鐵路CTC系統架構如圖2所示。

第一層為城際鐵路網CTC中心，管理級兼生產級。可實現對區域內城際鐵路調度指揮管理功能，其主要功能既包括宏觀調度指揮，如列車運行宏觀顯示、統計分析、分界點調度命令下達等；又同時具備對區域內城際鐵路進行直接指揮，組織行車。城際鐵路CTC中心與相鄰鐵路局CTC中心系統間為平行關系，可完成銜接線路站間信息透明、分界口管理等功能。

第二層為城際鐵路車站CTC子系統，車站完全受CTC中心指揮，根據城際鐵路CTC中心運輸計劃組織列車運行，辦理車站業務。

3.2 城際鐵路CTC中心系統構成

根據城際鐵路網管理組織機構設置，城際鐵路網調度指揮系統將采取“城際鐵路網中心-基層車站”的兩級架構，系統需完成類似國鐵高速鐵路調度指揮系統“總公司-鐵路局-車站”三級架構的整體功能，并滿足城際鐵路高密度、編組靈活、公交化開行、列車自動駕駛（ATO）等功能需求。

參照鐵路行業標準，借鑒已投入運營的六大客專調度所CTC系統建設、運用的經驗，根據城際鐵路網運輸調度指揮的實際需求進行優化，形成城際鐵路網CTC中心系統總體架構，如圖3所示。

城際鐵路CTC中心系統主要包括數據庫服務器、應用服務器、通信前置服務器、仿真培訓服務器、接口服務器（與相鄰鐵路局調度所TDCS/CTC及客專CTC中心、與TSRS服務器、GSM-R系統、ATO系統、投影系統、時鐘系統等的接口）、復示終端查詢服務器、運維服務器、對外信息提供服務器（與運調系統接口服務器等）、網絡通信設備（路由器、交換機、光端機等）、網絡安全設備（安全管理中心、安全網絡邊界、安全計算環境）、通信質量監督設備、時鐘校核設備、電源設備、防雷設備、繪圖儀設備、網管工作站、系統維護工作站、調度員工作站、助理調度員工作站、控制工作站、值班主任工作站、計劃員工作站、仿真培訓工作站、N+1備用工作站、機房綜合監控設備等。

3.3 城際鐵路CTC中心系統工程設計注意事項

3.3.1 城際鐵路CTC中心硬件配置方案

城際鐵路CTC中心系統的主要設備包括數據庫服務器、存儲設備、應用服務器、通信服務器、接口服務器、局域網設備、廣域網設備、調度臺設備等。為滿足城際鐵路運輸調度指揮的安全、可靠、高效，兼顧系統需求和投入產出要求，需要根據城際鐵路網規劃、建設規模、建設時序，深入研究主要設備的具體配置，確定主要設備技術參數。

1）數據庫服務器

數據庫服務器是CTC中心系統核心設備，其設備性能指標要求高，系統容量主要指標如下：數據庫服務器應能保存歷史運行圖、調度命令等運輸數據不小于3年時間；正常情況下，處理能力利用率不應超過50%；滿足至少5年的應用擴展能力和升級能力；信號設備信息表示延時不應超過 3 s；控制命令傳輸延時不應超過 3 s。

首先參考鐵路行業標準，另需考慮數據庫服務器屬電子產品，更新換代較快，除按上述指標進行計算配置外，其處理能力宜按滿足近期內投產的城際鐵路項目規?？紤]。

2）存儲設備、核心交換機、核心路由器、通道質量監督設備

除參考鐵路行業標準外，存儲設備、核心交換機、核心路由器、通道質量監督設備配置標準應按處理能力需求而定，其處理能力宜按滿足近期內投產的城際鐵路項目規?？紤]。

3）其他設備

除上述以外的其他設備，參考鐵路行業標準確定。

3.3.2 城際鐵路調度中心配套設計方案

1）房屋、外電、通信通道、樓層間布線等基礎設施

房屋面積、外電源容量、通信通道數量、樓層間布線（調度大廳層至CTC中心機房層、用戶層至CTC中心機房層）等基礎設施，宜按照區域城際鐵路網規劃遠期規?？紤]。

2）電源屏、機房內電源及網絡布線、機柜布置

CTC中心系統電源屏容量、機房內綜合布線、機柜布置等工程內容，宜按滿足近期內投產的城際鐵路項目規?？紤]。

4 結語

本文在研究分析城際鐵路運輸組織需求、調度指揮系統功能需求的基礎上，經過全面系統的分析，研究提出了城際鐵路網運輸調度指揮系統（簡稱城際CTC系統）的系統架構、組織結構等總體技術方案，結合工程實際提出了設計方案注意事項。理清了城際鐵路CTC中心系統功能定位，合理優化CTC中心系統組網架構、設備配置，其成果對城際鐵路CTC中心系統的方案設計及工程實施有重要的指導意義。

國內城際鐵路網規劃規模龐大，各項目正在緊張有序的開展建設，本文的研究成果即將在珠三角城際鐵路調度指揮中心項目中運用，后續將通過項目建設、運營情況，進一步跟進檢驗技術方案的合理性，并及時總結修正。

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