CTCS-4級(jí)列車控制系統(tǒng)研發(fā)關(guān)鍵點(diǎn)分析

李啟翮

(1．北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100073；2．北京市高速鐵路軌道交通運(yùn)行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100073)

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CTCS-4級(jí)列車控制系統(tǒng)研發(fā)關(guān)鍵點(diǎn)分析

李啟翮1，2

(1．北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100073；
2．北京市高速鐵路軌道交通運(yùn)行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100073)

摘要：CTCS-4級(jí)列控系統(tǒng)是中國列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（CTCS）規(guī)劃中的最高一級(jí)，目前尚處于理論研究階段。針對(duì)該系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行分析，歸納總結(jié)研發(fā)該系統(tǒng)所存在的關(guān)鍵問題及難點(diǎn)，為進(jìn)一步的系統(tǒng)研發(fā)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：中國列車控制系統(tǒng)CTCS-4級(jí)；移動(dòng)閉塞；列車完整性；軌道占用檢測

Abstract:As the highest level of Chinese Train Control System, CTCS-4 system is still in the theoretical research phase. This paper analyzes the characteristics of the system and summarizes the key points and dif fi cult problems, providing a basis for further research and development of the system.

Keywords:CTCS-4; moving block; train integration; track occupation detection

1　概述

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)是高速鐵路三大關(guān)鍵技術(shù)之一，它根據(jù)列車在鐵路線路上運(yùn)行的客觀條件和實(shí)際情況，對(duì)列車運(yùn)行速度及制動(dòng)方式等進(jìn)行監(jiān)控，是保障列車安全運(yùn)行的關(guān)鍵系統(tǒng)。

我國鐵路所規(guī)劃的列控系統(tǒng)體系稱為CTCS （China Train Control System），是參考?xì)W洲列控系統(tǒng)ETCS并結(jié)合我國鐵路實(shí)際所制定的，共分為0～4共5個(gè)等級(jí)。

1）CTCS-0級(jí)列控系統(tǒng)由通用機(jī)車信號(hào)和運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置構(gòu)成，為既有線現(xiàn)狀；

2）CTCS-1級(jí)列控系統(tǒng)由主體機(jī)車信號(hào)和安全型運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置組成；

3）CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)基于應(yīng)答器和軌道電路信息傳輸，憑車載信號(hào)行車，已應(yīng)用于200～250 km/h線路；

4）CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)，基于無線信息傳輸，憑車載信號(hào)行車，用于300～350 km/h線路；

5）CTCS-4級(jí)列控系統(tǒng)基于無線通信傳輸平臺(tái)，取消軌道電路，實(shí)現(xiàn)虛擬閉塞或移動(dòng)閉塞，適用于速度350 km/h以上的線路或特種鐵路，目前尚處于研究階段。

由上述等級(jí)說明可以看出，CTCS-2/3系統(tǒng)運(yùn)用于高速鐵路，而CTCS-4（以下簡稱C4）系統(tǒng)不僅面向高速鐵路，也可能用于其他如西部鐵路、支線鐵路等一些特殊線路，應(yīng)用范圍更廣。

目前，CTCS-3（簡稱C3）系統(tǒng)是我國最先進(jìn)的列控系統(tǒng)，其標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際是以歐洲ETCS2（簡稱E2）系統(tǒng)為基礎(chǔ)，并以CTCS-2（簡稱C2）系統(tǒng)為后備制定而成的，該等級(jí)與歐洲的E2并列為當(dāng)今世界上已經(jīng)廣泛成熟應(yīng)用的最先進(jìn)的列控系統(tǒng)。

盡管C3系統(tǒng)已有大量成熟應(yīng)用，但在實(shí)際運(yùn)營中也暴露出一定的缺點(diǎn)：1）采用了準(zhǔn)移動(dòng)閉塞制式，對(duì)于進(jìn)一步提高列車運(yùn)行速度，縮短追蹤間隔有一定限制；2）地面設(shè)備眾多，尤其是需要沿線鋪設(shè)軌道電路，建設(shè)運(yùn)營維護(hù)成本較高。

