摘要：高速鐵路的發(fā)展必須始終把安全擺在最核心、最本質(zhì)、最關(guān)鍵的位置，列控系統(tǒng)是保障高速列車行車安全的核心設(shè)備。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)高速鐵路的發(fā)展現(xiàn)狀，一方面對(duì)高速鐵路目前所采用的列控車載設(shè)備設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測(cè)試、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等方面的安全技術(shù)進(jìn)行分析和總結(jié)，旨在增強(qiáng)民眾對(duì)高鐵的信任感；另一方面在目前的技術(shù)體系下，針對(duì)如何管好用好高速鐵路列控車載設(shè)備，也提出了一些見(jiàn)解，目的是尋求高速鐵路的更好更快發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高速鐵路、車載設(shè)備、安全技術(shù)

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目前，國(guó)內(nèi)已開(kāi)通的CTCS-3級(jí)列控線路主要有京滬、武廣、廣深、哈大、京石武、鄭西、滬寧、滬杭高鐵，最高運(yùn)營(yíng)時(shí)速350公里/小時(shí)。CTCS-3級(jí)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)是中國(guó)鐵路時(shí)速大于300km/h客運(yùn)專線的重要技術(shù)裝備，是中國(guó)鐵路技術(shù)體系和裝備現(xiàn)代化的重要組成部分，是保證高速列車運(yùn)行安全、可靠、高效的核心技術(shù)之一。

列車速度提高到160km/h以上時(shí)，對(duì)列車控制必須由開(kāi)環(huán)控制變?yōu)殚]環(huán)控制，CTCS-3列控系統(tǒng)正是通過(guò)車地信息的實(shí)時(shí)交互，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的閉環(huán)控制。CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)主要分為車載設(shè)備和地面設(shè)備兩大部分。其中，列車運(yùn)行過(guò)程中，車載設(shè)備實(shí)時(shí)通過(guò)GSM-R網(wǎng)絡(luò)與地面設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，根據(jù)接收到的地面命令信息（含地面設(shè)備提供的MA移動(dòng)授權(quán)、信號(hào)動(dòng)態(tài)信息、線路參數(shù)、臨時(shí)限速等信息），按照目標(biāo)-距離模式生成MRSP最不利限制曲線，進(jìn)行超速防護(hù)，監(jiān)控列車安全運(yùn)行。列控車載設(shè)備是高速鐵路行車安全中必不可少的核心設(shè)備之一，列控車載設(shè)備的安全技術(shù)直接關(guān)系到高速鐵路列車運(yùn)行中的安全性和可靠性。

車載設(shè)備由車載安全計(jì)算機(jī)（VC）、GSM-R無(wú)線通信單元（RTU）、軌道電路信息接收單元（TCR）、應(yīng)答器信息接收模塊（BTM）、記錄單元（DRU）、人機(jī)界面（DMI）等組成。

CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)車載設(shè)備采用分布式體系結(jié)構(gòu)，各輸入輸出單元通過(guò)總線與核心處理單元進(jìn)行通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備均采用冗余配置，具有高可靠性和高可用性；各輸入輸出單元通過(guò)總線與核心處理單元進(jìn)行通信，具有良好的抗干擾性和可擴(kuò)展性。

以下以CTCS3-300T車載為例說(shuō)明CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)車載設(shè)備的結(jié)構(gòu)。CTCS3-300T列控車載設(shè)備與列車可采用兩種形式的接口，一種為繼電器接口，一種為MVB接口，對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)框圖如圖1所示（CRH2和CRH3型車）。

CTCS3-300T列控車載設(shè)備主要組成包括：

1）車載安全計(jì)算機(jī)：包括C3主機(jī)（對(duì)應(yīng)ATPCU單元）/C2主機(jī)（對(duì)應(yīng)C2CU單元），是列控車載設(shè)備的控制核心。負(fù)責(zé)CTCS-3級(jí)車載控制功能，兼容CTCS-2級(jí)控制功能。

2）測(cè)速測(cè)距子系統(tǒng)：負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)列車的運(yùn)行速度并計(jì)算列車行走距離，并通過(guò)一定方式將此速度距離信息發(fā)送至各個(gè)子模塊，包括SDP、SDU以及用于測(cè)速的雷達(dá)和速傳，其中SDU速度距離單元采集來(lái)自速度傳感器和雷達(dá)速度傳感器的脈沖信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為脈沖值，通過(guò)信號(hào)MVB總線傳送給SDP單元處理；SDP速度距離處理單元對(duì)SDU單元采集的脈沖值進(jìn)行計(jì)算，得出列車運(yùn)行方向、速度和走行距離。

