基于高鐵CTC系統(tǒng)的道岔輪巡操縱軟件研究

羅云飛，沈瑞超，張 浩

目前，我國高鐵線路車站均通過夜間“天窗”修時(shí)段，對(duì)所轄道岔進(jìn)行檢修巡檢，采用人工操縱道岔的方式，存在工作量大、檢查效率低、容易漏檢等問題［1］。為此，上海局集團(tuán)公司聯(lián)合相關(guān)合作單位，共同開發(fā)了一套基于高鐵調(diào)度集中系統(tǒng)（Centralized Traffic Control，CTC）的道岔輪巡操縱軟件，使得高鐵CTC系統(tǒng)具備對(duì)車站內(nèi)道岔進(jìn)行定操、反操，以及對(duì)道岔狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能。在夜間不影響正常行車的時(shí)間段，可通過一鍵式輪巡操縱，對(duì)車站內(nèi)所有滿足條件的道岔進(jìn)行定操/反操檢查，并根據(jù)操縱結(jié)果判斷每個(gè)道岔是否正常。這套基于計(jì)算機(jī)開發(fā)的道岔一鍵式輪巡操縱檢查軟件，不但能減輕現(xiàn)場(chǎng)人員的工作量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提升工作效率，而且還能自動(dòng)地對(duì)道岔檢查過程及結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)地記錄統(tǒng)計(jì)；同時(shí)還可有效避免人工作業(yè)存在的疏漏，進(jìn)一步提升檢查的全面性和可靠性。

1 軟件架構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)車站和調(diào)度中心都具有道岔自動(dòng)測(cè)試的功能，需要在車站和調(diào)度中心同時(shí)部署相應(yīng)的自動(dòng)測(cè)試軟件分別進(jìn)行測(cè)試［2-3］。

1.1 車站操縱軟件

車站的自動(dòng)測(cè)試軟件部署在車站車務(wù)終端上，與車務(wù)終端CTC 軟件通過進(jìn)程間的管道消息進(jìn)行連接通信。操縱人員點(diǎn)擊開始測(cè)試后，自動(dòng)測(cè)試軟件通過管道消息向車務(wù)終端發(fā)送道岔操縱指令；車務(wù)終端將該指令發(fā)送到聯(lián)鎖系統(tǒng)，并將聯(lián)鎖系統(tǒng)反饋的道岔表示信息發(fā)送回自動(dòng)測(cè)試軟件；由自動(dòng)測(cè)試軟件將反饋的表示信息轉(zhuǎn)化為道岔操縱結(jié)果進(jìn)行記錄，同時(shí)記錄各個(gè)道岔的操縱時(shí)間。車站的道岔操縱軟件架構(gòu)見圖1（a）。

圖1 道岔輪巡操縱軟件架構(gòu)

1.2 調(diào)度中心操縱軟件

采用調(diào)度中心操縱方式時(shí)，由調(diào)度中心下發(fā)道岔操縱指令。在調(diào)度中心的每個(gè)助調(diào)終端上部署道岔自動(dòng)測(cè)試軟件，該軟件通過管道消息與站場(chǎng)圖軟件相連。調(diào)度中心自動(dòng)測(cè)試軟件可選擇測(cè)試的車站，通過站場(chǎng)圖讀取車站控制模式，下發(fā)操縱指令，并讀取道岔操縱結(jié)果。調(diào)度中心的道岔操縱軟件架構(gòu)見圖1（b）。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 軟件功能

1）對(duì)所轄車站內(nèi)滿足測(cè)試條件的道岔進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試，分別對(duì)每個(gè)道岔進(jìn)行一次定操和一次反操［4］。

2）在自動(dòng)測(cè)試過程中，若某組道岔未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)操縱到預(yù)定位置，或者發(fā)生擠岔，則將該組道岔判定為操縱異常。

3）對(duì)每次測(cè)試過程進(jìn)行詳細(xì)記錄，并生成測(cè)試報(bào)告。

2.2 功能模塊

道岔自動(dòng)測(cè)試軟件分為通信層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層、展示層4大功能模塊，具體構(gòu)成見圖2。

圖2 道岔自動(dòng)測(cè)試軟件功能模塊構(gòu)成

1）通信層：負(fù)責(zé)讀取車站道岔的靜態(tài)數(shù)據(jù)，獲取車站道岔的相關(guān)信息，并通過進(jìn)程間管道消息實(shí)現(xiàn)與車務(wù)終端或者站場(chǎng)圖終端之間的通信，獲取道岔當(dāng)前的實(shí)際狀態(tài)。

2）數(shù)據(jù)層：根據(jù)所在車站道岔數(shù)據(jù)編制配置文件，以實(shí)現(xiàn)軟件與CTC系統(tǒng)的匹配。

3）業(yè)務(wù)層，作為核心邏輯層，具有道岔操縱超時(shí)判斷參數(shù)設(shè)定、道岔狀態(tài)自動(dòng)讀取、道岔自動(dòng)測(cè)試邏輯，道岔自動(dòng)輪巡等功能。

