高速铁路调度指挥技术

高速铁路调度指挥技术周磊山教授、博导北京交通大学交通运输学院目录一、调度指挥概况二、国外高速铁路调度指挥综述三、我国客运专线调度指挥管理四、相关研究成果介绍一、调度指挥概况1．我国铁路运输调度指挥概述2．几种高速铁路运输组织模式比较3.客运专线调度指挥组成1．我国铁路运输调度指挥概述•铁路调度指挥工作是协调铁路运输各部门工作、保证列车行车安全正点、提高列车服务质量的核心。其主要任务是制定和执行运输工作日常计划，进行实时的生产调度调整工作。CTCS列控系统效率中国铁路调度指挥系统发展历程80’90’00’目前未来功能效率CTC分散自律调度集中技术管理TDCS控制DMIS联网调度监督监视1．我国铁路运输调度指挥概述•DMIS是一个采用现代计算机技术、网络技术、通信技术、多媒体技术及数据库技术，并将上述技术与铁路信号技术的特点相互融合，把传统的以车站为单位的分散信号系统逐步改造成为一个全国统一的网络信号系统，构成一个覆盖全国铁路的大型计算机网络，实现全国铁路系统内有关列车运行、数据统计、运行调整及数据资料的数据共享、自动处理与查询，从而最终实现对全国铁路运输的集中监视的指挥1．我国铁路运输调度指挥概述•TDCS(TrainOperationDispatchingCommandSystem)是采用各种新技术与铁路信号技术的特点相互融合，把传统的以车站为单位的分散信号系统逐步改造成为一个全国统一的网络信号系统，由提高安全提高效率向提高运输效能转变，由单一功能向综合功能转变，由模拟传输向数字传输转变，由手工绘制向辅助及自动绘制转变；通过建立一个融先进通信、信号、计算机网络、数据传输、多媒体技术为一体的现代化信息系统，为各级调度人员提供先进的调度指挥和处理手段，提高应变和处理能力，减少调度人员通话和手工制表数量，改善调度指挥人员的工作条件1．我国铁路运输调度指挥概述•TDCS实现对列车在车站和区间运行的实时监视，动态调整、自动生成列车运行三小时阶段计划，实现列车调度命令的自动下达和实迹运行图的自动描绘；实现分界口交接列车数、列车运行正点率、行车密度、早晚点原因、重点列车跟踪等实时宏观统计分析并形成相关统计报表；为各级调度人员提供列车的动态运行情况，便于机车合理调配，提高运输能力和安全程度；显示铁路路网、沿线线路、车站、重要列车和救援列车分布等主要信息，为铁路事故救援、灾害抢险、防洪等提供决策参考1．我国铁路运输调度指挥概述•CTC(CentralizedTrafficControl)是调度中心（调度员）对某一区段内的信号设备进行集中控制、对列车运行直接指挥、管理的技术装备。CTC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CTC具有以下特点•是智能化系统•是分散自律系统（实现以日班计划图、列车运行调整计划为主轴、为框架，将阶段调整计划下传到各个车站的分散自律机中自主执行）•不仅面向列车作业，同时解决沿线调车作业问题•不但适应有人车站，也要适应无人车站•充分体现TDCS平台的基础作用•高可靠性•标准统一1．我国铁路运输调度指挥概述•CTCS(ChinaTrainControlSystem)是中国列车运行控制系统。参考欧洲的列车控制系统ETCS，按系统适用条件、系统配置和运用等级分为0－4级。正在建设的客运专线以及未来的高速铁路等，根据线路的情况和实际运营条件，将会采用CTCS2到CTCS4系统。目前中国的胶济线和沪昆线用的是2级，青藏线用的是3级（用卫星定位），随着级别的提高，铁路信号的重心也由以车站联锁为核心向以列车控制为核心转移1．