中国高铁调度集中系统集成技术发展与展望

武长海 管建华

到2014年6月，我国已有近1.2万公里高速铁路投入运营，开行动车组1300对以上，这是世界上最大的高速铁路网，也是效率最高的铁路网。作为保障高速铁路运营安全、可靠、高效的核心，高铁调度集中系统 (CTC系统)集成技术，经历了起步阶段、线路别小规模系统集成、路网性大规模系统集成等几个阶段，并向信息化、集成化、标准化的方向发展。

1 中国高铁调度集中系统发展

1.1 起步阶段 (2002～2004年)

秦沈线是我国第一条高速铁路 (时速200 km以上)，采用 CTC系统，开通于2003年，并于2010年改造为分散自律CTC系统;系统初步具备了列车及调车进路控制、行车信息显示、列车运行自动跟踪、列车运行图管理、运营统计报表、重叠信息显示等行车指挥功能;通过应答器及软件实现车次号确认及自动追踪功能;具备设备集中报警及与其他系统交换信息功能。

系统特点:实现了列车/调车进路自动办理、车次号确认、车站CTC分机与联锁本地控制台合二为一。

1.2 线路别小规模系统集成阶段 (2005～2011)

2004年我国发布《分散自律CTC技术条件》，普速铁路采用了具备分散自律功能的CTC系统。随着CTCS-2和CTCS-3级列控系统的成熟，高铁CTC系统在普速CTC基础上不断完善，通过与高铁列控中心 (TCC)、无线闭塞中心 (RBC)、临时限速服务器 (TSRS)等结合，并开发其他配套功能，满足了350 km/h高铁调度指挥需要。京津城际、京沪高铁、武广高铁等十几条高铁CTC相继开通使用，除京津城际采用进口西门子的系统外，其余各线均为分散自律型CTC系统。各线独立构建CTC系统，配置标准低，系统规模小，处理能力有限，维护管理分散;系统功能上增加了与列控系统 (TCC、RBC、TSRS等)结合，实现临时限速设置等功能;通过与基于GSM-R的无线系统结合实现车次号传输等。

系统特点:实现分散自律，实现与列控结合，系统规模和处理能力有限。

1.3 路网性大规模系统集成阶段 (2012～2014)

为适应高铁运营网络的快速发展，原铁道部于2007年启动了北京、上海、武汉、广州及原铁道部“四所一中心”调度指挥中心工程，开启了路网性高铁CTC系统研究和建设进程。我国规划的高速铁路具有运营里程长、路网纵横交织、覆盖范围广、车辆类型多、与既有线联系复杂、部分线路客货混运等特点;各条高铁规划定位不同，速度目标值、追踪密度、基础设施和技术装备水平存在差异，在路网中发挥的功能不同，其运输组织和调度模式与国外不同，与我国传统的运输组织也有较大区别，运输组织的难度和协调的联动性较大;高铁CTC系统须是一个系统构成复杂、技术要求高、功能要求完善、可实施性要求强的庞大的路网性、系统性平台。以上海铁路局高铁调度中心为例，2015年度管辖的高速铁路、客运专线、城际铁路约20条近6000 km。经过近7年的系统研究和建设，路网性高铁CTC系统目前已成功应用于5个铁路局及总公司调度中心，并将在全国各铁路局推广。

系统特点:系统规模庞大，系统组网 (万兆核心局域网)和配置标准大幅提升，采用统一应用软件，采用符合信息安全等级保护四级要求的信息安全技术。

2 CTC系统集成技术发展

2.1 总体技术方案

高铁CTC系统为三层架构:第一层为铁路总公司调度中心;第二层为铁路局高铁CTC系统;第三层为车站CTC子系统。三层之间目前均采用N×2 Mb/s数字通道连接。

依据运基信号〔2009〕676号文，总公司高铁CTC中心与普速TDCS中心分别组网按照2个硬件平台建设。但鉴于总公司调度中心统一指挥全国铁路，无论是高铁还是普速铁路，主要执行宏观监督指挥功能，综合考虑系统投资、维护管理等因素，经过方案比选，采用了总公司高铁CTC与普速TDCS系统合并设置一套硬件平台方案，系统结构与路局级结构相近。

