京滬高速鐵路通信、信號和信息系統技術

李正濤 王 勇 劉結平

（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

李正濤，男，工程碩士畢業于北京交通大學，高級工程師，現任通信系統院質量安全總監。主要研究方向包括鐵路通信、信息，曾擔任課題組長完成“高速鐵路通信信號一體化實用技術的研究”項目等；擔任京滬高速鐵路通信信號信息工程設計項目總體負責人，獲得2011-2012年度鐵路優秀工程設計總體設計特等獎和專業設計一等獎。

1 技術體制確立

京滬高速鐵路是我國高速鐵路建設中創高鐵技術體系、集高鐵技術大成、樹高鐵國家品牌、沖高鐵世界記錄的里程碑工程。京滬高速鐵路通信、信號和信息系統技術方案歷經十多年的探索、研究，到2005年完成發布《京滬高速鐵路設計暫行規定》、2006年工程可行性研究報告得到批復，基本技術體系建立，基本技術方案成型，先后比選、確定了以下主要系統技術方案，為我國高速鐵路、客運專線的建設奠定了通信、信號和信息專業技術基礎，具體如下：

1）確定了列控系統技術方案

我國既有信號系統不能夠滿足高速鐵路運營的要求，自九十年代開始，在鐵道部的統一安排下，依托京滬高速鐵路前期技術研究，開展了我國高速鐵路列控系統的研究，主要針對國外已運營的高速鐵路列控系統進行分析、研究、對比，包括歐洲高鐵ETCS-2列控系統、法國TVM430列控系統、日本數字ATC列控系統、德國LZB列控系統，最終通過引進、消化吸收和再創新，形成了符合中國國情路情特色的CTCS-3級列控系統。

CTCS-3級列控系統采用無線閉塞中心（RBC）生成運行許可，GSM-R實現車地列控信息雙向傳輸，應答器設備提供列車測距修正定位基準信息，軌道電路檢查軌道占用及列車完整性構成控制系統。本系統滿足列車最高運營速度350 km/h、正向3 min運行間隔的設計要求，具備與CTCS-2級列車運行控制系統兼容，滿足200～250 km/h動車組上線運行條件，其中CTCS-2級作為CTCS-3級降級備用系統，適用于我國目前的運營體制，維護方便，成為京滬高鐵的最終實施方案。

通過京滬高速鐵路的工程實踐，在技術方案、系統設計、牽引計算、安全防護、控車模式、車地信息傳輸、車載接口、土建接口等方面，將CTCS-3級列控系統技術成熟應用于時速350 km及以上的高速鐵路，為中國高速鐵路列控技術快速持續發展奠定了堅實的基礎。

2）確定了高速鐵路無線通信系統制式

我國傳統鐵路無線通信采用無線列調制式，功能單一、技術落后，不能滿足我國高速鐵路運輸的需要。京滬高速鐵路在設計方案之初，就在鐵道部主管部門的帶領下，認真分析國外高速鐵路的無線通信技術發展，結合列控系統對無線通信的需求，對無線通信GSM-R與TETRA兩種技術體制進行了深入的比選，最終推薦GSM-R系統作為我國高速鐵路無線通信的設計方案，為CTCS-3列控系統的實現提供了無線通信基礎，也為后續開工建設的客運專線無線通信系統建設提供了技術基礎。

3）確定了高速鐵路傳輸系統組網方案

我國高速鐵路規劃之初，對于通信傳輸系統怎樣組網，存在很多爭議。京滬高速鐵路通信傳輸系統在進行設計方案比選時，充分利用沿鐵路兩側敷設光纜的有利條件，結合站間傳輸業務的運用特點，提出了鏈型MSP 1+1站間組網、幾個車站組成傳輸環然后跨環互聯等多種方案，最終推薦鏈型MSP 1+1站間組網作為設計推薦方案，成為了后續客專建設的標準方案。

4）擴展了高速鐵路通信系統體系結構

京滬高速鐵路通信系統在長期的設計工作中，深入了解中國高速鐵路對通信的需求，結合國外高速鐵路的經驗，逐步打破了原有鐵路通信分為長途通信、區段通信、站場通信等的劃分方式，將鐵路通信系統重新按照承載網、業務網和支撐網進行劃分，形成了14個子系統，完善的支持了高速鐵路運輸對通信的需要，成為后續客專建設的標準方案。

