戴孔樂

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我國正處于經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的階段，鐵路作為運(yùn)輸人、物資的重要交通運(yùn)輸方式，在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中起到了重要作用。中國有句話叫做“要想富，先修路”，由此可見鐵路、公路的重要性[1]。目前，中國投入運(yùn)營的高速鐵路已達(dá)到6800多公里。中國已成為世界上高速鐵路系統(tǒng)技術(shù)最全、集成能力最強(qiáng)、運(yùn)營里程最長、運(yùn)行速度最高、在建規(guī)模最大的國家。隨著科技的進(jìn)步與生產(chǎn)生活的需要，我國高鐵經(jīng)歷了多次提速，隨之而來的是高鐵提速之后的安全問題。列控系統(tǒng)作為保障高鐵安全運(yùn)行的重要系統(tǒng)，起到保障高鐵安全與穩(wěn)定的作用，對于提高高鐵的整體運(yùn)行能力有著重要意義?？梢哉f列控系統(tǒng)是高鐵運(yùn)行的保障之一。

1 高速鐵路的優(yōu)勢

高速鐵路作為我國主要的運(yùn)輸方式之一，具有載客量高、耗時少、安全性高、正點率高、舒適方便、能耗低等優(yōu)點。由于高速鐵路不會發(fā)生堵車等情況，因此高速鐵路比起其他陸上運(yùn)輸方式更加快捷，再加上高鐵目前最高時速可達(dá)350公里，極大的減少了出行時在路上耽誤的時間[2]。與火車、飛機(jī)相比高鐵受到的天氣影響較小，在運(yùn)營時采用全自動化控制，可以全天候運(yùn)行且準(zhǔn)時準(zhǔn)點到達(dá)。比起火車與飛機(jī)，高鐵在運(yùn)行時的噪音更小、行駛過程不受氣流影響，更加平穩(wěn)。如果以“人/公里”單位能耗來進(jìn)行比較的話。高速鐵路為1，則小轎車為5，大客車為2，飛機(jī)為7。因此高鐵能耗更低，更加環(huán)保。且高速鐵路在運(yùn)行時會利用電力對列車進(jìn)行牽引，除了石油等液體燃料之外還可以使用多種形式的清潔能源。

2 高速鐵路發(fā)展歷史

高速鐵路的發(fā)展一共經(jīng)歷了三個階段。

第一階段始于1964年，在這一年，世界上第一條真正意義上的高速鐵路東海道新干線在日本修建完成。從此以日本為首，第一代高速鐵路在法國、意大利、德國、日本等國家的建設(shè)下完成。高鐵的建成對于這些國家沿線的經(jīng)濟(jì)起到了帶動作用，促進(jìn)了德國、意大利等國家房地產(chǎn)行業(yè)、機(jī)械制造業(yè)、鋼鐵行業(yè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[3]。同時也降低了這些國家由于交通運(yùn)輸而帶來的環(huán)境影響，改變了以內(nèi)燃機(jī)與電力機(jī)車為主要動力的鐵路交通運(yùn)輸格局。

第二階段始于1990年，這一時期，大部分發(fā)達(dá)國家加緊了對國內(nèi)和國際的高速鐵路的修建，國際高速鐵路的修建，使得歐洲高速鐵路網(wǎng)絡(luò)得以形成。這一時期，高速鐵路的修建滿足了各國對于能源、交通政策以及環(huán)境的需要，促進(jìn)了國際間的貿(mào)易往來。

第三階段開始于上個世紀(jì)90年代。這一時期亞洲、北美洲的主要國家以及澳大利亞開始建設(shè)高速鐵路。在這一階段，高速鐵路經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，其經(jīng)濟(jì)效益與社會效益已經(jīng)得到了認(rèn)可。并且在不斷發(fā)展的過程中，高速鐵路的整體修整規(guī)劃已經(jīng)成熟，將高鐵建設(shè)在人口密集和城市密集的地區(qū)是成為當(dāng)時各國高速鐵路修建時的共識。這主要是考慮到這一類地區(qū)與城市生活水準(zhǔn)較高，可以承受在當(dāng)時并不“平價”的高速鐵路票價。同時這些地區(qū)的社會與經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)還可以反過來支撐高鐵的運(yùn)行與建設(shè)。

目前，高速鐵路已經(jīng)在多個國家和地區(qū)普及，成為了人們?nèi)粘３鲂械闹饕煌üぞ咧?，高鐵也不再只修建在發(fā)達(dá)的城市和地區(qū)，在一些較為偏僻的地區(qū)，也能看到高鐵的身影。在我國，高鐵的作用不再單單只是促進(jìn)能源節(jié)約、減少土地使用保障土地面積合理運(yùn)用等，還起到了促進(jìn)各地之間經(jīng)濟(jì)交流，推動我國交通建設(shè)的作用。

