借鉴ETCS完善CTCS技术规范体系的研究

郭玉华

(中国铁道科学研究院通信信号研究所，北京　100081)



借鉴ETCS完善CTCS技术规范体系的研究

郭玉华

(中国铁道科学研究院通信信号研究所，北京100081)

借鉴欧洲铁路列车运行控制系统(ETCS)技术和经验，根据中国铁路特点和运营需求，形成了中国铁路列车运行控制系统(CTCS)技术规范体系，经过多年发展，目前已进入补充完善阶段。对ETCS及CTCS技术规范体系构成、现状及发展情况进行对比分析，指出两个规范体系在纲领性文件、规范内容和版本管理机制等方面的差别，提出CTCS技术规范体系结构化，提高CTCS技术规范体系的系统性、完整性等方面的建议，对完善CTCS技术规范体系有十分重要的参考意义。

CTCS；ETCS；技术标准；技术规范体系；控制命令自系统互联互通技术规范(CCS TSI)

随着我国铁路列车运行控制系统技术创新和发展，CTCS技术规范体系的构建已基本完成，进入了优化完善阶段。研究、借鉴ETCS规范体系结构及发展，对梳理、整合CTCS技术规范体系，并结合工程实践不断优化完善，形成先进、适应、经济合理的CTCS技术规范体系有十分重要的借鉴意义。

1　CTCS发展历程及其技术规范体系构成

1.1CTCS技术规范体系发展历程

2004年原铁道部发布了《CTCS技术规范总则》，参照ETCS规范等国外标准，结合中国国情，规划了CTCS的技术体系框架，包括CTCS定义、目标、等级等，CTCS规范体系建设由此拉开序幕。伴随我国铁路既有线提速改造、新建客运专线及高速铁路建设各个阶段的发展，CTCS技术及其规范体系逐步发展完善。结合2004年开始的第六次铁路既有线提速工程的需要，原铁道部发布了一批既有线CTCS-2级列控系统技术条件、运用原则及设备技术规范、接口规范等，这些文件有些至今仍在发挥作用[1-2]。2008年原铁道部发布了《CTCS-3级列控系统总体技术方案》，确立了具有自主知识产权的CTCS-3级技术规范体系的创新目标，并结合武广、郑西等高速铁路工程项目，开展具有自主知识产权的CTCS-3列控系统研究，编制了CTCS-3级列控系统技术规范、设备规范、接口规范、测试规范、系统评估规范等，初步形成CTCS-3级列控系统技术规范体系[3]。2012年以来，开始对已发布的CTCS技术规范梳理、复审、整合、废止等工作，将与CTCS相关的标准性技术文件划分为通用、系统、设备、接口、工程应用原则、测试和测试评估规范等7个子类，使得CTCS技术规范跟随列控技术发展和创新不断完善，CTCS技术规范体系化工作不断深入。

1.2CTCS技术规范体系构成

CTCS为5级(CTCS0～CTCS4)，但从以上分析可见，其技术规范体系主要由CTCS-2级和CTCS-3级技术规范构成。由于CTCS-2起初主要是为满足提速需求而制订，其规范体系性不像CTCS-3那样完整。而CTCS-3则涵盖了系统规范、设备规范、接口规范、测试规范、评估规范等，是一个系统完整的技术规范体系[4]。

目前我国铁路技术规范体系主要由相关国家标准、铁道行业标准、铁总技术标准和标准性技术文件构成。就CTCS技术规范而言，则主要由铁总发布的标准性技术文件构成，近几年有关CTCS的铁道行业标准和铁路总公司技术标准都在陆续制订中，但基本都是原标准性技术文件的转化，没有根本性的创新，且数量有限。据铁总科技[2016]70号文，截至到2015年底有效的142个电务标准性技术文件中，关于高速铁路通信信号的占到50%，包括通用规范、系统层面规范、设备层面的规范、接口规范、测试规范和系统评估规范等。表1和表2给出了目前有效的CTCS标准性技术文件。

