“四网融合”资源共享型车辆基地行车指挥系统方案研究

张大威

在“交通强国”政策指导下，国家对轨道交通涉及的国家铁路、城际（区际干线）铁路、市域（郊）铁路、城市轨道交通不同线网间的“四网融合”建设需求日趋增长。面对“四网融合”复杂轨道交通路网结构和不同车辆类型等问题，除了正线线路需要满足跨线运行的需求外，从事车辆保养、维护、检修作业的车辆基地同样也存在不同线网车辆互运、互维的需求。现有地铁停车场和车辆段在进行本线运营的情况下，其检修设施还能满足车辆检修作业的需求，多采用列车自动监控系统（Automatic Train Supervision， ATS）直接开展行车调度工作。但对于动车段（所）和“四网融合”需求下的车辆基地，其在站场布局、检修资源设置、生产作业流程，以及行车指挥等方面复杂程度更高，适用场景也有本质的区别。因此，建设资源共享型车辆基地，开展车辆基地行车指挥系统的研究，可有效解决城市土地规划的困境，对实现站、线、车、路、网的运输承载力量的可持续统筹调配具有重要意义［1］。

1 车辆基地分类及行车指挥系统应用现状

当前，不同类型的轨道交通处于各自独立发展的交通运输领域，形成了与自身运输载体和运输组织相适应的行车指挥作业流程，在各自领域的车辆基地行车调度中发挥着重要作用［2-3］。

1.1 国家铁路方面

国家铁路车辆基地一般可分为普速铁路的编组站和高速铁路的动车段（所）。这2 种站场的股道数量众多，场区规模较为庞大，作业种类异常繁杂，与正线的行车作业截然不同，既有的正线行车指挥系统无法直接适用，因此研发了先进的、定制化的编组站综合自动化系统和动车段（所）控制集中系统进行行车调度作业。

1.1.1 普速编组站&综合自动化系统

普速编组站是指在普速铁路上办理大量货物列车解体、编组作业，编组直达、直通和其他列车作业，并为此设有比较完善调车设备的站场［4］。编组站一般包括到达场、编组场、出发场等，其站场布置见图1。

图1 普速编组站站场布置

编组站运输生产主要围绕行车组织来进行，为满足普速编组站自身作业特征需求，管理编组站复杂的列车和调车作业流程，将调度和执行紧密联系，编组站综合自动化系统应运而生。该系统对普速列车各项作业的无缝衔接和自动执行发挥了重要作用，实现了编组站生产作业过程的全面信息化、自动化［5-6］。

1.1.2 高铁动车段（所）&控制集中系统

高铁动车段（所）是专门对动车组列车进行检查、测试、维修和养护的场所，站场规模一般较大，见图2。站场内存在动车组检修、吸污、镟轮、整备、洗车、解编、重联和行车等多项作业，且动车组车型繁杂，综合性、复杂性较高。

图2 动车所站场布置

作为动车段（所）智能化、信息化建设的重要组成部分，动车段（所）控制集中系统是为满足动车段（所）行车作业和检修生产作业需求，解决站场内日常运输组织过程中遇到的问题而专门研制开发的行车指挥系统，是动车段（所）实现行车调度作业过程自动化的关键设备［7］。该系统在整合既有CTC、计算机联锁的行车指挥和进路操控功能基础上，针对现场作业特点和需求，并与动车组管理信息系统（Electric Multiple Units Management Information System，EMIS）接口，实现了信息和信号控制专业数据的有机融合，有效解决了动车段（所）内各种车型动车组接发车及调车作业任务繁重、行车作业操作过程复杂、安全卡控薄弱等问题，是实现动车段（所） 综合自动化的关键环节［8］。

1.2 城轨方面

城轨交通车辆基地一般分为停车场和车辆段，接发车作业均使用ATS实现。

1.2.1 停车场&ATS

城市轨道交通停车场是用于列车停放、检修、调试等工作的基地，包括各种线路和用房。通常一条城市轨道交通线路至少设一个停车场。

由于停车场作业内容较简单，主要进路为列车进路，且需要与正线接发车需求协同配合，因此相关控制大多都由城轨线路信号系统中的ATS 子系统功能全覆盖。个别场内调车作业由位于ATS 中心的调度员下放控制权，转为站控模式，由停车场行车值班员人工按照场内生产作业需求办理相关调车进路。

1.2.2 车辆段&ATS

车辆段是城市轨道交通运输系统中主要负责列车车辆运营、整备、检修等工作的场所。近几年来，我国多个大中型城市开始大力建设轨道交通，致使城轨列车的数量逐年递增。车辆段已成为车辆正常运行的重要保障，在整个轨道交通运行系统中占据了主要地位［9］。

