岳朝鵬

(1.北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 100070；2.北京市高速鐵路運(yùn)行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070)

1 編制背景

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)是保障列車安全運(yùn)行，提高運(yùn)輸效率的重要行車裝備。作為中國列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（CTCS）重要組成部分的 CTCS-3 級列控系統(tǒng)，是國內(nèi)在掌握 CTCS-2 級列控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過進(jìn)一步提升技術(shù)，構(gòu)建的高速列車運(yùn)行控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系和技術(shù)平臺，可適用于300 km/h 以上高速鐵路，是國內(nèi)目前使用等級最高的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)工作原理為：基于 GSM-R 無線通信實現(xiàn)車地信息雙向傳輸，無線閉塞中心（RBC）生成行車許可，軌道電路實現(xiàn)列車占用檢查，應(yīng)答器實現(xiàn)列車定位，車載采用目標(biāo)—距離連續(xù)速度控制模式曲線、設(shè)備制動優(yōu)先的方式監(jiān)控列車安全運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)降級時可按CTCS-2 級功能運(yùn)行。

2007 年底，原鐵道部成立了C3 技術(shù)攻關(guān)組，依托武廣和鄭西等高速鐵路建設(shè)項目，組織開展CTCS-3 級列控系統(tǒng)的攻關(guān)研究工作，集中全路主要技術(shù)力量，對總體方案搭建、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)評估等內(nèi)容展開了深入研究。2008 年9 月，首次發(fā)布了《CTCS-3 級列控系統(tǒng)總體技術(shù)方案》[3]規(guī)范性文件，該文件明確了在系統(tǒng)集成、列控車載設(shè)備、地面RBC 軟硬件技術(shù)、安全通信技術(shù)以及系統(tǒng)仿真和測試技術(shù)等5 個方面的技術(shù)要求，提出了CTCS-3 級列控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)體系，是指導(dǎo)CTCS-3級列控系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)、測試及系統(tǒng)評估工作的重要參考文獻(xiàn)。2009 年 12 月 26 日，武廣客專成為首條按此標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)開通運(yùn)營的線路。后續(xù)隨著國內(nèi)高鐵建設(shè)的全面鋪開和高鐵列控系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，出現(xiàn)了以京滬高鐵為代表的長大干線鐵路、以哈大客專為代表的高寒鐵路、以及以杭州、武漢等為代表的樞紐多區(qū)域貫通線路等各類高難度鐵路建設(shè)和運(yùn)營領(lǐng)域條件下的列控應(yīng)用場景。此時，既有的標(biāo)準(zhǔn)體系已經(jīng)較難適應(yīng)此類場景，需要不斷創(chuàng)新完善。文獻(xiàn)[1]中對國內(nèi)CTCS 標(biāo)準(zhǔn)體系在2013 年底前的發(fā)展過程做了較為詳細(xì)的描述，提出制定完整的CTCS 標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)劃，建立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系長期發(fā)展的組織保障等建議，以推進(jìn)CTCS 標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)。與此同時，習(xí)近平主席在2013 年9 月、10 月先后出訪中亞四國和印尼時提出了“一帶一路”的戰(zhàn)略構(gòu)想，隨之吹響了中國高鐵“走出去”的號角，由國內(nèi)承建的海外鐵路項目開始逐年增加。

在這些國內(nèi)外高鐵建設(shè)的背后，需要一套成熟、先進(jìn)、有自主知識產(chǎn)權(quán)的CTCS 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系作為重要技術(shù)支撐。為此，2013 年12 月，中國鐵路總公司(簡稱鐵總)發(fā)布《中國鐵路總公司2013 年技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)項目計劃》（鐵總科技函[2013]1072 號），計劃制定《CTCS-3 級列控系統(tǒng)總體技術(shù)方案》（項目號13CR036）。然而，當(dāng)時尚存在一些不利因素，在一定程度上影響了本標(biāo)準(zhǔn)的編制工作，如：既有CTCS-3 級列控系統(tǒng)核心設(shè)備尚采用國外引進(jìn)技術(shù)，部分核心器件、核心技術(shù)、外圍支持不在技術(shù)轉(zhuǎn)讓范圍內(nèi)，造成在部分特定應(yīng)用中，其擴(kuò)展性和適用性受限；此外，考慮市場競爭需要，引入了不同廠家研制的設(shè)備，雖然各廠商在與控車相關(guān)的功能上大致相同，基本能滿足互聯(lián)互通需求，但具體實現(xiàn)方式多樣，實現(xiàn)細(xì)節(jié)仍存在一些差異。這些因素都不利于國內(nèi)高速鐵路技術(shù)的發(fā)展和“走出去”戰(zhàn)略的實施。

