高速铁路列控发展现状及

1高速铁路列控发展现状及对策2国外高速铁路列控系统及发展随着《中长期铁路网规划》的逐步实施，武(汉)-广(州)、郑(州)-西(安)、石(家庄)-太(原)等客运专线，京(北京)-津(天津)城际铁路先后立项开工建设，我们有必要借鉴国外高速铁路建设的经验，修建我国高水平、高质量的客运专线。3国外高速铁路列控系统及发展世界各国高速铁路采用的列控系统，主要有日本新干线的ATC，法国TGV铁路使用的TVM300和TVM430系统，德国和西班牙高速铁路使用的LZB系统，意大利高速铁路的9码列车自动控制系统及瑞典铁路的EBICA900系统。在亚洲，韩国高速铁路采用了法国的TVM430系统，台湾高速铁路则采用了日本新干线的数字ATC系统。4已运营的高速铁路列控系统分析表设备名称法国TVM300法国TVM430德国LZB日本ATC运行速度最高:270km/h最高：320km/h最高：270km/h最高：270km/h运营里程850km150km432km1831.5km闭塞方式固定闭塞固定闭塞固定闭塞固定闭塞制动模式分级阶梯滞后式分级连续式连续速度控制式分级阶梯超前式控制方式人控为主，设备为辅人控为主，设备为辅可实行自动控制设备控制为主，人控为辅安全信号传输媒介：无绝缘模拟轨道电路方向：地对车单方向载频：1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz信息量：18个媒介：无绝缘数字轨道电路方向：地对车单方向载频：1700Hz、2000Hz2300Hz、2600Hz信息量：27bit媒介：数字轨道电缆方向：地－车间双方向载频：36±0.4kHz56±0.2kHz信息量：83.5bit媒介：有绝缘模拟轨道电路方向：地对车单方向载频：750Hz、850Hz900Hz、1000Hz信息量：10个其它信号传输媒介：环线、应答器方向：地对车或车对地单向媒介：应答器、无线数传方向：地－车双方向媒介：应答器、无线数传方向：地－车双方向媒介：应答器、无线数传方向：地－车间双方向列车定位轨道电路、车载测距轨道电路、车载测距电缆交叉、车载测距轨道电路、车载测距区段占用无绝缘模拟轨道电路无绝缘数字轨道电路有绝缘模拟轨道电路设备组成轨道发送单元；轨道接收单元；电缆匹配单元；电绝缘节；补偿电容。地面控制中心；轨道发送单元；轨道接收单元；电缆匹配单元；电绝缘节；补偿电容。地面控制中心；轨道发送单元；轨道接收单元；电缆匹配单元；轨道电缆。轨道发送单元；轨道接收单元。设备器件晶体管分立元件小规模集成电路大规模集中电路超大规模集成晶体管分立元件小规模集成电路晶体管分立元件小规模集成电路5最近几年高速铁路列控系统的发展情况•随着西欧各国国际交往的不断增加和日益频繁，开行跨多国铁路运输的列车已逐渐成为广大成员国的共识。•但面临各国不同的铁路管理系统和列控系统，将成为开行跨国列车迫切需要解决的问题。6最近几年高速铁路列控系统的发展情况欧洲高速铁路的ERTMS系统1990年，欧洲执委会向欧盟申请协调泛欧高速铁路网有关技术标准。此后，国际铁盟出面组织，西欧各国铁路、研究机构、信号制造厂商等部门抽调专家，组成专家组，共同开始了技术标准的研究。7欧洲高速铁路的ERTMS系统经过5年的研究，专家组提出了统一欧洲信号技术的铁路运营管理系统（简称ERTMS）/列车控制系统（简称ETCS）标准。1996年由法国、德国和意大利三国发起创建欧洲ERTMS/ETCS用户组织。用户组织的工作直接推动和影响着技术标准及产品向实际应用的发展。为了实现泛欧高速铁路网的信号系统标准的统一，1990年以来，对ERTMS系统进行研发和试验等的投资已超过5.5亿欧元。