瑞士鐵路調度指揮系統特點分析及對我國啟示

唐濤，李開成，宿帥，陰佳騰

（1.北京交通大學 軌道交通控制與安全國家重點實驗室，北京 100044；2.北京交通大學 軌道交通運行控制系統國家工程研究中心，北京 100044；3.北京交通大學 電子信息工程學院，北京 100044）

0 引言

瑞士是一個具有濃厚鐵路文化的國家。據統計，瑞士聯邦領土面積共計4.128 萬km2，鐵路網全長5 063 km，為歐洲最密集；路網日運量達100 萬人次以上，每周鐵路運量相當于整個瑞士人口的總數量；年載客量約為3.5 億人次，平均每人每年搭乘鐵路里程為2 258 km，為世界最高。

與我國高速鐵路不同，目前瑞士鐵路采取周期時刻表方式運營，主要城市（如蘇黎世、伯爾尼、日內瓦等）之間的列車開行頻率約為每15 min 一趟，便于乘客識記每條線路的時刻表。另外，瑞士鐵路時刻表在編制時，精細化地考慮了不同線路之間進行的銜接和乘客換乘，通常乘客下車之后可在同一站臺登上不同方向的接續列車，且換乘時間設計合理，大多數同一站臺的換乘為5 min 以內，不同站臺的換乘也能控制在10 min 以內。瑞士國鐵將3 min 以上的列車延誤定義為晚點，目前每月客運準點率目標為90%以上，貨運準點率目標為77%以上，其準點率指標在整個歐洲達到了領先水平。當局部區域列車晚點后，能快速通過乘客信息系統和手機終端通知乘客換乘的信息，極大程度上便利了乘客的出行。

以京張高鐵、京雄城際為代表的一批智能高鐵項目的啟動與實施，標志著我國高速鐵路進入智能化發展新階段[1-3]，發展具有我國特色的高速鐵路智能調度系統是支撐我國建設智能高鐵之智能運輸的需求[4]。本次赴瑞士調研的主要目的是研究瑞士最新一代的調度指揮系統開發設計、主要功能和人員管理經驗，為我國高速鐵路下一代智能調度系統的研發提供參考。

1 瑞士鐵路調度指揮系統

1.1 背景介紹

瑞士鐵路運營公司主要包括SBB、BLS、Rhaetian railway等，其中SBB（德語全稱Schweizerische Bundesbahnen，即瑞士聯邦鐵路公司，也稱為瑞士國鐵）是瑞士最大的鐵路運營公司，也是瑞士唯一的國有鐵路公司，承擔了瑞士鐵路90%以上的運輸任務（見圖1，各彩色區域為SBB 的1 個運營分公司，三角形表示各分公司調度指揮中心所在地；白色表示不屬于SBB 管轄區域）。SBB 負責包括蘇黎世、奧爾滕等四大區域的運營，各區域分設1 個調度指揮中心。其中本次調研的奧爾滕調度中心位于4 個調度區域的中心地帶，為最典型的調度中心（見圖1 中的黃色區域）。

圖1 SBB 管轄區域

由于瑞士多山，其鐵路網絡中有許多山體隧道（如阿爾卑斯山圣哥達基線隧道全長57 104 m，是歐洲最長的鐵路山體隧道），由于山體隧道對鐵路施工的限制，隧道中的線路結構往往較為簡單，很少有側線、道岔等，這些山體隧道區域成為典型的鐵路運輸瓶頸區段，1 列列車的晚點往往會造成一系列連鎖反應，容易導致大面積列車延誤。同時，瑞士鐵路近年來的客運需求增長較快，據SBB 統計數據，至2030 年，瑞士各城市的客運需求預計將增長22%～58%。然而，新修鐵路線路受制于地理和經濟因素，進展較慢。為了利用有限的線路資源提升鐵路運力與服務質量，并減少列車晚點，SBB 近年來投入大量資金用于促進鐵路管控，尤其是調度指揮與運行控制系統的數字化、智能化水平[2]。

1.2 發展階段

瑞士鐵路的調度指揮系統經歷了從電氣化、電子化到信息化等階段的發展，其中，對瑞士當前的調度指揮體系影響最大的2 個發展階段如下：

（1）20 世紀90 年代，為提升鐵路電子化水平，SBB 投入大量資金啟動ATR 項目，引入西門子ILTIS調度集中系統，實現遠程、自動化列車進路辦理，列車運行狀態監視，列車運行狀態顯示等功能。該項目正式建立了瑞士四大鐵路區域調度中心，控制全網700 余個鐵路車站，并將全網鐵路信號站（signal box）的數量由750 余個降低到130 個，大大減少了運營維護成本，提升了瑞士鐵路自動化水平。