3 高速鐵路列控車載設(shè)備概況

目前CTCS-3級列控線在我國京滬、武廣等重要鐵路線路上都有應(yīng)用，CTCS-3級列控線最高運(yùn)營時速為300km/h，是我國高速鐵路客運(yùn)的重要技術(shù)裝備。CTCS-3級列控線是我國現(xiàn)代化的鐵路技術(shù)與體系的重要組成部分，這項技術(shù)在保障列車平穩(wěn)運(yùn)行，保護(hù)整輛列車安全方面有著核心地位[4]。

一般來說，當(dāng)列車在運(yùn)行當(dāng)中的時速超過160公里，列車的控制就必須由開環(huán)轉(zhuǎn)為閉環(huán)，CTCS-3級列控系統(tǒng)對列車實行的就是閉環(huán)控制。CTCS-3級列控系統(tǒng)主要作用于列車與地面兩個部分。列車上的CTCS-3級列控系統(tǒng)，也就是列控車載系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會通過GSM-R網(wǎng)絡(luò)與地面上的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的交流共享，根據(jù)從地面上收集到的信息，按照目標(biāo)-距離模式生成MRSP最不利限制曲線，進(jìn)行超速防護(hù)，從而對列車的發(fā)出時間進(jìn)行合理安排，保障列車在運(yùn)行過程中的安全。

CTCS-3級列控系統(tǒng)的車載部分由記錄單元（DRU）、車載安全計算機(jī)（VC）、人機(jī)界面（DMI）、軌道電路信息接收單元（TCR）、應(yīng)答器信息接收模塊（BTM）、GSM-R無線通信單元（RTU）等組成。CTCS-3級列控系統(tǒng)采用的是分布式體系結(jié)構(gòu)，核心處理單元與總線在運(yùn)行過程中保障各輸入輸出單元可以順利進(jìn)行通信。在系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備上采用冗余配置，其特點在于可靠、實用，這一模式在通信時也可以有效抵抗來自外界的干擾，具有極強(qiáng)的擴(kuò)展性[5]。

4 高速鐵路列控車載設(shè)備的發(fā)展

在列車行進(jìn)速度較低的時期，列車的控制主要是通過有關(guān)地面信號機(jī)來執(zhí)行的。在高速鐵路運(yùn)行的早期，安裝在機(jī)車司機(jī)室內(nèi)的機(jī)車信號設(shè)備控制著列車的運(yùn)行、保障列車的安全。司機(jī)可以依據(jù)機(jī)車的信號來顯示自己駕駛的列車的運(yùn)行狀況，與地面單位進(jìn)行溝通。后來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，以及高鐵安全的要求不斷增加，無線電通信傳輸取代了機(jī)車信號，保障地面與列車的通信。

然而隨著高速鐵路列車的運(yùn)行速度越來越快、路線越來越多，單純的人力操作已經(jīng)不足以保障列車的順利運(yùn)行，列車的運(yùn)行隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，采用自動控制系統(tǒng)。列控車載設(shè)備就是這一系統(tǒng)當(dāng)中的核心技術(shù)，列控車載系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著列車安全運(yùn)行的重要使命，是整個列車自控系統(tǒng)中最為重要的設(shè)備之一，是列車自控系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備[6]。

5 高速鐵路列控車載設(shè)備運(yùn)行原理

列控系統(tǒng)在列車運(yùn)行中主要起到溝通車內(nèi)與地面的作用，這一系統(tǒng)隨著軌道交通技術(shù)與信號傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展升級，是軌道控制技術(shù)與通信技術(shù)融合的產(chǎn)物。在列車運(yùn)行過程中，車載信號作為主體信號，起到向地面報告列車狀況的作用。這一信號作為行車憑證會之間將列車需要運(yùn)行的速度、時間直接發(fā)送給列車司機(jī)，有效防止了因為司機(jī)疏忽而產(chǎn)生的運(yùn)行事故[7]。

信號設(shè)備主要是以微電子器件和電子器件進(jìn)行分散管理與集中管理來達(dá)到控制目的的，分為列車的自動化和行車的自動化。信號顯示通常以自動信號為主，輔以區(qū)間地面和車站。列車在行進(jìn)過程中主要有紅、黃、綠和綠黃結(jié)合四種顯示形式。

6 高速鐵路列控車載設(shè)備安全技術(shù)設(shè)計

高速鐵路車載技術(shù)的設(shè)置主要是為了保障列車的平穩(wěn)運(yùn)行，對于這一保障列車安全運(yùn)行的重要設(shè)備，相關(guān)技術(shù)人員務(wù)必重視起來。在研發(fā)過程中，研發(fā)與設(shè)計的工作人員必須按照列車相應(yīng)的設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究。在高鐵的列控設(shè)備中，關(guān)于安全的完整度適用于整個列控車載設(shè)備。每一個設(shè)備的具體研發(fā)都是由相關(guān)的具體標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行約束的，有些設(shè)備甚至需要特定的軟件進(jìn)行研發(fā)，對整個軟件的質(zhì)量以及控制管理進(jìn)行現(xiàn)實化管控。此外列控系統(tǒng)本身也要應(yīng)用檢測、報警系統(tǒng)，保障在受到干擾時，相關(guān)人員可以及時察覺并且做出調(diào)整[8]。

