基于智能CTC的智慧客运枢纽站方案及应用

中国铁路广州局集团有限公司电务部正高级工程师 陈建译

发布时间:2024-08-28

摘要：铁路客运枢纽站因作业组织复杂、系统间联动性不足及智能化程度低等，面临作业效率不高、应急响应时间长等问题。运用北斗、5G、GIS、数字孪生等先进技术，以智能CTC3.0为基础，构建“智能CTC3.0平台、综合共享平台、5G+北斗应用平台”三大平台，通过三大平台完成行车指挥、设备监控、作业管控、旅客司乘、地理信息等重要数据的有机融合和安全运用，实现行车组织、调机作业、客运作业、运维施工、应急处置5类业务的智能化升级。以白云站枢纽工程为契机，建设“三个平台、五个智能化”架构的智慧车站，有效提升了客运枢纽站的运营效率和安全管控能力，可为其他客运枢纽站智慧化建设提供参考。

关键词：铁路客运枢纽站，智慧车站，智能CTC，5G，北斗

基金项目：中国铁路广州局集团有限公司科技研究开发计划项目（2021K022）

0　引言

客运枢纽站作为我国现代铁路交通网络的核心节点，其站场规模庞大、运输网络广泛、行车密度高，面临突发事件多发的应对、作业组织复杂等挑战。尽管已配有调度集中（CTC）、视频监控、防灾安全监控、车站生产管控等先进系统，但系统间数据共享与联动性不足，使作业人员在处理日常作业和应对突发事件时，仍需耗费大量时间在多个系统间切换，才能收集与处理碎片化的信息，不仅降低了作业效率、延长了应急响应时间，也严重制约了枢纽站的运营水平和服务质量。

智慧车站的构建成为提升铁路客运枢纽站运营效率和应急响应能力的关键。构建智慧车站是一个系统工程，“智慧”是以广泛的智能化为基础^[1]，对车站运营管理进行全面优化和升级，涵盖从数据采集、处理、分析到决策支持的全过程，是车站实现高效、安全、便捷运营的核心。

中国铁路广州局集团有限公司以广州白云站枢纽工程为契机，借鉴江村、怀西智慧编组站成功经验^[2]，开展枢纽客运站智慧系统的研究和建设，有效提升了车站运营效率和应急响应能力，也为客运枢纽站智慧化建设提供了有益参考。

1　客运枢纽站智慧化功能设计

根据白云站各项业务的智能化需求开展功能设计，智能化功能包括行车组织、调机作业、客运作业、运维施工、应急处置5个方面。

1.1　行车组织智能化

以智能CTC3.0为基础^[3-4]，加强与防灾安全监控、列控动态监测（DMS）、现车管理、固定用户接入交换机（FAS）等系统结合，通过TD结合^[5]方式扩展与车务、客运、机务等专业行车计划信息共享，提升车站行车组织及岗位间联动的智能化程度，同时为其他系统自动化升级提供数据驱动。

（1）进路自动办理和股道自动调整：在CTC3.0基础上，提供更直观的图形化技术作业大表和表格形式阶段计划，系统根据股道、时间、技术作业及站细约束条件，进行进路检查并自动办理，对时间、空间上运用冲突的股道进行自动调整和图形化预览。

（2）调车计划管理与进路控制：提供调车计划编制与管理功能，系统根据调车计划自动生成调车进路指令集，实现调车进路的自动办理和安全防护功能；调车计划表单可在相关业务岗位自动传递、追踪，降低人工工作量，避免指挥错误。

（3）防溜卡控和作业流程卡控：根据上水、吸污、办客等不同场景，对列车自动分配适合股道，通过人工标记或接口设备获取防溜设施、技术作业状态，并进行进路办理卡控，防止未完成作业提前误办进路。

（4）外勤岗位联动：通过TD接口向车站生产管控平台提供行车计划信息，站台客运员、司机、列检、广播室、检票员等岗位根据行车变化联动作业，通过综合共享子系统获取车站各岗位技术作业状态进行列车进路卡控，实现车站岗位联动和监督互控。

（5）客运站与客整所联动：客运站CTC系统通过中心现车管理系统接口^[6]获取客整所调车作业单，实现客运站与客整所取送车底协同作业；同时结合列车计划、客车编组信息、车次跟踪信息、车号识别采集信息，实现客整所对调机号的跨站跟踪和车底信息动态可视化管理功能。