表1　CTCS-2级标准性技术文件

表2　CTCS-3级标准性技术文件

1.3CTCS技术规范体系化工作面临的问题

随着我国高速铁路自主化技术创新和发展，同时为满足铁路“走出去”战略，铁路技术标准体系必须向更高层次、更深广度发展，而不能停留在铁总标准性技术文件层面，而在这个过程中面临着各种新问题，需要从根本上不断提升铁路技术标准化工作水平，运用系统工程和标准化工作原理[5]，对标准化对象进行分析研究，构建铁路技术规范体系框架，进一步提升铁路技术规范体系的先进性、适应性和技术经济性。在标准化工作原理指导下，加强对ETCS等国际、国外技术标准的深入分析对比研究，可以借鉴ETCS技术规范体系的优长之处，进一步完善CTCS技术规范体系。

2　ETCS规范体系构成及发展

2.1ETCS规范体系的构成

为克服欧洲各国相互不兼容的信号制式，保证高速列车在欧洲铁路网内互通和安全运行，2001年在国际铁路联盟(UIC)和欧盟的大力支持下，欧洲铁路信号工业和欧洲铁路花了大约10年时间研究制定了ETCS规范体系。ETCS规范体系由CCS TSI[6](Technical Specification Interoperability，即Decision 2012/88/EC及其后续修订和补充)[7-8]、以UIC为中心代表用户方提出的功能需求规范、以欧洲主要信号系统供应商(UNISIG)为中心提出的系统需求规范、安全需求规范、测试规范以及大量的功能接口规范和标准功能接口规范等共同构成。

CCS TSI规定了ETCS的适用范围、应用等级及其等级之间的关系、车载和地面子系统的构成、互联互通功能和接口的要求、信号系统与其他系统接口的要求、维护规则、互联互通部件合格性评定和认证程序、互联互通实施原则以及系统安全性、可靠性、可用性、技术兼容性、安全环保等基本要求。可见CCS TSI是ETCS规范体系的纲领性文件。作为控制命令子系统互联互通总体技术方案，CCS TSI识别出了欧洲多种制式的列控车载设备在跨越国境时，影响车载与地面设备互通的各种因素及消除这些因素的功能、性能和接口参数要求，而且每项“要求”都通过引用一个或多个技术规范来满足。因此尽管ETCS技术规范达60多个，但每个规范的作用、规范之间的关系、规范的应用方法等通过CCS TSI“串”起来，条理清晰，层次分明，体系完整，符合标准化工作的要求。

由于ETCS规范主要从互通性需求出发，注重的是功能、接口等的规范和统一，不涉及信号系统层面和设备层面的技术规范，工程规范也仅涉及了很少与互通性有关的内容，所以ETCS规范体系不是一个完整的列控系统技术规范体系。但从另一个方面讲，它却是一个开放的规范体系。这种分层管理的框架模式，给系统设备的研发、制造、质量及成本控制留出了巨大空间，有利于技术发展和进步。

2.2ETCS规范体系的发展

在2012/88/EU将高速铁路和常规铁路CCS TSI合二为一后，又先后进行了2次修订，主要修订包括将CCS TSI适用范围从跨欧洲铁路扩展到整个欧洲铁路网，正式提出了“ETCS基线3版本1”(B3 MR1)技术规范，修订了车载测试规范、GSM-R功能需求规范EIRENE FRS 7.4.0和系统需求规范EIRENE SRS 15.4.0等多个文件，并对合格性认定程序进行了澄清。

其中，引入B3 MR1是重要的修订之一，它反映了ETCS技术的发展趋势，即下一代列控(NGTC)的发展方向[9]。分析可知，NGTC主要研究ETCS和基于通信的列控系统(CBTC)的协同优势，通过分析两者在功能需求、操作模式等方面的异同，提出同时适用于两者的功能需求规范，研究采用移动闭塞技术，在车地通信方面研究利用基于IP的无线通信系统，研究利用卫星定位系统替代轨道电路或计轴实现列车位置检测等[10]。通过这些研究，使ETCS和CBTC在系统设计、硬件和接口方面达到最大程度的统一，并最终发展成为同时适用于城轨、市郊铁路和干线铁路的列控系统规范。这些研究取得的阶段性成果反映在B3 MR1的变化中。另外B3 MR1删除了SUBSET-046、SUBSET-049等无线注入接口的要求，从而为新型车地通信系统的应用打开空间。

与B2相比，B3 MR1删除或新增的技术规范见表3。

表3　与B2相比B3 MR1删除或新增的技术规范

通过对比分析可以看出，ETCS技术规范随着技术的发展，在规范内容、规范数量方面进行了调整，但规范体系性没有任何变化，完全保留了原CCS TSI的架构，保持了ETCS技术规范体系的稳定。这足以说明了技术规范体系纲领性文件在整个技术规范体系中的重要地位。