為解決上述問題，2014 年，鐵總組織啟動了CTCS-3 級列控系統(tǒng)設(shè)備自主化技術(shù)研究的重點課題，支持國內(nèi)各廠商開展自主化 CTCS-3 級列控系統(tǒng)的研發(fā)。同時，考慮到本標(biāo)準(zhǔn)是CTCS 標(biāo)準(zhǔn)體系的一項頂層設(shè)計規(guī)范，屬于涉及面廣泛的系統(tǒng)級方案，需要結(jié)合工程實踐及各子系統(tǒng)裝備的自主化發(fā)展成熟度來對標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行不斷地優(yōu)化完善。為保證標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量，直至2016 年在大西客專完成自主化 CTCS-3 級列控系統(tǒng)現(xiàn)場試驗，具備制定本標(biāo)準(zhǔn)的成熟條件后，編制組通過總結(jié)既有國產(chǎn)化設(shè)備工程應(yīng)用和自主化設(shè)備簡統(tǒng)化創(chuàng)新的兩方面經(jīng)驗基礎(chǔ)上，于2017 年底完成本標(biāo)準(zhǔn)報批稿編制工作。2018 年5 月，在京沈綜合試驗段再次對自主化CTCS-3 級列控系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場補(bǔ)充試驗，以重點檢驗大西線上未能驗證的長時間持續(xù)高速運(yùn)行、多車追蹤及互連互通等技術(shù)的成熟性。在本次驗證過程中，系統(tǒng)安全可靠，隨后于2018 年11 月，由鐵總批準(zhǔn)發(fā)布了本標(biāo)準(zhǔn)，最終形成《CTCS-3 級列控系統(tǒng)總體技術(shù)規(guī)范》(QCR661-2018)。該標(biāo)準(zhǔn)用于指導(dǎo) CTCS-3 級列控系統(tǒng)設(shè)計及運(yùn)用，成為 CTCS-3 級列控系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的重要組成部分。

2 主要技術(shù)內(nèi)容

標(biāo)準(zhǔn)(QCR661-2018)規(guī)定CTCS-3 級列控系統(tǒng)術(shù)語和定義、總體需求、技術(shù)要求、車載設(shè)備工作模式定義與轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)運(yùn)營場景、系統(tǒng)接口要求和系統(tǒng)性能要求。相比原規(guī)范文件[3]，在形式上，本標(biāo)準(zhǔn)遵從GB/T1.1-2009 標(biāo)準(zhǔn)要求編制，文件條款更加簡潔明了；在內(nèi)容上，經(jīng)體系規(guī)劃梳理后，本標(biāo)準(zhǔn)定位更加明確，專注于引領(lǐng)CTCS-3 級列控系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計上，故所規(guī)定的內(nèi)容有所縮小，刪除了有關(guān)系統(tǒng)評估、標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)劃等管理性過程內(nèi)容，將純CTCS-2 級相關(guān)的技術(shù)內(nèi)容改納入《CTCS-2 級總體技術(shù)規(guī)范》，將偏向工程設(shè)計的內(nèi)容改納入《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》；在層次上，本標(biāo)準(zhǔn)屬于上層規(guī)范，故文件條款選擇概括性強(qiáng)、邊界性廣的內(nèi)容，將設(shè)備級的技術(shù)細(xì)節(jié)要求改納入相關(guān)設(shè)備產(chǎn)品的二級規(guī)范內(nèi)。

除上述規(guī)定范圍的差異外，著重解讀新標(biāo)準(zhǔn)相對原規(guī)范的主要技術(shù)變更點如下。

1）新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“CTCS-3 級列控系統(tǒng)應(yīng)滿足最高允許速度不低于350 km/h 的需求?！?2017 年6 月25 日，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的中國標(biāo)準(zhǔn)動車組“復(fù)興號”在京滬高鐵首發(fā)，試驗速度可達(dá)400 km/h 及以上，因而對信號系統(tǒng)及線路等各專業(yè)提出適應(yīng)性分析及運(yùn)用需求。文獻(xiàn)[9]對此分析給出“列車運(yùn)行速度提升至400 km/h 后，信號專業(yè)的 CTCS-3 級列控系統(tǒng)總體上能夠適應(yīng)相關(guān)運(yùn)營需求” 的結(jié)論。但現(xiàn)階段按400 km/h 及以上設(shè)計建造和運(yùn)營維護(hù)的成本較高，性價比低，尚未推廣應(yīng)用，故標(biāo)準(zhǔn)暫規(guī)定為不低于350 km/h。此外，考慮到實際列車追蹤間隔能力是受線路坡道、限速、站場布局、動車組運(yùn)行參數(shù)、停站時間及列車運(yùn)行計劃組織等多專業(yè)多因素綜合影響，而不是列控系統(tǒng)單一因素決定的，故刪除了原規(guī)范中“最小追蹤間隔3 min”的說法，改由具體工程設(shè)計實現(xiàn)相應(yīng)線路所需的追蹤間隔目標(biāo)。