（2）2009—2016 年，為進一步滿足持續增長的客運需求，提升鐵路運力和自動化、智能化水平，SBB 啟動OCC 項目，在既有電子調度指揮系統ILTIS 的基礎上，投入大量資金自主研發了瑞士鐵路調度指揮控制系統（Railway Control System，RCS），與既有西門子ILTIS 形成功能上的兼容互補[5]：日常運營中，ILTIS 主要負責列車運行狀態監視、進路控制等（SBB 稱之為Control）；RCS 主要負責路網列車運行狀態預測、運行圖自動調整、路徑優化、列車運行速度優化、故障自動報警等（SBB 稱之為Management）。SBB 調度員操作臺的操作界面見圖2。該系統于2018 年在瑞士鐵路網中正式投入運營，顯著提升了線路運力、減少了列車延誤。據瑞士鐵路統計，RCS 可在既有線路資源的基礎上提升約30%的系統運力，每個月可減少蘇黎世區域列車總晚點約2 000 min 以上[6]。

在現有信息化調度系統（RCS 與ILTIS）中，調度中心的調度臺布置與崗位分工為：調度大廳根據中心的管轄范圍劃分成幾個調度區域，每個區域的位置和列車交路的方向一致，便于相鄰區域間調度員的溝通（見圖3、圖4）。每個調度區域的人員職責劃分如下（如圖5）：

（1）行車調度員（Train dispatcher）：1 名，全面負責該區域內列車的調度策略確認與下達，主要依托SBB 的RCS 軟件；

（2）輔助調度員（Signalman）：1 名，主要負責車站進路辦理；

（3）客運調度員：負責乘客信息（PIS）發布，包括列車晚點、如何換乘等信息；

（4）車輛段調度員（Shunting）：多名調度員分別負責每個車輛段的調車作業；

（5）相鄰區域溝通人員：負責本區域與相鄰區域的溝通；

（6）培訓人員：為培養學員專門設置2 個調度臺。

圖2 瑞士鐵路調度員操作界面

圖3 奧爾滕調度大廳

圖4 奧爾滕調度大廳的整體布局

圖5 每個調度臺的任務分工

1.3 RCS 調度指揮系統

RCS 是由SBB 獨立自主研發的新一代調度指揮系統（見圖6），是在瑞士鐵路OCC 項目支持下自主研發的成果[6]，其主要功能、實際應用場景和應用效果是本次調研的重點內容之一。RCS 的一大優點是靈活性（flexibility），同時系統也被稱為RCS Family，即囊括了多個子系統（或模塊），包括用于列車沖突預測的RCS-DISPO 模塊，用于優化瓶頸區段列車運行的RCS-HOT 模塊，用于列車運行速度調整的RCS-ADL模塊，以及用于故障報警的RCS-ALEA。其靈活性主要體現在：各子系統和模塊既能實現兼容、統一運行，也能作為單獨的模塊獨立運行。RCS 整體工作流程見圖7。RCS 彌補了西門子調度集中系統ILTIS 在運行圖調整、列車運行控制等功能上的不足，并且不影響既有ILTIS 功能的實現。自2016 年投入使用后，RCS 得到了瑞士鐵路的一致好評，迄今為止RCS 在瑞士SBB管轄的鐵路網絡中使用率已達到100%，并且已推廣應用（或將應用）于歐洲其他國家，包括比利時、意大利和德國等。

圖6 RCS 界面

圖7 RCS 整體工作流程

RCS 主要包括以下功能：

（1）列車運行狀態預測。RCS-DISPO 模塊可實現列車運行狀態實時、準確預測。通過ILTIS 提供列車運行的實時位置、速度等信息，RCS-DISPO 模塊根據設計的預測算法動態、精確地預測線上列車在未來一段時間內（最長可至2～3 h）運行的時空軌跡，從而為調度員或其他模塊的運行調整提供信息輸入。

（2）沖突自動檢測。在列車運行狀態預測的基礎上，RCS-DISPO 模塊可動態、自動識別列車運行過程中的潛在沖突，并將可能發生的沖突位置顯示至人機交互界面，提醒調度員（或運行調整模塊）進行相應的列車運行調整操作（見圖8）。

