金龍

摘 要：在高速鐵路當(dāng)中，調(diào)度集中系統(tǒng)是指揮核心，對(duì)于促進(jìn)高速鐵路的正常運(yùn)行來講，意義非凡，其主要是將計(jì)算機(jī)信息作為技術(shù)支撐，然而我國(guó)高速鐵路網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展，不斷建設(shè)和開通的高速鐵路線路使得能熟練掌握調(diào)度集中系統(tǒng)的高技能人才供不應(yīng)求。此外，調(diào)度集中系統(tǒng)的發(fā)展速度也跟不上高速鐵路的發(fā)展要求，因此，結(jié)合新興技術(shù)進(jìn)一步提高高速鐵路調(diào)度集中系統(tǒng)智能化勢(shì)在必行，本文將就高速鐵路調(diào)度集中系統(tǒng)智能化的研究及設(shè)計(jì)提出筆者的心得體會(huì)。

關(guān)鍵詞：高速鐵路;調(diào)度集中系統(tǒng);CTC;智能化;人工智能

中圖分類號(hào)：U284.59 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

從本質(zhì)上來看，雖然我國(guó)高速鐵路發(fā)展時(shí)間比西方發(fā)達(dá)國(guó)家短許多，但是我國(guó)高鐵已經(jīng)逐漸領(lǐng)先世界。調(diào)度集中系統(tǒng)（CTC）是高速鐵路高效、穩(wěn)定運(yùn)行的主要支撐，伴隨現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)可以被深度應(yīng)用在調(diào)度集中系統(tǒng)當(dāng)中，調(diào)度集中系統(tǒng)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)信息化與智能化。然而，人們對(duì)出行的需求日益提高，時(shí)代也對(duì)高速鐵路調(diào)度集中系統(tǒng)提出了更高的要求。人工智能、大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)來臨，這將會(huì)促使高速鐵路獲得巨大的發(fā)展變革，面臨著巨大的發(fā)展未知數(shù)。通過對(duì)鐵路資源的優(yōu)化完善處理，可以妥善解決人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的出行需求和高鐵運(yùn)行分布不均勻性之間的矛盾，因此，調(diào)度集中系統(tǒng)智能化的研究與設(shè)計(jì)成為了高速鐵路開發(fā)中十分重要的一部分。下面，筆者將首先簡(jiǎn)單介紹一下高速鐵路調(diào)度集中系統(tǒng)及其智能化。

1 高速鐵路調(diào)度集中系統(tǒng)及其智能化

調(diào)度集中系統(tǒng)智能化是智能高鐵的重要組成部分也是其中較為核心的一環(huán)。所謂智能化即是利用人工智能、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等新興的智能技術(shù)形成一個(gè)信息互聯(lián)的網(wǎng)，通過這樣的信息互聯(lián)可以自主適應(yīng)、智能決策，解決高鐵運(yùn)營(yíng)過程中資源分布不均勻的問題，用于完成資源均衡分配的目標(biāo)。

根據(jù)信息技術(shù)思維，可以將高鐵集中調(diào)度系統(tǒng)的系統(tǒng)層分為五項(xiàng)內(nèi)容：感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、資源層和應(yīng)用層，這五層分別對(duì)應(yīng)著信息數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理、存儲(chǔ)和應(yīng)用。

（1）感知層一般包括調(diào)度集中系統(tǒng)生產(chǎn)信息、供電信息、災(zāi)害信息以及客票信息，其作用在于全面收集可用于高鐵調(diào)度的相關(guān)信息，其收集的信息一般可分為三類：第一類主要是調(diào)度集中系統(tǒng)產(chǎn)生的信息，一般為列車的早晚點(diǎn)信息、區(qū)間運(yùn)行時(shí)間信息、設(shè)備的狀態(tài)信息等;第二類為高鐵系統(tǒng)中子系統(tǒng)間的傳輸信息，如災(zāi)害信息、供電信息和客票銷售情況;第三類為外部信息，如氣象信息、地理信息、醫(yī)療救援和公共交通等信息。

（2）傳輸層包括調(diào)度集中系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、4G/5G網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通訊，這一層主要利用各種通信手段對(duì)感知層所獲取的信息安全高效地傳輸至數(shù)據(jù)層。

