列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的發(fā)展

[摘要]在介紹國(guó)外列車運(yùn)行控制系統(tǒng)研究的歷史進(jìn)程和基本情況的基礎(chǔ)上,對(duì)其中具有代表性的研究成果作較為詳細(xì)的分析和評(píng)價(jià)。最后介紹中國(guó)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的發(fā)展概況及對(duì)發(fā)展趨勢(shì)提出了若干建議。

[關(guān)鍵詞]鐵路 列車運(yùn)行控制系統(tǒng) 鐵路運(yùn)輸

中圖分類號(hào)：TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2009）0110107-01

自19世紀(jì)鐵路誕生以來(lái)，如何控制鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩鸵恢笔鞘澜绺鲊?guó)鐵路運(yùn)輸業(yè)面臨的主要課題，而列車運(yùn)行安全是列車運(yùn)行控制的核心。

一、列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)史

19世紀(jì)中葉出現(xiàn)火車后，立即就有人研究如何控制火車安全運(yùn)行問(wèn)題。最早的年代，為了保證列車的安全，采用早期人騎馬作為列車運(yùn)行先導(dǎo)，以后又用過(guò)在一定距離設(shè)置導(dǎo)運(yùn)人員,揮旗來(lái)表示列車可否安全前行等方法。1830年在英國(guó)開(kāi)始第一次應(yīng)用橫木式帶燈光的信號(hào)機(jī)。1841年英國(guó)人提出閉塞電報(bào)機(jī)專利，并于1851年在英國(guó)鐵路獲得普及應(yīng)用，以后逐漸發(fā)展為電話、路牌、路簽構(gòu)成閉塞系統(tǒng)。自19世紀(jì)末出現(xiàn)采用鋼軌作為導(dǎo)體來(lái)傳遞電信號(hào)的軌道電路出現(xiàn)后，鐵路區(qū)間行車控制進(jìn)入了“基于軌道電路的列車運(yùn)行控制(Track Circuit Based Train Control,TBTC)”時(shí)代。但軌道電路本身具有一些不足和矛盾影響正確接收信息。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們提出一種新的設(shè)想，采用通信方法來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞，這就產(chǎn)生了以通信為基礎(chǔ)的列車控制系統(tǒng)(Communication Based Train Control，CBTC)。

二、國(guó)外發(fā)展概況

從各國(guó)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程看，大多數(shù)國(guó)家都是在原有裝備的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造，不斷增加新功能，逐步向更高的級(jí)別發(fā)展。下面介紹具有代表性的歐洲列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。

歐洲人花了10年時(shí)間研究ETCS，最初的目的是為了解決歐洲境內(nèi)鐵路運(yùn)輸?shù)幕ヂ?lián)互通問(wèn)題。沒(méi)有ETCS，列車泛歐運(yùn)行不僅要安裝多套車載設(shè)備，極大地提高成本，而且運(yùn)行的安全性和可靠性也難以保障。ETCS技術(shù)規(guī)范在歐洲以法律形式強(qiáng)制性執(zhí)行。ETCS的研究推動(dòng)了ATP(Automatic Train Protection)系統(tǒng)的發(fā)展。

ETCS1級(jí)在歐洲范圍得到廣泛應(yīng)用。車載安全計(jì)算機(jī)(EVC)是車載控制子系統(tǒng)的核心設(shè)備和關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)通過(guò)歐洲安全認(rèn)證(SIL4)，設(shè)計(jì)符合故障一安全原則。EVC具有基于標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的通信接口和滿足特定車載要求的可擴(kuò)展接口，能高可靠地接收GSM-R、應(yīng)答器和軌道電路（通過(guò)專用傳輸模塊STM）等傳輸?shù)男畔?，能可靠地與列車運(yùn)行記錄裝置接口[3]。

ETCS第2級(jí)引入了歐洲無(wú)線通訊系統(tǒng)(GSM-R)。它不再需要地面信號(hào)系統(tǒng)，只需要列車檢測(cè)設(shè)備，因而大量減少了軌道旁信號(hào)設(shè)備。通過(guò)GSM-R進(jìn)行連續(xù)式速度控制，提供列車自動(dòng)防護(hù)和機(jī)車信號(hào)。用查詢應(yīng)答器定位列車，并通過(guò)軌道旁的無(wú)線閉塞中心(RBC)檢查列車完整性。

ETCS第3級(jí)取消了地面信號(hào)系統(tǒng)，采用移動(dòng)閉塞。系統(tǒng)通過(guò)GSM-R實(shí)施移動(dòng)授權(quán)，應(yīng)答器實(shí)現(xiàn)列車定位，車載設(shè)備檢查列車完整性。

