一種基于高速網(wǎng)絡(luò)和分布式運(yùn)算的車地聯(lián)合計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)

李帥

摘要：鐵路信號計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是是負(fù)責(zé)行車進(jìn)路建立鐵路行車核心控制設(shè)備，系統(tǒng)只要功能是保障鐵路站場道岔、信號機(jī)、軌道電路等室外安全設(shè)備之間按照聯(lián)鎖規(guī)則穩(wěn)定工作，確保列車、車列安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：鐵路信號;分布式運(yùn)算;聯(lián)鎖系統(tǒng)

現(xiàn)有鐵路信號計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的操作指揮權(quán)限主要由車站掌握，所有聯(lián)鎖設(shè)備均設(shè)置于鐵路車站機(jī)械間內(nèi)，操作人員為車站值班人員，鐵路司機(jī)被動(dòng)接受車站值班人員遙控指揮，根據(jù)地面信號機(jī)顯示和車站值班人員口令進(jìn)行行車作業(yè)。鐵路司機(jī)與車站值班人員之間使用語音設(shè)備互相呼喚應(yīng)答，相互確認(rèn)，程序繁瑣，效率低下。

為解決上述問題，本文論述了一套一種基于網(wǎng)絡(luò)和分布式運(yùn)算的車地聯(lián)合計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)（后文簡稱“本系統(tǒng)”），系統(tǒng)通過運(yùn)用先進(jìn)的高速通信技術(shù)和大數(shù)據(jù)運(yùn)算技術(shù)，將聯(lián)鎖進(jìn)路選擇權(quán)限交給鐵路司機(jī)，通過設(shè)置運(yùn)行授權(quán)設(shè)備實(shí)現(xiàn)不同列車、車列共同運(yùn)行的安全檢查，達(dá)到提高作業(yè)效率，減少人力投入的目的。

本系統(tǒng)具有構(gòu)思新穎、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全可靠、操作簡單、維護(hù)便利、運(yùn)行成本低的特點(diǎn)。

正文：

本系統(tǒng)包括聯(lián)鎖執(zhí)行設(shè)備、核心運(yùn)算設(shè)備、運(yùn)行授權(quán)設(shè)備、無線通信設(shè)備和車載控顯設(shè)備。本系統(tǒng)中將聯(lián)鎖執(zhí)行設(shè)備、核心運(yùn)算設(shè)備和運(yùn)行授權(quán)設(shè)備統(tǒng)稱為地面聯(lián)鎖設(shè)備，將無線通信設(shè)備簡稱為通信設(shè)備，將車載控顯設(shè)備簡稱為車載設(shè)備。其中聯(lián)鎖執(zhí)行設(shè)備是為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖驅(qū)動(dòng)和采集電路的設(shè)備，聯(lián)鎖核心運(yùn)算設(shè)備是為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)安全邏輯運(yùn)算的設(shè)備，運(yùn)行授權(quán)設(shè)備是為協(xié)調(diào)不同車載設(shè)備之間操作命令優(yōu)先級順序的設(shè)備，無線通信設(shè)備是實(shí)現(xiàn)車載操作設(shè)備與地面聯(lián)鎖設(shè)備之間高速數(shù)據(jù)交換的設(shè)備，車載控顯設(shè)備是提供給司機(jī)操作聯(lián)鎖系統(tǒng)選擇機(jī)車運(yùn)行進(jìn)路和反饋鐵路車站站場信號設(shè)備狀態(tài)的設(shè)備。

系統(tǒng)的設(shè)備拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如下：

在本系統(tǒng)中，聯(lián)鎖執(zhí)行設(shè)備，用來控制室外鐵路站場上的轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號機(jī)、軌道電路等設(shè)備，與上述設(shè)備使用鐵路信號專用電纜連接。上述鐵路站場上的轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號機(jī)、軌道電路等設(shè)備不在本文中描述。

聯(lián)鎖執(zhí)行設(shè)備通過冗余CAN總線與聯(lián)鎖核心運(yùn)算設(shè)備連接、通信。

聯(lián)鎖核心運(yùn)算設(shè)備，一方面接受聯(lián)鎖執(zhí)行設(shè)備采集到的站場設(shè)備狀態(tài)，反饋給車載控顯備在其站場圖形界面上顯示出來;另一方面接收車載控顯設(shè)備下發(fā)的經(jīng)運(yùn)行授權(quán)設(shè)備處理的操作命令，結(jié)合站場設(shè)備狀態(tài)，運(yùn)算輸出安全的動(dòng)作指令，輸出給聯(lián)鎖執(zhí)行設(shè)備。

