高速鐵路CTC中心仿真實驗系統開發與應用

韓笑　梁天曉

摘 要：隨著我國高速鐵路的快速發展，高速鐵路CTC系統作為指揮列車運行的中樞神經，在保證列車的安全、準點、高速運行方面具有重要的作用。文章介紹CTC中心仿真實驗實訓實訓系統的研究與實現，設計符合高職院校實驗實訓實訓需求的CTC中心仿真實驗實訓實訓系統。CTC中心仿真實驗實訓系統功能模塊包括：列車運行圖計劃編制與下達、停車股道選擇、臨時限速調度命令編制與下達、數據管理和系統接口模塊。采用白盒測試方法，針對系統對應功能設計測試用例，完成系統的部分核心功能進行測試，得到測試結果。論證了該系統在鐵路運輸、信號等領域高職學生專業技能學習中的實用性。

關鍵詞：CTC;實驗實訓系統;白盒測試

中圖分類號：U284 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）04-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.04.005

隨著我國高速鐵路的快速發展，新一代調度集中（Centralized Traffic Control，簡稱CTC）成為高速鐵路系統中重要的技術裝備[1]。它主要用于控制中心（調度員）對某一調度區段的信號設備的集中控制，對列車運行進行直接管理與指揮。長期以來，鐵路列車調度指揮人員熟悉了TDCS系統的操作模式，往往一下子難以適應CTC系統的操作界面和操作方法，而對于應急處理方面，職工也不可能利用現場的實際設備進行演練。同時，由于鐵路行車指揮工作的特殊性與鐵路設備的限制，相關專業學生在校不能得到與工作現場一致的培訓和練習。因此，為提高列車調度指揮人員的操作技能和鐵路運輸、信號等專業學生技能的培養，開發與現場CTC系統一致的模擬仿真實驗實訓系統已迫在眉睫。高速鐵路CTC中心仿真實驗實訓系統不僅可用于學校學生專業技能培養也可以用于鐵路職工技能培訓。

1 CTC中心仿真實驗實訓系統的設計

1.1 CTC中心仿真實驗實訓系統框架設計

CTC中心仿真實驗實訓系統主要實現現場CTC中心系統的列控工作站、助調工作站和數據庫服務器的功能。根據現場考察調研，分析得出CTC中心仿真實驗實訓系統的功能模塊主要包括：列車運行圖的繪制、站內停車股道選擇、臨時限速設置模塊、行車數據管理等其他功能模塊。文章以京滬高鐵線路為背景，在實驗實訓室建立高速鐵路CTC中心仿真實驗實訓系統，設置北京南站、濟南西站和上海虹橋站3個車站。

1.2 CTC中心仿真實驗實訓系統主要功能模塊設計

1.2.1 列車運行圖模塊設計

列車的運行圖是列車運行計劃的主要表現形式，可展示管轄區域內所有列車的運行情況。使用計算機進行編制和調整列車運行計劃是CTC中心系統的功能之一，是實現其他功能的基礎。該模塊功能主要包括：載入已有列車運行計劃、加開、移動、組合、刪除和分解列車運行計劃以及列車運行計劃的下達。

1.2.2 站內停車股道選擇模塊設計

CTC系統具有遠程遙控的功能，即列車調度員在控制中心遠程控制管轄區段內的所有信號設備，辦理接車進路、發車進路以及通過進路，部分車站還需辦理調車進路，以保證車站內各項作業的有序進行。CTC中心系統通過網絡將列車運行計劃下達到CTC車站子系統中，禮車運行計劃中包含有列車進站時在站內停車股道信息、列車車次號信息、機車編組號信息、列車運行方向信息等。站內停車股道選擇功能是在系統下發列車運行計劃時，確定并修改列車經過各個車站時所占用股道的狀況，并與其他有用的信息，如列車車次號信息、機車編組號信息、列車運行方向信息等，結合成列車運行計劃通過網絡發送到CTC車站子系統。該模塊設計主要包括：站場圖設計、進路檢查和列車軌跡顯示。

1.2.3 臨時限速設置模塊設計

臨時限速TSR（Temporary Speed Restriction）是系統對運行中的列車在遇到臨時和意外情況（如線路維護、災害）時給予的限速，臨時限速設置模塊設置在CTC中心系統中。當有線路因施工、天氣等方面影響需要列車限速行駛時，列車調度員可以通過該模塊編制線路限速調度命令，設置系統限速值。核對命令后，可以生成臨時限速命令，并保存在臨時限速命令列表中。臨時限速調度命令中包括：限速原因、調度命令號、線路號、起始里程標、終點里程標、限速值、計劃執行開始與結束時間等信息[2]。