8ERTMS项目用户组进展的大致情况如下所列年代内容1995年德国联邦铁路DB、意大利国家铁路FS、法国国营铁路SNCF创立了ERTMS用户组织1996年欧盟委员会通过了在泛欧高速铁路网互通运营的96/48EC指令；为建设试验段招标1997年选择中标商，开始建设试验段；荷兰铁路、西班牙国营铁路加入，成为用户组正式成员1998年英国Railtrack铁路公司加入，成为用户组正式成员1999年开始将欧盟96/48EC指令纳入国家法律（德国于1999年通过立法）9ERTMS项目用户组进展的大致情况如下所列2000年用户组织成员国铁路部门、信号系统供货商签署了采用UNISIG第一级规范的意向书2001年进行规范测试和实验室测试；各成员国正式通过互通性技术规范TSI（根据96/48EC指令制订）和运用操作规范2002年进行现场测试，验证ETCS-1、-2的规范，通过认证过程2003年开始线路上ERTMS/ETCS的商业运行10欧洲国家采取的策略ETCS项目推动了欧洲铁路通信信号技术标准的统一。目前，该技术标准完全开放，参与开发研究的有西欧各国铁路运营商和欧洲六大跨国信号集团公司。2001年，欧盟已经正式通过法律，要求今后新建的高速铁路线，采用ERTMS/ETCS技术标准的产品作为列车控制系统。在这一基础上，欧洲正在建设的路网，均按照该项法令对采用新系统作出规划。11欧洲国家采取的策略意大利路网公司介绍，正在建设的高速铁路将全部采用ETCS-2技术系统。在铁路部门的安排下，阿尔斯通与西门子公司在意大利佛罗伦萨—阿雷佐地区建设了两个试验段，对系统各个部件进行综合集成，并安排现场试验，验证RBC/GSM-R、RBC/联锁系统、车载设备等子系统间的接口，开展系统的功能和运行实验。试验自2000年开始，2003年底还要在罗马—那不勒斯线路上再进行运用前的试验，目前已开通使用。12欧洲国家采取的策略西班牙马德里—巴塞罗那高速铁路的列车控制技术采用ERTMS/ETCS系统，要求按照ERTMS系统需求规范的第一级第2.2.2版本的标准配置列车控制系统。此外，还要根据西班牙制订的有关铁路信号的国家标准，在ERTMS系统中适应本国原有信号制式的主要技术标准。13欧洲国家采取的策略模式运行需要系统产品备注使用GSM-R连续传输最高运行速度为350公里/小时，行车间隔2’30’’ETCS2无线闭塞中心全部监控闭塞区间长为1.5公里使用欧洲点式应答器间歇传输（备用）最高运行速度为300公里/小时，行车间隔5’30’ETCS1SEI、道旁单元、欧洲点式应答器ETCS2的备用系统，闭塞区间长6公里对未装备ETCS车载设备列车的备用方案最高运行速度为220公里/小时，行车间隔8’ASFASEI、ASFA+道旁信号机闭塞区间长为6公里14欧洲国家采取的策略由于高速铁路线路采用的ETCS-2系统以GSM-R无线通信系统作为行车信息传输通道，在世界各国尚无使用先例，西班牙铁路在设计时考虑到现状，采用了欧洲ETCS-1/ETCS-2重叠覆盖的方式。系统工作正常时，列车在ETCS-2指挥下运行，可实现2.5分钟最小行车间隔；当无线通信GSM-R系统出现故障时，ETCS-1系统为运行列车提供行车指令与信息，最小行车间隔5分钟。日常工作时，两套系统并行运行，其识别及使用的确认由车载设备中软件完成。15欧洲国家采取的策略正在开工建设的法国TGV东部线，法国国营铁路公司SNCF与CSEE公司在TVM430的基础上，共同开发了TVM/ETCS双模制式车载列控设备，该系统可以兼容UM71/UM2000轨道电路的信息，构成一套列控系统，也可以与ETCS系统组成一套列控系统。新系统的开发应用，既解决了法国原有高速铁路技术标准的与ETCS系统的兼容问题，也使法国传统的基于轨道电路的列车控制系统找到了与欧洲统一标准的结合点。16列控系统的发展是根据技术创新、发展和高速铁路建设的需要得以发展的。大体可以概括为以下几点：•高速铁路列车控制系统的发展与高速铁路建设同步，长期以来，形成以轨道电路、轨道电缆为基本传输媒介的可靠系统，这项传统技术正在从模拟向数字化技术发展；•高速铁路列控近期的发展目标是实现连续速度控制的一次制动模式；17列控系统的发展是根据技术创新、发展和高速铁路建设的需要得以发展的。