（6）调度台快捷化操作：从防灾系统获取灾害信息，实现自动拟定列控限速命令和文本调度命令；从DMS系统获取列车配属和司乘信息，实现通过运行线关联查询司乘及列车相关信息；从FAS系统获取机车号、车次号信息，实现通过运行线关联FAS快速呼叫机车或随车人员GSM-R手机；从客票系统获取售票信息，为调度应急处置提供自动调整参考方案；根据特定应用场景，对进入指定范围的列车自动发送无线调度命令，对重点列车已办进路上道岔一键单锁；以可视化方式在站场图界面上显示故障设备的影响范围，并推荐变更进路。

1.2　调机作业智能化

基于既有CTC、无线调车机车信号和监控（STP）、联锁等系统，利用5G、北斗等新技术构建车载调机自动防护系统，增强车站调车作业自动防护和远程监控功能^[7]，并为未来实现自动化调车提供技术支撑。

（1）调车作业计划无线上车：构建车站本地化安全5G专网，通过该专网向调车组人员手持终端、机车车载设备发送调车作业单和进路办理情况，实现调车作业单的无线传输、调车联控及语音提醒；CTC通过共享平台和5G专网从车载接口获取调车机的实时速度、位置和防护报警信息，并将信息在CTC站场图上综合展示。

（2）车地音视频通信：通过5G专网，实现调车组人员手持终端、机车车载终端、地面中心的音视频双向通话、群组通话功能。

（3）调机自动防护：对列车冒进、越过停车点、超速运行或超过联挂速度等不合规行为，提供语音报警和控车防护功能；调机根据进路状态在调车人员确认后，自动牵引、推进车列和调整速度；在5G信号覆盖、摄像头全线覆盖，且支持视频自动切换追踪的条件下，远程遥控台可具备对机车的远程控制功能。

（4）调机作业分析：采集机车位置、走行距离、速度等信息，并结合视频监控、手持终端定位、语音通信、机车定位等，对调车作业及作业人员位置、语音、动作等进行全媒体实时记录和分析，实现作业过程的全局管理和详细卡控。

1.3　客运作业智能化

通过行车与客运系统间信息共享，实现车站行车、作业、旅客信息在行车岗位与客运岗位之间传递和联动，提升车站客运管理、设备运用、应急指挥及旅客服务的智能化水平。

（1）股道临时变更联动：CTC接发车股道、站台变化后，变化信息实时下达至车站管控平台，由管控平台将变化信息实时通知至客运、检票、行包等岗位。

（2）列车接近预告：CTC获取列车接近本站信息后，实时向客运提供接近预告信息，提高客运作业人员到岗的及时性。

（3）现场作业状态卡控：CTC从车站管控平台获取旅客乘降、上水吸污、行包、车辆等作业状态信息，对进路办理进行卡控，防止作业未完成时提前发车。

（4）旅客信息共享：CTC从车站管控平台获取列车旅客、候车信息，结合股道自动调整功能优化股道安排，以适应旅客信息的变化。

1.4　运维施工智能化

构建综合预警系统，利用北斗定位、蓝牙信标、5G等技术，结合实时行车信息和施工维修计划信息，自动生成防护预警信息，并实时向人、车发送，提高车机工电辆等专业现场作业的安全性，防控潜在安全风险^[8]。

（1）施工维修计划获取与自动分析：CTC从运输信息集成平台与运输调度管理系统（TDMS）获取施工计划，并自动分配至车站，为施工分析和预警防护提供数据支持。

（2）作业人员定位：利用5G+北斗实现对车站区室外作业人员定位，利用蓝牙信标+5G实现对站房区室内作业人员定位，将定位数据、作业数据实时上传至智慧车站系统，在数字地图中动态显示，并结合视频技术进行作业全过程监控。

（3）施工维修预警防护：施工维修作业期间，安全防护员手持终端及相关调机车载终端将定位信息实时传输至智慧车站系统，系统根据车车距离、人车距离、列车速度等条件计算后，向人、车发出预警提示。

1.5　应急处置智能化

利用地理信息（GIS）、动态感知、数字孪生等技术，构建基于现实的数字化地图系统，以可视化方式全面展示现场人、物、环境等实时信息，提高行车指挥人员对现场的掌控和对突发事件的应急处理能力。

（1）数字化实景地图：创建基于铁路全生产要素信息的二维/三维数字地图，并结合现场状态感知（列车位置、设备状态、天气信息等）和多媒体信息（录像、照片等），生成数字化实景模型。

