CTCS-3级列控系统总体技术规范

1 编制背景
列车运行控制系统是保障列车安全运行，提高运输效率的重要行车装备。作为中国列车运行控制系统（CTCS）重要组成部分的 CTCS-3 级列控系统，是国内在掌握 CTCS-2级列控系统基础上，通过进一步提升技术，构建的高速列车运行控制系统标准体系和技术平台，可适用于300 km/h 以上高速铁路，是国内目前使用等级最高的列车运行控制系统。其系统工作原理为：基于 GSM-R无线通信实现车地信息双向传输，无线闭塞中心（RBC）生成行车许可，轨道电路实现列车占用检查，应答器实现列车定位，车载采用目标—距离连续速度控制模式曲线、设备制动优先的方式监控列车安全运行，当系统降级时可按CTCS-2级功能运行。

2007年底，原铁道部成立了C3技术攻关组，依托武广和郑西等高速铁路建设项目，组织开展CTCS-3级列控系统的攻关研究工作，集中全路主要技术力量，对总体方案搭建、系统集成、系统评估等内容展开了深入研究。2008年9月，首次发布了《CTCS-3级列控系统总体技术方案》[3]规范性文件，该文件明确了在系统集成、列控车载设备、地面RBC软硬件技术、安全通信技术以及系统仿真和测试技术等5个方面的技术要求，提出了CTCS-3级列控系统的标准体系，是指导CTCS-3级列控系统设计、开发、测试及系统评估工作的重要参考文献。2009年 12 月 26 日，武广客专成为首条按此标准建设开通运营的线路。后续随着国内高铁建设的全面铺开和高铁列控系统的推广应用，出现了以京沪高铁为代表的长大干线铁路、以哈大客专为代表的高寒铁路、以及以杭州、武汉等为代表的枢纽多区域贯通线路等各类高难度铁路建设和运营领域条件下的列控应用场景。此时，既有的标准体系已经较难适应此类场景，需要不断创新完善。文献[1]中对国内CTCS标准体系在2013年底前的发展过程做了较为详细的描述，提出制定完整的CTCS标准体系规划，建立技术标准体系长期发展的组织保障等建议，以推进CTCS标准体系建设。与此同时，习近平主席在2013年9月、10月先后出访中亚四国和印尼时提出了“一带一路”的战略构想，随之吹响了中国高铁“走出去”的号角，由国内承建的海外铁路项目开始逐年增加。

在这些国内外高铁建设的背后，需要一套成熟、先进、有自主知识产权的CTCS技术标准体系作为重要技术支撑。为此，2013年12月，中国铁路总公司(简称铁总)发布《中国铁路总公司2013 年技术标准项目计划》（铁总科技函[2013]1072号），计划制定《CTCS-3级列控系统总体技术方案》（项目号13CR036）。然而，当时尚存在一些不利因素，在一定程度上影响了本标准的编制工作，如：既有CTCS-3级列控系统核心设备尚采用国外引进技术，部分核心器件、核心技术、外围支持不在技术转让范围内，造成在部分特定应用中，其扩展性和适用性受限；此外，考虑市场竞争需要，引入了不同厂家研制的设备，虽然各厂商在与控车相关的功能上大致相同，基本能满足互联互通需求，但具体实现方式多样，实现细节仍存在一些差异。这些因素都不利于国内高速铁路技术的发展和“走出去”战略的实施。

为解决上述问题，2014年，铁总组织启动了CTCS-3级列控系统设备自主化技术研究的重点课题，支持国内各厂商开展自主化 CTCS-3 级列控系统的研发。同时，考虑到本标准是CTCS标准体系的一项顶层设计规范，属于涉及面广泛的系统级方案，需要结合工程实践及各子系统装备的自主化发展成熟度来对标准内容进行不断地优化完善。为保证标准质量，直至2016年在大西客专完成自主化 CTCS-3级列控系统现场试验，具备制定本标准的成熟条件后，编制组通过总结既有国产化设备工程应用和自主化设备简统化创新的两方面经验基础上，于2017 年底完成本标准报批稿编制工作。2018年5月，在京沈综合试验段再次对自主化CTCS-3级列控系统进行了现场补充试验，以重点检验大西线上未能验证的长时间持续高速运行、多车追踪及互连互通等技术的成熟性。在本次验证过程中，系统安全可靠，随后于2018年11月，由铁总批准发布了本标准，最终形成《CTCS-3级列控系统总体技术规范》(QCR661-2018)。该标准用于指导 CTCS-3级列控系统设计及运用，成为 CTCS-3 级列控系统技术标准体系的重要组成部分。

