我国铁路线路调度管理系统 Vs. 美国CTC

摘要：通过对美国柏林顿北方圣菲及诺福克南方两家铁路公司的考察，阐述了美国铁路公司调度指挥机构设置及调度指挥管 理模式，以及美国铁路调度集中系统的主要特点，提出美国铁路调度集中系统对我国铁路发展调度集中系统的几点启示。

关键词：美国铁路；调度集中系统；系统特点；发展

美国第一套调度集中设备于1927年在纽约中央铁路斯坦利(Stanley)一伯威克(Befwick)安装使 用。在20世纪30—60年代期间，由于受当时技术所限，调度集中系统(CTC)设备采用的是单导线制式、载波传输和电码化等传输技术，控制方式为继电方 式，成本大、效能低，而调度集中以分散的各调度区段为单位建设，集中控制范围比较小，综合效率远未发挥出来，CTC系统的发展比较缓慢。随着计算机技术、 网络技术、通信技术和大规模集成电路技术的发展，美国调度集中系统取得了飞速的发展。综合分析美国柏林顿北方圣菲(BNSF)铁路公司自行开发的调度集中 系统、通用电气(GE)公司和诺福克南方(NS)铁路公司联合开发的精确调度指挥系统(PDS)，以及联合道岔信号(US&S)公司为切西滨海 (CSX)铁路公司开发的以调度集中为核心的优化运输调度指挥系统(OTP)，可以看出，美国铁路的CTC技术随着美国铁路运输和市场需求的变化逐步改造 成为智能化、系统化、综合化的铁路运输调度指挥系统。

1、美国铁路公司调度指挥机构及调度管理模式概况

美国铁路营业里程为274646km，有9家I级铁路公司(其中包括Amtrak客运公司)，546家区域和支 线铁路公司。

1.1  柏 林顿北方圣菲(BNSF)公司概况

BNSF公司是北美第二大铁路公司，经营范围覆盖美国芝加哥等城市以西的中西部地区和加拿大的两个省，在美国西 部铁路运输市场的份额占到45％，公司营业里程52300km，公司共有员工36881名，总部设在沃思堡。BNSF公司的调度指挥采用的是典型的高度集 中指挥管理的模式，公司管辖范围内线路由中心统一调度指挥，其中34000km线路是由调度集中系统控制，集中控制比例为65％，其余线路为无地面信号的 非集中控制区段。公司总部一层为路网行车指挥中心(Network Operation Center)，简称NOC大厅。4200㎡的伞型大厅内上方有9块24英尺宽、3500个电子大屏，实时显 示各项运输指标、机车周转、计划执行、气象情况、燃油供应、站场显示等信息，并动态更新显示内容；85个行车调度台实时指挥公司管辖线路上全部列车的实际 运行，每个行车调度台负责480～500km的线路；75个工、电、通信、信息维护调度台，负责线路维修、电力供应、信息系统的维护管理等工作。

1.2  诺 福克南方(NS)公司概况

NS公司是1982年诺福克铁路公司与南方铁路公司合并组成的I级铁路公司，公司经营范围跨越美国东部22个 州、哥伦比亚区以及加拿大安大略湖省，公司营业里程34400km，共有员工28160名，总部设在诺福克。NS公司的调度指挥和控制方式略有别于 BNSF公司，采取调度集中统一指挥和分散控制相结合的方式。市场营销、列车运行计划、机车运用计划等完全集中在公司总部调度中心，由调度中心统一集中调度 指挥；列车调度计划下达后，由下设的铁路局分区域划片实施执行。调度中心有400多名调度员集中统一编制公司的列车运行计划、机车运用计划和施工限速计划等。公司每日受理 15000个客户运输要求的电话或信息，按客户需要组织空车调配和装车。公司下设11个铁路局，每个铁路局设置一个调度分中心，设有总调度长、值班主任、 助理值班主任和调度员，按照公司总部下达的日班计划和列车调整计划，控制区域内列车的运行。由于列车运行计划是由公司集中编制，路局间基本上不存在列车运 行间的冲突，若机车调度、运用存在矛盾，则由相邻路局自行解决。