大体可以概括为以下几点：•传统的轨道电路难以突破列控实现一次制动模式对信息传输的要求，各国均在探讨新的解决办法，出现了点式应答器、点式环线以及车载微机存储等多种方式；•20世纪高速铁路的列车控制系统，是以国家铁路为标准制订的系统，出现了UM71/TVM430、LZB、新干线ATC等4~5种不同的系统，无法形成大工业体系的世界性标准；18列控系统的发展是根据技术创新、发展和高速铁路建设的需要得以发展的。大体可以概括为以下几点：•欧盟支持的ERTMS/ETCS系统，是根据高速铁路发展的需要而开发的泛欧标准。欧洲原有的UM/TVM、LZB等列控系统标准，都将被这一系统所取代。最近除了欧洲各国大规模开展试验及商业应用以外，印度已经着手建设试验段，欧洲点式应答器也已经安装在美国东北走廊的AMTRACK高速铁路上。21世纪的前10年，高速铁路列控系统的主流产品将仅有ETCS和数字ATC两个标准的系统。19借鉴ETCS方式的设计思想•在研究列控系统时，必须充分重视欧洲ETCS系统，它表明欧洲列控系统的发展方向，是欧洲多家著名公司合作的结果，其中“系统研究”、“功能叠加”和“滚动衔接”等设计思想是很值得我们借鉴的。20客运专线列控建议方案•方案1：ETCS-2+CTCS-2采用基于GSM-R无线传输方式的ETCS-2和ZPW-2000轨道电路与点式应答器构成的CTCS-2组成的冗余配置的列控系统；车上安装安全型智能车载设备，实现目标距离连续速度控制模式。21客运专线列控建议方案•方案1：ETCS-2+CTCS-2CTCS-2系统与既有200km/h提速线列控系统兼容，同时作为ETCS-2系统的备用系统，CTCS-2系统中的轨道电路、点式应答器等在ETCS-2系统中作为列车占用检查和列车定位对标的平台。22客运专线列控建议方案•方案1：ETCS-2+CTCS-2方案优点：欧洲列车控制系统ETCS-2产品可由国际上六家知名信号厂商供货，有利于竞争招标，欧洲新建高速铁路项目已经定位于该系统，具备后续发展的技术支撑，系统的技术标准公开，易于国产化。23客运专线列控建议方案•方案1：ETCS-2+CTCS-2方案缺点：尚缺在高速线上大量投入商业运营的经验，兼容国内既有线信号制式需联合开发。24客运专线列控建议方案•方案2：法国U/T&ETCS双标准系统系统采用UM2000数字编码轨道电路提供地对车控制信息的单向安全传输，车上安装TVM430/ETCS-2双标准的智能型车载设备，既可兼容U/T系列轨道电路，实现分级连续速度控制，又可适应基于GSM-R无线传输的ETCS-2级系统，实现目标距离连续速度控制模式。25客运专线列控建议方案•方案2：法国U/T&ETCS双标准系统方案优点：该系统中，其U/T部分在法国高速铁路已有成熟的运用经验。方案缺点：该方案仅法国一家供货商，技术标准不公开。26客运专线列控建议方案•方案3：日本数字ATC系统列控系统基于I-ATC数字编码轨道电路提供地对车安全信息，应用车载设备储存信息和地面点式应答器，实现目标距离连续速度控制。27客运专线列控建议方案•方案3：日本数字ATC系统方案优点：系统为日本高速列控的先进技术，并且已经正式投入运营。方案缺点：系统基于兼容日本既有信号制式，采用有绝缘轨道电路，技术标准不公开，与我国既有线信号制式不兼容。28ETCS-2+CTCS-2列控系统构成•CTCS-系统的构成由车站列控中心、ZPW-2000轨道电路、点式应答器设备及车载列控设备等组成。•ETCS-2系统的构成在CTCS-2基础上，增加RBC无线闭塞中心、GSM-R无线通信网络、无线通信传输模块及车载无线接收模块等设备。29邻站控制中心车载设备机车乘务员车站控制中心点式设备人机界面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连续信息接收模块无线通信模块维护管理中心GSM-R设备维护记录单元车载安全计算机调度集中系统无线闭塞中心相邻无线闭塞中心广域网轨道电路无线通信道岔单元30列控系统地面设备组成及主要功能