3　ETCS与CTCS规范体系的差异

3.1纲领性文件方面的差异

CCS TSI是ETCS规范的纲领性文件，是ETCS的总体方案。该文件提出互联互通相关“要求”、并通过引用SUBSET等规范来满足“要求”。CCS TSI将SUBSET与互联互通“要求”对应起来，保证了ETCS规范体系的严谨和清晰的逻辑关系，而CTCS技术规范体系则缺乏这样的纲领性文件[11]。《CTCS-3级列控系统总体技术方案》作为300～350 km/h以上自主创新列控系统总体方案，对CTCS-3级技术规范体系的描述比较宏观，仅指出了体系由六大类规范构成和每一类规范包括的主要文件，而且后续又进行了调整，尤其铁科技[2011]201号《CTCS-3级列控系统系统评估规范》更是废止了《客运专线CTCS-3级列控系统总体技术方案》中有关内容。因此，CTCS技术规范体系的系统性方面仍有欠缺。

3.2技术规范内容方面的差异

ETCS技术规范体系重点在互联互通需求及满足这些需求应达到的功能、性能、测试、评估和认证要求，不包括系统层面和设备层面的规范。而CTCS在借鉴ETCS同时，又按照“建设统一的装备体系”的发展要求，不仅强调车-地互通，而且强调地面设备的互通，制订了统一的RBC、TSRS、TCC等CTCS地面设备技术规范及其接口规范。与ETCS相比，CTCS技术规范体系更加完整。

3.3管理体制方面的差异

ETCS用了近10年时间研究技术规范体系，在欧盟授权下，欧洲铁路代表处牵头，来自运营商、设备供应商、行业协会、各有关标准化组织的专家经过充分研究、讨论和论证，而且规定了严格甚至繁琐的技术规范修订程序，这些都保证了规范的科学合理性和稳定性。相比之下，CTCS技术规范的制修订管理程序则简洁方便得多，因而也带来一些负面影响，比如制定的技术规范之间的协调性和稳定性稍差。当然，ETCS繁琐甚至苛刻的技术规范修订程序，也在一定程度上阻碍了技术规范体系和技术的发展及应用。因而，寻求标准管理体制有效性和稳定性之间的平衡点，是值得认真研究的问题。

3.4其他方面的差异

Directive 2008/57/EC作为互联互通法规，在安全性、RAMS、健康、环保、电磁兼容等方面做出了规定[12]，CCS TSI在引用的同时又提出了更加详细具体的要求。安全、健康、环保等是法规层面的强制性要求，CTCS技术规范在制修订当中，应注意强调或引用，或在此基础上提出有针对性的更高的要求，以提升技术规范适应性，这在当前形势下极为重要。

4　对CTCS规范体系工作的思考和建议

通过上述对比分析，经过认真思考，笔者对完善CTCS规范体系提出以下几点建议，供同行商榷。

一是研究建立结构化的CTCS技术规范体系。借鉴ETCS规范体系，构建科学合理、层次分明、满足要求的CTCS技术规范体系，保证层次的协调和类别的协调。CTCS技术规范体系应强调结构化、层次化，应像重视技术体系的研究那样重视标准规范体系的研究，把标准规范体系作为技术体系的顶层设计，像CCS TSI那样集中各方力量下功夫把规范体系研究透，其后的技术体系建设和实施就会有序、有效，不会出现重复、反复甚至推倒重来的现象。目前CTCS技术规范出现的边界模糊，或空缺或重复等问题，都是由于对技术规范体系的研究不够。

二是提高CTCS规范的系统性。标准规范的整合不应是简单的数量压缩，而应像ETCS技术规范体系那样，成为一个有机的整体，多而不乱。我们感觉目前的CTCS标准规范有重复、有交叉，不是因为多而是因为系统性不强。因此，在铁总标准性技术文件转化为标准过程中，应注重标准内容的系统性完善，不能仅仅是一个文件的转化，而应该是一套文件的转化，要考虑有关国际标准、国家标准及其他相关技术标准和规范的协调统一，比如要注意引用安全、健康、环保等方面的强制性规范，这也是国际上最关注的问题，对走回去战略极为重要。