3）安全傳輸子系統(tǒng)：主要控制MT模塊通過(guò)GSM-R網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)車地?cái)?shù)據(jù)的安全、可靠傳輸，又稱為STU-V，包括COMC和GCD兩部分，其中COMC主要實(shí)現(xiàn)安全層相關(guān)功能及內(nèi)部總線通信與外部無(wú)線通信協(xié)議間的轉(zhuǎn)換功能，GCD主要實(shí)現(xiàn)傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層、MT模塊控制功能，數(shù)據(jù)加密解密算法也有GCD設(shè)備負(fù)責(zé)完成。

4）應(yīng)答器信息傳輸子系統(tǒng)：負(fù)責(zé)應(yīng)答器信息接收與處理，包含BTM和CAU，其中CAU即BTM的接收天線，用于接收地面應(yīng)答器的信號(hào)；BTM用于接收應(yīng)答器信息，并將解調(diào)后的信息傳輸給主機(jī)單元。

5）數(shù)字輸入/輸出單元：用于采集列車輸出的開(kāi)關(guān)量信息，實(shí)現(xiàn)與列車之間接口。

6）安全輸入/輸出單元：用于車載設(shè)備緊急制動(dòng)命令的發(fā)送，并接收制動(dòng)反饋信息。

7）軌道電路信息接收子系統(tǒng)：用于軌道電路信息的接收和處理。

8）司法記錄單元：用于記錄司法分析所需的列控車載設(shè)備工作狀態(tài)及各種輸入輸出信息。

CTCS3-300T列控車載設(shè)備負(fù)責(zé)接收地面數(shù)據(jù)命令信息，通過(guò)對(duì)列車行車許可、線路參數(shù)、列車信息的綜合處理，按照目標(biāo)距離連續(xù)速度控制模式，生成最不利速度控制曲線，通過(guò)采取聲光報(bào)警、切除牽引力、三級(jí)常用制動(dòng)（弱、中、強(qiáng)）和緊急制動(dòng)措施，監(jiān)控列車運(yùn)行，保證列車速度不超過(guò)進(jìn)路允許速度、線路結(jié)構(gòu)規(guī)定的速度、列車的構(gòu)造速度、臨時(shí)限速及緊急限速。

列控車載設(shè)備時(shí)保證列車行車安全的重要安全設(shè)備，必須按照相應(yīng)的安全設(shè)計(jì)和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)。由于國(guó)內(nèi)的CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)是在歐洲ETCS-2級(jí)列控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展和演變過(guò)來(lái)的，歐洲已針對(duì)鐵路領(lǐng)域制定了比較完善的的安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)稱為CEN-ELEC系列標(biāo)準(zhǔn)。目前，國(guó)內(nèi)CTCS-3級(jí)列控車載設(shè)備研發(fā)過(guò)程也同樣要求遵循關(guān)歐洲CEN-ELEC標(biāo)準(zhǔn)中定義的安全完整度安全要求。用于高速鐵路的列控車載設(shè)備，安全相關(guān)部件都要求達(dá)到SIL4級(jí)（EN50129規(guī)定，SIL4級(jí)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)概率滿足：10^-9≤每小時(shí)故障危險(xiǎn)概率＜10^-8）。按照SIL4級(jí)要求，車載設(shè)備安全部件的設(shè)計(jì)與研發(fā)過(guò)程均應(yīng)采用故障導(dǎo)向安全的原則，安全相關(guān)軟件應(yīng)采用雙代碼或雙硬件方式對(duì)系統(tǒng)執(zhí)行過(guò)程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)比較。

按照CEN-ELEC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，車載設(shè)備研發(fā)過(guò)程中，應(yīng)通過(guò)EN50128中的安全軟件開(kāi)發(fā)V字形模型開(kāi)展相關(guān)研發(fā)工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)軟件生命期的質(zhì)量管理與控制。安全軟件開(kāi)發(fā)V字形模型具體包括系統(tǒng)需求階段、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)階段、模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)階段、編碼階段、軟件模塊測(cè)試階段、軟硬件集成測(cè)試階段、軟件確認(rèn)與驗(yàn)證階段、系統(tǒng)集成測(cè)試階段、系統(tǒng)評(píng)估階段和系統(tǒng)維護(hù)階段。各個(gè)階段的輸入和輸出文件都有詳細(xì)的規(guī)定，車載設(shè)備研發(fā)完成后，必須通過(guò)相關(guān)的測(cè)試驗(yàn)證，并經(jīng)過(guò)具有相應(yīng)資質(zhì)的獨(dú)立第三方安全評(píng)估機(jī)構(gòu)進(jìn)行安全評(píng)估，通過(guò)安全認(rèn)證后才能夠安裝使用。

目前，國(guó)內(nèi)CTCS-3列控線路中裝備最多的車載設(shè)備是CTCS3-300T車載設(shè)備。以下以CTCS3-300T車載設(shè)備為例，對(duì)車載設(shè)備的安全性設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明。??