而C4系統(tǒng)規(guī)劃中的兩大新特征（移動(dòng)閉塞、取消軌道電路）正好可以解決上述缺點(diǎn)，并可以向下兼容C3，具有比C3系統(tǒng)更多的優(yōu)越性，是未來發(fā)展的方向，但目前尚處于理論研究階段，無實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，原因之一在于實(shí)際研發(fā)中尚有一些關(guān)鍵難點(diǎn)需要攻克。本文從C4系統(tǒng)與C3系統(tǒng)的區(qū)別入手，分析因系統(tǒng)差異導(dǎo)致的研發(fā)關(guān)鍵問題及困難點(diǎn)所在，為進(jìn)一步的標(biāo)準(zhǔn)制定和系統(tǒng)研發(fā)奠定基礎(chǔ)。

2　系統(tǒng)分析

根據(jù)規(guī)劃，C4系統(tǒng)與C3系統(tǒng)均采用車地?zé)o線通信的方式，其改進(jìn)之處在于：1）地面取消軌道電路；2）采用移動(dòng)閉塞或虛擬閉塞（實(shí)際上移動(dòng)閉塞是廣義虛擬閉塞的一種，狹義的虛擬閉塞通常指虛擬固定閉塞或虛擬準(zhǔn)移動(dòng)閉塞，移動(dòng)閉塞是相對(duì)于狹義虛擬閉塞更先進(jìn)的方式，本文后續(xù)將集中于移動(dòng)閉塞，忽略虛擬閉塞）。

與C3相比，C4的主要不同在于上述2點(diǎn)，但這二者（尤其是第1點(diǎn)）將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行帶來較大的改變。

2.1功能及安全影響分析

相對(duì)于C3采用的準(zhǔn)移動(dòng)閉塞制式，C4采用了更新式的移動(dòng)閉塞，能夠進(jìn)一步縮短列車追蹤間隔。實(shí)際中，移動(dòng)閉塞并非全新的技術(shù)，該閉塞方式已經(jīng)在城軌CBTC系統(tǒng)中被廣泛采用，多數(shù)列控廠商均具備該技術(shù)，因此移動(dòng)閉塞雖然是C4的關(guān)鍵特征之一，卻并非系統(tǒng)研發(fā)中所需攻克的難點(diǎn)。

與移動(dòng)閉塞的引入相比，軌道電路的取消給系統(tǒng)帶來更大沖擊。在C3系統(tǒng)中，軌道電路擔(dān)負(fù)著重要的職責(zé)，主要包括：1）軌道占用檢測；2）向C2級(jí)列車發(fā)碼。因此取消軌道電路后，意味著：1）系統(tǒng)中缺少軌道占用檢測設(shè)備；2）系統(tǒng)無法兼容C2等級(jí)列車。這將對(duì)進(jìn)路控制、站內(nèi)發(fā)車、移動(dòng)授權(quán)、等級(jí)轉(zhuǎn)換、列車完整性、調(diào)車作業(yè)、故障處理等多種功能產(chǎn)生影響。

這些功能的變化即為C4系統(tǒng)研究的關(guān)鍵難點(diǎn)，下面將分別進(jìn)行分析。

2.1.1進(jìn)路控制

在C3系統(tǒng)中，進(jìn)路的控制由聯(lián)鎖（CBI）實(shí)現(xiàn)。CBI根據(jù)軌道電路所檢測的軌道占用狀態(tài)作為控制進(jìn)路的基礎(chǔ)信息，然后將進(jìn)路的編號(hào)、狀態(tài)等信息發(fā)送給無線閉塞中心（RBC）作為控制列車運(yùn)行的依據(jù)之一。

取消軌道電路后，CBI無法獲取軌道占用狀態(tài)，也就無法控制進(jìn)路。一種可能的替代方式是由RBC將列車的位置、長度等信息發(fā)送給CBI，CBI以此為依據(jù)判斷軌道狀態(tài)并控制進(jìn)路，但這種方式有如下難點(diǎn)需要克服。

