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铁道科学研究院2008年10月ETCS-CTCS列车自动控制系统目录一、列控系统的原理和基本功能二、ETCS技术规范三、CTCS技术规范一、列控系统的原理和基本功能铁道科学研究院列控系统是在传统自动闭塞基础上增加列车自动控制功能的信号防护系统，由地面设备和车载设备组成。列控系统包含专门设计的满足信号安全性要求的模块和功能，附加功能和舒适性功能不要求安全设计。列控系统的总体要求•保证列车运行安全；•满足线路运输能力的需求。列车超速和冒进信号的危险分析司机靠地面信号驾驶列车有三个过程：识别信号；理解信号；按照信号要求操纵列车。如果其中任何一个环节出现错误，都可能造成列车事故。列控系统的安全性功能以车载显示为行车凭证；用速度命令代替色灯含义；信号直接控制列车制动。列控系统的基本原理对列车实际速度和允许速度进行连续比较，使列车实际速度限制在安全允许的范围内。列控系统原理框图列车速度VMAX列车制动距离闭塞分区先行列车相邻地面控制中心地面控制中心轨道电路信号机相邻地面控制中心车载设备功能(1)计算静态列车速度曲线(SSP)；计算动态列车速度曲线(DSP)；列车速度线路位置车载设备功能(2)计算开口速度；测速测距；列车定位；行车许可及限制速度的监督和显示；司机操作的监督；列车溜逸和退行的监督；列控信息的记录。车载设备人机界面为机车乘务员提供数据输入及其他操作的手段。为机车乘务员提供列车实际运行速度、允许速度、目标速度和目标距离，以及其他文本及图形方式的显示。及时给出列车超速、制动、缓解及设备故障状态的报警和表示。举例：符合CENELEC标准的显示界面地面设备功能采集线路数据；确定行车许可终点；监督可能有车占用区段的列车驾驶；线路终端的防护。列控中心功能列车车次识别；列车的地理位置；临时限速；控制中心的状态表示。附加功能车门控制监督；车门检查；列车自动驾驶；文本传输。无线闭塞中心（RBC）功能RBC要求的进路办理；进路锁闭；进路验证；进路解锁；列车完整性监督；无闭塞/联锁线路保持列车间隔；RBC区域的调车；RBC区域的行车许可；二、ETCS技术规范铁道科学研究院欧洲铁路运输管理系统（ERTMS）欧洲是世界轨道交通最为发达的地方，现有的列车运行控制系统种类繁多，且各国信号制式复杂多样、互不兼容。为保证高速列车在欧洲铁路网内互通运行，1989年12月欧洲运输部长会议作出决定，就欧洲大陆铁路互联互通中的技术问题寻找解决方案。国际铁路联盟开始组织专题项目，分析与列车控制和运输管理有关的问题，ERTMS项目由此诞生。ERTMS组成ERTMS包括三部分：•ETCS是欧洲列车控制系统的缩写（EuropeanTrainControlSystem)。•ERTML是欧洲铁路运输管理层的缩写（EuropeanTrafficManagementLayer)。•GSM-R是用于铁路的GMS移动通信系统。ERTMS欧洲铁路运输管理系统欧洲列车控制系统ETCS安全核心欧洲铁路运输管理ERTML调度指挥无线移动通信系统GSM―R传输平台ERTMS体系结构欧洲列控系统（ETCS）目前ETCS历经提出规范、系统评估、试验、改进和实施阶段，已完成1级和基本完成2级规范和相关技术标准的制订。2001年欧盟通过立法形式确定ETCS成为强制性技术规范。欧洲各国列车安装符合ETCS技术规范的列车运行控制系统，不仅使列车能够在欧洲各国实现互通运行，并且能提高列车运行的安全性。互通运行（Interoperation）跨国（区）互通运行在边界应满足以下条件：•不更换机车•不更换司机•不停车技术方面的互通性（Technicalinteroperability）确保列车可以从地面设备接收到必要的信号命令并能正确理解其含义。司机根据一致的车载信号显示、信号和运用原则行车。