交通运输——高铁安全运营的关键技术

　　信号系统作为保证列车安全、正点、快捷、高密度不间断运行的重要技术装备，在高速铁路系统中有着举足轻重的地位。作为通信信号的核心技术，列车控制技术在高铁时代面临严峻挑战。

　　
　　高速铁路带来技术变革

　　在各种交通方式中，高速铁路具有运量大、速度高、节能环保等优势，受到世界各国的高度重视。尤其在最近十年里，高速铁路建设获得飞速发展。目前，国际上高速客运专线的线路速度为200－350km/h，典型的运营速度达到300km/h，行车密度达到每小时每方向15列车。

　　我国高速铁路建设起步于2004年。2007年4月18日，我国成功实施了既有线第六次大面积提速调图，既有线最高运营速度达到250km/h，代表了既有线提速的世界最高水平。2008年8月1日，京津城际客运专线成功开通350km/h动车组，达到世界高速列车运营速度的最高水平。

　　不断提高的行车速度及密度要求，给高速铁路建设带来诸多方面的技术挑战，涵盖通信信号、调度指挥、高速动车组、土木工程等各个领域。其中，通信信号是保障铁路运营安全、杜绝事故发生的重要因素。同济大学铁道与城市轨道交通研究院教授孙章表示，铁路系统好比一张纵横复杂的神经网，只有在通信信号畅通时，整个网络才能正常运作，否则就会陷入混乱。这对通信信号的核心技术——列车控制系统的安全性、可靠性及处理能力，都提出了极高的要求。

　　领先的列控解决方案

　　华为在成功为铁路提供GSM-R通信解决方案的基础上，自2006年开始就致力于铁路信号系统的研究。针对中国路网复杂、通信信号及相关设备种类繁多、通信信号业务和接口复杂等情况，华为按照铁道部最新的CTCS-3规范，研制出符合CTCS-3列控系统总体技术方案及标准体系要求的通信信号整体解决方案。

　　华为列控系统按照运营速度350km/h、最小追踪间隔3分钟的要求设计，以GSM-R无线通信网络作为车地双向数据交互的平台，支持跨线运营，也支持无线通信故障时启用CTCS-2后备系统控车。另外，华为列控系统在架构上已经为业务功能扩充、第三方设备对接都做好了预留，方便未来网络的演进。

　　2009年初，华为完成列控系统核心设备的研制。作为列控系统的两个核心产品，车载列控设备和RBC（无线闭塞中心）在列车安全行驶过程中发挥着重要作用，它们的性能决定着列控系统性能的优劣。其中，车载列控设备负责实时向RBC报告列车速度、位置等状态信息，并向RBC请求运行授权；RBC则根据列车状态、轨道信息、进路信息向车载列控设备发送授权；车载列控设备再根据授权，监控列车运行。

　　不断提高系统安全性

　　华为列控系统基于铁路信号安全系统通用的“故障－安全”理念设计，当系统检测到任何可能影响列车安全运营的因素时，都会自动采取安全措施，及时防止发生灾难性后果。这些措施包括设备切换（例如列车速度的测量，从一套可疑的测速设备，切换到另一套可信任的测速设备）、降级运行（例如车载列控设备与RBC无线通信故障，超过一定时间而未成功重连时，列车就降级到CTCS-2运行），以及减速停车等等。

　　车载列控设备及RBC的设计开发参照了EN50128、EN50159等行业规范，过程和方法上符合SIL4（安全完整性最高等级）的要求。在架构上，车载列控设备及RBC均采用表决冗余架构，并采取多重软硬件检测、校验技术，充分保障高速铁路运行的安全性。通过软件多版本、硬件多批次检测，华为列控系统的故障检测率高达99.999%，达到业界先进水平。

　　充分保证平台可靠性

　　由于RBC控制了其管辖范围内的多辆列车，网络地位非常重要，因此需要有长期稳定的运行保证。华为RBC选用已经在电信核心设备中海量应用、其可靠性经得起各种应用环境充分考验的OSTA2.0通用计算平台。该平台采用大量冗余设计：电源为2+2冗余；单个机框含12个风扇，采用2+1冗余；每个机框内置3个高速通信平面，每个平面内部又有冗余；业务处理板为4选2表决冗余配置；通信处理板为1+1冗余。由此可见，任何单个部件发生故障，都有后备系统实时接管，而不会影响列控系统的正常工作。

　　列控车载设备的运行环境比较恶劣，其中包含较强的电磁干扰、长期振动、环境温度不稳定等各种因素，因此对设备有很高的可靠性要求。华为列控车载平台根据中国铁路需求定制，其核心安全计算机采用多套隔离设备同时运行，一套设备的故障不影响列车正常运行。另外，周边设备，如司机操作界面、测速装置、无线通信终端等，也均为冗余设计。

　　值得一提的是，华为列控车载平台的元器件采用了铁路行业专用的高可靠性器件，或符合铁路相关规范的工业级器件。它充分吸收了铁路行业安全计算机的先进技术，并融入了华为在电信设备研发和应用上的丰富经验，在热设计、抗振动、EMC等方面都经过专业试验，完全满足列车复杂环境对电子设备的要求。

　　优良的性能表现

　　RBC作为列控系统的地面核心设备，需要同时与多辆列车、多套联锁系统等设备交互，因此需要具备较高的处理能力。华为RBC中各个单板（业务处理板、通信处理板等）可配置单颗或多颗低功耗高性能处理器，单板内存最大可达16GB，支持10/100/1000M对外通信接口，内部业务数据通道带宽最大可支持10Gbps。RBC电信级的性能应用于信号系统，使华为列控系统的整体性能处于信号行业前列。

　　众所周知，列车运行的高速度、高密度，要求通信信号系统具有很高的实时性。车载列控设备直接控制列车，在列车超速或冒进的情况下，要及时触发制动。显然，车载列控设备对实时性的要求异常高。华为车载列控设备采用了成熟的最新工业级硬件、定制化的实时操作系统，在VME 总线（广泛应用于交通运输、航空航天、工业控制领域）基础上，进行了背板总线优化设计，核心计算机的控制处理周期不超过100ms，在处理能力、通信带宽、响应时间等方面，均达到行业领先水平。

　　按照新的铁路中长期规划，2020年我国将成为拥有高速铁路最多的国家。大市场造就大产业，想要成就中国自己的铁路事业，还必须发展拥有自主知识产权的铁路装备业，以提升中国铁路产业的国际竞争力。

　　随着GSM-R系统在全球的广泛、深入应用，华为对铁路通信业务及信号系统有了更全面的理解。华为将依托多年积累的软硬件开发能力，以及端到端的解决方案交付能力，为铁路系统提供完善的通信信号整体解决方案，力争为中国铁路建设做出更大的贡献。