高速鐵路與鐵路信號第二講 尋找中國列車運行控制系統之路

傅世善

（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

自武廣350 km/h的高速鐵路順利開通，以無線通信為車地信息傳輸系統的中國列車運行控制系統CTCS-3得以成功運用。

其實尋找高速鐵路及中國列車運行控制系統（簡稱列控系統）之路是漫長的，本人有幸走過高速鐵路列控系統前期探索之路，但沒能繼續走完實施之路。本文回憶了列控系統前期探索之路，個人的回憶難免有局限性，希望從中總結出認識是如何提高的，觀念是如何轉變的，原則是如何確定的。

1 早期的探索

列控系統是鐵路信號行業一直追求的系統，自開始提速以來，信號規范就已寫上120 km/h以上的鐵路應裝備列車運行控制系統，只是在鐵路提速階段來不及裝備。

中國的列控系統是沿著自動停車、列車速度監督、超速防護、列車運行控制系統的路發展的，從點式、點連式、接近式到連續式，從固定閉塞到準移動閉塞，從分級速度控制到一次模式曲線連續控制，從點式、軌道電路到無線傳輸……經歷了多次的研發、試驗和引進。其實尋找CTCS-2和CTCS-3之路還是漫長的，是經濟和技術發展的必然結果。

北京全路通信信號研究設計院（以下簡稱通號院）在1965年，為完成北京地鐵一號線的通信信號工程，組建專門從事地鐵通信信號研究與設計的650設計科，那時就有列控組，從事地鐵的列控系統的研究與設計。

早期的列控系統是從列車速度監督開始的，1985年在雙頻點式機車信號的基礎上研究了點式列車速度監督設備，在膠濟、黔桂、蘭新線試驗過；1987年在三顯示自動閉塞基礎上研究了階梯式列車速度監督設備，在山海關試驗過；1988年在交流計數機車信號基礎上研究了列車運行記錄裝置，在馬角壩試驗過。

1993年鐵道部從瑞典ABB公司引進EBICAB-900型列車超速防護系統，1995年在川黔線試驗成功，此時已將應答器與連續式機車信號結合，構成點連式列車超速防護系統。

早期的列控系統之所以不成功，主要原因有以下2點。其一，早期的列控系統基于機車信號，由于安全性和可靠性不理想，當時的機車信號始終末能成為主體信號，基礎不牢靠，列控系統也不可能穩定，全路進行ZPW-2000自動閉塞改造和統一機車信號低頻信息碼是列控系統成功的基礎之一；其二，由于機車信號只有少量信息，早期的列控系統只能采用固定閉塞方式，機車信號不穩定，就導致閃白燈或制動，司機不滿意，所以CTCS-2級和CTCS-3級列控系統都采用準移動閉塞方式。

2 提速是高速的基礎

1994年竣工的廣深準高速鐵路，采用了引進的UM 71/TVM 300系統，這是階梯式的列車超速防護系統，當時稱其為四顯示自動閉塞，這是針對地面信號而言，實際上機車信號是按多信息自動閉塞設計的，除正常的綠、綠黃、黃、紅四顯示外，機車信號還有綠1、綠2、綠3之分，這就為以后速度從160 km/h提高到200 km/h鋪墊了條件。

鐵科院自行開發的列車運行控制系統ZLSK和LSK系統也在廣深線投入運營。

1995年6月鐵道部決定在既有干線“提速”，“九五”期間，鐵路實現了3次較大范圍的提速，“十五”期間進行了第4、5兩次提速，2007年6月18日鐵路實施了第6次大提速。

鐵路提速需要技術支撐，涉及多工種多專業，鐵路提速對鐵路信號也提出了更高的要求。在6次鐵路提速中，從鐵路信號技術的角度最重要幾次如下。

第1次提速，沖擊了鐵路信號的傳統概念，快速客車最高速度沖破了120 km/h的界線，推動鐵路信號向速差式信號顯示和四顯示自動閉塞發展，加速了機車信號主體化的進程。

