基于北斗的列车运行控制系统

一、基本情况

湖南中车时代通信信号有限公成果建设单位：洁司(简称湖南通号)

建设周期：3年

实施背景及意义：

列车运行控制系统是保障铁路列车运营安全的核心技术装备，是实现铁路的关键装备，用于防止列车超速运行，实现列车运行间隔防护，保障列车安全、可靠、高速、高效运行。通过研发基于北斗的列车运行控制系统，利用北斗高精度、高可靠的定位、授时及短报文通信技术，实现列车精准定位和授时，为列车自动控制、智能驾驶、智能运维提供控制基准，降低铁路基础设施投资和运营成本，缩短行车间隔，优化列车操纵，提高铁路运营效率，降低人力成本和人员劳动强度，节约能耗，保障列车安全、平稳、正点运行，引领提高铁路轨道交通的行车安全保障能力。依托“铁路+北斗”的深度融合，构建具有中国特色的、世界先进的下一代列控系统体系，有力保障我国轨道交通关键系统装备的可持续发展。

二、主要内容

湖南通号研制的基于北斗的列车运行控制系统，通过建成铁路专用的北斗地基增强网，在铁路局部署北斗时空服务云平台，构建列车-地面之间的北斗时空数据安全传输网络，实现列车高精度定位，结合应答器定位、测速测距定位等多种方式，实现列车多通道融合定位，消除列车定位的干扰误差，使列车定位更加精准，为列车的精细控制提供保障。通过列车高精度定位算法和车载地图数据库实时计算列车当前位置、运行方向、距前方信号机距离等关键运行控制信息，结合列车自动控制算法，实时优化列车运行速度、校正列车运行距离误差，实现列车从区间到站段的全场景的辅助驾驶或智能驾驶功能，提升列车运行防护的精准性和智能化水平。

项目的主要研究内容：

1、高可靠列控系统研制：系统基于2乘2取2架构设计的安全计算机，通过高覆盖率的动态检错技术、双系同步、自动切换、热备冗余等容错技术，采取故障导向安全策略，安全完整性等级达到国际铁路最高安全标准SIL4等级。

2、适应于铁路复杂场景的列车定位技术研究：基于热备冗余、信息安全技术构建铁路北斗地基增强网系统、北斗时空服务云平台，为列车提供安全、可靠、可信的精准定位和同步授时服务。采用多通道融合定位技术和灵活的车载数据分层架构，适应不同等级铁路线路的列车运行控制。

3、列车智能驾驶技术研究：通过多角度分析人工驾驶场景定义、边界划分、约束条件、经验规则，确定控制策略，研究实现列车自动发车、自动停车及正线全行程的速度控制，优化列车运行规划，实现高效、节能、安全的列车驾驶。项目的主要创新点：

1、构建适宜于铁路的北斗时空信息服务体系，提供高精准、高安全性的时空信息服务。

该系统可提供高达厘米级的定位精度，并能实现连续定位，可取代传统的定位授时手段，有效降低铁路投资成本、建设和维护成本。系统解决了其它商用位置平台在安全性、可靠性和可用性方面的不足，满足铁路安全需要。研发的关键设备采用软、硬件热备冗余架构的网络拓扑，保障系统及设备在长期连续不间断运行时的可靠性。依托铁路现有运输行车组织规范，构建北斗差分地基增强辅助站、北斗差分数据中心、车载列控系统之间的远程通信体系，并采用国密算法和网络安全防护技术保障北斗差分数据的在传输过程的安全性、私密性和完整性。

2、实现基于北斗时空信息的列车运行控制的示范应用，通过列控+北斗的深度融合，实现列车驾驶自动化，提高列车控制的安全性，提升运输效率。

依托中国自主LKJ系列列车运行控制系统的成果，采用北斗卫星授时、导航和定位技术提供精准的列车位置，不断提升列车自动控制及精准控制水平。打破国外围绕GPS、GLONASS、Galileo等卫星系统实现列车高精准定位形成的专利保护壁垒，有助于建立并形成具有中国特色的基于卫星定位的列控技术标准体系。

三、主要效益

推广领域：基于北斗的列车运行控制系统，可安装于我国铁路各型机车、动车组，适用于铁路不同信号制式及线路等级，满足干线铁路、城市轨道等信号系统领域高安全等级的应用领域。

经济效益：2021年系统相继应用于中国铁路昆明局、南昌局、广州局集团公司，国家能源集团翔黄电路、神朔铁路等，产业规模达两亿。

安全效益：控制更加精准，降低司机劳动强度，自动识别铁路股道、支线和开车对标，减少乘务员误操作而导致的行车事故，提升列车运行安全。

管理效益：实现列车自动驾驶，简化乘务员操作，提升列控设备运维管理水平、简化乘务员操作培训，提升铁路的管理效益。

社会效益：基于北斗定位的列车运行控制系统具有更高的列车安全防护水平，能够提升铁路运安全和公众安全，有利于我国核心装备的国产化替

代和自主北斗导航系统的应用普及。

后续思考：项目继续在列车精准定位技术和列车智能驾驶技能方面开展深入研究和应用，结合激光雷达、视觉、惯导IMU等技术进行多源信号融合导航定位，并与轨道交通领域应用深度融合，提升轨道交通产品研发自主可控水平，继续深化智能驾驶运用场景研究，完善控制策略，与实际运用更加紧密结合，进一步提升列车精准控制水平，提高列车运输效率。