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高速铁路概论1高速铁路概论课程内容安排•第一讲：高速铁路概述•第二讲：高速铁路基础设施与车站•第三讲：高速铁路牵引供电、车辆动力与车辆•第四讲：高速列车信号、控制系统、通信系统•第五讲：高速铁路运输组织与高速铁路客运服务•第六讲：高速铁路运用安全保障与环保•复习•考试2第四讲：高速列车信号、控制系统、通信系统主要内容•第一章高速列车信号与控制系统•第二章高速铁路通信系统3第四讲：高速列车信号、控制系统、通信系统第一章高速列车信号与控制系统•1.1概述•1.2中国列控系统发展规划•1.3高速列车间隔控制和速度控制•1.4高速列车进路控制•1.5调度集中及行车指挥自动化41.1概述•高速铁路信号与控制系统，通常被称为基于通信的列车控制系统（CommunicationBasedTrainControlSystem，CBTC），或先进列车控制系统（AdvancedTrainControlSystem，ATCS）。•高速铁路信号与控制系统是集计算机技术、通信技术和控制技术于一体的综合控制与管理自动化系统。5_1.1概述铁路信号和通信系统的发展方向•发展方向1）软硬件不断升级换。安全性、可靠性、可用性和可维护性逐步提高；2）向综合自动化、人机对话、全面提高运输质量和路网运输能力方向发展。6_1.1概述高速铁路信号与控制系统的组成•列车运行控制子系统•车站联锁子系统•调度集中子系统•附属子系统（诊断与服务子系统、微机监测子系统、灾害信息处理子系统、通信网络子系统等）7_1.1概述高速铁路信号与控制系统的组成•列车运行控制子系统•根据车站进路、前行列车位置、安全追踪间隔等向后续列车提供行车许可、速度目标值等信息，由车载列控设备对列车速度实施监督和控制。•车站联锁子系统•根据计划实时建立各列车安全进路，为列车提供进、出站及站内行车的安全进路。•调度集中子系统•根据列车基本运行图所制定的日、班计划和列车运行正、晚点情况，编制各阶段计划，并下达给各个车站连锁系统。81.1概述高速铁路信号与控制系统的主要特点（1）采用列车运行自动控制系统（ATCS）。（2）高速铁路都建有调度中心。（3）在各车站及区间信号室附近设置车次号核查等列车-地面信息传递设备（TIPB）。（4）车站采用计算机联锁（CI）和大号码道岔，道岔转换采用多台转辙机多点牵引。（5）重视安全防护。（6）通信信号一体化在高速铁路得到充分体现。（7）高速列车运行中不允许线路上进行施工及维修作业。9_1.2中国列控系统发展规划代表世界先进水平的高速铁路列控系统•德国LZB系统：采用轨道环线电缆传送列控信息；•日本DS-ATC系统：采用有绝缘的数字轨道电路传送列控信息；•法国UM2000+TVM430系统：采用无绝缘数字轨道电路传送列控信息（分级控制）。•欧洲ETCS系统：为实现欧洲铁路互联互通，欧盟组织确定了适用于高速铁路列控的标准体系，技术平台开放；基于GSM-R无线传输方式的ETCS2系统，技术先进，并已投入商业运营。欧洲正在建设和规划的高速铁路均采用ETCS列控系统，是未来高速列车控制系统的发展方向。10_1.2中国列控系统发展规划欧洲铁路控制系统•ERTMS：即欧洲铁路运输管理系统(EUROPEANRAILTRAFFICMANAGEMENTSYSTEM/EUROPEANTRAINCONTROLSYSTEM).•11ERTMS/ETCS（欧洲铁路控制系统)GSM-R（铁路专用全球移动通信系统）ERTMSERTMS/ETMS（欧洲铁路交通管理系统）1.2中国列控系统发展规划ETCS系统结构12相邻列控中心车载设备机车乘务员轨道电路列控中心联锁设备点式设备无线通信模块人机界面jiemian口输出模块列车输入模块点式信息接收模块测速模块入模块地面设备连续信息接收模块无线通信模块调度集中系统维护管理中心GSM-R设备维护记录单元运行管理记录单元车载安全计算机1.2中国列控系统发展规划ETCS技术规范的核心•采用目标距离（Distancetogo)控制方式•以应答器（EUROBALISE）作为列车定位修正基准；•以GSM-R为车地连续信息传输•规范车地信息间的信息传输电气接口及编码，以实现互联互通。