第2次提速，速度達到160 km/h，形成了一個標準速度等級，是鐵路信號的一個重要里程碑，列車最高速度超過160 km/h的鐵路區段，必須采用列車運行控制系統，以車載信號顯示為主，實現列車超速防護。

第6次提速，速度達到200 km/h，中國鐵路列車運行控制系統CTCS-2開始亮相。這對鐵路信號來說是一個重要的里程碑，它標志著鐵路信號重要裝備水平開始進入世界先進行列。

通過提速，鐵路信號基礎水平提高了：全路進行ZPW-2000四顯示自動閉塞改造；全路統一機車信號低頻信息碼；全路建成鐵路調度指揮系統（TDCS）。

列車速度提高到160 km/h及以下，信號顯示制度向速差式發展；列車速度提高到160 km/h以上，以車載信號顯示為主，列車運行控制系統采用目標-距離方式，車載信號提供了連續的速度顯示，固定閉塞向準移動閉塞發展。

以車載信號顯示為主，采用目標-距離方式，這是列車運行控制系統成功的選擇。

3 高速鐵路信號的前期研究

1990年在“四部一委”組織的《京滬高速鐵路前期研究》中明確提出：隨著列車速度的提高，采用以地面信號機為主的自動閉塞已經不能滿足高速列車運行安全，應以車載速度信號作為行車憑證。

1991年通號院開始參加京滬高速鐵路的通信信號、綜合調度及信息化的前期研究和設計。1992年完成《京滬高速鐵路信號專題可行性報告》，1993年深化了可行性報告。1995年前有3家研究單位分別做了大量分析研究工作，各自提出了總體方案報告，未能形成統一文件。

1995年“高速辦”成立，年底主持了方案論證會，會議建議由通號院牽頭三單位組成總體組并統一了對京滬高速鐵路列控系統的意見：采用基于數字編碼軌道電路傳輸、一次制動模式的列控系統，首次提出中國鐵路列車運行控制系統CTCS的概念。1996年完成了《京滬高速鐵路預可行性研究報告》（征求意見稿）。1997年完成《京滬高速鐵路初步設計》。從1991—2003年國家級及部級科研項目有關通信信號的達上百多項，通號院開展的國家級及部級科研項目就達60多項。

1997年通號院與法國CSEE公司就TVM 430系統能否實現一次制動模式進行了合作研究，結論基本可行，但受信息量不足的影響，只能實現簡單的一次模式。1998年，鐵科院與日本合作，將日本提供的數字A TC在環行道上試驗，結論可行，但采用自然衰耗方式的無絕緣軌道電路，模糊區較長（日本實際使用的仍采用有絕緣數字編碼方式）。

2000年，秦沈客運專線的建設為高速、客運專線列控系統的建設積累了寶貴經驗。鐵道部慎重決策，選定了以SEI/TVM 430系統為核心的信號綜合系統方案，2003年10月完成系統調試開通。

歐洲鐵路網為了保證互通運營，歐盟組織編制的系統性的規范與標準ERTM S/ETCS于1999年發布，規范與標準詳細規定了系統與子系統的功能與技術要求。其中ETCS系統就是完成列車運行控制系統。

采用國際標準，吸納國際技術發展成果，可以免受個別國外公司制約。鐵道部組織編制中國鐵路列車運行控制系統（CTCS）規范與標準。

CTCS系統的形成是經過部內多次論證、試驗驗證逐步形成的，是根據中國既有設備狀況、技術政策，參照歐州ETCS的有關標準、思路提出的。它的發布對中國鐵路信號技術的發展起著重要的作用。

2002年12月，在中國召開的U IC國際大會上，鐵道部向世界宣布了發展中國列車運行控制系統（簡稱CTCS）的規劃，明確：CTCS-2級為既有200 km/h以下的線路采用的列控模式；CTCS-3級為基于GSM-R的超速防護系統設備主要用于高速鐵路。