4）展示層：實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面對(duì)話；測(cè)試結(jié)束后自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告，對(duì)于測(cè)試異常的道岔進(jìn)行報(bào)警。測(cè)試異常包括道岔狀態(tài)異常、道岔操縱超時(shí)等。

2.3 自動(dòng)測(cè)試邏輯

1）軟件自動(dòng)測(cè)試流程見圖3。啟動(dòng)測(cè)試軟件，輸入賬號(hào)密碼后，軟件會(huì)自動(dòng)讀取管轄車站的道岔信息。測(cè)試時(shí)首先打開相應(yīng)菜單，選擇測(cè)試車站，然后點(diǎn)擊讀取該車站道岔狀態(tài)按鈕。當(dāng)?shù)啦頎顟B(tài)讀取完畢后，點(diǎn)擊開始按鈕即可進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試。

圖3 自動(dòng)測(cè)試邏輯流程

2）自動(dòng)測(cè)試時(shí)，軟件會(huì)按照待測(cè)試車站列表，同時(shí)對(duì)各個(gè)車站的待測(cè)試道岔依次發(fā)送操縱指令。例如選擇一個(gè)車站，首先以當(dāng)前道岔位置為基礎(chǔ)，若是定位，則發(fā)送反操指令；然后等待當(dāng)前道岔操縱結(jié)果反饋，若收到操縱成功的消息，則自動(dòng)開始操縱下一組道岔。當(dāng)所有待測(cè)試道岔均完成一次操縱后，再按此方法執(zhí)行第2 遍操縱。當(dāng)所有道岔均執(zhí)行了一次定操和一次反操，則該站測(cè)試結(jié)束，直至所有車站完成測(cè)試。

3）測(cè)試過程中，若遇到擠岔或操縱超時(shí)的道岔，則將該道岔添加到報(bào)警分類中，不再下次輪巡中測(cè)試［5］。其中操縱容忍時(shí)間按道岔類型區(qū)分，單動(dòng)道岔操縱容忍時(shí)間為20 s，雙動(dòng)道岔為25 s。當(dāng)實(shí)際操縱時(shí)間大于操縱容忍時(shí)間，即判定為操縱超時(shí)。

4）若需要提前結(jié)束自動(dòng)測(cè)試，則點(diǎn)擊結(jié)束按鈕，軟件會(huì)彈框提示是否結(jié)束，確認(rèn)結(jié)束后，軟件會(huì)在操縱完當(dāng)前道岔后停止測(cè)試，已測(cè)試的道岔如果存在問題依然會(huì)彈框報(bào)警。

2.4 測(cè)試結(jié)果與測(cè)試報(bào)告

若存在異常道岔出現(xiàn)彈框提醒，則點(diǎn)擊報(bào)警按鈕可查看異常道岔的名稱與原因，同時(shí)自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告。該報(bào)告除了保存于本地文件夾外，也可通過界面的報(bào)告按鈕，查看當(dāng)月的測(cè)試記錄與測(cè)試結(jié)果。異常報(bào)警與查看測(cè)試界面見圖4。

圖4 異常報(bào)警與查看測(cè)試界面

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 道岔操縱超時(shí)判斷

3.1.1 車務(wù)終端

車務(wù)終端道岔操縱指令的數(shù)據(jù)流程見圖5。由于自動(dòng)測(cè)試工具從發(fā)出指令到道岔動(dòng)作的過程中，會(huì)經(jīng)過多個(gè)設(shè)備，每個(gè)設(shè)備在處理指令以及傳輸消息時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的時(shí)延；而自動(dòng)測(cè)試軟件設(shè)計(jì)方案中，僅僅對(duì)軟件操縱指令從發(fā)出到執(zhí)行結(jié)果反饋時(shí)延進(jìn)行粗略估算，判斷超時(shí)參數(shù)雖然在模擬環(huán)境當(dāng)中可以滿足，但是否符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況未知；因此，需選取實(shí)際車站進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。在徐州東徐蘭場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，將單動(dòng)道岔判定超時(shí)參數(shù)設(shè)置為16 s，雙動(dòng)道岔超時(shí)參數(shù)設(shè)置為23 s，試驗(yàn)結(jié)果見圖6。

圖5 車務(wù)終端道岔操縱數(shù)據(jù)流程

圖6 道岔操縱過程中各環(huán)節(jié)占用時(shí)長(zhǎng)抽查統(tǒng)計(jì)

1）車務(wù)終端從收到道岔測(cè)試工具發(fā)出的指令，到將指令發(fā)給自律機(jī)所花的時(shí)間t1不超過1 s。

2）自律機(jī)從收到車務(wù)終端的指令，到將指令發(fā)給聯(lián)鎖所花的時(shí)間t2不超過2 s。

3）聯(lián)鎖從收到自律機(jī)的指令，到道岔動(dòng)作結(jié)束后聯(lián)鎖向自律機(jī)發(fā)出道岔表示碼位所花的時(shí)間t3：?jiǎn)蝿?dòng)道岔不超過14 s，雙動(dòng)道岔不超過19 s。

