鐵路既有線區(qū)域集中控制方案研究
作者：劉慧蓉 （中國鐵路呼和浩特局集團(tuán)有限公司包頭西車站職教科， 內(nèi)蒙古 包頭 014014）時(shí)間：2022-02-14
摘 要 ：目前，針對(duì)我國既有線普速鐵路普遍存在的諸多問題，本文首先在分析我國鐵路既有線運(yùn)輸調(diào)度現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上， 通過對(duì)現(xiàn)有解決方案進(jìn)行逐一對(duì)比，得出基于綜合自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)既有線區(qū)段集中控制的方案。其次簡(jiǎn)要分析了其功能特 點(diǎn)及部署需求，為未來既有線升級(jí)改造，提高既有線運(yùn)輸管理水平、安全防控水平、集約化發(fā)展等提供了參考。
關(guān)鍵詞 ：鐵路既有線 ；區(qū)段中心控制 ；綜合自動(dòng)化 ；作業(yè)自動(dòng)執(zhí)行 ；作業(yè)安全綜合防護(hù)
中圖分類號(hào) ：U215.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ：A 文章編號(hào) ：2096-6903(2021)06-0101-02
0 引言
截至 2020 年底，中國鐵路營業(yè)里程已超過 14 萬 km， 其中普速鐵路營業(yè)里程超過 10 萬 km，普速鐵路占比巨 大 [1]。普速鐵路路網(wǎng)密集，站間距較小，沿途小站較多， 車站作業(yè)人員和維護(hù)人員較為分散，往來十分不便，因 此其已難以適應(yīng)鐵路發(fā)展集約化要求。隨著列車速度的 不斷提升，行車密度的加大，對(duì)既有線的調(diào)度指揮、接 發(fā)列車、中間站以及穿越或占用正線調(diào)車作業(yè)等都提出 了新的要求。當(dāng)前，為進(jìn)一步提高調(diào)度指揮水平，特別 是嚴(yán)防錯(cuò)辦、漏辦，確保列車運(yùn)行安全和運(yùn)輸秩序良好 變得尤為迫切。
1 鐵路既有線運(yùn)輸調(diào)度現(xiàn)狀
通過對(duì)某既有線連續(xù)三個(gè)車站進(jìn)行調(diào)研，車站基本 情況如表 1 所示，列車作業(yè)流程現(xiàn)狀如圖 1 所示，發(fā)現(xiàn) 主要存在以下幾點(diǎn)問題 ：
（1）人員分散，不便于管理。鐵路線路較長，沿線小 站較多。車站作業(yè)人員和電務(wù)維護(hù)人員分布比較分散，不便 于人員管理以及物資供應(yīng)。
（2）站間聯(lián)絡(luò)繁瑣，作業(yè)效率不 高。各車站作業(yè)人員需要通過電話彼此聯(lián)系辦理閉塞手續(xù)， 且各車站作業(yè)人員均需與列車司機(jī)聯(lián)控，作業(yè)效率不高。
（3） 車站作業(yè)量不大，人員配置低。各站日均接發(fā)列車 23 對(duì) 次，且調(diào)車作業(yè)很少，但各站均需全套配備車站作業(yè)人員 以及電務(wù)維護(hù)人員，因此人員成本較高。
（4）缺少嚴(yán)防錯(cuò) 辦、漏辦機(jī)制，存在行車安全風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)前各車站作業(yè)人員 均根據(jù)列車調(diào)度指揮系統(tǒng)（TDCS）行車日志獲取行車任 務(wù)，根據(jù) TDCS 運(yùn)行圖獲取列車運(yùn)行狀 態(tài)，手動(dòng)在信號(hào) 設(shè)備上辦理閉塞以及進(jìn)路，且三個(gè)站所在的線路為單線鐵 路，容易發(fā)生錯(cuò)辦、漏辦事件，存在一定行車安全風(fēng)險(xiǎn)。
2 解決方案分析
目前國內(nèi)外針對(duì)區(qū)域集中控制主要采用區(qū)域計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖技術(shù)、分散自律調(diào)度集中技術(shù)（Centralized TrafficControl，簡(jiǎn)稱 CTC）以及綜合自動(dòng)化技術(shù)（Synthetic Automation of MarshallingYard, 簡(jiǎn)稱 SAM）[2]。
2.1 區(qū)域計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)
選取其中一個(gè)車場(chǎng)作為中心控制車站，車務(wù)人員在中心控制車站對(duì)該區(qū)域內(nèi)的所有信號(hào)設(shè)備進(jìn)行集中控制， 由此構(gòu) 成的聯(lián)鎖方式稱為區(qū)域聯(lián)鎖 [3]。采用區(qū)域聯(lián)鎖可以減少或取消受控站的運(yùn)轉(zhuǎn)人員。區(qū)域聯(lián)鎖管轄范圍比原有單個(gè)車站的 聯(lián)鎖范圍更廣，車站值班員的勞動(dòng)強(qiáng)度要比原有強(qiáng)度更大且無行車安全防護(hù)功能，日常作業(yè)過 程中出錯(cuò)的可能性更高。 按照區(qū)域計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖方案進(jìn)行改造，需在受控站設(shè)置遠(yuǎn)端操控，車站值班員集中在中心站既有運(yùn)轉(zhuǎn)室辦公 ； 本地操控終 端需熱備，以便故障或其他情況時(shí)迅速轉(zhuǎn)為現(xiàn)地操作各站采用現(xiàn)地操作機(jī)熱備的遠(yuǎn)端操控方案，遠(yuǎn)端機(jī)房分別設(shè)置各站操 控終端主機(jī)設(shè)備。改造范圍、實(shí) 施難度以及成本相對(duì)較低。