2 系統技術簡介

到了2008年京滬高速鐵路開工建設，京滬高速鐵路通信、信號和信息系統技術的特點和難點主要體現在這幾方面：設計時速350 km以上，同時與滬寧、合蚌、滬杭等CTCS-3級線路并線或匯接，對通信、信號、信息專業的具體方案提出了新的更高的要求；全線跨越北京、濟南和上海三個鐵路局，通信、信號和信息系統需要實現跨路局系統組網，難度很大。

京滬高速鐵路通信、信號和信息系統主要系統技術簡介如下：

2.1 通信

通信系統主要包括：傳輸與接入系統、電話交換系統、數據網、專用移動通信系統、調度通信系統、會議電視系統、應急救援指揮通信系統、綜合網管系統、同步及時鐘分配系統、電源系統、電源及機房環境監控系統、綜合視頻監控系統、通信線路、綜合布線。

采用STM-64 ADM設備，利用4芯光纖構成骨干層傳輸系統（MSP1+1）；采用STM-16 ADM設備及STM-4 ADM設備利用車站間光纖，以車站為匯聚節點構成多個區間2纖接入傳輸系統環。

按照鐵路局管轄范圍內核心層/匯聚層/接入層的三級網絡拓撲結構組建IP數據網，向上預留與鐵路數據骨干網互聯接口。

采用GSM-R數字移動通信技術，為鐵路運營提供專用移動通信手段。GSM-R系統由網絡子系統（NSS）、基站子系統（BSS）、運行與支持子系統（OSS）和終端設備等4個部分組成。其中，網絡子系統包括移動交換子系統（SSS）、通用分組無線業務（GPRS）子系統和移動智能網（IN）子系統。本工程GSM-R專用移動通信業務分別接入北京、濟南、上海GSM-R核心網節點，沿線新設基站子系統設備及終端設備。同時在北京、濟南和上海設置GSM-R接口監測系統。

按照鐵路局管轄范圍設置調度通信調度所級交換機，沿線車站、動車運用所設置調度通信車站交換機，通過與GSM-R系統互連，實現有線無線調度一體化。

采用全線綜合視頻監控技術，實現對沿線重點設施（含車站咽喉區，區間公跨鐵橋、隧道口、橋梁救援疏散通道、正線聯絡線接軌處、治安復雜區、通信和信號機房內外、牽引供電、配電所內外）的實時監視。

2.2 信號

信號系統主要由行車調度指揮系統、列車運行控制系統、計算機聯鎖系統、信號集中監測系統、電源系統等構成。

1）行車調度指揮系統

在北京調度所、濟南局調度所、上海調度所分別設置京滬高速CTC中心，分別負責管轄北京南站至德州東站間、德州東站（不含）至徐州東站（不含）間、徐州東站至上海虹橋站間的行車調度指揮。

2）列車運行控制系統

列車運行控制系統采用CTCS-3級列控系統，是采用無線閉塞中心生成運行許可，GSM-R實現車地列控信息雙向傳輸，應答器設備提供列車測距修正定位基準信息，軌道電路檢查軌道占用及列車完整性的列車運行控制系統，CTCS-2級列控系統作為CTCS-3級列控系統在無線通信系統或無線閉塞中心設備故障時的備用系統。

正線區間和聯絡線區間均采用ZPW-2000A無絕緣軌道電路；正線中間站和線路所均采用與區間同制式的電子編碼ZPW-2000A軌道電路，保養點范圍內采用3V化25 Hz相敏軌道電路，其中大站正線和側線股道采用ZPW-2000A無絕緣軌道電路，咽喉區和保養點內采用3V化25 Hz相敏軌道電路。

全線共設置13套LKR-T型RBC設備。其中，北京南站至徐州東站（不含）共設置6套RBC設備，集中設置在北京南站RBC室；徐州東站至上海虹橋站共設置7套RBC設備，集中設置在上海虹橋站RBC室；分別負責各段CTCS-3級列車的運行安全控制。

