面向管控一體化的普速鐵路CTC系統(tǒng)功能定位探討

趙如月， 苗建瑞

（1.北京交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，北京 100044；2. 北京交通大學(xué) 軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100044)

分散自律調(diào)度集中(CTC)系統(tǒng)自2004年在西寧—哈爾蓋段應(yīng)用以來(lái)，實(shí)現(xiàn)了高速鐵路的全覆蓋，但截至2019年，在普速鐵路的應(yīng)用占比僅為19.29%[1]。造成這種現(xiàn)狀的主要原因一方面在于普速鐵路相關(guān)設(shè)備不盡完善，另一方面在于鐵路貨運(yùn)復(fù)雜的生產(chǎn)組織方式，使得以確定性的客車(chē)進(jìn)路控制為核心功能的CTC系統(tǒng)難以適應(yīng)。研究將在CTC3.0系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)調(diào)車(chē)進(jìn)路控制的基礎(chǔ)上，以管控一體化的視角對(duì)貨物列車(chē)運(yùn)行組織過(guò)程進(jìn)行分析，對(duì)CTC系統(tǒng)的功能應(yīng)如何發(fā)展才能適應(yīng)未來(lái)局站一體化、管控一體化的組織方式進(jìn)行展望性的探討。

1 普速鐵路CTC應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1.1 CTC 3.0既有功能概況

CTC系統(tǒng)在2.0版本中實(shí)現(xiàn)了列車(chē)運(yùn)行計(jì)劃管理、調(diào)度命令管理、列車(chē)進(jìn)路控制、無(wú)線進(jìn)路預(yù)告、臨時(shí)限速命令管理、列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)查詢等功能，很好地滿足了行車(chē)控制的需要[2]。為了適應(yīng)普速鐵路復(fù)雜的作業(yè)場(chǎng)景，CTC3.0版本根據(jù)實(shí)際作業(yè)需求主要提供了以下幾個(gè)方面的功能改進(jìn)。

（1）為車(chē)站值班員提供車(chē)站級(jí)計(jì)劃管理功能。車(chē)站值班員可通過(guò)該功能獲取調(diào)度所列車(chē)調(diào)度員的日班計(jì)劃或階段計(jì)劃，在對(duì)計(jì)劃進(jìn)行修改細(xì)化的基礎(chǔ)上形成車(chē)站的列車(chē)計(jì)劃，之后再下達(dá)到自律機(jī)中。

（2）提供作業(yè)流程卡控功能。通過(guò)占線板模塊，車(chē)站值班員可安排作業(yè)流程，隨后作業(yè)流程對(duì)應(yīng)按鈕在占線板界面顯示，以按鈕顏色表示作業(yè)狀態(tài)，相應(yīng)的作業(yè)信息也可顯示在各崗位占線板界面上，實(shí)現(xiàn)各崗位作業(yè)信息實(shí)時(shí)共享，外勤人員可通過(guò)占線板系統(tǒng)接收作業(yè)指令以及實(shí)現(xiàn)作業(yè)狀態(tài)的反饋。通過(guò)占線板提供的作業(yè)流程卡控功能，可以保證在不滿足作業(yè)流程的條件下，列車(chē)的發(fā)車(chē)進(jìn)路無(wú)法觸發(fā)。

（3）增加對(duì)調(diào)車(chē)作業(yè)計(jì)劃的進(jìn)路解析和調(diào)車(chē)進(jìn)路一鍵觸發(fā)功能[3]。

1.2 普速鐵路CTC應(yīng)用現(xiàn)狀

由于普速鐵路運(yùn)輸組織復(fù)雜且配套設(shè)備不完善，目前CTC系統(tǒng)在普速鐵路的運(yùn)營(yíng)使用仍處于推廣階段。但隨著CTC系統(tǒng)的改進(jìn)和普速鐵路設(shè)備的升級(jí)，CTC系統(tǒng)在我國(guó)普速鐵路中的應(yīng)用呈上升趨勢(shì)，應(yīng)用現(xiàn)狀如下。

（1）CTC系統(tǒng)在普速鐵路運(yùn)用里程情況。為提高普速鐵路的運(yùn)營(yíng)智能化和安全性，各鐵路局集團(tuán)公司根據(jù)線路運(yùn)營(yíng)需求和設(shè)備技術(shù)條件，先后開(kāi)展了CTC系統(tǒng)在部分普速鐵路的應(yīng)用。截至 2019 年底，CTC在我國(guó)普速鐵路運(yùn)用里程達(dá)到2.6萬(wàn)km，同比增長(zhǎng)36.8%[1,4]，呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。

