解讀鐵總企標《CTCS-3級列控系統總體技術規范》

岳朝鵬

(1.北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；2.北京市高速鐵路運行控制系統工程技術研究中心，北京 100070)

1 編制背景

列車運行控制系統是保障列車安全運行，提高運輸效率的重要行車裝備。作為中國列車運行控制系統（CTCS）重要組成部分的 CTCS-3 級列控系統，是國內在掌握 CTCS-2 級列控系統基礎上，通過進一步提升技術，構建的高速列車運行控制系統標準體系和技術平臺，可適用于300 km/h 以上高速鐵路，是國內目前使用等級最高的列車運行控制系統。其系統工作原理為：基于 GSM-R 無線通信實現車地信息雙向傳輸，無線閉塞中心（RBC）生成行車許可，軌道電路實現列車占用檢查，應答器實現列車定位，車載采用目標—距離連續速度控制模式曲線、設備制動優先的方式監控列車安全運行，當系統降級時可按CTCS-2 級功能運行。

2007 年底，原鐵道部成立了C3 技術攻關組，依托武廣和鄭西等高速鐵路建設項目，組織開展CTCS-3 級列控系統的攻關研究工作，集中全路主要技術力量，對總體方案搭建、系統集成、系統評估等內容展開了深入研究。2008 年9 月，首次發布了《CTCS-3 級列控系統總體技術方案》[3]規范性文件，該文件明確了在系統集成、列控車載設備、地面RBC 軟硬件技術、安全通信技術以及系統仿真和測試技術等5 個方面的技術要求，提出了CTCS-3 級列控系統的標準體系，是指導CTCS-3級列控系統設計、開發、測試及系統評估工作的重要參考文獻。2009 年 12 月 26 日，武廣客專成為首條按此標準建設開通運營的線路。后續隨著國內高鐵建設的全面鋪開和高鐵列控系統的推廣應用，出現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域貫通線路等各類高難度鐵路建設和運營領域條件下的列控應用場景。此時，既有的標準體系已經較難適應此類場景，需要不斷創新完善。文獻[1]中對國內CTCS 標準體系在2013 年底前的發展過程做了較為詳細的描述，提出制定完整的CTCS 標準體系規劃，建立技術標準體系長期發展的組織保障等建議，以推進CTCS 標準體系建設。與此同時，習近平主席在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”的戰略構想，隨之吹響了中國高鐵“走出去”的號角，由國內承建的海外鐵路項目開始逐年增加。

在這些國內外高鐵建設的背后，需要一套成熟、先進、有自主知識產權的CTCS 技術標準體系作為重要技術支撐。為此，2013 年12 月，中國鐵路總公司(簡稱鐵總)發布《中國鐵路總公司2013 年技術標準項目計劃》（鐵總科技函[2013]1072 號），計劃制定《CTCS-3 級列控系統總體技術方案》（項目號13CR036）。然而，當時尚存在一些不利因素，在一定程度上影響了本標準的編制工作，如：既有CTCS-3 級列控系統核心設備尚采用國外引進技術，部分核心器件、核心技術、外圍支持不在技術轉讓范圍內，造成在部分特定應用中，其擴展性和適用性受限；此外，考慮市場競爭需要，引入了不同廠家研制的設備，雖然各廠商在與控車相關的功能上大致相同，基本能滿足互聯互通需求，但具體實現方式多樣，實現細節仍存在一些差異。這些因素都不利于國內高速鐵路技術的發展和“走出去”戰略的實施。

為解決上述問題，2014 年，鐵總組織啟動了CTCS-3 級列控系統設備自主化技術研究的重點課題，支持國內各廠商開展自主化 CTCS-3 級列控系統的研發。同時，考慮到本標準是CTCS 標準體系的一項頂層設計規范，屬于涉及面廣泛的系統級方案，需要結合工程實踐及各子系統裝備的自主化發展成熟度來對標準內容進行不斷地優化完善。為保證標準質量，直至2016 年在大西客專完成自主化 CTCS-3 級列控系統現場試驗，具備制定本標準的成熟條件后，編制組通過總結既有國產化設備工程應用和自主化設備簡統化創新的兩方面經驗基礎上，于2017 年底完成本標準報批稿編制工作。2018 年5 月，在京沈綜合試驗段再次對自主化CTCS-3 級列控系統進行了現場補充試驗，以重點檢驗大西線上未能驗證的長時間持續高速運行、多車追蹤及互連互通等技術的成熟性。在本次驗證過程中，系統安全可靠，隨后于2018 年11 月，由鐵總批準發布了本標準，最終形成《CTCS-3 級列控系統總體技術規范》(QCR661-2018)。該標準用于指導 CTCS-3 級列控系統設計及運用，成為 CTCS-3 級列控系統技術標準體系的重要組成部分。

