TDCS體系結構與原理講義.ppt

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TDCS體系結構與原理,教材編號：CASCO_****_000 版號：3.01,,2、TDCS 系統(tǒng)體系結構,4、TDCS 的發(fā)展前景,1、TDCS 產品背景介紹,3、TDCS 各子系統(tǒng)詳細介紹,內容綱要,TDCS 產品背景介紹,第一部分,,相關背景-全路信息化規(guī)劃方案,相關背景 - TDCS發(fā)展史,1990年代：調度監(jiān)督系統(tǒng)（DSS） 2000～2006：TDCS逐步發(fā)展 2000 滬寧線DMIS南京模式 2004 DMIS一期工程全面開通 2005 DMIS改名為TDCS 2006 TDCS覆蓋全路絕大多數車站 2006年開始：CTC在繁忙干線得到應用,DSS系統(tǒng)概述,DSS Dispatching Supervision System（調度監(jiān)督系統(tǒng)） 功能 能夠實時反映整個運營線路上進路開通、信號顯示和列車走行的信息，為調度人員提供行車指揮的決策依據 特點 功能單一 實時性強,從 DSS 到 TDCS,發(fā)展契機 鐵路信息化的需求 計算機硬件與網絡的大發(fā)展 發(fā)展過程 以高速數字通道取代低速音頻通道 大幅度提升DSS系統(tǒng)功能，增加鐵路調度管理信息的功能（階段計劃、調度命令等）,TDCS 與 DMIS,DMIS 調度指揮管理信息系統(tǒng) Dispatching Management Information System TDCS 列車調度指揮系統(tǒng) Train Dispatching Command System TDCS 兼有兩類系統(tǒng)的特點 管理信息系統(tǒng)：重點在于信息管理 控制系統(tǒng)：重點在于實時性 TMIS 鐵路運輸管理信息系統(tǒng),從 TDCS 到 CTC,CTC 調度集中控制系統(tǒng) Centralized Traffic Control 發(fā)展契機 鐵路集中控制的需求 分散自律概念的創(chuàng)造性新內涵 發(fā)展過程 傳統(tǒng)調度集中遇到的困難 分散自律調度集中在繁忙干線得到應用,TDCS 系統(tǒng)體系結構,第二部分,TDCS 系統(tǒng)目標,實現鐵路行車調度指揮管理現代化 提高運輸效率 協(xié)調分界口交接工作 改善調度員及車站值班員工作條件 建立旅客服務信息系統(tǒng)，提高服務質量 為鐵道部指揮中心提供決策依據,TDCS 體系結構圖,,TDCS 體系結構分解,中心邏輯處理子系統(tǒng) 調度終端子系統(tǒng) 車站子系統(tǒng) 網絡子系統(tǒng) 外圍接口子系統(tǒng),,TDCS 系統(tǒng)結構圖,,,,,調度終端1,調度終端2,調度終端n,調度終端 子系統(tǒng),網絡子系統(tǒng) 中心網,中心邏輯 子系統(tǒng),網絡子系統(tǒng) 車站網,車站 子系統(tǒng),車站1,車站2,車站n,中心服務器系統(tǒng),,,,,,,,,,,,,外圍接口,TDCS 外部系統(tǒng),通 信 接 口,通 信 接 口,,,,,,,基礎知識 – 硬件冗余體系結構,雙機體系結構 雙機冗余（車務終端、通信服務器） 雙機熱備（車站分機、應用服務器） 雙機冷備 N＋1備份 調度終端通常采用此冗余結構,,基礎知識 – 客戶服務體系結構,CSA 客戶服務體系結構 Client Server Architecture CSA 的優(yōu)點 邏輯集中，數據統(tǒng)一，能夠保證安全性和完整性 