精確列車控制系統(tǒng)（PTC）和既有列車控制系統(tǒng)

精確列車控制系統(tǒng)（PTC）和既有列車控制系統(tǒng)

對于當前的信號基礎(chǔ)設(shè)施，我們投入了大量的血汗、淚水、經(jīng)歷和智慧，這些都是豐富的資源。這些寶貴的投入使得我們今天位于北美的各個全國鐵路網(wǎng)絡(luò)運行非常安全，但是我們?nèi)〉媒裉斐煽兊牡缆凡⒎翘雇尽?/p>

20世紀初，鐵路公司安裝新型聯(lián)鎖和自動信號系統(tǒng)，以便應對19世紀80和90年代運量、運行速度和事故的持續(xù)快速增長。這些系統(tǒng)具有效果。但是，隨著安裝這些系統(tǒng)的線路里程增長，不安全故障開始暴露出來。已經(jīng)開始相信按照信號顯示行車這個新的概念的列車司機需要性能更好的系統(tǒng)這個問題變得日益突出。

到了1907年，鐵路公司每年會遇到幾百起列車錯誤前進的故障。同年，列車乘客死亡人數(shù)達到一個峰值。當時，鐵路信號工程成為了一個新的學科，開始真正解決這個問題。服務大紐約地區(qū)的21家鐵路公司的信號專家開始定期會面，審視每起導致列車錯誤前進的信號故障，以便采取糾正措施。到了1914年，這些專家的努力取得了回報。隨著這些系統(tǒng)的性能變得更好，安裝這些系統(tǒng)的線路里程大幅增長，乘客死亡人數(shù)繼1907年開始小幅減少后，開始以更大幅度減少。

信號專家此后繼續(xù)這個過程直至今日。過去30多年取得了更多的突破，使得人們不再使用有縫鋼軌和鋼軌連接線，采用數(shù)字技術(shù)取代電纜技術(shù)，使用微處理器取代繼電器。這個變化使得安全性繼續(xù)提高，可靠性大幅增強，我們當前的信號系統(tǒng)成本也隨之下降。

但是， 由于缺失集體記憶，人們規(guī)劃改造工作的時候，這個非常寶貴的最新資源往往不被重視，甚至作為過時資源被忽視。這點在很大程度上體現(xiàn)在驅(qū)動人們有關(guān)精確列車控制系統(tǒng)（PTC）思考的夸張宣傳中。

如果你不能以史為鑒，就會重蹈覆轍，就像之前那樣尋找寄予厚望的新技術(shù)。

盡管信號工程師不斷消除信號故障，1970年開始制定有關(guān)今天仍然繼續(xù)進行的、持續(xù)改進的標準，但美國洲際商務委員會和媒體卻在失去信心。雖然每乘客.英里死亡人數(shù)在不斷減少，但是在出現(xiàn)罕見慘烈的列車相撞事故之后，導致1922年出臺了要求從事客運的49個鐵路公司安裝ATC或者ATS的命令。二戰(zhàn)之后，1947年出臺了要求運行速度達到或者超過80 mile/h的鐵路使用ATC或者ATS的法令。這兩個系統(tǒng)得到了持續(xù)發(fā)展，一個是點式感應ATS，一個是連續(xù)編碼ATC。

現(xiàn)在人們像之前那樣尋求的被寄予厚望的新技術(shù)就是PTC。人們從未認識到美國的列車司機按照信號顯示行車的程度很高這個因素。隨著我們在逐漸接近完美的過程中，不斷增加對于PTC的投資，我們何時才能意識到逐漸接近完美的過程可能毀滅我們現(xiàn)有的一切，但是我們永遠不能達到完美？

在信號領(lǐng)域的歷史中，往往被忽視的另外一個方面是安全這個概念，這個概念通過應用調(diào)度集中系統(tǒng)（CTC）得到了清楚地證明。1928年，首個編碼CTC投入應用。在這個CTC系統(tǒng)中，位置信息、道岔和信號機控制命令和顯示信息通過編碼在地面設(shè)備和中心設(shè)備間傳輸。這種數(shù)據(jù)傳輸之后發(fā)展成了高速數(shù)據(jù)傳輸，才使得今天的控制中心技術(shù)成為可能。