（2）CTC 系統(tǒng)在普速鐵路操作方式占比。根據(jù)列車(chē)調(diào)度員和車(chē)站作業(yè)人員對(duì)接發(fā)車(chē)作業(yè)及調(diào)車(chē)作業(yè)進(jìn)路操作權(quán)限的不同，CTC 分散自律控制模式分為中心操作方式、車(chē)站調(diào)車(chē)操作方式和車(chē)站操作方式[5]。CTC的操作方式取決于車(chē)站設(shè)備情況、車(chē)站作業(yè)特殊情況、車(chē)站接發(fā)車(chē)和調(diào)車(chē)作業(yè)量等方面。例如，中心操作方式大多應(yīng)用于線路里程長(zhǎng)、列車(chē)密度低、條件艱苦等線路或煤運(yùn)專(zhuān)線鐵路通道。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前普速鐵路 CTC調(diào)度臺(tái)共有96個(gè)，共指揮1 080個(gè)車(chē)站的行車(chē)工作，其中采用中心操作方式的車(chē)站占比為32.7%，采用車(chē)站調(diào)車(chē)方式的車(chē)站占比為27.4%，采用車(chē)站操作方式的車(chē)站占比為39.9%[1,4]。

1.3 普速鐵路CTC存在的問(wèn)題

在CTC系統(tǒng)提高普速鐵路作業(yè)效率和安全的同時(shí)，仍存在系統(tǒng)功能與實(shí)際作業(yè)需求不匹配之處。除相關(guān)配套設(shè)施不完善等問(wèn)題外，CTC系統(tǒng)在普速鐵路的應(yīng)用中主要還存在以下2個(gè)問(wèn)題。

（1）CTC系統(tǒng)未充分考慮調(diào)度員的實(shí)際操作需求。由于普速鐵路涉及列車(chē)種類(lèi)較多、作業(yè)組織較復(fù)雜、車(chē)流密度較大且不確定性較高，這就需要調(diào)度員頻繁進(jìn)行人工介入調(diào)整；而CTC調(diào)度臺(tái)列車(chē)調(diào)度員的管轄范圍大、管轄里程長(zhǎng)，不僅要負(fù)責(zé)行車(chē)組織，還負(fù)責(zé)施工命令的下達(dá)，作業(yè)量繁雜，容易出現(xiàn)作業(yè)偏差，這對(duì)作業(yè)安全來(lái)說(shuō)是一大隱患。因此，在實(shí)際作業(yè)中，CTC系統(tǒng)調(diào)度命令下達(dá)、調(diào)車(chē)進(jìn)路安排等功能的應(yīng)用受到了一定的阻礙。

（2）CTC系統(tǒng)缺乏計(jì)劃間的互饋機(jī)制。目前CTC系統(tǒng)升級(jí)到3.0版本后，在普速鐵路的應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了車(chē)站級(jí)計(jì)劃管理功能，可為車(chē)站值班員提供車(chē)站進(jìn)路計(jì)劃，但仍然存在列車(chē)進(jìn)路控制功能強(qiáng)，調(diào)車(chē)進(jìn)路控制較弱的情況。然而普速鐵路作業(yè)的復(fù)雜性很大程度上是由復(fù)雜的調(diào)車(chē)作業(yè)以及調(diào)車(chē)作業(yè)與列車(chē)運(yùn)行之間的相互作用關(guān)系引起的，在列車(chē)運(yùn)行計(jì)劃和車(chē)站作業(yè)計(jì)劃以及進(jìn)路控制三者之間缺乏動(dòng)態(tài)反饋機(jī)制的條件下，難以實(shí)現(xiàn)鐵路局集團(tuán)公司調(diào)度所和車(chē)站值班員之間的信息動(dòng)態(tài)傳遞和作業(yè)協(xié)同，導(dǎo)致計(jì)劃調(diào)整欠缺即時(shí)性和可預(yù)測(cè)性。

基于以上分析，有必要在對(duì)普速鐵路貨物列車(chē)運(yùn)行組織深層分析的基礎(chǔ)上，對(duì)CTC系統(tǒng)的發(fā)展方向進(jìn)行規(guī)劃。