2 主要技术内容
标准(QCR661-2018)规定CTCS-3级列控系统术语和定义、总体需求、技术要求、车载设备工作模式定义与转换、系统运营场景、系统接口要求和系统性能要求。相比原规范文件[3]，在形式上，本标准遵从GB/T1.1-2009标准要求编制，文件条款更加简洁明了；在内容上，经体系规划梳理后，本标准定位更加明确，专注于引领CTCS-3级列控系统研发设计上，故所规定的内容有所缩小，删除了有关系统评估、标准体系规划等管理性过程内容，将纯CTCS-2级相关的技术内容改纳入《CTCS-2级总体技术规范》，将偏向工程设计的内容改纳入《铁路信号设计规范》；在层次上，本标准属于上层规范，故文件条款选择概括性强、边界性广的内容，将设备级的技术细节要求改纳入相关设备产品的二级规范内。

除上述规定范围的差异外，着重解读新标准相对原规范的主要技术变更点如下。
1）新标准规定“CTCS-3级列控系统应满足最高允许速度不低于350 km/h的需求。” 2017年6月25日，具有完全自主知识产权的中国标准动车组“复兴号”在京沪高铁首发，试验速度可达400 km/h及以上，因而对信号系统及线路等各专业提出适应性分析及运用需求。文献[9]对此分析给出“列车运行速度提升至400 km/h 后，信号专业的 CTCS-3 级列控系统总体上能够适应相关运营需求” 的结论。但现阶段按400 km/h及以上设计建造和运营维护的成本较高，性价比低，尚未推广应用，故标准暂规定为不低于350 km/h。此外，考虑到实际列车追踪间隔能力是受线路坡道、限速、站场布局、动车组运行参数、停站时间及列车运行计划组织等多专业多因素综合影响，而不是列控系统单一因素决定的，故删除了原规范中“最小追踪间隔3 min”的说法，改由具体工程设计实现相应线路所需的追踪间隔目标。

2)新标准规定“CTCS-3级列控系统应具备CTCS-2级功能。” 考虑到国内铁路运输的复杂运营需求及场景，CTCS系统在设计之初就将具备跨线运行及降级运行能力作为系统重要技术原则之一。故最初在构建CTCS-3级列控系统时，就考虑到GSM-R无线通信不稳定会对紧追踪的列车运行秩序影响较大，所以需要能够降级为CTCS-2级后备系统来保障运行效率。后来结合实际运用中存在因无线通信超时造成不能及时更新行车许可的安全问题，以及车地无线通信基于开放式信息传输所引入的潜在信息安全和网络安全风险等，在新标准中规定“CTCS-3级列控系统应考虑对网络攻击的防护措施，以保证系统信息安全。”因此，对CTCS-3级系统顶层设计做出重大变更，将CTCS-2级列控系统功能作为CTCS-3级列控系统的一个重要组成部分，不再是独立的后备系统。由此，通过充分整合既有资源，在未增加任何设备投资基础上，加强了CTCS-3对CTCS-2系统的深度集成，并基于两者间列控信息融合产生了多项自主创新技术，进一步提升了列控系统安全性和行车效率。

3）新标准规定“车载设备应具备RBC发送的行车许可与轨道电路信息相结合的功能。”这是C3与C2信息融合创新的一项重要技术措施，通过对两种不同形式的行车许可进行安全比较，进一步提高系统安全性，同时因C2轨道电路信息是经由轨旁电缆、钢轨传输的，属于专用信息网络传输系统，进一步加强列控的信息安全保障。该措施在正常追踪运行情况（L5、L4及侧向码）下，仍直接使用C3下行车许可来保障高速运行；在列车降速接近行车许可终点情况下（L3、L2、L、LU、U、HU码），则须与C2行车许可校核后取安全侧来双重保障列车不会越过危险点；若发生紧急停车或列车冒进情况（H码或HU掉码）下，则即使C3车地无线通信故障，也可通过C2行车许可触发C3车载立即制动。有关该方案的详细说明可参见《CTCS-3级ATP行车许可结合轨道电路信息暂行技术条件》（铁总工电[2018]18号）文件。

