CTCS-3级列控系统行车许可结合轨道电路信息技术方案

根据不同的坡度情况相应确定不同的数值，以实现 ＭＡ 终 点 为 进 站 信 号 机，Ｃ３ 系 统 的 ＭＡ 终 点 为 进
最佳的控制效果。
路末端关 闭 的 信 号 机。Ｃ３ 的 ＭＡ 长 度 超 过 了 Ｃ２
２．长 度， 许 可 范 围 并 不 一 致。 在 此 场 景 下， 若通过 Ｃ２ 的 许 可 长 度 简 单 缩 短 Ｃ３ 的 ＭＡ， 就 会
２．ＣＴＣＳ－３ 级 列 控 系 统 行 车 许 可 结 合 轨 道 电 路 信息技术方案是加强列控系统信息安全保障的重要 技术手段。
信息安全和网络安全日趋成为铁路安全的重要 环节，网络信息安全是一个涉及信息传送、使用、 传播等多个方面的综合概念，成功的安全策略应当 满足各方面的要 求。ＣＴＣＳ－３ 级 列 控 系 统 采 取 了 大 量的安全技术以应对可能的包括黑客攻击、病毒侵 入等潜在风险。 例 如 ＲＢＣ 和 联 锁 等 采 用 物 理 封 闭 的信号安全数据网进行通信，并采取了严格的基于 开放信 息 传 输 的 通 信 协 议， 符 合 ＥＮ５０１５９－２ 标 准 （铁 路 应 用 ： 通 信 、 信 号 传 输 和 处 理 系 统 第 ２ 部 分 ： 开放式传输系统 中 与 安 全 有 关 的 通 信 ）； 行 车 许 可 虽然通过 ＧＳＭ－Ｒ 网 络 实 现 地－车 传 输， 但 ＧＳＭ－Ｒ 网络采用 了 双 向 鉴 权 机 制 以 提 高 信 息 安 全 防 护 能 力；ＡＴＰ 车载设备和 ＲＢＣ 间 采 用 了 ３ＤＥＳ 算 法 的 动态密钥机制等。尽管如此，但是理论上列控系统 仍可能存在密钥更新不及时被黑客暴力破解、密钥 因故 泄 露 等 客 观 风 险，存 在 黑 客 恶 意 攻 击 进 入 ＧＳＭ－Ｒ 网络， 向 ＡＴＰ 车 载 设 备 发 送 错 误 的 ＭＡ 的可能性。本 方 案 将 轨 道 电 路 信 息 生 成 的 ＭＡ 与 基 于 ＧＳＭ－Ｒ 传 输 的 ＭＡ 进 行 安 全 比 较， 并 由 ＡＴＰ 车载设备 进 行 实 时 判 断， 发 现 问 题 可 及 时 缩 短基 于 ＧＳＭ－Ｒ 网 络 传 输 的 ＭＡ， 即 使 黑 客 模 仿 ＲＢＣ 成功向 车 载 设 备 发 送 了 错 误 的 ＭＡ， 也 难 以 同时修改轨道电路发送的低频信息。通过两种不同 方式传输的 ＭＡ 的 安 全 比 较， 可 以 确 保 安 全 万 无 —２—
１．统一的轨 道 电 路 制 式 和 低 频 信 息 定 义 是 我 国铁路的重要技术优势。
ＣＴＣＳ的定义与分级在一定程度上参考了 欧 洲 铁路列控 系 统 （ＥＴＣＳ）， 但 是 欧 洲 铁 路 为 了 实 现
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铁 道 通 信 信 号 ２０１６ 年 第 ５２ 卷 第 ６ 期
互联互通，只能摒弃轨道电路方案，因为欧洲存在 近百种轨道电路制式，部分国家甚至不采用传统的 轨道电路实现列车定位。ＣＴＣＳ的最主要技术特 点 是轨道电路的灵活运用，这得益于我国铁路采用了 统一的轨道电路制式和统一的低频信息定义。这使 得我国在列控方案设计上可以充分利用轨道电路。 ＣＴＣＳ ０－２ 级 均 以 轨 道 电 路 作 为 行 车 许 可 的 传 输 媒 介。轨道电路作为 ＣＴＣＳ－３级列控系统的列车定位 设备，同样也可以参与到 Ｃ３ 的 ＭＡ 运算和安全比 较之中，这并不增加任何设备和投资，但对进一步 提升系统安全性大有裨益。因此统一的轨道电路制 式和低频信息定义是我国铁路的重要技术优势，也 是本技术方案的基础和前提。