使得這項突破成為可能的是區(qū)分安全邏輯和非安全邏輯這個概念。也就是說區(qū)分成本較高的故障-安全的邏輯和并不直接影響列車運行安全性、在成本較低的、同時可以可靠執(zhí)行的所有其他邏輯。

在控制中心，屏幕的數(shù)據(jù)通過非安全邏輯驅(qū)動。防護列車運行故障-安全的安全邏輯應用在現(xiàn)場受控地點和顯示地點上。監(jiān)測以及規(guī)劃列車運行可以依靠非安全顯示，但是執(zhí)行安全功能無法依靠非安全顯示。

簡而言之，除了明顯的減輕責任的好處以外，安全這個概念的好處就是使得信號和列車控制系統(tǒng)在保持結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的同時，可以實現(xiàn)確保列車并不超過安全速度或者行車許可的終點這個基本目的。并不直接促進實現(xiàn)這個基本目的的所有其他功能可以通過并不應用安全邏輯的、更加經(jīng)濟、高效的方式得到實現(xiàn)。

PTC這個新型系統(tǒng)應該試圖成為成功的商業(yè)案例，而這個人們普遍存在的想法可謂是代價高昂的神話。這個系統(tǒng)就像癌癥一樣擴散到基礎(chǔ)架構(gòu)上，存在混合安全部分和非安全部分這個致命問題。如果PTC無法成為商業(yè)案例，我們?nèi)绾巫C明PTC結(jié)構(gòu)復雜的合理性？

我們當前的信號基礎(chǔ)設(shè)施存在3條主線，就是持續(xù)的安全改進、簡單并且有效的列車控制和區(qū)分安全和非安全這個概念。每條主線都促進我們當前的信號和列車控制基礎(chǔ)設(shè)施的安全性、可靠性和成本可接受性大幅提高。但是，這里存在一個問題：

在開發(fā)PTC的過程中，缺失有關(guān)這些年來信號工程師取得的重要集體記憶，代價高昂，導致以下3個領(lǐng)域存在重大問題：

*PTC成本太高，而且我們甚至尚未考慮未來因為沒有必要的復雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的運營和維護成本。但是，按照初步評估，PTC的未來故障產(chǎn)生的成本相比基于信號的列車控制系統(tǒng)并不太高。

*PTC需要的設(shè)計時間和安裝時間太長。比如，人們有意使得應用在美國東北走廊上的ACSES保持結(jié)構(gòu)簡單，僅僅可以滿足安全需求。倘若這些基本原則被用于促成制定國家標準，情況又會怎樣？

*因為屈服政治壓力，違背我們之前很高的有關(guān)故障-安全設(shè)計標準的巨大危險變大。美國擁有安全、可靠的信號基礎(chǔ)設(shè)施，可以支持貨運和客運系統(tǒng)，具有滿足未來需求的能力。但是，有關(guān)PTC的國家標準當前并不提供作為安全系統(tǒng)進行認證的清晰路徑。

這個情況引出以下3個重大問題：

*歷史表明，如果列車司機在行車過程中錯過一個信號顯示的同時，用于按照這個信號顯示實施控制的任何系統(tǒng)存在給出錯誤空閑顯示的故障，列車司機可能因為本能將沒有看見的停車信號顯示解讀為空閑信號顯示。倘若存在結(jié)構(gòu)更加簡單的安全型PTC系統(tǒng)，向列車司機提供用于解讀以及控制安全型系統(tǒng)的非安全系統(tǒng)如何能夠提高安全性？

*在性能較高的鐵路線路上提供110 mile/h的城際客運服務的需求不斷增長。但是，只有作為安全系統(tǒng)通過認證的PTC系統(tǒng)可以支持速度超過90 mile/h的城際客運服務。如何支持110 mile/h的城際乘客運服務？

*鐵路行業(yè)面臨雖然看似不很明顯但是實際比較強大的走上運營成本提高、安全性降低的道路的壓力。我們?nèi)绾巫C明全國存在這個消極趨勢的合理性？我們?yōu)楹蜗ＭC明這點？

好消息就是存在信號和列車控制領(lǐng)域的歷史，供PTC系統(tǒng)借鑒，以大大緩解各種不利因素。壞消息就是全國鐵路網(wǎng)絡(luò)有可能使用上沒有能充分借鑒我們鐵路領(lǐng)域歷史的PTC系統(tǒng)。

（北京全路通信信號研究設(shè)計院集團有限公司 劉旸摘譯自《Railway Age》2016年）