2 管控一體化下普速鐵路CTC業(yè)務(wù)場(chǎng)景分析

2.1 基于反饋控制的貨物列車(chē)組織過(guò)程描述

貨物列車(chē)的開(kāi)行是以車(chē)流組織為基礎(chǔ)，以調(diào)車(chē)車(chē)列和列車(chē)車(chē)列為形式，在由貨運(yùn)調(diào)度員、計(jì)劃調(diào)度員、機(jī)車(chē)調(diào)度員、列車(chē)調(diào)度員、車(chē)站調(diào)度員等工種構(gòu)成的多級(jí)體系下完成的一個(gè)過(guò)程。整個(gè)過(guò)程是以貨車(chē)的有序移動(dòng)為目標(biāo)，以計(jì)劃—指揮—操作—反饋等為手段構(gòu)成的人-機(jī)復(fù)合控制系統(tǒng)。經(jīng)典反饋控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 經(jīng)典反饋控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Classical feedback control system structure

作為控制系統(tǒng)，貨物列車(chē)組織中的各工種和作業(yè)人員也承擔(dān)了不同的角色，如從整個(gè)樞紐行車(chē)組織的角度而言，車(chē)站調(diào)度員是被控對(duì)象，接收作為控制器的列車(chē)調(diào)度員和計(jì)劃調(diào)度員的控制指令；而若從車(chē)站的角度出發(fā)，車(chē)站調(diào)度員又是控制器，控制調(diào)車(chē)區(qū)長(zhǎng)等人完成車(chē)站的調(diào)車(chē)作業(yè)。貨物列車(chē)開(kāi)行組織過(guò)程可抽象為一個(gè)多層耦合的控制系統(tǒng)，貨物列車(chē)開(kāi)行多級(jí)耦合控制結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 貨物列車(chē)開(kāi)行多級(jí)耦合控制結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Multi-level coupling control structure of freight train operation

需要說(shuō)明的是，圖2只是貨物列車(chē)開(kāi)行過(guò)程中的一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)的抽象，對(duì)于貨場(chǎng)、機(jī)車(chē)和車(chē)輛運(yùn)用等作業(yè)沒(méi)有展開(kāi)。從圖2可看出，整個(gè)系統(tǒng)是由進(jìn)路、調(diào)車(chē)作業(yè)、列車(chē)運(yùn)行秩序以及列車(chē)開(kāi)行組織等控制系統(tǒng)嵌套構(gòu)成，內(nèi)層的控制系統(tǒng)在外層系統(tǒng)中體現(xiàn)為執(zhí)行器和檢測(cè)器的角色。

進(jìn)路控制系統(tǒng)的地位比較特殊，其既是列車(chē)運(yùn)行執(zhí)行控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時(shí)也接收調(diào)車(chē)作業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)出的指令，即以2個(gè)系統(tǒng)的指令為輸入。為此就需要車(chē)站值班員對(duì)這2種輸入進(jìn)行合并，排定其順序后形成控制指令，以完成進(jìn)路的辦理。對(duì)比高速鐵路基本以列車(chē)到發(fā)為主，且到發(fā)線和到發(fā)時(shí)刻均比較明確的情況，這種復(fù)雜的系統(tǒng)之間的嵌套和串并聯(lián)關(guān)系是現(xiàn)有CTC系統(tǒng)在普速鐵路運(yùn)用效果不顯著的一個(gè)原因。

2.2 普速鐵路車(chē)站作業(yè)控制特點(diǎn)分析

對(duì)于控制系統(tǒng)而言，給定值越明確，檢測(cè)越精準(zhǔn)，反饋和控制決策越及時(shí)，控制效果越好。相比于作業(yè)種類(lèi)簡(jiǎn)單、參數(shù)標(biāo)定準(zhǔn)確并嚴(yán)格按計(jì)劃執(zhí)行的高速鐵路車(chē)站作業(yè)，普速鐵路貨物列車(chē)相關(guān)作業(yè)具有種類(lèi)繁雜、關(guān)聯(lián)部門(mén)和因素眾多、作業(yè)時(shí)長(zhǎng)多變、不確定性高等特點(diǎn)。

總體而言，普速鐵路車(chē)站的作業(yè)種類(lèi)比較多。大型技術(shù)站除客貨列車(chē)到發(fā)外，其主要作業(yè)可用“到、解、集、編、發(fā)”來(lái)概括，需要與周邊車(chē)站、貨運(yùn)、機(jī)務(wù)、車(chē)輛部門(mén)緊密配合，在工務(wù)、電務(wù)等部門(mén)的支撐下完成。對(duì)于一般中間站，其作業(yè)的復(fù)雜性一方面來(lái)源于不同種類(lèi)貨物列車(chē)的到發(fā)和停留要求，另外小運(yùn)轉(zhuǎn)和摘掛列車(chē)的甩掛、取送車(chē)以及整理編組等作業(yè)是造成其復(fù)雜性的主要原因。