运用方面的互通性（Operationinteroperability）ETCS主要目标互通运行安全高效降低成本扩展市场ETCS体系结构和接口人机接口无线接口应答器接收环线接收安全计算机速度表列车接口数据记录特殊传输模块司机列车下载单元ETCS车载设备GSM-R移动设备RBC2网管中心欧洲应答器欧洲环线本国信号系统ETCS地面设备EuroradioRBC1无线注入设备EuroradioGSM-R固定设备联锁设备和LEUCTC接口功能接口技术协议功能接口规范空气间隙•ETCS只是保证互通运行的列控系统的技术规范。他并不针对完整的信号系统，对地面信号机、道岔、轨道电路和联锁设备没有具体定义，允许原有的地面信号设备继续使用。•ETCS形式上分为3级，各级配置不同。ETCS按配置分为三级ETCS1级2级3级自动列车防护防止冒进及超速防止冒进及超速防止冒进及超速闭塞固定闭塞固定闭塞固定/移动闭塞已有信号设备继续使用继续使用可不用司机室显示提供行车许可和相关信息提供行车许可和相关信息提供行车许可和相关信息地－车通信方式查询应答器GSM-RGSM-R列车位置检测传统方式（轨道电路或计轴）传统方式（轨道电路或计轴）列车完整性检查及列车定位方式其他可用欧洲环线（Euroloop)补充数据ETCS的运用分级ETCS在运用中又增加2级共分为5级：•0级：在未配备ETCS设备的线路运行；•1级：基于点式信息传输（EUROBALISE)；•2级：基于无线信息传输（GSM-R)＋轨道电路；•3级：基于无线信息传输（GSM-R)＋列车完整性•检查；•STM级：专用列控模块。ETCS0级：在未安装ETCS设备的线路上运行联锁设备车载设备轨道占用检查设备ETCS1级ETCS1级是一个基于点式传输（spottransmission）的连续速度监督系统，可在原有信号系统上叠加使用。列车检测由既有地面信号系统（包括联锁设备、轨道电路等不属于ETCS系统的设备）完成。ETCS根据地面信号系统状态，生成行车许可，通过欧洲应答器（Eurobalise）传送给列车。车载设备接收后控制列车运行。ETCS1级地面电子单元联锁设备地面应答器车载设备轨道占用检查设备带注入功能的ETCS1级•ETCS1级虽然提供完全的列车自动防护功能，但因应答器的通信是间断的，列车停车后，恢复运行还要依靠地面信号机。如果取消地面信号机，必须增加半连续的地面－列车传输系统，例如欧洲环线或无线传输系统。用欧洲环线注入的ETCS1级地面应答器欧洲环线（漏缆）地面电子单元联锁设备车载设备轨道占用检查设备欧洲应答器和天线产品举例•能接收应答器和环线的标准西门子公司天线•固定应答器和可变应答器•在环线终端的应答器西门子公司的点式传输模块（ETM）•用于应答器/环线的接收、报文解码和总线接口•第一次在瑞士应用于ZUB系统ETCS2级基于无线传输的列车控制系统，在既有信号系统上叠加使用。ETCS根据地面信号系统的情况，在地面生成每列列车的行车许可，通过欧洲无线通信（Euroradio）—GSM-R传送给列车。应答器信息用于列车定位的基准。列车检测由既有地面信号系统（包括联锁设备、轨道电路等不属于ETCS的设备）完成。2级可以取消地面信号机，司机凭车载信号行车。无线闭塞中心地面应答器联锁设备车载设备ETCS2级GSM-R轨道占用检查设备ETCS3级取消了传统的地面信号系统，列车定位和列车完整性检查由地面无线闭塞中心（RBC）和列车完整性验证系统（不属于ETCS设备）共同完成。RBC在其管辖的区域内跟踪每列列车的位置，根据各列车发回的信息进行进路的锁闭或解锁，并确定每列列车的行车许可。无线闭塞中心地面应答器车载设备ETCS3级GSM-R(包括联锁功能）列车完整性检查设备道岔信号机应答器行车人员无线基站无线基站无线闭塞系统结构CONTROLRBC设备GSM-R和接口系统操作终端无线基站列车ETCS无线传输协议ETCS应用ETCS安全传输平台GSM-R无线传输网络ETCS应用ETCS应用协议ETCS安全传输平台ETCS安全传输协议GSM-R开放通信系统GSM-R开放通信系统GSM-R传输协议地面列车ETCS3级系统正在研究开发阶段。