（3）數(shù)據(jù)層包括多元信息融合和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，傳輸層輸送來的信息多種多樣，數(shù)據(jù)層需對(duì)這些信息進(jìn)行融合處理，以便后續(xù)的存儲(chǔ)、使用和管理，將雜亂的運(yùn)營(yíng)信息整合成具有標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。

（4）資源層包括數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、云計(jì)算中心、共享平臺(tái)，其中數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)用來儲(chǔ)存經(jīng)數(shù)據(jù)層梳理過的數(shù)據(jù)資源，云計(jì)算中心對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行并行計(jì)算，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份與數(shù)據(jù)恢復(fù);共享平臺(tái)是調(diào)度集中系統(tǒng)的對(duì)外窗口，在此實(shí)現(xiàn)內(nèi)部信息與外部系統(tǒng)的資源交換，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)間的信息互通和互聯(lián)，解決高鐵基層信息隔斷，實(shí)現(xiàn)橫向協(xié)調(diào)。

（5）應(yīng)用層則涵蓋了運(yùn)行計(jì)劃智能調(diào)整、業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)智能化、智能統(tǒng)計(jì)分析、股道智能調(diào)整、崗位職能聯(lián)動(dòng)、應(yīng)急處置智能輔助、施工作業(yè)智能管理等智能管理、操作手段，它通過人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，便于用戶實(shí)時(shí)掌握列車的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)還能夠智能調(diào)整列車運(yùn)作方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)其運(yùn)作情況的監(jiān)督統(tǒng)計(jì)，保障了高鐵運(yùn)行的安全性、準(zhǔn)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)高鐵精細(xì)化管理。

2 高速鐵路調(diào)度集中系統(tǒng)智能化國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前我國(guó)高鐵系統(tǒng)整體走在國(guó)際前列，對(duì)于高鐵調(diào)度集中系統(tǒng)智能化應(yīng)用的國(guó)家不多，其中日本于1996年為解決多站臺(tái)車站進(jìn)站繁忙的問題在東北和上越間的高速鐵路上使用了COSMOS廣域自主分散系統(tǒng)，對(duì)列車進(jìn)行分組管理，當(dāng)列車出現(xiàn)異?；蛐畔⒅袛鄷r(shí)及時(shí)反饋信息，保證鐵路安全運(yùn)行。德國(guó)和法國(guó)在沿襲原有線路管理模式的基礎(chǔ)上，以線路為對(duì)象設(shè)置控制中心，在既有線路調(diào)度系統(tǒng)相關(guān)站間有密切數(shù)據(jù)交換和聯(lián)系。

2018年，我國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司發(fā)布了《智能調(diào)度集中系統(tǒng)暫行技術(shù)條件》，至此，對(duì)高鐵調(diào)度集中系統(tǒng)智能化的研究拉開序幕，目前多家單位已在京沈高鐵與京張高鐵上進(jìn)行了初步的嘗試，并取得了階段性的勝利，但該技術(shù)尚未成熟，對(duì)于調(diào)度集中系統(tǒng)內(nèi)部和外延智能化仍有待研究。

3 高鐵調(diào)度集中系統(tǒng)內(nèi)部智能化

高鐵調(diào)度集中系統(tǒng)內(nèi)部智能化可從中心和車站兩個(gè)方面展開，其對(duì)應(yīng)的功能模塊包括：運(yùn)行計(jì)劃智能調(diào)整、調(diào)度命令自動(dòng)擬寫、智能統(tǒng)計(jì)分析、股道智能調(diào)整。

3.1 運(yùn)行計(jì)劃智能調(diào)整

列車的運(yùn)行計(jì)劃是高鐵系統(tǒng)綜合計(jì)劃的基礎(chǔ)，編制和調(diào)整列車運(yùn)行計(jì)劃對(duì)調(diào)整高鐵運(yùn)營(yíng)起著十分重要的作用。目前我國(guó)高鐵系統(tǒng)運(yùn)行圖的編制和調(diào)整主要由人工完成，這帶來了較大的工作量，且運(yùn)行圖的質(zhì)量受到工作人員工作能力的影響較大。當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，經(jīng)驗(yàn)不足的調(diào)度人員因?qū)κ鹿尸F(xiàn)場(chǎng)沒有全面的了解，且心理承受能力有限，很難實(shí)現(xiàn)運(yùn)行圖高效可靠地調(diào)整。

