傅世善

（北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司，北京 100073）

自武廣350 km/h的高速鐵路順利開通，以無線通信為車地信息傳輸系統(tǒng)的中國列車運行控制系統(tǒng)CTCS-3得以成功運用。

其實尋找高速鐵路及中國列車運行控制系統(tǒng)（簡稱列控系統(tǒng)）之路是漫長的，本人有幸走過高速鐵路列控系統(tǒng)前期探索之路，但沒能繼續(xù)走完實施之路。本文回憶了列控系統(tǒng)前期探索之路，個人的回憶難免有局限性，希望從中總結(jié)出認(rèn)識是如何提高的，觀念是如何轉(zhuǎn)變的，原則是如何確定的。

1 早期的探索

列控系統(tǒng)是鐵路信號行業(yè)一直追求的系統(tǒng)，自開始提速以來，信號規(guī)范就已寫上120 km/h以上的鐵路應(yīng)裝備列車運行控制系統(tǒng)，只是在鐵路提速階段來不及裝備。

中國的列控系統(tǒng)是沿著自動停車、列車速度監(jiān)督、超速防護(hù)、列車運行控制系統(tǒng)的路發(fā)展的，從點式、點連式、接近式到連續(xù)式，從固定閉塞到準(zhǔn)移動閉塞，從分級速度控制到一次模式曲線連續(xù)控制，從點式、軌道電路到無線傳輸……經(jīng)歷了多次的研發(fā)、試驗和引進(jìn)。其實尋找CTCS-2和CTCS-3之路還是漫長的，是經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。

北京全路通信信號研究設(shè)計院（以下簡稱通號院）在1965年，為完成北京地鐵一號線的通信信號工程，組建專門從事地鐵通信信號研究與設(shè)計的650設(shè)計科，那時就有列控組，從事地鐵的列控系統(tǒng)的研究與設(shè)計。

早期的列控系統(tǒng)是從列車速度監(jiān)督開始的，1985年在雙頻點式機(jī)車信號的基礎(chǔ)上研究了點式列車速度監(jiān)督設(shè)備，在膠濟(jì)、黔桂、蘭新線試驗過；1987年在三顯示自動閉塞基礎(chǔ)上研究了階梯式列車速度監(jiān)督設(shè)備，在山海關(guān)試驗過；1988年在交流計數(shù)機(jī)車信號基礎(chǔ)上研究了列車運行記錄裝置，在馬角壩試驗過。

1993年鐵道部從瑞典ABB公司引進(jìn)EBICAB-900型列車超速防護(hù)系統(tǒng)，1995年在川黔線試驗成功，此時已將應(yīng)答器與連續(xù)式機(jī)車信號結(jié)合，構(gòu)成點連式列車超速防護(hù)系統(tǒng)。

早期的列控系統(tǒng)之所以不成功，主要原因有以下2點。其一，早期的列控系統(tǒng)基于機(jī)車信號，由于安全性和可靠性不理想，當(dāng)時的機(jī)車信號始終末能成為主體信號，基礎(chǔ)不牢靠，列控系統(tǒng)也不可能穩(wěn)定，全路進(jìn)行ZPW-2000自動閉塞改造和統(tǒng)一機(jī)車信號低頻信息碼是列控系統(tǒng)成功的基礎(chǔ)之一；其二，由于機(jī)車信號只有少量信息，早期的列控系統(tǒng)只能采用固定閉塞方式，機(jī)車信號不穩(wěn)定，就導(dǎo)致閃白燈或制動，司機(jī)不滿意，所以CTCS-2級和CTCS-3級列控系統(tǒng)都采用準(zhǔn)移動閉塞方式。

2 提速是高速的基礎(chǔ)

1994年竣工的廣深準(zhǔn)高速鐵路，采用了引進(jìn)的UM 71/TVM 300系統(tǒng)，這是階梯式的列車超速防護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)時稱其為四顯示自動閉塞，這是針對地面信號而言，實際上機(jī)車信號是按多信息自動閉塞設(shè)計的，除正常的綠、綠黃、黃、紅四顯示外，機(jī)車信號還有綠1、綠2、綠3之分，這就為以后速度從160 km/h提高到200 km/h鋪墊了條件。

鐵科院自行開發(fā)的列車運行控制系統(tǒng)ZLSK和LSK系統(tǒng)也在廣深線投入運營。

1995年6月鐵道部決定在既有干線“提速”，“九五”期間，鐵路實現(xiàn)了3次較大范圍的提速，“十五”期間進(jìn)行了第4、5兩次提速，2007年6月18日鐵路實施了第6次大提速。

鐵路提速需要技術(shù)支撐，涉及多工種多專業(yè)，鐵路提速對鐵路信號也提出了更高的要求。在6次鐵路提速中，從鐵路信號技術(shù)的角度最重要幾次如下。

第1次提速，沖擊了鐵路信號的傳統(tǒng)概念，快速客車最高速度沖破了120 km/h的界線，推動鐵路信號向速差式信號顯示和四顯示自動閉塞發(fā)展，加速了機(jī)車信號主體化的進(jìn)程。