4）自律機(jī)從收到聯(lián)鎖發(fā)來的道岔表示信息，到將該消息發(fā)給車務(wù)終端，所花時(shí)間t4不超過1 s。

5）車務(wù)終端從收到自律機(jī)發(fā)來的道岔表示信息，到車務(wù)終端將該消息發(fā)往道岔自動(dòng)測(cè)試工具，所花時(shí)間t5不超過1 s。

綜上所述，設(shè)定單動(dòng)道岔操縱等待時(shí)間不應(yīng)大于19 s，雙動(dòng)道岔操縱等待時(shí)間不應(yīng)大于24 s。

3.1.2 調(diào)度中心

調(diào)度中心道岔操縱數(shù)據(jù)流程與車務(wù)終端道岔操縱數(shù)據(jù)流程的區(qū)別，在于調(diào)度中心操縱指令是經(jīng)由助調(diào)終端下發(fā)給自律機(jī)處理，而車站則是經(jīng)由車務(wù)終端下發(fā)。雖然調(diào)度中心操縱指令還隱含途徑通信服務(wù)器和通信前置服務(wù)器2 個(gè)環(huán)節(jié)，但這2 個(gè)服務(wù)器環(huán)節(jié)屬于透?jìng)?，無任何邏輯處理［6-7］。因此僅需適當(dāng)增加傳輸時(shí)延即可，建議對(duì)于單動(dòng)和雙動(dòng)道岔超時(shí)判斷參數(shù)均多增加1 s，即單動(dòng)道岔操縱等待時(shí)間不應(yīng)大于20 s，雙動(dòng)道岔操縱等待時(shí)間不應(yīng)大于25 s。

3.1.3 超時(shí)判斷參數(shù)設(shè)定

為便于運(yùn)維，保證車站和調(diào)度中心道岔操縱軟件統(tǒng)一通用，同時(shí)滿足2 種場(chǎng)景的測(cè)試要求，將道岔自動(dòng)測(cè)試軟件超時(shí)判斷參數(shù)統(tǒng)一按照調(diào)度中心參數(shù)設(shè)置，即單動(dòng)道岔超時(shí)判斷參數(shù)為20 s，雙動(dòng)道岔超時(shí)判斷參數(shù)為25 s。

3.2 道岔狀態(tài)的可靠獲取

由于需要通過CTC 系統(tǒng)獲取道岔的初始狀態(tài)和操縱后狀態(tài)，因此測(cè)試軟件采用管道消息的方式，從車務(wù)終端讀取道岔的狀態(tài)，通過道岔所屬車站以及CTC系統(tǒng)內(nèi)部定義的道岔唯一標(biāo)識(shí)，獲得準(zhǔn)確的道岔狀態(tài)，從而保證道岔狀態(tài)的可靠性［8-10］。

由于道岔操縱會(huì)產(chǎn)生較大的電流，因此在自動(dòng)操縱道岔時(shí)，對(duì)于由同一套聯(lián)鎖系統(tǒng)控制的道岔，需嚴(yán)格控制同時(shí)操縱的道岔數(shù)量，確保聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全。

4 應(yīng)用情況

自2021 年8 月以來，基于高鐵CTC 系統(tǒng)的道岔輪巡操縱軟件已在徐連調(diào)度臺(tái)所轄徐州東站徐蘭場(chǎng)、新沂南站等進(jìn)行了功能驗(yàn)證和前期試用；2023年1月進(jìn)一步擴(kuò)大試點(diǎn)范圍，在徐連徐淮高鐵臺(tái)進(jìn)行調(diào)度臺(tái)多中心及車站同時(shí)操縱試用。試用期間該軟件穩(wěn)定可靠、操縱簡(jiǎn)捷方便、顯示界面直觀友好。對(duì)于操縱異常的道岔不僅會(huì)彈框報(bào)警，而且還標(biāo)明報(bào)警道岔的名稱以及報(bào)警原因，在對(duì)既有CTC 系統(tǒng)各項(xiàng)功能無影響的情況下，大大減輕了設(shè)備維護(hù)人員的工作強(qiáng)度。

5 結(jié)束語

基于高鐵CTC 系統(tǒng)的道岔輪巡操縱軟件是針對(duì)人工道岔測(cè)試存在問題，提出的一種自動(dòng)化解決方案。該軟件應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)后，能夠快速有效地檢查車站道岔的狀態(tài)，克服人工測(cè)試存在的不穩(wěn)定因素，具有降低人工成本、過程記錄詳細(xì)等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于保障行車安全具有重要意義，同時(shí)也是高鐵信號(hào)系統(tǒng)智能化趨勢(shì)的體現(xiàn)。