而智能調(diào)度集中系統(tǒng)在內(nèi)部設(shè)有與實(shí)際列車運(yùn)行一致的模型，系統(tǒng)參照模型運(yùn)行結(jié)合各方面信息綜合考慮對(duì)運(yùn)行計(jì)劃進(jìn)行智能調(diào)整，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸資源的合理分配。通過智能調(diào)度集中系統(tǒng)，可以綜合獲取列車運(yùn)行區(qū)間的長(zhǎng)度、相關(guān)坡道、股道長(zhǎng)度、限定速度、最小追蹤間隔和車輛參數(shù)等信息，經(jīng)過云計(jì)算中心的處理，計(jì)算出合理的運(yùn)行時(shí)間、股道等信息，制定合理的運(yùn)行圖，然后完成自動(dòng)鋪畫。系統(tǒng)在不同的控制模式下，建立起不同的應(yīng)急運(yùn)行圖調(diào)整方案，綜合考慮旅客流量、自然天氣以及設(shè)備狀況等信息，對(duì)運(yùn)行圖進(jìn)行實(shí)時(shí)、精細(xì)化地調(diào)整。當(dāng)列車或系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，智能調(diào)度集中系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)故障的具體情況經(jīng)過計(jì)算比對(duì)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)區(qū)間封鎖和股道封鎖，對(duì)故障列車區(qū)間進(jìn)行扣停和股道的調(diào)整。如遇暴風(fēng)雨雪等極端天氣時(shí)，智能調(diào)度集中系統(tǒng)會(huì)對(duì)列車所在位置和限速范圍進(jìn)行計(jì)算，從而對(duì)列車行進(jìn)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)地調(diào)整。同時(shí)，智能調(diào)度集中系統(tǒng)還可以根據(jù)列車的限速和扣停情況預(yù)測(cè)列車晚點(diǎn)，當(dāng)列車在抵達(dá)折返點(diǎn)出現(xiàn)晚點(diǎn)時(shí)，還可以通過修改折返路線，計(jì)算最小折返時(shí)間而幫助列車恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。

3.2 調(diào)度命令自動(dòng)擬寫

目前高速鐵路調(diào)度集中系統(tǒng)的調(diào)度命令都需要由列車調(diào)度員予以擬寫，而后通過其他列車調(diào)度員，將內(nèi)容通過網(wǎng)絡(luò)傳遞給有關(guān)值班人員或者高速列車的司機(jī)等。這樣的調(diào)度命令擬寫和發(fā)布模式常因調(diào)度命令受令處的工作疏忽出現(xiàn)差錯(cuò)，此種調(diào)度命令缺乏充足的審核判斷，并無(wú)多部門、多崗位的安全監(jiān)督管控，最終消息發(fā)布勢(shì)必會(huì)受到影響，為高速鐵路正常運(yùn)行帶來極大的安全隱患。

通過構(gòu)建調(diào)度命令自動(dòng)擬寫方法和系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)度命令的準(zhǔn)確發(fā)布，有助于提高行車安全。在調(diào)度命令自動(dòng)擬寫體系中可以包含判斷調(diào)度命令是否具有安全標(biāo)識(shí)的服務(wù)器，對(duì)于具有安全標(biāo)識(shí)的調(diào)度命令給予自動(dòng)授權(quán)，而對(duì)于缺乏安全標(biāo)識(shí)的調(diào)度命令則需經(jīng)過多崗位審核，判斷命令中的語(yǔ)句是否存在問題，審核通過還需返回服務(wù)器經(jīng)過二次審核，通過才能給予發(fā)布。此外，服務(wù)器還應(yīng)具有調(diào)控審核終端的功能，優(yōu)先將調(diào)度命令發(fā)給空閑崗位的終端進(jìn)行審核，如果審核終端均較為繁忙，可傳送給綜合維修調(diào)度員審核，審核員審核調(diào)度命令內(nèi)容、受令處所等信息，確認(rèn)無(wú)誤后添加審核員代碼，否則通過服務(wù)器反饋修改意見發(fā)送給調(diào)度命令終端，由相關(guān)調(diào)度員完成對(duì)命令內(nèi)容的改寫處理，這樣便能夠通過多元化崗位的審核判定，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤信息，從根本上提升調(diào)度信息的精準(zhǔn)性，提高行車安全。

