新建鄭萬高鐵引入鄭州東樞紐臨時限速互聯(lián)互通技術方案研究

杜艷萍

(中國鐵建電氣化局集團第一工程有限公司，河南洛陽 471013)

近年來隨著國內高速鐵路建設快速發(fā)展，高鐵網絡已逐步形成。截止2019年底，國內高鐵開通運營里程將達3萬km。鄭州作為國內鐵路運輸樞紐城市，先后有鄭西、京石武、鄭開、鄭焦、鄭徐、鄭機等鐵路在此交匯，因這些線路開通時間不同、設計標準不同、執(zhí)行標準不同、設備廠家不同，從而使鄭州樞紐復雜多樣，形成“牽一發(fā)而動全身”的局面。本文以鄭萬高鐵引入鄭州東樞紐為例，針對鄭州東樞紐線路復雜情況下，就鄭萬高鐵引入鄭州東樞紐臨時限速服務器(TSRS)互聯(lián)互通方案進行深入探討。

1 鄭州東樞紐概況

鄭西高鐵、京石武高鐵、鄭徐高鐵、鄭萬高鐵、鄭濟鐵路、鄭開城際和機場城際線共有7條鐵路在鄭州東樞紐交匯。鄭西高鐵、京石武高鐵、鄭徐高鐵裝備CTCS-3級列控系統(tǒng)，已分別于2010年、2012年和2016年投入運營。鄭開、鄭機城際采用CTCS-2級列控系統(tǒng)，先后于2012年和2016年開通。

鄭萬高鐵正線接入鄭州東站徐蘭場，鄭萬與鄭濟（預留）高鐵正線貫通，鄭萬高鐵經鄭州東徐蘭場與鄭徐客專相連；鄭萬高鐵由閻塊線路所側線經鄭渝上行聯(lián)絡線、曹古寺線路所側線、西北聯(lián)絡線接入鄭州東京廣場與京廣高鐵相連。

鄭萬高鐵接入鄭州東樞紐后，鄭萬TSRS與鄭徐TSRS管轄分界在鄭州東徐蘭場SW、SWF進站信號機處；鄭萬TSRS與 鄭 西TSRS管 轄 分 界在曹古寺線路所進站信號機處SWL處。

鄭州東樞紐RBC采用直接通信方式實現(xiàn)RBC間切換。鄭州東徐蘭場RBC管轄范圍為鄭州東徐蘭場、曹古寺線路所、鄭徐中繼2。鄭萬高鐵引入鄭州東樞紐后，將鄭萬高鐵正線中繼0、閻塊線路所、中繼1和鄭渝上行聯(lián)絡線納入鄭州東徐蘭場RBC管轄，徐蘭場RBC與鄭州南RBC在鄭萬高鐵正線中繼1和中繼2集中區(qū)分界點處實現(xiàn)RBC通信切換。

鄭萬高鐵接入后，鄭州東樞紐示意如圖1所示。

圖1 鄭萬高鐵接入鄭州東樞紐示意圖Fig.1 Schematic diagram of the connection between Zhengzhou-Wanzhou High-speed Railway and Zhengzhou East Transportation Hub

2 方案研究

鄭州東樞紐線路復雜、設備種類繁多、覆蓋范圍廣，本次鄭萬高鐵引入鄭州東樞紐，如何在既能減少對既有高鐵設備影響又能確保運營安全情況下，保證鄭萬臨時限速服務器與鄭州東樞紐臨時限速設備互聯(lián)互通，需要深入研究，制定可行的技術方案。為此，提出兩個實施方案。

2.1 方案一：鄭萬TSRS分別與鄭徐TSRS1、鄭西TSRS接口直接通信，實現(xiàn)限速傳遞

2.1.1 鄭萬與鄭西高鐵臨時限速服務器通信接口處理方案

鄭西高鐵TSRS與所有外設的物理連接均采用2通道連接，即TSRS的A系只能與安全數(shù)據(jù)網A網連接，B系只能與安全數(shù)據(jù)網B網連接，當TSRS的A系為主用時，A網中斷，A系只能通過B系到B網，實現(xiàn)與其他設備的通信。同時，鄭西高鐵使用的是安薩爾多公司的RBC，結構上采用點對點通信，RBC的N系只能與TSRS的A系通信，RBC的R系只與TSRS的B系通信，不能實現(xiàn)交叉冗余。

鄭萬高鐵TSRS按照標準方式物理連接均采用4通道連接。即TSRS的A/B系交叉分別接入安全數(shù)據(jù)網的A/B雙網，以實現(xiàn)當安全數(shù)據(jù)網A/B網中斷時，TSRS的A/B系直接與安全數(shù)據(jù)網B/A網聯(lián)通，完成與其他設備的信息交換。