能夠充分發(fā)揮服務器的高性能 CSA 的缺點 體系不夠健壯，服務器是單點故障,基礎知識 － 數據庫系統(tǒng),數據庫系統(tǒng)組成 數據庫 數據庫管理系統(tǒng) 使用數據庫的用戶和應用程序 為什么使用數據庫 能夠對TDCS中的數據進行統(tǒng)一管理 使用成熟的數據庫管理系統(tǒng)能夠保證數據的安全性與一致性，而且能夠節(jié)省開發(fā)成本,調度終端子系統(tǒng),第三部分 第一節(jié),,,調度終端子系統(tǒng)功能,站場圖調監(jiān)顯示 運行圖顯示 階段計劃編制、調整 調度命令編制、查詢、下達 階段記事編制、下達 車站運用車信息查詢 列車小編組查詢,,,調度終端類型,行調臺 單調度區(qū)段管理 計劃員臺 編制基本圖、調閱各區(qū)段運行圖 值班主任臺 查詢各區(qū)段運行圖、查看各區(qū)段調監(jiān)顯示 機調、貨調臺 查看相應區(qū)段的調監(jiān)顯示,TDCS 行調臺,,,,,調度終端系統(tǒng)組成,調監(jiān)顯示子系統(tǒng) 運行圖子系統(tǒng) 調度命令管理子系統(tǒng) 車站信息管理子系統(tǒng) 打印子系統(tǒng),調監(jiān)顯示系統(tǒng)功能,支持區(qū)段和單站兩種模式顯示各車站的實際站場情況 信號狀態(tài)（進站、出站、調車、區(qū)間） 列車進路狀態(tài)（股道、道岔） 區(qū)間狀態(tài) 車次號輸入、修改、刪除 車次早晚點顯示 站場圖回放,調監(jiān)顯示站場圖界面,調監(jiān)顯示系統(tǒng)原理,信息來源 靜態(tài)：站場元素組成以及各元素的位置、大小 動態(tài)：站場元素的狀態(tài)編碼 信息解析模塊 根據靜態(tài)與動態(tài)信息解析得到站場元素的實時狀態(tài) 顯示模塊 將實時狀態(tài)以直觀的圖形方式繪制在計算機屏幕上,,,本地存儲,中心邏輯子系統(tǒng),,信息解析模塊,,顯示模塊,,,,靜態(tài)信息,動態(tài)信息,實時狀態(tài),站場元素狀態(tài)編碼,運行圖系統(tǒng)功能,顯示當前班次的實際運行圖 階段計劃編制、下達 階段計劃調整（自動、人工） 修改編輯實際運行圖 調閱基本圖 繪制圖形、文字注解,運行圖界面,運行圖系統(tǒng)原理,信息來源 靜態(tài)：區(qū)段內車站的名稱以及順序列表 動態(tài)：車次以及該車次經過各車站的時間 信息解析模塊 根據靜態(tài)與動態(tài)信息運算得到一根經過各車站的實際運行線 顯示模塊 將實際運行線以直觀的圖形方式繪制在計算機屏幕上,,,本地存儲,中心邏輯子系統(tǒng),,信息解析模塊,,顯示模塊,,,,靜態(tài)信息,動態(tài)信息,實時狀態(tài),調度命令系統(tǒng)功能,調度命令編制、存儲、下達 無線調度命令編制、存儲、下達 接收調度命令的簽收回執(zhí) 歷史調度命令查詢 調度命令模板編輯 常用調度詞匯管理,調度命令管理界面,調度命令系統(tǒng)原理,調度命令存儲 使用高性能大容量的機器，保存所有調度終端的調度命令 調度命令編制、查詢 與上述的存儲機器交互調度命令數據 調度命令下達 通過中心邏輯子系統(tǒng)轉發(fā)，最終下達到車站子系統(tǒng) 車站子系統(tǒng)的簽收回執(zhí)也通過轉發(fā)回到調度命令管理系統(tǒng),,,調度命令存儲,中心邏輯子系統(tǒng),,調度終端1,調度命令,,調度終端2,,車站子系統(tǒng),,,,,,車站信息管理系統(tǒng)功能與原理,車站站存車查詢 