作業(yè)的多樣性不僅使得一個(gè)車(chē)站的作業(yè)規(guī)劃和控制變得復(fù)雜，同時(shí)由于列車(chē)的運(yùn)行，會(huì)將問(wèn)題通過(guò)路網(wǎng)傳導(dǎo)到其他車(chē)站。貨物列車(chē)的始發(fā)和終到都伴隨著不同類(lèi)型的調(diào)車(chē)作業(yè)，并且其編組內(nèi)容在途中也可能會(huì)發(fā)生變化，即調(diào)車(chē)作業(yè)和列車(chē)作業(yè)會(huì)因車(chē)流的關(guān)系交織在一起，形成一個(gè)相互作用的網(wǎng)絡(luò)。因此從提高控制的精準(zhǔn)度出發(fā)，就不能忽視調(diào)車(chē)作業(yè)與列車(chē)作業(yè)緊密耦合的特點(diǎn)。

不確定性始終是貨物列車(chē)作業(yè)的一個(gè)特點(diǎn)[6-8]，從系統(tǒng)控制的角度而言，降低不確定性與生成不確定性下的控制方案同等重要。一般而言，鐵路貨運(yùn)的不確定性主要來(lái)自以下幾個(gè)方面。

（1）貨源的不確定性。

（2）作業(yè)時(shí)長(zhǎng)的不確定性。這種不確定性一方面是由于作業(yè)對(duì)象的差異，如列車(chē)或車(chē)列的編成內(nèi)容、裝載的貨物類(lèi)型、車(chē)輛的類(lèi)型和狀態(tài)等都會(huì)造成作業(yè)或走行時(shí)間的差異，另外一方面也來(lái)源于作業(yè)人員技術(shù)能力、身體狀態(tài)，甚至性格的差異。

（3）部門(mén)、工種之間作業(yè)協(xié)調(diào)的偏差。不同部門(mén)、不同作業(yè)人員之間信息溝通的及時(shí)性、有效性、協(xié)作意愿等因素都會(huì)導(dǎo)致某項(xiàng)作業(yè)時(shí)長(zhǎng)出現(xiàn)波動(dòng)。

（4）設(shè)施設(shè)備故障導(dǎo)致的不確定性。包括線路故障導(dǎo)致的作業(yè)能力下降，以及車(chē)輛扣修導(dǎo)致的額外作業(yè)。

（5）車(chē)流的偏差引起的不確定。一方面由于隨機(jī)事件引起車(chē)流延誤，通過(guò)路網(wǎng)傳播導(dǎo)致車(chē)流推算偏差；另一方面也有人為的搶裝卸、搶分界口等組織手段造成的偏差。

（6）調(diào)度指揮的失誤。如運(yùn)行調(diào)整不當(dāng)造成的司乘人員超勞，不同司乘人員對(duì)待超勞的態(tài)度會(huì)造成列車(chē)運(yùn)行的不確定。此外，計(jì)劃的頻繁修改也會(huì)造成信息傳遞以及接受方面的偏差，進(jìn)而引起作業(yè)的失序。

（7）事故、天氣以及路外因素的干擾。

這些不確定性是造成貨物列車(chē)運(yùn)行組織復(fù)雜的重要原因，降低不確定性需要從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、組織方式、信息系統(tǒng)，以及自動(dòng)控制等多方面入手。

普速鐵路車(chē)站除了在作業(yè)計(jì)劃上比較復(fù)雜外，在作業(yè)的執(zhí)行層面同樣也比高速鐵路要繁雜。作業(yè)的多樣性、作業(yè)對(duì)象的異質(zhì)性、作業(yè)的多環(huán)節(jié)、多工種協(xié)作等特點(diǎn)都是執(zhí)行過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)的來(lái)源。為了保證安全生產(chǎn)，各級(jí)部門(mén)制定了大量的規(guī)章和作業(yè)辦法，顯然CTC系統(tǒng)的發(fā)展需要依據(jù)這些規(guī)章為普速鐵路量身定制技術(shù)防護(hù)手段。

