高速鐵路與鐵路信號(hào)第二講 尋找中國(guó)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)之路

傅世善

（北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073）

自武廣350 km/h的高速鐵路順利開(kāi)通，以無(wú)線通信為車(chē)地信息傳輸系統(tǒng)的中國(guó)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)CTCS-3得以成功運(yùn)用。

其實(shí)尋找高速鐵路及中國(guó)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)列控系統(tǒng)）之路是漫長(zhǎng)的，本人有幸走過(guò)高速鐵路列控系統(tǒng)前期探索之路，但沒(méi)能繼續(xù)走完實(shí)施之路。本文回憶了列控系統(tǒng)前期探索之路，個(gè)人的回憶難免有局限性，希望從中總結(jié)出認(rèn)識(shí)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(hào)行業(yè)一直追求的系統(tǒng)，自開(kāi)始提速以來(lái)，信號(hào)規(guī)范就已寫(xiě)上120 km/h以上的鐵路應(yīng)裝備列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)，只是在鐵路提速階段來(lái)不及裝備。

中國(guó)的列控系統(tǒng)是沿著自動(dòng)停車(chē)、列車(chē)速度監(jiān)督、超速防護(hù)、列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的路發(fā)展的，從點(diǎn)式、點(diǎn)連式、接近式到連續(xù)式，從固定閉塞到準(zhǔn)移動(dòng)閉塞，從分級(jí)速度控制到一次模式曲線連續(xù)控制，從點(diǎn)式、軌道電路到無(wú)線傳輸……經(jīng)歷了多次的研發(fā)、試驗(yàn)和引進(jìn)。其實(shí)尋找CTCS-2和CTCS-3之路還是漫長(zhǎng)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(hào)研究設(shè)計(jì)院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)通號(hào)院）在1965年，為完成北京地鐵一號(hào)線的通信信號(hào)工程，組建專(zhuān)門(mén)從事地鐵通信信號(hào)研究與設(shè)計(jì)的650設(shè)計(jì)科，那時(shí)就有列控組，從事地鐵的列控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)。

早期的列控系統(tǒng)是從列車(chē)速度監(jiān)督開(kāi)始的，1985年在雙頻點(diǎn)式機(jī)車(chē)信號(hào)的基礎(chǔ)上研究了點(diǎn)式列車(chē)速度監(jiān)督設(shè)備，在膠濟(jì)、黔桂、蘭新線試驗(yàn)過(guò)；1987年在三顯示自動(dòng)閉塞基礎(chǔ)上研究了階梯式列車(chē)速度監(jiān)督設(shè)備，在山海關(guān)試驗(yàn)過(guò)；1988年在交流計(jì)數(shù)機(jī)車(chē)信號(hào)基礎(chǔ)上研究了列車(chē)運(yùn)行記錄裝置，在馬角壩試驗(yàn)過(guò)。

1993年鐵道部從瑞典ABB公司引進(jìn)EBICAB-900型列車(chē)超速防護(hù)系統(tǒng)，1995年在川黔線試驗(yàn)成功，此時(shí)已將應(yīng)答器與連續(xù)式機(jī)車(chē)信號(hào)結(jié)合，構(gòu)成點(diǎn)連式列車(chē)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(diǎn)。其一，早期的列控系統(tǒng)基于機(jī)車(chē)信號(hào)，由于安全性和可靠性不理想，當(dāng)時(shí)的機(jī)車(chē)信號(hào)始終末能成為主體信號(hào)，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(dòng)閉塞改造和統(tǒng)一機(jī)車(chē)信號(hào)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(chē)信號(hào)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(chē)信號(hào)不穩(wěn)定，就導(dǎo)致閃白燈或制動(dòng)，司機(jī)不滿意，所以CTCS-2級(jí)和CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)都采用準(zhǔn)移動(dòng)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(chē)超速防護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)稱(chēng)其為四顯示自動(dòng)閉塞，這是針對(duì)地面信號(hào)而言，實(shí)際上機(jī)車(chē)信號(hào)是按多信息自動(dòng)閉塞設(shè)計(jì)的，除正常的綠、綠黃、黃、紅四顯示外，機(jī)車(chē)信號(hào)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(kāi)發(fā)的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)ZLSK和LSK系統(tǒng)也在廣深線投入運(yùn)營(yíng)。

1995年6月鐵道部決定在既有干線“提速”，“九五”期間，鐵路實(shí)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(shí)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(zhuān)業(yè)，鐵路提速對(duì)鐵路信號(hào)也提出了更高的要求。在6次鐵路提速中，從鐵路信號(hào)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(hào)的傳統(tǒng)概念，快速客車(chē)最高速度沖破了120 km/h的界線，推動(dòng)鐵路信號(hào)向速差式信號(hào)顯示和四顯示自動(dòng)閉塞發(fā)展，加速了機(jī)車(chē)信號(hào)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)速度等級(jí)，是鐵路信號(hào)的一個(gè)重要里程碑，列車(chē)最高速度超過(guò)160 km/h的鐵路區(qū)段，必須采用列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)，以車(chē)載信號(hào)顯示為主，實(shí)現(xiàn)列車(chē)超速防護(hù)。

第6次提速，速度達(dá)到200 km/h，中國(guó)鐵路列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)CTCS-2開(kāi)始亮相。這對(duì)鐵路信號(hào)來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的里程碑，它標(biāo)志著鐵路信號(hào)重要裝備水平開(kāi)始進(jìn)入世界先進(jìn)行列。

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

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

以車(chē)載信號(hào)顯示為主，采用目標(biāo)-距離方式，這是列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)成功的選擇。

3 高速鐵路信號(hào)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(chē)速度的提高，采用以地面信號(hào)機(jī)為主的自動(dòng)閉塞已經(jīng)不能滿足高速列車(chē)運(yùn)行安全，應(yīng)以車(chē)載速度信號(hào)作為行車(chē)憑證。