（2）事故救援辅助决策：管理和动态追踪救援资源（人员、设备、物资）位置，提供救援预案信息、自动规划救援路线及推荐救援方案。

（3）应急方案的全方位部署和实时反馈：利用无线或有线网络向相关专业同时发布应急方案，实现信息的实时收发、渠道统一。

（4）应急处置实景还原：数字化记录及实景回放事故救援的全过程，为救援方案和执行过程分析提供数据支持，并可纳入救援知识库或培训案例库。

2　总体技术方案

2.1　技术架构

智慧车站系统技术架构分为感知采集、安全传输、智能设备、业务赋能4层（见图1）。

（1）感知采集层：通过传感器、北斗定位、视频摄像头、信号系统设备、各接口设备等，采集车站各类实体的实时信息，包括设备状态、人员活动、周边环境和救援资源等，为实现全方位动态融合提供数据。

（2）安全传输层：在安全隔离前提下，融合CTC专网、接口网络、5G无线网络和物联网之间的通信，对采集的信息进行汇集、整合和传递。

（3）智能设备层：根据智慧化功能设计，对感知采集层提供的数据进行转化、共享、处理和存储，形成智能CTC3.0、综合共享、5G+北斗三大平台。

（4）业务赋能层：将上述信息感知、共享传输、决策分析应用于车站的各项业务中，实现行车组织、调机作业、客运作业、维修作业、应急处置的智能化应用。

2.2　系统结构

从硬件结构上，智慧车站系统以智能CTC3.0系统为核心，扩展综合共享子系统、5G+北斗子系统，并通过接口与TDMS、防灾、DMS、FAS、现车、智能视频、防溜/脱轨器、车号识别、生产管控平台等系统连通，实现数据共享、系统联动；从软件功能上，CTC标准功能软件运行于CTC子系统，智能化扩展功能相关软件运行于综合共享子系统，2个部分通过网络互联，功能相对独立，扩展功能故障不影响标准功能正常使用。其系统结构见图2。

2.3　智能CTC3.0平台

智能CTC3.0系统是实现各项业务联动、安全卡控、智能化的基础，智慧车站方案不改变CTC系统标准结构^[9]。CTC中心通过接口设备及配套网络安全设备与TDMS、防灾、DMS、FAS、现车等外部系统互通，车站CTC通过综合共享平台获取车站生产管控平台、车号识别、防溜/脱轨器、智能视频等信息。

2.4　综合共享平台

综合共享子系统主要按TD结合模式为不同系统间数据共享交互提供接口和服务，是智慧车站系统的主体部分，包括数据库服务器、超融合云服务器（综合管控、数字地图、北斗跟踪定位系统）、接口交换机、大屏展示等，通过接口和网络安全防护设备与智慧车站系统内部的CTC子系统、5G+北斗子系统连接，与智慧车站系统外部的车站生产管控平台、车号识别、防溜/脱轨器、智能视频等系统连接。

（1）综合管控系统。主要用于安全管控和应急处置，为车站行车、客运岗位提供智慧车站的操作展示服务。部署于综合共享子系统超融合云服务器，通过接口获取行车计划、列车位置、作业人员位置、设备状态、实时视频、救援物资等信息，对列车运行、设备、人员、作业、环境等实时监测管理，并结合二维/三维数字化实景地图和知识库，实现施工维修作业安全管控、救援资源（人员、设备、物资）动态管理、救援路线自动规划、救援方案推荐、救援方案下达及信息收集、救援过程回放等功能，其界面见图3。

（2）二维/三维数字化实景地图系统。部署于综合共享子系统超融合云服务器，以GIS为基础，从CTC、DMS、防灾、智能视频、手持终端、车载终端等采集地理环境、列车定位、现场设备、作业人员、实时视频等数据，生成基于现实的二维/三维数字化实时场景，以可视化方式向行车指挥人员展示现场人员、列车、设备、站房、物资、环境等实时状态。

2.5　5G+北斗应用平台

平台由北斗系统、5G通信系统、应用终端等组成，为车站各专业提供北斗定位服务，为人、车、地面中心提供无线通信服务^[10]，是实现室内外多专业联动、音视频通信、调机作业防护等功能的基础。

（1）北斗系统。由北斗地基增强系统和北斗应用终端2个部分组成。北斗地基增强系统用于向各北斗应用终端提供高精度定位服务，其基准站建设在车站楼顶，通过有线网络接入北斗连续运行参考站系统（CORS）；北斗应用终端包括人员手持终端和机车车载终端，通过5G网络与北斗地基增强系统连接，实现厘米级高精度定位和位置、作业计划、电子地图、电子围栏、告警等信息的实时传输。

（2） 5G通信系统。采用5G边缘数据平台下沉至车站机房的技术，使用车站5G基站、铁路专用用户平面功能（UPF）设备、专用终端设备等，构建独立的车站区域5G通信虚拟专网，实现业务数据和音视频信息的无线高速传输，保障铁路业务数据安全可控、不出车站。同时5G通信系统接入铁路局集团公司5G网络安全管控中心，实现集团公司对车站5G网络、终端和5G业务的统一管控。

