我国铁路列控联锁系统发展趋势研究

贾春肖， 张宏韬， 齐志华

（中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所，北京 100081）

近年来，随着我国经济实力不断增强、科学技术水平不断提高，铁路建设正在经历一个迅猛发展的阶段。截至2019年底，我国铁路营业总里程达到13.9万km，高铁营业总里程3.5万km，超过世界高铁总里程的三分之二，位居世界第一。列车能够安全平稳地运行依托于一个庞大的铁路系统技术网，其中联锁系统和列控中心对于保障行车安全发挥着至关重要的作用。为了更好地解决列控中心、联锁系统独立设置时传输数据冗余、接口复杂等问题，我国各大厂商都开始研制列控联锁一体化系统。在此，对列控联锁一体化系统的发展现状、发展必然性以及发展趋势进行探讨。

1 国内外列控、联锁发展现状

1.1 我国发展现状

目前我国站内信号设备和区间设备分别由联锁系统和列控中心控制，2个系统独立设置，通过安全数据网进行信息交互，保障行车安全。

联锁系统在我国的发展经历了一个由机械式联锁、电气机械联锁到电气联锁，再到如今普遍使用的计算机联锁系统的过程。电气联锁以继电电气集中联锁为主，相较于机械联锁，其采用动力转辙机、色灯信号机和轨道电路三大电气基础设备，使用安全型继电器构成联锁逻辑自动处理系统，使车站控制和联锁功能得到空前改善［1]。至20世纪70年代，由继电器构成的6502 电气集中联锁系统开始逐步推广并大面积使用，推动了联锁系统的快速发展。

20 世纪80年代，随着计算机技术的不断提高，计算机联锁开始逐步替代6502 电气集中联锁。计算机联锁以继电器接口方式集中操纵动力式道岔及色灯信号机，以软件方式实现联锁逻辑处理功能，相较于电气集中联锁，继电器数量减少约2/3，具有可维护性高、占地面积小等优点，且施工更加方便，有效缩短施工周期。截至2017年底，计算机联锁车站投入运营6432个，已超全国车站总数的70%。

列控系统由地面子系统和车载子系统2 部分组成。地面子系统由列控中心（TCC）、无线闭塞中心（RBC）、临时限速服务器（TSRS）、应答器等组成，其中，列控中心是我国独有的列车运行控制设备［2］。2007 年我国铁路第6 次大提速时，为了适应高速铁路运行需求，在地面信号系统中独立设置了列控中心。由列控中心实现临时限速处理及有源应答器报文控制。其后10 多年间，列控中心的功能不断扩展并发展完善［3］，目前列控中心通过与计算机联锁系统、轨道电路、调度集中系统、地面电子单元等的通信，实现了对有源应答器报文发送和接收、闭塞分区运行方向控制、轨道电路设备发码控制、异物侵限信息采集、区间信号机点灯控制、区间轨道电路状态采集等功能。地面信号系统结构见图1。

图1 地面信号系统结构

1.2 国外发展现状

在国外主流信号系统中，地面控制系统通常仅由联锁系统和RBC 组成，由联锁系统完成对站内以及区间设备的控制，由RBC发送行车许可及列车控制信息。目前国际上比较典型的联锁系统有：SIMIS-W 联锁系统、SEI 联锁系统、OCS950 联锁系统、SMRTLOCK400联锁系统、SAINT一体化系统。我国京津城际铁路引进SIMIS-W 系统，秦沈客运专线和石太客运专线引进SEI联锁系统［4］。其中，SEI系统是比较典型的列控联锁一体化系统，其在站内上下咽喉各设置1套联锁设备完成联锁功能、轨道电路编码和译码、有源应答器报文控制、与邻站SEI 系统安全信息传输、临时限速等功能，中继站设置1 套联锁系统，完成中继站相关控制功能［5］。SIMIS-W 系统属于另一种类型的列控联锁一体化系统，是一种具有区域联锁功能的全电子计算机联锁系统，通过完全电子化的电子执行单元直接控制道岔、信号机等轨旁设备，其联锁功能不仅包括站内联锁而且包括区间联锁，同时该系统还能够控制有源应答器报文发送、接收，为列车提供行车许可，为列车的安全运行提供保障，实现列控地面设备的功能［2］。

