高速铁路自主化CTCS-3级列控系统成套装备研究及应用
中国铁道科学研究院集团有限公司
为满足CTCS-3级列控系统自主可控、技术提升和中国高铁走向国际的需求，项目围绕系统标准、关键技术、重要设备等开展自主化研究，构建自主化列控技术标准体系，突破安全计算机平台关键技术，攻克车载及地面系列核心技术，打造自主化仿真测试平台，完成成套装备研制，实现系统融合应用创新。
一、主要科技创新
1.引领符合我国路情的列控技术标准体系创新，结合大量实践经验，适应新需求、新场景，完成自主化CTCS-3级列控系统主要标准规范制定，引导列控技术研发方向，确保装备相互兼容和互联互通，支撑自主化列控技术持续发展。
围绕自主化CTCS-3级列控系统技术特点，制定了系列技术规范，系统功能规格、系统安装接口及人机交互操作接口进一步标准化、规范化，总体消除了不同厂家既有CTCS-3级列控平台的技术差异，统一了司机操作流程及显示界面，降低了司机误操作的可能性，统一了ATP车载设备与动车组的安装接口、电缆布线等，提升了系统可维护性、兼容性以及不同厂家设备的可互换性，满足动车组预组装需求，使自主化列控设备标准化程度更高、功能更完善、安全性更高、适应性更强。
2.突破了自主化安全计算机平台关键技术，研制了自主知识产权的车载和地面设备系列安全计算机平台，解决了关键信号装备底层硬件依赖国外引进、技术受制于人、固有顽疾难以根除、系统演进受阻四大问题，实现了操作系统软件、应用软件100%自主可控，打破了国外技术垄断。
突破了具有自主知识产权的开放式高可靠容错计算机架构、高可靠串行背板总线、实时操作系统、计算机核心控制芯片、综合开发环境等一系列关键技术，根据列控系统运行环境要求及故障导向安全原则设计，采用冗余技术以及支持资源共享和重构的架构，开放式、模块化的体系结构能够很好地支持系统重构、扩展和维护，在继承国产化引进安全计算机平台大量成熟应用经验的基础上，自主化安全计算机平台在安全性、可靠性、可用性、可维护性和系统性能等方面全面提升。
3.攻克了车载全系统/全功能无缝自动切换技术、RBC支撑复杂枢纽拓扑的数据建模技术，发明了多源安全误差容限和自适应空转打滑补偿高速测速测距模型，设计了RBC基于软件独立检查的安全监控方法，实现了RBC应用软件和数据分离、车地密钥分离。
创新采用车载全系统/全功能热备设计，实现了双系的同时运行以及单系故障时的平滑切换，单系设备故障后可在不停车情况下自动切系，大幅提升了系统可用性和可靠性。针对高速列车测速测距高安全需求，提出传感器可配置的多信息融合算法、多源安全误差容限算法和自适应空转打滑补偿算法，有效解决了车轮发生空转打滑时精准测速测距难题。攻克了RBC支撑复杂枢纽拓扑的数据建模技术，满足超大枢纽站场中的列车高速运行需求。设计了RBC基于软件独立检查的安全监控方法，采用安全和非安全功能隔离技术，建立安全精确的控车策略，解决了复杂路网复杂运营场景条件下的安全控车问题。实现了RBC应用软件与数据分离、车地密钥分离，便于现场实施，提高了系统可维护性。
4.构建了基于云边端的分布式列控系统数字化仿真检测架构，打造了国际先进的“全线、全景、全速”自主化列控系统数字化仿真测试平台，实现了高铁列控系统全领域、全专业、全生命周期仿真检测，成为筑牢列控系统安全底线的重要一环。
突破虚实结合的自主化列控仿真测试技术，创新提出了列控装备多层级数字化仿真建模方法、列控系统智能化检测及故障注入、再现和分析方法，构建了基于云边端的分布式列控系统数字化仿真检测架构，打造了国际先进的列控系统“全线、全景、全速”数字化综合仿真测试平台，满足对自主化列控设备的100%深度覆盖测试，支持从产品测试、线路数据试验到列控系统的安全确认全过程，为列控技术持续自主创新提供平台支撑。
5.创新性实现了自主化列控系统与新技术的融合应用，以自主化CTCS-3级列控核心设备软硬件为基础，打造了CTCS-3+ATO智能列控系统，为我国列控技术创新发展提供了必备基础条件。
在自主化CTCS3级列控系统核心设备基础上融合行业先进技术，构成CTCS-3+ATO智能列控系统，车载一体化集成自动驾驶（ATO）功能，节省了安装空间，减少了系统接口，地面在TSRS、CTC、TCC等设备上增加功能，车站股道增加精确定位应答器，实现由列车运行自动控制到列车运行智能控制的重大转变和技术创新。世界上首次实现了时速350公里高速铁路列车自动驾驶功能，提升了列车运行效率和准点率，减轻了司机劳动强度，降低了牵引能耗，改善了旅客乘车体验，是高速铁路智能化的重要标志。
二、项目评价
本项目成果对中国铁路列控系统的技术发展和提升具有深远的意义，标志着我国高铁列控核心技术实现了由“引进、消化、吸收、再创新”到“自主创新”的重大跨越，解决了列控技术发展过程中的多个技术难点，打破了国外对高铁列控核心技术的垄断，实现了系统安全可靠、自主可控、技术先进的目标，进一步提升了高铁列控技术水平和列车运行安全保障能力，为推动中国铁路“走出去”、高质量共建“一带一路”提供了重要技术支撑。
三、成果及效益
本项目取得国家发明专利30项、发表论文15篇、取得软件著作权8项，起草标准规范7项，实现了列控系统平台、关键技术、操作系统及核心软件、成套装备全面自主化，历经大西高铁、京沈高铁综合试验以及现场试用考核，自主化CTCS-3级列控系统核心设备通过国铁集团技术评审，获得CRCC认证证书，实现现场安全稳定运用。2022年，搭载我国自主化列控系统的匈塞铁路（贝诺段）开通运营，是全套中国完全自主知识产权的列控系统首次在欧洲国家成熟应用；2023年，我国全套自主化标准和产品装备雅万高铁，打造中国高铁首次全系统、全要素、全产业链走出国门的“样板工程”，实现了中国高铁列控标准、技术及核心装备“走出去”，有力保障了雅万高铁建设。