高速铁路无线闭塞中心维护终端系统的研究

武 鹏

WU Peng

（中国铁道科学研究院通信信号研究所，北京100081）

(Communication and Signaling Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China)

高速铁路无线闭塞中心维护终端系统的研究

武 鹏

WU Peng

（中国铁道科学研究院通信信号研究所，北京100081）

(Communication and Signaling Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China)

高速铁路无线闭塞中心维护终端是无线闭塞中心的维护单元，对列控系统无线闭塞中心的研发、测试、运营现场维护和列控系统升级具有不可替代的作用。根据我国高速铁路的运营现状，针对高速铁路C3级列控系统的特点，在阐述高速铁路无线闭塞中心维护终端系统功能的基础上，分析高速铁路无线闭塞中心维护终端系统技术架构、硬件架构和系统接口及系统功能模块的设计结构和实现方式，研究设计该系统功能模块中基础数据读取显示模块、UDP通信模块、实时信息显示模块、报警模块、数据记录/查询模块各功能的实现流程。

高速铁路；无线闭塞中心；维护终端；系统接口；系统架构

随着我国高速铁路的迅速发展，列车运行速度的不断提高，需要建设安全可靠的列车运行控制系统，而高速铁路 C3 级列控系统可以满足运营速度 350 km/h 及以上、最小追踪间隔3min 的要求，是我国列控系统的重要组成部分，目前已经逐步成为我国高速铁路列控系统发展的主要方向[1]。无线闭塞中心 (RBC) 是高速铁路 C3 级列控系统的地面核心设备，是基于信号故障导向安全原则的计算机控制系统，具有保障行车安全、保证运输效率的功能。高速铁路无线闭塞中心维护终端(以下简称“维护终端”) 系统是 RBC 系统的维护单元，通过获取 RBC 系统与其他地面设备和车载设备的交互数据，实现 RBC 的维护和记录功能，同时提供可视化的人机界面，为 RBC 系统的维护及故障分析提供条件[2]。通过研究设计 RBC 维护终端系统的系统架构、系统接口及系统各功能模块的实现流程，加快了高速铁路 C3 列控系统的实现步伐，为高速铁路安全运营提供必要手段。

1　高速铁路无线闭塞中心维护终端系统架构

高速铁路列车运行具有高速度、高密度的特性，在高速列车运行过程中，无线闭塞中心产生和接收的信息数据量大并且密集，而其维护终端通过处理这些数据来显示列车运行的实际情况，以及相关设备的运行情况。基于及时、准确地传输和处理数据的目标要求，应合理设计维护终端的系统架构和系统接口。

1.1 系统技术架构

维护终端是 RBC 系统的可视化单元，主要负责将接收到的列车运行时的各类数据信息转化为可视的图形界面及可分析的数据，实现对 RBC 系统的信息记录、实时监视、数据查询、报警等功能[3-4]。维护终端系统架构借鉴 MVC (即模型-视图-控制) 的结构模式，按照功能不同对软件进行自下而上的分层架构的处理，使每一层次软件的功能相对独立，有利于系统的开发、维护和扩展。维护终端系统技术架构主要分 4 个层次：数据层、数据传输层、逻辑层、应用层。维护终端技术架构图如图 1所示。

（1）数据层。数据是整个维护终端系统实现相关功能的基础，也是构建合理数据结构的依据，数据层设计的合理性可以带来更高的运行或者存储效率，为整个系统提供数据支撑。维护终端系统使用的数据分为3类：静态基础数据、动态接口消息、存储数据。静态基础数据主要是 RBC 服务器管辖范围内的高速铁路运营线路数据；动态接口消息是相关接口设备发送的列车信息数据，即通信服务器转发的 RBC 与其他系统之间的动态交互信息；存储数据是用于查询和分析的列车运营过程中的综合信息数据，该系统将其存入数据库[5]。

图1　维护终端技术架构图

（2）数据传输层。数据传输层为业务逻辑层或显示层提供数据服务，是系统内部和各系统之间列车运行数据信息传递的桥梁，需要具备及时、准确的特性，避免在数据传输的过程中出现堆积或丢失的现象。传输通道因数据格式而异，静态基础数据在系统初始化时直接读取，动态消息采用 UDP 通信的方式传输接入，维护数据的存取方式依赖于使用的数据库工具。

（3）逻辑层。逻辑层是系统架构的核心部分，通过对所有接入数据的整合、分析、处理，实现列车行车信息的综合显示，其主要任务是针对具体的业务需求，根据逻辑处理的核心算法和关键技术，实现为数据应用层动态的更新界面提供数据支持的目的。逻辑层分为数据解析和逻辑运算2个部分。首先，依据通信协议，解析动态数据；其次，按照功能需求，结合相关静态数据进行合理运算，将接入数据转化为相应的界面显示数据。

