CN101673479A - 高速铁路行车调度指挥与列车运行控制网络协同系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速铁路行车调度指挥与列车运行控制网络协同系统，属于铁路运输技术领域。该系统是由铁路沙盘演示系统和高速铁路行车调度指挥系统两大部分构成；铁路沙盘为硬件系统，包括列车子系统和轨道子系统，经轨道电路、联锁机柜与通信交换机连接；高速铁路行车调度指挥系统为软件系统，包括系统、列车控制、运行图处理、到发线进路排序和网络协同五大模块，由命令发送、信息接受子系统与通信交换机连接。本发明通过通信交换机将铁路沙盘和调度指挥系统有机衔接为一体，且实现了多人多机网络协同作业，极大地改善了教学效果，首次在铁路运输教学实验中实现了“管控一体化”和“网络协同作业”的教学模式。

Description

高速铁路行车调度指挥与列车运行控制网络协同系统

技术领域

本发明涉及一种铁路调度指挥与列车运行控制网络协同系统，属于铁路运输技术领域。

背景技术

国家《中长期铁路网规划》中明确提出，我国要重点完善路网布局和发展高速铁路建设，与之配套的人才培养和培训也就成了相关院校的紧要任务。但是，铁路运输专业的学生实习和员工培训的相关环节只能前往现场参观考查，在一定程度上限制了实习及培训的效果。

仿真模拟技术彻底打破了原有实践教学及培训的瓶颈，相关院校均设计开发出铁路沙盘模拟系统，应用于教学和培训中，且取得较好的效果。但是现有的铁路沙盘系统功能较为单一，主要是再现轨道电路、道岔、信号之间的连锁关系，无法使学生或者学员充分体验到铁路现场的调度指挥与列车运行的衔接关系，无法从宏观上把握铁路系统的运转流程。

本发明集合了现代通信和信息技术、计算机技术、电子及信号连锁技术等现代手段，实现了行车调度指挥与实物沙盘列车控制相结合，并实现了多人多机网络协同制定列车运行调整计划，自动集中控制沙盘车站进路、信号联锁设备及列车运行过程，自动信息采集，能够演练新一代CTCS-3列车控制模式下的高速铁路行车调度指挥模式。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种高速铁路行车调度指挥与列车运行控制一体化的网络协同系统。该系统克服了以往调度演示同运行控制相分离的缺陷，首次实现了管控一体化的思路。通过该系统提供的实际操控仿真环境，可以模拟高速铁路行车调度指挥过程，完成列车运行计划的编制、列车运行图实施、站线使用优化、应急调整计划制定等多项实验，随之将有效提高学生理解高速铁路运输组织过程的水平、提高学生编制车站决策计划水平和执行运输组织优化控制的能力。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明主要由两个系统所构成，一个是硬件系统，即铁路沙盘演示系统；另一个是软件系统，即高速铁路调度指挥系统。

铁路沙盘演示系统主要由列车子系统和轨道子系统两部分组成。

列车子系统中包含多列列车，列车通过轨道电路来获取调度指挥系统发出的行进指令，如前进方向、行进速度……，同时，列车也通过轨道电路反馈给调度指挥系统其当前的状态信息，如所在位置、列车号，以便于调度指挥系统绘制实绩运行图和及时调整运行计划，并且进一步发出新的指令。

轨道子系统包含沙盘中的所有轨道、道岔机及信号机。轨道是静态铺设的组成部分，基本不接受指令；而道岔机是该子系统中的重要组成部分，所有道岔机在调度指挥系统的有序指令下工作，实现计划中相关径路的开通与关闭，贯彻基本运行计划；信号机同道岔机同步接受调度指挥系统的指令，开启径路开通信号。

高速铁路调度指挥系统为本发明的软件部分，可以称之为系统的“大脑中枢”。调度指挥系统的开发以.Net作为开发平台，采用C#面向对象的程序设计语言，实现以列车运行计划的制定与调整控制为中心，兼顾调车作业和到发线进路排序的新型铁路调度指挥系统。

调度指挥系统按照功能可以划分为以下五大模块：系统模块、列车控制模块、运行图模块、车站到发线进路排序模块、网络协同模块。

系统模块的主要功能是：登录系统、退出系统、保存系统现有信息、连接沙盘通信工具。

列车控制模块的主要功能是：显示列车的当前状态、列车位置的手动调整。

运行图模块是调度指挥系统的主要组成部分，其主要功能是：编制基本运行图、接收列车报点信息，绘制实绩运行图、运行图实时调整。

车站到发线进路排序模块的主要功能是：自动安排车站到发线顺序、站线使用状态显示。

网络系统模块通过局域网通信技术，将多台计算机通过服务器连接至调度指挥系统的总机，主要完成多人多机协同编制列车运行计划、制定车站到发线进路排序、控制列车运行过程，旨在模拟训练学生协同运输计划编制，列车运行调度指挥、应急控制等能力。

