3C融合与列车运行控制技术发展

3C融合与列车运行控制技术发展

北京交通大学/ 轨道交通控制与安全国家重点实验室 唐涛

所说的自动驾驶、列车自动化监控所需要的一项工作就是把司机、调度员接上车。从广义来讲，尤其是从干线铁路、高速铁路的角度看，我们最后完成的工作主要就是提供信号、防护控制。

2 基于3C技术的智慧铁路

实际上，信号技术发展本身就是三个系统——事故、技术、需求。任何信号技术的重大发展都来源于对事故的反省。事故使人深刻反思，事故调查使我们找到一些缺失，然后人们针对这些缺失采用技术手段去完善它。在这样的三个系统下，信号技术在这些年一直不断的螺旋式发展。同时，信号技术本身也是与不同时代的系统技术发展相关连的，比如从最初的人工到机械设备的

1 铁路信号及列车运行控制的核心任务

任何交通都需要有信号的控制，那么信号的任务是什么呢？首先，就是提供信号——能够为司机提供准确、充足的行车命令和信息；第二就是防护控制——确保列车安全、高效地运行到目的地。基于这样的基础，我们今天要讲的运行控制系统的技术核心构架起来就是既能够提供安全可靠的信号，同时又能对运行过程实现全方位安全的保障、防护。这就又引发了一个话题，就是实行轨道交通运行的自动控制。因为前两者是由设备完成信号控制安全责任的工作，那么还有一个工作就是调度员、司机。我们

发展，从电子技术到机电的发展，以及现在这个时代正在发展的信息技术、3C技术等，这些都是现代技术发展的驱动。

当然，这些技术的发展也在不断驱使着信号技术的发展，铁路信号自动化的核心就是消除人为事故和保障安全。我认为信号技术的发展更多的应该考虑在3C技术下的发展，这些技术更多指软件系统的发展。从另外一个角度讲，技术的发展使得信号技术本身更多的把人承担的责任向设备转化，让设备来实现系统化。那么从安全角度来讲，原来属于人的安全责任是不是就全部都转化到了设备上？其实不然。安全责任实际上通过这样的自动化转

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化之后更多的将人的责任转化到了设计实施阶段，因为人虽然不再需要在一线工作，但是，这些在一线的设备却是他们研发出来的，从某种意义来讲，人的安全责任变得更大。

所以，发展信号技术，绝不应该单纯的考虑防护控制、考虑进度、计算，那些东西做了以后你还能做什么呢？是不是会做了这个东西以后，就只做这些呢？不是的，我认为这个应该是我们考虑的问题。

另一方面，在保障安全的基础上，轨道交通技术的发展还有很多可持续的工作可以做。如提高运输能力、改善服务、降低单位成本，减少二氧化碳排放。这些发展本身从新线路上可能体会不到。例如在欧洲，已经没有钱和地方去建新线路，那么他更多的就是提高品质，在这种情况下，我认为信号技术在保证安全外的空间上还能有所增长。所以，在中国发展基于3C技术的智慧铁路的过程中，我们还应该有很多事情要做。

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列车运行控制的主要功能其实很简单，防止列车发生撞车、脱轨，但是撞车脱轨难在什么情况下呢？我们现在引进国外基于场景的描述，怎样能够全方位的体验，在各种场景都能够做到防止撞车、脱轨，这才是关键。我们要深刻体会故障和安全的实质，考虑结合现代的信息技术、3C技术，故障安全如何实施？做列控的人都能理解，并不是有问题了以后，实施紧急制动就可以，因为实施紧急制动也许可以使列车继续运行，但是之前造成的人员损伤是无法弥补的。

3 我国自主创新CBTC系统的突破与创新

轨道交通的发展目标主要可以概括为：安全、快捷、舒适、便利、高效、低成本、环保。在实现这些发展目标的过程中，我国在自主创新CBTC系统方面取得了很多成果，我认为有些工作还是非常具有中国特色的。

（1）建立了全生命周期的高安全、高可靠移动闭塞系统的理论及技术体系，自主研发了成套列车运行控制系统装备；

（2）攻克了高密度列车防护控制及最佳化列车自动驾驶技术；

（3）实现兼容多种通信媒介的高可信、大容量车的双向传输；

（4）提出了基于最小系统列控系统仿真测试技术。CBTC如果和我的主题相结合的话，可以看出3C确实在CBTC这样的技术中用到了计算机，用到了无线通讯，那么它的发展本

身就体现出了3C系统的融合促进发展。3C系统本身是复杂的，多元参数的，是涵盖多列车的，无限覆盖所有车载，事实上，我认为如何能够保证全生命周期的安全——研发的全生命周期、使用维护的全生命周期，这应该是我们需要深刻体会的核心。

