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列车运行控制系统第六章中国铁路列车运行控制系统CTCS（ChineseTraincontrolSystem）CTCS系统概述CTCS-2列车控制系统CTCS-3列车控制系统CTCS展望及与ETCS比较6.1CTCS系统概述中国铁路列车控制系统CTCS，是借鉴欧洲铁路ETCS的模式发展起来的，是为了保证列车行驶安全、高速、高效运行的信号安全控制系统，和ETCS系统一样也采用了分级的概念，参照ETCS的成功做法，同时结合中国铁路的实际情况，按照系统条件和功能将CTCS系统划分为不同的5个等级。6.1.1CTCS的发展背景目前国内系统虽大大降低了铁路行车重大、大事故发生率和险性事故发生率，但尚不能满足铁路跨越式发展的需求。为确保列车运行安全和提高运输效率，迫切需要装备性能先进、安全可靠的列车运行控制系统。在20世纪90年代，为解决欧洲铁路的互连互通问题，国际铁路联盟(UIC)提出基于铁路专用全球移动通信系统(GSM-R)的欧洲列车运行控制系统(ETCS)。ETCS根据运输功能需求和系统运用条件，以分级的方式配置基本结构，在提高系统安全性的同时，实现了互通运营。在2002年，中国铁路根据2020年国家经济远景发展规划和铁路跨越式发展的要求，在分析世界铁路发展趋势的同时，结合中国铁路现状，提出研究中国列车运行控制系统(CTCS)。中国的信号安全防护系统(指列车超速防护系统，ATP)尚处于起步阶段。要求其设计标准与国际标准接轨，车—地一体化设计，且基于安全计算机和无线通信平台。铁道部战略决策：研究ERTMS/ETCS体系，结合中国特点，创立CTCS体系开发策略：引进和自主研发并举、在消化吸收国外先进技术的同时，对引进设备国产化，研究具有自主知识产权的新一代列车超速防护系统6.1.2CTCS系统的功能、结构与分级1）CTCS系统的基本功能包括2方面：按照故障-安全原则，在任何情况下防止列车无行车许可证运行；防止列车超速运行，包括列车超过进路运行速度、线路结构规定的速度。2）CTCS系统体系结构（四层体系结构）铁路运输管理层行车指挥中心，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集中控制和管理。网络传输层CTCS网络分布在系统各个层面，通过有线无线通信方式实现数据传输地面设备层包括列控中心、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。3）CTCS系统构成参照国际标准，结合国情，从需求出发，CTCS系统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。系统结构如图所示。主要包括5大部分：车载设备-车载安全计算机系统（9个模块）地面设备-列控中心系统（3个模块）通信网络-GSM-R系统联锁设备-联锁系统调度集中系统3）CTCS系统构成带无线闭塞中心模式的系统构成：主要包括5大部分：车载设备-车载安全计算机系统（8个模块）地面设备-列控中心系统+无线闭塞中心系统通信网络-GSM-R系统联锁设备-联锁系统调度集中系统RBC调度集中无线闭塞中心临时限速服务器联锁列控中心轨道电路轨旁电子单元无源应答器有源应答器GSM-R固定网络应答器接收模块无线通信模块轨道电路接收单元测速测距单元列车接口单元人机界面司法记录器列车司机司法记录器下载工具安全计算机车载设备地面设备GSM-R车载电台密钥管理中心应答器天线4）CTCS系统分级CTCS根据系统配置按功能划分为5级设备\等级CTCS0CTCS1CTCS2CTCS3CTCS4通用机车信号√XXXX主体机车信号X√XXX运行监控记录装置√√XXX模式曲线速度控制XX√√√轨道电路√信息传输主体√信息传输主体√信息传输主体√XGPS定位XXXX√点式设备X√√√√列控中心XX√√√无线闭塞中心（RBC）XXX√√无线通信（GSM-R）XXX√√地面信号√√（X）√（X）X（√）X适用范围既有线现状面向160km/h以下的区段面向提速干线和高速新线面向提速干线、高速新线或特殊线路面向高速新线或特殊线路CTCS0级（通用机车信号+LKJ）LKJ轨道电路现在不用担心不小心越过停止信号了，但也没法超速开车了！