图1 路局高铁CTC系统结构图

路局高铁CTC系统结构如图1所示，主要包括数据库服务器、应用服务器、通信前置服务器、仿真培训服务器、各类接口服务器、复示终端查询服务器、运维服务器、对外信息提供服务器、网络通信设备、网络安全设备、通信质量监督设备、时钟校核设备、电源设备、防雷设备、绘图仪设备、网管工作站、系统维护工作站、调度员工作站、助理调度员工作站、控制工作站、值班主任工作站、计划员工作站、仿真培训工作站、N+1备用工作站、机房综合监控设备等。

2.2 系统总体功能

总公司CTC/TDCS中心接收各调度所发送的列车运行状况、信号设备显示状态、计划运行图、实际运行图、施工、事故、灾害等信息，为总公司各工种调度提供列车运行宏观显示、信号设备显示状态实时监视、运行图管理、调度命令管理、列车动态跟踪、数据统计分析及预测、技术资料管理及仿真培训等功能。

铁路局高铁CTC中心功能分为基本功能、新增功能、拓展功能3个部分。

1.基本功能:高铁列车动态跟踪、列车运行宏观显示、信号设备运用状态实时监视、列车运行时刻显示查询、运行图管理;高铁运行调整计划管理、高铁车站进路及信号设备控制、调度命令管理、运行计划管理、施工信息管理等。

2.新增功能:高铁车站信号机点灯灭灯控制、与TSRS结合、与RBC结合;高铁列车运行监视及站场增强显示 (包含运行速度、动车控制模式和工作模式、移动授权、低频信息、信号机点灯灭灯状态、接触网供电状态、列车停稳、有源应答器、牵引类型、高低站台、运转室位置、区间中继站、分相点等显示)。

3.拓展功能:基本图信息、实际调整图、施工信息、调度命令、统计信息、站存车信息服务等。

3 系统集成关键技术

高铁CTC系统集成主要包含3个层面:与信号其他子系统的集成;与通信、信息、牵引供电等各外部系统集成;与调度中心土建及配套系统集成。

3.1 与信号其他子系统集成

3.1.1 与列控系统结合

1.与TSRS接口。1个调度台设置1套TSRS，1套TSRS对应1套CTC-TSRS接口服务器，双向交互信息内容包括:限速命令拟定、执行，时钟同步;限速状态及报警，操作反馈，时钟同步。

2.与RBC系统接口。每个高铁项目一般设置1套CTC-RBC接口服务器，双向交互信息包括:建立连接、连接检查、关闭连接，时钟同步，文本信息;列车位置、车次号、运营模式、速度等列车状态，连接状态，报警，操作反馈信息等。

3.1.2 与信息安全系统结合

信息安全系统是承担高铁CTC系统内部不同区域间、与外部系统间信息交换安全的关键子系统;工程应用适应于国家信息安全等级保护四级(民用领域最高级别)的信息安全技术方案;按照分区分域、主动防护的设计理念，在安全管理中心的统一管理下，实现了针对TDCS/CTC系统的纵深防御、整体防御。图2显示了路局CTC、TDCS与信息安全系统整体集成。

3.1.3 系统综合布线

图2 路局CTC、TDCS与信息安全系统整体集成

高铁CTC系统局域网规模和架构较以往有了巨大变化。以北京调度所为例:系统主机房面积近700m2，机柜数量达到100个以上，各类服务器、网络、信息安全、综合布线机柜等数量庞杂;除了主机房内综合布线外，系统还有大量与调度大楼内楼宇综合布线，调度大厅、各查询终端所在楼层的布线，以及与运调管理信息系统、PSCADA、大屏幕显示等系统间的布线。CTC系统实现了以列头交换机、列头电源柜等为骨架，由光缆、超六类线、同轴缆等多种线缆组成的综合布线系统。较传统的分散系统供电、点对点通信连接方式等，其系统性和功能性更强，方案更合理优化。解决了大规模CTC系统合理网络布线、电源布线的问题，为后续工程接入中心系统创造了良好的条件。