2 主要技術內容

標準(QCR661-2018)規定CTCS-3 級列控系統術語和定義、總體需求、技術要求、車載設備工作模式定義與轉換、系統運營場景、系統接口要求和系統性能要求。相比原規范文件[3]，在形式上，本標準遵從GB/T1.1-2009 標準要求編制，文件條款更加簡潔明了；在內容上，經體系規劃梳理后，本標準定位更加明確，專注于引領CTCS-3 級列控系統研發設計上，故所規定的內容有所縮小，刪除了有關系統評估、標準體系規劃等管理性過程內容，將純CTCS-2 級相關的技術內容改納入《CTCS-2 級總體技術規范》，將偏向工程設計的內容改納入《鐵路信號設計規范》；在層次上，本標準屬于上層規范，故文件條款選擇概括性強、邊界性廣的內容，將設備級的技術細節要求改納入相關設備產品的二級規范內。

除上述規定范圍的差異外，著重解讀新標準相對原規范的主要技術變更點如下。

1）新標準規定“CTCS-3 級列控系統應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權的中國標準動車組“復興號”在京滬高鐵首發，試驗速度可達400 km/h 及以上，因而對信號系統及線路等各專業提出適應性分析及運用需求。文獻[9]對此分析給出“列車運行速度提升至400 km/h 后，信號專業的 CTCS-3 級列控系統總體上能夠適應相關運營需求” 的結論。但現階段按400 km/h 及以上設計建造和運營維護的成本較高，性價比低，尚未推廣應用，故標準暫規定為不低于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、動車組運行參數、停站時間及列車運行計劃組織等多專業多因素綜合影響，而不是列控系統單一因素決定的，故刪除了原規范中“最小追蹤間隔3 min”的說法，改由具體工程設計實現相應線路所需的追蹤間隔目標。

2)新標準規定“CTCS-3 級列控系統應具備CTCS-2 級功能。” 考慮到國內鐵路運輸的復雜運營需求及場景，CTCS 系統在設計之初就將具備跨線運行及降級運行能力作為系統重要技術原則之一。故最初在構建CTCS-3 級列控系統時，就考慮到GSM-R 無線通信不穩定會對緊追蹤的列車運行秩序影響較大，所以需要能夠降級為CTCS-2 級后備系統來保障運行效率。后來結合實際運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，以及車地無線通信基于開放式信息傳輸所引入的潛在信息安全和網絡安全風險等，在新標準中規定“CTCS-3 級列控系統應考慮對網絡攻擊的防護措施，以保證系統信息安全。”因此，對CTCS-3 級系統頂層設計做出重大變更，將CTCS-2 級列控系統功能作為CTCS-3 級列控系統的一個重要組成部分，不再是獨立的后備系統。由此，通過充分整合既有資源，在未增加任何設備投資基礎上，加強了CTCS-3 對CTCS-2 系統的深度集成，并基于兩者間列控信息融合產生了多項自主創新技術，進一步提升了列控系統安全性和行車效率。

3）新標準規定“車載設備應具備RBC 發送的行車許可與軌道電路信息相結合的功能。”這是C3與C2 信息融合創新的一項重要技術措施，通過對兩種不同形式的行車許可進行安全比較，進一步提高系統安全性，同時因C2 軌道電路信息是經由軌旁電纜、鋼軌傳輸的，屬于專用信息網絡傳輸系統，進一步加強列控的信息安全保障。該措施在正常追蹤運行情況（L5、L4 及側向碼）下，仍直接使用C3 下行車許可來保障高速運行；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來雙重保障列車不會越過危險點；若發生緊急停車或列車冒進情況（H 碼或HU 掉碼）下，則即使C3 車地無線通信故障，也可通過C2 行車許可觸發C3 車載立即制動。有關該方案的詳細說明可參見《CTCS-3級ATP 行車許可結合軌道電路信息暫行技術條件》（鐵總工電[2018]18 號）文件。