除了上述五大模块以外，调度指挥系统中还包含命令发送子系统和信息接受子系统。两者专门负责计划指令的发送与列车状态的接收。

通信交换机是衔接铁路沙盘演示系统与调度控制系统的重要组成部分，可以实现数字与模拟信号的实时转换。

本发明首次将铁路调度指挥系统和列车运行控制系统结合起来，具体实现方式是：通过通信交换机进行数字和模拟信号的转换，调度指挥系统的命令发布都以十六进制的形式发送给通信交换机；同理，调度指挥系统也接收十六进制的信息反馈，实时计算调整运行计划，发出新的命令。

本发明的有益效果是：突破了以往沙盘仅有的演示功能，首次在实验室中实现了管控一体化，将交通运输专业的技术领域直接拓展到列车控制层，延伸了实验的维度，能够使学员直接地从全局感受到高速铁路的运转流程，为直观地感受实验过程和实验结果提供了先进的实验平台。

附图说明

图1为本发明铁路调度指挥与列车运行控制网络协同系统的整体结构图；

图2为本发明铁路沙盘演示系统中列车子系统与调度指挥系统的关系图；

图3为本发明铁路沙盘演示系统中轨道子系统与调度指挥系统的关系图；

图4为本发明调度指挥系统运行主界面；

图5为本发明网络协同控制操作界面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明主要由两个系统所构成，一个是硬件系统，即铁路沙盘演示系统；另一个是软件系统，即高速铁路调度指挥系统。二者之间由通信交换机有效衔接。

高速铁路调度指挥系统为系统的“大脑中枢”，以列车运行计划的制定与调整控制为中心，兼顾调车作业和到车站发线进路排序作业。

调度指挥系统按照功能可以划分为以下五大模块：系统模块、列车控制模块、运行图模块、车站到发线排序模块、网络协同模块。此外，调度指挥系统对外联系主要是靠命令发送子系统和信息接收子系统来实现的。

系统模块的主要功能是：登录系统、退出系统、保存系统现有信息、连接沙盘通信工具。用户首先登录调度指挥系统，然后连接铁路沙盘演示系统，实现二者之间的有效通信；在实验过程中，如果系统发生故障，可以暂停系统的运行，并且保存系统的即时状态信息，在故障排除以后，系统可以由前述暂停状态基础上继续运行；实验结束之后，用户通过系统模块退出系统，沙盘停止运行。

列车控制模块主要用来显示列车的当前状态，以及用来手动调整列车的位置。调度指挥系统利用信息接收子系统实时地监听和获取来自通信交换机的信息，从中抽取可利用信息。列车控制模块就是利用该项功能从信息接收子系统中获取列车位置信息；在必要的情况下，还可以通过该模块手动地调整列车位置，通过给某列列车发送运行指令，在开通的径路上使其运行至目标位置。

运行图模块是调度指挥系统的主要组成部分，其主要功能是：编制基本运行图、接收列车报点信息，绘制实绩运行图、运行图实时调整。用户可以利用该模块方便快捷地绘制基本运行图，还可以调用系统中已存的运行图；确定基本运行图后，调度指挥系统就会有序地发送指令至沙盘系统，列车开始按照基本运行图运行；列车运行过程中，每列列车均会在车站返回其时空信息至调度指挥系统，然后运行图模块就会绘制出列车实绩运行图，并且通过运算快速调整基本运行图，再发送新的指令给沙盘系统，如此形成数据循环，有序地推进实验的进行。

车站到发线进路排序模块的主要功能是：自动安排车站到发线顺序、站线使用状态显示。当铺画完成或调入列车运行图后，系统将会自动安排其到发线顺序，并将到发指令发送至沙盘系统；此外，站线使用窗口可实时地显示站线使用情况。

网络协同模块通过局域网通信技术，将多台计算机通过服务器连接至调度指挥系统的总机，可以多源控制调度系统中的运行图模块和车站到发线进路排序模块。主要完成多人多机协同编制列车运行计划、制定车站到发线进路排序、控制列车运行过程，旨在模拟训练学生协同运输计划编制，列车运行调度指挥、应急控制等能力。

如图2所示，列车子系统中包含多列列车，列车依次通过轨道电路、联锁机柜、通信交换机实现同调度指挥系统的数据关联。

列车通过轨道电路来获取调度指挥系统发出的行进指令，如前进方向、行进速度……，同时，列车也通过轨道电路反馈给调度指挥系统其当前的状态信息，如所在位置、列车号，以便于调度指挥系统绘制实绩运行图和及时调整运行计划，并且进一步发出新的指令。

列车作为系统运行的最终执行主体，在沙盘中具有重要的地位。在实验中，多列列车同时接受调度指挥系统的连续指令，即可完成指定的作业计划；此外，单列列车也可以通过调度系统进行调动，指令的发送方式、信息的反馈方式均保持不变。

