列車運行控制系統的發展

[摘要]在介紹國外列車運行控制系統研究的歷史進程和基本情況的基礎上,對其中具有代表性的研究成果作較為詳細的分析和評價。最后介紹中國列車運行控制系統的發展概況及對發展趨勢提出了若干建議。

[關鍵詞]鐵路 列車運行控制系統 鐵路運輸

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2009）0110107-01

自19世紀鐵路誕生以來，如何控制鐵路運輸的安全就一直是世界各國鐵路運輸業面臨的主要課題，而列車運行安全是列車運行控制的核心。

一、列車運行控制系統的發展簡史

19世紀中葉出現火車后，立即就有人研究如何控制火車安全運行問題。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行先導，以后又用過在一定距離設置導運人員,揮旗來表示列車可否安全前行等方法。1830年在英國開始第一次應用橫木式帶燈光的信號機。1841年英國人提出閉塞電報機專利，并于1851年在英國鐵路獲得普及應用，以后逐漸發展為電話、路牌、路簽構成閉塞系統。自19世紀末出現采用鋼軌作為導體來傳遞電信號的軌道電路出現后，鐵路區間行車控制進入了“基于軌道電路的列車運行控制(Track Circuit Based Train Control,TBTC)”時代。但軌道電路本身具有一些不足和矛盾影響正確接收信息。隨著科學技術的發展，人們提出一種新的設想，采用通信方法來實現信號的傳遞，這就產生了以通信為基礎的列車控制系統(Communication Based Train Control，CBTC)。

二、國外發展概況

從各國列車運行控制系統的發展過程看，大多數國家都是在原有裝備的基礎上進行技術改造，不斷增加新功能，逐步向更高的級別發展。下面介紹具有代表性的歐洲列車運行控制系統。

歐洲人花了10年時間研究ETCS，最初的目的是為了解決歐洲境內鐵路運輸的互聯互通問題。沒有ETCS，列車泛歐運行不僅要安裝多套車載設備，極大地提高成本，而且運行的安全性和可靠性也難以保障。ETCS技術規范在歐洲以法律形式強制性執行。ETCS的研究推動了ATP(Automatic Train Protection)系統的發展。

ETCS1級在歐洲范圍得到廣泛應用。車載安全計算機(EVC)是車載控制子系統的核心設備和關鍵技術，系統通過歐洲安全認證(SIL4)，設計符合故障一安全原則。EVC具有基于標準協議的通信接口和滿足特定車載要求的可擴展接口，能高可靠地接收GSM-R、應答器和軌道電路（通過專用傳輸模塊STM）等傳輸的信息，能可靠地與列車運行記錄裝置接口[3]。

ETCS第2級引入了歐洲無線通訊系統(GSM-R)。它不再需要地面信號系統，只需要列車檢測設備，因而大量減少了軌道旁信號設備。通過GSM-R進行連續式速度控制，提供列車自動防護和機車信號。用查詢應答器定位列車，并通過軌道旁的無線閉塞中心(RBC)檢查列車完整性。

ETCS第3級取消了地面信號系統，采用移動閉塞。系統通過GSM-R實施移動授權，應答器實現列車定位，車載設備檢查列車完整性。

基于GSM-R的ETCS2級系統，除瑞士olten-Lucerne線已投入商業運營外，其他線路均處于試驗驗證階段。目前ETCS2級技術規范、運營管理等方面尚需完善，功能指標有待評估或審批。盡管如此，很多專家對無線列控系統的未來充滿信心。瑞士已將ETCS2級定為戰略發展目標；GE公司基于無線的增強型列車運行控制系統ITCS、阿爾斯通公司基于無線的列車運行控制系統ATLAS都已應用。因此可以預見基于無線的列車運行控制系統具有廣闊的發展前景。

三、中國鐵路列控系統的發展

2O世紀8O年代初，國內多家單位積極開展列車超速防護系統(ATP)的研究，探索中國鐵路列控系統發展之路。但是既有閉塞制式的復雜多樣性，使得列車超速防護系統的研究止步于試驗階段。

1985年我國在鄭武線電氣化工程中率先引進法國UM71無絕緣軌道電路自動閉塞和TVM300超速防護系統，推動了我國多信息速差式自動閉塞和列車超速防護的發展。但受中國國情所限和諸多非技術原因，使得在法國時速300km／h高速列車上成功運用的TVM300系統，在中國時速120km／h的列車上運用并不理想。

1995年，國家“八五”攻關項目“LSK旅客列車速度分級控制系統”在廣深線160-200km/h的列車上投入運營。LSK系統作為我國自行研制的準高速旅客列車超速防護系統，實現了我國超速防護系統歷史性的突破。

1995年以后，由列車運行記錄器發展起來的列車運行監控裝置，以其特有的車載線路數據存儲方式，受到應用主管部門的肯定并迅速在全路推廣。至目前，LKJ一93監控裝置加通用式機車信號的車載控制模式已覆蓋全路絕大部分機車（包括時速200km／h的高速列車）。2001年，LKJ一93的替代產品LKJ一2000車載控制設備投入使用，監控模式在我國進一步發展。但這種控制方式與國際公認的超速防護系統存在一定距離。

因此鐵路部門組建了中國運行控制系統(CTCS)項目組，制定CTCS暫行規范。2007年頒布了《客運專線CTCS-2級列控系統配置及運用技術原則（暫行）》文件，明確規定了CTCS-2級列控系統運用技術原則，對CTCS-3級列控系統提出了技術要求。CTCS-2級列控系統設備基本實現了國產化，目前，京津客運專線使用了CTCS技術。

四、結語

雖然我國鐵路運行控制系統已得到了長足的發展，但總的來說與發達國家有很大的差距發展我國列車運行控制系統已成為當務之急。在發展我國列車運行控制系統要注重以下幾點：

1．我國的列車運行控制系統必須在借鑒ERTMS/ETCS技術標準基礎上，結合我國的特點研究制訂CTCS技術規范，使CTCS規范化和科學化、系統化，減少投資風險。在CTCS的發展過程,注意合理總體規劃，分階段實施，對于關鍵項優先研發，使工程良性循環，在此基礎逐步進行功能擴展，以免造成資源浪費。

2．要采用先進的定位技術及無線通訊技術實現移動閉塞的列車控制系統。

參考文獻：

[1]汪希時，智能鐵路運輸系統ITS-R[M].北京:中國鐵道出版社，2004.

[2]李平、張莉艷、楊峰雁等，國外鐵路智能運輸系統研究現狀及分析[J].中國鐵道科學，2003.24(4):12-18.

[3]范麗君，列車運行控制系統車載設備發展探討[J].機車電傳動，2004.6:4-6,14.

[4]劉虎興、范明，中國鐵路列控系統現狀及發展，鐵道通信信號[J].2003.39(2):1-4.

[5]唐濤，ETCS系統分析及CTCS的研究[J].機車電傳動，2004.6:1-3.

作者簡介：

劉志紅，女，江西新干人，副教授，華東交通大學基礎科學學院，主要研究方向：智能監測控制技術，計算機圖形學。