第2次提速，速度達(dá)到160 km/h，形成了一個標(biāo)準(zhǔn)速度等級，是鐵路信號的一個重要里程碑，列車最高速度超過160 km/h的鐵路區(qū)段，必須采用列車運行控制系統(tǒng)，以車載信號顯示為主，實現(xiàn)列車超速防護(hù)。

第6次提速，速度達(dá)到200 km/h，中國鐵路列車運行控制系統(tǒng)CTCS-2開始亮相。這對鐵路信號來說是一個重要的里程碑，它標(biāo)志著鐵路信號重要裝備水平開始進(jìn)入世界先進(jìn)行列。

通過提速，鐵路信號基礎(chǔ)水平提高了：全路進(jìn)行ZPW-2000四顯示自動閉塞改造；全路統(tǒng)一機(jī)車信號低頻信息碼；全路建成鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)（TDCS）。

列車速度提高到160 km/h及以下，信號顯示制度向速差式發(fā)展；列車速度提高到160 km/h以上，以車載信號顯示為主，列車運行控制系統(tǒng)采用目標(biāo)-距離方式，車載信號提供了連續(xù)的速度顯示，固定閉塞向準(zhǔn)移動閉塞發(fā)展。

以車載信號顯示為主，采用目標(biāo)-距離方式，這是列車運行控制系統(tǒng)成功的選擇。

3 高速鐵路信號的前期研究

1990年在“四部一委”組織的《京滬高速鐵路前期研究》中明確提出：隨著列車速度的提高，采用以地面信號機(jī)為主的自動閉塞已經(jīng)不能滿足高速列車運行安全，應(yīng)以車載速度信號作為行車憑證。

1991年通號院開始參加京滬高速鐵路的通信信號、綜合調(diào)度及信息化的前期研究和設(shè)計。1992年完成《京滬高速鐵路信號專題可行性報告》，1993年深化了可行性報告。1995年前有3家研究單位分別做了大量分析研究工作，各自提出了總體方案報告，未能形成統(tǒng)一文件。

1995年“高速辦”成立，年底主持了方案論證會，會議建議由通號院牽頭三單位組成總體組并統(tǒng)一了對京滬高速鐵路列控系統(tǒng)的意見：采用基于數(shù)字編碼軌道電路傳輸、一次制動模式的列控系統(tǒng)，首次提出中國鐵路列車運行控制系統(tǒng)CTCS的概念。1996年完成了《京滬高速鐵路預(yù)可行性研究報告》（征求意見稿）。1997年完成《京滬高速鐵路初步設(shè)計》。從1991—2003年國家級及部級科研項目有關(guān)通信信號的達(dá)上百多項，通號院開展的國家級及部級科研項目就達(dá)60多項。

1997年通號院與法國CSEE公司就TVM 430系統(tǒng)能否實現(xiàn)一次制動模式進(jìn)行了合作研究，結(jié)論基本可行，但受信息量不足的影響，只能實現(xiàn)簡單的一次模式。1998年，鐵科院與日本合作，將日本提供的數(shù)字A TC在環(huán)行道上試驗，結(jié)論可行，但采用自然衰耗方式的無絕緣軌道電路，模糊區(qū)較長（日本實際使用的仍采用有絕緣數(shù)字編碼方式）。

2000年，秦沈客運專線的建設(shè)為高速、客運專線列控系統(tǒng)的建設(shè)積累了寶貴經(jīng)驗。鐵道部慎重決策，選定了以SEI/TVM 430系統(tǒng)為核心的信號綜合系統(tǒng)方案，2003年10月完成系統(tǒng)調(diào)試開通。

歐洲鐵路網(wǎng)為了保證互通運營，歐盟組織編制的系統(tǒng)性的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)ERTM S/ETCS于1999年發(fā)布，規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了系統(tǒng)與子系統(tǒng)的功能與技術(shù)要求。其中ETCS系統(tǒng)就是完成列車運行控制系統(tǒng)。

采用國際標(biāo)準(zhǔn)，吸納國際技術(shù)發(fā)展成果，可以免受個別國外公司制約。鐵道部組織編制中國鐵路列車運行控制系統(tǒng)（CTCS）規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。

CTCS系統(tǒng)的形成是經(jīng)過部內(nèi)多次論證、試驗驗證逐步形成的，是根據(jù)中國既有設(shè)備狀況、技術(shù)政策，參照歐州ETCS的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、思路提出的。它的發(fā)布對中國鐵路信號技術(shù)的發(fā)展起著重要的作用。

2002年12月，在中國召開的U IC國際大會上，鐵道部向世界宣布了發(fā)展中國列車運行控制系統(tǒng)（簡稱CTCS）的規(guī)劃，明確：CTCS-2級為既有200 km/h以下的線路采用的列控模式；CTCS-3級為基于GSM-R的超速防護(hù)系統(tǒng)設(shè)備主要用于高速鐵路。