2 列控联锁一体化发展的必要性

在2007 年既有线大提速时，既存在计算机联锁系统，又有6502 电气集中联锁系统，采用叠加列控中心的系统设计，可以尽量减少对既有联锁系统的影响，保障联锁系统的安全性，在我国高铁建设初期是一种最优的选择。经过10 多年的发展，我国铁路已积累了丰富的建设、运营以及运用列控、联锁系统的经验，有能力对列控、联锁设备进一步优化，尤其是将列控中心和计算机联锁系统一体化后，具有以下优势。

2.1 减少数据交互，提高通信效率

列控中心与计算机联锁系统并不是完全独立的，为了实现相关功能，2系统在每一通信周期内都需要进行大量的数据交互工作，2系统间的耦合度十分高。例如，计算机联锁系统的接、发车进路需要从列控中心获取允许发车继电器的状态、区间方向等信息，同时列控中心也需要从计算机联锁系统获取进路数据来完成轨道电路编码以及区间信号机的点灯逻辑功能。这些系统间数据需要通过铁路信号安全数据网进行传递，在数据的发送和接收方均需要进行安全协议（RSSP-I）处理后才能收发，并需要考虑通信不稳定以及对方系统倒机切换等异常情况时不能影响系统的正常功能，实时性和通信稳定性受到制约。

而列控联锁一体化后，只需要在系统内部直接调用相关数据，这将有效提升系统的运行效率和准确率。同时，数据传输也不再受到传输媒介的限制，降低了独立设置时因通信延时、通信畸变等原因导致的数据滞后、数据错误等风险，保证输入信息的一致性［6］。此外，一体化系统还能将复杂的接口信息传递过程转变为内部数据处理，使系统运行时的关键数据能够在内部共享，有利于提高数据的利用率，降低软件开发复杂度。列控、联锁独立设置与一体化后数据交互对比见图2。

2.2 降低数据传输迂回性

列控联锁一体化后能够降低数据传输的迂回性。

目前，列控中心与计算机联锁系统都存在数据代传现象。例如，因列控中心不与RBC 直接通信，闭塞分区占用信息、异物侵限信息、区间方向信息需要由计算机联锁系统代传。联锁开放USU 信号时，需要获取大号码道岔的限速情况，因计算机联锁系统与临时限速服务器之间无通信接口，该信息需经由列控中心进行代传。列控联锁一体化后能够解决数据迂回传输问题，提高系统的实时性［7]。列控、联锁独立设置与一体化数据传输对比见图3。

图2 列控、联锁独立设置与一体化数据交互对比

图3 列控、联锁独立设置与一体化数据传输对比

2.3 优化系统架构

列控联锁一体化后还能优化信号系统架构、减少系统接口。本站列控中心和计算机联锁系统除了与2个相邻列控中心、2 个相邻计算机联锁系统进行接口外，有时还需要与RBC、TSRS 等设备接口。在典型的复杂信号系统中，列控中心和计算机联锁系统至少需要与16 个外部设备进行接口。在这些外部接口设备中，调度集中控制系统（CTC）、铁路信号集中监测系统（CSM）是2 个系统共同的接口设备。通过将列控中心和计算机联锁系统合并为1 个系统，能够将2 个系统独立的接口进行统一和优化，降低系统接口复杂度，便于系统设备间更好地协调和配合（见图4）。

2.4 降低系统维护工作量

当前，每个列控中心、计算机联锁系统都需要设置独立的主机柜、综合柜和维护终端。列控联锁一体化后将2套设备进行合并，有效减少信号设备数量。同时，因为一体化后不存在因列控中心、计算机联锁系统属于不同厂商而导致的互联互通问题，系统维护更加简便，可减少现场维护人员的工作量。

3 列控联锁一体化发展趋势

3.1 全电子列控联锁一体化系统

纵观国外列控联锁一体化系统的发展，全电子化系统成为总体发展趋势。例如，西门子公司的基于IP网络的数字联锁系统、日立公司的ATC·联锁一体化地面设备（SAINT）、庞巴迪公司的OCS 950 系统等无不采用全电子联锁系统，并且这些系统多采用目标控制器结构控制轨旁设备。特别是IEC 61508、EN 50126/128/129 等标准的提出，使电气/电子/可编程电子相关系统在铁路信号领域的应用有标准可依，安全性、可靠性、可维护性得到有效保证。因此，发展全电子列控联锁一体化系统时机已经成熟，符合国际发展趋势，有利于推动我国高铁技术在世界范围的全面推广。

