借鑒ETCS完善CTCS技術規范體系的研究

郭玉華

(中國鐵道科學研究院通信信號研究所，北京　100081)

?

借鑒ETCS完善CTCS技術規范體系的研究

郭玉華

(中國鐵道科學研究院通信信號研究所，北京100081)

借鑒歐洲鐵路列車運行控制系統(ETCS)技術和經驗，根據中國鐵路特點和運營需求，形成了中國鐵路列車運行控制系統(CTCS)技術規范體系，經過多年發展，目前已進入補充完善階段。對ETCS及CTCS技術規范體系構成、現狀及發展情況進行對比分析，指出兩個規范體系在綱領性文件、規范內容和版本管理機制等方面的差別，提出CTCS技術規范體系結構化，提高CTCS技術規范體系的系統性、完整性等方面的建議，對完善CTCS技術規范體系有十分重要的參考意義。

CTCS；ETCS；技術標準；技術規范體系；控制命令自系統互聯互通技術規范(CCS TSI)

隨著我國鐵路列車運行控制系統技術創新和發展，CTCS技術規范體系的構建已基本完成，進入了優化完善階段。研究、借鑒ETCS規范體系結構及發展，對梳理、整合CTCS技術規范體系，并結合工程實踐不斷優化完善，形成先進、適應、經濟合理的CTCS技術規范體系有十分重要的借鑒意義。

1　CTCS發展歷程及其技術規范體系構成

1.1CTCS技術規范體系發展歷程

2004年原鐵道部發布了《CTCS技術規范總則》，參照ETCS規范等國外標準，結合中國國情，規劃了CTCS的技術體系框架，包括CTCS定義、目標、等級等，CTCS規范體系建設由此拉開序幕。伴隨我國鐵路既有線提速改造、新建客運專線及高速鐵路建設各個階段的發展，CTCS技術及其規范體系逐步發展完善。結合2004年開始的第六次鐵路既有線提速工程的需要，原鐵道部發布了一批既有線CTCS-2級列控系統技術條件、運用原則及設備技術規范、接口規范等，這些文件有些至今仍在發揮作用[1-2]。2008年原鐵道部發布了《CTCS-3級列控系統總體技術方案》，確立了具有自主知識產權的CTCS-3級技術規范體系的創新目標，并結合武廣、鄭西等高速鐵路工程項目，開展具有自主知識產權的CTCS-3列控系統研究，編制了CTCS-3級列控系統技術規范、設備規范、接口規范、測試規范、系統評估規范等，初步形成CTCS-3級列控系統技術規范體系[3]。2012年以來，開始對已發布的CTCS技術規范梳理、復審、整合、廢止等工作，將與CTCS相關的標準性技術文件劃分為通用、系統、設備、接口、工程應用原則、測試和測試評估規范等7個子類，使得CTCS技術規范跟隨列控技術發展和創新不斷完善，CTCS技術規范體系化工作不斷深入。

1.2CTCS技術規范體系構成

CTCS為5級(CTCS0～CTCS4)，但從以上分析可見，其技術規范體系主要由CTCS-2級和CTCS-3級技術規范構成。由于CTCS-2起初主要是為滿足提速需求而制訂，其規范體系性不像CTCS-3那樣完整。而CTCS-3則涵蓋了系統規范、設備規范、接口規范、測試規范、評估規范等，是一個系統完整的技術規范體系[4]。

目前我國鐵路技術規范體系主要由相關國家標準、鐵道行業標準、鐵總技術標準和標準性技術文件構成。就CTCS技術規范而言，則主要由鐵總發布的標準性技術文件構成，近幾年有關CTCS的鐵道行業標準和鐵路總公司技術標準都在陸續制訂中，但基本都是原標準性技術文件的轉化，沒有根本性的創新，且數量有限。據鐵總科技[2016]70號文，截至到2015年底有效的142個電務標準性技術文件中，關于高速鐵路通信信號的占到50%，包括通用規范、系統層面規范、設備層面的規范、接口規范、測試規范和系統評估規范等。表1和表2給出了目前有效的CTCS標準性技術文件。