全線共設置4套LKX-T型TSRS設備。其中，北京南站至德州東站設1套TSRS設備，設置在北京南站RBC室；德州東站（不含）至徐州東站（不含）設1套TSRS設備，設置在濟南西站信號機械室；徐州東站至上海虹橋站（不含）共設置2套TSRS設備，設置在上海虹橋站RBC室；上海虹橋站高速場臨時限速由滬杭客專設置的臨時限速服務器管理；分別負責管理各段臨時限速的存儲、校驗、撤銷、拆分、設置等。

3）計算機聯鎖系統

計算機聯鎖系統主要完成進路建立、進路鎖閉、進路解鎖、信號機控制、道岔控制等車站控制功能，同時其向無線閉塞中心傳送以閉塞分區、聯鎖進路為基礎的信號授權信息；向列控中心傳送以道岔、信號機、鎖閉狀態為基礎的車站進路信息，接收列控中心TCC傳送的區間軌道電路狀態、閉塞方向、信號降級以及災害防護等信息。

全線正線各車站均新設具備CTCS-3功能的DS6-K5B計算機聯鎖系統，其中大站分場設置聯鎖設備。

2.3 信息

信息系統主要包括：旅客服務信息系統、票務系統、辦公自動化信息系統、公安管理信息系統、動車運用所管理信息系統、綜合維修管理信息系統等。

1）旅客服務信息系統

包括集成管理平臺、導向揭示、客運廣播、視頻監控、自助查詢、時鐘、入侵報警、安檢儀等子系統，形成統一的旅客服務平臺，為旅客進站、候車、乘車、換乘、出站等各環節提供文字、圖像、音頻等全方位的信息服務。根據鐵道部客服系統集中管控要求，旅客服務信息系統采用路局集中方案。在京滬高鐵各中間站設置車站旅客服務信息系統，在路局統一設置旅服集成管理平臺。旅客服務信息系統以路局集成管理平臺為核心，集成導向揭示系統、廣播系統、監控系統、時鐘系統、查詢系統等，實現對車站各旅客服務子系統的集中監視和控制、信息共享和功能聯動。旅客服務信息系統集成管理平臺通過與票務系統、火災自動報警及聯動控制系統（FAS）、建筑設備自動化系統（BAS）等系統的互聯，完成系統間信息共享和功能聯動。

2）票務系統

包括售票、檢票系統，以及根據運價策略、銷售策略、運營規章和收入、統計規則等建設的實時交易信息系統，實現客運專線售票、檢票、收入管理等。根據鐵道部客服系統集中管控要求，京滬高鐵票務系統采用自動售檢票路局集中方案。售票按接入TRS 5.2系統考慮。各中間站管理模式按“先安檢再進站，先候車再檢票”的原則布置站房各層平面，結合經調專業提供的高峰小時客流量數據，綜合考慮進、出站閘機通過能力、超高峰小時系數、設備利用率、到發線數量、建筑平面布局、客流組織等因素進行售票機、進、出站檢票機、補票機等票務終端設備的配置。

3 創新成果

1）工程設計、產品研發、系統集成一體化

為協調京滬高速鐵路通信、信號和信息工程設計、系統集成工作的有效開展，學習國際交鑰匙工程的相關經驗，專門成立項目部，統一組織協調工程設計、產品研發和系統集成工作。

項目內針對通信、信息專業對外接口多，信號專業責任大的特點，精心梳理三專業間的接口關系，統一優化接口方案，統一對外專業提出接口需求，實現了三專業的整體優化設計。工程設計為產品研發供貨提供技術規格書，系統集成實施方案為施工圖設計提供設計輸入，設計方、產品方和系統集成方緊密配合協作，執行系列化的質量控制流程，優化了項目實施的內外部接口，提高了工程項目的實施效率、增強了業主單位的滿意度，確保成果更好的滿足鐵道部和業主的各項要求，為我國高速鐵路工程四電集成實施探索了工程設計、產品研發和系統集成一體化的道路,取得了良好的效果。