3.1.1 全电子联锁系统的优点

与传统计算机联锁系统不同，全电子联锁系统采用电子模块取代了执行层的I/O驱采电路和继电器，用电子手段控制电气电路上的开关通断。在系统施工阶段，能够有效减少接口配线数量，并且配线不需要焊接而是采用压接式端子，缩短了施工时间。系统取消了大部分继电器设备，不必在机械室中设置大量的继电器组合架，具有占地面积小、节省设备存放空间的优点［8]。

图4 列控、联锁独立设置与一体化系统结构对比

在系统运行中，电子模块能够杜绝使用封连线的可能，降低了混线、断线、继电器故障导致的信号设备风险。在日常维护中，电子模块采用热备冗余设置，并且具备系统自诊断功能，当执行层与轨旁设备接口故障时，模块能够定位到板卡级，现场维护人员仅需更换掉故障模块，免去了对继电电路排查的时间，提高了维修效率［9]。

在站场改造时，全电子联锁系统模块化程度高，通过增减模块能够满足不同站场的需求，具有良好的扩展性，更有益于站场改造的实现，节约了改造成本。

3.1.2 目标控制器

目标控制器一般由通信模块及若干电子模块组成，既可集中设置在车站，也可分散设置于远端车站。电子模块直接控制轨旁设备并实时采集设备状态信息。通信模块作为系统逻辑部与电子模块的通信桥梁，完成控制命令发送、采集信息接收和通信管理功能。

基于目标控制器的控制结构非常适合我国铁路各种复杂的运行环境。特别是青藏铁路、川藏铁路自然环境恶劣、值守困难，部分车站为无人值守站，并且桥隧占比非常高，这就要求轨旁控制设备可靠性高、小型化、占用空间小。当沿线环境不利于设置车站时，可不设置车站，将目标控制器分散设置于轨旁，由集中站系统统一控制目标控制器。

3.2 智能化维护

列控联锁一体化系统不仅将列控中心和计算机联锁系统简单合并，而且推动信号系统向着更高的智能化、网络化方向发展。为此列控联锁一体化系统应具备智能的维护诊断功能。

系统能够实时采集和记录站内和区间的设备状态信息、一体化系统的运行状态、与外部设备接口通信状态等。通过获取站内和区间维护信息，对数据进行综合分析，具备更加完善的故障预测、诊断分析功能。设置综合维护终端远程监测各站的运行状态，提供多级查阅、回放、管理和故障处理等功能［10]。

维护系统还应具备设备供应商远程显示和诊断功能。目前设备故障后，设备供应商通常采取电话技术指导，通过电话远程拨号调取维修机数据提供即时远程技术支持，如果故障无法排除，还需派专业维护人员至现场维修。设置远程显示终端后，设备供应商能够及时获取设备状态信息，有利于维护人员在短时间内迅速对故障进行判断，提供更加精准的技术支持，极大缩短了故障响应和处理时间。

3.3 增强网络安全防护措施

近年来，随着互联网技术的飞速发展，网络安全问题受到越来越多的重视。铁路作为国家运输的重要环节，网络安全问题不容忽视。列控联锁一体化系统作为保障铁路安全、提升运输效率的关键设备，更应该重视此项内容。

列控联锁一体化系统在设计的最初阶段就应将网络安全纳入设计重要环节。建立、健全网络安全系统架构，实行内外网独立，在关键设备应安装网络防护软件，重要接口增设防火墙，能够对病毒攻击进行拦截。系统内部通信也应注重网络安全问题，内部通信应采用封闭的专用网络，防止病毒攻击导致数据改变，威胁系统安全。

在智能维护系统中，远程访问功能应加强网络安全措施，设置严格的访问权限，在技术角度控制越级访问的发生。维护终端应建立完善的账户安全管理工作，能够对账户、密码进行统一的审核和管理［11]。

4 结束语

调研国内外列控、联锁系统发展状况，阐述发展列控联锁一体化系统的必要性以及系统发展趋势，提出研制全电子列控联锁一体化系统的设想。全电子列控联锁一体化系统将列控中心和联锁系统集成为1个系统，减少了设备数量和系统间接口，采用目标控制器对轨旁设备进行控制，取消大部分接口继电器，同时设置智能化的维护系统，构建安全、低风险的网络架构，推动列控联锁一体化系统向着更简洁、更集中、更安全、统一化的方向发展。