基于分散自律理论的调度集中系统的设计

基于分散自律理论的调度集中系统的设计1

郝瑞琴，杨文琪

（兰州交通大学，730070）

摘要：概述了分散自律理论的产生及其发展和应用，结合该理论研究当前中国铁路行车指挥自动化的发展，并根据铁道部提出的“分散自律调度集中系统（简称分散自律CTC系统）技术条件”，分析了分散自律CTC系统的结构和工作流程，并设计开发分散自律CTC系统的运行环境。本文就该问题进行讨论研究并提出设计结构。最后以Java为开发平台实现系统功能。

关键字：分散自律(ADS)、调度集中、Java

0引言

分散自律CTC系统是综合了计算机技术、网络通信技术和现代控制技术，采用智能化分散自律设计原则， 以列车运行调整计划控制为中心，兼顾列车与调车作业的高度自动化的调度指挥系统。分散自律CTC系统采用计算机分布式网络控制技术、信息化处理技术，将列车运行调整计划下传到各个车站自律机中自主自动执行；在列车运行调整计划的基础上，解决列车作业与调车作业在时间与空间上的冲突，实现列车和调车作业的统一控制。

分散自律CTC系统具备了调车进路远程控制和智能化控制的功能，有效地解决了车站与调度中心频繁交换控制权进行调车控制的问题，非常适合我国铁路客货列车混跑、调车作业量大的运输特点。

1 分散自律理论的产生及其发展和在调度集中方面的应用

分散自律系统（Decentralized Autonomous System，简称DAS）是近年来才逐渐发展起来的一个新的系统概念。它突破了原来传统集中式分布式的C/S模型，建立了全新的系统模型。在这一系统中所有的单元（子系统）都是独立平等的，它们之间不存在任何隶属关系。各个单元都能独立完成各自的任务而不受其他单元的干预。同时各个单元之间也能协调工作来实现整个系统的运行。这就是自律分散系统的两大特性：自律可控性和自律可协调性。实现这一系统模型的关键概念是数据域和广播的通讯方式。系统中的每个单元都主动地向数据域广播其内部处理信息同时根据各自的需求从数据域中接收信息。各个子系统都只同数据域打交道，它们相互之间没有直接的耦合关系。这就较好地保证了在线扩展、在线维护及容错。

现代工业的发展给监控系统提出了新的要求。由于生产规模的不断扩大发展，因而对相应的监控系统的设计不可能一次完成，而要随着生产发展变化不断进行修改、完善和扩充。但是现有的监控系统是不可能允许在其正常运行的过程中进行逐步组建，也不能允许在部分系统出现故障或处于维修阶段的同时仍然运作。因此一旦一个监控系统设计组建完毕后就很难改进，即使要修改，也要终止整个系统的运行，给生产厂家造成了人力物力以及资源的浪费，还影响了正常生产，造成经济损失。这必将越来越严重地制约生产发展。面对如此现状，用DAS系统概念来设计工业监控系统能较好地实现在线扩展、在线维护和容错，满足了新的生产要求。

结合分散自律理论，分析铁路行车指挥方面的情况，对于调度中心单元和车站单元来说它们之间既有联系又相互独立，能独立完成各自的任务而不受其他单元的干预。同时各个单元之间也能协调工作来实现整个系统的运行。因此应用该理论来实现行车指挥自动化的功能

1“甘肃省自然基金”题目：软计算技术在实时智能分布监控系统中的研究（3ZS041-A25-024）

是具有安全可行的。以下将叙述分散自律CTC系统的设计过程。

2 分散自律CTC系统硬件结构

调度集中由调度中心子系统、车站子系统和调度中心与车站及车站之间的网络子系统三部分组成：其具体功能及结构如下：

根据2005年3月铁道部提出的实行铁路局直接管理站段的体制，分散自律CTC系统控制中心设在局调度所，负责控制整个调度区段列车的运行。如图1所示。

图一 分散自律CTC系统构成

2.1 控制中心子系统：

调度中心子系统包括数据库服务器、应用服务器(或中心PRC)、通信前置服务器、大屏幕投影系统（或表示墙系统）、网络设备、电源设备、防雷设备、网管工作站、系统维护工作站、调度员工作站、助理调度员工作站、值班主任工作站、控制工作站、计划员工作站、综合维修工作站等，根据需要也可为其他调度台设置相应显示终端。