13ETCS技术核心设备（1）：采用符合欧洲标准的应答器EurabaliseETCS技术核心设备（2）车载设备采用符合欧洲安全标准的安全计算机EVCEB,SBDMI155Niveau2STMSTBYSRAnnonceNiveau1Niveau1AnnonceNiveau2ConnexionRBCOK050100150200300250350400安全计算机BTM速度传感器LKJ050150200300250350400050150200300250350400列车接口单元欧洲应答器天线轨道电路传感器继电器接口STM标准化的人机界面欧洲车载设备STMJRUTraininterfaceGSMRmobileGSMantennasTrainBusRadarsEVCBTMANTENNAGeneratorstachometerCaptatoriRSCDMIDATASHACKSoMDATASHACKSoMAREASCMTSCMTSCMTSCMTSCMT130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150ACAreaSTMRSCpick-upsBACCDMIETCS技术核心设备（3）：无线闭塞中心EthernetRBCEthernet维护工作站临时限速连续传输的列车控制地面子系统空气气隙以太网以太网本地调度站GSM-R/固定网络列控车载子系统网络传输网关无线闭塞中心联锁子系统调度中心操作员维修人员RBC:RadioBlockCentre1.2中国列控系统发展规划ETCS的应用等级•ETCS等级1:基于欧标应答器和轨道占用检查的列控系统•ETCS等级2:基于GSM-R和轨道占用检查的列控系统•ETCS等级3:完全基于GSM-R的列控系统181.2中国列控系统发展规划ETCS等级1ETCS1级：地面信号＋查询应答器＋轨道电路(计轴设备)。采用固定追踪间隔形式；司机依靠地面信号行车，地面信号机前设备产生速度监控；依靠轨道电路或计轴设备检查列车占用和完整性；利用查询应答器覆盖各国现有信号系统，并用于列车定位和传送控制命令。该系统是典型的点式ATP(AutomaticTrainProtection，列车自动保护装置)。19LEU联锁ETCSlevel1等级1应答器Eurocab轨道占用检测1.2中国列控系统发展规划ETCS等级2•ETCS2级：轨道电路＋查询应答器＋GSM-R与一级相比，司机完全依靠车载信号设备行车（可取消地面信号机）；通过GSM-R连续传送列车运行控制命令，车－地间可双向通信；在点式设备的配合下，车载设备对列车运行速度进行连续监控；依靠轨道电路或计轴设备检查列车占用和完整性；建有无线移动闭塞中心。•该系统是基于移动通信的连续式ATP。21无线闭塞应答器联锁EurocabETCSlevel2GSM-R轨道占用检测1.2中国列控系统发展规划ETCS等级3•ETCS3级：查询应答器＋GSM-R•与二级相比是靠车载设备来检查列车完整性，不需要轨道电路；•点式设备、GSM-R是系统的主要设备。取消地面信号机和轨道电路后，室外线路上的信号设备减少到最低程度；列车追踪间隔依靠点式设备和无线移动闭塞中心实现，具有明显的移动自动闭塞特征。