关于高速铁路联锁系统远程集控系统的研究

北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 谢 天

在目前中国高速铁路系统的运输操作模式中，基本是以车站为单位设置车站工作点，设立联锁操作终端。随着时代的发展，取消既有站点，更改为中心集控操作管理的需求日益明显。目前，国内高速铁路中的远程集控是通过单站与单站间的光纤传输实现，但对于高铁多车站集控的案例还未有过。本文根据运输维护部门提出的高铁运输集控操作需求，对京沪高铁远程集控终端进行设计，优化远程控显数据网结构，降低运维成本，提高方案的可用性和易用性。

京沪高铁由北京南站至上海虹桥站，全长1318km，设24个车站，是一条连接北京市与上海市的高速铁路，也是《中长期铁路网规划》中“八纵八横”高速铁路主通道之一。京沪铁路2011年6月30日全线正式通车，截至2020年12月，京沪高速铁路已开通运营9周年，共发送旅客13亿人次。

为了降低高速铁路运营维护成本，京沪运输维护部门提出以车站集控大厅的模式，将线路中各车站包括联锁、CTC等所有相关终端操作设备放置在集控大厅中，实现车务人员集中办公综合管理的需求。在相关终端设备中，联锁系统因为没有既有通信通道，集控功能实现最为困难。为应对车站用户的需求，本文利用现有的系统架构，在不影响在用系统功能的前提下，设计出一套实用的高速铁路多车站联锁系统远程集控方案。

1 传统方案研究

目前高铁线路存在远程集控的案例，但都是以线路所为主的单站远程集控，且集控站与本地站距离不超过80km，局限性很大。传统远程控显系统架构如图1所示。

从图1中可看出远程端设备是通过两个光纤网络将本地端操作显示界面的信息同步传送到远程端，使车站值班员在远程端完成联锁界面操作任务。

图1 计算机联锁系统远程集控车站配置示意图

2 设计方案中的难点及问题研究

由于集控需求是有京沪维护部门提出，因此方案研究主要以京沪高铁线路为调研基础进行探讨。我们选取京沪济南局管段车站为例：京沪高铁济南段管辖共5个车站，分别为济南西站、泰安站、曲阜东站、滕州东站、枣庄站，首尾车站间距将近220km。京沪高铁济南段线路图如图2所示。

图2 京沪高铁济南段线路示意图

由上述章节可知，单站操控端控显的远程实现，在全国已经有很多案例可以遵循。本次多站集控改造的难点在于以下三点。

2.1 车站距离

京沪济南局管段五站将集控终端计划放置在济南西集控中心，济南西与泰安站、曲阜站、滕州东站、枣庄站分别相距58km、128km、183km、219km，而国内联锁远程控显的运用案例中最长发光模块传输距离不超过80km，类似高铁车站集控没有先例。从原理上说如果在线路中间增加中继器可以延长传输距离，但实际效果无法预估，因此按既有远程控显连接方式可行性不高。

2.2 连接方式研究

既有远程控显连接方式为点对点连接，即远程站与本地站通过光纤通道实现站对站直向连接。具体连接方式如图3。

图3 既有远程集控通道连接方式

此种连接方式两站间需八条通道，实施中会增加四条备用通道应急，适合单站远程显示功能实现。如果以此种方式实现济南区域5站站远程控显的集控，则共需60条光缆通道，光缆通道需求庞大，远程集控端光纤走线过于复杂。

2.3 方案安全性

既有联锁远程控显中，本地站与远程站为双通道两系互连，由左右两条光缆通道保证本地站与远程站之间的通信安全，两条通道互为冗余。若以单站远程控显的形式进行集控，有双通道作为冗余可以满足安全需求。但此种连接方式若是应用在高铁车站远程集控方案中，5车站同步共用左右通道线缆槽进行连接，这时它的安全性就需要重新研究，若单通道故障时，影响范围过大。因此需要更严谨的连接方式。

3 优化思路

综上，利用目前既有远程方式很难满足高铁车站集中操控的需求。根据本次高铁车站集中操控的三个难点分别进行研究，车站可以通过增加增益器的方式，利用环形通道来增加通道等方式增加集控方案的安全性和可靠性。在高铁目前类似的通信连接案例中，列控中心的安全数据网环形连接方式最为合适，由此确定最终方案。

4 最终方案研究

基于目前成熟的联锁单站远程控显光电通信技术以及列控安全数据网环网技术，以提高通信效率，提升网络质量为目标，设计了联锁控显数据环网方案。

本方案将控显既有本地端-远程端的“点对点”传输方式，扩充为多个本地段与远程端环网连接方式，控显数据通过环网结构进行通信，多个车站与中心集中站交换机进行环接，并统一在中心站设置对应远程控显设备进行集中显示，实现多站集中远程控制功能。环网连接示意图如图4。

图4 网络环网示意图

4.1 功能描述

（1）实现多站远程控显、本地控显的操作与表示功能。

（2）多站控显按左右环网模式组成控显环网，提高可靠性与稳定性。

（3）远程控显采用双机热备模式，双机均与本地控显保持通信，双机可同时操作。

（4）远程控显与本地控显操作权限由人工在本地控显界面操作切换。控制权限同时仅有一处，权限转换按钮的操作需要铅封记录，仅有本地控显可以进行远程与车站之间权限转换操作，权限的转换只由按钮状态决定，不参考其他条件。切换按钮的状态由联锁机记录，在任何控制模式下联锁都响应切换按钮状态变化。

4.2 方案优势

本方案利用环形连接方式，使每站间传输距离不超过70km，符合先行发光模块的发送距离。双环网设置增加了整个系统的冗余性，每个单独环网都设置虚拟断点，当单一环网正常运行发生单站中断时，则自动打通虚拟断点从环网另一端继续传输信息，不影响后续车站的信息传输。双环网则是整体增加故障冗余度，分别对应联锁双系形成二乘二的互备网络，增加远程集控系统的安全性和可靠性。

环网连接方式对线缆的需求也相对简单，每个站双向8备4共12芯光缆即可，大幅降低通信光缆成本。在集控端设置统一交换机，通过划分vlan的模式将各站与站机显示端区分并分别对应连结，完成显示功能。图5为虚拟断点示意图。

图5 虚拟断点示意图

总结：本文以既有联锁设备远程集控方案为基点，拓展高铁多车站联锁远程集控方案，解决运输集控技术难点。设计方案易于实现且简单灵活，在既有硬件条件及软件架构和功能不变的前提下，优化远程集控系统结构，实现用户对多联锁车站远程集控的需求，降低了接管单位运营成本和运维复杂性，提高了方案的可用性和易用性，同时对其他系统中的类似需求也有一定的参考价值。