２０１６ 年 ６ 月 第 ５２ 卷 第 ６ 期
铁道通信信号 ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＩＧＮＡＬＬＩＮＧ ＆ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ
信号·控制
ＣＴＣＳ－３级列控系统行车许可 结合轨道电路信息技术方案
Ｊｕｎｅ ２０１６ Ｖｏｌ．５２ Ｎｏ．６
莫志松
摘 要：主要介绍 ＣＴＣＳ－３级列控系统的优化方案，背景、技术原理和关键参数的选择； 总结提 升列控系统的系统安全和信息安全的措施。 关键词：列控系统；网络安全；系统优化 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ＣＴＣＳ－３ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｋｅｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｃｙｂｅｒ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＣＴＣＳ；Ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｅｃｕｒｉｔｙ；Ｓｙｓｔｅｍ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ＤＯＩ：１０．１３８７９／ｊ．ｉｓｓｎ１０００－７４５８．２０１６－０６．１６２０５
导致错误判断。 ２．当 轨 道 电 路 信 息 为 Ｕ２、 Ｕ２Ｓ， 或 ＵＵ、
ＵＵＳ时，轨道电路 信 息 表 示 的 空 闲 闭 塞 分 区 范 围 至出站信号 机；ＲＢＣ 会 根 据 进 路 情 况， 按 照 最 大 ＭＡ 的长度延伸行车许可；二者许可终点一致， 见 图 ３。
莫 志 松 ： 中 国 铁 路 总 公 司 运 输 局 高 级 工 程 师 １００８４４ 北 京 收 稿 日 期 ：２０１６－０４－０１
１ 目 的 及 意 义
目前的 Ｃ３ 方 案 中 行 车 许 可 （ＭＡ） 是 由 ＲＢＣ 进行计算并 通 过 ＧＳＭ－Ｒ 无 线 网 络 向 ＡＴＰ 车 载 设 备传递，由 ＡＴＰ 车 载 设 备 根 据 接 收 到 的 ＭＡ， 实 时生成目 标－距 离 方 式 的 速 度 控 制 曲 线， 实 现 安 全 控制。Ｃ３初始方 案 中 轨 道 电 路 的 作 用 仅 是 提 供 一 种列车位置方案的检查 （车载设备的位置报告是另 一种），并通过列控中 心 系 统、 计 算 机 联 锁 系 统 向 ＲＢＣ 设备提 供 列 车 位 置， 轨 道 电 路 低 频 信 息 仅 显 示在 ＡＴＰ 车 载 设 备 的 显 示 屏 上， 为 司 机 提 供 参 考，并非行车凭证，因此轨道电路信息并未参与到 ＭＡ 的生成运算 逻 辑 中。ＣＴＣＳ－３ 级 列 控 系 统 行 车 许可结合轨 道 电 路 信 息 是 指 由 Ｃ３ 级 ＡＴＰ 车 载 设 备将其接收到的 ＲＢＣ 提供的 ＭＡ 与轨道电路设 备 提供的 ＭＡ 进 行 安 全 比 较， 该 技 术 方 案 进 一 步 完 善了 Ｃ３系统 方 案， 更 好 地 提 高 了 Ｃ３ 系 统 的 安 全 性。如此决策的主要因素，有以下几方面。
ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＩＧＮＡＬＬＩＮＧ ＆ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ Ｖｏｌ．５２ Ｎｏ．６ ２０１６