站存車信息由車站值班員在車務終端上輸入，并發(fā)送至應用服務器存儲 調度終端從應用服務器中查詢站存車信息 列車小編組查詢 類似于站存車，由車站值班員輸入 通過TD結合從TMIS查詢,站存車查詢界面,小編組查詢界面,打印子系統(tǒng)概述,打印設備：高性能繪圖儀 打印內容：列車運行圖（基本圖，實際圖） 打印中要解決的問題 真實性：保證每條運行線正確打印 美觀可讀：車次號和時間點等數字清晰可讀，盡量避免數字重疊,車站子系統(tǒng),第三部分 第二節(jié),車站子系統(tǒng)功能,接收調度員下發(fā)的階段計劃、調度命令 向調度臺上報列車運行實際點 采集站場設備狀態(tài) 顯示本站與鄰站站場調監(jiān)畫面 接收無線車次號信息 發(fā)送無線調度命令 發(fā)送列控臨時限速命令,車站子系統(tǒng)的組成,,車務終端子系統(tǒng) 車站分機子系統(tǒng) 站場設備狀態(tài)采集系統(tǒng) 外圍接口 無線調度命令接口 無線車次號接口 微機監(jiān)測接口 列控中心接口,,,,車站子系統(tǒng)結構圖,車站分機采用專用計算機，雙機熱備結構 車務終端采用工控機，雙機冗余結構 站場設備采集設備采用專用單板機系統(tǒng)，雙套獨立工作,,,,A,B,,A,B,車務終端,車站分機,采集系統(tǒng),無線車次 接口,列控接口,中心邏輯子系統(tǒng),,無線調度 命令接口,,,,,,,車務終端的功能,站間透明功能 顯示本站與鄰站站場調監(jiān)畫面 顯示本站與鄰站車次跟蹤情況 調度應用功能 接收、簽收階段計劃、調度命令、階段記事 行車日志自動生成、人工編輯 編輯車站站存車信息，并發(fā)送至調度中心 編輯與查詢列車小編組信息,車務終端實景,,車務終端站間透明畫面,站間透明實現一 － 分散模式,本站車務終端與本站分機以及所有鄰站分機分別建立連接 站間透明功能所需的站場設備狀態(tài)分別從各站的車站分機獲取 車務終端中有獨立的調監(jiān)表示處理模塊,本站分機,上行鄰站分機,下行鄰站分機,,調監(jiān)表示處理,本站車務終端,,調監(jiān)表示處理,中心邏輯子系統(tǒng),,,,,,,站場設備狀態(tài),站場設備狀態(tài),站間透明實現二 － 集中模式,車務終端僅與中心通信服務器建立連接 站間透明功能所需的站場設備狀態(tài)均從中心邏輯子系統(tǒng)獲取 車務終端只有顯示模塊，沒有獨立的調監(jiān)表示處理模塊,本站分機,上行鄰站分機,下行鄰站分機,,本站車務終端,,調監(jiān)表示處理,中心邏輯子系統(tǒng),,,,站場設備狀態(tài),,站場表示信息,站間透明實現方式的比較,集中模式 優(yōu)點：結構簡單，邏輯集中，對通道要求低 缺點：故障點單一，中心邏輯子系統(tǒng)的故障會導致全線的車站站間透明功能失效 分散模式 優(yōu)點：結構健壯，每個獨立的故障不會影響其他車站的功能 缺點：結構負責，對通道要求高,車務終端行車日志界面,,中心邏輯子系統(tǒng),行車日志實現原理,行車日志主要內容 階段計劃中列車的圖定點、計劃點 列車實際運行點 行車日志自動生成 根據階段計劃填寫圖定點、計劃點 列車運行中，根據系統(tǒng)自動報點將計劃點更新為實際點 行車日志人工管理 值班員可人工編輯行車日志,本站車務終端,,,自動報點,階段計劃,調度終端,車站值班員,,人工報點,車務終端調度命令界面,,車務終端現車管理界面,,車務終端編組查詢,車站分機功能,站場設備狀態(tài)采集 6502車站：采集信號聯鎖設備的狀態(tài) 微機聯鎖車站：接收聯鎖系統(tǒng)發(fā)來的設備狀態(tài)信息 接收并轉發(fā)無線車次號信息 