•既有线现状，司机按地面信号显示行车；储存线路数据，识别地面信号，校准列车位置，列车运行监控记录装置（LKJ）负责超速防护。CTCS0级的控制模式采用速度—距离模式曲线控制，它在既有地面信号设备的基础上，采取大贮存的方式把线路数据全部贮存在车载设备中，靠逻辑推断地址调取所需的线路数据，结合列车性能计算给出目标距离式制动曲线。CTCS1级（主体机车信号+LKJ）LKJ+主体机车信号轨道电路应答器看地面信号再也不费劲了，但不知道准不准？•司机按车载机车信号显示行车，全天候运行；•储存线路数据，识别地面信号，校准列车位置，LKJ负责超速防护。面向160km／h及以下的区段，在既有设备基础上强化改造，达到机车信号主体化要求，增加点式设备，实现列车运行安全监控功能。利用轨道电路完成列车占用检测及完整性检查，连续向列车传送控制信息。CTCSl级的控制模式为目标距离式，把线路数据全部贮存在车载设备中，靠逻辑推断地址调取所需的线路数据；在车站附近增加点式信息设备，传输定位信息。CTCSl级与CTCS0级的差别在于全面提高了系统的安全性，是对CTCS0级的全面加强。CTCS2级（轨道电路+点连式应答器+模式曲线控制）ATP车载设备轨道电路应答器车站列控中心LEU有源应答器发码如果处在机控优先的模式，我真是省心多了，区间地面信号也可以省了。只是应答器千万别丢了！！！•ATP按模式曲线控制列车减速和超速防护，全天候运行•应答器提供线路数据、位置、临时限速、进站信息，轨道电路提供前方信号空闲闭塞分区和道岔限速信息；列控中心控制有源应答器发送报文、轨道电路发码和信号降级。面向提速干线和高速客运专线；适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机。轨道电路完成列车占用检测及完整性检查，连续向列车传送列车前方轨道空闲数量；点式信息设备传输位置校正信息、进路参数、线路参数、临时限速等。CTCS2级采取连续式一次模式曲线控制系统，采取的闭塞方式可以称为准移动闭塞方式。CTCS3级（GSM-R+轨道电路+RBC+模式曲线控制）ATP车载设备轨道电路固定信息应答器车站联锁或执行装置我的移动授权和运行参数全部来自地面RBC，如果不担心丢了一节车和位置误差，真的连轨道电路和应答器也可以不要了！！！RBC无线闭塞中心•地面设备大大减少，易于维护；控制数据全部来自RBC，不用担心数据缺失，控制更有前瞻性。基于无线通信(如GSM-R)的列车运行控制系统，它可以叠加在既有干线信号系统上。轨道电路完成列车占用检测及完整性检查，点式信息设备提供列车用于测距修正。无线通信系统实现地—车间连续、双向的信息传输，行车许可由地面（列控中心）无线闭塞中心RBC产生，通过无线通信系统传送到车上。CTCS4级（GSM-R+GPS+RBC+模式曲线控制）ATP车载设备固定信息应答器车站联锁或执行装置不担心丢车，我真的能像开汽车一样驾驶火车了，前所未有的体验！！！RBC无线闭塞中心完整性检查装置GSM+GPS通信•完全基于无线控制，卫星定位，无须地面信号设备；车载列车完整性检查；实现移动闭塞，提高运输能力。由地面无线闭塞中心(RBC）和车载设备完成列车占用检测及完整性检查，点式信息设备提供列车用于测距修正。其他方式同CTCS3级系统。6.2CTCS-2列车控制系统在我国铁路既有线第六次提速中采用CTCS-2级列控系统，在动车组列车上装备CTCS-2级列控车载设备，在提速至200—250km／h线路区段进行CTCS-2级列控地面设备改造；200～250km／h客运专线也采用CTCS-2级列控系统；在300～350km／h客运专线CTCS-2级列控系统作为CTCS-3级列控系统的备用设备。