2)新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“CTCS-3 級列控系統(tǒng)應(yīng)具備CTCS-2 級功能?！?考慮到國內(nèi)鐵路運(yùn)輸?shù)膹?fù)雜運(yùn)營需求及場景，CTCS 系統(tǒng)在設(shè)計之初就將具備跨線運(yùn)行及降級運(yùn)行能力作為系統(tǒng)重要技術(shù)原則之一。故最初在構(gòu)建CTCS-3 級列控系統(tǒng)時，就考慮到GSM-R 無線通信不穩(wěn)定會對緊追蹤的列車運(yùn)行秩序影響較大，所以需要能夠降級為CTCS-2 級后備系統(tǒng)來保障運(yùn)行效率。后來結(jié)合實際運(yùn)用中存在因無線通信超時造成不能及時更新行車許可的安全問題，以及車地?zé)o線通信基于開放式信息傳輸所引入的潛在信息安全和網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險等，在新標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定“CTCS-3 級列控系統(tǒng)應(yīng)考慮對網(wǎng)絡(luò)攻擊的防護(hù)措施，以保證系統(tǒng)信息安全?！币虼?，對CTCS-3 級系統(tǒng)頂層設(shè)計做出重大變更，將CTCS-2 級列控系統(tǒng)功能作為CTCS-3 級列控系統(tǒng)的一個重要組成部分，不再是獨(dú)立的后備系統(tǒng)。由此，通過充分整合既有資源，在未增加任何設(shè)備投資基礎(chǔ)上，加強(qiáng)了CTCS-3 對CTCS-2 系統(tǒng)的深度集成，并基于兩者間列控信息融合產(chǎn)生了多項自主創(chuàng)新技術(shù)，進(jìn)一步提升了列控系統(tǒng)安全性和行車效率。

3）新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“車載設(shè)備應(yīng)具備RBC 發(fā)送的行車許可與軌道電路信息相結(jié)合的功能?！边@是C3與C2 信息融合創(chuàng)新的一項重要技術(shù)措施，通過對兩種不同形式的行車許可進(jìn)行安全比較，進(jìn)一步提高系統(tǒng)安全性，同時因C2 軌道電路信息是經(jīng)由軌旁電纜、鋼軌傳輸?shù)?，屬于專用信息網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，進(jìn)一步加強(qiáng)列控的信息安全保障。該措施在正常追蹤運(yùn)行情況（L5、L4 及側(cè)向碼）下，仍直接使用C3 下行車許可來保障高速運(yùn)行；在列車降速接近行車許可終點情況下（L3、L2、L、LU、U、HU碼），則須與C2 行車許可校核后取安全側(cè)來雙重保障列車不會越過危險點；若發(fā)生緊急停車或列車冒進(jìn)情況（H 碼或HU 掉碼）下，則即使C3 車地?zé)o線通信故障，也可通過C2 行車許可觸發(fā)C3 車載立即制動。有關(guān)該方案的詳細(xì)說明可參見《CTCS-3級ATP 行車許可結(jié)合軌道電路信息暫行技術(shù)條件》（鐵總工電[2018]18 號）文件。

4）新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“當(dāng)收到RBC 發(fā)送的TAF 請求時，車載設(shè)備應(yīng)能根據(jù)TCR 接收到的地面信息進(jìn)行TAF 自動確認(rèn)或提示司機(jī)進(jìn)行人工確認(rèn)?！边@是C3 與C2 信息融合創(chuàng)新的第二項重要技術(shù)措施，通過在區(qū)段末端有限范圍（即TAF 窗口）內(nèi)結(jié)合當(dāng)前C2 發(fā)碼許可信息自動觸發(fā)TAF 交互確認(rèn)機(jī)制，以提高系統(tǒng)安全性和自動化程度。該措施主要用于RBC 向處于目視行車或引導(dǎo)模式的車載設(shè)備首次發(fā)送完全監(jiān)控模式下的行車許可（MA）或引導(dǎo)授權(quán)延伸時，須先確認(rèn)列車車頭至MA 終點全部空閑，但目前RBC 僅能通過聯(lián)鎖獲知列車前方閉塞分區(qū)的空閑狀態(tài)，卻無法獲知列車當(dāng)前占用區(qū)段內(nèi)車頭前方至區(qū)段終點之間是否空閑，故向車載設(shè)備發(fā)送TAF 請求消息。車載設(shè)備接收到TAF 請求消息且列車前端進(jìn)入TAF 窗口，則使用TCR 的允許信息自動向RBC 回復(fù)TAF 確認(rèn)信息，完成車頭前方區(qū)域空閑的確認(rèn)。若TCR 未收到允許信息時，則在DMI 上顯示TAF 請求信息，由司機(jī)人工確認(rèn)后向RBC 回復(fù)TAF 確認(rèn)信息。新標(biāo)準(zhǔn)還在行車許可運(yùn)營場景中重點展示了基于該機(jī)制的典型應(yīng)用示例。