轉發(fā)無線調度命令，處理命令回執(zhí) 列控中心通信 檢索列控中心設備狀態(tài) 發(fā)送列控臨時限速命令至列控中心 檢索列控中心的實時限速狀態(tài),站場設備狀態(tài)采集原理,采集目標：碼位 碼位：站場設備狀態(tài)的二進制編碼 每個站場設備通常對應于多個碼位 碼位管理原理 分機保存采集到的所有碼位，根據設備狀態(tài)變化實時更新 接收請求，實時發(fā)送全體碼位信息和碼位變化信息,,碼位管理,車 站 分 機,狀態(tài)采集,聯鎖通信機,采集板,信號設備,微機聯鎖車站,6502車站,,,,,中心邏輯 子系統(tǒng),車務終端,微機監(jiān)測,,,,無線車次號接收與轉發(fā),車站分機通過串口通信，從無線車次地面轉接器接收無線車次信息。TDCS車站分機本身不涉及無線通信 車站分機本身通常不對無線車次信息進行邏輯處理，而是直接轉發(fā)給中心邏輯子系統(tǒng)統(tǒng)一處理,車站分機,地面轉接器,中心邏輯 子系統(tǒng),,,,串口,串口,,無線電波,無線電臺,機車,無線調度命令發(fā)送與接收,信息發(fā)送 從調度終端或車務終端接收各類調度命令，發(fā)送至地面轉接器 信息接收： 從地面轉接器接收各種命令的回執(zhí),發(fā)送邏輯 自動重發(fā)（接收不到命令回執(zhí)時分機自動重發(fā)命令） 自動分包（將超長命令自動分包，使每包長度滿足通信要求）,車站分機,地面轉接器,調度終端,,,,串口,串口,,無線電波,無線電臺,機車,車務終端,,列控中心接口通信,車站分機,列控中心,調度終端,,臨時限速命令,車務終端,,,,,,,,限速實時狀態(tài)、列控設備狀態(tài),車站分機在調度終端、車務終端和列控中心之間起信息中轉作用,串口通信,中心邏輯處理子系統(tǒng),第三部分 第三節(jié),中心邏輯處理子系統(tǒng)功能,管理與所有車站子系統(tǒng)和調度終端子系統(tǒng)的通信 階段計劃存儲管理與調整 調度命令、車站信息存儲管理與轉發(fā) 調監(jiān)表示處理邏輯 車次自動跟蹤與無線車次自動校核 自動采集列車運行到發(fā)、通過點,,,,中心邏輯處理系統(tǒng)結構,,,,,,A,B,A,B,數據庫服務器,應用服務器,,,B,A,通信服務器,共享磁盤陣列,調度終端1,調度終端2,調度終端n,車站子系統(tǒng)1,車站子系統(tǒng)1,車站子系統(tǒng)1,,,,,,,,,中心邏輯處理子系統(tǒng),,,中心的硬件設備,中心邏輯子系統(tǒng)的應用需求 強大的數據處理能力 7×24小時不間斷運行 硬件設備性能要求 強運算能力 大存儲容量 高穩(wěn)定性,應用服務器 2臺IBM X3650服務器，雙機熱備結構 1.6G Inter至強處理器，2G內存、73.4G硬盤 數據庫服務器 2臺IBM P570服務器，雙機熱備結構 1套DS4300磁盤陣列 通信服務器 2臺IBM X3650服務器，雙機熱備或雙機冗余結構,中心機房實景,中心子系統(tǒng)中的數據庫,數據庫存儲的內容 基本圖 各調度臺的實際運行圖 調度命令、車站信息 數據庫管理系統(tǒng) 使用成熟高效的商用數據庫管理系統(tǒng)，如IBM DB2、Oracle等 數據庫用戶 應用服務器是數據庫的唯一用戶 使用規(guī)范的SQL數據庫接口進行數據庫管理,通信服務,通信服務的對象 通信服務器為車站子系統(tǒng)提供通信服務 應用服務器為各調度終端提供通信服務 通信服務流程 為每一個服務終端管理一個通信任務 根據消息中的目的地，由相應通信任務發(fā)送,接收發(fā)往 車站的消息,分析消息 中的目的車站,根據目的車站 