2.3 貨物列車(chē)運(yùn)行組織的管控一體

在鐵路運(yùn)輸中，管控一體簡(jiǎn)單而言就是信息的傳遞、計(jì)劃的編制與計(jì)劃的實(shí)施集成在一個(gè)系統(tǒng)中，使用信息化和自動(dòng)化的設(shè)備代替或部分代替人工。管控一體在編組站作業(yè)自動(dòng)化方面有非常好的實(shí)踐[9]。

管控一體化從本質(zhì)上是圖1所示的經(jīng)典控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。編組站原有的作業(yè)方式和系統(tǒng)在信息采集與傳遞上存在大量的人工過(guò)程和壁壘，從而使得控制器不能及時(shí)掌握被控對(duì)象的狀態(tài)，成為開(kāi)環(huán)控制。管控一體化下通過(guò)信息的融合與功能集成，計(jì)劃模塊能夠直接從控制系統(tǒng)中采集到設(shè)備的狀態(tài)，進(jìn)而能夠推算出作業(yè)的進(jìn)度和車(chē)輛的分布，準(zhǔn)確制定和輸出控制命令，實(shí)現(xiàn)以計(jì)劃驅(qū)動(dòng)的閉環(huán)控制。

從編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用效果可以看出，管控一體化是實(shí)現(xiàn)作業(yè)安全性和效率提升的重要途徑。推而廣之，在貨物列車(chē)開(kāi)行組織的全過(guò)程中，將影響機(jī)車(chē)車(chē)輛狀態(tài)和作業(yè)條件的相關(guān)計(jì)劃和設(shè)備控制系統(tǒng)進(jìn)行集成，形成集現(xiàn)車(chē)信息、貨工計(jì)劃、列工計(jì)劃、配空計(jì)劃、機(jī)工計(jì)劃、編組站作業(yè)計(jì)劃、中間站調(diào)車(chē)計(jì)劃、貨車(chē)扣修計(jì)劃、施工計(jì)劃以及進(jìn)路控制為一體的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，將會(huì)有效地提高貨物列車(chē)的運(yùn)行組織效率。

貨物列車(chē)運(yùn)行組織管控一體的核心就是圍繞車(chē)輛狀態(tài)，以及由車(chē)輛形成的調(diào)車(chē)車(chē)列或列車(chē)車(chē)列的狀態(tài)進(jìn)行感知、決策、執(zhí)行的閉環(huán)控制系統(tǒng)。管控一體化涉及到計(jì)劃的一體化和控制的集成化等問(wèn)題，雖然目前還存在鐵路局集團(tuán)公司、站段以及各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的信息孤島和壁壘，計(jì)劃的一體化和協(xié)同程度較弱等問(wèn)題，但鐵路車(chē)流管理系統(tǒng)[10]的建設(shè)會(huì)極大程度地促進(jìn)計(jì)劃一體化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。在設(shè)備控制層面也需要以CTC為核心，在普速鐵路適用性改進(jìn)的基礎(chǔ)上與信息系統(tǒng)和計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行集成。

3 管控一體下的CTC功能定位

CTC是以進(jìn)路控制為核心功能的系統(tǒng)。在高速鐵路列車(chē)作業(yè)簡(jiǎn)單、計(jì)劃精度高且準(zhǔn)確的條件下，發(fā)生小規(guī)模的擾動(dòng)時(shí)，列車(chē)調(diào)度員可通過(guò)實(shí)績(jī)運(yùn)行圖和調(diào)度監(jiān)督系統(tǒng)獲取當(dāng)前的運(yùn)行秩序，并按照一定的規(guī)則對(duì)運(yùn)行線進(jìn)行簡(jiǎn)單調(diào)整，無(wú)論是調(diào)度所，還是車(chē)站層面，都是以操作進(jìn)路為主要作業(yè)。只有非正?；虬l(fā)生大規(guī)模擾動(dòng)時(shí)才需要進(jìn)行計(jì)劃層面的調(diào)整，而此時(shí)調(diào)整往往是由應(yīng)急中心來(lái)制定，列車(chē)調(diào)度員的任務(wù)是實(shí)施應(yīng)急中心下達(dá)的調(diào)整意圖或計(jì)劃。由此可看出CTC系統(tǒng)在高速鐵路行車(chē)控制系統(tǒng)中主要體現(xiàn)的是檢測(cè)器和執(zhí)行器的角色，相對(duì)穩(wěn)定的計(jì)劃使其控制器的角色并不突出。