1)数据库服务器，用于存储各种数据和操作记录，应采用强大、通用、高效、开放和可靠的数据库系统。数据库服务器应为双机系统，双机切换应快速、可靠。应用服务器应为双机热备系统，用于运行图的自动调整和数据存储与数据交换，负责向所有应用工作站提供行车表示信息、列车编组信息、车次号跟踪信息、列车报点信息等，并保存到数据库服务器。

2）通信前置服务器，应为双机热备系统，用于调度中心与车站子系统之间的信息交换。

3)行车调度员台，主要实现监控管辖区段范围内列车运行位置、指挥列车运行的功能（人工编制和调整列车运行计划、调度命令的下达、与相邻区段调度员工作站交换信息）。

4)助理调度员台,主要实现无人车站的调车作业计划的编制、调整和指挥等功能。

5)值班主任工作站，主要实现行车信息显示、下达调度命令、查询列车运行调整计划和实际列车运行图的功能。

6）操作员台，主要实现调度中心人工进路操作控制、闭塞办理、非常处理等功能。

7）计划员工作站，主要实现列车日班计划的编制和下达功能。

8）综合维修工作站, 主要用于设备日常维护、天窗修、施工以及故障处理方面的登销记手续办理，并具有设置临时限速，区间、股道封锁等功能。

2.2 车站子系统

车站子系统主要设备包括车站自律机、车务终端、综合维修终端、电务维护终端、网络

设备、电源设备、防雷设备、联锁系统接口设备和无线系统接口设备等。

1）车站自律机是分散自律调度集中的关键设备，应满足以下功能要求：

应能接收调度中心的列车运行调整计划、直接操作指令和车站值班员直接操作指令，经检测无冲突后适时发送给车站联锁系统执行；

应能实时接收车站信号设备状态表示信息，进行列车车次号跟踪，收集行车运行实际数据，并上传至调度中心；

应能掌握车站联锁系统对进路命令执行的情况，并根据反馈信息对有关进路进行必要的调整；

应能接收相邻各两站的实际运行图和设备状态信息；

应采用双机热备的冗余配置方式。

2）车务终端应采用双机热备冗余配置，满足操作、显示功能的需求：

应能完成列车、调车及其他特殊进路的办理；

应能显示行车信息、无线车次号校核信息、调度命令；

应能以图表形式显示本站及相邻各两站的实际运行图、列车运行调整计划等内容，同时具备相邻各两站站间透明功能；

应能自动生成本站行车日志、完成调度命令签收等功能。

3）综合维修终端用于无人车站电务、工务、电力、桥隧等部门在施工、维修和抢险等情况下，现场人员和调度中心的联系，以及设备日常维护、天窗修、施工以及故障处理方面的登销记手续的办理。电务维护终端用于监视系统的运行状况，对所有操作控制命令、设备运用情况、故障报警信息和车站网络运行状态等进行分类存储、查询和打印。所有记录应能保存15天。

2.3 网络子系统

网络子系统是由网络通信设备和传输通道构成双环自愈网络，应采用迂回、环状、冗余等方式提高其可靠性。

3 分散自律CTC系统设计

在本系统中，以java作为开发平台，实现以列车运行调整计划控制为中心，兼顾列车和调车作业的高度自动化的调度指挥系统。

分散自律CTC系统主要由列车控制和调车控制两部分组成。

3.1列车控制

主要由行车调度员根据计划员制定的日班计划进行人工编制和调整列车运行计划、将阶段计划、调度命令的下达给车站并与相邻区段调度员工作站交换信息。具体的列车进路控制由操作员按照行车调度员的命令来执行调度中心人工进路操作控制、闭塞办理、非常处理等操作。分散自律CTC系统列车控制的主要工作流程（如图二）

图二：列车控制流程图