3.1.4 与维护管理结合

随着高铁CTC系统规模变化，维护管理方法和装备也发生了变化，系统机房维护管理主要包括:环境监控、电源监控、视频监控、IT设备管理、通信监控、网络监控、软件监控、大屏幕显示等，各模块承担不同的维护管理职责。

3.2 与通信、信息、牵引供电等各外部系统集成

通过与信号系统的集成，完成了信号系统控制、指挥功能，通过与整个通信、信息、供电等电子信息系统集成，实现与列车计划子系统、动车底调度子系统、旅客向导子系统和综合维修子系统信息和数据的共享，向铁路管理部门、组织部门和实施部门提供列车运行的所有关键数据，实现了运输信息管理、运输组织决策的高度统一协调。

3.3 与调度指挥中心土建及配套工程集成

3.3.1 土建环境集成

主机房按照国标计算机房A级标准装修。

承重:主机房不小于1000 kg/m2，UPS/电池不小于1600 kg/m2。

走线:下走线 (静电地板距地面750 mm)。

温度:设备 (23±1)℃。

湿度:40% ～55%。

送风方式:设备，下送上回;工作人员，上送上回。

温度变化率:＜5℃/h，不得结露。

3.3.2 电源配套

CTC系统要求双路不间断供电，每路UPS及电池组不间断供电要求不小于30min;UPS要求采用2×(N+1)方式。

3.3.3 通信配套 (广域网)

仅路局高铁广域网至少包含3个层次:调度所至车站级别广域网;总公司与各路局调度所间、各调度所相互间广域网，各调度所与GSM-R、RBC、TSRS等其他系统的广域网。CTC中心至通信系统间实施了以STM信道化155 Mb/s(相当于63个2 Mb/s)代替2 Mb/s通道。

4 中国高铁调度集中系统集成技术展望

高铁CTC系统已在5个铁路局调度所及总公司调度中心运营，并已在其他10余个高铁及城际铁路调度中心推广应用。此系统是国内一次建成标准最高、可扩展性最强、信息保护安全等级最高、具有完全自主知识产权的运输调度指挥系统，表现出极强的技术辐射能力。实现了从技术方案到设计方案到建设成果、运营成果的转化，其应用全面提升了高铁运输安全保障能力，创新了电务运营维护管理水平。各调度所自2012年底陆续开通以来，验证了系统的功能需求和系统需求，满足我国高速铁路运输要求，系统运行稳定，设备工作安全可靠，系统设计先进合理，功能完善，运输指挥灵活高效，各种工作站及终端界面友好，运输调度指挥的安全性、稳定性、高效性得到了有效保证，经济效益和社会效益显著。

随着全国高铁路网的建成和发展，结合信号列控系统技术的进步，兼顾通信、信息等技术发展，中国高铁CTC系统也必将向更安全、更实时、自动化、免维护、标准化的方向发展。以下从7个方面对未来发展作一展望:

1.设计、施工、验收等建设标准进一步明确。目前高铁CTC系统相关的设计、施工、验收标准比较有限，在原先系统规模小、功能简单的情况下还可行;随着大规模系统集成发展，需要一批能指导设计、施工、验收的工程建设规范，事事有依据，事事有流程，实现工程建设标准化的目标。

2.系统软件功能将进一步完善、标准化。总公司作为全路综合性指挥中心，将向统计分析、应急指挥、与国家其他信息系统结合的方向发展。例如:总公司应能通过视频、三维地理信息系统等，第一时间聚焦事故现场，为及时解决现场事故等调度决策提供智能手段;路局调度中心侧重于现场设备控制，向自动化、信息化、可视化发展;软件功能将结合列控发展逐步实现时刻表自动调整、运行间隔自动调整、与安全门结合、精确停车、节能运行等列车自动驾驶 (ATO)、列车自动监控 (ATS)的功能;同时，铁总、铁路局的系统应用软件将实现标准化、统一化，调度指挥人员面向统一的人机界面和功能，系统运行效率将大幅提升。