23无线闭塞应答器EurocabETCSlevel3等级3GSM-R完整性检测ATP车载设备组成轨道电路信息接收STM应答器信息接收BTM动车组ATP车载设备人机界面（DMI）ATP车载设备系统结构EB,SBDMI155Niveau2STMSTBYSRAnnonceNiveau1Niveau1AnnonceNiveau2ConnRBCO050100150200300250350400安全计算机BTM速度传感器LKJ050150200300250350400050150200300250350400列车接口单元欧洲应答器天线轨道电路传感器继电器接口STM1.2中国列控系统发展规划几点启示(1)列车速度的不断提高，使得铁路信号技术发生了巨大变化。当列车速度大于160km/h后，列车的开环控制已不能满足要求。ATP已成为行车安全不可缺少的重要技术装备。(2)ATP是由地面信号设备和车载设备共同组成的闭环高安全系统，是地面联锁向车载设备的延伸，在此基础上实现了以车载设备为主的行车方式。各国铁路在实施ATP过程中，都是以故障安全作为最重要的技术条件，将地面和车载设备按一个系统统一设计，同步进行技术更新或强化改造的。27_1.2中国列控系统发展规划几点启示(3)通信信号一体化是现代铁路信号的重要发展趋势。实现对移动体的控制，移动通信是最便捷的手段。因此基于通信特别是基于无线移动通信的ATP是今后的重要发展方向。(4)技术标准统一，系统化设计，模块化产品，通用兼容是ETCS主要的成功经验，值得我们认真学习和借鉴。281.2中国列控系统发展规划我国发展ATP的难点难点之一我国铁路地域广大、列车种类繁多、提速以后线路允许速度不统一，同为绿灯却有多种速度含义。另外，我国铁路行车主要特点是客货混跑、高低速列车共线运行，这样必然要求客货列车均需装备ATP，从而使得我国发展ATP的难度明显大于国外。291.2中国列控系统发展规划我国发展ATP的难点难点之二我国铁路实行以地面信号为主、以机车信号为辅的行车方式，对列车运行实行开环控制，依靠司机严守信号保证行车安全。因此，习惯于现有机车信号＋监控装置的控车模式。301.2中国列控系统发展规划我国发展ATP的难点难点之三目前，机车普遍安装的通用机车信号未达到主体化的水平。机车信号基于轨道电路和站内电码化，但轨道电路制式繁多，有的根本不能满足“主体化”的要求，将面临淘汰。信号基础装备薄弱，影响了是我国ATP的发展。难点之四GSM-R移动通信系统用于铁路信号、用于ATP系统和铁路综合移动信息平台，技术上有明显优势，产品得到多家厂商的支持，这在欧盟已得到证明。我国GSM-R网络建设还在起步阶段，影响了基于GSM-R的CTCS的实施。31_1.2中国列控系统发展规划总体规划原则(1)借鉴世界各国经验，结合我国国情路情，制定我国统一的ATP系列技术标准和规范；(2)实行跨专业合作，集中全路专家智慧，共同确定总体技术方案和总体规划；(3)坚持技术先进、系统成熟、经济合理，等级配置的原则；(4)坚持通信信号一体化的方向，新线建设优先发展基于无线的ATP；(5)坚持新线建设与既有线改造并重，在总体规划的指导下，分步实施，有序发展；(6)坚持机车信号主体化与发展ATP相结合。321.2中国列控系统发展规划CTCS系统描述•CTCS（ChineseTrainControlSystem）中国列车运行控制系统•定义：CTCS是为了保证列车安全运行，并以分级形式满足不同线路运输需求的列车运行控制系统。•列车运行控制系统是我国铁路提速线路和客运专线保证列车行车安全、提高列车运行效率的重要技术装备.•能有效通过技术手段对列车运行速度、运行间隔进行实时监控和超速防护；同时能够减轻司机劳动强度、改善工作条件，提高乘客舒适度。331.2中国列控系统发展规划发展CTCS的原因1）既有线提速、客运专线和高速铁路建设，对信号技术的发展既提出了新的挑战，也提供了难得的发展机遇。2）条件已成熟。3）需要对中国列车控制技术发展进行规划。34_1.2中国列控系统发展规划CTCS系统描述•基本功能：(1)安全防护在任何情况下防止列车