2）構建了完整的CTCS-3級列控系統技術標準體系，成熟應用于時速300 km、并提速至350 km/h及以上的高速鐵路

建立了符合中國國情、路情的，全路統一的，互聯互通的，高速鐵路CTCS-3級列控系統技術體系。制定了包括高速鐵路工程設計、系統研發、設備生產、施工、維護等各個環節的標準規范。CTCS-3系統技術成熟應用于時速300 km、并提速至350 km/h及以上的高速鐵路，為中國高速鐵路列控技術快速持續發展奠定了堅實基礎。

在京滬高鐵先導段（棗莊站至蚌埠南站）信號試驗速度達到380 km/h，信號系統各子系統設計均滿足的運營要求，這為信號系統在高速鐵路工程設計、系統研發、設備生產、施工安裝等各個環節提速至350 km/h及以上提供了標準規范；信號系統設計主要體現在軌道電路區段長度、應答器室外安裝、列控數據編制等方面。

3）構建了完整覆蓋鐵道部至鐵路局至高速車站至區間的通信系統網絡結構體系

京滬高速鐵路通信系統跨越北京、濟南和上海鐵路局，接入鐵道部中心，同時根據鐵路局屬地化管理的需要，首次設置了視頻監控區域節點、應急通信中心等鐵路局核心節點設備，實現了14個通信子系統完整覆蓋鐵道部、鐵路局、高速車站、區間的通信網結構體系，為今后高速鐵路通信網的建設提供了標準范例。

4）實現了列車運行控制系統CTCS-2/CTCS-3控車模式集成

通過總體技術方案集成形成了符合中國國情、路情的高速列控系統技術方案。通過通信信號系統集成，建立了基于無線通信技術的CTCS-3級列控系統，形成了高速鐵路安全通信網絡。CTCS-2/CTCS-3不同列控等級的集成，在GSM-R無線網絡故障情況下，CTCS-3自動降級到CTCS-2，提高了系統可用性。

5）實現了不同控制模式列車、不同時速列車共線運行的控制模式

信號系統支持同時開行時速300 km和時速200～250 km兩種動車組列車需要。建立基于無線通信技術和應答器、軌道電路控車信息來源的兩種控制模式，滿足CTCS-2和CTCS-3動車組共線開行的需求。

6）實現了高速鐵路調度指揮屬地化管理

為進一步加強高鐵調度指揮，理順調度管理關系，對京滬高速鐵路調度指揮管理模式進行優化調整，對高鐵調度實行屬地化管理，為保證運輸安全和提高運輸能力提供保障。具體優化方案如下：原京滬高速CTC中心設備設置在北京客專調度所，控制北京南站高速場（含）至上海虹橋站（不含）；為實行屬地化管理，在北京客專調度所、濟南局調度所、上海調度所分別設置京滬高速CTC中心，分別負責管轄北京南站至德州東站間、德州東站（不含）至徐州東站（不含）間、徐州東站至上海虹橋站間。

7）實現了信號系統與地震防災監控系統的接口設計

地震災害發生時，采取緊急制動方式迫使高速行駛的列車在短時間內減速直至停車，是保證鐵路安全的重要措施；其中信號系統（含列控系統和聯鎖系統等）是促使列車緊急制動重要手段之一，京滬高鐵提出的信號系統與地震監控系統的接口設計方案滿足“故障-安全原則”的要求。

在京滬高速鐵路地震監控區范圍內的各個信號機械室分別設置兩個地震監控繼電器，并且由地震監控系統通過不同路徑的電纜來驅動，該繼電器常態為吸起狀態，表示無地震災害報警；當兩個繼電器均落下時，信號系統按地震報警觸發處理；當僅有其中一個繼電器落下時，按故障報警處理。無線閉塞中心（RBC）、列控中心（TCC）、計算機聯鎖對地震監控繼電器狀態信息進行采集處理，促使列車緊急制動。