2.2 分散自律調(diào)度集中技術(shù)
車站根據(jù)控制中心下達(dá)的列車運(yùn)行調(diào)整計(jì)劃，各個(gè)車站的設(shè)備獨(dú)立地控制各自的列車和調(diào)車作業(yè)。以 CTC 技術(shù)為代 表的集中控制技術(shù)在列車作業(yè)安全防護(hù)功能上取得了較大發(fā)展，且廣泛應(yīng)用于高鐵線路和客運(yùn)專線，但是在現(xiàn)有技術(shù)作 業(yè)的客貨運(yùn)車站，仍缺乏使用經(jīng)驗(yàn)。車站行車人員僅可通過遠(yuǎn)程復(fù)示受控站站機(jī)進(jìn)行操作，各站沒有做好轄區(qū)整合聯(lián)動(dòng) 協(xié)同，值班員操作手續(xù)繁復(fù)易出錯(cuò)。 按照分散自律調(diào)度集中方案進(jìn)行改造，需要將中心相關(guān)服務(wù)器及調(diào)度臺(tái)升級(jí)為 CTC 系統(tǒng)，3 個(gè)車站全部新 設(shè) CTC 車站子系統(tǒng)，中心機(jī)房新設(shè)關(guān)鍵服務(wù)器。車站控制模式為 ：分散自律模式下的車站控制 模式，車站手動(dòng)按進(jìn)路序列觸發(fā)進(jìn)路。設(shè)置 1 個(gè)中心站，其余為非中心站，中心站設(shè)立非中心站 CTC 系統(tǒng)的遠(yuǎn)程車務(wù)終 端控制臺(tái)，實(shí)現(xiàn)中心站控制非中心站的 CTC 功能 [4]。
2.3 綜合自動(dòng)化技術(shù)
以 SAM 技術(shù)為代表的集中控制技術(shù)兼具列車作業(yè)、 調(diào)車作業(yè)等復(fù)雜作業(yè)的統(tǒng)一調(diào)度指揮。該系統(tǒng)除了與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖 進(jìn)行整合外，能夠無縫整合車站管理信息系統(tǒng)、 防溜器控制系統(tǒng)、機(jī)車 STP 系統(tǒng)及調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)等功能，將區(qū)域內(nèi) 的接發(fā)車作業(yè)、調(diào)車作業(yè)、車站技術(shù)作業(yè)等全部作業(yè)環(huán)節(jié)納入到系統(tǒng)控制范圍內(nèi)，極大限度地發(fā)揮區(qū)域運(yùn)輸?shù)木C合效率， 車站行車人員可通過一個(gè)顯示臺(tái)面對(duì)多個(gè)中間站進(jìn)行集中自動(dòng)操控及作業(yè)安全卡控， 原場(chǎng)區(qū)實(shí)現(xiàn)無人值守 [5-6]。 按照綜 合自動(dòng)化技術(shù)方案進(jìn)行改造，需要在中心設(shè)置集中控制系統(tǒng)，包含數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、系統(tǒng)接口服務(wù)器、集中控制服務(wù)器、集 中操作終端、作業(yè)過程監(jiān)控終端、車務(wù)維護(hù)終端等，采用雙機(jī)熱備、雙通道網(wǎng)絡(luò)確保系統(tǒng)可靠、 安全運(yùn)行。改造范圍、工 程實(shí)施難度及費(fèi)用相對(duì)適中。
2.4 方案對(duì)比
方案對(duì)比，如表 2 所示。
（1）設(shè)一個(gè)集控站，在一定區(qū)域內(nèi)將周邊小站納入集控站管理，從而減少作業(yè)人員配置。
（2）從故障及施工影響方面進(jìn)行比較。區(qū)域聯(lián)鎖設(shè)備故障或升級(jí)改造時(shí)會(huì)影響各從屬站，而 CTC 與 SAM 只對(duì)單一站 場(chǎng)產(chǎn)生影響，對(duì)中心站及其他站不產(chǎn)生影響。
（3）從作業(yè)安全防護(hù)、作業(yè)自動(dòng)控制等方面進(jìn)行比較。區(qū)域計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖缺少此類功能，CTC 與 SAM 均包含此類功 能。CTC 主要應(yīng)用于客運(yùn)專線，在存在技術(shù)作業(yè)的客貨運(yùn)車站應(yīng)用較 SAM 少。 通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，功能上綜合自動(dòng)化 技術(shù)完全能夠涵蓋 CTC 的全部功能，并且造價(jià)相對(duì)較低，區(qū)域計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的方案造價(jià)雖然較低，但是功能、故障影 響范圍等方面有所欠缺，因此針對(duì)既有線普速鐵路區(qū)域集中控制最優(yōu)方案為使用 SAM 實(shí)現(xiàn)既有線區(qū)域集中控制。