为满足车辆维护生产服务需求，相关进出停车库线的列车进路控制一般由城轨线路信号系统中的ATS 子系统功能覆盖，而段内频繁的调车作业由位于车辆段控制中心的人工进路控制，按照段内生产作业需求办理相关调车进路。

目前城轨停车场和车辆段内的调车进路控制，大都采用本地计算机联锁系统人工办理进路，在生产计划的符合程度、响应效率上都存在一些问题，面对日益增长的城轨车辆基地维护生产任务较为吃力。

2 需求分析

为承担“四网融合”线网级共享生产力的车辆基地行车调度控制任务，需要车辆基地的行车指挥系统结合其他车辆检修维护生产信息，在车辆基地生产管理的统一调度指挥下，实现检修维护、运用整备、行车调度、调车作业的有机协同。同时生产调度指令的变化、执行必须能在各工种岗位之间随时响应，快速完成并反馈。这些都对车辆基地行车指挥系统提出了较高且新的需求［10-11］。

2.1 一体化调度

随着“四网融合”需求的提出，使得车辆基地的运用、检修设施建设更加多样化，站场布局更加复杂化。车辆基地在行车组织方面需要完成接发车作业、调车作业，在生产管理方面需要完成客运整备、运用、检修、乘务、机务等作业，并且车辆基地作业时间集中度高，一般当天18：00至次日8：00是开展全天生产作业任务的主要时间段，节假日高峰期集中度更为明显，与正线业务区别极大，任何一个环节脱节都会影响整体工作的有序实施，甚至导致车辆不能正点出库，影响正线运行。同时，不同类型的车辆、检修设施的场区、生产作业任务、走行路径等都显著增加了生产作业计划和行车调度计划编制的复杂度，对计划调整的实时性、准确性，以及生产和行车一体化调度的协调性、及时性提出了非常高的要求。

因此在“四网融合”车辆基地需要各工种之间高度协同、紧密衔接，应采用现地一体化调度的管理模式进行行车指挥。

2.2 信息接口

为满足“四网融合”资源共享型车辆基地的行车指挥系统要求，需要新增、补强与车辆基地各相关专业系统的接口及功能。

行车指挥系统需与计算机联锁接口，交互控制命令、设备状态等信息；与正线行车指挥系统接口，交互列车运行调整计划、调度命令、相邻车站站场表示、车次窗、无线车次校核、无线调度命令等信息；与EMIS 系统接口，交互调车需求或调车建议计划及签收、报点等信息；与列控中心接口，交互闭塞分区状态等信息；与信息物理系统（Cyber-Physical Systems， CPS）接口，获取生产工艺设备、门禁系统、视频监控系统等信息。此外，为便于日常维护管理，系统还需与信号集中监测系统接口，上报系统设备状态信息。

2.3 信息安全

为保证列车在车辆基地检修、整备、镟轮等作业的安全可靠，车辆基地实行授权可控进入方式。当前，车辆基地EMIS、动车组信息、设备工艺、环境监控、人员派班、电子仓库、基地小车等系统接口属于局域网接口，数据信息在车辆基地管控安全，有效保证了区域信息安全。

行车指挥系统作为控制领域的核心，区域信息安全更需健全可控，应采用局域网接口方式，将数据信息局限在车辆基地内部，有效保障信息安全，避免信息跨越车辆基地流转、传输，带来信息泄露等安全隐患，造成不必要的潜在问题。

3 解决方案

为满足“四网融合”车辆基地行车指挥系统的需求，有效应对复杂轨道交通“四网”车辆维护生产任务的全天候服务要求，本文将从4 个方面提出相关解决方案。

3.1 独立设置

车辆基地随着车辆检修需求的增加逐步建设，与正线一次建设有明显不同，并且二者在作业方式、站场结构、场景和需求等方面均存在显著差别，简单照搬正线相关系统根本无法满足车辆基地的应用要求。

若沿用正线系统的既有架构模式进行适应性修改，存在以下3个问题。

1）车辆基地与正线网络互联互通，存在信息频繁远距离传输，中间任何一个节点出现信息安全问题，均会对车辆基地和正线的行车调度指挥造成影响。

2）若要适应车辆基地一体化调度等个性化需求，系统就需不断开发迭代，后续将演变成与正线不同的调度系统，定制化运用于车辆基地。

3）“四网融合”线网资源共享型车辆基地面向不同线路、车型、列控制式、运用场景的复杂车辆运营环境。单独满足与之接轨的某一条正线列控系统互联互通建设，适用范围存在一定局限性，并且线网扩展建设，后续配套的车辆基地行车指挥系统也必须沿用此正线系统的相同厂商，技术演进的局限性。