8）實現了信號運轉室合署辦公設計

對擁有兩運轉室的車站，為便于集中指揮管理、統一辦公、縮減定員等，需對運轉室合并進行合署辦公。在總控制室內新增聯鎖控顯（簡稱遠程聯鎖控顯），與信號樓運轉室聯鎖控顯設備（簡稱車站聯鎖控顯）構成熱備，并通過以太網實現與上述兩處控顯設備之間的信息交互；遠程聯鎖控顯采用雙機熱備模式，雙機均與車站聯鎖控顯保持通信，雙機可同時操作。同時在總控制室內新增CTC控顯設備（簡稱遠程CTC控顯），信號樓運轉室內的CTC控顯設備（簡稱車站CTC控顯）作為冷備設備，可通過權限轉換人工切換到冷備設備進行操作，兩套CTC系統功能保持不變，值班員可以通過任何一套實現各種功能操作。

9）實現了GSM-R系統多條CTCS-3列控線路并線運行

京滬高速鐵路工程通信系統的難點之一在于京滬高速鐵路與滬寧城際、滬杭客專、合蚌客專等并線區段GSM-R系統的設計方案。這些并線區段同時要滿足各CTCS-3列控線路冗余覆蓋的要求，而且在系統容量、頻率規劃、服務質量（QoS）、可靠性方面也要同時滿足兩條線路的要求。針對上述要求，我們打破了原設計一直采用的交織覆蓋方案，創新地提出“在并線區段的分岔點配置2個基站做為主備用，采用多副定向天線對各條線路方向進行覆蓋”的設計方案。在線路分岔點設置同址雙基站很關鍵，首先是交匯處的基站能有效避免移動終端從并線區段向分支地段前進時，誤切換至另一條分支線的基站，最終導致乒乓切換；其次是雙基站的配置有效地保障一個基站宕機后仍能保障業務不中斷；第三是有效地解決了系統容量與頻率規劃的矛盾。

10）創新了通信傳輸系統雙節點、雙徑路組網結構

通信傳輸系統在高速鐵路中承載著列控RBC至GSM-R核心網、調度所CTC、電調至車站等影響行車安全的系統互聯通道，傳輸系統的可靠性將會影響到高速鐵路的行車。

其他客專傳輸系統設計均采用雙光纜開設MSP1+1保護系統，但車站節點為單設備節點，存在著失效的隱患。京滬高速鐵路傳輸系統設計之初就進行了雙光纜、雙節點的網絡結構設計，車站第二節點并沒有單獨設置增加投資，而是利用區間接入層傳輸系統在車站的匯聚節點，將其作為站間傳輸系統的第二節點，經濟有效的解決了高速鐵路傳輸系統傳統方案的隱患，有效避免傳輸系統節點故障導致的全線通信通道中斷。

11）創新實現跨三個鐵路局的通信業務網絡互聯

京滬高速鐵路全長一千三百多公里，跨北京、濟南、上海鐵路局，屬于跨鐵路局最多的一條線路。鑒于通信業務網絡如GSM-R系統、調度通信系統、會議電視系統、應急通信系統、視頻監控系統等均為按照鐵路局范圍組網，在設計方案中，根據全線各個通信業務系統的特點，采用不同的技術手段，實現了跨三個鐵路局的通信業務互聯互通和通信質量的良好實現，滿足了京滬高鐵全線運輸生產對通信業務全程貫通的要求，對鐵路通信網全程全網的發展進行了有益的探索。

12）創新實現全線視頻監控

京滬高速鐵路在各條客專建設中首次針對沿線治安復雜區、橋梁維修梯、聯絡線正線交匯點、通信信號箱式機房院落等視頻監控區域，規范了全線綜合視頻監控的方案，即通過通信鐵塔上部設計遠距離巡視攝像頭結合監控本地設置攝像頭的經濟有效的設計方案，其他客運專線綜合視頻監控系統均參照京滬高速的設計原則陸續補充、優化方案。

13）創新了信息客服系統路局集中管控設計

信息客服系統設置進行集中優化設計，實現京滬高速鐵路客服系統各路局集中統一指揮。與當前已開通運營客運專線的客服系統相比，改變了既有的車站自身管理或大站帶小站的管理模式，大大優化了車站服務器設備的配置，并在中小車站取消了客運綜控室。客服系統大集中優化設計實現了整合資源、信息流暢、指揮高效、應對有序，最終實現客運專線客服系統集中統一指揮。