2、美国铁路调度集中系统的主要特点

(1)调度集中系统均采用双套设备，以确保CTC系统的高安全性、高可靠性和高可用性。

CTC系统的关键设备，诸如计算机服务器、局域网(LAN)、网络交换机、网络接口卡、控制信号设备的通信通 道、通信电源等都采用双套结构。CTC的网络通道和设备均采用专用的双机双网冗余结构，中心为双网，广域网(WAN)为光纤网，并采用微波作备用通道。轨旁信号设备的通信线路 也为双套设计，电源使用UPS、电池作为后备，在一些情况下用柴油发电机作为后备。在调度员工作站设备中，当任一台工作站故障时，CTC系统快速将该工作 站功能转移到备用的控制台，或者转移到一个有人操纵的工作站。

为确保列车运行调度指挥的可靠性，调度指挥中心在异地均设置了一个备用调度中心，双机温备，实时数据热备。当调 度中心设备因故不能指挥时，自动切换到备份系统，两个系统转换时间小于5min，以确保运输指挥工作的正常进行。

(2)在美国各铁路运营公司的管辖范围内，调度指挥系统采用统一的硬件和软件配置。

在各铁路公司的管辖范围内，CTC系统的建设中坚持使用统一的硬件和软件平台，一旦经过严格评审确定后，保证技 术平台的相对稳定，以满足调度指挥的高度集中统一和各调度台管辖范围内灵活调整的需要。单个调度台控制区域的范围，可以根据当时线路列车运行密度和线路的 复杂程度，在运用中进行在线灵活改变，在列车运行密度低的非高峰时段，控制区域可经常以不同的方式进行组合，这样可以减少对调度员的需求数量。

(3)为满足运输调度指挥的需要，调度集中系统功能齐全，显示内容丰富、灵活，显示界面充分体现了人性化的理 念。

调度指挥中心的工作台为调度员和管理人员提供了良好的用户界面和管理功能，以及对铁路用户、运输管理和机车、车 辆、信号、线路、站场、天气等方面信息查询功能，用户只需面对图形进行操作或者直观填表即可。列车运行计划可分为自动调整和人工调整，调监显示直观，系统 操作方便灵活。以BNSF公司调度中心为例，调监显示有7种颜色，表示不同的列车进路和线路状态。绿色：表示开放进路；红色：表示列车占用；天兰色：表示线路有限速；蓝 色：表示施工封锁；粉色：表示有车占用并封锁；白色：表示线路空闲；灰色：表示不动作的线路。GE公司还在调监显示上开发列车车次闪动的表示，红色车次闪动，表示列车前方 进路有限速；蓝色车次闪动，表示值乘人员工作时间已到，需要换班；黄色车次闪动，表示列车在车站内作业。在调监显示终端上，调度员可通过鼠标点击不同颜色的线路，查看相关 信息，也可在线路上作出施工封锁的表示操作。通过列车信息管理表(TS)，调度员可以清晰了解列车的运行计划、编组等各项信息。

(4)编组站采用单独的调度控制方式，并能与CTC实现信息交换。

美国铁路的编组站往往是多个铁路公司交叉接入的枢纽地区。因编组站的作业较复杂，又是各铁路公司多方向车流的集 结地，一个铁路公司无法对编组站进行集中控制，因此公司管辖内的编组站一般不纳入调度集中控制范围，调度中心对编组站不集中控制，由编组站自动化系统(YIS)自动完 成编组站列车的到达、解编、出发等相关作业。YIS与CTC系统留有接口。CTC将干线上列车到、发等运行实际情况传送给YIS，YIS可以实时监视(但不能操纵)干线上列车的运 行情况，同时把列车编组的有关信息传送给CTC，以确保列车的运行调度指挥。