在普速鐵路上，由于貨物列車(chē)的開(kāi)行組織是以調(diào)度為核心，網(wǎng)絡(luò)性層次化的計(jì)劃編制需要復(fù)雜的信息系統(tǒng)去溝通調(diào)度所、車(chē)站、貨運(yùn)、機(jī)務(wù)和車(chē)輛等多個(gè)部門(mén)，其本身就是一個(gè)非常復(fù)雜的多層次、多粒度分布協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)，因而在整個(gè)體系中，CTC系統(tǒng)定位于計(jì)劃的執(zhí)行以及作業(yè)狀態(tài)檢測(cè)的層面是一個(gè)比較現(xiàn)實(shí)的選擇。同時(shí)，為了適應(yīng)貨物列車(chē)的作業(yè)特點(diǎn)，CTC系統(tǒng)的功能需要向以下幾個(gè)方面發(fā)展。

3.1 實(shí)現(xiàn)計(jì)劃對(duì)作業(yè)狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集功能

目前CTC只采集列車(chē)到發(fā)的時(shí)刻，顯然用來(lái)應(yīng)對(duì)調(diào)車(chē)作業(yè)與列車(chē)運(yùn)行作業(yè)緊密關(guān)聯(lián)的貨物列車(chē)運(yùn)行組織是存在欠缺的。有必要建立CTC與車(chē)站作業(yè)計(jì)劃系統(tǒng)(SMIS等現(xiàn)車(chē)系統(tǒng))之間的接口，接收其調(diào)車(chē)作業(yè)計(jì)劃，并如同列車(chē)在車(chē)站的到發(fā)時(shí)刻采集和報(bào)點(diǎn)一樣，CTC在普速鐵路上也需要將調(diào)車(chē)作業(yè)計(jì)劃的執(zhí)行進(jìn)度實(shí)時(shí)報(bào)告給車(chē)站作業(yè)計(jì)劃系統(tǒng)，才能建立起計(jì)劃與控制之間的閉環(huán)，保證計(jì)劃對(duì)作業(yè)進(jìn)度的掌控，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛位置的跟蹤，呈現(xiàn)實(shí)時(shí)的現(xiàn)車(chē)分布，從而為后續(xù)準(zhǔn)確地編制計(jì)劃和準(zhǔn)確地實(shí)施控制奠定基礎(chǔ)。

3.2 提供車(chē)站進(jìn)路計(jì)劃編制和調(diào)整的功能

雖然目前CTC已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了車(chē)站計(jì)劃管理的功能，但主要是面向列車(chē)進(jìn)路的管理。根據(jù)圖2所示結(jié)構(gòu)，車(chē)站值班員的核心工作是對(duì)線路資源運(yùn)用進(jìn)行決策，考慮到列車(chē)和調(diào)車(chē)只是車(chē)輛不同的移動(dòng)形式，有必要在普速鐵路CTC中綜合列車(chē)進(jìn)路管理和調(diào)車(chē)進(jìn)路管理，在車(chē)站或站區(qū)層面為車(chē)站值班員提供一種新形式的計(jì)劃——車(chē)站進(jìn)路計(jì)劃。

（1）車(chē)站進(jìn)路計(jì)劃是列車(chē)運(yùn)行階段計(jì)劃和車(chē)站作業(yè)階段計(jì)劃的下層計(jì)劃，其主要目的是將各類(lèi)作業(yè)解析為進(jìn)路，并對(duì)進(jìn)路在時(shí)空維度上進(jìn)行預(yù)見(jiàn)性的疏解。該計(jì)劃類(lèi)似于運(yùn)行圖，均為線路的占用計(jì)劃，區(qū)別在于該計(jì)劃中線路的單位是咽喉道岔組以及到發(fā)線等，占用線路的對(duì)象除列車(chē)外還有調(diào)車(chē)列。在車(chē)站進(jìn)路計(jì)劃中規(guī)定了各咽喉道岔組和到發(fā)線的占用順序和占用時(shí)間，以及在線路上開(kāi)展的各類(lèi)作業(yè)。該計(jì)劃一方面可用來(lái)規(guī)劃各類(lèi)作業(yè)的進(jìn)度，也可進(jìn)行作業(yè)合規(guī)性檢查，同時(shí)也將是進(jìn)路觸發(fā)的依據(jù)。

