高铁CTCS系统详细介绍

中国列车运行控制系统CTCS（ChineseTrainControlSystem）1第一章列车运行控制系统在国内外发展现状近年来随着人工智能技术，计算机及其相关技术的飞速发展，世界各国都开始了用高新技术改造传统铁路运输模式的研究，目的在于提高铁路运输效率，增强铁路运营安全，提高服务质量，减少环境污染。如作为欧洲21世纪干线铁路总统解决方案的欧洲铁路运输管理系统ERTMS，法国铁路的连续实时追踪自动化系统ASTREE，日本新干线的列车运营管理系统COMTRAC和COSMOS,北美的先进列车控制系统ATCS，列车间隔控制系统PTS和PTC，美国旧金山港湾铁路的先进列车控制系统AATC，日本的新一代列车控制系统ATACS及计算机和无线电辅助列车控制系统CARAT等。其中代表世界先进水平的高速铁路列控系统的如德国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）；但以上三种高速列控系统均采用大量专有技术，相互间不兼容，技术平台不开放。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。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。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。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。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。我国铁路第六次大面积提速调图推出了一系列重大技术创新成果，铁道部经过深入研究和科学论证，立足于我国技术和设备，参照国际相关标准和经验，提出了符合我国技术政策和铁路运输需要的中国列车运行控中国列车运行控制系统CTCS（ChineseTrainControlSystem）2制系统CTCS技术体系和总体规划，在我国大力发展CTCS系统以保证列车安全运行，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。第六次大提速200km/h区段装备列车运行控制系统，CTCS-2级区段延展里程5500余公里，TVM430区段延展里程760余公里，共计延展里程6260公里，涉及十个铁路局的7条干线，包括16个区段，250余个车站。第二章CTCS系统2.1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。2.2基本功能{(1)安全防护在任何情况下防止列车无行车许可运行。防止列车超速运行。防止列车超过进路允许速度。防止列车超过线路结构规定的速度。防止列车超过机车车辆构造速度。防止列车超过临时限速及紧急限速。防止列车超过铁路有关运行设备的限速。防止列车溜逸。(2)人机界面以字符、数字及图形等方式显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离。实时给出列车超速、制动、允许缓解等表示以及设备故障状态的报警。具有标准的列车数据输入界面，可根据运营和安全控制要求对输入数据进行有效性检查。(3)检测功能开机自检功能和运行中动态检查功能。能够记录设备的关键数据以及关键动作，并提供监测接口。(4)可靠性和安全性按照信号故障—安全原则进行系统设计。核心硬件设备须采用冗余结构。中国列车运行控制系统CTCS（ChineseTrainControlSystem）3满足电磁兼容性相关标准。2.3CTCS体系结构2.3.1CTCS的体系结构配置CTCS的体系结构按铁路运输管理层、网络传输层、地面设备层和车载设备层配置铁路运输管理层网络传输层地面设备层车载设备层铁路运输管理层铁路运输管理系统是行车指挥中心，以CTCS为行车安全保障基础，通过通信网络实现对列车运行的控制和管理。网络传输层CTCS网络分布在系统的各个层面，通过有线和无线通信方式实现数据传输。地面设备层地面设备层主要包括列控中心、轨道电路和点式设备、接口单元、无线通信模块等。列控中心是地面设备的核心，根据行车命令、列车进路、列车运行状况和设备状态，通过安全逻辑运算，产生控车命令，实现对运行列车的控制。车载设备层车载设备层是对列车进行操纵和控制的主体，具有多种控制模式，并能够适应轨道电路、点式传输和无线传输方式。车载设备层主要包括车载安全计算机、连续信息接收模块、点式信息接收模块、无线通信模块、测速模块、人机界面和记录单元等。2.3.2CTCS体系结构参照国际标准，结合国情，从需求出发，按系统条件和功能划分等级。CTCS体系的构建原则是以地面设备为基础，车载与地面设备统一设计。地面子系统由应答器、轨道电路列车控制中心（TCC）/无线闭塞中心（RBC）、无线通信网络（GSM-R）组成。车载子系统包括列车车载设备和车载无线通信模块。系统结构如图所示。中国列车运行控制系统CTCS（ChineseTrainControlSystem）42.4CTCS分级CTCS根据功能要求和设备配置划分应用等级，分为0～4级。CTCS-0级(简称C0级)：由通用机车信号+列车运行监控装置组成，为既有系统，适用于列车最高运行速度为120km/h以下的区段。CTCS-1级(简称C1级)：由主体机车信号+安全型运行监控记录装置组成，点式信息作为连续信息的补充，可实现点连式超速防护功能。适用于列车最高运行速度为160km/h以下的区段。