下一代高铁列控系统关键技术发展

蒋敏建 伍春发

摘要：高速铁路是现代社会的新型运输方式，是交通运输现代化的重要标志。高铁列控系统是整个大系统的核心。伴随着通信、信息、控制技术的发展，传统的列控系统日见已难以满足运营的需求。本文就下一代列控系统的关键技术的发展趋势及技术支持做了总结和分析。

关键词：高铁列控系统;下一代列控系统;关键技术

Abstract： High-speed railway is a new mode of transportation in modern society and an important symbol of the modernization of transportation. High-speed railway train control system is the core of the whole system. With the development of communication，information and control technology，the traditional train control system has been difficult to meet the operational needs. This paper summarizes and analyzes the development trend and technical support of the next generation of train control system.

Key words： high-speed railway train control system;Next generation train control system;The key technology

自20世纪以来，中国铁路列车运行控制系统（China Train Control System，CTCS）迅速发展，作为列车运行控制的“大脑和神经中枢”，可分为CTCS0-CTCS4级5个等级[1]。随着对安全及效率技术方面的追求，铁路运输对列控系统的品质要求不断加强。同时，随着信息、通信、控制新技术的不断突破，为列控系统的技术革命带来了机遇。未来我国的列控系统总体发展趋势基本为：（1）系统结构更加简易;（2）轨旁设备更加精简;（3）车载设备智能化程度加强;（4）列控系统全生命周期的运维成本降低。主要研究方向集中于：

（1）卫星技术与轨旁设备协同，实现列车自主定位[2];

（2）车载设备智能化提高，实现主动安全防护;

（3）轨旁设备减少，实现移动闭塞（Moving Block）;

（4）控制设备故障诊断和智能维护能力提升;

（5）构造统一的系统框架、软硬件技术平台，促进体系标准化[3]。

总之，下一代列控系统主要是基于IP通信及卫星导航的列车运行控制系统，由车载设备和地面无线闭塞中心（RBC）替代传统的轨道电路实现列车占用检查和完整性检测;且通过无线通信实现车-地间双向信息传输，发送实时的列车位置、线路数据、限速命令和行车许可等信息。列车闭塞方式选择虚拟闭塞（当前青藏线所采用）或移动闭塞，并采用目标-距离连续速度控制模式监控列车运行。关键技术为：（1）融合卫星的列车自主定位技术;（2）高速条件下的移动闭塞控制技术;（3）智能驾驶技术;（4）列控联锁一体化技术;（5）工程仿真测试技术;（6）基于IP的通信技术。

1.融合卫星的列车自主定位技术

主要是取代传统的轨道电路完成列车占用检查，结合虚拟应答器技术减少实体应答器，采用多模式的卫星定位，融合惯性导航、轮轴转速计、应答器、电子地图等多种方式实现列车实时自主定位。

相比于国外GPS技术，我国成功研制北斗卫星导航系统。建立基于北斗的列车定位技术，统一“人-机-物”的时空基准构建全新铁路沿线全时、全域、全天候的时空信息体系的完好性信号，面向各种业务应用提供高精度、高可靠的时空信息服务。文献[4]指出北斗全域信号增强技术是智能高铁新技术的重要组成，其技术成果将直接应用于智能京张工程，将作为北斗技术在铁路实现体系化应用的关键基础支撑，推动全路北斗技术应用。

2.高速行车条件下的移动闭塞控制技术

传统的移动闭塞制式下，分区只能按照线路运行性能的最差列车制动性能参数划分。借助轨道电路和计轴确定列车所在位置，无法精确获悉列车具体位置，这使得列车间的安全间隔较大，降低了运输效率与行车密度，影响线路的效率。移动闭塞技术是以大容量的双向车-地通信技术为保障的，可以实时、安全的检测前行列车的运行状态，及时给予后车行车许可。移动闭塞的优势主要有：（1）提高行车密度;（2）减少地面设备、节省列车资源;（3）运营更加灵活[5]。

