解析TB_T 3581—2022《CTCS-3级列控系统总体技术要求》.pdf

2023 年 9 月（总第 443 期）4标准化工作STANDARDIZATION WORK第 51 卷Vol.51第 9 期No.9铁 道 技 术 监 督RAILWAY QUALITY CONTROL收稿日期：2023-04-25作者简介：岳朝鹏，正高级工程师；赵丽，工程师1制定背景列车运行控制系统是根据列车在线路上的客观运行条件、实际运行状况等，通过列车车载设备和地面设备，对列车运行实施控制、监督和调整的系统，用于保障行车安全，提高运输能力。2002 年，原铁道部在借鉴国外典型列车运行控制系统技术体系的基础上，结合我国国情，确定了发展高速、先进、适用和可持续发展的中国列车运行控制系统（chinese train control system，CTCS）的战略目标，自此拉开了 CTCS 技术标准体系建设的序幕。2004 年，原铁道部发布 CTCS 技术规范总则1，由此确定了 CTCS 技术体制和基本框架，并划分出 5 个应用等级。其中，对 CTCS-3 级列控系统规划定义为基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统。2008年，原铁道部发布CTCS-3 级列控系统总体技术方案2，该文件规定了 CTCS-3 级列控系统运营需求及场景、系统结构及设备功能、系统评估和标准体系等方面内容，为早期 CTCS-3 级列控系统装备研发、工程应用起到重要的指导作用。2014 年，原中国铁路总公司启动自主化 CTCS-3 级列控系统技术研发，制定了自主化设备系列标准，强化了设备产品级自主性、兼容性及不同厂家设备的可互换性。2018年，原中国铁路总公司发布企业标准 Q/CR 6612018CTCS-3 级列控系统总体技术规范4，该标准中总结了既有国产化设备工程应用和自主化设备简统化创新 2 方面经验，从系统层面规定了CTCS-3 级列控系统设计及运用的总体技术要求。伴随着 CTCS-3 级列控系统技术装备更新升级和自主化装备的全面上道试用，同时为满足中国高铁“走出去”需求，亟需制定行业标准，以进一步提升标准管理效能，促进我国铁路技术发展和安全监管需要。2020 年，国家铁路局启动 CTCS-3级列控系统总体技术要求行业标准的制定工作，最终形成 TB/T 35812022 CTCS-3 级列控系统总体技术要求。2制定原则TB/T 35812022 旨在规范、指导 CTCS-3 级解析 TB/T 35812022CTCS-3 级列控系统总体技术要求岳朝鹏，赵丽（北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070）摘要：介绍 TB/T 35812022CTCS-3 级列控系统总体技术要求的制定背景和制定原则，重点解析 CTCS-3 级列控系统主要技术创新项，包括系统运用指标、系统构成、行车许可和不停车等级切换。分析与 Q/CR 6612018CTCS-3 级列控系统总体技术规范的主要差异，并提出标准实施建议，方便使用者更好地理解和执行 TB/T 35812022。关键词：中国列车运行控制系统；技术要求；行业标准；解析中图分类号：U284.48-65文献标识码：A文章编号：1006-9178（2023）09-0004-05Abstract：The paper introduces the background and principles of the development of TB/T 35812022 Generaltechnical specification for CTCS-3 train control system,focuses on analyzing the main technical innovations of theCTCS-3 level train control system,including system application indicators,system composition,permission for trainoperation,and non-stop level switching.The main differences with Q/CR 6612018 General technical specificationfor CTCS-3 train control system are analyed,and standard implementation suggestions are proposed in order to facilitate users to better understand and implement TB/T 35812022.Keywords：Chinese Train Control System;Technical Requirements;Industry Standards;Interpretation5铁道技术监督第 51 卷第 9 期列控系统设计及运用，是 CTCS 相关标准中的顶层设计规范，从车地一体化的系统层面规范总体设计要求，使得系统运行安全可靠、科学先进、经济适用、高效有序，避免各设备仅考虑自身设计而忽视系统集成后可能存在的不利影响，从而为相关列控设备研发设计提供有效依据和方向。