找到通信任務,將消息在 通信任務中 發(fā)往車站,,,,通信服務器界面,,階段計劃管理與調整,階段計劃,計劃調整模塊,應用服務器,,數據庫服務器,基本圖,實際圖,調度終端,車務終端,自動采點模塊,,,,,,,,,調整計劃,人工報點,自動采點,階段計劃調整模塊的功能,根據基本圖生成初始階段計劃 根據調度終端的指令對階段計劃進行人工和自動調整 根據自動采點和人工報點將計劃中的計劃點轉化為實際運行點 生成實際運行圖存入數據庫服務器,階段計劃整體流程,調度終端 顯示階段計劃、實際圖 發(fā)送調整計劃指令 應用服務器 生成、調整、發(fā)送計劃 處理自動/人工報點 數據庫服務器 存儲基本圖、實際圖 通信服務器 轉發(fā)階段計劃、簽收消息 車務終端 接收、簽收階段計劃 人工報點,調度終端,應用服務器,數據庫服務器,通信服務器,車務終端,,,,,,,,,,階段計劃,簽收,,數據存儲,,,,報點,,調整命令,,,實際圖,調度命令存儲與管理,待發(fā)箱：存儲尚未發(fā)送的調度命令 發(fā)令箱：存儲已發(fā)送未簽收的調度命令 儲令箱：存儲已全部簽收的調度命令,待發(fā)箱,發(fā)令箱,儲令箱,新建/編輯調度命令,發(fā)送調度命令,存儲已簽收的調度命令,調度終端,車務終端,,,,,,,編輯命令,,簽收命令,調度命令整體流程,調度終端 新建、編輯、發(fā)送、存儲調度命令 應用服務器/通信服務器 轉發(fā)調度命令消息 轉發(fā)命令簽收消息 數據庫服務器 提供調度命令存儲服務 車務終端 接收、簽收調度命令,調度終端,應用服務器,數據庫服務器,通信服務器,車務終端,,,,,,,,,,調度命令消息,簽收消息,,調度命令存儲,調監(jiān)表示處理邏輯,核心功能 將車站分機采集的碼位轉化為設備的狀態(tài)編碼 轉化處理邏輯 根據車站數據中的設備碼位表，和當前碼位值（0或1），將各設備置為相應的狀態(tài) 設備碼位表舉例,調監(jiān)表示整體流程,,車站 分機,車站子系統(tǒng),,調監(jiān)表示 處理邏輯,中心邏輯 子系統(tǒng),微機 聯鎖,采集板,,調監(jiān)顯示 模塊,調度終端 子系統(tǒng),,,,,設備 碼位表,站場靜態(tài) 數據,,,碼位,碼位,設備狀態(tài) 編碼,,可視化 調監(jiān)畫面,車次跟蹤邏輯,車次跟蹤的作用 保證車次號在調監(jiān)畫面中跟隨列車實際運行的紅光帶而移動 車次窗：車次號在調監(jiān)畫面中停留的位置 股道車次窗 區(qū)間車次窗 站內跟蹤 車次移動時機：信號機內第一個軌道區(qū)段占用 車次移動邏輯：沿進路搜索前方車次窗 區(qū)間跟蹤 車次移動時機：區(qū)間占用 車次移動邏輯：沿區(qū)間方向搜索前方車次窗,無線車次號校核邏輯,無線車次校核的作用 糾正假車次號 與真車次號校核 無線車次包含的內容 車次號、機車號 進、出站、通過標志 公里標,車次校核邏輯 關鍵：如何與站場圖中正在運行的各列車車次進行匹配 匹配成功后，如果原車次是假車次號，則直接更改 如果原車次是真車次號且不一致，則根據預定邏輯替換或報警,自動采點邏輯,自動采點目標 列車到達點、出發(fā)點、通過點 自動采點的依據 列車完全進入股道的時間點T1 列車越過出站信號機的時間點T2 計算公式 到達點＝T1＋調整時分 出發(fā)點＝T2－調整時分 通過點＝（T1＋T2）/ 2,網絡子系統(tǒng),第三部分 第四節(jié),網絡子系統(tǒng)概述,功能 提供TDCS各子系統(tǒng)間的信息傳輸通道 調度中心網絡 為各調度終端和中心應用服務器、通信服務器提供高速通信通道 一般使用千兆以太網，雙網結構 車站廣域網絡 