勇于攻坚克难 致力自主创新
——铁科院集团公司自主化CTCS-3级列控系统全面投入现场试用
  CTCS-3级列控系统实验室。
  时速350公里自动驾驶复兴号动车组。
  铁科院集团公司技术人员在进行自主化CTCS-3级列控系统测试。
  铁科院集团公司技术人员在进行CTCS3+ATO车载设备调试。
  铁科院集团公司自主化CTCS-3级ATP车载设备和无线闭塞中心设备(RBC)。
  铁科院集团公司高速铁路列控系统仿真实验室。
  铁科院集团公司技术人员在进行自主化CTCS-3级ATP车载设备调试。

  中国铁道科学研究院集团有限公司自主化RBC-YH型无线闭塞中心自2018年12月29日开通试用至今,设备在中国铁路沈阳局集团有限公司试用状况良好,运行稳定。自主化CTCS3-400C型ATP车载设备于2019年6月7日在CRH380AJ-0202动车组开始进行试用考核,截至2019年11月5日,共计运营152天,总运营里程121203公里,ATP整体运行稳定,司机评价良好。

  不负重托担使命

  列控系统是保障高铁安全高效运行的核心装备,是指挥列车运行的大脑和中枢神经。自2007年开展CTCS-3级列控系统攻关以来,中国铁路确定了“引进消化吸收再创新”的技术路线,取得了一系列技术创新成果。CTCS-3级列控系统由车载设备与地面设备组成,其中,动车组上的设备为ATP车载设备,地面设备包括无线闭塞中心、列控中心、临时限速服务器、轨道电路、应答器等。该系统基于GSM-R无线通信实现车—地信息双向传输,无线闭塞中心生成行车许可,ATP车载设备生成一次制动模式曲线,机控优先,实现高速条件下列车运行超速防护等功能。

  自2009年武广高铁开通运营以来,CTCS-3级列控系统主要采用引进设备国产化生产和实施工程集成的模式。由于既有列控系统部分核心技术、关键部件仍由国外厂商掌握,系统优化升级、设备运营维护效率等均受到外方制约,不同厂家设备相互替代困难。以上问题不利于我国高铁信号技术的进一步发展。因此,我们迫切需要掌握CTCS-3级列控核心技术、研制关键设备,构建自主化CTCS-3级列控系统技术体系,满足国内信号运营技术提升和高铁走向国际的需求。

  由中国国家铁路集团有限公司主导、铁科院集团公司等单位负责实施的自主化CTCS-3级列控系统研发、试验、试用等工作,是落实党和国家“矢志不移自主创新,坚定创新信心,着力增强自主创新能力”“要增强‘四个自信’,以关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新为突破口,敢于走前人没走过的路,努力实现关键核心技术自主可控,把创新主动权、发展主动权牢牢掌握在自己手中”等关于科技创新重要指示的具体措施。

  十年磨剑试锋芒

  10余年来,年轻的研发团队以“人之所不能为者我为之”的青春气势和“人之所不愿为者我愿为”的奉献精神,不断挑战极限,奔跑追梦,攻克了一个又一个的技术难关。在技术攻关阶段,研发人员主动放弃休息时间,加班加点成了常态,机房和实验室的灯光经常通宵陪伴,连送餐的小哥都和大家成了朋友;在现场试验期间,试验人员每天凌晨就出发,赶至动车段做试验前准备,白天跟车运行,深夜返回驻地,连夜完成当天的试验数据分析,甚至在春节假期都放弃了和家人团聚的机会,只为不中断现场的试验工作。团队成员虽然分工不同,但都胸怀大局,积极作为,勇于担当。有的带病奋战在调试现场,有的孩子出生时也顾不上回家看一眼,有的凭借严谨务实的作风创造了项目管理全过程“零差错”的记录……正是这些勤勤恳恳、默默付出的幕后英雄们,团结拼搏,百折不挠,保障了所有项目推进计划的顺利实施,成功建立起自主化成套列控体系。

  自主化CTCS-3级列控系统继承了既有列控系统大量成熟可靠的开发及运用经验,在确保安全可靠的同时,针对国内应用需求、标准化、技术先进性、可扩展性等方面进行了重点设计考虑。系统技术创新点主要包括以下方面:

  (1)自主化CTCS-3级ATP车载设备

  采用新一代自主化车载安全计算机平台,开放式、模块化的计算机体系结构很好地支持系统重构、系统扩展和系统维护,满足SIL4级要求。操作系统软件和应用软件具有自主知识产权,实现了软件代码自主可控。

  与既有列控车载设备冷备、温备相比,自主化CTCS-3级ATP车载设备采用双系冗余热备结构,单系设备故障后可在不停车情况下自动切换到另一系,对运营效率无任何影响,提升了系统可用性。

