精确列车控制系统（PTC）和既有列车控制系统

精确列车控制系统（PTC）和既有列车控制系统

对于当前的信号基础设施，我们投入了大量的血汗、泪水、经历和智慧，这些都是丰富的资源。这些宝贵的投入使得我们今天位于北美的各个全国铁路网络运行非常安全，但是我们取得今天成绩的道路并非坦途。

20世纪初，铁路公司安装新型联锁和自动信号系统，以便应对19世纪80和90年代运量、运行速度和事故的持续快速增长。这些系统具有效果。但是，随着安装这些系统的线路里程增长，不安全故障开始暴露出来。已经开始相信按照信号显示行车这个新的概念的列车司机需要性能更好的系统这个问题变得日益突出。

到了1907年，铁路公司每年会遇到几百起列车错误前进的故障。同年，列车乘客死亡人数达到一个峰值。当时，铁路信号工程成为了一个新的学科，开始真正解决这个问题。服务大纽约地区的21家铁路公司的信号专家开始定期会面，审视每起导致列车错误前进的信号故障，以便采取纠正措施。到了1914年，这些专家的努力取得了回报。随着这些系统的性能变得更好，安装这些系统的线路里程大幅增长，乘客死亡人数继1907年开始小幅减少后，开始以更大幅度减少。

信号专家此后继续这个过程直至今日。过去30多年取得了更多的突破，使得人们不再使用有缝钢轨和钢轨连接线，采用数字技术取代电缆技术，使用微处理器取代继电器。这个变化使得安全性继续提高，可靠性大幅增强，我们当前的信号系统成本也随之下降。

但是， 由于缺失集体记忆，人们规划改造工作的时候，这个非常宝贵的最新资源往往不被重视，甚至作为过时资源被忽视。这点在很大程度上体现在驱动人们有关精确列车控制系统（PTC）思考的夸张宣传中。

如果你不能以史为鉴，就会重蹈覆辙，就像之前那样寻找寄予厚望的新技术。

尽管信号工程师不断消除信号故障，1970年开始制定有关今天仍然继续进行的、持续改进的标准，但美国洲际商务委员会和媒体却在失去信心。虽然每乘客.英里死亡人数在不断减少，但是在出现罕见惨烈的列车相撞事故之后，导致1922年出台了要求从事客运的49个铁路公司安装ATC或者ATS的命令。二战之后，1947年出台了要求运行速度达到或者超过80 mile/h的铁路使用ATC或者ATS的法令。这两个系统得到了持续发展，一个是点式感应ATS，一个是连续编码ATC。

现在人们像之前那样寻求的被寄予厚望的新技术就是PTC。人们从未认识到美国的列车司机按照信号显示行车的程度很高这个因素。随着我们在逐渐接近完美的过程中，不断增加对于PTC的投资，我们何时才能意识到逐渐接近完美的过程可能毁灭我们现有的一切，但是我们永远不能达到完美？

在信号领域的历史中，往往被忽视的另外一个方面是安全这个概念，这个概念通过应用调度集中系统（CTC）得到了清楚地证明。1928年，首个编码CTC投入应用。在这个CTC系统中，位置信息、道岔和信号机控制命令和显示信息通过编码在地面设备和中心设备间传输。这种数据传输之后发展成了高速数据传输，才使得今天的控制中心技术成为可能。

使得这项突破成为可能的是区分安全逻辑和非安全逻辑这个概念。也就是说区分成本较高的故障-安全的逻辑和并不直接影响列车运行安全性、在成本较低的、同时可以可靠执行的所有其他逻辑。

在控制中心，屏幕的数据通过非安全逻辑驱动。防护列车运行故障-安全的安全逻辑应用在现场受控地点和显示地点上。监测以及规划列车运行可以依靠非安全显示，但是执行安全功能无法依靠非安全显示。

简而言之，除了明显的减轻责任的好处以外，安全这个概念的好处就是使得信号和列车控制系统在保持结构简单、价格低廉的同时，可以实现确保列车并不超过安全速度或者行车许可的终点这个基本目的。并不直接促进实现这个基本目的的所有其他功能可以通过并不应用安全逻辑的、更加经济、高效的方式得到实现。

PTC这个新型系统应该试图成为成功的商业案例，而这个人们普遍存在的想法可谓是代价高昂的神话。这个系统就像癌症一样扩散到基础架构上，存在混合安全部分和非安全部分这个致命问题。如果PTC无法成为商业案例，我们如何证明PTC结构复杂的合理性？

我们当前的信号基础设施存在3条主线，就是持续的安全改进、简单并且有效的列车控制和区分安全和非安全这个概念。每条主线都促进我们当前的信号和列车控制基础设施的安全性、可靠性和成本可接受性大幅提高。但是，这里存在一个问题：

在开发PTC的过程中，缺失有关这些年来信号工程师取得的重要集体记忆，代价高昂，导致以下3个领域存在重大问题：

*PTC成本太高，而且我们甚至尚未考虑未来因为没有必要的复杂结构产生的运营和维护成本。但是，按照初步评估，PTC的未来故障产生的成本相比基于信号的列车控制系统并不太高。

*PTC需要的设计时间和安装时间太长。比如，人们有意使得应用在美国东北走廊上的ACSES保持结构简单，仅仅可以满足安全需求。倘若这些基本原则被用于促成制定国家标准，情况又会怎样？

*因为屈服政治压力，违背我们之前很高的有关故障-安全设计标准的巨大危险变大。美国拥有安全、可靠的信号基础设施，可以支持货运和客运系统，具有满足未来需求的能力。但是，有关PTC的国家标准当前并不提供作为安全系统进行认证的清晰路径。

这个情况引出以下3个重大问题：

*历史表明，如果列车司机在行车过程中错过一个信号显示的同时，用于按照这个信号显示实施控制的任何系统存在给出错误空闲显示的故障，列车司机可能因为本能将没有看见的停车信号显示解读为空闲信号显示。倘若存在结构更加简单的安全型PTC系统，向列车司机提供用于解读以及控制安全型系统的非安全系统如何能够提高安全性？

*在性能较高的铁路线路上提供110 mile/h的城际客运服务的需求不断增长。但是，只有作为安全系统通过认证的PTC系统可以支持速度超过90 mile/h的城际客运服务。如何支持110 mile/h的城际乘客运服务？

*铁路行业面临虽然看似不很明显但是实际比较强大的走上运营成本提高、安全性降低的道路的压力。我们如何证明全国存在这个消极趋势的合理性？我们为何希望证明这点？

好消息就是存在信号和列车控制领域的历史，供PTC系统借鉴，以大大缓解各种不利因素。坏消息就是全国铁路网络有可能使用上没有能充分借鉴我们铁路领域历史的PTC系统。

（北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 刘旸摘译自《Railway Age》2016年）