综上所述，为提高车辆基地的自动化、智能化水平，有必要独立研发设置一套专门运用于车辆基地的行车指挥系统，通过在车辆基地搭建独立网络，形成一个封闭的局域网，与各系统接口，按照技术标准进行建设。通过接口实现与外部系统交互，无外部直接接入的设备，生产数据全部存储在车辆基地内，既有利于后续功能扩展，也不存在设备适配性问题，通用性将大大提高。施工过程中对正线、列控中心等均无影响，不会造成连带风险。

3.2 集中部署

为解决调度人员在日常作业过程中通过电话或语音对讲系统进行业务沟通联系不便、效率不高、协调繁琐等问题，2015年中国铁路总公司下发了《中国铁路总公司关于明确铁路动车段（所）内工作场所设置方式的通知》（铁总运［2015］154号），明确要求全路动车段（所）内车务、车辆、机务等各工种调度人员全部集中于一处进行合署办公，实现空间上的集中，工作场所合并设置，相关设备设施按照设计规范一并配置。

为方便设备巡视、故障处理、施工等作业，避免远距离传输带来的使用和维护问题，车辆基地行车指挥系统还应按照动车段（所）的方式，将设备部署在基地内，实现值班人员合署化办公要求。

3.3 功能扩展

“四网融合”车辆基地行车指挥系统通过与其他CPS 接口，促进车辆基地智能生产管理信息化建设，支持计划制定、车辆清洗、车辆检修、突发事件、车辆运行监视、质量安全、数据统计分析、系统配置管理等一系列流程作业。

为了完成以上目标，车辆基地行车指挥系统运用通信及计算机智能控制技术，实现车辆位置追踪、作业过程自动控制、作业计划统一管理、信息共享等功能，完成调度作业过程自动化；此外，应整合车辆基地的运营调度、生产管理设备、生产设施信息化系统、通信设施，兼顾集成车辆基地生产管理、周界检测及安防监控的信息化等功能，形成一个智能网络，实现车辆基地运营生产作业的决策智能化、指挥数字化、执行自动化和管理现代化。系统功能见图3。

图3 系统功能

3.4 接口规范

通过接口服务器与计算机联锁系统、正线行车指挥系统、EMIS、列控中心、其他CPS 接口。采用带光电隔离的RS-422 串口与计算机联锁系统连接，遵照国铁集团企业标准《调度集中车站自律机与计算机联锁接口通信协议（V1.1）》进行信息传输；采用以太网与正线行车指挥系统、EMIS 连接，遵照国铁集团企业标准《列车调度指挥系统（TDCS）数据通信规程》与正线行车指挥系统进行信息传输，根据需求制定规范协议与EMIS 进行信息传输；与列控中心采用RS-422电缆双通道交叉冗余连接，遵照国铁集团暂行技术条件《高铁列控中心接口暂行技术规范》进行信息传输；与CPS 采用网络进行通信，按照需求制定标准协议。

此外，通过电务维护终端与信号集中监测系统连接，按照设备特点制定规范协议。可根据业务需求，提供良好的接口扩展。

4 应用与发展

“四网融合”资源共享型车辆基地行车指挥系统的独立建设，为车辆基地生产管理的智能化，形成了软硬件技术基础框架规划。系统充分利用信息通信技术和CPS 相结合的手段。整合车辆基地的生产管理设备、设施工艺信息化系统，兼顾与管理用房楼宇监控自动化、周界检测及安防监控的信息系统接口，形成一个智能生产管理信息网络，从而搭建车辆基地生产智能化调度管控体系。

系统实现车辆基地内车辆位置追踪、生产作业过程自动控制，以及计划统一管理、信息共享、作业流程闭环、管控融合等主要功能，使车辆基地列、调车的全自动运行、工艺设备、设施环境与维护生产作业需求计划高度契合［12］。

系统的建设将有效提高车辆利用率，减少车辆基地调度和执行环节人为因素风险；提升业务各环节的衔接协调效率，实现车辆基地各项作业的定量考核；提升车辆基地列车运行、检修作业、生产调度、管控结合的标准化、信息化、智能化水平和车辆管理水平，以及运营管理效率，满足车辆基地的全自主生产运营调度指挥需求。