6.2.1CTCS-2级列控系统总体构成CTCS-2是基于点式应答器、轨道电路传输列车运行控制信息的点-连式系统。地面设备由轨道电路、车站电码化传输连续列控信息，由点式应答器、车站列控中心传输点式列控信息。车载设备-由车载安全计算机(VC)、轨道电路信息接收模块(STM)、应答器信息接收模块(BTM)、人机界面(DMl)、速度传感器、列车接口单元(TIU)、运行记录单元(DRU)、轨道电路信息接收天线、应答器信息接收天线等部件组成。，根据地面设备提供的信息，生成控制速度和目标距离模式曲线，控制列车运行。同时，记录列控系统有关数据及操作状态信息实时动态记录。适用于区间ZPW-2000（UM）系列自动闭塞，车站计算机联锁或6502电气集中，行车指挥CTC或TDCS（原DMIS）。CTCS-2级列控系统结构示意图BTM:应答器信息接收模块;STM:轨道电路信息接收模块6.2.2CTCS-2级列控系统基本工作原理1）目标距离一速度控制原理目标－距离（Distancetogo）控制曲线，也称一次制动模式速度控制曲线。列控系统车载设备通过对列车行车许可、线路参数、列车信息的综合处理，生成目标距离模式曲线，监控列车安全运行。为计算得到速度监控曲线，由轨道电路发送行车许可和前方空闲闭塞分区数量信息，由应答器发送闭塞分区长度、线路速度、线路坡度等固定信息，列控车载设备接收上述信息，通过“前方空闲闭塞分区数量”和“闭塞分区长度”信息，获得目标距离长度，并结合线路速度、线路坡度和对应列车的制动性能等固定参数，实时计算得到速度监控曲线，并监控实际驾驶曲线处于速度监控曲线下方，保证列车安全运行。监控曲线45驾驶曲线200监控点SL(t)TD(t)TD(t+Δt)E(t):对测距误差、列车响应时间、列车制动等的补偿E(t)干预点地面信号曲线车载监控曲线车载计算目标距离TD(t)地面计算区间的占用无保护闭塞分区•目标-距离模式曲线2）CTCS-2级与CTCS-0级的切换原理动车组同时装备CTCS-0级和CTCS-2列控车载设备。列车在线路上运行时，中途不需要停车自动地完成CTCS-0级至CTCS-2级或相反过程的控车等级的切换。为此，在CTCS-2和CTCS-0级区段边界增设特殊用途的三组CTCS级间切换应答器。分别是正向预告点应答器、切换执行点应答器和反向预告点应答器。级间切换点一般选择在车站离去区段区间信号机(点)处。切换原理：级间切换应答器根据功能分别存储切换预告信息和执行信息，当列车通过预告点应答器时，列控车载设备接收到级间切换预告信息，提示列车司机准备开始切换，当列车越过切换执行点应答器后，开始执行自动切换动作。如果自动切换失败，或其他特殊情况下，司机可以根据列控车载设备指示，手动进行级间切换。预告点和执行点应答器信息互为冗余，只要一组应答器工作正常，就可以提供完整的级间切换信息。CTCS-2级（ATP)CTCS-0级（LKJ)主要内容列控车载设备的主要功能列控车载设备的主要技术要求列控车载设备的主要特点列控车载设备系统的总体构成系统结构主要控制模式（CTCS2-200H型车载列控系统工作模式）操作方式与动车组的接口CTCS级间转换接口“人控优先”及“机控优先”6.2.3CTCS-2车载设备配置及工作原理1）列控车载设备的功能1.轨道电路信息接收与处理，包括：行车许可、前方空闲闭塞分区数量、车站进路速度等信息。2．应答器信息接收与处理，包括：前方线路信息、列车位置、列车的运行方向、进路信息、临时限速信息等。3．测速测距，实时监测列车运行速度并计算列车走行距离，校正空转或滑行对测速测距的影响。4．超速防护，包括：动车组构造速度、线路允许速度、进路允许速度、临时限速和紧急限速。5．设备制动优先和司机制动