刍议高速铁路列控车载设备安全技术

戴孔乐

湖南中车时代通信信号有限公司 湖南长沙 410100

我国正处于经济持续发展的阶段，铁路作为运输人、物资的重要交通运输方式，在我国经济发展的过程中起到了重要作用。中国有句话叫做“要想富，先修路”，由此可见铁路、公路的重要性[1]。目前，中国投入运营的高速铁路已达到6800多公里。中国已成为世界上高速铁路系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运行速度最高、在建规模最大的国家。随着科技的进步与生产生活的需要，我国高铁经历了多次提速，随之而来的是高铁提速之后的安全问题。列控系统作为保障高铁安全运行的重要系统，起到保障高铁安全与稳定的作用，对于提高高铁的整体运行能力有着重要意义。可以说列控系统是高铁运行的保障之一。

1 高速铁路的优势

高速铁路作为我国主要的运输方式之一，具有载客量高、耗时少、安全性高、正点率高、舒适方便、能耗低等优点。由于高速铁路不会发生堵车等情况，因此高速铁路比起其他陆上运输方式更加快捷，再加上高铁目前最高时速可达350公里，极大的减少了出行时在路上耽误的时间[2]。与火车、飞机相比高铁受到的天气影响较小，在运营时采用全自动化控制，可以全天候运行且准时准点到达。比起火车与飞机，高铁在运行时的噪音更小、行驶过程不受气流影响，更加平稳。如果以“人/公里”单位能耗来进行比较的话。高速铁路为1，则小轿车为5，大客车为2，飞机为7。因此高铁能耗更低，更加环保。且高速铁路在运行时会利用电力对列车进行牵引，除了石油等液体燃料之外还可以使用多种形式的清洁能源。

2 高速铁路发展历史

高速铁路的发展一共经历了三个阶段。

第一阶段始于1964年，在这一年，世界上第一条真正意义上的高速铁路东海道新干线在日本修建完成。从此以日本为首，第一代高速铁路在法国、意大利、德国、日本等国家的建设下完成。高铁的建成对于这些国家沿线的经济起到了带动作用，促进了德国、意大利等国家房地产行业、机械制造业、钢铁行业等相关产业的发展[3]。同时也降低了这些国家由于交通运输而带来的环境影响，改变了以内燃机与电力机车为主要动力的铁路交通运输格局。

第二阶段始于1990年，这一时期，大部分发达国家加紧了对国内和国际的高速铁路的修建，国际高速铁路的修建，使得欧洲高速铁路网络得以形成。这一时期，高速铁路的修建满足了各国对于能源、交通政策以及环境的需要，促进了国际间的贸易往来。

第三阶段开始于上个世纪90年代。这一时期亚洲、北美洲的主要国家以及澳大利亚开始建设高速铁路。在这一阶段，高速铁路经过了几十年的发展，其经济效益与社会效益已经得到了认可。并且在不断发展的过程中，高速铁路的整体修整规划已经成熟，将高铁建设在人口密集和城市密集的地区是成为当时各国高速铁路修建时的共识。这主要是考虑到这一类地区与城市生活水准较高，可以承受在当时并不“平价”的高速铁路票价。同时这些地区的社会与经济基础还可以反过来支撑高铁的运行与建设。

目前，高速铁路已经在多个国家和地区普及，成为了人们日常出行的主要交通工具之一，高铁也不再只修建在发达的城市和地区，在一些较为偏僻的地区，也能看到高铁的身影。在我国，高铁的作用不再单单只是促进能源节约、减少土地使用保障土地面积合理运用等，还起到了促进各地之间经济交流，推动我国交通建设的作用。

3 高速铁路列控车载设备概况

目前CTCS-3级列控线在我国京沪、武广等重要铁路线路上都有应用，CTCS-3级列控线最高运营时速为300km/h，是我国高速铁路客运的重要技术装备。CTCS-3级列控线是我国现代化的铁路技术与体系的重要组成部分，这项技术在保障列车平稳运行，保护整辆列车安全方面有着核心地位[4]。

一般来说，当列车在运行当中的时速超过160公里，列车的控制就必须由开环转为闭环，CTCS-3级列控系统对列车实行的就是闭环控制。CTCS-3级列控系统主要作用于列车与地面两个部分。列车上的CTCS-3级列控系统，也就是列控车载系统在运行过程中会通过GSM-R网络与地面上的设备进行数据的交流共享，根据从地面上收集到的信息，按照目标-距离模式生成MRSP最不利限制曲线，进行超速防护，从而对列车的发出时间进行合理安排，保障列车在运行过程中的安全。

CTCS-3级列控系统的车载部分由记录单元（DRU）、车载安全计算机（VC）、人机界面（DMI）、轨道电路信息接收单元（TCR）、应答器信息接收模块（BTM）、GSM-R无线通信单元（RTU）等组成。CTCS-3级列控系统采用的是分布式体系结构，核心处理单元与总线在运行过程中保障各输入输出单元可以顺利进行通信。在系统的关键设备上采用冗余配置，其特点在于可靠、实用，这一模式在通信时也可以有效抵抗来自外界的干扰，具有极强的扩展性[5]。