基于GSM-R的ETCS2級(jí)系統(tǒng)，除瑞士olten-Lucerne線已投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)外，其他線路均處于試驗(yàn)驗(yàn)證階段。目前ETCS2級(jí)技術(shù)規(guī)范、運(yùn)營(yíng)管理等方面尚需完善，功能指標(biāo)有待評(píng)估或?qū)徟１M管如此，很多專家對(duì)無(wú)線列控系統(tǒng)的未來(lái)充滿信心。瑞士已將ETCS2級(jí)定為戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)；GE公司基于無(wú)線的增強(qiáng)型列車運(yùn)行控制系統(tǒng)ITCS、阿爾斯通公司基于無(wú)線的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)ATLAS都已應(yīng)用。因此可以預(yù)見(jiàn)基于無(wú)線的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)具有廣闊的發(fā)展前景。

三、中國(guó)鐵路列控系統(tǒng)的發(fā)展

2O世紀(jì)8O年代初，國(guó)內(nèi)多家單位積極開(kāi)展列車超速防護(hù)系統(tǒng)(ATP)的研究，探索中國(guó)鐵路列控系統(tǒng)發(fā)展之路。但是既有閉塞制式的復(fù)雜多樣性，使得列車超速防護(hù)系統(tǒng)的研究止步于試驗(yàn)階段。

1985年我國(guó)在鄭武線電氣化工程中率先引進(jìn)法國(guó)UM71無(wú)絕緣軌道電路自動(dòng)閉塞和TVM300超速防護(hù)系統(tǒng)，推動(dòng)了我國(guó)多信息速差式自動(dòng)閉塞和列車超速防護(hù)的發(fā)展。但受中國(guó)國(guó)情所限和諸多非技術(shù)原因，使得在法國(guó)時(shí)速300km／h高速列車上成功運(yùn)用的TVM300系統(tǒng)，在中國(guó)時(shí)速120km／h的列車上運(yùn)用并不理想。

1995年，國(guó)家“八五”攻關(guān)項(xiàng)目“LSK旅客列車速度分級(jí)控制系統(tǒng)”在廣深線160-200km/h的列車上投入運(yùn)營(yíng)。LSK系統(tǒng)作為我國(guó)自行研制的準(zhǔn)高速旅客列車超速防護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)超速防護(hù)系統(tǒng)歷史性的突破。

1995年以后，由列車運(yùn)行記錄器發(fā)展起來(lái)的列車運(yùn)行監(jiān)控裝置，以其特有的車載線路數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，受到應(yīng)用主管部門的肯定并迅速在全路推廣。至目前，LKJ一93監(jiān)控裝置加通用式機(jī)車信號(hào)的車載控制模式已覆蓋全路絕大部分機(jī)車（包括時(shí)速200km／h的高速列車）。2001年，LKJ一93的替代產(chǎn)品LKJ一2000車載控制設(shè)備投入使用，監(jiān)控模式在我國(guó)進(jìn)一步發(fā)展。但這種控制方式與國(guó)際公認(rèn)的超速防護(hù)系統(tǒng)存在一定距離。

因此鐵路部門組建了中國(guó)運(yùn)行控制系統(tǒng)(CTCS)項(xiàng)目組，制定CTCS暫行規(guī)范。2007年頒布了《客運(yùn)專線CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)配置及運(yùn)用技術(shù)原則（暫行）》文件，明確規(guī)定了CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)運(yùn)用技術(shù)原則，對(duì)CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)提出了技術(shù)要求。CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)設(shè)備基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，目前，京津客運(yùn)專線使用了CTCS技術(shù)。

四、結(jié)語(yǔ)

雖然我國(guó)鐵路運(yùn)行控制系統(tǒng)已得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，但總的來(lái)說(shuō)與發(fā)達(dá)國(guó)家有很大的差距發(fā)展我國(guó)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)已成為當(dāng)務(wù)之急。在發(fā)展我國(guó)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)要注重以下幾點(diǎn)：

1．我國(guó)的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)必須在借鑒ERTMS/ETCS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)的特點(diǎn)研究制訂CTCS技術(shù)規(guī)范，使CTCS規(guī)范化和科學(xué)化、系統(tǒng)化，減少投資風(fēng)險(xiǎn)。在CTCS的發(fā)展過(guò)程,注意合理總體規(guī)劃，分階段實(shí)施，對(duì)于關(guān)鍵項(xiàng)優(yōu)先研發(fā)，使工程良性循環(huán)，在此基礎(chǔ)逐步進(jìn)行功能擴(kuò)展，以免造成資源浪費(fèi)。

2．要采用先進(jìn)的定位技術(shù)及無(wú)線通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)閉塞的列車控制系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪希時(shí)，智能鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)ITS-R[M].北京:中國(guó)鐵道出版社，2004.

[2]李平、張莉艷、楊峰雁等，國(guó)外鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及分析[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2003.24(4):12-18.

[3]范麗君，列車運(yùn)行控制系統(tǒng)車載設(shè)備發(fā)展探討[J].機(jī)車電傳動(dòng)，2004.6:4-6,14.

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作者簡(jiǎn)介：

劉志紅，女，江西新干人，副教授，華東交通大學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院，主要研究方向：智能監(jiān)測(cè)控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)。