高速鐵路列控系統(tǒng)中的主要硬件有主機(jī)模板、列車和地面間的信息傳遞模板、用來測速的定位模板和記錄器等相關(guān)元件。主機(jī)模板作為列控車載設(shè)備的主要部分，它的主要工作是處理相關(guān)數(shù)據(jù)、對列車運(yùn)行狀況進(jìn)行智能分析、對控制類型的命令進(jìn)行管理。主機(jī)模板關(guān)系到整個列車運(yùn)行的情況，把控著列車的運(yùn)行速度與出發(fā)時間，它對于列控系統(tǒng)的作用就像是大腦對于人體的作用。因此，主機(jī)的模板必須選用安全可靠的計算機(jī)。

列控車載設(shè)備的軟件主要包括時空冗余性、定期診測、程序結(jié)構(gòu)絕對的單一化、異常處理等。列控車載設(shè)備的外圍設(shè)備在安裝時要注意司機(jī)所在的位置，要讓司機(jī)可以順利操作[9]。

7 高速鐵路列控車載設(shè)備的試驗與驗證安全技術(shù)

7.1 型式實驗

列控車載設(shè)備在研發(fā)完成后，相關(guān)人員要按照接口的設(shè)計圖紙對列控車載設(shè)備進(jìn)行安裝調(diào)試。列車在運(yùn)行的過程中需要與列控車載設(shè)備實施配合，然而不同的車型在制動、運(yùn)行、電氣接口等地方都存在著差異，為了能讓列控車載設(shè)備與自身所要服務(wù)的列車相匹配，就必須進(jìn)行型式實驗。型式實驗一般應(yīng)用于新車型的首列車，這一實驗通常在設(shè)備安裝調(diào)試過后進(jìn)行。型式實驗的作用在于保障車載設(shè)備與列車的配合，使列車可以安全的運(yùn)行[10]。

型式實驗分為動態(tài)和靜態(tài)兩個方面。動態(tài)測試要對列車的信號輸出情況、列車在各個場景下的動能情況、列車接收應(yīng)答器報文的情況、列車牽引和制動性能等進(jìn)行調(diào)試。靜態(tài)測試主要是對列車開關(guān)是否對車載設(shè)備有影響、起作用以及對車載設(shè)備與列車的制動接口進(jìn)行測試。

7.2 聯(lián)調(diào)聯(lián)試

聯(lián)調(diào)聯(lián)試的主要測試對象是車載設(shè)備。由于高速鐵路系統(tǒng)龐大而又復(fù)雜，由多個子系統(tǒng)組成，因此聯(lián)調(diào)聯(lián)試要對整個高速鐵路系統(tǒng)進(jìn)行全面、整體的測試。聯(lián)調(diào)聯(lián)試的高鐵運(yùn)營之前必須要經(jīng)過的測試之一，它起到糾正數(shù)據(jù)設(shè)備和改正集成方案錯誤的作用，同時對車載設(shè)備的功能進(jìn)行測試，對可能出現(xiàn)的危險進(jìn)行預(yù)估，保障列車運(yùn)行過程中的安全性。

7.3 互聯(lián)互通測試

互聯(lián)互通測試的主要對象是我國CTCS-3級列車運(yùn)行控制系統(tǒng)3個技術(shù)平臺。為了滿足高速鐵路網(wǎng)絡(luò)化的需求，這三種平臺的設(shè)備必須能夠在各個鐵路線上安全、連續(xù)運(yùn)行，并且具備跨線運(yùn)行的能力。

8 車載設(shè)備的檢修與維護(hù)安全技術(shù)

可以干擾列車運(yùn)行的外界因素極多，最常見的就是列車自身運(yùn)行時的震動、電磁波的干擾以及外界惡劣天氣的干擾。因此相關(guān)工作人員要對列控車載設(shè)備進(jìn)行日常的檢修與維護(hù)。同時對于車載設(shè)備要進(jìn)行高級別的檢修，保障列控車載設(shè)備可以順利運(yùn)行。

9 結(jié)語

高速鐵路的運(yùn)行對沿線的城市和地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了推動和均衡的作用，不僅如此，高速鐵路的開通還可以推動沿線企業(yè)數(shù)量的增長，對于促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，增加我國稅收都有著積極的影響。隨著我國鐵路線逐漸形成五縱六橫七連線的布局，加上我國高鐵技術(shù)逐漸成熟，我國的高速鐵路修建技術(shù)越來越受到國際的認(rèn)可，中國高鐵正在引領(lǐng)世界高鐵發(fā)展。正因為如此，高鐵的安全性要成為高速鐵路行業(yè)在發(fā)展過程中重點關(guān)注的內(nèi)容，為了保障人民的生命財產(chǎn)安全，也為了讓國家的投入得到相應(yīng)的回報，高速鐵路列車載設(shè)備要起到保障列車安全平穩(wěn)運(yùn)行的作用。