圖8 RCS 沖突自動檢測

（3）列車運行圖和車站股道的自動調整。RCSHOT模塊的主要功能是列車運行圖和股道的自動調整。根據路網中晚點列車運行沖突的自動檢測結果，調度員可人工或自動調整列車運行圖和車站停靠股道。人工調整與我國CTC 系統相似，即調度員人工修改列車在各車站的到發時刻、停靠股道等，并將調度命令下達到ILTIS 進行自動執行。自動調整功能下，調度員可在預測的列車運行沖突位置點擊鼠標右鍵，RCSHOT 系統會利用智能的實時優化算法，自動給出多種列車運行調整優化方案。調度員選擇某個調整方案后，可利用RCS-DISPO 模塊自動評價運行調整方案。如果該方案效果較好，則點擊下達至ILTIS 和RCS-ADL模塊[7]。

（4）列車運行速度調整。列車運行調整方案下達后，RCS-ADL 系統根據列車運行次序、運行時分調整方案，借助實時優化算法動態計算列車節能最優速度曲線，并將速度曲線下達給列車司機。SBB 的列車上安裝了相應的平板設備，用于接收列車運行速度曲線調整信息，司機接收到速度調整信息后，操作列車按照相應的命令運行。這種列車速度調整方法有效地避免了列車在瓶頸區段運行過程中的不必要制動，使列車運行更節能、更準點。

（5）故障信息發布。瑞士境內通用語言種類較多，瑞士西部常用法語，中北部常用德語，西南部常用意大利語。RCS 為了保證調度員之間溝通信息的正確性，設計RCS-ALEA 模塊時，使用通用文字以保障故障信息傳輸的正確性。RCS-ALEA 有3 項主要功能：發生故障后，RCS-ALEA 動態顯示和發布故障信息；RCSALEA 自動識別故障的相關負責人，并在顯示大屏上顯示，調度員可直接通過該系統與相關負責人聯系；RCS-ALEA 負責顯示線路上所有列車的正晚點情況、故障可能的影響范圍等。

（6）軟件系統兼容。RCS 開發時充分考慮了與西門子ILTIS 的兼容性和互聯互通問題。在系統開發過程中[8]，SBB 定義了調度指揮系統中RCS 與ILTIS 的數據標準化傳輸，形成了多層分級的調度指揮體系：既有CTC 系統（即ILTIS）與底層車站聯鎖控制系統之間的數據接口保持不變，RCS 不直接與車站聯鎖進行數據通信，而是依靠ILTIS 接收車站聯鎖信息，并將調度指揮決策信息通過ILTIS 下達至車站。這種系統架構保證了RCS 與ILTIS 系統之間的兼容性，并且RCS 與ILTIS 均可單獨運行，如果未接入RCS，ILTIS 可通過人工控制的方式修改車站列車進路，調整列車運行；RCS 也可在離線情況下，通過模擬列車運行數據進行調度員培訓和演示功能。

2 瑞士鐵路調度指揮系統特點總結

通過對瑞士鐵路的深入考察，分析總結瑞士鐵路在運營組織和調度指揮方面的主要優點如下：

（1）充分利用先進的數字化技術，系統自動化程度高，最大限度實現了線網資源的優化配置。瑞士屬于山地國家，境內很多區域由于地理條件限制，仍需大量使用單線鐵路運輸，限制了線路運力。盡管如此，瑞士鐵路在過去十幾年時間內，抓住了數字化帶來的契機，所有部門均設立了IT 分部，大力發展自動化、數字化的新一代RCS 鐵路調度指揮系統，實現全自動的沖突檢測和列車運行調整，大大提升了線路運力，降低了列車運行延誤。據瑞士鐵路統計，RCS 投入運營后，局部車站（如蘇黎世車站40—44 號站臺）的折返區段（咽喉區段）發車間隔可壓縮為2 min，每個月可減少蘇黎世車站區域的列車晚點時間總計約2 000 min，相當于減少了120 萬min 的乘客延誤時間，使瑞士鐵路成為整個歐洲綜合評價最高的鐵路網絡系統[9-10]。

（2）體現了追求極致的工匠精神。瑞士是夾在法國、意大利和德國之間的小國家，雖然國土小，卻以心靈手巧的工匠輩出而聞名于世，擁有引領世界的鐘表制造、銀行業、機械制造、軟件等高精尖產業，其中的一個主要原因是瑞士的學徒制教育體系。瑞士人初中畢業后，可選擇進入與從事職業息息相關的技術類高校進行深造，同時由經驗充足的師傅帶領學習專業知識。2～3 年的學徒教育結束后，再選擇進入高等院校深造或進入相關領域工作，或者也可投入一定比例的時間同時工作和深造。本次調研發現，瑞士鐵路調度大廳有很多13～14 歲的青年人，在師傅的指導下開始接觸、了解和學習鐵路運行圖編制、運行調整等工作。