(5)美国铁路CTC系统设计充分考虑了系统的实用性及维护管理的经济性。

美国铁路在保证信息系统更好、更及时地为铁路服务的前捉下，尽量减少公司信息技术人员的数量，采用的方法主要有 两种：一是系统的设计、开发及运行维护主要采用外包的方式，以得到技术先进的专业公司服务。如NS公司的CTC是由GE公司负责开发和系统维护，CSX公司的新型 CTC正在由US&S公司负责开发、设备换装和维护管理工作。二是以公司信息技术骨干为主，与系统集成企业采用技术合作形式完成系统的开发和实 施，信息系统产权归公司所有，系统运行维护由本公司信息技术部门负责。BNSF公司的CTC即采用此类方式。1992年BNSF公司CTC系统的设计完全 由公司正式的信息技术和调度指挥人员完成，在1995年的新系统开发过程中，信息技术部门作为系统的设计及质量监督机构，根据系统设计及开发工作中各阶段 所需人员的数量，与经过严格挑选的合同唯位签约，完成CTC的开发及实施。这种方式不仅使信息系统的核心技术掌握在BNSF公司手中，便于系统的修改和维 护，有效地控制了系统工程的质量和进度，而且还减少了在编信息技术人员，节省了大量日常人员的开支。

3、对我国铁路发展调度集中系统的思考

(1)传统的调度集中不适应我国铁路运输的需要。我国传统的CTC仅仅实现了车站列车进路的集中操作，不但不能解决车站中列车运行与调车作 业之间的矛盾，而且仅仅把原来由车站值班员排列进路的工作量集中转移到由调度员来集中办理，车站仍设值班员岗位，工作量没有减少，运输组织模式并没有根本的改变。而且传统 的CTC技术落后，智能化程度低，设备可靠性差，系统不配套，不能适应我国铁路特有的行车密度高、调车作业工作量大的特点。因此，在2003年前我国铁路先后修建的 2 000多km线路的CTC中，部分区段对缓解运输能力的紧张状况和提高调度指挥水平发挥了一定的作用之外，到目前为止，大部分传统的CTC设备基本上都已停止 使用，或者仅仅作为调监使用。

(2)新—代分散自律调度集中在西宁--哈尔盖试点成功是我国铁路调度集中系统技术发展的重大突破。新一届部党 组提出了实现铁路跨越式发展的宏伟目标，并明确加快铁路运输调度指挥现代化建设是我国铁路信息化建设的首要任务。2003年7月2日刘志军部长在检查青藏铁路建设时，提出 西宁--哈尔盖应在TDCS(即原DMIS)的基础上，建设新一代调度集中系统的要求。铁道部有关部门立即组织各单位和技术人员研究制定新一代分散自律调度集中系统的用户需求和技术 条件。在兰州铁路局、青藏铁路 公司、卡斯柯公司，以及各有关部门的共同努力下，2003年11月28日，西宁--哈尔盖新—代CTC开通并投入试运行，2004年5月通过了铁道部组织的技术审查。新一 代CTC以列车调度指挥系统为平台，利用现代计算机技术、网络技术、无线通信技术实现了列车和调车作业按计划运行，由车站自律机按照列车运行计划自动排列 列车进路，并根据列车运行的实际情况，按照列车优先的原则自动执行调车作业计划。调度命令无线传输系统、无线列调大三角通信、无线车次号自动跟踪与校核系 统、无线调车机天气等方面信息查询功能，用户只需面对图形进行操作或者直观填表即可。列车运行计划可分为自动调整和人工调整，调监显示直观，系统操作方便灵活。以BNSF公司 调度中心为例，调监显示有7种颜色，表示不同的列车进路和线路状态。绿色：表示开放进路；红色：表示列车占用；天兰色：表示线路有限速；蓝色：表示施工封锁；粉色：表示有车 占用并封锁；白色：表示线路空闲；灰色：表示不动作的线路。GE公司还在调监显示上开发列车车次闪动的表示，红色车次闪动，表示列车前方进路有限速；蓝色 车次闪动，表示值乘人员工作时间已到，需要换班；黄色车次闪动，表示列车在车站内作业。在调监显示终端上，调度员可通过鼠标点击不同颜色的线路，查看 相关信息，也可在线路上作出施工封锁的表示操作。通过列车信息管理表(TS)，调度员可以清晰了解列车的运行计划、编组等各项信息。

  (4)编组站采用单独的调度控制方式，并能与CTC实现信息交换。

美国铁路的编组站往往是多个铁路公司交叉按入的枢纽地区。因编组站的作业较复杂，又是各铁路公司多方向车流的集 结地，一个铁路公司无法对编组站进行集中控制，因此公司管辖内的编组站一般不纳入调度集中控制范围，调度中心对编组站不集中控制，由编组站自动化系统(YIS)自动完 成编组站列车的到达、解编、出发等相关作业。YIS与CTC系统留有接口。CTC将干线上列车到、发等运行实际情况传送给YIS，YIS可以实时监视(但不能操纵)干线上列车的运 行情况，同时把列车编组的有关信息传送给CTC，以确保列车的运行调度指挥。