如图3所示，轨道子系统包含沙盘中的所有轨道、道岔机及信号机。轨道是静态铺设的组成部分，基本不接受指令；而道岔机是该子系统中的重要组成部分，所有道岔机在调度指挥系统的有序指令下工作，实现计划中相关径路的开通与关闭，贯彻基本运行计划；信号机同道岔机同步接受调度指挥系统的指令，开启径路开通信号。

道岔机和信号机通过联锁机柜、通信交换机实现同调度指挥系统的数据关联，按照运行计划，实时发送指令，开通计划径路。道岔机、信号机接收的指令同列车接收的指令保持了同步，即实现了沙盘的顺畅运转。

如图4所示，为本发明登录系统后的主界面，在界面上部为工具栏，依次排列着“运行”“保存”“退出”等系统模块功能；点击“运行”按钮，即可进入运行图窗口、列车运行控制窗口和站线使用窗口，进行铺画运行图作业、列车运行状态监测、车站到发线进路排序作业；点击“列车”，即可调度沙盘上存在的各个列车，调整其运行位置和运行状态。界面中部为沙盘的二维布局界面，可以掌握沙盘宏观布局。界面下方可显示沙盘连接状态，点击“运行”后，系统自动连接沙盘，沙盘启动后，会在界面下方显示连接状态。

如图5所示，为本发明网络协同模式下的操作界面，该界面可以显示在多台计算机上，供多人同时操作控制。界面上方为列车运行图窗口，可以快速铺画或者调用运行图，运行之后即可利用该窗口观测实绩运行图以及基本运行图的实时调整过程；界面左下方为列车运行控制窗口，可以实时显示列车运行状态，并可以在特殊情况下手动开通径路；界面右下方为车站到发线使用窗口，可以使用鼠标快捷地调整车站到发线的排序，并且可以实时地观测站线使用情况。

Claims (8)

1.高速铁路行车调度指挥与列车运行控制网络协同系统，其特征在于：该系统是由铁路沙盘演示系统和高速铁路行车调度指挥系统两大部分构成，铁路沙盘演示系统包括列车子系统和轨道子系统，经轨道电路、联锁机柜与通信交换机相连接；高速铁路行车调度指挥系统包括系统功能模块、列车控制模块、运行图模块、到发线进路排序模块和网络系统模块，由命令发送子系统和信息接收子系统与通信交换机相连接；通过通信交换机进行数字和模拟信号的转换，调度指挥系统的命令发布是以十六进制的形式由命令发送子系统发送给通信交换机，再发送至列车子系统和轨道子系统；同理，调度指挥系统也由信息接受子系统接受十六进制的信息反馈，实时计算调整运行计划，发出新的命令；该系统提供的实际操控仿真环境，模拟高速铁路运行调度指挥过程，完成列车运行计划的编制、列车运行图的实施、站线使用优化、应急调整计划制定。

2.根据权利要求1所述的高速铁路行车调度指挥与列车运行控制网络协同系统，其特征在于：上述的列车子系统包含多列列车，列车通过轨道电路来获取调度指挥系统发出的行进指令，同时也通过轨道电路反馈给调度指挥系统其当前的状态信息，以便于调度指挥系统绘制实绩运行图和及时调整运行计划，并进一步发出新的指令。

3.根据权利要求1所述的高速铁路行车调度指挥与列车运行控制网络协同系统，其特征在于：上述的轨道子系统包含轨道、道岔机和信号机，轨道不接受指令，道岔机在调度指挥系统的有序指令下工作，实现计划中相关径路的开通和关闭，贯彻运行计划；信号机同道岔机同步接收指令，开启径路开通信号。

4.根据权利要求1所述的高速铁路行车调度指挥与列车运行控制网络协同系统，其特征在于：上述的系统模块主要功能是：登录系统、退出系统、保存系统现有信息、连接沙盘通信工具。

5.根据权利要求1所述的高速铁路调度指挥与列车运行控制网络协同系统，其特征在于：上述的列车控制模块其主要功能是：显示列车的当前状态、列车位置的手动调整。

6.根据权利要求1所述的高速铁路调度指挥与列车运行控制网络协同系统，其特征在于：上述的运行图模块其主要功能是：编制基本运行图、接受列车报点信息、绘制实绩运行图和运行实时调整。

7.根据权利要求1所述的高速铁路调度指挥与列车运行控制网络协同系统，其特征在于：上述的到发线进路排序模块其主要功能是：自动安排车站到发线顺序，站线使用状态显示。

8.根据权利要求1所述的高速铁路调度指挥与列车运行控制网络协同系统，其特征在于：上述的网络系统模块其主要功能是：通过局域网通信技术，将多台计算机通过服务器，连接至调度指挥系统的总机，主要完成多人多机协同编制列车运行计划，制定车站到发线进路排序，控制列车运行过程。

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