4 轨道交通事故的教训和启示

4.1 事故启示

由此，我想到了9•27上海地铁列车追尾事故。这个事故本身

给人的感觉是故障转为人工，但实际上也体现了我们在新的基础上整个运营规则如何去处置，如何能够保证人在关键时刻还能起到作用。毕竟自动化是替代人工，但并不是完全取消人工，人应该可以觉察出设备的故障，能够在关键时刻用最原始的方法紧急

制动。概括来说，这个事故给我们的启示主要有四点：

（1）信号的自动化，只是把信号工、司机的安全责任向系

统设计、测试、维护转移；

（2）运营人员的劳动强度降低，也要求更高的应急处置能力；

（3）需要良好的人机接口；

（4）先进的列控系统是一个复杂的Socio-Technical系统，简单的瑞士奶酪模型已经无法适用。

这就需要一个适应列控系统特点的复杂安全模型。但是关于这些工作，我们是否做了呢？还没有，即使是瑞士奶酪模型我国

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Focus 聚焦 ■ 轨道交通

现在推行的都不是很彻底，这是我们的欠缺。

4.2 建立安全管理、安全论证、安全评估三重体制

从我对西方制度的研究来看，我认为他们也不是在最开始就建立了非常完善的体系，也是在发展的过程中不断完善的，但是前期有着非常好的基础。

安全管理体制体现出来的是企业本身要做好这个事情，研发过程中要体现出谁来制造风险，谁要去控制风险。

在英国的铁路、核电等高风险领域，国家有相关体制明确规定那些承担风险的设计单位，必须论证自身系统、设备的安全性，这个论证的过程体现出谁来制造风险，谁来控制风险，最后，还需要向相关部门和公众去说明其设备和系统已经达到了可靠的安全性。

第三方面，还需要一个第三方的安全评估。好的系统设计强调双人设计，多人一起看，要有设计，要有审核。安全评估本身就是要体现出审核，而且这个审核本身要消除内部人文化的依从和理念的屈从，这才是一套完整的安全评估体制。

最近我发现IET对系统独立性以及安全评估员做了一系列的研究，这一系列的方式如何做到独立性、如何能够去有这样一个资质，这是我们需要更多考虑的问题，所以我认为这三个体制是非常重要的。

5 列控技术今后的目标和任务

从列控技术发展角度来讲，未来我们还有很多事情要做。在保证安全的前提下，轨道基础设施最佳化利用，进一步提高运输能力；进一步提高自动化程度，提高运输效率；节约能源，实现绿色低碳轨道交通。

5.1 列车全自动驾驶发展现状

很多人都认为列车全自动驾驶很难实现，但实际上自动驾驶是无人驾驶。目前全世界已经有约110条轨道交通采用了全自动驾驶。主要用于城市轨道交通（载重变化小、制动性能稳定、运营条件简单、速度曲线变化小）。虽然技术已经完全可以实现无人驾驶，但是由于乘客心理很难适应无人驾驶，所以全世界的干线铁路、高速铁路目前仍处在ATP防护下的司机驾驶。

5.2 列控技术发展趋势 移动闭塞：在保证安全的前提下，干线铁路及高速铁路

实现移动闭塞，这样的优点主要有：进一步减少地面设备；提高运营能力和灵活性。

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综合集成自动化：通过系统化设计，实现轨道交通自动

化系统的综合集成，实现最佳化运营。

（1）通过网络化实现车在各种检测及控制功能的综合集成；

（2）实现车站及轨旁各种检测及控制功能的综合集成；（3）实现控制中心的调度和指挥综合集成，实现以行车为核心的各类资源的优化配置；

（4）构建宽带服务网络，为乘客和用户提供优质服务。 模块化与标准化：实现标准化、模块化，降低开发成

本、运营成本。

（1）更好地适应变化需求；（2）简化安全评估与认证；（3）实现不同厂商间的互联互通。 集中与分散

（1）尽量减少轨旁设备，实现轨旁设备的集中，大量减少维修成本；

（2）增强车载设备功能，提高智能化程度，在保证安全前提下实现节能，优化驾驶等；

（3）提高移动列车对地面基础设施检测诊断能力，及时采取应对措施；

（4）构建列车间的直接信息交互，实现列车协同控制。

（以上内容根据唐涛教授于2011中国自动化大会上所做报告整理，未经本人确认）

唐涛

教授、博士生导师。轨道交通控制与安全国家重点实验室主任，交通信息工程及控制国家级重点学科带头人。国家十一五“863”计划现代交通技术领域专家组组长。主要从事系统安全、智能交通研究。一直从事在轨道交通运行控制关键技术教学、科研工作。近年来主要研究中国高速铁路列车运行控制系统（CTCS）技术规范及系统集成方法，列车运行控制系统安全分析和评估方法，基于通信城市轨道交通列车运行控制系统（CBTC）的核心技术。