在标准制定过程中，一方面，参考吸收 Q/CR6612018 的成熟基础；另一方面，结合标准制定过程中出现的应用实践或新的运用场景需求，通过收集工程应用中出现的问题及变更，进行综合改进和优化完善，以提高 TB/T 35812022 应用的时效性和广泛性。此外，还着眼当前国内外列控系统技术的主流发展趋势，对当前与未来的主要技术特征兼容并蓄，以提高标准的技术先进性。3主要技术内容TB/T 35812022 规定了 CTCS-3 级列控系统的术语和定义及缩略语、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。相比欧洲列车控制系统（european train controlsystem，ETCS）的 ETCS-2 级列控系统，我国CTCS-3 级列控系统，已经从引进消化吸收阶段发展到自主创新阶段。CTCS-3 级列控系统技术制式上实现的主要技术创新包括系统运用指标、系统构成、行车许可、不停车等级切换。除这些主要技术创新外，还实现了高速自动过分相和安全灵活的临时限速设置等功能，提高了系统安全性和自动化程度，为高速铁路安全、高效运营提供了可靠、完整的解决方案。这些技术创新与 CTCS-2 级列控系统原理类似。以下分别从 CTCS-3 级列控系统主要技术创新项和标准制定期间发生的重要技术变化 2 个角度，解析 TB/T 35812022 的主要技术内容。3.1系统运用指标我国 CTCS 应用等级主要依据列车运行速度划分，所以系统可支持的最高允许速度成为系统关键技术指标。在 TB/T 35812022 中，4.1.1 条规定：“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。”这一规定既体现了当前 CTCS-3级列控系统在实际运用中实现了 350 km/h 运营速度，又为后续提速至 400 km/h 留出技术发展空间。当前，400 km/h 以上高速铁路是多个国家追求的目标或发展方向。国际上，欧洲、日本在研制更高速度的高速列车，但目前尚无 400 km/h 的高铁运营。为保持我国高铁在速度领域的领先优势，国家“十四五”规划纲要重点工程“CR450 科技创新工程”已全面展开，成渝中线高铁线路也已开工建设，预计 2026 年具备现场试验条件。国内信号厂商也开展了相关系统既有技术标准规范对 400 km/h高速铁路的适应性分析，并结合对京沪高铁、郑万高铁、济郑高铁上进行的 400 km/h 有关试验数据的分析，认为既有 CTCS-3 级列控系统总体功能和性能基本能够满足 400 km/h 列车对安全、可靠与高效控车需求。但现阶段尚无按 400 km/h 系统试验或工程运用的完整实践证明，故在 TB/T 35812022 中，规定为最高允许速度不低于 350 km/h。3.2系统构成在 ETCS 系统构成中，ETCS-2 级列控系统与ETCS-1 级列控系统间相互独立。在 TB/T 35812022 中规定的 CTCS-3 级列控系统是由地面设备和车载设备构成，并给出系统结构示意图。同时，TB/T 35812022 中 4.2.9 条规定“CTCS-3 级列控系统应具备 CTCS-2 级功能”。因此，CTCS-3 级列控系统构成包含了主用系统和备用系统 2 套设备，并明确了绑定关系。这是由于在设计 CTCS 技术体系之初，就将具备跨线运行和降级运行能力作为系统的重要技术原则要求。考虑到 GSM-R 无线通信不稳定时会对紧追踪的列车运行秩序产生较大影响，通过降级为CTCS-2 级后备系统来保障运行效率。同时，结合实际运用中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情况，将 CTCS-2 级列控系统作为 CTCS-3 级列控系统的重要组成部分。这种顶层设计，可以充分整合主备、后备系统全套装备资源，加强 CTCS-3 级列控系统对 CTCS-2 级列控系统的深度集成。当前在CTCS-3 级列控系统与 CTCS-2 级列控系统一体化架构设计思想下，将 CTCS-3 级列控信息与 CTCS-2 级列控信息融合，进一步提升了列控系统的安全性和行车效率。