3 綜合自動(dòng)化技術(shù)方案
3.1 功能特點(diǎn)
基于 SAM 技術(shù)的鐵路既有線區(qū)域集中控制系統(tǒng)與各受控站的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、TDCS、防溜器控制、車站管理信息等系 統(tǒng)進(jìn)行接口，建立綜合信息共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)上述系統(tǒng)的集中統(tǒng)一管理與控制，功能特點(diǎn)體現(xiàn)在以下 三個(gè)方面 ：
3.1.1 作業(yè)計(jì)劃、調(diào)度命令的自動(dòng)接收與管理
（1）自動(dòng)接收路局下達(dá)的列車作業(yè)計(jì)劃，根據(jù)控制 區(qū)域內(nèi)各站之間關(guān)系，生成系統(tǒng)專用的從控制區(qū)域外車站 至控制區(qū)域內(nèi)作業(yè)目標(biāo)站的計(jì)劃，同時(shí)整合控制區(qū)域內(nèi)所有通過站的通過計(jì)劃。 （2）自動(dòng)接收調(diào)車作業(yè)計(jì)劃。 （3）調(diào)度命令管理 ：自動(dòng)接收調(diào)度命令，提供調(diào)度命令 簽收、查詢、打印、中轉(zhuǎn)、提示等功能。 （4）根據(jù)接收 到的各類作業(yè)計(jì)劃結(jié)合運(yùn)行圖、調(diào)度命令、作業(yè)區(qū)域標(biāo) 記、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整列車及調(diào)車 的作業(yè)計(jì)劃。
3.1.2 作業(yè)過程自動(dòng)控制
（1）作業(yè)計(jì)劃分解、進(jìn)路優(yōu)選與預(yù)覽。系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)各類作業(yè)計(jì)劃自動(dòng)生成路徑信息，并考慮列車走行距離最 短、平行作業(yè)、避免沖突等因素，對(duì)計(jì)劃分解生成的作業(yè)指令集進(jìn)行自動(dòng)或人工選優(yōu)處理，分解轉(zhuǎn)換成相應(yīng)進(jìn)路 指令序列，并呈現(xiàn)在進(jìn)路預(yù)覽選擇界面。
（2）作業(yè)安全綜合防護(hù)功能。系統(tǒng)具備對(duì)多種車務(wù)行車風(fēng)險(xiǎn)的安全卡控功能。
1）計(jì)劃信息一致性卡控與報(bào)警 ；
2）作業(yè)順序卡控與報(bào)警 ；
3）分路不良區(qū)段卡控與 報(bào)警 ；
4）施工封鎖區(qū)域卡控與報(bào)警 ；
5）運(yùn)行圖數(shù)據(jù)的卡控與報(bào)警 ；
6）通過列車的進(jìn)路連通性卡控與報(bào)警 ；
7） 客車接車股道卡控與報(bào)警 ；
8）電力牽引機(jī)車進(jìn)路卡控與報(bào)警 ；
9）超限列車卡控與報(bào)警 ；
10）股道有效長度卡控與報(bào)警 ；
11）列車進(jìn)路未及時(shí)辦理報(bào)警 ；
12）技檢作業(yè)進(jìn)度卡控與報(bào)警。
（3）進(jìn)路自動(dòng)控制。系統(tǒng)應(yīng)具備自動(dòng)、人工兩種控制模式。在自動(dòng)控制模式下，系統(tǒng)根據(jù)指令集，卡控進(jìn)路條 件，擇機(jī)自動(dòng)辦理進(jìn)路，監(jiān)控進(jìn)路的執(zhí)行過程，人工干預(yù)優(yōu)先。在人工控制模式下，值班員需按傳統(tǒng)的作業(yè)方 式辦理進(jìn)路，同時(shí)具備進(jìn)路條件提示與報(bào)警功能。
（4）作業(yè)實(shí)績(jī)自動(dòng)反饋。系統(tǒng)應(yīng)監(jiān)督作業(yè)計(jì)劃執(zhí)行進(jìn)度，采集并發(fā)送報(bào)點(diǎn)信息，形成車站作業(yè)的閉環(huán)管理。系 統(tǒng)具有站內(nèi)車輛跟蹤功能，能提供準(zhǔn)確的報(bào)點(diǎn)信息。
3.1.3 站場(chǎng)信息綜合表示
（1）站場(chǎng)設(shè)備表示信息顯示。顯示站場(chǎng)的線路形狀、 設(shè)備等，包括工程范圍內(nèi)的整個(gè)線路全景。以彩色光帶 和圖形符號(hào)實(shí)時(shí)顯示站場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)，包括區(qū)段、信號(hào) 機(jī)、道岔等設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，例如道岔開向、區(qū)段占 用 / 鎖閉 / 空閑、信號(hào)機(jī)開放或關(guān)閉。采用不同的顏色表示由于施工或故障被暫停使用的設(shè)備、線路資源。采 用不同的顏色表示由于接觸網(wǎng)施工等原因，造成接觸網(wǎng)不供電的線路。采用不同的顏色標(biāo)識(shí)人工標(biāo)記的區(qū)段 分路不良狀態(tài)。