1）RBC所發(fā)送的列車位置有一定滯后（C3系統(tǒng)中，列車每6 s發(fā)送一次位置報(bào)告）；

2）車地?zé)o線通信可能發(fā)生故障，無法即時(shí)傳送列車信息；

3）列車完整性丟失，也會(huì)使列車的長度和位置不再準(zhǔn)確；

4）RBC-CBI通信故障會(huì)導(dǎo)致CBI無法獲取實(shí)時(shí)列車信息。

上述難點(diǎn)都會(huì)對(duì)系統(tǒng)功能安全產(chǎn)生影響，如果沒有解決方案，則進(jìn)路將無法控制。

2.1.2站內(nèi)發(fā)車

在C3系統(tǒng)中，車載ATP斷電重啟后，可以目視行車模式從站內(nèi)發(fā)車，也可以C2等級(jí)發(fā)車，并在運(yùn)行過程中呼叫RBC，按照一定的流程轉(zhuǎn)為C3等級(jí)全監(jiān)控模式運(yùn)行。但在C4系統(tǒng)中，這卻是一個(gè)可能導(dǎo)致安全風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵難點(diǎn)。

由于不再兼容C2等級(jí)，因此列車只能以目視行車模式發(fā)車，這會(huì)有3種后果。

1）列車在短時(shí)間內(nèi)與RBC順利建立通信會(huì)晤，并在經(jīng)過站內(nèi)某組距離列車最近應(yīng)答器后及時(shí)向RBC報(bào)告自身位置， RBC可以正?？刂屏熊囘\(yùn)行；

2）列車未能與RBC建立通信會(huì)晤，以目視模式駛出車站進(jìn)入?yún)^(qū)間運(yùn)行；

3）列車與RBC建立通信會(huì)晤后，但沒能向RBC報(bào)告自身位置（可能由于應(yīng)答器丟失），以目視模式駛出車站進(jìn)入?yún)^(qū)間。

由于取消軌道電路，后2種情況下會(huì)帶來巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)：存在RBC不知道位置的列車進(jìn)入?yún)^(qū)間運(yùn)行（區(qū)間出現(xiàn)了幽靈車），將可能導(dǎo)致列車追尾的嚴(yán)重事故。

2.1.3移動(dòng)授權(quán)

在C3系統(tǒng)中，移動(dòng)授權(quán)的終點(diǎn)總是在閉塞分區(qū)（或進(jìn)路）的分界點(diǎn)處，RBC根據(jù)閉塞分區(qū)的占用狀態(tài)確定移動(dòng)授權(quán)是否能包含該閉塞分區(qū)，而該占用狀態(tài)則是由軌道電路檢測，這樣，即使有C2列車、無線故障列車和隔離列車在軌道上運(yùn)行，也不會(huì)產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)。

但在C4系統(tǒng)中，移動(dòng)閉塞要求后車以前車的車尾為跟蹤目標(biāo)，不再使用閉塞分區(qū)的概念；此外，由于軌道電路這個(gè)基礎(chǔ)不再存在，線路上的全部占用狀態(tài)都必須由RBC自身進(jìn)行維護(hù)，這要求RBC必須確知管轄范圍內(nèi)所有列車的運(yùn)行狀態(tài)，才能正確控車。當(dāng)出現(xiàn)車地通信故障，或有“幽靈車”進(jìn)入RBC管轄范圍，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.4等級(jí)轉(zhuǎn)換在C3系統(tǒng)中，等級(jí)轉(zhuǎn)換主要發(fā)生在兩類情形：1）在C3線路與C2線路的邊界設(shè)置等級(jí)轉(zhuǎn)換區(qū)，以供列車進(jìn)行等級(jí)轉(zhuǎn)換；

2）在C3線路上，列車因無線丟失轉(zhuǎn)為C2等級(jí)運(yùn)行，重新呼叫RBC成功后轉(zhuǎn)為C3等級(jí)。

在C4系統(tǒng)中，第2種場景不再允許存在，僅需考慮第1類轉(zhuǎn)換場景。

由于取消軌道電路，等級(jí)轉(zhuǎn)換同樣存在安全風(fēng)險(xiǎn)或?qū)?duì)運(yùn)營效率產(chǎn)生影響，下面以C2線路與C4線路邊界的等級(jí)轉(zhuǎn)換進(jìn)行說明（當(dāng)C3列車進(jìn)入C4區(qū)域運(yùn)行，或C4車載設(shè)備也包含C2功能時(shí)，會(huì)有此等級(jí)轉(zhuǎn)換的場景需求）：