為各車站子系統(tǒng)之間，以及車站與中心間提供高速通道 基于光纖，采用高性能路由器構建廣域網絡,網絡子系統(tǒng)中的設備,路由器 協(xié)議轉換器 Cable Modem（基帶貓） 交換機 Hub（集線器）,網絡拓撲結構 － 車站廣域網,結構：環(huán)狀結構 要點：環(huán)的兩端必須接入不同的路由器 優(yōu)點：任何單點故障不會造成網絡癱瘓,網管軟件界面 － 車站廣域網,網絡拓撲結構 － 中心局域網,結構：雙以太網結構 要點：每臺機器的兩塊網卡必須接入不同的交換機 優(yōu)點：避免單交換機故障引起網絡癱瘓,網管軟件界面 － 中心局域網,外圍接口,第三部分 第五節(jié),外圍接口分類,車站串口通信接口 微機聯鎖接口 無線車次號接口 無線調度命令接口 微機監(jiān)測接口 列控接口,GSM-R通信接口 TD結合 分界口通信接口 鐵道部通信接口,串口通信接口,串口通信概念 在單根導線上將二進制數據一位一位順序傳送 適用于遠距傳輸（幾米到幾公里） 常用串口類型：RS232、RS422 9芯串口管腳圖,RS232 Tx(3) ---- Rx(2) Rx(2) ----- Tx(3) GND(5) ----- GND(5),RS422 T+(2) ----- R+(3) T-(1) ----- R-(4) R+(3) ----- T+(2) R-(4) ----- T-(1),GSM-R 通信接口,GSM-R：鐵路綜合數字移動通信網 GSM-R的優(yōu)點 提供比傳統(tǒng)無線電波更穩(wěn)定高速的無線傳輸通道 傳輸更多的信息，尤其適用于無線調度命令傳輸 GSM-R接口方式,GSM-R 接口服務器,TDCS 通信服務器,TDCS 調度終端,TDCS 車務終端,,,,GSM-R 通信服務器,GSM-R 無線網絡,,,,,TDCS系統(tǒng),GSM-R傳輸系統(tǒng),TD 結合,TD結合：DMIS（TDCS）與TMIS系統(tǒng)的數據庫之間互相傳遞信息 TMIS傳遞給TDCS的信息 基本圖、日班計劃、確報 TDCS傳遞給TMIS的信息 階段計劃、調度命令、實際運行圖,TD 接口方式圖解,,,TDCS 數據庫,接口 通信機,接口 通信機,TD結合 數據庫,TMIS 入庫代理,TMIS 數據庫,TDCS系統(tǒng),TD接口系統(tǒng),TMIS系統(tǒng),,,,,,,,,,,,,高速串行口,TDCS 發(fā)展前景,第四部分,TDCS 發(fā)展前景,開發(fā)拓展功能 防錯辦系統(tǒng) 緊跟蹤報警 旅客向導系統(tǒng) 適應不同的需求 適應高速城際鐵路 適應客運專線 向CTC邁進,TDCS拓展功能 – 防錯辦系統(tǒng),需求的提出 在多方向車站，需防止列車發(fā)車進路往錯誤的方向辦理 對電力、超限等列車，需防止列車接車進路辦往不能接車的線路 系統(tǒng)功能與實現原理 TDCS系統(tǒng)以階段計劃為依據，對系統(tǒng)中當前的列車進路判斷其合理性 當發(fā)現不合理的進路時，及時進行語音報警,TDCS拓展功能 – 緊跟蹤報警,需求的提出 防止列車區(qū)間追尾事故 系統(tǒng)功能 檢查區(qū)間中列車運行追蹤情況 發(fā)現列車緊跟蹤時（相鄰的兩個區(qū)間被同方向不同的列車占用），立即以語音與圖示等方式進行報警,TDCS拓展功能 – 旅客向導系統(tǒng),需求的提出 發(fā)揮TDCS系統(tǒng)的信息優(yōu)勢，為旅客提供更直觀的向導系統(tǒng) 系統(tǒng)功能 為旅客提供列車運行位置信息 為旅客提供列車到達出發(fā)時間的信息 為旅客提供列車接入股道和站臺信息,謝謝大家！,