列控系统基础

CTCS2列Байду номын сангаас系统分为车载设备和地面设备两部分，地面设备又分 轨旁和室内设备两部分，其总体结构如下图所示。
调 调度 度中 中心 心CTC
车车务务终终端端 CTC 或TDCS 站机
车站 信号楼
车车站站列列控控中中心心
车车站站联联锁锁
LEU
轨Z轨P道W道2电0电0路0路
系统总体结构
地面应答器
CTCS2级列控地面设备
国外列控系统简介
法国高速铁路TGV区段的列控系统，车载信号设备采用 TVM300或TVM430，地对车的信息传输以无绝缘轨道电路 UM71为基础，该列控系统简称U／T系统。
日本于1964年开通了世界上第一条高速铁路-东海道新干线。 日本新干线现有的ATC系统普遍采用超前阶梯式速度监控，它 的制动方式是设备优先的模式，即列控车载设备根据轨道电路 传送来的速度信息，对列车进行减速或缓解控制，使列车出口 速度达到本区段的要求，它没有滞后控制所需的保护区段，在 线路能力上较滞后控制有所提高。
西方发达国家的列车运行控制系统应用比普 遍，各种速度的铁路都有应用，但在高速铁路上 的应用更显示出其高水平和具有代表性。目前， 高速铁路在欧洲和亚洲快速发展，已通车或正在 建设中的铁路多达几十条，其列控系统各不相同， 主要有法国U/T、日本ATC和数字ATC、德国 LZB80、欧洲ETCS等系统设备。
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。
CTCS等级划分
《CTCS技术规范总则》根据设备配置和功能需求确定了 CTCS0~ CTCS4共五个等级。
网络传输层
地面设备层
车载设备层
CTCS体系结构
我国CTCS列控系统简介
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、点式设备、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。
CTCS-3级：基于无线传输信息，并采用轨道电路检查列车占用的列 车运行控制系统，点式设备主要用于传送定位信息。CTCS3级列控 系统可叠加在CTCS2级列控系统上。
CTCS-4级：完全基于无线传输信息的列车运行控制系统。地面取消 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。
列控系统的分类
（1）按照地车信息传输方式分 连续式列控系统：车载设备可连续接收到地面列控设备的车-地
通信信息，是列控技术发展的主流。 点式列控系统：接收地面信息不连续，但对列车运行与司机操
纵的监督并不间断。如：瑞典EBICAB系统。 点-连式列车运行控制系统，如：我国CTCS2级， 轨道电路完
ETCS和CTCS简介
ETCS系统构成
地面子系统主要包括: (1)欧洲应答器(Eurobalise)； (2)轨旁电子单元(LEU)； (3)无线通信网络(GSM-R)； (4)无线闭塞中心(RBC)； (5)欧洲环线(Euroloop)； (6)无线注入单元(Radio in fill unit)。 车载子系统主要包括: (1) ERTMS/ETCS车载设备； (2)铁路无线移动通信系统(GSM-R)； (3)专用传输模块(STM,即Specific Trans-
CTCS-0级：由通用机车信号+列车运行监控记录装置组成，为 既有线系统，适用于列车最高运行速度为160km/h以下的区 段。
CTCS-1级：由主体机车信号+安全型列车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。
CTCS等级划分
CTCS-2级：基于轨道电路+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，地面可不设通过信号机。面向提 速干线和客运专线，适用于各种线路速度区段。
CTCS2级列控车载设备
车载设备由车载安全计算机、轨道信息接收单元 (STM)、应答器信息接收单元(BTM)、制动接口单元、记 录单元、人机界面(DMI)、速度传感器、BTM天线、 STM天线等组成。车载设备根据地面设备提供的信号动态 信息、线路静态参数、临时限速信息及有关动车组数据， 生成控制速度和目标距离模式曲线，控制列车运行。同时， 记录单元对列控系统有关数据及操作状态信息实时动态记 录。
CTCS是中国列车运行控制系统 （Chinese Train Control System）英 文缩写，它以分级的形式满足不同 线路运输需求，在不干扰机车乘务 员正常驾驶的前提下有效地保证列 车运行的安全。
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。如右图所示。
铁路运输管理层
mission Modules)。
ETCS的分级
ETCS一级：地面信号＋查询应答器＋轨道电路。 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。
地面设备由车站列控中心，地面电子单元(LEU)、点式 应答器、ZPW-2000(UM)系列轨道电路、车站闭环电码化、 车站计算机联锁等组成。轨道电路、车站电码化传输连续列 控信息，点式应答器、车站列控中心传输点式列控信息。
列控中心的硬件设备结构要求与车站计算机联锁相同， 采用联锁列控一体化结构，根据列车占用情况及进路状态， 通过对轨道电路及可变应答器信息的控制产生行车许可信息， 及进路相关的线路静态速度曲线，并传送给列车。
ETCS的分级