1）處于C2等級(jí)列車要進(jìn)入C4區(qū)域運(yùn)行，可能由于未能及時(shí)與RBC建立通信會(huì)晤并報(bào)告位置，成為“幽靈車”進(jìn)入C4區(qū)域，這會(huì)導(dǎo)致安全風(fēng)險(xiǎn)；

2）處于C3/C4等級(jí)的列車要駛出C4區(qū)域，由于無法獲取邊界外的軌道占用狀態(tài)，無法以C2等級(jí)所允許的速度通過，而需要在邊界停車，才能以目視模式駛出，這會(huì)影響運(yùn)營效率。

2.1.5列車完整性

由于缺少軌道電路的保障，列車完整性一旦被破壞，就會(huì)帶來安全風(fēng)險(xiǎn)，因此，C4系統(tǒng)要求由車載系統(tǒng)確認(rèn)列車的完整性，這是C4系統(tǒng)需要攻克的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

實(shí)時(shí)檢測列車完整性的方法已經(jīng)被提出了不少，例如：1）采用列尾裝置；2）使用列車總線；3）使用衛(wèi)星定位確定列車長度等方法，但目前尚無SIL4級(jí)的通用型解決方案，需要進(jìn)一步研究。

2.1.6調(diào)車作業(yè)

在C3系統(tǒng)中，只要列車處于允許調(diào)車區(qū)域（站內(nèi)），經(jīng)RBC授權(quán)即可轉(zhuǎn)入調(diào)車模式，而后RBC與調(diào)車模式的列車斷開通信，不干涉調(diào)車作業(yè)，由于軌道電路的保護(hù)，不會(huì)影響系統(tǒng)安全。

但在C4系統(tǒng)中，列車一旦與RBC斷開通信，RBC將無法獲取其位置等狀態(tài)，由于沒有軌道電路保障，將帶來巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)。即使不采用C3的方式，在調(diào)車過程中繼續(xù)保持車地通信，由于調(diào)車過程中車的完整性可能產(chǎn)生變化，同樣存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

因此，怎樣在C4系統(tǒng)中完成調(diào)車作業(yè)是一個(gè)需要攻克的難點(diǎn)。

2.1.7故障處理

在C4系統(tǒng)中，由于軌道電路的缺位，數(shù)種在C3系統(tǒng)中行之有效的故障處理方式都將不再適用，下面將分別進(jìn)行分析。

1）車地?zé)o線通信故障

在C3系統(tǒng)中，由于有C2系統(tǒng)作為后備，當(dāng)車地?zé)o線丟失導(dǎo)致無線超時(shí)后，列車將轉(zhuǎn)為C2等級(jí)，在C2系統(tǒng)的控制下繼續(xù)運(yùn)行，這樣的設(shè)定可以降低對(duì)運(yùn)營效率的影響，但是軌道電路必不可少。

對(duì)于C4系統(tǒng)，由于無法以C2等級(jí)在C4區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，所以在無線丟失后只能制動(dòng)停車。在列車重新與RBC恢復(fù)通信之前，列控系統(tǒng)無法正?？剀?，在此期間，如何保障線路上列車安全的同時(shí)盡量降低對(duì)效率的影響，需要重新設(shè)計(jì)。

2）RBC與CBI通信斷開

當(dāng)RBC與CBI通信斷開，C3系統(tǒng)采用的方式是讓RBC停止與列車通信，主動(dòng)制造無線丟失場景，使列車轉(zhuǎn)為C2等級(jí)運(yùn)行，由C2系統(tǒng)保障安全。

而在C4系統(tǒng)中，確保車地通信是重中之重，因此必須重新研究相應(yīng)的故障處置方案。

3）RBC故障重啟

在C3系統(tǒng)中， RBC重啟并不會(huì)對(duì)整個(gè)運(yùn)輸造成太過嚴(yán)重的影響，但在C4系統(tǒng)中卻會(huì)導(dǎo)致最為嚴(yán)重的沖擊。

當(dāng)RBC發(fā)生故障導(dǎo)致宕機(jī)，它將失去與管轄范圍內(nèi)所有列車的聯(lián)系。重啟完成后，RBC無法確認(rèn)管轄范圍內(nèi)列車數(shù)量、各列車的狀態(tài)，因此無法正?？剀?。