（3）车载调车自动防护系统（见图4）。通过北斗卫星天线、5G通信单元、激光雷达、高速摄像头、自动防护单元等设备，结合机车既有STP和地面计算机联锁、CTC、北斗定位、5G基站等系统，实现调车计划上车、作业安全防护、音视频通信等功能。其中，自动防护单元从地面及车载其他系统获取必要信息，经计算后通过STP控制列车运行和制动。

3　方案应用

白云站是广州铁路枢纽规划“五主三辅”客站中的主要客站之一，是站城融合的大型综合型交通枢纽。站场规模11台24线，分普速、高速2个场，与京广铁路、京广高速铁路接轨，后期将与广湛高速铁路、广清城际铁路、柳广铁路接轨。基于智能CTC3.0的白云站智慧系统分2期建设：

（1）2023年完成了第1期建设和应用。通过在白云站信号机房部署综合共享子系统、在通信机房及站房区部署5G+北斗子系统（5C边缘平台、车站专用UPF、作业人员手持终端等）、升级白云站和调度台智能CTC3.0系统、补充接口共享信息等，完成了调度台快捷操作、车站进路自动办理、股道自动调整、作业流程卡控、外勤岗位联动、作业人员定位、旅客信息共享、调机作业信息采集、施工维修预警防护、数字化实景地图、事故救援辅助决策等功能开发和应用，基本实现客运枢纽站5个“智能化”应用目标。

（2）2024年继续开展第2期建设和应用。在客技站调车机上部署调车自动防护系统，实现调车作业计划无线上车、调机自动防护、车地音视频通信等功能，实现客整所与客运站取送车底协同作业，并进一步围绕智慧化车站各类应用需求，开发完善智能化功能。

4　结束语

以智能CTC3.0为基础，运用北斗、5G、GIS、数字孪生、智能化视频等先进技术，构建以“智能CTC3.0平台、综合共享平台、5G+北斗应用平台”三大平台为基础的智慧枢纽客运站体系架构，实现了客运枢纽站基础设施的智能化管理与运行，提高了车站的安全防范和应急处置能力，提升了运输服务的智能化水平和运输效率，对推动智慧客运枢纽站建设和应用有重要参考意义。

智慧客运枢纽站建设是不断发展和优化的过程，后续将继续加大各专业系统间的数据共享范围，构建统一的数据平台，实现各专业间运、管、修、应急等工作的深度对接和高效协同；引入和融合人工智能、机器学习、数据挖掘等新技术，完善智能分析、精准预测等应用；加强网络安全管理、完善应急预案等措施，引入更先进的安全防护技术，确保复杂性不断增加的智慧系统更安全、更可靠、更高效率。通过加强系统整合、提升智能化水平、深度挖掘数据价值以及强化安全保障等措施的落实，智慧车站将在构建铁路六个现代化体系中发挥更重要的作用。

参考文献：

[1]刘大为，郭进，王小敏，等.智能铁路信号系统展望[J].中国铁路，2013（12）：31-34.

[2]陈建译.基于5G+北斗的智慧编组站研究与应用[J].中国铁路，2021（10）：85-92.

[3]中国国家铁路集团有限公司.智能调度集中系统暂行技术条件：铁科信[2019]52号[A].北京，2019.

[4]中国铁路总公司.调度集中系统技术条件：Q/CR 518—2016[S].北京：中国铁道出版社，2016.

[5]中国铁路总公司.运输信息集成平台与运输调度管理系统（TDMS）、列车调度指挥系统/调度集中系统（TDCS/CTC）数据交换规定：铁总运[2016]253号[A].北京，2016.

[6]中国国家铁路集团有限公司.调度集中（CTC）系统车站调车进路控制技术条件（暂行）：铁工电[2022]140号[A].北京，2022.

[7]陈小平.面向5G的边缘计算技术在铁路编组站中的应用研究[J].铁道通信信号，2023（4）：7-14.

[8]陈建译.电务大数据智能运维平台研究与应用[J].铁道通信信号，2019（S1）：162-166.

[9]中国国家铁路集团有限公司.列车调度指挥系统（TDCS）、调度集中系统（CTC）组网方案和硬件配置要求：Q/CR 847—2021[S].北京：中国铁道出版社有限公司，2021.

[10]中国国家铁路集团有限公司.国铁集团关于加快推进5G技术铁路应用发展的实施意见：铁发改[2020]144号[A].北京，2020.

作者简介：陈建译（1964—），男，正高级工程师。E-mail:cjy45220@126.com。

《中国铁路》2024年第5期