精確列車控制系統(tǒng)（PTC）和既有列車控制系統(tǒng)

對于當(dāng)前的信號基礎(chǔ)設(shè)施，我們投入了大量的血汗、淚水、經(jīng)歷和智慧，這些都是豐富的資源。這些寶貴的投入使得我們今天位于北美的各個全國鐵路網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行非常安全，但是我們?nèi)〉媒裉斐煽兊牡缆凡⒎翘雇尽?/p>

20世紀(jì)初，鐵路公司安裝新型聯(lián)鎖和自動信號系統(tǒng)，以便應(yīng)對19世紀(jì)80和90年代運(yùn)量、運(yùn)行速度和事故的持續(xù)快速增長。這些系統(tǒng)具有效果。但是，隨著安裝這些系統(tǒng)的線路里程增長，不安全故障開始暴露出來。已經(jīng)開始相信按照信號顯示行車這個新的概念的列車司機(jī)需要性能更好的系統(tǒng)這個問題變得日益突出。

到了1907年，鐵路公司每年會遇到幾百起列車錯誤前進(jìn)的故障。同年，列車乘客死亡人數(shù)達(dá)到一個峰值。當(dāng)時，鐵路信號工程成為了一個新的學(xué)科，開始真正解決這個問題。服務(wù)大紐約地區(qū)的21家鐵路公司的信號專家開始定期會面，審視每起導(dǎo)致列車錯誤前進(jìn)的信號故障，以便采取糾正措施。到了1914年，這些專家的努力取得了回報。隨著這些系統(tǒng)的性能變得更好，安裝這些系統(tǒng)的線路里程大幅增長，乘客死亡人數(shù)繼1907年開始小幅減少后，開始以更大幅度減少。

信號專家此后繼續(xù)這個過程直至今日。過去30多年取得了更多的突破，使得人們不再使用有縫鋼軌和鋼軌連接線，采用數(shù)字技術(shù)取代電纜技術(shù)，使用微處理器取代繼電器。這個變化使得安全性繼續(xù)提高，可靠性大幅增強(qiáng)，我們當(dāng)前的信號系統(tǒng)成本也隨之下降。

但是， 由于缺失集體記憶，人們規(guī)劃改造工作的時候，這個非常寶貴的最新資源往往不被重視，甚至作為過時資源被忽視。這點在很大程度上體現(xiàn)在驅(qū)動人們有關(guān)精確列車控制系統(tǒng)（PTC）思考的夸張宣傳中。

如果你不能以史為鑒，就會重蹈覆轍，就像之前那樣尋找寄予厚望的新技術(shù)。

盡管信號工程師不斷消除信號故障，1970年開始制定有關(guān)今天仍然繼續(xù)進(jìn)行的、持續(xù)改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)，但美國洲際商務(wù)委員會和媒體卻在失去信心。雖然每乘客.英里死亡人數(shù)在不斷減少，但是在出現(xiàn)罕見慘烈的列車相撞事故之后，導(dǎo)致1922年出臺了要求從事客運(yùn)的49個鐵路公司安裝ATC或者ATS的命令。二戰(zhàn)之后，1947年出臺了要求運(yùn)行速度達(dá)到或者超過80 mile/h的鐵路使用ATC或者ATS的法令。這兩個系統(tǒng)得到了持續(xù)發(fā)展，一個是點式感應(yīng)ATS，一個是連續(xù)編碼ATC。

現(xiàn)在人們像之前那樣尋求的被寄予厚望的新技術(shù)就是PTC。人們從未認(rèn)識到美國的列車司機(jī)按照信號顯示行車的程度很高這個因素。隨著我們在逐漸接近完美的過程中，不斷增加對于PTC的投資，我們何時才能意識到逐漸接近完美的過程可能毀滅我們現(xiàn)有的一切，但是我們永遠(yuǎn)不能達(dá)到完美？

在信號領(lǐng)域的歷史中，往往被忽視的另外一個方面是安全這個概念，這個概念通過應(yīng)用調(diào)度集中系統(tǒng)（CTC）得到了清楚地證明。1928年，首個編碼CTC投入應(yīng)用。在這個CTC系統(tǒng)中，位置信息、道岔和信號機(jī)控制命令和顯示信息通過編碼在地面設(shè)備和中心設(shè)備間傳輸。這種數(shù)據(jù)傳輸之后發(fā)展成了高速數(shù)據(jù)傳輸，才使得今天的控制中心技術(shù)成為可能。

使得這項突破成為可能的是區(qū)分安全邏輯和非安全邏輯這個概念。也就是說區(qū)分成本較高的故障-安全的邏輯和并不直接影響列車運(yùn)行安全性、在成本較低的、同時可以可靠執(zhí)行的所有其他邏輯。