2003年7月京滬高速預審前，出于對數字編碼軌道電路壟斷性的擔憂，列控主方案轉向CTCS-3級(相當ETCS2級)方案。鐵道部決定采用基于GSM-R的無線列控系統，否定了基于數字軌道電路列控系統的技術路線。

又考慮到當時基于無線的高速列控系統還沒有開通應用的先例，于是提出了CTCS-2作為兼用和備用的設計方案，即所謂CTCS-3+CTCS-2的雙標設計方案。據此完成了《京滬高速鐵路工程通信信號、綜合調度及信息化可行性研究》，確定了京滬高速的列控系統設計方案：列車運行控制系統采用CTCS-3+CTCS-2雙重系統，高速動車組在高速線正常情況下采用基于無線傳輸的CTCS-3（ETCS2）列控系統，下高速線和后備模式采用CTCS-2列控系統；跨線動車組上高速線運行時采用CTCS-2列控系統。

CTCS-2+ETCS2（CTCS-3）應當說是成功的工程設計方案，當時ETCS2在歐洲試驗段的進度再推遲，而CTCS-2提速鐵路上已成功運用，CTCS-3作為主用系統代表了技術方向，CTCS-2作為兼用和備用系統是確保工程成功的法寶，既成功解決了與既有提速鐵路動車組互聯互通的難題，達到兼用的目的，又能作為CTCS-3的降級備用系統，也能防備萬一CTCS-3不能同時開通的風險。

2004年客運專線設計的全面啟動，設計方案延續京滬高速的思路按CTCS-2+ETCS2考慮。

基于軌道電路和點式設備構成的列控系統是成熟技術的組合，但畢竟也沒有應用先例，2004年初，鐵道部決定在鐵科院環行線進行CTCS-2和ETCS-2的相關試驗。主要試驗工程內容：CTCS-2級列控系統的主要功能和可用性試驗；GSM-R作為列控系統傳輸平臺的主要功能及適用、可靠性試驗； ETCS2級列控系統的主要功能和可用性試驗； ETCS2級與CTCS-2級兼容試驗。

2005年初，既有線CTCS-2車載設備招標，以市場換技術，通過引進國內能夠掌握關鍵技術，進行自我研發。

CTCS-2系統大規模應用于第6次提速工程（200 km/h），包括京廣線、京滬線等。至今CTCS-2系統已經成為我國鐵路主要的列控系統之一。

CTCS-2系統與ETCS2系統技術規范是基本相同的，它們僅在運行許可傳輸媒介上存在著不同，CTCS-2采用軌道電路+查詢應答器，ETCS2采用GSM-R無線數字移動通信網絡，這使兩系統模式在同一系統設備、同一線路上共同使用成為可能。

ETCS2的無線閉塞中心根據列車對線路軌道的占用、進路及限速等信息的處理，產生運行許可信息，信息按兩系統各自的通信協議進行編碼處理后分別通過GSM-R和軌道電路+查詢應答器送到高速線上，裝置ETCS2系統的列車通過GSM-R進行接收，其他列車則通過軌道電路+查詢應答器進行接收。接受運行許可后兩系統列控車載設備所做的A TP超速防護監控工作是完全相同，從而實現了兩個裝置不同A TP系統的列車在高速線上共線運行。

結合武廣350 km/h高速鐵路的建設，貫徹引進、消化、創新、研究的技術路線，終于形成了中國列車運行控制系統CTCS-3，CTCS-3直接融合了CTCS-2，功能相當于ETCS2+CTCS-2。

中國鐵路有了高端列車運行控制系統CTCS-3，鐵路信號重要裝備水平開始進入了世界先進行列。在CTCS-3實施過程中有很多艱難、研究和創新。

京津城際高速是例外，限于奧運會獻禮，當時成熟、有把握的唯有ETCS1，所以采用了CTCS-2+ETCS1并預留了ETCS2方案。