3.3行车许可行车许可用于告知列车可安全前行的范围，属于安全控车的核心命令。一旦系统计算错误，就会误授权，导致列车闯入危险点，引发重大行车事6解析 TB/T 35812022CTCS-3 级列控系统总体技术要求标准化工作故。因此，应对行车许可的安全性提出更高要求。我国 CTCS-3 级列控系统在这方面做了 2 项重要技术创新，实现行车许可安全功能提升。（1）TB/T 35812022 中 5.2.5 条规定，车载设备应具备无线闭塞中心（RBC）发送的行车许可与轨道电路信息相结合的功能，也就是“双曲线比较”功能。车载设备既可接收来自 CTCS-3 级列控系统 RBC 提供的基于无线消息的行车许可，也可接收来自 CTCS-2 级列控系统列控中心（TCC）提供的基于轨道电路编码信息的行车许可。对这 2种异构系统所产生的行车许可信息进行安全比较，有利于提升系统行车控制的安全性。这项规定要求在正常追踪运行情况（L5，L4 及侧向码）下，仍直接使用 CTCS-3 级列控系统计算的行车许可来保障长距离高速运行，仅在列车降速接近行车许可终点情况（L3，L2，L，LU，U，HU 码）下，与CTCS-2 级列控系统计算的行车许可校核，最终取行车许可终点安全侧，双重保障列车不会越过危险点。当发生紧急停车或列车冒进情况（H 码或 HU掉码）时，即使 CTCS-3 级列控系统发生了车地无线通信故障，也可通过 CTCS-2 行车许可命令触发CTCS-3 级列控系统车载设备立即制动。此外，相比 CTCS-3 级车地无线传输通道，CTCS-2 级车地传输通道是轨旁电缆、钢轨传输的轨道电路，属于专用信息网络传输系统，可以更好地加强列控信息安全保障。（2）TB/T 35812022 中 5.2.6 条规定，当收到 RBC 发送的前方轨道空闲（TAF）请求时，车载设备应能根据轨道电路信息读取器（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。这项规定主要用于 RBC 向处于目视行车或引导模式的列车，计算发送首次行车许可时，需要检查确认列车头部至行车许可终点全部范围内的空闲条件。目前，RBC 仅能通过联锁获知列车前方闭塞分区的空闲状态，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。通过车载设备实现TAF 自动确认功能，可以进一步提高系统安全性和自动化程度。这项规定要求 RBC 在每个区间闭塞分区末端和发车股道末端设置 TAF 窗口，根据列车位置确定是否接近触发 TAF 请求的时机和是否接受车载 TAF 确认反馈的时机。车载设备在接收到 TAF 请求消息且列车前端进入 TAF 窗口时，若车载 TCR 接收到允许信息，则车载设备使用TCR 信息自动向 RBC 回复 TAF 确认信息，完成车头前方区域的空闲确认；当车载 TCR 收到非允许信息（H 码除外）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。3.4不停车等级切换不停车等级切换是我国列控系统为满足跨线运行效率要求提出的自主创新方案，并获得了显著效益。经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 和计算机联锁（CBI），依次转发后才能到达 RBC。多环节传输累积延迟出现“飞车”情况，从而导致 RBC 出现短时错误延长行车许可（MA）的问题。为规避这一安全风险，在 TB/T 35812022 中规定，当等级转换执行点列车在运行前方第 1 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。4与 Q/CR 6612018 的差异相比于 Q/CR 6612018，TB/T 35812022 的部分条款描述更加准确和完善，以下主要分析 2 项标准间存在的重要技术差异项。4.1无线通信系统在 TB/T 35812022 中，将“GSM-R 系统”变更为“无线通信系统”，扩大了系统车地通信网络适应性范围。2015 年，原中国铁路总公司成立“铁路下一代移动通信技术研究工作组”，从频率、标准、业务、系统研发和试验等方面，对铁路下一代移动通信技术开展研究，并取得一系列研究成果，发布了 LTE-R 相关技术规范，同时在京沈客专（辽宁段）开展现场试验。但后续随着国内外发展环境出现的重大变化，2020 年，中国国家铁路集团有限公司（以下简称“国铁集团”）改为启动铁路5G 专网技术、系统标准、系统装备的研究。