一、问题概述

1. 现阶段前沿进展。

高速铁路列车运行控制系统（简称列控系统）是保障行车安全、提高运输效率的重要行车装备。列控系统根据列车在线路上运行的客观条件和实际情况，对列车运行速度及制动方式等状态进行监督、控制和调整。我国铁路瞄准世界一流标准，自主创新了CTCS-2/CTCS-3级列控系统，截止2017年底装备里程达到两万五千公里，为我国高铁的快速发展提供了安全保障，技术达到国际先进水平。现有列控系统的主要技术特点包括：采用固定闭塞制式，以闭塞分区为单位作为追踪列车间的安全间隔；采用地面车站/轨旁设备、车载设备均承担复杂安全计算功能的分布式控制模式，地面设备和车载设备通过GSM-R窄带无线通信网络实现有限信息交互；采用基于轨道电路+应答器+车载测速测距的方式实现列车定位和完整性检查。

保障行车安全、提高运输效率的要求是推动高速铁路列控系统持续发展的源动力，具体指标体现在事故率不断下降、行车速度不断提高、追踪间隔不断缩短。近二十年，中国铁路取得令人瞩目的成绩，最高运行速度从120km/h提高到350km/h，追踪间隔从十几分钟降低到三分钟，同时事故率还在持续下降。但伴随着新时代下人们对高铁出行的青睐，高铁运营对行车安全、运行速度、追踪间隔提出了更高的要求，并且降低运用成本、降低运行能耗也成为重要的需求。现有列控系统因其技术特点在适应新需求方面遇到一些难以克服的瓶颈问题，包括无法适应500km/h以上高速运营的需求，运输效率进一步提升的空间有限，建设和维护成本居高不下，智能化程度不高。针对上述问题，需要结合近年来城市轨道交通列控系统、北斗卫星导航系统和5G通信技术等领域的技术突破，攻克以考虑前行列车位置与速度的移动闭塞、地面集中控制的定制化和精细化运行控制、高速列车智能驾驶、基于北斗的高安全高精度列车定位、高可信实时宽带无线通信为代表的高速铁路列车运行控制技术，研制新型高速铁路列控系统，以更好地满足新时代下的新需求，保持我国高铁技术的世界领先地位，引领世界高铁列控技术发展。

2．未来面临的关键难点。

基于前行列车位置与速度的移动闭塞实现列车动态间隔控制，在移动闭塞的基础上进一步缩小列车运行间隔，需要引入一套全新的安全理念。同时，需要对列车动态间隔控制建立一套完备的智能控制模型，在此基础上，提出保证安全前提下的稳定、可靠的间隔控制算法。实现基于前行列车位置与速度的移动闭塞控制，需要解决如下核心问题：复杂路网环境下有限区域的列车多智能体追踪协同控制模型；突破传统安全理念的车-车近距离动态间隔控制算法。

为了降低建设和维护成本，提高控车精度和列控系统的安全性，新型列控系统采用基于虚拟化设备、人工智能和大数据分析等技术手段实现的智能化地面集中控制模式，实现对每列车的定制化和精细化控制。在此模式下，由地面中心设备承担复杂的智能化安全计算功能，地面轨旁设备和车载设备仅承担采集、执行及安全校核功能。需要攻克虚拟化设备的安全计算技术；研究定制化和精细化控车所需的信息需求，确定信息来源和对外部系统的接口需求；攻克定制化控车技术，对每列车和每条线路的组合形成定制化控制策略；攻克精细化控车技术，根据历史记录和外部系统实时输入确定精细化控制策略。

高速列车智能驾驶技术以安全和效率提升为目标，以完全替代司机操控列车为手段，控制高速列车按照时刻表的要求在高铁线路上运营，完成站间行驶、到站精准停车、自动开闭车门、自动发车离站、自动折返。实现高速列车智能驾驶，能够进一步提高行车密度，需要攻克的技术难点有：列控系统的高可靠性；应对突发事件的智能化处理能力；满足安全、准时、舒适、精确停车、节能等多目标优化控制技术；多列车协同优化技术；列车运行前方线路周界的灾害信息的实时准确感知技术。

北斗卫星导航系统是我国正在实施建设的自主研发、独立运行的具有双向通信能力的全球卫星导航系统，能够满足超音速条件下的定位需求。基于北斗卫星导航系统的列车安全定位是实现移动闭塞以及列车紧追踪运行的基础。为了使得北斗系统能够满足列控系统对精度和安全两个核心指标的要求，需要攻克复杂环境下的列车连续定位方法，隧道、站台雨棚、山谷等复杂环境下的列车组合定位方法；攻克多传感器数据融合算法，研究多定位传感器组合下的定位算法、误差计算；攻克基于北斗导航的列车定位安全防护技术，研究安全性误差计算。

新型列控系统中地面中心/轨旁设备和车载设备构成一个基于宽带无线通信网络的物联网，能够实现网络上每个节点之间的通信。与现有通信网络相比，5G通信具有更高的速度、更大的带宽、更高的可靠性、更低的时延，可满足车地通信、车车通信的要求，但需要加以改造以满足列控系统对安全性的需求。为此，需要在5G通信技术的基础上攻克高可信和实时通信技术，设计支持优先级的通信协议；考虑跨网应用需求，构建兼容不同标准规范的通信协议；攻克基于5G通信网络的列控设备物联网自组织配置技术等。

二、重要意义

对高速铁路领域而言，攻克以考虑前行列车位置与速度的移动闭塞、地面集中控制的定制化和精细化控车、高速列车智能驾驶、基于北斗的高安全高精度列车定位、高可信实时宽带无线通信为代表的高速铁路列车运行控制技术，创新新型高速铁路列控系统之后，将整体提高列车行车密度，提升路网的运能；提高运营的安全性和运输效率；降低建造成本和运维成本；提高系统的可靠性和智能化水平。同时，实现铁路的创新式发展，持续保持我国高铁列控技术的世界领先地位，并为实现高速铁路“走出去”发展战略提供技术支撑。

对相关交叉领域而言，高铁列控系统作为人工智能、大数据、北斗卫星导航系统、实时宽带无线通信系统的专业用户，在发展的过程中必将对上述技术和系统提出新需求，促进其不断发展，并为相关专业使用上述技术和系统提供成功的应用案例和经验。