表1　CTCS-2級標準性技術文件

表2　CTCS-3級標準性技術文件

1.3CTCS技術規范體系化工作面臨的問題

隨著我國高速鐵路自主化技術創新和發展，同時為滿足鐵路“走出去”戰略，鐵路技術標準體系必須向更高層次、更深廣度發展，而不能停留在鐵總標準性技術文件層面，而在這個過程中面臨著各種新問題，需要從根本上不斷提升鐵路技術標準化工作水平，運用系統工程和標準化工作原理[5]，對標準化對象進行分析研究，構建鐵路技術規范體系框架，進一步提升鐵路技術規范體系的先進性、適應性和技術經濟性。在標準化工作原理指導下，加強對ETCS等國際、國外技術標準的深入分析對比研究，可以借鑒ETCS技術規范體系的優長之處，進一步完善CTCS技術規范體系。

2　ETCS規范體系構成及發展

2.1ETCS規范體系的構成

為克服歐洲各國相互不兼容的信號制式，保證高速列車在歐洲鐵路網內互通和安全運行，2001年在國際鐵路聯盟(UIC)和歐盟的大力支持下，歐洲鐵路信號工業和歐洲鐵路花了大約10年時間研究制定了ETCS規范體系。ETCS規范體系由CCS TSI[6](Technical Specification Interoperability，即Decision 2012/88/EC及其后續修訂和補充)[7-8]、以UIC為中心代表用戶方提出的功能需求規范、以歐洲主要信號系統供應商(UNISIG)為中心提出的系統需求規范、安全需求規范、測試規范以及大量的功能接口規范和標準功能接口規范等共同構成。

CCS TSI規定了ETCS的適用范圍、應用等級及其等級之間的關系、車載和地面子系統的構成、互聯互通功能和接口的要求、信號系統與其他系統接口的要求、維護規則、互聯互通部件合格性評定和認證程序、互聯互通實施原則以及系統安全性、可靠性、可用性、技術兼容性、安全環保等基本要求。可見CCS TSI是ETCS規范體系的綱領性文件。作為控制命令子系統互聯互通總體技術方案，CCS TSI識別出了歐洲多種制式的列控車載設備在跨越國境時，影響車載與地面設備互通的各種因素及消除這些因素的功能、性能和接口參數要求，而且每項“要求”都通過引用一個或多個技術規范來滿足。因此盡管ETCS技術規范達60多個，但每個規范的作用、規范之間的關系、規范的應用方法等通過CCS TSI“串”起來，條理清晰，層次分明，體系完整，符合標準化工作的要求。

由于ETCS規范主要從互通性需求出發，注重的是功能、接口等的規范和統一，不涉及信號系統層面和設備層面的技術規范，工程規范也僅涉及了很少與互通性有關的內容，所以ETCS規范體系不是一個完整的列控系統技術規范體系。但從另一個方面講，它卻是一個開放的規范體系。這種分層管理的框架模式，給系統設備的研發、制造、質量及成本控制留出了巨大空間，有利于技術發展和進步。

2.2ETCS規范體系的發展

在2012/88/EU將高速鐵路和常規鐵路CCS TSI合二為一后，又先后進行了2次修訂，主要修訂包括將CCS TSI適用范圍從跨歐洲鐵路擴展到整個歐洲鐵路網，正式提出了“ETCS基線3版本1”(B3 MR1)技術規范，修訂了車載測試規范、GSM-R功能需求規范EIRENE FRS 7.4.0和系統需求規范EIRENE SRS 15.4.0等多個文件，并對合格性認定程序進行了澄清。

其中，引入B3 MR1是重要的修訂之一，它反映了ETCS技術的發展趨勢，即下一代列控(NGTC)的發展方向[9]。分析可知，NGTC主要研究ETCS和基于通信的列控系統(CBTC)的協同優勢，通過分析兩者在功能需求、操作模式等方面的異同，提出同時適用于兩者的功能需求規范，研究采用移動閉塞技術，在車地通信方面研究利用基于IP的無線通信系統，研究利用衛星定位系統替代軌道電路或計軸實現列車位置檢測等[10]。通過這些研究，使ETCS和CBTC在系統設計、硬件和接口方面達到最大程度的統一，并最終發展成為同時適用于城軌、市郊鐵路和干線鐵路的列控系統規范。這些研究取得的階段性成果反映在B3 MR1的變化中。另外B3 MR1刪除了SUBSET-046、SUBSET-049等無線注入接口的要求，從而為新型車地通信系統的應用打開空間。

與B2相比，B3 MR1刪除或新增的技術規范見表3。

表3　與B2相比B3 MR1刪除或新增的技術規范

通過對比分析可以看出，ETCS技術規范隨著技術的發展，在規范內容、規范數量方面進行了調整，但規范體系性沒有任何變化，完全保留了原CCS TSI的架構，保持了ETCS技術規范體系的穩定。這足以說明了技術規范體系綱領性文件在整個技術規范體系中的重要地位。