（2）鄰站設(shè)備表示信息顯示。以彩色光帶和圖形符號(hào)實(shí)時(shí)顯示鄰站區(qū)段、信號(hào)機(jī)等設(shè)備的狀態(tài)。
（3） 作業(yè)計(jì)劃與執(zhí)行進(jìn)度表示。詳細(xì)展示站內(nèi)的到發(fā)計(jì)劃、 調(diào)車作業(yè)計(jì)劃等計(jì)劃內(nèi)容與作業(yè)進(jìn)度。
（4）外勤作業(yè)進(jìn)度顯示。顯示接發(fā)列車技術(shù)作業(yè)（車號(hào)、貨檢、列檢、 列尾）的執(zhí)行進(jìn)程，包括進(jìn)度顯示、 倒計(jì)時(shí)、超時(shí)報(bào)警 等。
（5）重要作業(yè)信息語音提示。對(duì)于作業(yè)過程中報(bào)點(diǎn)、 告警等信息，系統(tǒng)通過語音提示作業(yè)人員予以注意。
3.2 部署需求
以車站 3 為集控站，另外站型較小的車站 1、車站 2 為受控站。將 3 個(gè)車站納入集控站管理。基于SAM 技術(shù)的鐵路 既有線區(qū)域集中控制系統(tǒng)實(shí)施后，3 個(gè)車站作業(yè)人員均可移至集控站調(diào)度大廳進(jìn)行集中作業(yè)，單班只需要 1 ～ 2 人，即 可對(duì) 3 個(gè)站的設(shè)備進(jìn)行操作，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排路、綜合安全防護(hù)。同時(shí)在集控站新設(shè)集中控制機(jī)房。 系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫服務(wù) 器、系統(tǒng)接口服務(wù)器、集中控制服務(wù)器、集中操作終端、作業(yè)過程監(jiān)控終端、車務(wù)維護(hù)終端等構(gòu)成，采用雙機(jī)熱備、雙 通道網(wǎng)絡(luò)確保系統(tǒng)可靠、 安全運(yùn)行。系統(tǒng)組成如圖 2 所示。
4 結(jié)語
我國鐵路目前存在大量非繁忙既有線普速鐵路。通過對(duì)現(xiàn)有解決方案進(jìn)行對(duì)比分析，總結(jié)出最優(yōu)解決方案， 通過 SAM 技術(shù)進(jìn)行既有線區(qū)域集中控制改造，將沿途 車站集中到區(qū)段中心進(jìn)行操控，實(shí)現(xiàn)作業(yè)過程的綜合管 理、作業(yè)安全綜合防護(hù)，有效地防止了作業(yè)錯(cuò)辦漏辦， 同時(shí)降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率、減少作業(yè)人員，真正達(dá)到減員增效保安全的實(shí)施效果。
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Study on Centralized Control Scheme of Railway Existing Line Area
LIU Huirong
（Vocational Education Department of China Railway Hohhot Bureau Group Co., Ltd., Baotou West Station, Baotou Inner Mongolia 014014）
Abstract: At present, in view of many common problems in my country's existing railways with normal speed, this article first analyzes the current situation of my country's railway transportation dispatching, and compares the existing solutions one by one, and draws the conclusion that the integrated automation technology can realize the existing line The scheme of centralized control of segments. Secondly, it briefly analyzes its functional characteristics and deployment requirements, and provides a reference for the future upgrading of existing lines, improving the level of transportation management, safety prevention and control, and intensive development of existing lines.
Keywords: existing railway line; section central control; integrated automation; automatic execution of operation; integrated protection of operation safety
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