一種基于高速網絡和分布式運算的車地聯合計算機聯鎖系統

李帥

摘要：鐵路信號計算機聯鎖系統是是負責行車進路建立鐵路行車核心控制設備，系統只要功能是保障鐵路站場道岔、信號機、軌道電路等室外安全設備之間按照聯鎖規則穩定工作，確保列車、車列安全運行。

關鍵詞：鐵路信號;分布式運算;聯鎖系統

現有鐵路信號計算機聯鎖系統的操作指揮權限主要由車站掌握，所有聯鎖設備均設置于鐵路車站機械間內，操作人員為車站值班人員，鐵路司機被動接受車站值班人員遙控指揮，根據地面信號機顯示和車站值班人員口令進行行車作業。鐵路司機與車站值班人員之間使用語音設備互相呼喚應答，相互確認，程序繁瑣，效率低下。

為解決上述問題，本文論述了一套一種基于網絡和分布式運算的車地聯合計算機聯鎖系統（后文簡稱“本系統”），系統通過運用先進的高速通信技術和大數據運算技術，將聯鎖進路選擇權限交給鐵路司機，通過設置運行授權設備實現不同列車、車列共同運行的安全檢查，達到提高作業效率，減少人力投入的目的。

本系統具有構思新穎、結構穩定、安全可靠、操作簡單、維護便利、運行成本低的特點。

正文：

本系統包括聯鎖執行設備、核心運算設備、運行授權設備、無線通信設備和車載控顯設備。本系統中將聯鎖執行設備、核心運算設備和運行授權設備統稱為地面聯鎖設備，將無線通信設備簡稱為通信設備，將車載控顯設備簡稱為車載設備。其中聯鎖執行設備是為實現計算機聯鎖驅動和采集電路的設備，聯鎖核心運算設備是為實現計算機聯鎖系統安全邏輯運算的設備，運行授權設備是為協調不同車載設備之間操作命令優先級順序的設備，無線通信設備是實現車載操作設備與地面聯鎖設備之間高速數據交換的設備，車載控顯設備是提供給司機操作聯鎖系統選擇機車運行進路和反饋鐵路車站站場信號設備狀態的設備。

系統的設備拓撲結構圖如下：

在本系統中，聯鎖執行設備，用來控制室外鐵路站場上的轉轍機、信號機、軌道電路等設備，與上述設備使用鐵路信號專用電纜連接。上述鐵路站場上的轉轍機、信號機、軌道電路等設備不在本文中描述。

聯鎖執行設備通過冗余CAN總線與聯鎖核心運算設備連接、通信。

聯鎖核心運算設備，一方面接受聯鎖執行設備采集到的站場設備狀態，反饋給車載控顯備在其站場圖形界面上顯示出來;另一方面接收車載控顯設備下發的經運行授權設備處理的操作命令，結合站場設備狀態，運算輸出安全的動作指令，輸出給聯鎖執行設備。

聯鎖核心運算設備通過冗余以太網與運行授權設備連接、通信。

運行授權設備，一方面接收不同車載控顯設備發來的操作命令進行，并根據實際站場設備狀態對上述操作命令進行識別、記錄、排序、授權、轉發，實現操作命令的安全有序執行。

運行授權設備通過冗余光纖網絡與無線通信設備連接。

無線通信設備，主要包含無線發送基站、數據鏈路和無線接收設備（設置于車載控顯主機內），主要實現機車車輛位置數據、聯鎖控制、反饋數據的高速并發，低延時接收和安全傳輸。無線通信設備連接車載設備和地面聯鎖設備，可以使用5G、集群通信等方式實現。

車載控顯設備，主要包含液晶觸摸屏和控顯主機，其中控顯主機為高性能工業計算機，集成無線通信終端和車輛定位設備，可以實現站場狀態的實時顯示、調度進路的選擇、作業計劃的接收與確認等調度指揮工作。車載控顯設備的操作人為火車司機/副司機。

以一個實例來說明各設備的工作原理、數據傳輸過程和相關關鍵邏輯處理方法。

首先說明一下，鐵路機車運行進路為數個基本進路組合而成，且基本進路會隨著車輛作業的持續從頭至尾逐一自動消除。機車的計劃運行進路由車載控顯設備選擇并下發，運行授權設備將機車計劃運行進路拆分為若干順序的基本進路，并給聯鎖核心運算設備逐條下發基本進路開放命令;原則運行授權設備上在機車在前一個基本進路上作業時下發后一個基本進路的開放命令。

一般來說，一個鐵路站場有數臺機車同時作業，每臺機車將裝備一套車載控顯設備;車載的控顯主機中的機車定位設備會實時獲取機車位置信息，通過通信終端和無線通信設備將三臺機車的位置信息發至運行授權設備中;聯鎖執行設備實時采集站場所有的室外設備狀態（道岔方向、信號機燈光、軌道電路占用出清等），通過冗余CAN總線上傳至聯鎖核心運算設備，在通過冗余以太網，經運行授權設備轉發，經無線通信設備發送至車載控顯設備，顯示在觸摸屏上。

聯鎖核心運算設備拆分長進路為一系列基本進路，通過對進路的沖突分析，結合司機的進路終端選擇結果，采用優先級智能算法，實現基本進路的優化開放，實現整個站場的智能調度。因核心運算設備的智能算法為技術機密，本文不做深入論述。

結語：

在如今的鐵路運輸調度系統領域，減員增效的要求越來越急迫，長期受制于固有思維的傳統計算機聯鎖系統則成為減員增效的“深水區”，一直無有效的方案提出。本文從一個新穎的角度提出了一個解決方案，通過運用高速網絡和智能分布運算技術，在確保設備運行安全與效率提高的前提下，實現了調度人員的精簡，達到了相關管理部門的要求，產生了較為明顯的經濟和社會效益。

參考文獻

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