高速铁路调度集中系统智能化研究及设计

金龙

摘 要：在高速铁路当中，调度集中系统是指挥核心，对于促进高速铁路的正常运行来讲，意义非凡，其主要是将计算机信息作为技术支撑，然而我国高速铁路网络飞速发展，不断建设和开通的高速铁路线路使得能熟练掌握调度集中系统的高技能人才供不应求。此外，调度集中系统的发展速度也跟不上高速铁路的发展要求，因此，结合新兴技术进一步提高高速铁路调度集中系统智能化势在必行，本文将就高速铁路调度集中系统智能化的研究及设计提出笔者的心得体会。

关键词：高速铁路;调度集中系统;CTC;智能化;人工智能

中图分类号：U284.59 文献标识码：A

从本质上来看，虽然我国高速铁路发展时间比西方发达国家短许多，但是我国高铁已经逐渐领先世界。调度集中系统（CTC）是高速铁路高效、稳定运行的主要支撑，伴随现代科学技术的飞速发展，计算机技术已经可以被深度应用在调度集中系统当中，调度集中系统已经基本实现信息化与智能化。然而，人们对出行的需求日益提高，时代也对高速铁路调度集中系统提出了更高的要求。人工智能、大数据时代已经来临，这将会促使高速铁路获得巨大的发展变革，面临着巨大的发展未知数。通过对铁路资源的优化完善处理，可以妥善解决人们日益增长的出行需求和高铁运行分布不均匀性之间的矛盾，因此，调度集中系统智能化的研究与设计成为了高速铁路开发中十分重要的一部分。下面，笔者将首先简单介绍一下高速铁路调度集中系统及其智能化。

1 高速铁路调度集中系统及其智能化

调度集中系统智能化是智能高铁的重要组成部分也是其中较为核心的一环。所谓智能化即是利用人工智能、大数据、机器学习等新兴的智能技术形成一个信息互联的网，通过这样的信息互联可以自主适应、智能决策，解决高铁运营过程中资源分布不均匀的问题，用于完成资源均衡分配的目标。

根据信息技术思维，可以将高铁集中调度系统的系统层分为五项内容：感知层、传输层、数据层、资源层和应用层，这五层分别对应着信息数据的采集、传输、处理、存储和应用。

（1）感知层一般包括调度集中系统生产信息、供电信息、灾害信息以及客票信息，其作用在于全面收集可用于高铁调度的相关信息，其收集的信息一般可分为三类：第一类主要是调度集中系统产生的信息，一般为列车的早晚点信息、区间运行时间信息、设备的状态信息等;第二类为高铁系统中子系统间的传输信息，如灾害信息、供电信息和客票销售情况;第三类为外部信息，如气象信息、地理信息、医疗救援和公共交通等信息。

（2）传输层包括调度集中系统的网络系统、4G/5G网络、卫星通讯，这一层主要利用各种通信手段对感知层所获取的信息安全高效地传输至数据层。

（3）数据层包括多元信息融合和数据标准化处理，传输层输送来的信息多种多样，数据层需对这些信息进行融合处理，以便后续的存储、使用和管理，将杂乱的运营信息整合成具有标准化结构的数据。

（4）资源层包括数据仓库、云计算中心、共享平台，其中数据仓库用来储存经数据层梳理过的数据资源，云计算中心对数据进行并行计算，同时实现数据备份与数据恢复;共享平台是调度集中系统的对外窗口，在此实现内部信息与外部系统的资源交换，实现各业务间的信息互通和互联，解决高铁基层信息隔断，实现横向协调。

（5）应用层则涵盖了运行计划智能调整、业务流转智能化、智能统计分析、股道智能调整、岗位职能联动、应急处置智能辅助、施工作业智能管理等智能管理、操作手段，它通过人机交互界面实现数据的可视化，便于用户实时掌握列车的运行状态，同时还能够智能调整列车运作方案，实现对其运作情况的監督统计，保障了高铁运行的安全性、准时性，实现高铁精细化管理。

2 高速铁路调度集中系统智能化国内外研究现状

目前我国高铁系统整体走在国际前列，对于高铁调度集中系统智能化应用的国家不多，其中日本于1996年为解决多站台车站进站繁忙的问题在东北和上越间的高速铁路上使用了COSMOS广域自主分散系统，对列车进行分组管理，当列车出现异常或信息中断时及时反馈信息，保证铁路安全运行。德国和法国在沿袭原有线路管理模式的基础上，以线路为对象设置控制中心，在既有线路调度系统相关站间有密切数据交换和联系。