    (5)美国铁路CTC系统设计充分考虑了系统的实用性及维护管理的经济性。

美国铁路在保证信息系统更好、更及时地为铁路服务的前提下，尽量减少公司信息技术人员的数量，采用的方法主要有 两种：一是系统的设计、开发及运行维护主要采用外包的方式，以得到技术先进的专业公司服务。如NS公司的CTC是由GE公司负责开发和系统维护，CSX公 司的新型CTC正在由US&S公司负责开发、设备换装和维护管理工作。二是以公司信息技术骨干为主，与系统集成企业采用技术合作形式完成系统的开 发和实施，信息系统产权归公司所有，系统运行维护由本公司信息技术部门负责。BNSF公司的CTC即采用此类方式。1992年BNSF公司CTC系统的设 计完全由公司正式的信息技术和调度指挥人员完成，在1995年的新系统开发过程中，信息技术部门作为系统的设计及质量监督机构，根据系统设计及开发工作中 各阶段所需人员的数量，与经过严格挑选的合同单位签约，完成CTC的开发及实施。这种方式不仅使信息系统的核心技术掌握在BNSF公司手中，便于系统的修 改和维护，有效地控制了系统工程的质量和进度，而且还减少了在编信息技术人员，节省了大量日常人员的开支。

4、对我国铁路发展调度集中系统的思考

(1)传统的调度集中不适应我国铁路运输的需要。我国传统的CTC仅仅实现了车站列车进路的集中操作，不但不能 解决车站中列车运行与调车作业之间的矛盾，而且仅仅把原来由车站值班员排列进路的工作量集中转移到由调度员来集中办理，车站仍设值班员岗位，工作量没有减少，运输组织模式 并没有根本的改变。而且传统的CTC技术落后，智能化程度低，设备可靠性差，系统不配套，不能适应我国铁路特有的行车密度高、调车作业工作量大的特点。因此，在2003年前 我国铁路先后修建的2 000多km线路的CTC中，部分区段对缓解运输能力的紧张状况和提高调度指挥水平发挥了一定的作用之外，到目前为止，大部分传统的CTC设备基本上都已停止 使用，或者仅仅作为调监使用。

(2)新—代分散自律调度集中在西宁--哈尔盖试点成功是我国铁路调度集中系统技术发展的重大突破。新一届部党 组提出了实现铁路跨越式发展的宏伟目标，并明确加快铁路运输调度指挥现代化建设是我国铁路信息化建设的首要任务。2003年7月2日刘志军部长在检查青藏铁路建设时，提出 西宁--哈尔盖应在TDCS(即原DMIS)的基础上，建设新一代调度集中系统的要求。铁道部有关部门立即组织各单位和技术人员研究制定新一代分散自律调度集中系统的用户需求和技术 条件。在兰州铁路局、青藏铁路公司、卡斯柯公司，以及各有关部门的共同努力下，2003年11月28日，西宁--哈尔盖新—代CTC开通并投入试运行，2004年5月通过了 铁道部组织的技术审查。新一代CTC以列车调度指挥系统为平台，利用现代计算机技术、网络技术、无线通信技术实现了列车和调车作业按计划运行，由车站自律 机按照列车运行计划自动排列列车进路，并根据列车运行的实际情况，按照列车优先的原则自动执行调车作业计划。调度命令无线传输系统、无线列调大三角通信、 无线车次号自动跟踪与校核系统、无线调车机车信号和监控系统等关键技术的运用，使新一代CTC在列车运行计划自动调整、调车计划自动执行等方面的智能化程度与自动化水 平有了显著提高，基本满足了我国铁路运输组织复杂的技术需求，是我国铁路调度集中系统技术的重大突破。