1.2.4 數據管理模塊設計

CTC系統數據存儲與管理的基本模塊是數據庫。數據庫需要提供并保存了列車運行計劃、站內股道選擇信息和臨時限速設置模塊所需的數據信息[3]。數據管理模塊包括站場表示信息、計劃數據、限速調度命令等動態數據以及運行圖數據、車站信息、區間行車信息等基礎靜態數據。數據管理模塊包括列表List和數據庫。其中，數據庫可以大容量、長時間地存儲用戶數據，在系統突然斷電或崩潰時對起到數據保護的作用，是數據管理模塊的核心[4]。List列表作為程序中的數據緩沖區，可以為程序中的各個模塊提供數據。數據庫管理模塊主要包括：登陸信息表、基本計劃線表、列車信息表、車站信息表和臨時限速命令表。在數據庫中的表中包含靜態表與動態表，如“列車運行計劃線”與“用戶登錄信息”表是靜態表，其他數據表為動態表，動態表中的數據會可根據程序運行情況進行更新。

1.2.5 系統接口模塊設計

在CTCS-3級列車運行控制系統中，CTC中心系統需要通過系統接口與他信號系統之間進行數據的傳遞，處于核心地位。CTC中心系統與各模塊接口示意圖如圖1所示。

CTC中心系統與CTC車站子系統、無線閉塞中心（RBC）與列控中心之間通信使用RJ-45接口。以CTC中心系統與CTC車站子系統的通信協議為例，中心系統與車站子系統之間的通信協議如表1所示，發送字符串類型的數據，各項數據之間用“#”分隔。CTC車站子系統向CTC中心系統發送的主要信息如表2所示。

2 CTC中心子系統的軟件測試

為保證軟件質量，需要進行軟件測試、軟件驗證與確認（V&V）[5]。下面將以程序中的站內停車股道選擇模塊功能為例進行白盒測試。

站內停車股道選擇流程圖如圖2所示，根據流程圖可以得到對應的站內停車股道選擇的程序流圖，如圖3所示。程序流程圖中的流程和流圖中數字節點是一一對應的，情況如表3所示。圖3所示的流圖中有5個區域，即有5條獨立的路徑，5條路徑與其對應場景如表4所示。測試用例根據表4中的列車運行場景與列車站內停車股道的對應情況生成。測試用例中包含：選擇股道的列車計劃線橫縱坐標、在濟南站選擇的股道、對進路檢查三的應用情況。站內停車股道選擇功能測試用例及期望路徑如表5所示。

表5中的line1、line2、line3表示北京南站、濟南西站和上海虹橋站車站中心線的縱坐標。依次使用上述測試用例測試站內停車股道選擇模塊，得出測試結果如表6所示。對比表5與表6，得出期望的停車股道與實際停車股道相同，即站內停車股道選擇模塊符合設計要求。

3 高速鐵路CTC仿真實驗實訓系統應用

在實驗實訓室建立高速鐵路CTC仿真實驗實訓系統，并與實驗實訓實訓室CTC車站、聯鎖、列空中心、無線閉塞中心等多個仿真子系統相連。實現列車圖動態編輯、列車運行計劃下達、列車運行站內停車股道選擇與判斷、臨時限速調度命令的管理、數據庫后臺動態更新等功能[6]。系統構建了1：1仿真實驗實訓環境，按照鐵路總公司調度所及車站的作業流程和要求，對相關專業在校生進行培訓，工作后可與企業無縫對接。

4 結語

結合鐵路運輸與信號等專業高職學生實驗實訓需求，設計了滿足系統需求的CTC仿真實驗實訓系統。該系統具有良好的示范效果和應用價值。使用白盒測試方法對系統的一些核心功能模塊進行測試，針對不同的功能模塊設計相應的測試用例，得到測試結果。測試結果與預期設計一致，能夠滿足大專院校的教學需求，滿足鐵路運輸現場調度指揮的要求。

參考文獻

[1] 王瑞斌.高速鐵路調度指揮安全保障的探討[J].鐵道運輸與經濟，2013，35（12）：37-40.

[2] 朱鵬飛. 高速鐵路列車追蹤行車模擬研究與分析[D].成都：西南交通大學，2013.

[3] Ethan S J， Railway Centralized Traffic Control[J]. Fostoria Ohio，2012.

[4] 丁杰. 基于鐵路調度集中系統及發展策略的探討[J]. 中國新技術新產品， 2011（24）： 22.

[5] 王斌，周治衡，易操. 關于CTC系統列車運行圖功能優化的探討[J]. 鐵路通信信號工程技術，2011（5）：34-36，40.

[6] 江建國，溫少營，張瑞楠. 基于雙緩沖技術的GDI+無閃爍繪圖[J]. 計算機應用，2012（S2）：136-139.