短 则 影 响 正 常 的Ｃ３控 车 ；另 外 考 虑 到 闭 塞 分 区 长 许可；二者许可终点存在差异，见图２。
度受坡度因素影响较大，因此闭塞分区长度参数应
由图２ 可 见， 在 侧 线 接 车 场 景 下，Ｃ２ 系 统 的
ＣＴＣＳ－３级列控 系 统 是 依 托 武 广、 郑 西、 广 深 港等客运专线工程建设，通过引进列控系统关键技 术，联合设计、联合开发、国内 “产学研” 集中攻 关，并结合成功应用的 ＣＴＣＳ－２级技术， 构建的符 合国情路情、具有自主知识产权的列控系统技术体 系。Ｃ３列控系 统 自 武 广 高 铁 ２００９ 年 底 开 通 以 来， 已经安全运用了近７年的时间，成功应用于京沪高 铁、哈大高 铁 等 近 ８０００ ｋｍ 的 高 速 铁 路。 然 而 结 合运用中 存 在 的 问 题 以 及 国 际 国 内 的 技 术 发 展 趋 势，仍有必要对 Ｃ３ 系 统 进 行 持 续 优 化 改 进， 其 中 ＣＴＣＳ－３级列控系统行 车 许 可 结 合 轨 道 电 路 信 息 技 术方案的实施是近年 来 Ｃ３ 系 统 在 顶 层 设 计 上 的 一 项最主要优 化 措 施， 有 效 实 现 了 Ｃ３ 系 统 与 Ｃ２ 系 统的资源整合。该项措施历经方案论证、制定技术 规范、仿真实验等多个环节，用时近３年时间，于 ２０１６年在全 路 全 面 实 施。 为 便 于 理 解 和 落 实， 本 文对该技术方案的背景、原理和主要技术参数的选 择等进行论述。
行、区间追踪、区间停车或机外停车、侧线接车、 引导接车等。各场景均应全面分析，本文仅对更具 代表性的两个场景进行举例分析。 ２．１．１ 区 间 运 行 及 正 线 停 车
若 轨 道 电 路 信 息 为 Ｌ４、Ｌ３、Ｌ２、Ｌ、ＬＵ、 Ｕ、ＨＵ，Ｃ３与 Ｃ２系统的 ＭＡ 长度比较见图１。
由图 １ 可 见， 在 Ｌ４、Ｌ３、Ｌ２、Ｌ、ＬＵ、Ｕ、 ＨＵ 等码序条件下，ＲＢＣ 提供的 Ｃ３系统 ＭＡ 终点 与 Ｃ２系统的 ＭＡ 终点相同，行车许可范围一致。 ２．１．２ 侧 线 接 车
２ 技 术 方 案 研 究
ＣＴＣＳ－３级列控系统行 车 许 可 结 合 轨 道 电 路 信 息的主要技术难点之一是 Ｃ３ 的行车许可较长， 最 长可达到 ３２ ｋｍ， 而 轨 道 电 路 信 息 提 供 的 行 车 许 可 （即 Ｃ２的行车 许 可） 相 对 较 短， 按 平 均 每 个 闭 塞分区２ ｋｍ 计 算，Ｌ４ 信 息 表 示 前 方 ７ 个 闭 塞 分 区空闲， 许 可 长 度 约 １４ ｋｍ。 因 此， 若 直 接 用 较 短的 Ｃ２许可与较长的 Ｃ３许可比较，并得出 Ｃ３ 许 可错误延伸的结论，会影响正常运行，也会牺牲掉 Ｃ３系统行车许 可 长 度 的 技 术 优 势。 技 术 难 点 之 二 是轨道电路低频信息并无准确长度含义，因此必须 定义一个闭塞分区的 平 均 长 度 来 计 算 Ｃ２ 许 可 的 长 度。但是我国高铁情况复杂，闭塞分区长度从一点 几公里到超 过 三 公 里， 合 理 确 定 两 种 ＭＡ 的 比 较 方法和平均闭塞分区长度参数至关重要。首先平均 闭塞分区长度参数必须固定，不能根据不同线路而 要求 ＡＴＰ 车载设备自行选择，否则将会出现车载设 备存储不同线路数据的不利情况；其次平均闭塞分区 参数不宜过 长 或 过 短， 过 长 则 防 护 的 效 果 减 弱， 过
１８号及以 上 的 大 号 码 道 岔 接 车 （轨 道 电 路 信 息为 Ｕ２Ｓ、ＵＵＳ）， 许 可 情 况 同 小 号 码 道 岔 接 车 （轨道 电 路 信 息 为 Ｕ２、ＵＵ）， 本 文 以 大 号 码 道 岔 为例进行说明。