3.3 智能的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

高鐵系統(tǒng)每天的運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和分析一般是在列車運(yùn)行出現(xiàn)異常的時(shí)候人工對(duì)當(dāng)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行回放和日志分析。數(shù)據(jù)回放和分析的全程均依靠人工進(jìn)行，這對(duì)分析人員的個(gè)人素質(zhì)要求較高，數(shù)據(jù)分析質(zhì)量難以保證，數(shù)據(jù)分析工作繁重，也需要較多的工作人員參與，而現(xiàn)實(shí)情況中很難找到這么多具有專業(yè)素養(yǎng)的工作人員。此外，歷史行車數(shù)據(jù)應(yīng)得到及時(shí)的統(tǒng)計(jì)和備份，具有寶貴價(jià)值的行車數(shù)據(jù)如果沒有得到及時(shí)的備份，當(dāng)下次發(fā)生類似情況時(shí)便難以充分地利用起來，造成數(shù)據(jù)資源的浪費(fèi)。

現(xiàn)在，這個(gè)過程可以通過智能調(diào)度集中系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。智能調(diào)度集中系統(tǒng)可以通過統(tǒng)計(jì)學(xué)手段以及大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘?qū)ιa(chǎn)過程中多種數(shù)據(jù)的內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行分析，總結(jié)數(shù)據(jù)間的規(guī)律，構(gòu)建模型，評(píng)估生產(chǎn)中的風(fēng)險(xiǎn)值與潛在效益，充分發(fā)揮列車運(yùn)行數(shù)據(jù)的價(jià)值。如此，一方面通過統(tǒng)計(jì)多種特殊路況的通過時(shí)間，如道岔占用時(shí)間、咽喉占用時(shí)間和統(tǒng)計(jì)閉塞分區(qū)通過時(shí)間等時(shí)間數(shù)據(jù)，為列車的運(yùn)行時(shí)間預(yù)估及調(diào)整、突發(fā)情況的管理控制帶來充足的數(shù)據(jù)支持;與此同時(shí)，智能調(diào)度集中系統(tǒng)通過統(tǒng)計(jì)列車及其他設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，通過強(qiáng)制執(zhí)行、模式轉(zhuǎn)換、人工排路、人工觸發(fā)和修改序列、刪除序列等操作數(shù)據(jù)預(yù)估調(diào)車進(jìn)路對(duì)列車進(jìn)路影響的潛在風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)對(duì)用戶的操作習(xí)慣進(jìn)行分析，改進(jìn)優(yōu)化用戶所存在的錯(cuò)誤習(xí)慣，以此來從根本上避免安全問題的出現(xiàn)。數(shù)據(jù)挖掘還可通過比對(duì)發(fā)現(xiàn)調(diào)度集中系統(tǒng)與實(shí)際運(yùn)行情況和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)間的不適應(yīng)性，指導(dǎo)調(diào)度集中系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)節(jié)。

3.4 實(shí)現(xiàn)對(duì)股道的智能調(diào)整

在高鐵運(yùn)行過程中，為保障運(yùn)行安全，動(dòng)車組需在固定的股道進(jìn)行接發(fā)車，車站值班員和列車調(diào)度員都不可隨意調(diào)整列車運(yùn)行股道。但實(shí)際上列車晚點(diǎn)事故是經(jīng)常出現(xiàn)的，如果引發(fā)大規(guī)模故障的話，就需要對(duì)列車運(yùn)行股道進(jìn)行人工干預(yù)。車站內(nèi)列車運(yùn)行股道的調(diào)整直接關(guān)乎到車站的安全和作業(yè)效率，也會(huì)影響整個(gè)鐵路系統(tǒng)的運(yùn)行效率。然而實(shí)際情況復(fù)雜，列車調(diào)度員和車站值班員素質(zhì)參差不齊，股道調(diào)整的合理性很難保證，這極大地影響了列車運(yùn)行的效率，也降低旅客對(duì)高鐵的滿意度。