3.系统信息安全技术深化发展。信息安全是国家战略、是铁路信息化的重要部分，CTC系统的信息安全是铁路信息安全的关键系统，运输调度指挥系统被国家确定为信息安全等级保护四级系统。目前第二代信息安全技术进入到推广应用阶段，信息安全技术和产品在安全性、可靠性、兼容性等方面还有待加强，比如小型机信息安全、与TDCS/CTC系统匹配性、与第一代系统兼容性等问题;同时，系统需明确第三方功能验证标准和方式;此外，在安全管理方面还需加强配套，通过控制各参与信息系统角色的活动，从政策、制度、规范、流程以及记录等方面做出规定，来实现信息安全等级保护四级的全部要求。

4.灾备系统研究及建设展望。作为全球最大的高铁运营网络，从远期考虑，有必要研究灾备系统的成套技术方案和实施方案。灾备系统本身是多系统、多专业、多工种整体的技术方案，作为铁路行车指挥的中枢，调度所灾难情况下，要求各类应用系统应在短时间内完成灾备系统的启用。根据《信息系统灾难恢复规范》(GB/T20988-2007)，调度所备用中心灾难恢复能力等级应不低于5级，即按照数据实时传输和完整系统支持考虑，采用远程数据复制技术、备用网络具备自动或集中切换能力。实现灾备系统是一个关系到多系统配置及软件开发、多专业及部门灾备预案研究、人员培训与演习等复杂的系统工程，需要从铁路总公司顶层加强设计，明确灾备系统需求及研究方向，进一步实现工程化目标。

5.与通信、信息技术进一步融合。与通信系统接口光纤化、高速化，目前有的采用2 Mb/s数字通道通过电光-光电转换方式，有的通过FE 10/100 Mb/s光纤组网，通信系统光通信技术和装备日趋成熟，高铁CTC系统对通信速度、可靠性要求越来越高，光通信是发展方向。与信息系统融合更加深入，运营对于高密度、高可靠、高舒适度、安全正点的要求越来越高，要求CTC系统与运调系统的计划契合度更好，尤其在动车段 (所)等行车计划与动车组、乘务组计划等结合度更高;要求系统对运行图的调整更加灵活、方便，为高速铁路运输计划调整预备更多的调整预案，为安全正点提供系统保障;要求系统与客服系统间的结合更密切、更准确，在列车报点、停稳信息管理等方面更精确。

6.仿真培训功能平台化、系统化。目前仿真培训服务器连在CTC系统核心局域网上，易对主用系统产生干扰。结合各局对于培训仿真的需求及新技术条件，后续项目需考虑构建仿真培训专用子系统，独立设置数据库及应用服务器、局域网等设备，提供软件、数据测试验证及培训平台;设备包括数据库服务器、应用服务器、数据模拟服务器、培训终端、维护工作站、车站综合处理机、网络设备等;系统应实现CTC系统基本功能，并提供完全一致的操作方式;系统的软件数据配置完全和实际一致，可对即将上线更换的软件、数据进行仿真环境的测试。

7.系统维护管理功能集成化、标准化。目前CTC系统机房维护管理平台仍存在模块各自独立、功能单一的问题，以某调度所CTC维护中心为例，共设置各类维护管理终端40台，占地大、功能和报警信息分散、维护管理不便。随着高铁CTC系统发展，应逐步将网络、硬件、软件、环境、视频、布线、通道等各类维护终端实现集成整合，并对维护平台功能和界面实现标准化，达到减少终端、高效运维的目标;在具体功能上，逐步实现故障无线通知、三维可视、智能布线等功能，及时有效发现、报告、调查、排除故障，对故障的全生命周期进行跟踪和管理。

［1］ 运基信号［2009］676号.列车调度指挥系统(TDCS)、调度集中系统(CTC)组网方案和硬件配置标准(暂行).2009

［2］ 运基信号［2007］696号.CTC中心与车站通信协议.2007.

［3］ 运基信号［2010］738号.关于实施调度集中(CTC)统一软件工作的通知.2010.

［4］ GB22239-2008.信息安全技术信息系统安全等级保护基本要求(S).

［5］ 武长海，聂影.客运专线调度所CTC系统实施方案研究［J］.铁路通信信号，2008(5).