怎樣讓RBC重啟之后確認(rèn)管轄范圍內(nèi)所有列車的狀態(tài)信息，以繼續(xù)正?？剀?，是C4系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要關(guān)鍵點(diǎn)。

4） 列車完整性丟失

在C3系統(tǒng)中，列車完整性丟失不會(huì)造成安全風(fēng)險(xiǎn)，原因在于軌道電路能保障RBC確認(rèn)軌道占用狀態(tài)。

此外，由于C3線路上僅動(dòng)車組運(yùn)營，由動(dòng)車組自身確保完整性，而無需車載ATP進(jìn)行檢測，而C4系統(tǒng)除高速線路外，也可能用于各類特種鐵路對(duì)普通客車、貨車進(jìn)行控制，這就需要由車載ATP對(duì)列車完整性進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并在完整性丟失后采取安全措施。

5） RBC-RBC移交故障

正常情況下，C4系統(tǒng)的RBC移交功能與C3系統(tǒng)相同，但在以下情況下，既有的方式將無法保障安全：

RBC之間因通信斷開或其他故障使得移交被取消，列車的移動(dòng)授權(quán)因此被縮回移交邊界，而列車因距離邊界太近，導(dǎo)致冒進(jìn)闖入接收RBC管轄范圍，此時(shí)列車若已經(jīng)與接收RBC斷開通信，則會(huì)有類似“幽靈車”進(jìn)入接收RBC管轄范圍的安全風(fēng)險(xiǎn)；

移交列車未能及時(shí)與接收RBC建立通信會(huì)晤，例如車載雙電臺(tái)中一臺(tái)故障（含單電臺(tái)列車移交），在進(jìn)入接收RBC管轄范圍后無法及時(shí)成功呼叫接收RBC，同樣帶來“幽靈車”風(fēng)險(xiǎn)。

上述兩種安全風(fēng)險(xiǎn)在C3系統(tǒng)中并不存在，但C4系統(tǒng)由于缺少軌道電路，必須考慮應(yīng)對(duì)措施以防范風(fēng)險(xiǎn)。

2.2系統(tǒng)影響分析

2.2.1系統(tǒng)組成影響

C3系統(tǒng)以C2系統(tǒng)為后備，系統(tǒng)組成包括車載和地面兩部分。車載子系統(tǒng)主要包括車載ATP、GSM-R車載通信裝置，地面子系統(tǒng)主要包括RBC、臨時(shí)限速服務(wù)器（TSRS）、列控中心（TCC）、軌道電路、應(yīng)答器、地面電子單元（LEU）等，此外還需要CBI、調(diào)度集中系統(tǒng)（CTC）與列控系統(tǒng)緊密配合共同保障列車運(yùn)營。

C4級(jí)系統(tǒng)由于規(guī)劃不再配置軌道電路，導(dǎo)致系統(tǒng)組成有一定的變化。

1）地面部分

由于軌道電路的取消，不再需要TCC、LEU以及有源應(yīng)答器，由于采用了移動(dòng)閉塞技術(shù)，區(qū)間信號(hào)機(jī)也不再配置。線路建設(shè)中，不再需要建設(shè)中繼站。其余如RBC、TSRS、以及CBI、CTC和無源應(yīng)答器需要保留（也可將部分設(shè)備合并，但相應(yīng)的功能依然存在）。

2）車載部分

除車載ATP保留之外，還需要增加列車完整性自檢測裝置，例如列尾裝置。

2.2.2建設(shè)成本影響

由于車載部分的投資成本與線路建設(shè)無關(guān)，僅考慮地面信號(hào)系統(tǒng)部分，以C3級(jí)線路投資概算上減去軌道電路、信號(hào)機(jī)、LEU、TCC、有源應(yīng)答器等設(shè)備考慮（其余RBC、TSRS、CBI等投資暫定于C3相同）。

以當(dāng)前高鐵線路信號(hào)建設(shè)投資數(shù)據(jù)為參考進(jìn)行估算、對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，減少的部分（包括設(shè)備、建筑、安裝費(fèi)用）可以使每公里建設(shè)成本降低約55%。

除建設(shè)成本外，相關(guān)維護(hù)費(fèi)用同時(shí)省下，由此可見C4系統(tǒng)相對(duì)于C3線路具有明顯的成本優(yōu)勢。