（2）設(shè)置車(chē)站進(jìn)路計(jì)劃將使車(chē)站值班員對(duì)線路的使用更具有規(guī)劃性，增強(qiáng)作業(yè)進(jìn)度的可視性和可控性。為車(chē)站值班員提供集成的系統(tǒng)，在進(jìn)路級(jí)別上規(guī)劃各項(xiàng)作業(yè)的起止時(shí)間和走行路徑，建立車(chē)站作業(yè)執(zhí)行和調(diào)度所以及站調(diào)計(jì)劃制定之間的信息通道，可提高作業(yè)協(xié)同的效率以及列車(chē)和調(diào)車(chē)作業(yè)計(jì)劃的可行性。在進(jìn)路計(jì)劃制定合理的情況下，按照進(jìn)路計(jì)劃執(zhí)行作業(yè)，可降低作業(yè)時(shí)長(zhǎng)的不確定性，進(jìn)而可促進(jìn)提升車(chē)流推算的準(zhǔn)確度。

（3）車(chē)站作業(yè)計(jì)劃制定的難點(diǎn)在于各類(lèi)作業(yè)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的確定。類(lèi)似列車(chē)運(yùn)行圖中的區(qū)間運(yùn)行時(shí)間、站停作業(yè)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)等，車(chē)站作業(yè)計(jì)劃也需要針對(duì)不同作業(yè)種類(lèi)、作業(yè)對(duì)象特點(diǎn)以及作業(yè)方式等制定時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)并非歷史作業(yè)時(shí)長(zhǎng)的均值，而是需要在大數(shù)據(jù)的支撐下納入各種因素的影響，并考慮一定的冗余時(shí)間后確定。通過(guò)合理地選擇時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)可保障計(jì)劃的可行性以及準(zhǔn)確性，但同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)作業(yè)條件均已滿足，規(guī)劃的進(jìn)路開(kāi)放時(shí)刻還未到，作業(yè)需要等進(jìn)路的情況。雖然這會(huì)降低車(chē)站的作業(yè)效率，即消耗一定的車(chē)站能力，但良好的進(jìn)路計(jì)劃以及按照計(jì)劃執(zhí)行各項(xiàng)作業(yè)會(huì)在整體上提高車(chē)流推算的準(zhǔn)確度，有助于貨物運(yùn)輸組織的整體可控性。

3.3 建立調(diào)度所列車(chē)運(yùn)行、車(chē)站作業(yè)計(jì)劃和車(chē)站進(jìn)路計(jì)劃之間的互饋功能

在為車(chē)站值班員提供車(chē)站進(jìn)路計(jì)劃后，就需要解決技術(shù)站的車(chē)站作業(yè)計(jì)劃與進(jìn)路計(jì)劃，以及中間站的進(jìn)路計(jì)劃與列車(chē)調(diào)度員的列車(chē)運(yùn)行計(jì)劃之間的協(xié)同調(diào)整問(wèn)題?？傮w而言，列車(chē)運(yùn)行計(jì)劃和車(chē)站作業(yè)計(jì)劃是進(jìn)路計(jì)劃的上層計(jì)劃，這些計(jì)劃可按照統(tǒng)計(jì)的作業(yè)時(shí)間進(jìn)行編制，必要時(shí)可為某項(xiàng)作業(yè)設(shè)置強(qiáng)弱不同的起止時(shí)間限制，進(jìn)路計(jì)劃在上層計(jì)劃規(guī)定的作業(yè)內(nèi)容和時(shí)間框架內(nèi)進(jìn)行進(jìn)路的時(shí)空解析和沖突疏解，并將結(jié)果反饋給上層計(jì)劃，由上層計(jì)劃根據(jù)進(jìn)路的沖突概率進(jìn)行調(diào)整，如此迭代，形成列車(chē)調(diào)度員、車(chē)站調(diào)度員以及車(chē)站值班員計(jì)劃之間的互饋。同時(shí)，進(jìn)路計(jì)劃的執(zhí)行進(jìn)度應(yīng)向車(chē)站調(diào)度員和列車(chē)調(diào)度員透明，以供上層計(jì)劃人員隨時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)劃執(zhí)行的偏差，從而能夠進(jìn)行有預(yù)見(jiàn)性的調(diào)整，進(jìn)一步提高計(jì)劃的準(zhǔn)確性。

