全球揭秘：中国高铁运行中 不撞车 不追尾的秘密

出品| 网易新闻

作者| 陈俊宇，清华大学机械工程系博士研究生

请问：

诸葛亮初出茅庐第一次“运筹帷幄之中，决胜千里之外”的战役是（ ）

A.火烧新野

B.火烧博望坡

C.安居平五路

D.火烧赤壁

估计你会选D，因为你只知道这一个战役，其实答案是B，再给你一个机会：

中国高铁之所以能“驰骋万里”，又是哪个“诸葛亮”在运筹帷幄呢？（ ）

A.CTC系统

B.CTCS系统

C.通信信号系统

D.闭塞技术

一猜你就不知道，所以，下面的内容好好看！

中国高铁正处在一个高速发展的黄金时期，无砟轨道正在以让人惊叹的速度延伸到中国的各个角落。截止2016年底，中国高铁营运里程已经达到2.2万公里，同比增加约0.3万公里，占世界总运营里程的60%以上，稳居世界第一；2016年内就在1月、5月、9月进行了三次大规模的全国铁路运行图调整，加密或新增了多条高铁线路；在2017年的春运中，高铁发送旅客人次就累计达到1.8亿人次并首次超过了普通客运列车。

2020年中国高速铁路网

中国高铁覆盖地域范围极广，运营速度、密度高，运送客流巨量，全天候准点运行，作业环节多而复杂以及运行图调整频繁，这些特点都对高铁运输组织工作提出了极高的要求。

然而2011年7·23甬温线动车追尾事故的发生也为中国高铁的快速发展敲响了一次警钟，所有的列车调度指挥、列车运行控制工作要始终将安全放在第一位，以安全高效为目标，对作业过程进行智能化控制，以实现在无人干预或者较少人为干预下列车的自动和安全运行。

通信信号系统——保障高铁高效运行的“大脑”

组织保障中国高铁安全和高效运行的“大脑”，是高铁的通信信号系统，其中调度集中系统（Centralized Traffic Control System, CTC）和列车运行控制系统（Chinese Train Control System, CTCS）占据核心地位。

大脑的“左右脑”分工协作，职责明确：CTC技术用于铁路行车调度，通过技术手段代替人工调度，提高了调度工作的准确率和调度效率，就是告诉列车要在什么时间出发，从哪儿到哪儿；CTCS技术则是对列车运行模式的监测和控制，再结合当前线路的信息，告诉列车应该如何行驶，就是解决如何安全地从这儿到那儿的问题。

左脑（CTC）——负责调度指挥

CTC调度集中，也称列车集中控制，是控制中心对某一调度区段的信号设备进行集中控制，对列车运行进行直接指挥、管理的技术装备，直接效果是行车管理的自动化和遥控化。

CTC系统在控制方式上有中央集中型和分散自律型两种，美国、加拿大等国家在货物重载运输中采用中央集中型，通过CTC系统与各站相连，进路控制等功能均设置在控制中心。国外高速铁路为了保证在控制中心瘫痪或中心与车站网络故障时，车站仍能正常运作，CTC系统也有了从中央到分散自律型的发展趋势。

而目前，中国使用的CTC系统均为分散自律方式。顾名思义，分散就是将这种方式由各个车站独立控制列车作业和调车作业，而非中央集中控制。而自律呢，则是“因地制宜”，根据各站的不同特点，车站子系统协调处理作业中的矛盾，提高了控制的灵活性和适应性。

三层架构，分工明确

第一层为铁路总公司调度中心CTC系统，总公司的CTC中心接收各调度所发送的列车运行状况、信号设备显示状态、计划运行图、实际运行图、施工、事故、灾害等信息，为总公司各工种调度提供数据支持；

中国铁路总公司（原铁道部）调度指挥中心

第二层为铁路局调度所（含客运专线调度所）高铁CTC系统，截止2015年，北京、上海、武汉、广州、成都五个路局调度所设有高铁CTC系统，高铁CTC系统还在其他10余个高铁及城际铁路调度中心推广应用，负责指挥整个调度区段内列车集群的运行；