智能調(diào)度集中系統(tǒng)根據(jù)列車運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)來構(gòu)建相應(yīng)的股道模型，如果突然出現(xiàn)大范圍設(shè)備故障問題，智能調(diào)度集中系統(tǒng)將從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取車站站細(xì)、行車安全規(guī)章、設(shè)備運(yùn)行情況、股道占用情況、列車調(diào)整計(jì)劃、客流量等綜合信息，通過云計(jì)算平臺(tái)對(duì)這些綜合信息進(jìn)行運(yùn)算分析，給出股道調(diào)整方案。智能的股道調(diào)整方案會(huì)根據(jù)進(jìn)出站咽喉、列車運(yùn)行條件和聯(lián)鎖狀態(tài)排除不滿足要求的股道，同時(shí)盡量減少運(yùn)行列車在相同時(shí)間、相同站臺(tái)進(jìn)行乘降，防止短時(shí)間內(nèi)同線群的列車同時(shí)到達(dá)車站，優(yōu)先安排大編組始發(fā)列車進(jìn)入閘機(jī)較多股道，對(duì)列車行駛股道進(jìn)行其他方面的優(yōu)化。通過智能調(diào)度集中系統(tǒng)進(jìn)行股道的調(diào)整不僅可以減少調(diào)度員和值班人員的工作量，也極大地提高了列車運(yùn)行的效率，保證了股道調(diào)整的可行性和質(zhì)量，減少人工操作帶來的誤差和風(fēng)險(xiǎn)，有效減少乘客因股道調(diào)整上錯(cuò)車的可能，降低客流量對(duì)車站運(yùn)轉(zhuǎn)的影響，行之有效地提升車站服務(wù)水準(zhǔn)，滿足乘客需要。

4 高鐵調(diào)度集中系統(tǒng)外延智能化

高鐵調(diào)度集中系統(tǒng)的外延智能化指的是以調(diào)度集中系統(tǒng)為核心，對(duì)外延設(shè)備進(jìn)行信息共享，實(shí)現(xiàn)對(duì)外延設(shè)備的運(yùn)行優(yōu)化，這主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

4.1 工作人員崗位的智能調(diào)控

車站需要很多工作人員維持運(yùn)行，其中崗位繁多，包括信號(hào)員、值班員、客運(yùn)人員和外勤助理等。各崗位各人員之間的配合是保證車站業(yè)務(wù)有序進(jìn)行的基礎(chǔ)。智能調(diào)度集中系統(tǒng)可以對(duì)各崗位之間傳遞的信息進(jìn)行共享，如接發(fā)車條件和檢票廣播等，告別了傳統(tǒng)的移動(dòng)電話和對(duì)講機(jī)聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)崗位間作業(yè)信息高效地上傳下達(dá)，將人員管理變得精細(xì)化。各崗位工作人員通過移動(dòng)終端可以隨時(shí)查看車站階段計(jì)劃、實(shí)時(shí)站場(chǎng)圖、調(diào)度命令和各作業(yè)進(jìn)度，采用語(yǔ)音、文字與圖片等多樣化方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的上傳處理，分享給其他崗位。

4.2 智能輔助應(yīng)急情況處理

應(yīng)急情況處置也是高鐵運(yùn)行的重點(diǎn)工作之一，高效的應(yīng)急處置方案是保證高鐵暢通運(yùn)行的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的應(yīng)急處置均依靠人工進(jìn)行信息的傳輸，管理分散，傳輸速度較慢，對(duì)恢復(fù)行車秩序十分不利。智能調(diào)度集中系統(tǒng)通過調(diào)用數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中列車計(jì)劃、列車位置、司乘人員等信息提供合理的應(yīng)急情況解決預(yù)案，發(fā)送給司乘人員，信息中可全面展示故障列車所處位置的三維場(chǎng)圖，周圍建筑、橋梁、河流、公路的分布情況，最近的站臺(tái)信息，協(xié)助工作人員盡快調(diào)配資源全面開展救援，減少突發(fā)事件對(duì)列車運(yùn)行的影響程度。

我國(guó)科技、經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，高鐵有必要朝向更高效、更便捷發(fā)展。計(jì)算機(jī)科技的發(fā)展為高鐵系統(tǒng)的智能化運(yùn)行提供了技術(shù)支持，基于智能化的調(diào)度集中系統(tǒng)可以有效保障高鐵運(yùn)行效率，將突發(fā)事件的影響最小化，降低工作人員的工作量，提高服務(wù)質(zhì)量，有待大力推廣。

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