铁路调度集中系统综合仿真平台结构分析与设计

李智

（中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所，北京 100081）

0 引言

调度集中系统(Centralized Traffic Control，CTC)是实施铁路调度集中指挥、确保列车按图行车、提高运输效率和接发列车安全保障水平的重要行车设备，也是铁路行车指挥部门对所管辖范围内各信号系统及子系统，以及各列车等进行集中管理的信号设备。调度集中系统具有内部结构复杂、外部关联性强、对外接口种类多等特点。

分散自律调度集中系统（CTC）自2003 年提出并且在部分线路进行试点运行，这一时期的CTC 一般被称为CTC1.0 系统[1]。随着我国铁路建设快速发展，CTC 系统也逐步扩展功能适应运输需求，演进为基本满足高速铁路运输需求的调度集中控制系统，此时的调度集中系统一般称为CTC2.0 系统[2-4]。2010 年前后，高速铁路建设步伐进一步加快，CTC 系统扩充了与其他信号系统（TSRS、RBC、TCC、GRM-R 等）的接口，增加与其他系统（TDMS、PDMS 等）的信息集成，加强与运输信息集成平台、PSCADA、大风监测报警等系统的结合，完善调度集中系统技术实现方案。国铁集团于2016 年正式颁布新《调度集中系统技术条件》，对高铁线路CTC 系统特征进行总结规定，形成CTC3.0 系统。目前，CTC 系统除了应用于我国铁路之外，还已顺利“出海”，应用于多个海外铁路项目中，如雅万铁路、中老铁路等。

在进行CTC 系统测试时，由于牵扯到多个外部系统，不同外部仿真软件部署环境各异，使用条件苛刻，给仿真环境搭建和操作带来额外的工作量，而现有的仿真环境难以模拟现场各种异常情况。虽然系统上线前会进行插入试验，但是受到时间限制以及对运输的干扰等因素也不能实现全场景案例覆盖测试。因此，可研究CTC 系统综合仿真子系统，利用计算机技术、网络技术、数字孪生技术、虚拟化技术、人工智能技术等，构建调度集中系统的综合仿真系统，以实现CTC 系统外的TSRS、TCC、GSMR 以及CBI 的接口功能。

1 调度集中系统综合仿真平台设计原则与总体需求

调度集中系统仿真平台的设计，应保证调度集中系统本身保持完整并不受影响的前提下，实现仿真的准确性。在针对与调度集中系统通信的其他信号系统时，应尽量保持并模拟其他信号系统的功能。

对于调度集中系统综合仿真平台的设计，应遵循总体设计原则，其主要包括：

第一，应具备和CTC 系统同样的车站兼容性，对于目前CTC 系统涉及的各车站站型，应全部兼容。

第二，应具备和CTC 系统同样的数据兼容性，对于系统所需车站数据及通信数据等基础数据，应和CTC 系统保持一致，以减少重复数据制作的工作量及保证数据的正确性。

第三，应具有与CTC 系统一致的灵活扩展性，根据测试实际需要，来控制整个仿真环境的规模。未来可以根据现场实际需要，增加或者减少模拟车站；或根据实际需要增加或者减少模拟的与CTC 系统存在接口的其他信号子系统。

第四，应具有与CTC 系统一致的对外接口标准，完全模拟和CTC 系统相连接的外部子系统与CTC 系统之间的通信，已验证对外通信数据的安全性和正确性。

第五，应具有与CTC 系统一致的用户友好人机界面，易于操作使用。

第六，应具有与CTC 系统一致的长时间不间断运行的功能，满足一些极端场景下烤机测试的需求。

综合CTC 系统综合仿真软件的设计原则，调度集中系统综合仿真子系统具体需求如下：

一是仿真系统应具备完整CTC 系统的功能。仿真系统应采用实际CTC 系统应用软件，支持CTC 系统所有操作，主要包括阶段计划、调度命令、调监显示、站场控制、临时限速、车次跟踪、列车采点和报点。CTC 系统综合仿真平台可采用实际自律机软件，站场数据、站细数据、功能配置应与生产系统完全一致，应支持自动排路、人工排路等自律机所有功能。

二是仿真系统应完全模拟计算机联锁系统的功能。仿真系统按照CTC 计算机连锁标准协议和CTC系统通信，接收CTC 系统的自律机发来的控制指令，并按照计算机联锁技术标准进行处理后，将联锁处理结果发送至CTC 系统自律机。联锁系统仿真应按照联锁表和联锁逻辑实现进路、信号、锁闭、道岔、封锁解锁、故障告警等联锁相关功能。