3　ETCS與CTCS規范體系的差異

3.1綱領性文件方面的差異

CCS TSI是ETCS規范的綱領性文件，是ETCS的總體方案。該文件提出互聯互通相關“要求”、并通過引用SUBSET等規范來滿足“要求”。CCS TSI將SUBSET與互聯互通“要求”對應起來，保證了ETCS規范體系的嚴謹和清晰的邏輯關系，而CTCS技術規范體系則缺乏這樣的綱領性文件[11]。《CTCS-3級列控系統總體技術方案》作為300～350 km/h以上自主創新列控系統總體方案，對CTCS-3級技術規范體系的描述比較宏觀，僅指出了體系由六大類規范構成和每一類規范包括的主要文件，而且后續又進行了調整，尤其鐵科技[2011]201號《CTCS-3級列控系統系統評估規范》更是廢止了《客運專線CTCS-3級列控系統總體技術方案》中有關內容。因此，CTCS技術規范體系的系統性方面仍有欠缺。

3.2技術規范內容方面的差異

ETCS技術規范體系重點在互聯互通需求及滿足這些需求應達到的功能、性能、測試、評估和認證要求，不包括系統層面和設備層面的規范。而CTCS在借鑒ETCS同時，又按照“建設統一的裝備體系”的發展要求，不僅強調車-地互通，而且強調地面設備的互通，制訂了統一的RBC、TSRS、TCC等CTCS地面設備技術規范及其接口規范。與ETCS相比，CTCS技術規范體系更加完整。

3.3管理體制方面的差異

ETCS用了近10年時間研究技術規范體系，在歐盟授權下，歐洲鐵路代表處牽頭，來自運營商、設備供應商、行業協會、各有關標準化組織的專家經過充分研究、討論和論證，而且規定了嚴格甚至繁瑣的技術規范修訂程序，這些都保證了規范的科學合理性和穩定性。相比之下，CTCS技術規范的制修訂管理程序則簡潔方便得多，因而也帶來一些負面影響，比如制定的技術規范之間的協調性和穩定性稍差。當然，ETCS繁瑣甚至苛刻的技術規范修訂程序，也在一定程度上阻礙了技術規范體系和技術的發展及應用。因而，尋求標準管理體制有效性和穩定性之間的平衡點，是值得認真研究的問題。

3.4其他方面的差異

Directive 2008/57/EC作為互聯互通法規，在安全性、RAMS、健康、環保、電磁兼容等方面做出了規定[12]，CCS TSI在引用的同時又提出了更加詳細具體的要求。安全、健康、環保等是法規層面的強制性要求，CTCS技術規范在制修訂當中，應注意強調或引用，或在此基礎上提出有針對性的更高的要求，以提升技術規范適應性，這在當前形勢下極為重要。

4　對CTCS規范體系工作的思考和建議

通過上述對比分析，經過認真思考，筆者對完善CTCS規范體系提出以下幾點建議，供同行商榷。

一是研究建立結構化的CTCS技術規范體系。借鑒ETCS規范體系，構建科學合理、層次分明、滿足要求的CTCS技術規范體系，保證層次的協調和類別的協調。CTCS技術規范體系應強調結構化、層次化，應像重視技術體系的研究那樣重視標準規范體系的研究，把標準規范體系作為技術體系的頂層設計，像CCS TSI那樣集中各方力量下功夫把規范體系研究透，其后的技術體系建設和實施就會有序、有效，不會出現重復、反復甚至推倒重來的現象。目前CTCS技術規范出現的邊界模糊，或空缺或重復等問題，都是由于對技術規范體系的研究不夠。

二是提高CTCS規范的系統性。標準規范的整合不應是簡單的數量壓縮，而應像ETCS技術規范體系那樣，成為一個有機的整體，多而不亂。我們感覺目前的CTCS標準規范有重復、有交叉，不是因為多而是因為系統性不強。因此，在鐵總標準性技術文件轉化為標準過程中，應注重標準內容的系統性完善，不能僅僅是一個文件的轉化，而應該是一套文件的轉化，要考慮有關國際標準、國家標準及其他相關技術標準和規范的協調統一，比如要注意引用安全、健康、環保等方面的強制性規范，這也是國際上最關注的問題，對走回去戰略極為重要。