（4）应用层。应用层提供完整的图形用户界面，显示逻辑处理的结果，包括界面显示和用户操作2部分。界面显示需要根据显示需求在主界面或子窗口绘制图像或表格，图形显示所需数据由基础数据、解析数据和运算数据提供。用户操作通过用户图形界面提供的菜单、工具栏、鼠标操作等方式予以接收，完成查看消息和查询历史数据等功能。其核心是显示列车当前运行位置、行驶速度、运行状态、行车许可范围、列车移交状态等信息。

1.2 系统硬件架构

服务器的硬件性能会直接影响软件系统的运行和显示效果，因而应该选用性能稳定的服务器硬件，为系统软件的运行提供强有力的保证。该系统将采用商用服务器，通过交换机、以太网卡和网线等网络通信介质，分别与通信服务器、ISDN 服务器、数据库服务器相连接。考虑到维护终端系统的显示功能很重要，并且要显示的信息众多，选取多个高分辨率的液晶显示屏拼接成为终端显示设备，显示出 RBC 管辖范围内的所有高速列车行车状态，给用户呈现清晰、美观的画面。维护终端硬件架构图如图2所示。

图2　维护终端硬件架构图

1.3 系统接口

维护终端系统整合了 RBC 系统自身，以及 RBC与列车车载 ATP 设备、调度集中系统 (CTC)[6]、计算机联锁 (CBI)、临时限速服务器 (TSRS)、相邻RBC 服务器 (NRBC) 之间交互的列车运营信息资源，建立一体化的综合显示控制终端。接口信息主要是维护终端系统通过以太网与通信接口服务器建立连接，并由通信接口服务器与上述外部系统相连接，将列车车载或信号设备数据转发的方式实现的。此外，维护终端直接通过以太网接口记录ISDN 的工作数据，用于维护分析通过 GSM-R 通信链路传输的列车车载信息数据。数据库服务器提供数据管理服务，负责数据存取和访问控制，各接口数据除了用于逻辑处理、显示监控，还需要存入数据库服务器，以供查询和分析。维护终端系统采用统一的数据传输通道，有效地避免各类数据通道的重复建设，提高数据资源的接入效率，确保数据源的信息有序、高效、可靠的传输。

维护终端接口拓扑结构图如图3所示。

图3　维护终端接口拓扑结构图

2　高速铁路无线闭塞中心维护终端系统功能模块

按照维护终端系统的功能需求，采用模块化的设计方法，将维护终端系统的主要功能明确划分为对应的模块。这种高内聚低耦合的设计方式，极大地降低了各功能之间的依赖性，有利于维护终端系统的维护和后续开发。维护终端系统通过获取的列车车次、位置、速度等运行状态信息，调度行车信息，临时限速信息等数据，实现对 RBC 系统数据的列车运行实时监视、运营数据记录查询、报警输出等功能。维护终端系统划分为 6 个功能模块，分别为基础数据读取及显示模块、UDP 通信模块、实时信息显示模块、报警模块、数据记录/查询模块、历史记录回放模块。维护终端各模块功能实现流程图如图 4 所示。

（1）基础数据读取显示模块。通过读取基础数据提供基本信号设备和列车运行环境的界面显示，维护终端系统运行的基础，包括读取 RBC 服务器管辖范围内的高速铁路运营线路数据，并显示线路中的所有元素，如轨道区段、信号机、应答器、公里标等。基础数据中的各类元素都设计了对应的数据类，每个对应的类中都包含绘制当前元素的方法函数。

图 4 维护终端各模块功能实现流程图

（2）UDP 通信模块。考虑到接入的列车运行相关数据数量庞大且信息复杂，以及对信息传输实时性的高要求，维护终端系统使用 UDP 协议的数据传输方式与通信机和 ISDN 建立通信通道，通信数据为单向传输，由通信机和 ISDN 发送，通信周期为 500 ms。

（3）实时信息显示模块。主要显示 RBC 系统对列车运行过程中的控制信息，根据 RBC 发送的列车信息，需要在解析后实时计算出对应在显示界面上的列车位置、速度和行车许可的范围等[7]，并以图形的方式显示在主界面，即可以在主界面的绘图区直观地看到列车的运行情况。此功能对于计算结果的准确性和高效性有很高的要求，是该系统逻辑处理的核心部分。另外，还会按照各外部系统的接口协议分类解析接口数据，实时显示车载 ATP 信息、调度集中信息、临时限速信息、相邻 RBC 信息、其他基础信号设备状态信息，并将解析数据以表格的形式按照时间顺序显示，同时还需要根据这些数据更新主界面上的相关元素的图像。此模块采用消息触发的方式实现界面的实时更新，即消息更新，则界面显示同步更新。

（4）报警模块。维护终端具备对列车行车控制设备状态数据的监测功能、对设备中断或数据异常提供基本的预警功能，加强对列车安全运营的保障水平。设备状态数据包括 RBC 系统各设备单元的工作状态、与外部系统连接及通信状态等。当发现维护终端系统设备连接状态发生变化，或是通信数据有异常时，即可生成报警信息，并递交给前端界面以便在子对话框中显示报警信息。

