完结列车安全运行其实非常容易，
只需要让扫数的谈岔都静止，
扫数的列车都减慢就行了。
但这并不是咱们着实想要的。
江明· 北京全路通讯信号计划野心院集团有限公司首席民众、副总工程师
北京市院士民众责任站后果相通专场｜2023年 北京
寰球好，我是江明，来自中国通号，一家专注计划轨谈交通甘休系统的中央企业。我是2007年博士毕业以后加入中国通号的，和高铁列控系统的成长险些足够同步，基本上全程参与了高铁列控系统的研发。
在加入中国通号之前，我的专科是自动甘休，跟铁路的关连并不密切。从前我我方坐火车的时候不雅察过一些铁路系统的构成部分，比如能看见空中有斗殴网，地下有钢轨、有动车组、车站、售票机等等。
直到加入中国通号，开动高铁列控系统的研发责任后，才发现高铁其实非常复杂。除了上述这些搭客能看到的东西之外，还有好多背后的、等闲看不见的、但雷同非常膺惩的系统。咱们今天要讲的这套“高铁列控系统”，等于这些系统中很要害的一环。
动车组莫得地点盘，沿着什么旅途上前行进也不是由司机决定，而是由上图里这些“谈岔”决定的。谈岔扳向哪个地点，动车组就行驶向哪个地点。
同期，动车组我方是不知谈处于什么地方的，也不知谈其他的列车在什么地方。然则高铁上，不同地方的允许速率是不一样的，有的地方不错跑到350公里/时，但有的地方可能只可跑80公里/时，如果超速的话会非常危境。
而高铁列控系统的主邀功能等于甘休列车、谈岔这些不错贯通的部分的移动，是以也被称为高铁的“大脑”和“神经核心”。
▲ 左：超速脱轨
中：冲撞
右：追尾
列车甘休系统对安全至关膺惩，如果谈岔扳动的时机不合，可能导致列车的冲撞。如果动车组在大拐弯区段超速运行，可能导致列车翻车或者颠覆。如果后车不知谈前车在什么位置，就可能发生追尾。上图是不同国度发生的列车事故，咱们列控系统的意见，等于幸免这些事故再次发生。
要想完结列车安全运行其实非常容易，咱们只需要把扫数的谈岔都静止，让扫数的列车都减慢运行就行了。但这并不是咱们着实想要的，咱们如故渴望在保证安全性的同期，提高铁路系统的运行效力。
以京沪高铁为例，当今京沪高铁的发车间隔一般是4分钟，由于班次不够，是以等闲一票难求。如果咱们的列控系统技能能够得到进一步优化，把发车间隔裁汰到3分钟，京沪高铁的运能就能提高30%；如果咱们再进一步优化，把3分钟再擢升到2分钟，就尽头于重修了一条京沪高铁，就无须再修京沪二线了。
是以说，列车甘休系统如故咱们高铁高质地发展非常膺惩的一环，插足小、收益大。
把信号灯搬到列车驾驶室里
已完成：30%//////////
咱们国度的铁路从1997年开动进行了6次大提速，到2007年的时候，大部分主线铁路速率都如故达到了160公里/时，那在高铁期间之前，信号系统是怎样样的呢？
那时的铁路时速是160公里/时，是以它的制动距离大要是1.4公里，司机主淌若靠远望在轨旁安设的信号灯来驾驶列车。咱们在野心信号灯的位置的时候，要保证让司机在1.4公里之外的地方，也能够了了地看到信号灯的浮现，这样司机才略够常常的驾驶。这个阶段跟踪间隔相比小，列车速率也相比低，司机的东谈主工驾驶基本上不错餍足需要。
然则进入高铁期间以后，一切都变了。咱们碰到的第一个问题等于，当列车的速率提高到350公里/时的时候，制动距离如故到了6.5公里，司机是不可能远望到前列6.5公里这样长范围内清晰情况的。而且100米/秒的速率，司机的反馈速率根底跟不上，基本上莫欢喜见通过远望信号机的形势来完结驾驶。
是以在高铁期间，咱们要把扫数的信号灯都搬到驾驶室中。上图右侧展现的是司机室内东谈主机交互的屏幕。司机凭据这个屏幕上浮现的信息，能够获取列车前列最长到32公里范围内扫数的清晰情况，包括能够上前开多远、在前列什么地方有上坡、什么地方有下坡、什么地方有变速点，扫数的信息都不错在这个界面上获取。是以司机不再需要远望信号灯了，只须看咱们在车上装的这个界面，就能够获取驾驶所需要的全部信息。
前边提到，咱们的列控系统既要保证安全，又要提高效力。高铁运行效力的要求比普速铁路的要求更高，跟踪间隔从5分钟变到了3分钟。而况因为大地扫数信息需要传到车上，才略够在浮现屏上浮现，是以对甘休系统的反馈精度建议更高要求。