聯(lián)鎖核心運(yùn)算設(shè)備通過冗余以太網(wǎng)與運(yùn)行授權(quán)設(shè)備連接、通信。

運(yùn)行授權(quán)設(shè)備，一方面接收不同車載控顯設(shè)備發(fā)來的操作命令進(jìn)行，并根據(jù)實(shí)際站場設(shè)備狀態(tài)對上述操作命令進(jìn)行識(shí)別、記錄、排序、授權(quán)、轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)操作命令的安全有序執(zhí)行。

運(yùn)行授權(quán)設(shè)備通過冗余光纖網(wǎng)絡(luò)與無線通信設(shè)備連接。

無線通信設(shè)備，主要包含無線發(fā)送基站、數(shù)據(jù)鏈路和無線接收設(shè)備（設(shè)置于車載控顯主機(jī)內(nèi)），主要實(shí)現(xiàn)機(jī)車車輛位置數(shù)據(jù)、聯(lián)鎖控制、反饋數(shù)據(jù)的高速并發(fā)，低延時(shí)接收和安全傳輸。無線通信設(shè)備連接車載設(shè)備和地面聯(lián)鎖設(shè)備，可以使用5G、集群通信等方式實(shí)現(xiàn)。

車載控顯設(shè)備，主要包含液晶觸摸屏和控顯主機(jī)，其中控顯主機(jī)為高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)，集成無線通信終端和車輛定位設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)站場狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示、調(diào)度進(jìn)路的選擇、作業(yè)計(jì)劃的接收與確認(rèn)等調(diào)度指揮工作。車載控顯設(shè)備的操作人為火車司機(jī)/副司機(jī)。

以一個(gè)實(shí)例來說明各設(shè)備的工作原理、數(shù)據(jù)傳輸過程和相關(guān)關(guān)鍵邏輯處理方法。

首先說明一下，鐵路機(jī)車運(yùn)行進(jìn)路為數(shù)個(gè)基本進(jìn)路組合而成，且基本進(jìn)路會(huì)隨著車輛作業(yè)的持續(xù)從頭至尾逐一自動(dòng)消除。機(jī)車的計(jì)劃運(yùn)行進(jìn)路由車載控顯設(shè)備選擇并下發(fā)，運(yùn)行授權(quán)設(shè)備將機(jī)車計(jì)劃運(yùn)行進(jìn)路拆分為若干順序的基本進(jìn)路，并給聯(lián)鎖核心運(yùn)算設(shè)備逐條下發(fā)基本進(jìn)路開放命令;原則運(yùn)行授權(quán)設(shè)備上在機(jī)車在前一個(gè)基本進(jìn)路上作業(yè)時(shí)下發(fā)后一個(gè)基本進(jìn)路的開放命令。

一般來說，一個(gè)鐵路站場有數(shù)臺(tái)機(jī)車同時(shí)作業(yè)，每臺(tái)機(jī)車將裝備一套車載控顯設(shè)備;車載的控顯主機(jī)中的機(jī)車定位設(shè)備會(huì)實(shí)時(shí)獲取機(jī)車位置信息，通過通信終端和無線通信設(shè)備將三臺(tái)機(jī)車的位置信息發(fā)至運(yùn)行授權(quán)設(shè)備中;聯(lián)鎖執(zhí)行設(shè)備實(shí)時(shí)采集站場所有的室外設(shè)備狀態(tài)（道岔方向、信號機(jī)燈光、軌道電路占用出清等），通過冗余CAN總線上傳至聯(lián)鎖核心運(yùn)算設(shè)備，在通過冗余以太網(wǎng)，經(jīng)運(yùn)行授權(quán)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)，經(jīng)無線通信設(shè)備發(fā)送至車載控顯設(shè)備，顯示在觸摸屏上。

聯(lián)鎖核心運(yùn)算設(shè)備拆分長進(jìn)路為一系列基本進(jìn)路，通過對進(jìn)路的沖突分析，結(jié)合司機(jī)的進(jìn)路終端選擇結(jié)果，采用優(yōu)先級智能算法，實(shí)現(xiàn)基本進(jìn)路的優(yōu)化開放，實(shí)現(xiàn)整個(gè)站場的智能調(diào)度。因核心運(yùn)算設(shè)備的智能算法為技術(shù)機(jī)密，本文不做深入論述。

結(jié)語：

在如今的鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)領(lǐng)域，減員增效的要求越來越急迫，長期受制于固有思維的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)則成為減員增效的“深水區(qū)”，一直無有效的方案提出。本文從一個(gè)新穎的角度提出了一個(gè)解決方案，通過運(yùn)用高速網(wǎng)絡(luò)和智能分布運(yùn)算技術(shù)，在確保設(shè)備運(yùn)行安全與效率提高的前提下，實(shí)現(xiàn)了調(diào)度人員的精簡，達(dá)到了相關(guān)管理部門的要求，產(chǎn)生了較為明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

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