（5）数据记录/查询模块。维护终端系统整合了高速列车运行过程中的主要信息资源，为日常监测或故障分析提供数据支持。通过数据库的存/取功能提供对所有通信数据的记录与查询功能。数据记录：以时间为顺序，将维护终端系统收到的通信数据及报警信息都存入数据库。数据查询：实现对本地数据库中存储的 30 d 内的数据信息进行分类查询的功能，查询结果包括记录原始数据和解析出的内容。

（6）历史记录回放模块。维护终端可以将已发生的某段时间内的列车运行情况及调度集中、临时限速等信息动态展示，即依据存储的历史数据，以动态显示的方式再现特定时间内系统主界面站场设备的变化信息和列车运行信息[8]。动态回放历史记录的功能，不仅直观，还可以提高故障分析的效率。

3　结束语

高速铁路无线闭塞中心维护终端系统采用自下而上的分层设计和模块化的结构模式，不仅可以提供可视化的人机界面，实时显示RBC及外部系统发送的列车行车信息数据，而且通过对所有运行过程中的历史数据进行记录查询，可以正确了解现场状况和存在问题，方便维护人员对维护终端系统进行维护，为研究安全、可靠的高速铁路列车控制系统提供重要支撑手段，为高速铁路的安全运营提供信息管理系统保障。

[1] 中国铁路总公司. CTCS-3 级列车运行控制系统[M]. 北京：中国铁道出版社，2013.

[2] 中国铁路总公司. CTCS-3 级列控系统总体技术方案[M]. 北京：中国铁道出版社，2008.

[3] 李 瑾，范多旺，何 涛. 电子自动闭塞系统监测维护终端研究[J]. 铁路计算机应用，2012，21(3)：60-65. LI Jin，FAN Duo-wang，HE Tao. Study on Monitoring Maintenance Terminal for Electronic Automatic Block System [J]. Railway Computer Application，2012，21(3)：60-65.

[4] 张友兵，刘 岭，崔俊锋. 列控车载设备诊断维护终端的设计与实现[J]. 铁道通信信号，2015，51(10)：64-67. ZHANG You-bing，LIU Ling，CUI Jun-feng. Design and Realization of the Maintenance Terminal System for Train Control on-board Equipment[J]. Railway Signalling and Communication，2015，51(10)：64-67.

[5] 戴国华，董宝田，李明辉，等. 铁路数据资源整合的分析与设计[J]. 铁路计算机应用，2009(11)：7-11. DAI Guo-hua，DONG Bao-tian，LI Ming-hui，et al. Analysisand Designon Integrationof Railwaydata Resource[J]. Railway Computer Application，2009(11)：7-11.

[6] 中国铁路总公司. 中国铁路分散自律调度集中[M]. 北京：中国铁道出版社，2009.

[7] 毛保华. 列车运行计算与设计[M]. 北京：人民交通出版社，2008.

[8] 刘发玉，孙 洋. 浅谈电务维护终端站场状态回放功能软件设计[J]. 铁道通信信号，2014，50(6)：40-42. LIU Fa-yu，SUN Yang. Discussed on Software Design of Yard Condition Playbacking Function of S&C Mainterance Terminal[J]. Railway Signalling and Communication，2014，50(6)：40-42.

责任编辑：吴文娟

珠三角再开通两条“铁路巴士”

2016 年3月 30 日，广州至佛山至肇庆城际铁路、东莞至惠州城际铁路常平东站至小金口站间开通运营。广佛肇城际铁路起于肇庆站，经佛山西站，引入广州站，共设 12 个车站，全长111 km。莞惠城际铁路常平东至小金口间共设 10个车站，全长 53 km。两条线路的设计时速都为 200 km，广州站至肇庆站全程为2h，常平东至小金口间全程运行1h 10 min。这两条城际铁路采取站站停的公交化运营模式，旅客需要像坐公交车一样自己找座位。

（摘自《人民铁道》报）

Study on Maintenance Terminal System of High-speed Railway RBC

Maintenance terminal of high-speed railway radio block center (RBC) is a maintenance unit of RBC, and plays an irreplaceable role on the research, test and site maintenance of train control system RBC as well as the upgrading of train control system. According to operation status of high-speed railways in China and characteristics of high-speed railway CTCS-3, this paper expounds the functions of maintenance terminal system of high-speed railway RBC, analyzes the technical architecture, hardware framework and system interface of the maintenance terminal system as well as their implementation ways, and puts forward the implementation process of each main function including basic data read and display, UDP communication, real-time information display, alarming and data recording/inquiry.

High-speed Railway; Radio Block Center (RBC); Maintenance Terminal; System Interface; System Framework

1003-1421(2016)04-0058-05

U284.48；TP399

A

10.16668/j.cnki.issn.1003-1421.2016.04.13

2016-03-06

中国铁路总公司科技研究开发计划课题(2014X003-E)