由于鄭西與鄭萬高鐵TSRS網絡結構不同，不能正常通信，在曹古寺線路所設三層交換機，實現(xiàn)鄭萬與鄭西安全數(shù)據(jù)網的連通。為了解決2套設備之間的邏輯通道處理問題，通過研究，鄭萬TSRS通信需進行修改，即鄭萬TSRS雙系互不交叉接入安全數(shù)據(jù)網，才能實現(xiàn)與鄭西TSRS之間的互聯(lián)互通。鄭萬高鐵TSRS與鄭西高鐵TSRS連接方式如圖2所示。

鑒于鄭西高鐵TSRS通信2通道的特殊性，為了最大限度減少對既有鄭西高鐵運營的影響，同時遵循安全和規(guī)范要求，經過反復的研究，決定鄭萬高鐵接入鄭西高鐵物理連接采用4通道連接，鄭西高鐵處理方式保持不變，鄭萬高鐵內部數(shù)據(jù)處理方式采用更改內部數(shù)據(jù)互傳辦法來保證數(shù)據(jù)冗余，鄭萬TSRS與鄭西TSRS接口應用協(xié)議遵從《CTCS-3級列控系統(tǒng)TSRS-TSRS接口規(guī)范(V1.0)》，安全層協(xié)議遵從《RSSP-II通信信號安全通信協(xié)議》，通信層協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議，從而來滿足RSSP-II安全處理的要求。如圖3所示。

圖2 鄭萬高鐵TSRS與鄭西高鐵TSRS連接方式Fig.2 TSRS connection between Zhengzhou-Wanzhou High-speed Railway and Zhengzhou-Xi’an High-speed Railway

圖3 鄭萬TSRS與鄭西TSRS接口連接示意圖Fig.3 TSRS interface connection between Zhengzhou-Wanzhou High-speed Railway and Zhengzhou-Xi’an High-speed Railway

通過鄭西TSRS主備通信通道分別與鄭萬TSRS的主備通信通道邏輯通信，實現(xiàn)鄭萬TSRS與鄭西TSRS接口之間的連通，同時減小對既有設備影響。

2.1.2 曹古寺線路所TCC通信接口處理

曹古寺線路所屬于鄭州局鄭西高鐵CTC調度臺管轄，但由于曹古寺線路所通號設備（TCC）無法與鄭州局鄭西高鐵TSRS建立正常的設備間冗余連接方式，所以曹古寺線路所TCC從技術方面劃歸為鄭徐TSRS管轄。本次鄭萬高鐵引入后，斷開曹古寺線路所TCC與鄭徐TSRS通信連接，對鄭西高鐵安全數(shù)據(jù)網進行改造，將曹古寺線路所TCC劃歸為鄭西高鐵TSRS管轄。鄭西高鐵TSRS與TCC通信為單系單網方式，并且同一車站TCC的A機（B機）連接A網和B網的IP地址相同。而曹古寺線路所使用的是鄭徐高鐵網絡配置，為了確保曹古寺線路所TCC與鄭西TSRS正常通信，在曹古寺線路所TCC的B網接口中增加一個與A網接口相同的附屬IP地址，這樣，B網接口的IP地址中就有一個與A網一樣的IP地址，從而實現(xiàn)曹古寺線路所TCC與鄭西TSRS正常通信。

鄭萬TSRS與TCC通信為雙系雙網方式，同一車站TCC的A機（B機）連接A網和B網的IP地址不同。在曹古寺線路所安全數(shù)據(jù)網B網的三層交換機中增加與A網相同的IP地址配置，鄭西高鐵訪問B網時需通過三層交換機中與A網相同的IP地址進行；鄭萬高鐵訪問B網時直接通過三層交換機中B網的IP地址進行。

修改曹古寺線路所TCC軟件，開通鄭萬方向SWL接發(fā)車功能，實現(xiàn)鄭萬與鄭西高鐵不同信息交換。

2.1.3 與鄭徐臨時限速的互聯(lián)互通技術方案

鄭徐高鐵為2016年開通線路，設計標準按照中國鐵路總公司當時發(fā)布的技術規(guī)范要求執(zhí)行。在鄭州東徐蘭場配置一臺三層交換，作為鄭萬引入鄭徐高鐵安全數(shù)據(jù)網接口。本次鄭萬高鐵引入鄭州東徐蘭場，需修改鄭州東徐蘭場安全數(shù)據(jù)網交換配置、增加靜態(tài)路由，實現(xiàn)鄭萬、鄭徐高鐵安全數(shù)據(jù)網通道貫通。

鄭徐、鄭萬高鐵TSRS按照標準方式物理連接均采用4通道連接，TSRS雙系互相交叉接入安全數(shù)據(jù)網，且網絡結構相同，故鄭萬高鐵TSRS與鄭徐高鐵TSRS連接方式直接通過安全數(shù)據(jù)網通道連接，并修改鄭徐高鐵TSRS軟件，實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)的相互交換。