北京铁路局调度指挥中心

第三层为车站CTC子系统，根据调车计划，通过自律机控制联锁系统等实现进路控制功能。

上述提到的“自律机”，就是在车站CTC子系统自律的核心设备。车站自律机具有生成进路操作命令的功能，当收到列车运行调整计划，它就会“高速运转”，迅速将计划转化成操作指令，“检查”无误后，向联锁系统下发指令，开始进路。

分散自律调度集中系统工作流程图

右脑（CTCS）——负责安全防护

关于右脑列控系统，西方发达国家已有较长的发展历史，比如我们熟悉的日本新干线，它的列控系统是ATC系统，法国TGV铁路和韩国高速铁路的TVM系统，德国及西班牙铁路采用的LZB系统等。1996年，欧盟为了解决欧洲高速铁路互联互通问题，制定了一个标准体系——ETCS，这也是目前欧洲铁路的法定强制规范。

而我们当然要有自己的标准，2004年原铁道部发布了《CTCS技术规范总则》，参照ETCS等国外标准，又结合中国铁路的具体情况，CTCS系统应运而生。

CTCS-3级列控系统总体技术方案图

CTCS是Chinese Train Control System的英文缩写，嗯，请自行直译。这个右脑系统非常厉害，不仅能对列车运行速度、运行间隔进行实时监控和超速防护，同时还能减轻司机劳动强度，并提高乘客舒适度。

地面和车载两大设备是核心

CTCS包括地面设备和车载设备，通过车路协同来保障行车安全。

地面设备包括列控中心、轨道电路等模块，列控中心一般是设置在车站内，从调度系统中获取调度命令，而轨道电路可以实时获取列车位置，传达命令。地面设备经过运算，产生命令，再将命令传给车载设备。

而车载设备则是列车操控的主角，通过车载安全计算机、通信模块、测速模块和人机界面等，在列车运行过程中根据不同的行车状态选择不同的控制模式，实现提到的右脑的功能，还能生成速度控制曲线、向其他系统通报列车位置速度信息等功能。

高铁司机室，司机通过人机界面实时监测和处理CTCS系统信息

速度决定CTCS“等级分明”

针对中国铁路不同的线路、不同的传输信息方式和闭塞技术，CTCS可以划分为5个等级，依次为CTCS0—CTCS4级，来满足不同线路速度需求。其中0-3分别适用于最高速度为120km/h、160km/h、200-250km/h、300-350km/h以下的区段。当然，不同的速度，两大设备配置也不尽相同。

CTCS-4级别目前还没有应用到实际的高铁列车运行中，它是基于铁路专用的无线通信技术，不依赖轨道电路，并实现虚拟闭塞或移动闭塞，是未来的发展方向。

闭塞技术——防止列车追尾相撞的“必备技能”

上面提到的闭塞技术是在列车运行控制中为了保证安全而采用的一项极为重要的技术。在列车进入某一区间后，利用信号或者凭证，将之与外界隔离起来，区间两端车站都不再向这一区间发车，以防止列车相撞和追尾。如果某一闭塞区间有列车占用，CTCS系统会通过控制信号灯，为调度中心提供列车信息以及直接控制列车制动等依次递进的措施保证列车运行安全。

7·23甬温动车追尾事故的一个原因就在于这一区段的CTCS-2系统的轨道电路和信号采集电路因雷击失效，继而列车的自动闭塞失效，酿成了事故的惨剧，反映了系统关键部件冗余设计不足的问题。而在CTCS-3系统中，增加了自动闭塞系统的冗余设计，由无线通信模块进行列车位置监测，并通过轨道电路进行验证，有助于提高系统的安全性。

动车防追尾系统原理示意图

结语

当然，高铁是一个十分复杂的系统，要让其高效有序、安全平稳的运行需要的不仅仅是靠左右脑系统。还需要能切合中国各地实际的高铁通信信号装备，这些系统的设计极为复杂，每个细节的处理都需要极为审慎；还要有过硬的工程建造技术、高速列车技术、客站建设技术、系统集成技术、运营维护技术等等。

中国高铁经过多年的技术引进、消化、吸收、再创新，从零开始在较短的时间内让高铁在中国的大地上飞了起来，并在国际上拥有自己的竞争力，这不得不说是十分惊人的成就。另一方面我们也看到了在一些方面我们与其他国家相比还存在不足，不断攻克技术上的难关，中国高铁也才能继续进步。

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编辑| 于冉帝