5）原規(guī)范在C3 系統(tǒng)設(shè)計之初就已提出了不停車等級切換的自主創(chuàng)新方案，并獲得顯著效益。但后來經(jīng)廠家內(nèi)部安全排查分析，發(fā)現(xiàn)RBC 邊界的軌道占用信息在不利條件下，要經(jīng)由若干TCC 和CBI 依次轉(zhuǎn)發(fā)后才能到達(dá)RBC 處，造成多環(huán)節(jié)傳輸累積延遲而出現(xiàn)“飛車”的情況下，從而導(dǎo)致RBC會出現(xiàn)短時錯誤延長MA 的問題。為規(guī)避這一風(fēng)險，在新標(biāo)準(zhǔn)中補(bǔ)充規(guī)定了當(dāng)?shù)燃夀D(zhuǎn)換執(zhí)行點列車運(yùn)行前方第一個閉塞分區(qū)由空閑狀態(tài)變成占用狀態(tài)時，RBC 開始計時并根據(jù)計時結(jié)果和列車位置報告的關(guān)系進(jìn)行相應(yīng)安全操作。

除上述主要技術(shù)變更外，在C3 系統(tǒng)運(yùn)營場景方面，新標(biāo)準(zhǔn)相對原規(guī)范也做了一些其他重要修改。

新標(biāo)準(zhǔn)中刪除了原規(guī)范中的“重聯(lián)與摘解”場景。一方面，現(xiàn)高速鐵路已成為旅客出行首選的交通工具，深受人們所喜愛，重聯(lián)車組已難以滿足高鐵客流的持續(xù)增長需要，超長版“復(fù)興號”應(yīng)運(yùn)而生，故對重聯(lián)車組的摘解已成為非主流運(yùn)營場景；另一方面，重聯(lián)與摘解場景主要通過調(diào)車作業(yè)完成，本質(zhì)上也是調(diào)車運(yùn)行場景。

新標(biāo)準(zhǔn)中簡化了原規(guī)范中的“臨時限速”場景，僅側(cè)重從車地一體化設(shè)計角度上展示臨時限速的應(yīng)用特征，而將有關(guān)臨時限速設(shè)置流程及設(shè)置規(guī)則納入《列控系統(tǒng)臨時限速技術(shù)規(guī)范》中。安全靈活的臨時限速設(shè)置技術(shù)也是國內(nèi)列控系統(tǒng)獨(dú)創(chuàng)的一項重要技術(shù)解決方案，采用臨時限速服務(wù)器實現(xiàn)臨時限速命令的集中管理?，F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)與原規(guī)范不同的是，將臨時限速操作終端與CTC 終端合并，便于調(diào)度員操作顯示。

3 結(jié)語

標(biāo)準(zhǔn)（QCR661-2018）源于對國內(nèi)CTCS-3 級列控系統(tǒng)成熟運(yùn)用多年的實踐經(jīng)驗和自主創(chuàng)新的總結(jié)，服務(wù)于國內(nèi)高速鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)“走出去”的戰(zhàn)略需要。QCR661-2018 的發(fā)布與實施，向世界高速鐵路行業(yè)展示了一套具有技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、獨(dú)立自主的中國高速鐵路列控技術(shù)體系。

與ETCS 系統(tǒng)體系相比，在標(biāo)準(zhǔn)化程度上，CTCS-3 級列控系統(tǒng)所提供的方案更加完整、更加具體、更加簡統(tǒng)化，不僅包括列控車載地面核心設(shè)備，還涵蓋了所有相關(guān)的外圍設(shè)備接口及應(yīng)用要求；在技術(shù)水平上，CTCS-3 級列控系統(tǒng)創(chuàng)新了基于TCR 信息的自動TAF 確認(rèn)和行車許可比較、不停車等級切換、不停車降級運(yùn)行、自動過分相及安全靈活限速設(shè)置等先進(jìn)技術(shù)，極大提高了系統(tǒng)安全性和自動化程度，為現(xiàn)有世界最高350 km/h 運(yùn)營線路提供了安全高效運(yùn)輸?shù)目煽拷鉀Q方案。

后續(xù)隨著智能京張高鐵的建設(shè)推進(jìn)，國內(nèi)將建成世界上第一條智能化高速鐵路，率先實現(xiàn)高速鐵路自動駕駛、北斗定位、信息安全、智能運(yùn)維等先進(jìn)控制技術(shù)，進(jìn)一步提升列控系統(tǒng)的自動化、信息化程度。因而，隨著國內(nèi)高速鐵路建設(shè)的不斷推進(jìn)，CTCS-3 級列控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范仍然需要不斷跟進(jìn)完善和補(bǔ)充。