2.2 方案二 鄭萬TSRS與鄭徐TSRS直接通信，實現(xiàn)限速傳遞

鄭西高鐵為2010年開通，是國內建設開通較早的高鐵之一，設備老舊，軟、硬件修改難度大、安全系數(shù)要求高，且只有天窗點才能施工。由于曹古寺線路所TCC由鄭徐高鐵TSRS管轄，為了減少對既有設備的大范圍改動，本次鄭萬高鐵引入曹古寺線路所，鄭西TSRS與曹古寺線路所TCC維持原狀態(tài)不變，即鄭萬TSRS不直接與鄭西TSRS通信，鄭西臨時限速的下達通過鄭徐TSRS代傳模式實現(xiàn)。曹古寺線路所TCC與鄭萬高鐵閻塊線路所TCC通信接口通過修改曹古寺線路所安全數(shù)據(jù)網三層交換機配置，增加靜態(tài)路由方式，修改曹古寺線路TCC軟件方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)相互傳遞。

鄭萬高鐵與鄭徐高鐵TSRS的互聯(lián)互通同方案一中2.1.3小節(jié)所述。

2.3 跨界限速方案的處理

調度臺管轄范圍內下達臨時限速命令時擬定責任方遵循“以線路正方向，限速起點所在臺”的歸屬原則，可擬定的限速終點最遠截止本調度臺界。當臨時限速命令超出本臺管界時，需與相鄰臺調度員聯(lián)系，按調度臺管界拆分后共同下達。

鄭萬與鄭徐調度臺、TSRS管轄分界在鄭州東徐蘭場上行進站信號機（SW/SWF）處，當鄭萬調度臺跨界下達臨時限速命令，邊界臨時限速命令需要鄭萬TSRS與鄭徐TSRS共同下發(fā)，該限速命令的轉發(fā)由兩TSRS內部完成。邊界臨時限速命令的激活與執(zhí)行操作，需要雙方TSRS都成功的情況下才能成功。下達方式為：鄭萬鄭州局CTC調度臺→鄭萬鄭州局TSRS→鄭徐TSRS→徐蘭場RBC/ TCC 。

鄭萬與鄭西調度臺、TSRS管轄分界在曹古寺線路所上行進站信號機（SWL）處，跨界臨時限速命令的下達，同樣通過鄭萬TSRS與鄭西TSRS共同下發(fā)，該臨時限速命令的轉發(fā)由兩TSRS內部完成。在方案一中，臨時限速下達方式為C2：鄭萬鄭州局CTC調度臺→鄭萬鄭州局TSRS→鄭西TSRS→曹古寺線路所TCC執(zhí)行；C3：鄭萬鄭州局CTC調度臺→鄭萬鄭州局TSRS→鄭西TSRS→鄭徐TSRS→徐蘭場RBC。在方案二中，由于曹古寺線路所歸屬鄭西臺管轄，而曹古寺線路所TCC不能與鄭西TSRS連接，因此曹古寺線路所TCC的臨時限速及初始化均由鄭徐TSRS代傳，故臨時限速命令下達方式為：鄭萬鄭州局CTC調度臺→鄭萬鄭州局TSRS→鄭徐TSRS→徐蘭場RBC/曹古寺線路所TCC。

3 方案比較

方案一優(yōu)點：鄭萬引入鄭州東樞紐后，設備歸屬關系、分界清晰，便于后期維護。

缺點：該方案涉及大量對既有設備修改，施工要點“天窗”需求多，軟件仿真、修改、動態(tài)測試工作量大，對鄭州東樞紐運輸、行車安全影響較大。在維護管理中，需完善設備標識，加強對IP地址的管理，從而增加了設備維護工作量。

方案二優(yōu)點：減少對既有設備的修改，施工難度、工程量減小。

缺點：鄭萬高鐵向鄭西高鐵跨界下達限速命令時，鄭西TSRS通過鄭徐TSRS代傳實現(xiàn)，從而增加設備故障點，不利于后期設備維護。對于特殊處理點，在設備說明書中需詳細介紹，同時需加大對設備管理人員的培訓工作力度，使維護人員能夠熟練掌握工作性能。

4 結束語

通過對鄭萬高鐵引入鄭州東樞紐臨時限速服務器互聯(lián)互通技術方案反復研究、分析，為了減少對既有設備軟、硬修改，最大限度地降低對既有線路運輸、行車安全的影響，建議采用方案二。該方案在后期聯(lián)調聯(lián)試過程中，通過動態(tài)驗證，設備運行狀況良好。隨著國內高鐵網絡逐步形成，該技術將為今后類似工程提供借鑒作用。