4）新标准规定“当收到RBC发送的TAF请求时，车载设备应能根据TCR接收到的地面信息进行TAF自动确认或提示司机进行人工确认。”这是C3与C2信息融合创新的第二项重要技术措施，通过在区段末端有限范围（即TAF窗口）内结合当前C2发码许可信息自动触发TAF交互确认机制，以提高系统安全性和自动化程度。该措施主要用于RBC向处于目视行车或引导模式的车载设备首次发送完全监控模式下的行车许可（MA）或引导授权延伸时，须先确认列车车头至MA终点全部空闲，但目前RBC仅能通过联锁获知列车前方闭塞分区的空闲状态，却无法获知列车当前占用区段内车头前方至区段终点之间是否空闲，故向车载设备发送TAF请求消息。车载设备接收到TAF请求消息且列车前端进入TAF窗口，则使用TCR的允许信息自动向RBC回复TAF确认信息，完成车头前方区域空闲的确认。若TCR未收到允许信息时，则在DMI上显示TAF请求信息，由司机人工确认后向RBC回复TAF确认信息。新标准还在行车许可运营场景中重点展示了基于该机制的典型应用示例。

5）原规范在C3系统设计之初就已提出了不停车等级切换的自主创新方案，并获得显著效益。但后来经厂家内部安全排查分析，发现RBC边界的轨道占用信息在不利条件下，要经由若干TCC和CBI依次转发后才能到达RBC处，造成多环节传输累积延迟而出现“飞车”的情况下，从而导致RBC会出现短时错误延长MA的问题。为规避这一风险，在新标准中补充规定了当等级转换执行点列车运行前方第一个闭塞分区由空闲状态变成占用状态时，RBC开始计时并根据计时结果和列车位置报告的关系进行相应安全操作。

除上述主要技术变更外，在C3系统运营场景方面，新标准相对原规范也做了一些其他重要修改。

新标准中删除了原规范中的“重联与摘解”场景。一方面，现高速铁路已成为旅客出行首选的交通工具，深受人们所喜爱，重联车组已难以满足高铁客流的持续增长需要，超长版“复兴号”应运而生，故对重联车组的摘解已成为非主流运营场景；另一方面，重联与摘解场景主要通过调车作业完成，本质上也是调车运行场景。

新标准中简化了原规范中的“临时限速”场景，仅侧重从车地一体化设计角度上展示临时限速的应用特征，而将有关临时限速设置流程及设置规则纳入《列控系统临时限速技术规范》中。安全灵活的临时限速设置技术也是国内列控系统独创的一项重要技术解决方案，采用临时限速服务器实现临时限速命令的集中管理。现标准与原规范不同的是，将临时限速操作终端与CTC终端合并，便于调度员操作显示。

3 结语
标准（QCR661-2018）源于对国内CTCS-3级列控系统成熟运用多年的实践经验和自主创新的总结，服务于国内高速铁路技术标准“走出去”的战略需要。QCR661-2018的发布与实施，向世界高速铁路行业展示了一套具有技术先进、安全可靠、独立自主的中国高速铁路列控技术体系。

与ETCS系统体系相比，在标准化程度上，CTCS-3级列控系统所提供的方案更加完整、更加具体、更加简统化，不仅包括列控车载地面核心设备，还涵盖了所有相关的外围设备接口及应用要求；在技术水平上，CTCS-3级列控系统创新了基于TCR信息的自动TAF确认和行车许可比较、不停车等级切换、不停车降级运行、自动过分相及安全灵活限速设置等先进技术，极大提高了系统安全性和自动化程度，为现有世界最高350 km/h运营线路提供了安全高效运输的可靠解决方案。

后续随着智能京张高铁的建设推进，国内将建成世界上第一条智能化高速铁路，率先实现高速铁路自动驾驶、北斗定位、信息安全、智能运维等先进控制技术，进一步提升列控系统的自动化、信息化程度。因而，随着国内高速铁路建设的不断推进，CTCS-3级列控系统标准规范仍然需要不断跟进完善和补充。