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中国列车运行控制系统CTCS（ChineseTrainControlSystem）5CTCS-2级(简称C2级)：基于轨道电路和点式应答器传输控车信息，并采用车地一体化设计的列车运行控制系统。面向提速干线和客运专线，适用于各种线路速度区段，地面可不设通过信号机。CTCS-3级(简称C3级)：基于无线传输信息，并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统，点式设备主要传送定位信息。C3级列控系统可以叠加在C2级列控系统上。CTCS-4级(简称C4级)：完全基于无线传输信息的列车运行控制系统。地面可取消轨道电路，由无线闭塞中心和列控车载设备共同完成列车定位和完整性检查，实现虚拟闭塞或移动闭塞。2.5CTCS级间关系2.5.1CTCS级间关系原则符合CTCS规范的列车超速防护系统应能满足一套车载设备全程控制的运用要求。系统车载设备向下兼容。系统级间转换应自动完成。系统地面、车载配置如具备条件，在系统故障条件下应允许降级使用。系统级间转换应不影响列车正常运行。系统各级状态应有清晰的表示。2.5.2CTCS级间转换CTCS车载设备向下兼容，通过系统设计，系统级间切换可以自动完成，级间切换不影响列车正常运行，如既有线提速区段，配置CTCS2级车载设备的列车可以在运行过程中自动完成CTCS1/0级至CTCS2级或CTCS2级至CTCS1/0级的切换。CTCS级间转换原则上在区间自动转换(不应在进站信号机处转换)，并向司机提供相应的声光警示，由司机按压确认按钮，解除警示。自动转换失效时，司机根据ATP车载设备或LKJ的相应警示信息，手动转换。CTCS级间转换应分别设置具有预告、执行功能的固定信息应答器。每个运行方向需要单独设置预告点应答器，执行点应答器可与区间固定应答器合用。在级间转换时，应保证控车权可靠平稳交接。控车权的交接以ATP车载设备为主。级间转换时若已触发制动，则应保持制动作用完成，司机缓解后，自动转换。2.6CTCS规范CTCS技术规范总则CTCS功能需求规范中国列车运行控制系统CTCS（ChineseTrainControlSystem）6CTCS系统需求规范查询应答器技术规范列控中心技术规范MMI功能接口规范与车载其他系统接口规范无线信息传输功能接口规范第三章CTCS-2级列控系CTCS2级列控系统是在我国既有成熟信号系统技术设备基础上，通过适当增加其它信号设备(如：应答器、车站列控中心、ATP车载设备)，构成具有中国特色、实现目标距离速度控制功能并基于轨道电路的连续式列控系统。CTCS2系统为统一制式，与既有线信号系统兼容。ATP地面设备与ATP车载设备采用一体化系统设计，适用于200km／h线路。3.1CTCS2的总体功能需求，主要包括：功能实现的基本方法、地面设备、车载设备、信息传输、设备模块化、性能和安全性、与现有列控系统的兼容性、系统启动和数据输入、操作状态及转换、默认值。(1)操作功能车载设备的启动和检测、列车和司机的数据输入、调车、部分监督、完全监督、CTCS2车载设备的隔离、与现有列车控制系统和防护系统的兼容性。(2)基础设施功能基础设施的数据收集、运行权限终点、对列车驶入被占用轨道区段的监控、对车挡的监控、线路设备的临时隔离。(3)车载功能列控数据采集，静态列车速度曲线计算、动态列车速度曲线的计算、缓解速度的计算、列车定位、速度的计算和表示、运行权限和限速在MMI上的表示。运行权限和限速的监控，在任何情况下防止列车无行车许可地运行，防止列车超速运行，防止列车溜逸。列车超速时，车载设备的超速防护具备采取声光报警、切除牵引力、动力制动、空气常用制动、紧急制动等措施。车载设备发生故障时，及时报警提醒机车乘务员并对故障设备进行必要的隔离。司机行为的监控、反向运行防护、CTCS2信息的记录。中国列车运行控制系统CTCS（ChineseTrainControlSystem）7(4)车站列车控制中心功能根据其管辖范围内务列车位置、联锁进路以及线路限速状况等信息，确定各列车运行许可，并通过轨道电路及点式应答器实时传送给相关列车。(5)其他功能级间转换功能车载设备发生故障后隔离功能不同条件下，多种监控模式3.2CTCS2系统主要技术条件3.2.1总体要求(1)系统适应列车最高允许运行速度250km/h，正向运行时动车组最小追踪间隔5分钟要求。(2)系统采用自动闭塞，闭塞分区划分及轨道电路信息定义应满足250km/h动车组控车要求，同时满足四显示自动闭塞的行车要求。(3)列车正向按自动闭塞追踪运行，反向按自动站间闭塞运行。(4)系统采用目标距离模式曲线监控列车安全运行。生成监控曲线所需的行车许可、线路参数、限速等信息由轨道电路和应答器提供。(5)列控车载设备具有设备制动优先和司机制动优先两种控车模式，一般应采用设备制动优先控车模式。(6)系统设备的安全完善度等级（SIL）应达到IEC61508规定的4级。(7)系统设备工作环境应符合TB/T-1433、TB/T-3021(8)系统设备电磁兼容性应符合TB/T-3073、TB/T-3074的有关规定。(9)系统设备可靠性、可用性、可维护性和安全性（RAMS）应符合EN50126的有关规定。3.2.2基本要求(1）防止列车冒进禁止信号，应根据系统安全要求设置安全防护距离。(2)应具有冒进防护措施。(3)防止列车越过规定的停车点。(4)防止列车超过允许速度、固定限速和临时限速运行，临时限速命令由调度中心或本