1991年通號(hào)院開(kāi)始參加京滬高速鐵路的通信信號(hào)、綜合調(diào)度及信息化的前期研究和設(shè)計(jì)。1992年完成《京滬高速鐵路信號(hào)專(zhuān)題可行性報(bào)告》，1993年深化了可行性報(bào)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(bào)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(huì)，會(huì)議建議由通號(hào)院牽頭三單位組成總體組并統(tǒng)一了對(duì)京滬高速鐵路列控系統(tǒng)的意見(jiàn)：采用基于數(shù)字編碼軌道電路傳輸、一次制動(dòng)模式的列控系統(tǒng)，首次提出中國(guó)鐵路列車(chē)運(yùn)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(bào)告》（征求意見(jiàn)稿）。1997年完成《京滬高速鐵路初步設(shè)計(jì)》。從1991—2003年國(guó)家級(jí)及部級(jí)科研項(xiàng)目有關(guān)通信信號(hào)的達(dá)上百多項(xiàng)，通號(hào)院開(kāi)展的國(guó)家級(jí)及部級(jí)科研項(xiàng)目就達(dá)60多項(xiàng)。

1997年通號(hào)院與法國(guó)CSEE公司就TVM 430系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)一次制動(dòng)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(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)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(yàn)，結(jié)論可行，但采用自然衰耗方式的無(wú)絕緣軌道電路，模糊區(qū)較長(zhǎng)（日本實(shí)際使用的仍采用有絕緣數(shù)字編碼方式）。

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

歐洲鐵路網(wǎng)為了保證互通運(yùn)營(yíng)，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(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)。

采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，吸納國(guó)際技術(shù)發(fā)展成果，可以免受個(gè)別國(guó)外公司制約。鐵道部組織編制中國(guó)鐵路列車(chē)運(yùn)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(guò)部?jī)?nèi)多次論證、試驗(yàn)驗(yàn)證逐步形成的，是根據(jù)中國(guó)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(duì)中國(guó)鐵路信號(hào)技術(shù)的發(fā)展起著重要的作用。

2002年12月，在中國(guó)召開(kāi)的U IC國(guó)際大會(huì)上，鐵道部向世界宣布了發(fā)展中國(guó)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)CTCS）的規(guī)劃，明確：CTCS-2級(jí)為既有200 km/h以下的線路采用的列控模式；CTCS-3級(jí)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(duì)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(jí)(相當(dāng)ETCS2級(jí))方案。鐵道部決定采用基于GSM-R的無(wú)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(shí)基于無(wú)線的高速列控系統(tǒng)還沒(méi)有開(kāi)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(jì)方案，即所謂CTCS-3+CTCS-2的雙標(biāo)設(shè)計(jì)方案。據(jù)此完成了《京滬高速鐵路工程通信信號(hào)、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(jì)方案：列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)采用CTCS-3+CTCS-2雙重系統(tǒng)，高速動(dòng)車(chē)組在高速線正常情況下采用基于無(wú)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(dòng)車(chē)組上高速線運(yùn)行時(shí)采用CTCS-2列控系統(tǒng)。

CTCS-2+ETCS2（CTCS-3）應(yīng)當(dāng)說(shuō)是成功的工程設(shè)計(jì)方案，當(dāng)時(shí)ETCS2在歐洲試驗(yàn)段的進(jìn)度再推遲，而CTCS-2提速鐵路上已成功運(yùn)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(dòng)車(chē)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(jí)備用系統(tǒng)，也能防備萬(wàn)一CTCS-3不能同時(shí)開(kāi)通的風(fēng)險(xiǎn)。

2004年客運(yùn)專(zhuān)線設(shè)計(jì)的全面啟動(dòng)，設(shè)計(jì)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(diǎn)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(méi)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(yàn)。主要試驗(yàn)工程內(nèi)容：CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)的主要功能和可用性試驗(yàn)；GSM-R作為列控系統(tǒng)傳輸平臺(tái)的主要功能及適用、可靠性試驗(yàn)； ETCS2級(jí)列控系統(tǒng)的主要功能和可用性試驗(yàn)； ETCS2級(jí)與CTCS-2級(jí)兼容試驗(yàn)。

2005年初，既有線CTCS-2車(chē)載設(shè)備招標(biāo)，以市場(chǎng)換技術(shù)，通過(guò)引進(jìn)國(guó)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(guó)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(yùn)行許可傳輸媒介上存在著不同，CTCS-2采用軌道電路+查詢(xún)應(yīng)答器，ETCS2采用GSM-R無(wú)線數(shù)字移動(dòng)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(wú)線閉塞中心根據(jù)列車(chē)對(duì)線路軌道的占用、進(jìn)路及限速等信息的處理，產(chǎn)生運(yùn)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(guò)GSM-R和軌道電路+查詢(xún)應(yīng)答器送到高速線上，裝置ETCS2系統(tǒng)的列車(chē)通過(guò)GSM-R進(jìn)行接收，其他列車(chē)則通過(guò)軌道電路+查詢(xún)應(yīng)答器進(jìn)行接收。接受運(yùn)行許可后兩系統(tǒng)列控車(chē)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(shí)現(xiàn)了兩個(gè)裝置不同A TP系統(tǒng)的列車(chē)在高速線上共線運(yùn)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(guó)列車(chē)運(yùn)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(guó)鐵路有了高端列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)CTCS-3，鐵路信號(hào)重要裝備水平開(kāi)始進(jìn)入了世界先進(jìn)行列。在CTCS-3實(shí)施過(guò)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(yùn)會(huì)獻(xiàn)禮，當(dāng)時(shí)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。