（3）服務乘客，以人為本。瑞士鐵路處處體現服務乘客、以人為本的人性化運營管理理念。雖然瑞士鐵路由多家運營公司構成，但不同運營公司之間形成了票務等方面的信息共享，乘客購買車票時僅需輸入起始站、終到站，即可使用1 張車票在不同運營公司的車次間換乘，且列車晚點需要換乘其他車次列車時，無需進行退、換票，大大簡化了排隊購票操作。SBB開發了界面簡潔、功能完善的手機終端，為乘客提供實時的列車位置、列車晚點以及換乘建議等，方便乘客出行。突發事件情況下，瑞士鐵路專門設置了相應的車站客運組織以及大巴接駁崗位，如果某列車次取消，則使用大巴車將列車內所有乘客輸送至臨近的車站。此外，瑞士調度大廳的設計也融入了大量的人因學研究成果。例如，調度大廳的燈光照明采用基于人體工效學的LED 智能健康照明技術，系統結合室內自然光線、所處時段以及人體生物鐘等情況，通過計算并最終向光源發出指令，自動調節照度、色溫等，從而使光源實現動態變化，以保證調度員處于最佳工作狀態。

此外，SBB 已于2017 年開始實施SmartRail4.0 戰略，旨在通過標準化數據存儲和傳輸、列車精準定位、模塊化列車自動駕駛、路網協同運行圖調整以及調度指揮運行控制一體化等方面的研究，進一步提高鐵路系統的運力和行業競爭力。

3 對我國鐵路智能調度系統開發的啟示

隨著智能京張鐵路開通的逐漸臨近，智能高鐵的調度指揮系統期望實現動態調度、智能換乘等功能，但對于未來我國鐵路下一代調度指揮的發展仍存在一些爭論。通過此次調研發現，SBB 在很多方面可為我國下一代智能調度指揮系統，尤其是未來川藏鐵路（多山地，與瑞士鐵路相似）、京雄城際（城際化高速鐵路）的開發提供寶貴經驗。

（1）充分挖掘數字化帶來的紅利。瑞士鐵路調度指揮系統充分利用數字化帶來的紅利，通過研發RCS大大提升了調度指揮現代化水平，降低了列車晚點率和列車運行能耗，提升了乘客服務質量。我國高速鐵路調度指揮系統已全面使用調度集中系統，調度大廳集成電調、環調、自然災害及異物侵限監測等多專業交互信息，信息集成度高，這些信息需要行車調度員人工獲取，數據的有效利用率并不高，智能化程度存在一定局限性。

（2）現代化人因設計。國外的人因設計研究起步早，研究成果較為成熟，而我國人因工程方面的研究和應用仍處于起步階段。尤其對于鐵路行車調度指揮這一復雜的工種而言，在短期內完全實現自動化、無人化的可能性較小，如何有效借助人機功能分配以及人因工程設計等方法，探索自動駕駛與調度指揮的有機結合，形成人與計算機的協調工作是我國發展智能調度系統的關鍵。

（3）服務至上。近年來，我國高鐵發展舉世矚目，高鐵在運營規模、速度、運量、舒適度等方面獲得了公眾的高度認可，但同時高鐵系統的配套服務質量，尤其是突發事件下的行車調度與客運組織等方面仍存在一定提升空間。隨著我國市場經濟的不斷發展，運輸市場的競爭日益激烈。如何提升高鐵服務質量、為旅客提供更加優質的服務是高速鐵路調度指揮系統未來所面臨的一項重要內容。

4 我國鐵路智能調度系統展望

依托智能京張、智能京雄等重大工程建設，我國智能鐵路的系統性研究得以實施和驗證[1,3]。作為高速鐵路的大腦與神經中樞，調度指揮系統的本質是復雜信息的管理與決策系統，因此信息獲取的實時、精細化與管控的精準、高效化兩方面密不可分、相輔相成。未來，可借鑒國外鐵路調度指揮發展經驗，結合我國現階段特有國情，切實有效地引入云計算、物聯網、大數據、人工智能、區塊鏈等先進的數字化技術，通過跨區域和多專業協同的全面信息感知學習、科學的調度決策處置和先進的人因工程設計，實現復雜運營環境下的運輸計劃自動編制與智能動態調度，全面提升網絡化運營下的高速鐵路應急處置能力和乘客服務質量，形成以智能行車調度為核心，結合工務、電務、乘務、環境監測、異物侵限智能感知等多個專業的一體化、精準化的智能協同控制，在保障安全的前提下最大限度地釋放線路資源的運輸能力，為乘客提供高效、便捷的運輸服務。