虽然我国目前广泛采用的 CTCS-3 级列控系统基于GSM-R 系统，但该系统属于第 2 代移动通信技术，基础设施已面临淘汰，通信厂商对老旧设施的维护支持力度逐渐减少，迫切需要转移使用新制式移动通信技术。为此，一方面，国铁集团组织研发了新型列控系统，该系统首次采用基于 GPRS 的 IP 通信技术实现车地无线控车功能，并已先后在国家铁道试验中心环形试验场、格库铁路试验段、和若铁7铁道技术监督第 51 卷第 9 期路全线完成现场试验验证；另一方面，国铁集团还组织研发基于 5G-R 的 CTCS-3 级列控系统，该系统已完成了室内开发验证，但受限于 5G-R 频率分配的批复限制，尚未开展现场试验。因此，为了发挥标准引领作用，结合无线网络通信发展趋势，TB/T 35812022 不再限定于当前 GSM-R 单一系统，而变更为无线通信系统，以支撑 CTCS-3 级列控系统车地无线通信网络的扩展升级要求。4.2信息安全防护要求TB/T 35812022 将信息安全防护从原则性要求变更为明确性要求，进一步加强了列控系统高安全性要求。前期既有 CTCS-3 级列控系统针对车地无线通信开放网络，仅实施了通信密钥防护的有限措施，不足以应对当前国际复杂环境条件下的网络安全威胁态势，亟需适度引入新的安全技术和安全理念，提升系统安全防护能力，使系统能够抵御高级别、有目的的安全威胁。列车控制系统作为国家关键信息基础设施，对保障铁路运输安全和行车效率、秩序起到根本性作用，必须重点保护。因此，在TB/T 35812022 中明确要求，CTCS-3 级列控系统网络安全保护应符合 GB/T 222392019信息安全技术网络安全等级保护基本要求中第四级安全要求的规定。2021 年 8 月，国铁集团工电部制定了列控系统网络安全管理指导意见，进一步细化了有关列控系统网络安全管理要求，包括新建工程的网络安全应与列控系统同步建设、同步实施、同步使用；对既有工程提出加固实施计划，稳步推进达标整治工作。4.3通信故障时的安全处理措施TB/T 35812022 细化统一了各厂家 RBC 与CBI 间、RBC 移交间出现通信故障时的安全处理措施，以保障列车安全高效运行。Q/CR 6612018 中部分技术条款的描述为原则性概括，TB/T 35812022 中作出了相应细化规定。例如，针对 RBC 与联锁通信中断场景、RBC 间通信中断场景下的安全处理措施，TB/T 35812022中对具体安全措施作出细化统一要求，明确规定“RBC 应停止向行车许可在该联锁区域内的所有列车发送任何应用消息”和“移交 RBC 应停止向移交列车发送任何应用消息”。此前，有的厂家采取的安全处理措施为直接要求列车制动，严重影响旅客乘车体验，并且给列车运行时分及全国路网运营秩序带来较大影响，降低了系统可用性；有的厂家的安全处理措施为直接与列车终止会话，强制车载设备由CTCS-3 级列控系统降级到后备 CTCS-2 级列控系统运行，虽然提高了可用性，但列车需要按 CTCS-2级列控系统一直运行到前方站出站口，才能再次呼叫升级为 CTCS-3 级列控系统。高速铁路站间距大，通常间隔 50 km 以上，即使 CTCS-2 系统按顶棚速度 300 km/h 运行，所需时长也要大于 CTCS-3级列控系统按顶棚速度 350 km/h 的运行时分。经统计分析发现，地面设备间接口中断大多只是瞬间干扰，无需断开车地通信连接，不需向列车发送应用消息。这样，列车可继续按 CTCS-3 级列控 系 统 原 有 MA 范 围 正 常 运 行，进 一 步 提 高CTCS-3 级列控系统可用性。同时，为了保障列车在该超长时效 MA 内运行安全的有效性，需要车载设备具备将 MA 与 CTCS-2 级列控系统轨道电路信息相结合作比较的功能。若列车前方发送进路缩短或异物侵限故障时，会自动改变 CTCS-2 级列控系统轨道电路编码信息，车载设备根据新的轨道电路编码信息，计算缩短的行车许可范围，取代既有CTCS-3 级列控系统的 MA 信息，从而确保 CTCS-3 级列控系统的列车不会越过危险点，实现列车安全与高效运行的最佳平衡。5结语TB/T 35812022 从系统层面规范了 CTCS-3级列控系统技术特征及工作原理，构建了具有统一技术标准、功能需求、工作模式的互联互通技术平台。TB/T 35812022 的发布与实施，对于指导我国 CTCS-3 级列控系统相关车载、地面设备产品设计、研发及运用提供了重要技术依据，有利于提高产品质量安全要求和实现互联互通。同时，也向世界高速铁路行业展示了一套技术先进、安全可靠、独立自主的中国高速铁路列车控制技术体系。截至 2022 年底，我国高速铁路营业里程达4.2 万 km，居世界第一。其中，常态化 350 km/h的高速铁路里程近 3 200 km。