3智能驾驶技术

既有的ATO系统依赖地面系统提供列控数据，以传统的自动化理论生成速度曲线并控制列车运行，存在感知的缺乏、决策的单一和控制的机械等问题，导致其在列车驾驶的安全性、效能平衡性和舒适性等方面均难有较大的提升。将大数据挖掘和人工智能技术引入列控領域，通过在列车上增加传感器等手段，可提高列车主动感知能力，同时利用深度学习、强化学习等手段挖掘优秀司机丰富的驾驶经验和列车运行相关大数据，结合既有的列控数据、线路数据、运行计划等，主动安全、效能平衡，旅客舒适度，应急处理等多方面可提升行车综合质量[6]。

4列控联锁一体化

我国高铁建设初期，为尽量减少对既有系统的影响，很多设备的设置采取了叠加的系统设计（冗余+容错），信号系统在既有设备联锁保持不变的情况下，单独设置了列控中心。存在的问题主要有：（1）信号设备系统复杂，设备数量多;（2）站内、区间逻辑控制分置，频繁交互关键信息;（3）设备接口数量多，接口类型重复，缺乏直接接口，导致数据迂回传输;（4）继电器接口方式，需要定期检修，维护复杂，不利于我国铁路“走出去”战略。

为适应高速铁路、普速铁路以及西部支线铁路的不同运营和维护需求，根据目前高速铁路列控、联锁系统、普速铁路联锁系统的特点，研究基于网络安全传输、电子安全控制、智能控制技术的列控联锁一体化系统。目标主要为：（1）减少设备数量与维护工作量;（2）优化系统架构与功能分配;（3）接口标准化，实现互联互通;（4）执行单元电子化。

列控联锁一体化系统是对地面信号系统功能上的改进，根据执行子系统内的目标控制器、应答器接口单元是在室内集中设置还是轨旁分散设置，将列控联锁一体化系统分为3种架构：集中式设置一体化、分散式设置一体化和集中与分散组合式设置一体化。在工程实施中根据不同的运营场景及站场情况灵活配置[7]。特点主要为：（1）重新优化功能分配，实现系统内部数据共享，集中交换信息，减少了设备数量。（2）减少系统接口数量，优化列控联锁系统与RBC、TSRS间的信息传递路径，避免信息重复传输、迂回传输。（3）实现基于网络传输技术、数据分析技术的列控联锁系统远程维护及故障精准定位、监测与智能运维。（4）既有线取消站间电缆，站间传输光纤化，站间传输信息化，同时节约电缆投资。（5）取代继电接口电路由电子执行单元替代实现列控联锁系统的电子化。

结论

科学技术飞速发展，中国高铁列控系统顺势而为，不断突破。本文主要阐述了我国下一代高铁列控系统的关键技术发展的总体趋势，就定位、移动闭塞、智能驾驶和联锁列控一体化技术进行了分析，旨在为同仁借鉴分析。

参考文献

[1]江明. CTCS-3级列控系统发展历程及技术创新[J]. 铁路通信信号工程技术，2020（1）：1-7.

[2]马梓尧，王海峰，齐志华，张启鹤，范宇.一种基于GNSS的站内列车精确定位方法[J].铁道标准设计：1-10.

[3]郑伟，唐涛，吕继东，魏国栋.基于IECP的CTCS-3列控车载TSM曲线完備性测试用例集生成方法研究[J].铁道学报，2020，42（05）：72-83.

[4]宁滨，莫志松，李开成.高速铁路信号系统智能技术应用及发展[J].铁道学报，2019，41（03）：1-9.

[5]辛亚江，刘万江.移动闭塞下列车追踪运行研究[J].中国铁路，2020（05）：94-99.

[6]李红侠.我国智能高铁自动驾驶技术应用进展[J].铁道标准设计，2019，63（06）：151-155.

[7]梁志国，卢佩玲，付伟.铁路列控联锁一体化系统研究[J].铁道通信信号，2019，55（S1）：98-102.

作者简介：蒋敏建男（1987.08-）汉族广西桂林人学历：大学本科。柳州铁道职业技术学院实验师研究方向：铁道通信信号。