3.4 構(gòu)建完善的作業(yè)聯(lián)鎖功能

為了避免人的不可靠性，鐵路在機(jī)械時(shí)代發(fā)明了聯(lián)鎖系統(tǒng)，通過(guò)建立道岔、線路和信號(hào)機(jī)之間的互鎖關(guān)系來(lái)避免沖突事故，并在電氣和電子時(shí)代分別演進(jìn)到了電氣集中和微機(jī)聯(lián)鎖。作業(yè)的安全一方面靠底層的設(shè)備狀態(tài)保證，另外一方面也需要作業(yè)層面的規(guī)章來(lái)保證。在信息時(shí)代，邏輯處理單元能夠獲取到除行車(chē)設(shè)備外的有關(guān)列車(chē)、調(diào)車(chē)車(chē)列、作業(yè)人員等的大量信息，已經(jīng)具備了在規(guī)章層面保證作業(yè)安全的前提條件，可以參照聯(lián)鎖系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備狀態(tài)在進(jìn)路層面進(jìn)行規(guī)則化控制的方法，在作業(yè)執(zhí)行層面根據(jù)設(shè)備狀態(tài)和作業(yè)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)規(guī)則化控制的作業(yè)級(jí)聯(lián)鎖。

作為作業(yè)執(zhí)行層面的系統(tǒng)，CTC已成功實(shí)現(xiàn)了許多作業(yè)安全卡控功能，但目前主要是針對(duì)部分高風(fēng)險(xiǎn)的進(jìn)路觸發(fā)進(jìn)行阻止，存在對(duì)規(guī)章的普適性不強(qiáng)，且沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)的問(wèn)題。為了適應(yīng)普速鐵路種類(lèi)多樣和繁雜的作業(yè)流程，需要在實(shí)現(xiàn)數(shù)字化描述規(guī)章所涉及的設(shè)備狀態(tài)、作業(yè)環(huán)節(jié)和作業(yè)執(zhí)行條件，并將人員操作納入數(shù)字化描述重要組成部分的前提下，建立規(guī)章涉及的各要素之間的制約關(guān)系，構(gòu)建作業(yè)環(huán)節(jié)之間的互鎖關(guān)系，進(jìn)而通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)分析明確在人員、信息系統(tǒng)失效或失誤，以及作業(yè)失序情況下的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。在此基礎(chǔ)上以車(chē)站進(jìn)路計(jì)劃為載體，以故障安全原則為導(dǎo)向設(shè)定進(jìn)路觸發(fā)的安全等級(jí)，對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)的進(jìn)路觸發(fā)命令進(jìn)行阻止，對(duì)于中風(fēng)險(xiǎn)的進(jìn)路觸發(fā)命令進(jìn)行雙人冗余確認(rèn)，對(duì)于低風(fēng)險(xiǎn)的進(jìn)路觸發(fā)命令進(jìn)行單人確認(rèn)，無(wú)風(fēng)險(xiǎn)的進(jìn)路觸發(fā)命令則具備自動(dòng)執(zhí)行的條件，以此形成完善的作業(yè)聯(lián)鎖機(jī)制。

為了實(shí)現(xiàn)作業(yè)聯(lián)鎖功能，CTC應(yīng)在充分?jǐn)U大與其他自動(dòng)化和信息化系統(tǒng)之間的接口，在評(píng)估各類(lèi)信息的安全等級(jí)，合理選擇接口方式的基礎(chǔ)上，以車(chē)站自律機(jī)為核心，將CTC現(xiàn)有分散的、條目化的安全卡控功能升級(jí)為模型化的作業(yè)聯(lián)鎖，構(gòu)建集各類(lèi)設(shè)備狀態(tài)和作業(yè)狀態(tài)為一體的作業(yè)卡控聯(lián)鎖機(jī)。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著貨運(yùn)物流化的發(fā)展，社會(huì)對(duì)鐵路運(yùn)輸服務(wù)的品質(zhì)提出了更高的要求，需要鐵路運(yùn)輸部門(mén)不斷改進(jìn)普速鐵路CTC系統(tǒng)功能，通過(guò)提升信息的流通性、計(jì)劃編制的集成性以及計(jì)劃實(shí)施的可視可控性，對(duì)貨物列車(chē)運(yùn)行組織給予技術(shù)支撐。鑒于貨物列車(chē)運(yùn)輸組織的復(fù)雜性，研究?jī)H對(duì)普速鐵路CTC系統(tǒng)功能擴(kuò)展及作業(yè)流程優(yōu)化進(jìn)行了初步的探討，在計(jì)劃的一體化編制，CTC與其他系統(tǒng)的集成等方面還有大量細(xì)致的工作需要深入研究，從系統(tǒng)集成和作業(yè)協(xié)同的角度對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行剖析，對(duì)系統(tǒng)的發(fā)展方向做出規(guī)劃。