在自主创新技术的支撑下，国内相关设备厂商基于高速铁路 CTCS-3+ATO 列控系统架构，开展系统优化提升，适配400 km/h 的 CR450 动车组应用要求。海外雅万高铁目前已进入开通前的准备阶段，这是中国高铁技术首次全系统、全要素、全产业链在海外建设项目中实施，设计速度 350 km/h，（下转第 18 页）18车轴轴端三螺孔位置度量规校准结果不确定度评定计量工作系数差引入的标准不确定度分量 u25为u25=31 2 1.5 10-6/60.038（m）。3.4合成标准不确定度计算利用各影响因素引入的标准不确定度分量计算可得，3 个测量孔位置度合成标准不确定度 u2c为u2c=u221+u222+u223+u224+u225=3.372+2.72+1.332+0.102+0.03824.5（m）。3.5扩展不确定度计算包含因子 k 取 2 时，3 个测量孔位置度扩展不确定度U2为U2=24.5=9.0（m）。根据 JJF（铁总）0022017 要求，3 个测量孔位置度校准结果的不确定度应不大于 0.01 mm。由此可知，测量孔位置度扩展不确定度U2小于0.01 mm，符合 JJF（铁总）0022017 要求。4结语根据 JJF（铁总）0022017 和 JJF 1059.12012，以校准 GF2616-RD2型位置度量规为例，评定位置度量规测量孔直径及 3 个测量孔位置度的校准结果不确定度。评定结果为：位置度量规测量孔直径扩展不确定度U1为 2.8 m（k=2），小于 4 m；位置度量规 3 个测量孔位置度扩展不确定度U2为9.0 m（k=2），小于 0.01 mm。因此，位置度量规测量孔及其位置度的计量性能符合 JJF（铁总）0022017 要求，能够保证位置度量规测量车轴轴端三螺孔直径及其位置度测量的量值准确、可靠。参考文献1 车轴轴端三螺孔位置度量规校准规范：JJF（铁总）0022017S 北京：中国铁道出版社有限公司，20182 杨志钧，汪海华对称孔位置度三坐标测量方法的探讨J 轨道交通装备与技术，2016（4）：50-513 戚佳睿，戚以界轴端三孔位置度的简易测量J 铁道车辆，2000（5）：41-42.4 倪德光 三坐标测量机测量形位公差不确定度的来源及评定J 中国机械，2013（4）：154-1565 成燕武机车车辆车轴轴端三螺孔位置度的测量J 铁道标准化，1995，23（3）：38-406 黄昊，蒋宇航车轴轴端三螺孔位置度量规的位置度算法研究J 铁道技术监督，2023，51（5）：45-497 蒋田芳，钟权平解析 TB/T 35762022机车车辆车轴专用量具 J 铁道技术监督，2023，51（2）：10-12（编辑陈建国）全线采用中国技术、中国标准。TB/T 35812022 自 2023 年 5 月 1 日起实施，通过对标准主要技术内容的解析，方便使用者更好地理解和执行标准。随着国内高铁建设发展和向海外全要素输出高铁的不断推进，CTCS-3 级列控系统标准规范仍需不断跟进、完善和补充。参考文献1 CTCS 技术规范总则：科技运函200414 号S 2 CTCS-3 级列控系统总体技术方案：科技运200834 号 S 3 岳朝鹏解读铁总企标CTCS-3 级列控系统总体技术规范J 铁路通信信号工程，2020，17（5）：92-964 CTCS-3 级列控系统总体技术规范：Q/CR 6612018S 5 列控系统网络安全管理指导意见：工电通号函202161 号S 6 CTCS-3 级列控系统总体技术要求：TB/T 35812022S 7 郭玉华借鉴 ETCS 完善 CTCS 技术规范体系的研究J 铁道标准设计，2016，60（10）：136-140（编辑吴磊）（上接第 7 页）CRCC 正式启用我国首个完全自主研制的空气弹簧六自由度高低温综合性能试验台我国首个完全自主研制的空气弹簧六自由度高低温综合性能试验台，在中铁检验认证中心有限公司（CRCC）机车车辆检验站正式启用。试验台取得的技术成果，进一步填补了空气弹簧国产化检测装备应用领域的空白，标志着我国空气弹簧自主化检测技术迈上新台阶。空气弹簧六自由度高低温综合性能试验台基于 TB/T28412019铁路车辆空气弹簧、EN 13597：2003铁路应用橡胶悬挂元件空气悬挂弹簧、JIS E42061989铁道车辆用弹簧装置等国内外相关标准要求研制和优化。目前，已实现对现有动车组、铁路客车、城轨车辆等各型空气弹簧性能检测参数的全覆盖，试验能力达到世界领先水平。下一步，CRCC 机车车辆检验站将依托空气弹簧六自由度高低温综合性能试验台，着力推进共性技术和前瞻性技术研发，打造具有示范意义的不同温度环境下空气弹簧各向刚度数据库，为更高速度等级动车组的研制提供科学可靠的检测手段和创新能力。摘编自中铁检验认证中心微信公众号