  采用CTCS-3/CTCS-2主控单元一体式设计,使用同一套软件实现CTCS-3/CTCS-2功能,进一步提高了系统集成度。

  实现了自主测速测距功能开发,完成多通道信号采集、滤波、融合、置信区间计算、空转打滑校正等核心算法。

  采用中央维护的操作模式,通过中央维护单元完成所有单元的软件升级、日志下载、参数维护等工作,大大提高了维护工作的效率。

  满足简统化要求,在司机操作流程、显示界面以及与动车组的安装接口、电缆布线等方面实现了统一。

  具备与欧洲ETCS列控系统互联互通的能力,已取得欧盟铁路TSI(互联互通技术规范)认证证书。

  (2)自主化无线闭塞中心(RBC)

  采用自主化安全计算机平台。该平台广泛应用于计算机联锁、列控中心和临时限速服务器等设备,已在多条高铁线路具有成熟的应用业绩,满足SIL4级要求。

  RBC软件具有自主知识产权,在既有RBC应用经验的基础上,针对核心功能设计和实现进行了深入分析研究,结合实际情况制定了符合自身特点的软件架构,并在此基础上完成了核心功能的设计实现。

  系统功能进一步优化,提高了系统的安全性。

  优化了不同型号RBC之间的移交功能,系统的互联互通性得到了提升。

  在控车数量、管辖范围等系统性能方面进一步提升。

  具备与欧洲ETCS列控系统互联互通的能力,已取得欧盟铁路TSI认证证书。

  自主创新未来路

  CTCS3+ATO(高铁列车自动驾驶)是在CTCS-3级列控系统基础上集成ATO自动驾驶相关模块的行业先进技术,是世界各国轨道交通发展的趋势。CTCS3+ATO列控系统实现了列车从车站自动发车、区间自动运行、自动停车、自动开门、车门与站台门联动等功能,可有效提升线路通过能力、旅客舒适度、列车运行效率和准点率,降低牵引能耗、减轻司机劳动强度,是高速铁路智能化的重要标志。

  2018年6月至9月,中国铁路总公司组织进行了京沈高铁综合试验段CTCS3+ATO列控系统试验,由铁科院集团公司研制的CTCS3+ATO列控系统运行稳定、控车精准,顺利通过了所有测试项目。复兴号实现时速350公里自动驾驶功能,成为我国高铁自主创新的又一重大标志性成果。

  未来,列控系统总的发展趋势是简化系统结构、减少轨旁设备、增加车载设备的功能和智能化,降低列控系统的全生命周期成本。在自主化CTCS-3级列控系统、CTCS3+ATO列控系统研究成果基础上构建我国下一代列车运行控制系统成为可能,下一代列控系统移动闭塞技术、智能驾驶技术、融合卫星的自主定位技术、基于IP的车地无线通信等关键技术的应用,可进一步缩短运行间隔,整体提高我国高铁行车密度,加强线路运能,减少地面信号设备的部署,从而降低铁路的建设和运维成本。

  自主化CTCS-3级列控系统及CTCS3+ATO列控系统的成功运用,标志着我国打破了国外公司对高铁列控核心技术的垄断,摆脱了列控关键技术受制于人的不利局面,进一步提高了高铁运行安全保障能力和智能化水平,是推进智能铁路建设、我国铁路“走出去”的关键步骤,对于保持我国高铁列控技术在国际上的先进水平具有重要意义。

  青春热血铸就骄人战绩,铁科院集团公司列控系统研发团队获得了“全国铁路先进集体”“铁道部直属机关建功立业先进集体”、北京市“工人先锋号”以及“铁科院优秀团队”等多项荣誉。下一阶段,研发团队将继续推进高铁列控技术创新,提升电务装备水平,全力以赴为中国高铁持续前行提供科技支撑。

  本版图文由铁科院集团公司提供

  本版策划 杨建光

  ◆大事记

  ●2014年5月,在中国铁路总公司的统一部署下,铁科院集团公司承担了中国铁路总公司重点课题,研究开发具有自主知识产权的列控系统关键产品。

  ●2014年12月,联合国内航空飞控领域先进企业,主导制定系统需求,开展新一代安全计算机研制。

  ●2015年2月,立项院基金重大课题,专项支持CTCS-3级列控系统自主化研究。

  ●2016年1月,完成CTCS-3级列控系统仿真实验室建设;进行环行铁道试验线信号环境恢复,具备了真车测试条件。

  ●2016年4月,通过中国铁路总公司组织的方案评审。

  ●2016年5月,完成环行线自主化CTCS-3级ATP车载设备和无线闭塞中心(RBC)真车测试。

  ●2016年7月,通过中国铁路总公司组织的试验评审。

  ●2016年10月,完成大西高铁综合试验段现场测试。

  ●2017年2月,完成大西高铁综合试验段现场互联互通测试。

  ●2017年3月,取得SIL4级安全评估证书。

  ●2017年9月,完成实验室功能回归测试和互联互通回归测试。

  ●2018年8月,完成京沈高铁综合试验段现场测试、北京交通大学实验室测试;取得变更升级SIL4级安全评估证书。

  ●2018年10月,通过中国铁路总公司组织的试验报告评审。

  ●2018年12月,通过中国铁路总公司组织的试用评审,自主化无线闭塞中心(RBC)开始试用。

  ●2019年6月,自主化CTCS-3级ATP车载设备开始进行现场试用考核。

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