2003年7月京滬高速預(yù)審前，出于對數(shù)字編碼軌道電路壟斷性的擔(dān)憂，列控主方案轉(zhuǎn)向CTCS-3級(相當(dāng)ETCS2級)方案。鐵道部決定采用基于GSM-R的無線列控系統(tǒng)，否定了基于數(shù)字軌道電路列控系統(tǒng)的技術(shù)路線。

又考慮到當(dāng)時基于無線的高速列控系統(tǒng)還沒有開通應(yīng)用的先例，于是提出了CTCS-2作為兼用和備用的設(shè)計方案，即所謂CTCS-3+CTCS-2的雙標(biāo)設(shè)計方案。據(jù)此完成了《京滬高速鐵路工程通信信號、綜合調(diào)度及信息化可行性研究》，確定了京滬高速的列控系統(tǒng)設(shè)計方案：列車運行控制系統(tǒng)采用CTCS-3+CTCS-2雙重系統(tǒng)，高速動車組在高速線正常情況下采用基于無線傳輸?shù)腃TCS-3（ETCS2）列控系統(tǒng)，下高速線和后備模式采用CTCS-2列控系統(tǒng)；跨線動車組上高速線運行時采用CTCS-2列控系統(tǒng)。

CTCS-2+ETCS2（CTCS-3）應(yīng)當(dāng)說是成功的工程設(shè)計方案，當(dāng)時ETCS2在歐洲試驗段的進(jìn)度再推遲，而CTCS-2提速鐵路上已成功運用，CTCS-3作為主用系統(tǒng)代表了技術(shù)方向，CTCS-2作為兼用和備用系統(tǒng)是確保工程成功的法寶，既成功解決了與既有提速鐵路動車組互聯(lián)互通的難題，達(dá)到兼用的目的，又能作為CTCS-3的降級備用系統(tǒng)，也能防備萬一CTCS-3不能同時開通的風(fēng)險。

2004年客運專線設(shè)計的全面啟動，設(shè)計方案延續(xù)京滬高速的思路按CTCS-2+ETCS2考慮。

基于軌道電路和點式設(shè)備構(gòu)成的列控系統(tǒng)是成熟技術(shù)的組合，但畢竟也沒有應(yīng)用先例，2004年初，鐵道部決定在鐵科院環(huán)行線進(jìn)行CTCS-2和ETCS-2的相關(guān)試驗。主要試驗工程內(nèi)容：CTCS-2級列控系統(tǒng)的主要功能和可用性試驗；GSM-R作為列控系統(tǒng)傳輸平臺的主要功能及適用、可靠性試驗； ETCS2級列控系統(tǒng)的主要功能和可用性試驗； ETCS2級與CTCS-2級兼容試驗。

2005年初，既有線CTCS-2車載設(shè)備招標(biāo)，以市場換技術(shù)，通過引進(jìn)國內(nèi)能夠掌握關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)行自我研發(fā)。

CTCS-2系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用于第6次提速工程（200 km/h），包括京廣線、京滬線等。至今CTCS-2系統(tǒng)已經(jīng)成為我國鐵路主要的列控系統(tǒng)之一。

CTCS-2系統(tǒng)與ETCS2系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范是基本相同的，它們僅在運行許可傳輸媒介上存在著不同，CTCS-2采用軌道電路+查詢應(yīng)答器，ETCS2采用GSM-R無線數(shù)字移動通信網(wǎng)絡(luò)，這使兩系統(tǒng)模式在同一系統(tǒng)設(shè)備、同一線路上共同使用成為可能。

ETCS2的無線閉塞中心根據(jù)列車對線路軌道的占用、進(jìn)路及限速等信息的處理，產(chǎn)生運行許可信息，信息按兩系統(tǒng)各自的通信協(xié)議進(jìn)行編碼處理后分別通過GSM-R和軌道電路+查詢應(yīng)答器送到高速線上，裝置ETCS2系統(tǒng)的列車通過GSM-R進(jìn)行接收，其他列車則通過軌道電路+查詢應(yīng)答器進(jìn)行接收。接受運行許可后兩系統(tǒng)列控車載設(shè)備所做的A TP超速防護(hù)監(jiān)控工作是完全相同，從而實現(xiàn)了兩個裝置不同A TP系統(tǒng)的列車在高速線上共線運行。

結(jié)合武廣350 km/h高速鐵路的建設(shè)，貫徹引進(jìn)、消化、創(chuàng)新、研究的技術(shù)路線，終于形成了中國列車運行控制系統(tǒng)CTCS-3，CTCS-3直接融合了CTCS-2，功能相當(dāng)于ETCS2+CTCS-2。

中國鐵路有了高端列車運行控制系統(tǒng)CTCS-3，鐵路信號重要裝備水平開始進(jìn)入了世界先進(jìn)行列。在CTCS-3實施過程中有很多艱難、研究和創(chuàng)新。

京津城際高速是例外，限于奧運會獻(xiàn)禮，當(dāng)時成熟、有把握的唯有ETCS1，所以采用了CTCS-2+ETCS1并預(yù)留了ETCS2方案。