三是加強CTCS技術規范制修訂形成完整體系。CTCS技術體系是以運用等級劃分的，從CTCS0-CTCS4分為5級，CTCS技術規范體系也應相應設置。但目前比較完善的只有CTCS-2和CTCS-3，應加快研究完善其他應用等級的技術裝備,并在此基礎上積極研究制訂相應的技術規范，特別是CTCS-1和CTCS-4技術規范，完善CTCS技術規范體系。

四是健全CTCS技術規范體系的制修訂管理機制。技術標準和技術規范的穩定是重要的特性之一，制訂過程中，應綜合考慮技術先進性、適應性及經濟性，保證標準規范能在較長一段時間內穩定有效，而不能修訂過于頻繁。但如果管理制度過嚴過死，一個小小的變動就要走一套煩瑣的流程，又會阻礙技術發展和工程應用。因此研究合理、健全，既嚴謹又靈活的標準規范制修訂管理體制十分重要。同樣，就標準內容來講，要研究標準內容先進性和成熟性的平衡點，技術要求定得過高或過低都不利于標準規范的應用，這些內容都應立項進行深入認真研究。

[1]陳鋒華.CTCS應用等級定義與發展[J].鐵路通信信號工程技術，2015，12(1)：76-79.

[2]張海豐.高速鐵路CTCS技術規范體系現狀與發展[J].鐵路通信信號工程技術，2014，11(3)：91-96.

[3]李開成，賈琨，袁煥靖，等.CTCS-3級列控系統標準規范體系的研究[J].鐵路通信信號，2010，46(11)：1-4.

[4]田葆栓.國內外鐵路技術標準體系的發展與分析(上)[J].鐵道技術監督，2012(3)：1-6.

[5]朱梅，楊琦，徐力.國際國外高速鐵路技術法規及標準體系分析[J].鐵道技術監督，2011(7)：1-7.

[6]ERTMS.COMMISION DECISION of 25 January 2012 on the technical specification for interoperability relating to the control-command and signaling subsystems of the trans-European rail system[EB/OL].(2012-01-25)[2016-05-30].http://www.era.europa.eu/Search/Advanced-Search/Pages/Results.aspx？k=CCS%20TSI&r=propbusinessunit%3D%22ERTMS%22.

[7]ERTMS.COMMISION DECISION of 6 November 2012 amending Decision 2012/88/EU on the technical specification for interoperability relating to the control-command and signaling subsystems of the trans-European rail system[EB/OL].(2012-11-06)[2016-05-30].http://www.era.europa.eu/Search/Advanced-Search/Pages/Results.aspx？k=CCS%20TSI&r=propbusinessunit%3D%22ERTMS%22.

[8]ERTMS.COMMISION DECISION (EU) 2015/14 of 5 January 2015 amending Decision 2012/88/EU on the technical specification for interoperability relating to the control-command and signaling subsystems of the trans-European rail system[EB/OL].(2015-01-05)[2016-05-30].http://www.era.europa.eu/Search/Advanced-Search/Pages/Results.aspx？k=CCS%20TSI&r=propbusinessunit%3D%22ERTMS%22.

[9]程劍鋒，田青，趙顯瓊，等.下一代列控系統技術方案探討[J].中國鐵路，2014(12)：32-35.

[10]RUSSIA.Combining satellites with ETCS.Signaling & train control review[J].Railway Gazette International，2016(2)：44.

[11]劉春青，閆笑鳴，徐世東，等.歐盟鐵路系統技術法規體系構建初探[J].中國標準化，2014(12)：59-64.

[12]趙大偉，田小芳，譚永東.EN50129及其在鐵路安全相關系統中的應用研究[J].中國安全科學學報，2007，17(10)：102-107.

Perfecting CTCS Technical Specifications with Reference to ETCS

GUO Yu-hua

(Signal and Communication Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

CTCS specification system has been established after research and development nearly twenty years with reference to ETCS of Europe Train Control System.The system is now being improved and perfected.The detailed comparison and analysis of the constitution，current status and development of ETCS and CTCS specifications reveal the differences of the two systems in terms of programmatic document，contents，version management mechanism，and recommend systematic and integrated improvement and development of CTCS.

CTCS; ETCS; Technical standards; Technical specification system; CCS TSI

2016-05-30；

2016-06-02

郭玉華(1965—)，女，副研究員，1989年畢業于清華大學機械工程系，工學學士，主要從事列控系統技術研究工作，E-mail：guoyuhua@rails.cn。

1004-2954(2016)10-0136-05

U284.48

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2016.10.030