我国铁路运输调度指挥概述•CTCS0级为既有系统，由通用机车信号和运行监控记录装置构成；•CTCS1级由主体机车信号+安全型运行监控记录装置组成，面向160km/h以下的区段，在既有设备基础上强化改造，达到机车信号主体化的要求，增加点式设备，实现列车运行安全监控功能；•CTCS2级面向干线提速和新建客运专线，地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车，CTCS2级是基于轨道电路和应答器传输信息的列车运行控制系统，适用于各种限速区段，有临时限速防护功能；•CTCS3级等同ETCS2级，基于无线信息传输（GSM-R)＋轨道电路；•CTCS4级等同ETCS3级，基于无线信息传输（GSM-R)＋列车完整性检查CTCS系统参考结构•相邻列控中心•车载设备•机车乘务员•轨道•电路•列控中心•联锁设备•点式•设备•无线通信模块•人机界面jiemian口•输出模块•列车•输入模块•点式信息接收模块•测速模块入模块•地面设备•连续信息接收模块•无线通信模块•调度集中系统•维护管理中心•GSM-R•设备维护•记录单元•运行管理•记录单元•车载安全计算机地面应答器CTC或TDCS站机车站列控中心车站联锁轨道电路LEU车务终端调度中心地面应答器CTC或TDCS站机车站列控中心车站联锁轨道电路LEU车务终端地面应答器CTC或TDCS站机车站列控中心车站联锁ZPW2000轨道电路LEU车务终端调度中心CTC速度传感器应答器天线轨道电路天线CTCS2主要设备包括：车载设备、列控中心、计算机联锁、调度集中CTC、应答器、轨道电路。通过轨道电路加点式应答器传输列控信息，GSM-R仅用于无线通信CTCS2级列控系统地面应答器车站列控中心车站联锁轨道电路LEU地面应答器车站列控中心车站联锁轨道电路LEU地面应答器列控中心TCC区域联锁ZPW2000轨道电路LEU无线闭塞中心RBC中央联锁调度中心CTCGSM-R固定网络无线闭塞中心RBC无线接收模块CTCS3主要设备包括：车载ATP、无线闭塞中心RBC、微机联锁、调度集中CTC、应答器、ZPW2000轨道电路。CTCS3在CTCS2基础上，地面增加了无线闭塞中心RBC，车载ATP集成了CTCS2模块，增加了无线接收模块。CTCS3设备结构调度指挥系统比较•TDCS是CTC的基础,CTC是TDCS的功能增强和延伸；•TDCS以实时监视和列车运行计划(运行图)管理为功能主体；•CTC以车站控制、自动按计划排路和行车指挥自动化为功能主体；•TDCS为CTC提供列车运行计划、车次跟踪状态、信号设备状态等重要信息；•CTC对TDCS的可靠性提出了更高要求•CTCS列控系统将与CTC有机结合，实现列车的安全运行和控制2.几种高速铁路运输组织模式比较•高速线上只跑停站不同的高速列车，运输组织与其他线路完全分开，如日本、京津（全高速）•将高速旅客动车组延伸到普通线路上，如法国（下既有线）•普通旅客列车与高速列车在高速线上混跑，如意大利、武广、郑西（高中速混跑）•普通货物列车与高速列车在高速线上混跑，如德国、石太（高中速混跑）•世界上所有建成高速铁路的国家，均结合各自国情，根据其运输特点和当时的科技发展水平来建设和改进具有本国特色的调度中心和调度指挥系统•第一类是以日本铁路为代表的根据高速客运专线的特点和需要，按照新的思路构成的综合型调度指挥系统，简称“综合型”系统•第二类以法国为代表的建设相对独立的多级调度中心•第三类以德国为代表的沿袭非高速既有铁路传统模式构成的调度指挥系统，通常称之为“传统型”系统2.几种高速铁路运输组织模式比较3．客运专线调度指挥组成•客运专线运营调度系统主要包括六个子系统，它们分别是：计划编制、运行管理、车辆管理、供电管理、旅客服务、综合维修六大功能二、国外高速铁路调度指挥综述1．日本高速铁路运营调度系统2．法国高速铁路运营调度系统3．德国高速铁路运营调度系统4．国外高速铁路调度指挥体系发展启示1．日本高速铁路运营调度系统日本高速铁路采用独立运营模式，总里程2578.4公里。新干线每天开行高速列车750列，高峰期单向列车追踪时间为4min，日均客运量约80万人。高速列车运行速度较高，但运行图标尺单一，多数区段客车密度较大，运输距离较短，最长为1069km。