▲ 左：无线通讯收罗
右：应酬器
咱们有好多种形势进行地车通讯，比如通过上图左边的无线通讯收罗、右边的应酬器进行通讯。寰球在坐高铁的时候，可能会遇笔直机信号不连气儿，电话卡顿的情况，然则对咱们的甘休系统通讯来说，这是不不错继承的，咱们必须全程不辩别地完结车-地通讯。
列车使用的应酬器宽度唯有350毫米，列车以350公里的时速通过它的时刻唯有十几毫秒。咱们需要在这样短的时刻范围内把大地的信息送到车上，那时在研制这款应酬器的时候就碰到了一系列的问题。
当车速在300公里/时以下的时候，车地信断交互非常准确。然则当速率跳跃300公里/时的时候，车上收到的信息就不再齐全了。咱们那时合计非常烦扰，想了好多意见，然则都莫得见效。
于是咱们猜测了产学研相助，通过询查院士责任站，跟民众们的探讨，发现是咱们在市面上采购到的芯片功能够不上要求的意见。是以咱们跟院士责任站的民众们一王人相助制定了功能需求，自主研发了一款专用芯片。
这款专用芯片装上了以后，应酬器的使用就足够莫得问题了。它的激活时刻及各容貌标都达到了要求，最高支执时速从300公里/时高潮到了500公里/时。
除了速率的擢升之外，高铁还要求安全性的擢升。夙昔普速铁路的驾驶里，好多行为都是由东谈主工来完结的，比如司秘要看灯行驶，轨旁的调整员也需要作念好多责任。
然则在高铁运行中，更多责任就得由列控系统自动完成。比如列控系统需要给每列车自动及时地分派行车许可，咱们的系统需要监控列车在它被分派的许可范围内运行。如果列车跳跃了系统允许的速率，咱们的列控系统会自动地输出制动，让车速降到安全速率以下，保证列车的安全运行。
为保险系统安全性，咱们作念了多数的责任，系统地梳理了扫数的运营场景，酿成了列控系统的总体技能决策。对扫数的拓荒开展了功能安全领域最高品级的安全认证，通过了SIL4级安全认证，同期还研制了安全规画机平台。
▲ 左：京津城际
右：武广客专
2008年京津城际线和2009年武广客专线的通畅，是我国高铁列控系统“从无到有”的标记性后果。在这一阶段，咱们多数模仿了欧洲和日本的教育。因为高铁发源于1964年的日本新主线，随后在20世纪90年代的欧洲取得很大发展。京津城际线和国外的高铁相比近似，都是100多公里的一条伶仃的清晰。武广客专跟欧洲的高铁也相比近似，只不外它的长度比欧洲的高铁长了好多，跳跃了1000公里。
然则跟着中国高铁收罗的膨大，国外如故莫得锻真金不怕火的案例不错供咱们去学习了，咱们必须要去处治在路网膨大的进程中碰到的一系列新鲜的问题。
全球第一条自动驾驶的高铁
已完成：50%/////////
当今，咱们的高铁向南修到了海南，向北修到了东北，向西修到了新疆，那就需要保证在不同清晰、不同场所、不同地貌条目下都能完结细腻运行。然则在这个进程中，也会出现多样万般的问题。
举一个例子，2013岁首，在哈大高铁通畅初期，因为大雪导致大地积雪、雷达覆冰，对咱们的雷达测速精确度产生很大影响。在高速运行时测到的速率会产生突变，影响列车的高速常常运行。
为了处治这个问题，咱们那时在车上跟了一个多月，汇注了多数数据，然后在实验室搭建了一个测试环境，同步去复现产生的问题。临了经过这些数据分析，优化了咱们对雷达测速数据的处理，圆满地处治了这个问题，保险了哈大高铁在冬季也不错完结不减慢运行。
同期，咱们还需要支执十几种不同类型的动车组同期在咱们国度的高铁收罗上运行。
接下来等于京张高铁，这是全球第一条智能铁路，第一次完结了350公里/时的自动驾驶，亦然莫得前例不错模仿的，中间也碰到了好多的问题。
举一个例子，咱们的自动驾驶系统有一个功能叫作念“到站自动泊车”。自动泊车有一个停准率的意见，即泊车的位置和预定位置偏差不成跳跃30厘米。开始，明明一套参数在一列车上如故调试得很好了，每次泊车的精度都很高。然则一朝换了一列车，或者是碰到天气情况变化，泊车的偏差就会有点大。
咱们为了处治这个问题，跟院士责任站的民众们一王人在现场汇注了几十G的数据，转头以后在实验室搭建了一个环境进行建模，同期也对咱们甘休的一系列参数进行辨识，临了构建出了相比好的模子和参数，圆满完结到站自动停准率100%，罪状基本甘休在±10厘米以内。