CTCS3-300T車載設(shè)備的安全相關(guān)軟件采用雙代碼結(jié)構(gòu)，同一套硬件中同時(shí)運(yùn)行A、B兩套相異代碼，兩套代碼使用不同的數(shù)據(jù)區(qū)，采用不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且兩套代碼同時(shí)對(duì)輸入輸出數(shù)據(jù)及中間過(guò)程關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行相互比較，比較不一致則導(dǎo)向安全側(cè)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，CTCS3-300T車載設(shè)備采用現(xiàn)場(chǎng)總線分布式結(jié)構(gòu)，具有良好的抗干擾性和可擴(kuò)展性；車載系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備均采用冗余配置，如ATPCU、C2CU、BTM、CAU、DMI等采用冷備，速度傳感器、雷達(dá)、TCR、GSM-R單元及其天線等采用熱備，具有高可靠性和高可用性。CTCS3-300T車載設(shè)備的各個(gè)子系統(tǒng)均采用安全性設(shè)計(jì)，系統(tǒng)內(nèi)安全相關(guān)單元一方面運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)硬件單元的CPU、內(nèi)存等硬件進(jìn)行監(jiān)控；一方面采用AB代碼方案，該軟件構(gòu)架可以防護(hù)硬件單元的硬件故障。在軟件偵測(cè)到硬件故障后，自動(dòng)根據(jù)故障影響控制施加最大常用或者緊急制動(dòng)。此外，CTCS3-300T車載設(shè)備的總線接口和列車接口也都采用了安全性設(shè)計(jì)：總線通過(guò)看門狗實(shí)現(xiàn)安全性監(jiān)控，一旦總線中斷或者受到干擾，看門狗溢出后，自行施加制動(dòng)；列車接口中的緊急制動(dòng)和全常用制動(dòng)采用繼電器接口及失電制動(dòng)邏輯，確保了接口的可靠性和故障條件下的安全性。

車載設(shè)備的相關(guān)研發(fā)和設(shè)計(jì)完成后，按照接口設(shè)計(jì)圖紙可以完成相關(guān)的安裝調(diào)試。在運(yùn)行過(guò)程中，車載設(shè)備需要與列車配合使用，而不同車型在制動(dòng)性能、電氣接口等方面存在很多差異。那么，該如何驗(yàn)證車載設(shè)備與車輛的匹配性呢？這就需要通過(guò)型式試驗(yàn)來(lái)保證。

型式試驗(yàn)需要在車載設(shè)備安裝調(diào)試完畢后進(jìn)行，目的是驗(yàn)證車載設(shè)備與列車接口的適配性和安全性，型式試驗(yàn)一般僅針對(duì)新車型的首列車。型式試驗(yàn)應(yīng)包含靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試兩部分。

其中，靜態(tài)測(cè)試至少應(yīng)覆蓋以下內(nèi)容：

1）列車開(kāi)關(guān)對(duì)車載設(shè)備的作用和影響檢測(cè)：測(cè)試動(dòng)車組開(kāi)關(guān)對(duì)車載設(shè)備的控制作用，檢查升降弓、斷/合主斷路器對(duì)車載設(shè)備運(yùn)行的影響；

2）車載設(shè)備與列車的制動(dòng)接口檢測(cè)：檢測(cè)車載設(shè)備弱、中、強(qiáng)（最大常用）制動(dòng)輸出、緊急制動(dòng)輸出，檢測(cè)相應(yīng)的制動(dòng)反饋信號(hào)，檢測(cè)車載設(shè)備能否正常采集列車駕駛臺(tái)狀態(tài)輸入信號(hào)、方向手柄信號(hào)，檢測(cè)休眠信號(hào)對(duì)車載設(shè)備的影響，檢測(cè)列車正常的制動(dòng)輸出等信號(hào)對(duì)車載設(shè)備使用的影響。