ETCS三级：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。
我国CTCS列控系统简介
国外列控系统简介
德国LZB系统是基于轨道电缆传输的列控系统，是世界上首 次实现连续速度控制模式的列控系统，技术上是成熟的。1965年 在慕尼黑—奥斯堡间首次运用，德国已装备了2000km铁路线， 1992年开通了西班牙马德里—塞维利亚471km高速线。
欧洲是世界轨道交通最发达的地区，欧洲现有的列车运行控 制系统种类繁多。为克服欧洲各国信号制式复杂、互不兼容，保 证高速列车在欧洲铁路网内互通互行，在欧洲共同体的支持下， 欧洲各信号厂商联合制订ERTMS/ETCS技术规范。 ERTMS/ETCS是一个先进的列车自动防护（ATP-Automatic Train Protection）系统和机车信号（Cab Signaling）技术规范， 安装符合ERTMS/ETCS技术规范的列车运行控制系统，不仅能提 高列车的安全性，并且能够在欧洲境内穿越过境时实现互通营运。
CTCS列控系统结构
列车
机车乘务员
输入模块
测速模块入模 块
点式信息接收 模块
输出模块
人机界面
车载安全计算机
连续信息接收 模块
无线通信模块
运行管理 记录单元
设备维护 记录单元
车载设备
点式 设备
轨道 电路
无线通信模 块
列控中心
地面设备
联锁设备 调度集中系统
GSM-R 维护管理中心
相邻列控中心
CTCS2级列控系统
一个闭塞分区规定一个目标速度，而是 向列车传送目标速度、列车距目标的距 离的信息。列车实行一次制动控制方式。 列车追踪间隔可以根据列车制动性能、 车速、线路条件调整，可以提高混跑线 路的通过能力。这种方式称为目标速度 -目标距离方式(DISTANCE TO GO)， 是一种更理想的运行控制模式。
目标距离曲线控制方式
列控系统的分类
（4）按照闭塞方式分： 固定闭塞列控系统。 移动闭塞列控系统。 （5）按照功能、人机分工和自动化程度分： 列车超速防护（Automatic Train Protection 简称 ATP）系统。 列车自动控制（Automatic Train Control 简称ATC）系统。 列车自动运行（Automatic Train Operation 简称ATO）系统。
CTCS2级列控地面设备
轨道电路采用ZPW-2000系列轨道电路，完成列车占用检测及列车 完整性检查，连续向列车传送允许移动控制信息。
站内轨道电路：车站正线及股道采用与区间同制式的轨道电路。 点式应答器：采用电气特性与欧洲ETCS技术规范相同的大容量应 答器。固定应答器设于各闭塞分区人口处，如：车站进站信号机、出 站信号机及区间信号点，用于向车载设备传输定位信息、进路参数、 线路参数、限速和停车信息等；可变点式应答器设于进站口，当列车 通过该应答器进站停车时，应答器向列车提供地面应答器编号、至出 站点的链接信息、接车进路线路参数，包括：目标距离、线路坡度、 线路限速、信号机类型和轨道电路载频等信息以及接车进路区域临时 限速值。
成列车占用检测及完整性检查，连续向列车传送控制信息。点 式信息设备传输定位信息、进路参数、线路参数、限速和停车 信息。
列控系统的分类
（2）控制模式分 阶梯控制方式
阶梯控制方式又分为出口速度检查方式，入口速度检查方式。 速度-距离模式曲线控制方式
采用速度-距离模式的列控系统，如德国LZB系统，日本新 干线数字ATC系统。 （3）按照人机关系分 设备优先控制方式。如：日本新干线ATC系统。 司机优先控制方式，如：法国TVM300／430系统、德国LZB系统。
列控关键技术
列车测速的方法主要包括以下几种：测速电机方 式、脉冲转速传感器方式、雷达测速方式等
列车定位的方法包括：GPS全球定位、轨道电路 绝缘节定位、计轴器定位、查询应答器定位和轨 道环线定位等。
车地信息传输技术包括：点式传递信息方式、连 式传递信息方式和点连式传递信息方式。
国外列控系统的发展情况
列控系统的速度控制方式
阶梯式速度控制 特点： 1. 前后车均以闭塞分区单位进行定位； 2. 在闭塞分区内，车载设备以一个允许速度防护列车； 3. 闭塞分区长度按最差列车制动性能设计
出口速度检查控制方式
入口速度检查控制方式
列控系统的速度控制方式
目标-距离模式曲线 目标-距离模式曲线控制不再对每
ETCS的分级
ETCS二级：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。
列车运行控制系统
背景
随着人们对铁路运输要求的提高，列车运行速度越来 越高，列车运行间隔越来越短，保证运输安全的问题也越 来越突出。完全靠人工瞭望、人工驾驶列车已经不能保证 行车安全了，即使装备了机车信号和自动停车装置，也只 能在列车一般速度运行条件下保证安全，无法实现高速列 车的安全保证，因为它们不能完成防止超速行车和冒进信 号的现象。因此，需要列车运行控制系统，实现对列车间 隔和速度的自动控制，进一步提高运输效率，保证行车安 全。
列车运行控制系统的定义
列控系统的定义：由列控中心、闭塞设备、地面信号设备、 地车信息传输设备、车载速度控制设备构成的用于控制列车 运行速度保证行车安全和提高运输能力的控制系统。
列控系统是车站、区间、列车运行控制和行车调度指挥 的自动化集成技术系统，是对铁路信号、列车牵引、车辆制 动和轨道线路等交叉学科相关内容进行整合的机电一体化系 统。它冲破了功能单一、控制分散、信号相对独立的传统技 术理念，推动了铁路信号技术向数字化、智能化、网络化和 一体化的方向发展。