正如刚才说的，咱们为了处治现场故障，等闲都需要在室内搭一个特有的测试环境，去复现、分析现场的问题。得到处治决策以后，也要在咱们的实验室考据这个决策是否可行，才略去现场实行。
这是咱们公司建造的实验室，基本上在全球来说都是领域最大、功能最强的实验室。咱们王人集4.3万公里高铁的建造教育，积贮了5万多个测试案例，跳跃了国外扫数信号厂商测试案例的总数。
▲ 上：车站拓荒
中：车载拓荒
下：轨旁拓荒
经过了十几年的发展，上图等于咱们列控系统扫数拓荒的总图。列控系统被称为“大脑”和“神经核心”，就跟东谈主类的神经系统近似，咱们的拓荒遍布列车运行的各个样式。装在车上的叫车载拓荒，比如供司机看的屏幕和甘休主机；在轨旁装的好多小盒子咱们叫轨旁拓荒；在车站安设的一系列拓荒叫车站拓荒。
寰球以后坐高铁的时候也不错防备不雅察一下，比如说你在铁路沿线发现存一些小黄盒子、小灰盒子，那些等于列控系统的轨旁装备。在车上首尾两头，比如说1车、8车或者16车会有一个小隔间，小隔间内部等于咱们的车载拓荒。天然，车站内部的拓荒跟搭客区域是辩别的，是在一个专用的拓荒机房内部，是以破损易见到。
总结一下，经过十几年的发展，咱们如故成功完结了高寒、燥热、风沙、高盐等不同环境下的高强度、大密度、多环境的运行践诺，进入了“从有到优”的阶段，每天甘休7000余列动车组在4.3万公里的高铁收罗上安全高效地运营。扫数的这些教育，都为下一个阶段——走向国外提供了非常好的基础。
让宇宙用上中国高铁
已完成：80%//////////
恰是因为咱们扫数拓荒和系统都如故在国内的多样情况下践诺了，是以在走向国外的时候就很成功，基本上都瑕瑜常成功的通畅，莫得碰到任何问题。
走向国外的第一个标记性工程等于匈塞铁路，这条铁路衔接匈牙利的都门和塞尔维亚的都门，全长350公里。这条铁路早在19世纪末就如故修好了，是一条单线铁路，但当今这两个国度操办把它更新成一条双线电气化的客货混运的铁路，运行速率但愿达到200公里/时。
因为它是一条矫正清晰，是以咱们当先需要要跟他们本来的拓荒完结互联互通。而况这两个国度都是欧洲国度，拓荒还要合适欧洲样式。
▲ 左：欧盟TSI文凭
右：DEBO准入文凭
欧洲的准入要求非常严格，要先作念一个欧盟互联互通认证，欧盟通过认证后，进入每个国度的市集还要通过他们本国的认证。因此，咱们扫数的拓荒都通过了欧盟、塞尔维亚、匈牙利等多项认证。值得一提的是，固然这些互联互通的样式是欧洲制定的，但在全球上，咱们是第一个通过最高版块互联互通认证的企业，早于咱们的欧洲同业。
▲ “欧洲列车运行甘休系统”概述实验室
咱们不但让拓荒走出去，还让实验室也一王人走出去了。咱们为欧洲高铁量身打造了欧洲列车运行甘休系统的概述实验室，来相沿工程系统测试、互联互通测试，还能系统培训外方东谈主员。同期，实验室里还全面展示中国装备，好多国度的运营商都来这个实验室参不雅，这对了解和招供咱们的拓荒起到了非常好的作用。
这是2023年通畅的雅万高铁。
还有咱们正在作念的一个能够在5个国度、7个品级间动态切换的天花板级运用的车载拓荒，都体现了中国高铁系统的实力。
跟着咱们交通强国的不断建造，为餍足立体交通网的建造需求，对咱们的列控系统建议了更高的速率要求，更复杂环境的顺应要求，以及更智能化的运行要求。
十几年间，咱们在院士责任站的支执下，在高铁列控系统的技能研发上作念了多数责任。咱们深信后续在院士责任站及诸君院士民众的支执下，咱们的高铁列控系统能够得到更大的发展，让高速铁路更安全、更高效、更智能！
谢谢！
“格致论谈”，原称“SELF格致论谈”，用功于超卓念念想的跨界传播，旨在以“格物致知”的精神探讨科技、教师、生存、畴昔的发展，由中国科学院规画机收罗信息中心和中国科学院收罗安全与信息化办公室主理，中国科普博览(中国科学院科普云平台)提供技能支执。迎接平和格致论谈官网: self.org.cn，微信公众号: SELFtalks，微博: 格致论谈。
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