2.3兼容性影響分析

C4級(jí)系統(tǒng)作為CTCS規(guī)劃中的最高等級(jí)，應(yīng)當(dāng)具備針對(duì)較低等級(jí)的系統(tǒng)向下兼容能力，然而，由于軌道電路的取消，必然導(dǎo)致C4與C2系統(tǒng)無法兼容。而C4系統(tǒng)與C3系統(tǒng)均采用車地?zé)o線通信的方式，具備保持兼容性的基礎(chǔ)。為此，在系統(tǒng)研發(fā)過程中，應(yīng)當(dāng)預(yù)先考慮兼容性設(shè)計(jì)，主要包括如下兼容性條件。

1）C4系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)采用與C3系統(tǒng)兼容的車地通信協(xié)議；

2）C4等級(jí)列車應(yīng)當(dāng)能在C3線路上正常行駛（轉(zhuǎn)為C2等級(jí)功能除外）；

3）C3等級(jí)列車應(yīng)當(dāng)能在C4線路上正常行駛（需額外考慮列車完整性處理）；

4）C3級(jí)RBC應(yīng)當(dāng)能與C4級(jí)RBC正常通信實(shí)現(xiàn)移交；

5）若C4管轄區(qū)域內(nèi)有C3等級(jí)列車即將通過C4/C2級(jí)線路邊界進(jìn)入C2區(qū)域，列車應(yīng)能正常轉(zhuǎn)換為C2等級(jí)；反之，處于C2等級(jí)邊界的C3列車通過C4/C2邊界應(yīng)能正常轉(zhuǎn)為C3等級(jí)運(yùn)行。

3　關(guān)鍵點(diǎn)解決方向初探

3.1歐洲發(fā)展方向

C4級(jí)列控系統(tǒng)的規(guī)劃實(shí)際是參考?xì)W洲的ETCS 3（以下簡稱E3）級(jí)系統(tǒng)規(guī)劃制定，因此E3的發(fā)展可以作為C4系統(tǒng)研究的重要參考。E3系統(tǒng)規(guī)劃向下兼容E2，具備移動(dòng)閉塞、取消軌道占用檢測設(shè)備兩大特征，能以更低的成本保障相同甚至更高的運(yùn)營速度，但在實(shí)際發(fā)展中，盡管ETCS已經(jīng)有20余年的發(fā)展歷史，E3系統(tǒng)研究依然進(jìn)展緩慢。

2005年，國際鐵路聯(lián)盟（UIC）與瑞典鐵路局（BV）共同啟動(dòng)一個(gè)新項(xiàng)目ERTMS Regional（簡稱ER），由Bombardier公司承接，旨在研發(fā)一種兼容于ERTMS/ETCS且適合于地方性的低密度低速線路信號(hào)系統(tǒng)改造升級(jí)的低成本系統(tǒng)，并為E3研究打下基礎(chǔ)。該系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是E3系統(tǒng)的一個(gè)變體，具備E3系統(tǒng)的兩個(gè)重要特征，目前該系統(tǒng)已經(jīng)在瑞典完成一條試驗(yàn)線路（Repb?cken – Malung線的信號(hào)系統(tǒng)升級(jí)改造），并向國際推廣，拿下了哈薩克斯坦、贊比亞等多條既有線路的改造升級(jí)合同。

按照ER系統(tǒng)的方案[3]，系統(tǒng)在設(shè)備之外，增設(shè)了一個(gè)稱為“控制員（Controller）”的人工角色，用于解決本文上一節(jié)所分析的多數(shù)問題。所謂的“控制員”在系統(tǒng)中有著最高的權(quán)限，一切設(shè)備無法處理的問題，均由控制員接手。例如RBC故障重啟后，由控制員對(duì)管轄范圍內(nèi)的列車信息、線路狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，經(jīng)其允許后RBC可以開始控車；車地通信斷開后，由控制員確認(rèn)該車是否已經(jīng)離開RBC管轄范圍；列車誤入?yún)^(qū)間或遇到其他故障，應(yīng)及時(shí)報(bào)告控制員并根據(jù)其命令操作。