2018年，我国国家铁路集团有限公司发布了《智能调度集中系统暂行技术条件》，至此，对高铁调度集中系统智能化的研究拉开序幕，目前多家单位已在京沈高铁与京张高铁上进行了初步的尝试，并取得了阶段性的胜利，但该技术尚未成熟，对于调度集中系统内部和外延智能化仍有待研究。

3 高铁调度集中系统内部智能化

高铁调度集中系统内部智能化可从中心和车站两个方面展开，其对应的功能模块包括：运行计划智能调整、调度命令自动拟写、智能统计分析、股道智能调整。

3.1 运行计划智能调整

列车的运行计划是高铁系统综合计划的基础，编制和调整列车运行计划对调整高铁运营起着十分重要的作用。目前我国高铁系统运行图的编制和调整主要由人工完成，这带来了较大的工作量，且运行图的质量受到工作人员工作能力的影响较大。当发生紧急情况时，经验不足的调度人员因对事故现场没有全面的了解，且心理承受能力有限，很难实现运行图高效可靠地调整。

而智能调度集中系统在内部设有与实际列车运行一致的模型，系统参照模型运行结合各方面信息综合考虑对运行计划进行智能调整，实现运输资源的合理分配。通过智能调度集中系统，可以综合获取列车运行区间的长度、相关坡道、股道长度、限定速度、最小追踪间隔和车辆参数等信息，经过云计算中心的处理，计算出合理的运行时间、股道等信息，制定合理的运行图，然后完成自动铺画。系统在不同的控制模式下，建立起不同的应急运行图调整方案，综合考虑旅客流量、自然天气以及设备状况等信息，对运行图进行实时、精细化地调整。当列车或系统发生故障时，智能调度集中系统应根据故障的具体情况经过计算比对，自动实现区间封锁和股道封锁，对故障列车区间进行扣停和股道的调整。如遇暴风雨雪等极端天气时，智能调度集中系统会对列车所在位置和限速范围进行计算，从而对列车行进速度进行实时地调整。同时，智能调度集中系统还可以根据列车的限速和扣停情况预测列车晚点，当列车在抵达折返点出现晚点时，还可以通过修改折返路线，计算最小折返时间而帮助列车恢复正常运行状态。

3.2 调度命令自动拟写

目前高速铁路调度集中系统的调度命令都需要由列车调度员予以拟写，而后通过其他列车调度员，将内容通过网络传递给有关值班人员或者高速列车的司机等。这样的调度命令拟写和发布模式常因调度命令受令处的工作疏忽出现差错，此种调度命令缺乏充足的审核判断，并无多部门、多岗位的安全监督管控，最终消息发布势必会受到影响，为高速铁路正常运行带来极大的安全隐患。

通过构建调度命令自动拟写方法和系统，可以实现调度命令的准确发布，有助于提高行车安全。在调度命令自动拟写体系中可以包含判断调度命令是否具有安全标识的服务器，对于具有安全标识的调度命令给予自动授权，而对于缺乏安全标识的调度命令则需经过多岗位审核，判断命令中的语句是否存在问题，审核通过还需返回服务器经过二次审核，通过才能给予发布。此外，服务器还应具有调控审核终端的功能，优先将调度命令发给空闲岗位的终端进行审核，如果审核终端均较为繁忙，可传送给综合维修调度员审核，审核员审核调度命令内容、受令处所等信息，确认无误后添加审核员代码，否则通过服务器反馈修改意见发送给调度命令终端，由相关调度员完成对命令内容的改写处理，这样便能够通过多元化岗位的审核判定，避免出现错误信息，从根本上提升调度信息的精准性，提高行车安全。

3.3 智能的数据统计分析

高铁系统每天的运行过程中会产生大量的数据，传统的数据储存和分析一般是在列车运行出现异常的时候人工对当时的现场信息进行回放和日志分析。数据回放和分析的全程均依靠人工进行，这对分析人员的个人素质要求较高，数据分析质量难以保证，数据分析工作繁重，也需要较多的工作人员参与，而现实情况中很难找到这么多具有专业素养的工作人员。此外，历史行车数据应得到及时的统计和备份，具有宝贵价值的行车数据如果没有得到及时的备份，当下次发生类似情况时便难以充分地利用起来，造成数据资源的浪费。