三是加强CTCS技术规范制修订形成完整体系。CTCS技术体系是以运用等级划分的，从CTCS0-CTCS4分为5级，CTCS技术规范体系也应相应设置。但目前比较完善的只有CTCS-2和CTCS-3，应加快研究完善其他应用等级的技术装备,并在此基础上积极研究制订相应的技术规范，特别是CTCS-1和CTCS-4技术规范，完善CTCS技术规范体系。

四是健全CTCS技术规范体系的制修订管理机制。技术标准和技术规范的稳定是重要的特性之一，制订过程中，应综合考虑技术先进性、适应性及经济性，保证标准规范能在较长一段时间内稳定有效，而不能修订过于频繁。但如果管理制度过严过死，一个小小的变动就要走一套烦琐的流程，又会阻碍技术发展和工程应用。因此研究合理、健全，既严谨又灵活的标准规范制修订管理体制十分重要。同样，就标准内容来讲，要研究标准内容先进性和成熟性的平衡点，技术要求定得过高或过低都不利于标准规范的应用，这些内容都应立项进行深入认真研究。

[1]陈锋华.CTCS应用等级定义与发展[J].铁路通信信号工程技术，2015，12(1)：76-79.

[2]张海丰.高速铁路CTCS技术规范体系现状与发展[J].铁路通信信号工程技术，2014，11(3)：91-96.

[3]李开成，贾琨，袁焕靖，等.CTCS-3级列控系统标准规范体系的研究[J].铁路通信信号，2010，46(11)：1-4.

[4]田葆栓.国内外铁路技术标准体系的发展与分析(上)[J].铁道技术监督，2012(3)：1-6.

[5]朱梅，杨琦，徐力.国际国外高速铁路技术法规及标准体系分析[J].铁道技术监督，2011(7)：1-7.

[6]ERTMS.COMMISION DECISION of 25 January 2012 on the technical specification for interoperability relating to the control-command and signaling subsystems of the trans-European rail system[EB/OL].(2012-01-25)[2016-05-30].http://www.era.europa.eu/Search/Advanced-Search/Pages/Results.aspx？k=CCS%20TSI&r=propbusinessunit%3D%22ERTMS%22.

[7]ERTMS.COMMISION DECISION of 6 November 2012 amending Decision 2012/88/EU on the technical specification for interoperability relating to the control-command and signaling subsystems of the trans-European rail system[EB/OL].(2012-11-06)[2016-05-30].http://www.era.europa.eu/Search/Advanced-Search/Pages/Results.aspx？k=CCS%20TSI&r=propbusinessunit%3D%22ERTMS%22.

[8]ERTMS.COMMISION DECISION (EU) 2015/14 of 5 January 2015 amending Decision 2012/88/EU on the technical specification for interoperability relating to the control-command and signaling subsystems of the trans-European rail system[EB/OL].(2015-01-05)[2016-05-30].http://www.era.europa.eu/Search/Advanced-Search/Pages/Results.aspx？k=CCS%20TSI&r=propbusinessunit%3D%22ERTMS%22.

[9]程剑锋，田青，赵显琼，等.下一代列控系统技术方案探讨[J].中国铁路，2014(12)：32-35.

[10]RUSSIA.Combining satellites with ETCS.Signaling & train control review[J].Railway Gazette International，2016(2)：44.

[11]刘春青，闫笑鸣，徐世东，等.欧盟铁路系统技术法规体系构建初探[J].中国标准化，2014(12)：59-64.

[12]赵大伟，田小芳，谭永东.EN50129及其在铁路安全相关系统中的应用研究[J].中国安全科学学报，2007，17(10)：102-107.

Perfecting CTCS Technical Specifications with Reference to ETCS

GUO Yu-hua

(Signal and Communication Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

CTCS specification system has been established after research and development nearly twenty years with reference to ETCS of Europe Train Control System.The system is now being improved and perfected.The detailed comparison and analysis of the constitution，current status and development of ETCS and CTCS specifications reveal the differences of the two systems in terms of programmatic document，contents，version management mechanism，and recommend systematic and integrated improvement and development of CTCS.

CTCS; ETCS; Technical standards; Technical specification system; CCS TSI

2016-05-30；

2016-06-02

郭玉华(1965—)，女，副研究员，1989年毕业于清华大学机械工程系，工学学士，主要从事列控系统技术研究工作，E-mail：guoyuhua@rails.cn。

1004-2954(2016)10-0136-05

U284.48

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2016.10.030