根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]的描述，幾乎所有因缺少軌道占用檢測裝置帶來的問題，ER系統(tǒng)均可采用人工干預(yù)的方式解決。之所以該方式可行，是因?yàn)镋R系統(tǒng)僅用于特定類型的線路：1）日發(fā)車數(shù)量少，發(fā)車間隔長（通常不小于0.5 h）；2）列車行駛速度低（不高于120 km/h）；3）線路簡單（車站股道少，甚至多為單線鐵路）。Bombardier在瑞典所完成的試驗(yàn)線路就符合上述特征：每天10列車，最高時(shí)速80（貨車）～120 km（客車），是20世紀(jì)初修建的單線鐵路。在這類被歐洲稱為Regional型的線路上，當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備無法解決的問題后，由人工接手并不會(huì)對(duì)效率帶來太大影響，而控制員的工作強(qiáng)度也不大，因此該方案可以實(shí)施。此外，Bombardier還保留了站內(nèi)軌道電路，僅取消區(qū)間軌道電路，于是進(jìn)路控制問題也得到了妥善的解決。

3.2C4研究方向

與ER系統(tǒng)主要應(yīng)用于老舊線路改造相比，C4系統(tǒng)最大不同在于系統(tǒng)的應(yīng)用目標(biāo)首先是中國的各種新建線路（高鐵新線和特種線路），由于中國人口密度大、發(fā)車間隔短、線路繁忙，因此，純?nèi)斯そ鉀Q方案僅適合于一些邊遠(yuǎn)地區(qū)的特種線路（例如部分人煙稀少的西部地區(qū)）。否則，不僅巨大工作強(qiáng)度會(huì)將控制員壓垮，還會(huì)對(duì)運(yùn)營效率造成嚴(yán)重影響。

另一種研究思路則是以Bombardier保留站內(nèi)軌道電路的做法為啟發(fā)，考慮在系統(tǒng)內(nèi)增加部分額外的設(shè)備。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，這些額外的設(shè)備可以保障系統(tǒng)安全、降低對(duì)效率的影響，從而減少控制員人工確認(rèn)的工作量。但是增加的設(shè)備勢必會(huì)增加成本。

根據(jù)上述分析，“增加部分設(shè)備+人工確認(rèn)”是C4標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)可能方向。但是具體增加何種設(shè)備、應(yīng)增加的數(shù)量以及保留多少人工處理的部分都需要進(jìn)一步的深入研究，以期在功能、效率和成本上均取得滿意的效果。

4　總結(jié)

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)是保障列車安全運(yùn)行的基石，我國制定了CTCS系統(tǒng)的5級(jí)規(guī)劃，并實(shí)現(xiàn)了當(dāng)今在線正式運(yùn)營最先進(jìn)的列控系統(tǒng)之一的C3級(jí)系統(tǒng)。然而各軌道交通發(fā)達(dá)的國家仍然在進(jìn)行持續(xù)的研究發(fā)展（例如日本的ATACS系統(tǒng)、美國的PTC系統(tǒng)、歐洲的ETCS3系統(tǒng)），為了確保我國已經(jīng)趕上世界先進(jìn)水平的列控技術(shù)不再次落后，需要盡快對(duì)更先進(jìn)的C4級(jí)列控系統(tǒng)進(jìn)行研究。

本文從C4級(jí)系統(tǒng)規(guī)劃的兩大新增特征對(duì)既有系統(tǒng)帶來的影響入手，對(duì)C4級(jí)系統(tǒng)的研發(fā)所需要解決的關(guān)鍵問題及難點(diǎn)進(jìn)行分析，分別從系統(tǒng)功能及安全的影響方面、系統(tǒng)的組成及成本方面以及向下兼容性方面進(jìn)行探討，并初步提出一個(gè)解決這些問題的可能方向，從而為進(jìn)一步的研究奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]科技運(yùn)[2008]34號(hào) 客運(yùn)專線CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)總體技術(shù)方案[S].

[2] ERTMS/ETCS System Requirement Specification Subset-026 v2.3.0[S].

[3] ERTMS Regional functional requirement specification v3.08[S].

[4]科技運(yùn)[2008]127號(hào) CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)系統(tǒng)需求規(guī)范（SRS）[S].

收稿日期：（2015-11-20）

DOI:10.3969/j.issn.1673-4440.2016.01.001