4 高速铁路列控车载设备的发展

在列车行进速度较低的时期，列车的控制主要是通过有关地面信号机来执行的。在高速铁路运行的早期，安装在机车司机室内的机车信号设备控制着列车的运行、保障列车的安全。司机可以依据机车的信号来显示自己驾驶的列车的运行状况，与地面单位进行沟通。后来，随着技术的不断发展，以及高铁安全的要求不断增加，无线电通信传输取代了机车信号，保障地面与列车的通信。

然而随着高速铁路列车的运行速度越来越快、路线越来越多，单纯的人力操作已经不足以保障列车的顺利运行，列车的运行随着技术的不断发展，采用自动控制系统。列控车载设备就是这一系统当中的核心技术，列控车载系统担负着列车安全运行的重要使命，是整个列车自控系统中最为重要的设备之一，是列车自控系统的基础设备[6]。

5 高速铁路列控车载设备运行原理

列控系统在列车运行中主要起到沟通车内与地面的作用，这一系统随着轨道交通技术与信号传输技术的不断发展升级，是轨道控制技术与通信技术融合的产物。在列车运行过程中，车载信号作为主体信号，起到向地面报告列车状况的作用。这一信号作为行车凭证会之间将列车需要运行的速度、时间直接发送给列车司机，有效防止了因为司机疏忽而产生的运行事故[7]。

信号设备主要是以微电子器件和电子器件进行分散管理与集中管理来达到控制目的的，分为列车的自动化和行车的自动化。信号显示通常以自动信号为主，辅以区间地面和车站。列车在行进过程中主要有红、黄、绿和绿黄结合四种显示形式。

6 高速铁路列控车载设备安全技术设计

高速铁路车载技术的设置主要是为了保障列车的平稳运行，对于这一保障列车安全运行的重要设备，相关技术人员务必重视起来。在研发过程中，研发与设计的工作人员必须按照列车相应的设计和标准进行研究。在高铁的列控设备中，关于安全的完整度适用于整个列控车载设备。每一个设备的具体研发都是由相关的具体标准进行约束的，有些设备甚至需要特定的软件进行研发，对整个软件的质量以及控制管理进行现实化管控。此外列控系统本身也要应用检测、报警系统，保障在受到干扰时，相关人员可以及时察觉并且做出调整[8]。

高速铁路列控系统中的主要硬件有主机模板、列车和地面间的信息传递模板、用来测速的定位模板和记录器等相关元件。主机模板作为列控车载设备的主要部分，它的主要工作是处理相关数据、对列车运行状况进行智能分析、对控制类型的命令进行管理。主机模板关系到整个列车运行的情况，把控着列车的运行速度与出发时间，它对于列控系统的作用就像是大脑对于人体的作用。因此，主机的模板必须选用安全可靠的计算机。

列控车载设备的软件主要包括时空冗余性、定期诊测、程序结构绝对的单一化、异常处理等。列控车载设备的外围设备在安装时要注意司机所在的位置，要让司机可以顺利操作[9]。

7 高速铁路列控车载设备的试验与验证安全技术

7.1 型式实验

列控车载设备在研发完成后，相关人员要按照接口的设计图纸对列控车载设备进行安装调试。列车在运行的过程中需要与列控车载设备实施配合，然而不同的车型在制动、运行、电气接口等地方都存在着差异，为了能让列控车载设备与自身所要服务的列车相匹配，就必须进行型式实验。型式实验一般应用于新车型的首列车，这一实验通常在设备安装调试过后进行。型式实验的作用在于保障车载设备与列车的配合，使列车可以安全的运行[10]。

型式实验分为动态和静态两个方面。动态测试要对列车的信号输出情况、列车在各个场景下的动能情况、列车接收应答器报文的情况、列车牵引和制动性能等进行调试。静态测试主要是对列车开关是否对车载设备有影响、起作用以及对车载设备与列车的制动接口进行测试。

7.2 联调联试

联调联试的主要测试对象是车载设备。由于高速铁路系统庞大而又复杂，由多个子系统组成，因此联调联试要对整个高速铁路系统进行全面、整体的测试。联调联试的高铁运营之前必须要经过的测试之一，它起到纠正数据设备和改正集成方案错误的作用，同时对车载设备的功能进行测试，对可能出现的危险进行预估，保障列车运行过程中的安全性。

7.3 互联互通测试

互联互通测试的主要对象是我国CTCS-3级列车运行控制系统3个技术平台。为了满足高速铁路网络化的需求，这三种平台的设备必须能够在各个铁路线上安全、连续运行，并且具备跨线运行的能力。

8 车载设备的检修与维护安全技术

可以干扰列车运行的外界因素极多，最常见的就是列车自身运行时的震动、电磁波的干扰以及外界恶劣天气的干扰。因此相关工作人员要对列控车载设备进行日常的检修与维护。同时对于车载设备要进行高级别的检修，保障列控车载设备可以顺利运行。

9 结语

高速铁路的运行对沿线的城市和地区的经济发展起到了推动和均衡的作用，不仅如此，高速铁路的开通还可以推动沿线企业数量的增长，对于促进我国经济发展，增加我国税收都有着积极的影响。随着我国铁路线逐渐形成五纵六横七连线的布局，加上我国高铁技术逐渐成熟，我国的高速铁路修建技术越来越受到国际的认可，中国高铁正在引领世界高铁发展。正因为如此，高铁的安全性要成为高速铁路行业在发展过程中重点关注的内容，为了保障人民的生命财产安全，也为了让国家的投入得到相应的回报，高速铁路列车载设备要起到保障列车安全平稳运行的作用。