现在，这个过程可以通过智能调度集中系统实现。智能调度集中系统可以通过统计学手段以及大数据分析、数据挖掘对生产过程中多种数据的内在关系进行分析，总结数据间的规律，构建模型，评估生产中的风险值与潜在效益，充分发挥列车运行数据的价值。如此，一方面通过统计多种特殊路况的通过时间，如道岔占用时间、咽喉占用时间和统计闭塞分区通过时间等时间数据，为列车的运行时间预估及调整、突发情况的管理控制带来充足的数据支持;与此同时，智能调度集中系统通过统计列车及其他设备的运行状态，通过强制执行、模式转换、人工排路、人工触发和修改序列、删除序列等操作数据预估调车进路对列车进路影响的潜在风险。同时对用户的操作习惯进行分析，改进优化用户所存在的错误习惯，以此来从根本上避免安全问题的出现。数据挖掘还可通过比对发现调度集中系统与实际运行情况和现场作业间的不适应性，指导调度集中系统的参数调节。

3.4 实现对股道的智能调整

在高铁运行过程中，为保障运行安全，动车组需在固定的股道进行接发车，车站值班员和列车调度员都不可随意调整列车运行股道。但实际上列车晚点事故是经常出现的，如果引发大规模故障的话，就需要对列车运行股道进行人工干预。车站内列车运行股道的调整直接关乎到车站的安全和作业效率，也会影响整个铁路系统的运行效率。然而实际情况复杂，列车调度员和车站值班员素质参差不齐，股道调整的合理性很难保证，这极大地影响了列车运行的效率，也降低旅客对高铁的满意度。

智能调度集中系统根据列车运行的历史数据来构建相应的股道模型，如果突然出现大范围设备故障问题，智能调度集中系统将从数据库中获取车站站细、行车安全规章、设备运行情况、股道占用情况、列车调整计划、客流量等综合信息，通过云计算平台对这些综合信息进行运算分析，给出股道调整方案。智能的股道调整方案会根据进出站咽喉、列车运行条件和联锁状态排除不满足要求的股道，同时尽量减少运行列车在相同时间、相同站台进行乘降，防止短时间内同线群的列车同时到达车站，优先安排大编组始发列车进入闸机较多股道，对列车行驶股道进行其他方面的优化。通过智能调度集中系统进行股道的调整不仅可以减少调度员和值班人员的工作量，也极大地提高了列车运行的效率，保证了股道调整的可行性和质量，减少人工操作带来的误差和风险，有效减少乘客因股道调整上错车的可能，降低客流量对车站运转的影响，行之有效地提升车站服务水准，满足乘客需要。

4 高铁调度集中系统外延智能化

高铁调度集中系统的外延智能化指的是以调度集中系统为核心，对外延设备进行信息共享，实现对外延设备的运行优化，这主要体现在以下两个方面：

4.1 工作人员岗位的智能调控

车站需要很多工作人员维持运行，其中岗位繁多，包括信号员、值班员、客运人员和外勤助理等。各岗位各人员之间的配合是保证车站业务有序进行的基础。智能调度集中系统可以对各岗位之间传递的信息进行共享，如接发车条件和检票广播等，告别了传统的移动电话和对讲机联系，实现岗位间作业信息高效地上传下达，将人员管理变得精细化。各岗位工作人员通过移动终端可以随时查看车站阶段計划、实时站场图、调度命令和各作业进度，采用语音、文字与图片等多样化方案，实现对信息的上传处理，分享给其他岗位。

4.2 智能辅助应急情况处理

应急情况处置也是高铁运行的重点工作之一，高效的应急处置方案是保证高铁畅通运行的基础。传统的应急处置均依靠人工进行信息的传输，管理分散，传输速度较慢，对恢复行车秩序十分不利。智能调度集中系统通过调用数据仓库中列车计划、列车位置、司乘人员等信息提供合理的应急情况解决预案，发送给司乘人员，信息中可全面展示故障列车所处位置的三维场图，周围建筑、桥梁、河流、公路的分布情况，最近的站台信息，协助工作人员尽快调配资源全面开展救援，减少突发事件对列车运行的影响程度。

我国科技、经济高速发展，高铁有必要朝向更高效、更便捷发展。计算机科技的发展为高铁系统的智能化运行提供了技术支持，基于智能化的调度集中系统可以有效保障高铁运行效率，将突发事件的影响最小化，降低工作人员的工作量，提高服务质量，有待大力推广。

参考文献：

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