在控制中心，屏幕的數(shù)據(jù)通過非安全邏輯驅(qū)動。防護(hù)列車運(yùn)行故障-安全的安全邏輯應(yīng)用在現(xiàn)場受控地點和顯示地點上。監(jiān)測以及規(guī)劃列車運(yùn)行可以依靠非安全顯示，但是執(zhí)行安全功能無法依靠非安全顯示。

簡而言之，除了明顯的減輕責(zé)任的好處以外，安全這個概念的好處就是使得信號和列車控制系統(tǒng)在保持結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的同時，可以實現(xiàn)確保列車并不超過安全速度或者行車許可的終點這個基本目的。并不直接促進(jìn)實現(xiàn)這個基本目的的所有其他功能可以通過并不應(yīng)用安全邏輯的、更加經(jīng)濟(jì)、高效的方式得到實現(xiàn)。

PTC這個新型系統(tǒng)應(yīng)該試圖成為成功的商業(yè)案例，而這個人們普遍存在的想法可謂是代價高昂的神話。這個系統(tǒng)就像癌癥一樣擴(kuò)散到基礎(chǔ)架構(gòu)上，存在混合安全部分和非安全部分這個致命問題。如果PTC無法成為商業(yè)案例，我們?nèi)绾巫C明PTC結(jié)構(gòu)復(fù)雜的合理性？

我們當(dāng)前的信號基礎(chǔ)設(shè)施存在3條主線，就是持續(xù)的安全改進(jìn)、簡單并且有效的列車控制和區(qū)分安全和非安全這個概念。每條主線都促進(jìn)我們當(dāng)前的信號和列車控制基礎(chǔ)設(shè)施的安全性、可靠性和成本可接受性大幅提高。但是，這里存在一個問題：

在開發(fā)PTC的過程中，缺失有關(guān)這些年來信號工程師取得的重要集體記憶，代價高昂，導(dǎo)致以下3個領(lǐng)域存在重大問題：

*PTC成本太高，而且我們甚至尚未考慮未來因為沒有必要的復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的運(yùn)營和維護(hù)成本。但是，按照初步評估，PTC的未來故障產(chǎn)生的成本相比基于信號的列車控制系統(tǒng)并不太高。

*PTC需要的設(shè)計時間和安裝時間太長。比如，人們有意使得應(yīng)用在美國東北走廊上的ACSES保持結(jié)構(gòu)簡單，僅僅可以滿足安全需求。倘若這些基本原則被用于促成制定國家標(biāo)準(zhǔn)，情況又會怎樣？

*因為屈服政治壓力，違背我們之前很高的有關(guān)故障-安全設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的巨大危險變大。美國擁有安全、可靠的信號基礎(chǔ)設(shè)施，可以支持貨運(yùn)和客運(yùn)系統(tǒng)，具有滿足未來需求的能力。但是，有關(guān)PTC的國家標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)前并不提供作為安全系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)證的清晰路徑。

這個情況引出以下3個重大問題：

*歷史表明，如果列車司機(jī)在行車過程中錯過一個信號顯示的同時，用于按照這個信號顯示實施控制的任何系統(tǒng)存在給出錯誤空閑顯示的故障，列車司機(jī)可能因為本能將沒有看見的停車信號顯示解讀為空閑信號顯示。倘若存在結(jié)構(gòu)更加簡單的安全型PTC系統(tǒng)，向列車司機(jī)提供用于解讀以及控制安全型系統(tǒng)的非安全系統(tǒng)如何能夠提高安全性？

*在性能較高的鐵路線路上提供110 mile/h的城際客運(yùn)服務(wù)的需求不斷增長。但是，只有作為安全系統(tǒng)通過認(rèn)證的PTC系統(tǒng)可以支持速度超過90 mile/h的城際客運(yùn)服務(wù)。如何支持110 mile/h的城際乘客運(yùn)服務(wù)？

*鐵路行業(yè)面臨雖然看似不很明顯但是實際比較強(qiáng)大的走上運(yùn)營成本提高、安全性降低的道路的壓力。我們?nèi)绾巫C明全國存在這個消極趨勢的合理性？我們?yōu)楹蜗ＭC明這點？

好消息就是存在信號和列車控制領(lǐng)域的歷史，供PTC系統(tǒng)借鑒，以大大緩解各種不利因素。壞消息就是全國鐵路網(wǎng)絡(luò)有可能使用上沒有能充分借鑒我們鐵路領(lǐng)域歷史的PTC系統(tǒng)。

（北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司 劉旸摘譯自《Railway Age》2016年）