4）新標準規定“當收到RBC 發送的TAF 請求時，車載設備應能根據TCR 接收到的地面信息進行TAF 自動確認或提示司機進行人工確認。”這是C3 與C2 信息融合創新的第二項重要技術措施，通過在區段末端有限范圍（即TAF 窗口）內結合當前C2 發碼許可信息自動觸發TAF 交互確認機制，以提高系統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模式的車載設備首次發送完全監控模式下的行車許可（MA）或引導授權延伸時，須先確認列車車頭至MA 終點全部空閑，但目前RBC 僅能通過聯鎖獲知列車前方閉塞分區的空閑狀態，卻無法獲知列車當前占用區段內車頭前方至區段終點之間是否空閑，故向車載設備發送TAF 請求消息。車載設備接收到TAF 請求消息且列車前端進入TAF 窗口，則使用TCR 的允許信息自動向RBC 回復TAF 確認信息，完成車頭前方區域空閑的確認。若TCR 未收到允許信息時，則在DMI 上顯示TAF 請求信息，由司機人工確認后向RBC 回復TAF 確認信息。新標準還在行車許可運營場景中重點展示了基于該機制的典型應用示例。

5）原規范在C3 系統設計之初就已提出了不停車等級切換的自主創新方案，并獲得顯著效益。但后來經廠家內部安全排查分析，發現RBC 邊界的軌道占用信息在不利條件下，要經由若干TCC 和CBI 依次轉發后才能到達RBC 處，造成多環節傳輸累積延遲而出現“飛車”的情況下，從而導致RBC會出現短時錯誤延長MA 的問題。為規避這一風險，在新標準中補充規定了當等級轉換執行點列車運行前方第一個閉塞分區由空閑狀態變成占用狀態時，RBC 開始計時并根據計時結果和列車位置報告的關系進行相應安全操作。

除上述主要技術變更外，在C3 系統運營場景方面，新標準相對原規范也做了一些其他重要修改。

新標準中刪除了原規范中的“重聯與摘解”場景。一方面，現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，重聯車組已難以滿足高鐵客流的持續增長需要，超長版“復興號”應運而生，故對重聯車組的摘解已成為非主流運營場景；另一方面，重聯與摘解場景主要通過調車作業完成，本質上也是調車運行場景。

新標準中簡化了原規范中的“臨時限速”場景，僅側重從車地一體化設計角度上展示臨時限速的應用特征，而將有關臨時限速設置流程及設置規則納入《列控系統臨時限速技術規范》中。安全靈活的臨時限速設置技術也是國內列控系統獨創的一項重要技術解決方案，采用臨時限速服務器實現臨時限速命令的集中管理。現標準與原規范不同的是，將臨時限速操作終端與CTC 終端合并，便于調度員操作顯示。

3 結語

標準（QCR661-2018）源于對國內CTCS-3 級列控系統成熟運用多年的實踐經驗和自主創新的總結，服務于國內高速鐵路技術標準“走出去”的戰略需要。QCR661-2018 的發布與實施，向世界高速鐵路行業展示了一套具有技術先進、安全可靠、獨立自主的中國高速鐵路列控技術體系。

與ETCS 系統體系相比，在標準化程度上，CTCS-3 級列控系統所提供的方案更加完整、更加具體、更加簡統化，不僅包括列控車載地面核心設備，還涵蓋了所有相關的外圍設備接口及應用要求；在技術水平上，CTCS-3 級列控系統創新了基于TCR 信息的自動TAF 確認和行車許可比較、不停車等級切換、不停車降級運行、自動過分相及安全靈活限速設置等先進技術，極大提高了系統安全性和自動化程度，為現有世界最高350 km/h 運營線路提供了安全高效運輸的可靠解決方案。

后續隨著智能京張高鐵的建設推進，國內將建成世界上第一條智能化高速鐵路，率先實現高速鐵路自動駕駛、北斗定位、信息安全、智能運維等先進控制技術，進一步提升列控系統的自動化、信息化程度。因而，隨著國內高速鐵路建設的不斷推進，CTCS-3 級列控系統標準規范仍然需要不斷跟進完善和補充。