三是仿真系统应仿真TCC 系统。仿真系统应配备TCC 系统模拟软件，按照标准接口协议和CTC 系统通信，模拟软件应模拟产生区间状态信息，并反馈至CTC 系统。

四是仿真系统应仿真TSRS 系统。仿真系统应配备TSRS 模拟软件，按照标准接口协议和CTC 系统通信，支持限速命令拟定、发送、校验、设置、取消等全过程操作模拟，支持实时限速状态查询和黄色光带显示。

五是仿真系统应仿真RBC 系统。仿真系统应配各RBC 系统模拟软件，按照CTC-RBC 标准协议和CTC 系统通信，向CTC 系统发送模拟列车运行状态、位置、速度和移动授权等信息。

六是仿真系统应仿真GSM-R 系统。仿真系统应配备GSM-R 传输模拟软件，按照标准接口协议和CTC 系统通信，可接收显示CTC 系统的无线调度命令、无线进路预告等信息。

七是仿真系统应具备列车运行模拟功能。仿真系统应模拟列车自动运行，在图形界面上生成“红光带”列车移动信息，并模拟计算机联锁、RBC 系统、G网等相关子系统输出相关信息。仿真系统列车运行模拟软件应严格按照信号开放条件移动列车，模拟列车能按设定的速度前进，并可根据限速值自动降速运行，列车速度模式曲线应保持与实际的曲线基本一致。列车模拟部分的处理可分为三个阶段：接收信息、处理信息、列车表示，如图1 所示，其中处理信息部分是最重要的部分。

图1 列车模拟部分的处理过程

八是仿真系统应具备特殊场景模拟功能。仿真系统应具备区间站内红光带、灯丝断丝、道岔失控表示、ATP 故障、断轨、接触网停电、线路封锁施工等场景模拟功能。

单个CTC 区段的CTC 综合仿真系统接口示意图如图2 所示。

图2 CTC 综合仿真系统接口示意图

2 调度集中系统综合仿真平台系统设计基础数据需求

CTC 系统是一个内部子系统繁多且子系统之间通信较多的综合性系统。而且，调度集中系统处于整个铁路信号系统的最顶层，通过对信号系统子系统的数据汇总、转换与分发，实现铁路行车的调度指挥工作。与调度集中系统存在接口的其他铁路信号系统子系统主要包括计算机联锁、车站列控中心、GSM-R、临时限速服务器、无线闭塞中心，以及既有的TDCS 系统和相邻的调度集中区段。为了与生产系统做到无缝结合、软件/数据同步升级，CTC 系统综合仿真系统基础数据的组织方式与仿真系统接口数据需要与生产系统保持一致。CTC 系统综合仿真系统相关的基础数据需求如下：

一是CAD 站场图数据。CAD 站场图数据是根据车站平面布置图、区间信号设备布置图及分相信息表等文件，利用CTC 系统CAD 软件制作CAD 站场图数据。

二是联锁大排队转换数据。联锁大排队转换数据是根据联锁提供的大排队，制作站场各对象的联锁转换文件，用于和计算机联锁系统的接口。

三是列控转换数据。列控转换数据，即根据列控厂家提供的“CTC 接口ID 表”，制作列控信息转换文件，对应和列控间低频码及区间方向等信息的传输。

四是TSRS 相关数据。TSRS 相关数据，即根据TSRS 厂家提供的《TSRS-CTC 接口文件》《信号数据表》等文件，制作TSRS 数据接口文件。

五是GSM-R 相关数据。GSM-R 相关数据，即根据G 网厂家提供的《GSMR-CTC 接口文件》等文件，制作GSM-R 数据接口文件。

六是RBC 相关数据。RBC 相关数据，即根据RBC 厂家提供的《RBC 接口文件_RBC 序号对应关系表》等文件，制作RBC 数据接口文件。

七是进路表相关数据。进路表相关数据，即根据联锁厂家提供的联锁表结合站场平面图，制作车站进路数据接口文件。

3 调度集中系统综合仿真平台软件结构与功能设计

调度集中系统综合仿真平台对调度集中系统相关的其他铁路信号系统子系统进行功能分析，将与调度集中系统相关的功能进行整合，建立统一的基础数据管理模块实现数据共享。在保留调度集中系统与其他系统标准的接口模式和数据交互协议的基础上，通过软件模块化的设计，可实现调度集中系统与其他子系统之间的数据转发与信息交互，并结合仿真列车运行模块的研究，构造基于调度集中系统的、完整的综合仿真软件。综合仿真系统功能模块结构如图3 所示。

4 结语

调度集中系统是我国铁路调度指挥的“大脑”，对确保列车按图行车、提高运输效率和保障接发列车安全具有重要意义。对铁路调度集中系统综合仿真平台的设计需求，包含设计原则与总体需求、基础数据需求及软件结构功能设计进行深入探讨，可以为以后铁路调度集中系统综合仿真平台的开发奠定基础。