新干线车站设置最大可能地方便旅客集结、疏散和换乘，配备周密的旅客引导设施和换乘条件。表日本新干线概况1．日本高速铁路运营调度系统（1）运输组织特点（2）日本新干线调度指挥系统概述（3）简要分析（1）运输组织特点1）规格化运输组织方式2）以旅客换乘方式为主的运输3）高密度，追踪时间短4）列车种类较多，但速度等级少，速差小5）车站站线利用率高，列车立折时间短1）规格化、节拍式运输组织方式日本新干线采用大密度规格化运行图，以小时为单位，每小时铺设大致相同的列车运行线。例如以东海道新干线和山阳新干线的东京——博多段为例，其具体做法是每1小时铺画“希望号”1列，“光号”7列，“回声号”3列，如此铺满一日的运行图，组成基本运行图。每日根据实际客流等各方面情况选定实际运行线，富余运行线作为备用，用于运行调整或节假日开行临时列车。这种运输组织模式使得沿线各站的列车时刻（同一型号的列车的起停时分）除小时不同外，分秒基本相同，极大地方便了旅客的记忆和乘车。同时，在既有线和支线的车站上，支线到发列车的时刻也与新干线列车到发时刻相应固定设置，便于旅客在新干线列车和既有线、支线列车之间的换乘。所有这些作法，都是为了最大限度地便利旅客乘降和换乘，以吸引客流、提高新干线与其他交通工具的竞争能力。2）以旅客换乘方式为主的运输虽然新干线和既有线的轨距不同，目前无法相互直通运行。由于目前新干线的路网密度还不够，在新干线的延伸范围之外，仍然需要结合既有铁路、城市铁路、地铁和私营铁路的共同运输以完成旅客的运输，因此完善旅客的换乘系统，是延伸新干线服务的重要举措之一。新干线的车站设置，最大可能地考虑到方便旅客集结、疏散和换乘。一般新干线车站均与既有铁路车站共站而设，使旅客在既有线和新干线之间换乘方便，并且利用既有的城市交通网迅速地集结与疏散。在大城市的车站，多与既有城市地铁、有轨交通、市郊列车等共站并能使旅客方便换乘。良好的新干线与市郊铁道、地铁、窄轨铁路的换乘条件，标准规格的新干线运行时刻表，周密、人性化的旅客引导设施（在车站各处设置明显的引导标志，引导旅客进、出站和换乘）。3）高密度，追踪时间短高密度是日本新干线高速铁路客运的特点之一。1997年东海道山阳新干线440列，其中东海道新干线为285列；JR东日本公司所管辖的东京站目前每日到发列车就高达298列。在高峰期，单向发送可以以4分钟追踪间隔连发，即达到每小时15列，并且持续时间可以达到2个小时（中间个别有8分钟的间隔）。采用数字ATC之后，列车的追踪间隔可以缩短到3分钟。4）列车种类较多，但速度等级少，速差小经过长达40年的发展，目前新干线上运行的列车种类已经比较繁多，但各种列车一般按照某个对应的速度等级来运行，并不是每一种列车按照各自的最高速度来运行。例如在JR东日本公司的多条线路上运行的列车种类有：“翼号”、“小町号”、“浅间号”、“MAX号”，其中在东北、上越和长野新干线上运行的列车车型有200系、400系、E1系、E2系、E3系和E4系6种车型，但是运行速度只有240km/h、260km/h和275km/h的三种速度等级。5）车站站线利用率高，列车立折时间短JR东日本公司东京站所管辖的部分，包括四条到发线，咽喉区有一个交叉渡线。如此少的股道数量，却能够每天接发列车达到298列。东京站站线能够有如此之高的利用率的一个原因是接发车进路全部由JR东日本指令本部COSMOS系统的列车调度子系统自动办理，车站的运转室正常情况不办理任何接发车进路，只是起到监控和实时了解工作状态的作用。列车立折时间短，是车站站线能够高效利用的另一个重要原因。列车到达后的立折时间最小可以做到8分钟，一般采用16分钟。在车站我们看到列车到达，全部旅客下车后，清扫人员立即上车整备，动作迅速，垃圾量比较少，并且采用了座椅自动转向，所以整备时间比较短。乘客携带行李少，并且能够提前进站，在站台上根据自己所在的车厢在相应的位置的排队等候，上下车时间短，也是新干线列车能够快速立折、提高站线利用率的客观有利条件。（2）日本新干线调度指挥