(3)我国铁路必须坚持对运输调度的高度集中统一指挥。我国铁路拥有7.3万km的营业里程、61.3万辆货车、4万辆客车、1.6万台机车，营业里程居世界第三位。2004年我国铁路 运输完成的旅客周转量、货物发送量、换算周转量，以及运输密度均居世界第一，超过了美国和俄罗斯。以相当于美国一个铁路公司的营业里程完成如此大的运输工 作量，其中最重要的原因就是我国铁路始终坚持了运输调度的集中统一指挥，保持了路网的完整性。当前，应加快全国铁路运输调度指挥系统的现代化建设，尽快建 成覆盖全路的列车调度指挥系统，并用3年左右的时间，全面建成京沪、京哈、京广、京九、浙赣、陇海六大干线以及200km／h提速区段的新一代调度集中系 统，将控制中心逐步集中，首先实现我国东部地区和重点区段的铁路调度指挥现代化。

(4)组织技术力量，加快我国铁路繁忙干线新一代调度集中系统的研究和建设。西宁一哈尔盖新一代CTC的试点成 功只能说明我国铁路调度集中技术开发取得了重大突破。新一代调度集中建设刚刚起步，西宁一哈尔盖是单线区段，列车运行密度较低，在双线区段和东部铁路运输特别繁忙区段组织 实施新一代CTC，还有很多技术问题和运输组织方面的问题需要进一步研究和解决，并在实际运用中不断完善。当前应尽快组织我国铁路科研技术力量和运输调度指挥人员，共同开发 研制适应我国铁路提速、大密度、客货混运、调车作业量大的调度集中系统。在调度集中系统的建设中，必须贯彻总体规划、系统优化、突出重点和分步实施的方针，突出东部铁路运 输繁忙干线新一代CTC建设。

 (5)坚持“五统一”原则，规范我国铁路调度指挥信息系统的建设。我国铁路已组织实施铁路局直管站段的重大体 制改革，由铁路局调度指挥中心对全局的铁路运输实行集中统一的调度指挥工作，理顺了各部门的关系，明显地提高了铁路运输能力和运输效益。当前的重要任务是：一是要尽快统一 CTC的技术条件和技术标准，为调度的集中控制和指挥做好技术准备工作；二是要加快统一列车调度指挥系统(TDCS)的软硬件设置标准，统一用户显示界面 和操作办法，进一步满足调度台管辖范围调整和变更的需要，满足铁路运输组织和机构改革发展的需要；三是要按照铁路信息化总体规划的要求，在铁路局管辖范围 内，按照分级模式尽快全面建成TDCS，充分发挥TDCS的整体效益。

(6)加快铁路客运专线综合调度指挥系统总体技术方案的研究。按照《中长期铁路网规划》，我国铁路将在2020 年前建设铁路客运专线1.2万km以上。当前已有数条客运专线相继开工建设，客 运专线综合调度指挥系统应与线路建设同步设计、同步施工、同步投入运用。客运专线的综合调度指挥系统的特点是列车运行的计划性很强，对信息系统的实时性、 安全性、可靠性的要求很高，要按照集中调度指挥管理的模式，达到透明指挥、有效管理的目标。与列车运行直接相关的动车组、接触网、供电、线路、通信、信 号、环境、乘务员管理、人员培训等各系统，以及设备的检修、运用、维护、施工管理等，均应纳入综合调度指挥系统。并应根据我国铁路运输的特点，客运专线与 既有线调度指挥系统达到无缝衔接的要求，并实现信息的互联互通和资源共享。

5、结束语

美国铁路网具有站型简单、站间区间距离长、列车品类单一、调车作业量少等特点，并且运输能力比我国铁路富裕，运 输组织模式与我国铁路也有很大的不同，两国的国情、路情不同决定我国铁路不能照搬发达国家的调度集中系统。但是上述美国铁路调度集中系统的特点值得我国铁路在CTC建 设中学习和借鉴。

当前我国铁路建设正处于历史上从未有过的大好发展时期，新线建设已全面展开，技术装备水平得到大幅度提升，铁路 信息化正在按照总体规划的要求加快发展。但是，铁路运输调度指挥系统的总体技术水平还不能适应新线建设、运输发展和体制改革的需要。因此，我们应尽快组织路内外相关技 术人员，从我国铁路运输的实际需求和特点出发，走引进、消化、吸收、提高的道路，坚持全国铁路运输生产的统一调度、统一指挥，实现运输调度指挥现代化。

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