ETCS3级系统减少了地面设备数量，大大降低了建设投资和运营成本，但技术上更具有挑战性和风险性。ETCSSTM级使用专用传输模块(STM)主要是为了保证装备ETCS车载设备的列车，在本国（地区）运行时能够提供当地的列车防护功能。在该级中，既有地面信号系统完成列车检测和完整性监督。地－车信息传输采用既有方式，车载增加了STM及相应功能。ETCS体系结构和接口人机接口无线接口应答器接收环线接收安全计算机速度表列车接口数据记录STM司机列车下载单元ETCS车载设备GSM-R移动设备RBC2网管中心欧洲应答器欧洲环线本国信号系统ETCS地面设备EuroradioRBC1无线注入设备EuroradioGSM-R固定设备联锁设备和LEUCTC接口功能接口技术协议功能接口规范airgap三、CTCS技术规范铁道科学研究院中国列车运行控制系统（CTCS）是中国铁路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技术规范。中国列车控制系统（CTCS）中国列控系统（CTCS）的发展目前我国铁路信号部分制式存在先天不足，面临淘汰；由通用式机车信号+列车运行监控装置组成的车载系统，与国际公认的列车自动防护系统（ATP）有一定差距。随着铁路现代化的建设和跨越式发展的进程，特别是列车速度的提高已不能满足运输安全和服务的需要。CTCS规范是铁路信号发展的需要。CTCS规范的必要性无论是面对现状，还是面向未来，既有信号系统都将面临概念转变，配置升级，设备更新，标准与国际接轨的过程。铁道部正在制定列控系统发展战略，一方面要强化改造基于轨道电路的列控系统（TBTC），另一方面要加快研发基于无线通信（GSM－R）的列控系统（RBTC）。CTCS规范的必要性要积极发展以车载信号作为行车凭证的、保证列车运行安全并与国际标准接轨的列车运行控制系统。要达到该目标，首先需要的是制定先进的、适合中国运输要求的、可持续发展的技术规范。CTCS的目标消除安全隐患；满足跨线运行；规范系统设计；适应发展需求。CTCS安全性功能在任何情况下防止列车无行车许可运行。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。防止列车溜逸。运行管理功能具有标准的列车数据输入界面。根据运营和安全控制要求对输入数据进行有效性检查。列控系统车载设备控制方式人控优先“人控优先”的概念是：司机按照模式曲线控制列车速度，设备不干涉司机正常驾驶，列车超速时设备采用有效的手段确保列车运行安全。设备制动的缓解须是设备允许＋司机确认操作有效。EOAS（m）V（km/h）常用制动模式曲线司机确认制动缓解报警曲线允许缓解常用制动列车运行轨迹人控优先示意图紧急制动模式曲线行车许可终点EOAS（m）V（km/h）模式曲线更新常用制动模式曲线紧急制动模式曲线列车运行轨迹人控优先方式下的司机驾驶示意图司机实施常用制动由于司机承担超速责任，所以在起模时与设备干预曲线保持较大速差行车许可终点机控优先“机控优先”的概念是：设备能够按照模式曲线自动控制列车减速并确保列车运行安全。设备常用制动后如果满足缓解条件将及时自动缓解。机控优先示意图EOAS（m）V（km/h）常用制动模式曲线报警曲线自动缓解列车运行轨迹紧急制动模式曲线常用制动CTCS框架结构为满足CTCS体系结构标准化、模块化和发展的特点并实现全路列车运行控制系统的互联，根据中国铁路运输的运用、管理、维修体制，CTCS的体系结构按系统应用层、网络传输层、地面设备层和车载设备层配置。系统应用层系统应用层是指与列车运行控制相关的，构建在TDCS平台或CTC系统的调度指挥功能。调度指挥系统根据运行计划和对列车运行、线路、设备、气象灾害等实际情况的综合分析，制定合理的运行计划，并通过列车运行控制系统实现对列车运行的实时控制。网络传输层在CTCS系统各层都有传输网络，通过有线或无线通信的方式实现车－地间、系统内部、系统外部的数据传输。系统各层对网络的实时性、可靠性、