中国铁路列控系统现状及发展_刘虎兴
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今天 , 随着既有线提速 、 准高速及客运专线的 开工建设 , ATP 在保证列车安全运行方面显得尤为 重要 。事实证明 , 在列车高速运行的条件下地面信 号难以辨认 , 没有 ATP 的车载信号方式难以适应 缩小的行车间隔 。以地面自动闭塞为基础 , 以车载 信号为行车凭证的列车运行控制系统势在必行 。 目 前我国铁路信号领域能适应的客运专线 、 高速铁路 以及地铁运输需要的列控系统相对落后 , 已经成为
关键词 :铁路 列车控制 建议 Abstract :The development of CTCS evolved with turns and twists .Based on thorough analysis , the experience and lesson about the development of ATP in our country over the past decades were sumed up .And new technologies imported required researching enthusiastically .Also a proposal of constituting hierarchical configuration to develop CTCS were put forward . Key words:Railway , Train control , Proposal
LSK 系统 由主机 、 速差 式显示 器 、 信 号感 应 器 、 速度传感器以及相应的按钮 、 开关等接口单元 组成 。 系统采用 3U 结构 , 双机 (A 机 、 B 机) 冗 余方式 , 主机系统包括电源 、 信息接收和速度控制 单元 。系统可以接收地面 UM71 连续信息 、 点式信 息和移频信息 , 根据列控要求显示目标速度和色灯 信号 , 并给出语音提示 。 系统实时监测并显示列车 速度 , 对于不同的信号命令采取相应的控车模式 。 无论在任何情况下 , 只要列车速度超过信号的限制 速度时 , 设备即采取有效的减速措施 , 保证列车运 行的绝对安全 。 与此同时 , LCF 列车超速防护系统 在京九线进行了功能试验 。
DO I :10.13879/j .issn1000 -7458.2003.02.001
专论与综述
中 国铁路列控系统现状及发展 ——— 刘虎兴 , 范 明
中国铁路列控系统现状及发展
刘虎兴＊ 范 明＊＊
摘要 :中国铁路列控系统 (CTCS)的发展经历了一个漫长而曲折的过程 , 对这一过程进行了全 面分析 , 提出应认真总结几十年来我国 ATP 发展的经验教训 , 积极研究引进的新技术 。并提出 实行等级配置的 CTCS 发展建议 。
1995 年以后 , 由列车运行记 录器发展起来 的 列车运行监控装置 , 以其特有的车载线路数据存储 方式 , 受到应 用主管部门的肯 定并迅速在全 路推 广 。 至目前 , LKJ-93 监控装置加通用式机车信号的 车载控制模式已覆盖全路绝大部分机车 (包括时速 200km/h 的高速列车)。 2001 年 , LKJ-93 的替 代产 品 LKJ-2000 车载控制设备投入使 用 , 监控模 式在 我国进一步发展 。但这种控制方式与国际公认的超 速防 护系统存在一定距离 :作为 LKJ 控制 的基础 ———机车信号 (连续信息接收)系统 , 尚不能达到 主体化的要求 ;作为连续 信息的补 充 ———点式 信 息 , 尚未在列控系统中广泛采用 ;作为安全的控制 输出 , 还必须依赖司机的正确操作 ;等等这些 , 将 是安全隐患 , 并随列车速度的提高而突出 。 作为超 速防护系统 , 如基本功能 、 人机界面 、 相应的规范 和标准不完善 ;管理者 、 研制者 、 使用者和维护者 认知水平存在较大差异 , 将很难使我国铁路列控系 统的研究达到一个新层次 。
中 国铁路列控系统现状及发展 ——— 刘虎兴 , 范 明
图 1 LEVEL0 (点-连模式) 系统构成
在轨道电路传输特性差 、 邻线干扰 、 半边侵入和低 频信息不统一等问 题 , 特别是 不具备断轨检 查功 能 , 甚至移走一段钢轨 , 信号仍能开放 。此外 , 丧 失分路 、 邻线干扰导致机车信号升级时有发生 , 安 全上存在一定隐患 。 关于站内电码化方面 , 我国目 前多数站内轨道电路制式与区 间轨道电路制 式不 同 , 站内轨道电路频率单一 , 只具有列车占用检查 功能 。 为保证机车信号在站内接收信息的连续性 , 对站内正线和股道进行了电码化改造 。 目前的站内 电码化存在三大问题 :一是不能形成闭环检查 ;二 是侧线接发车尚未做到进路电码化 ;三是为满足调 车作业需要 , 站内轨道区段过多过短 , 当列车速度 超过一定值时 , 信息接收完整性无法保证 , 机车信 号容易出现掉码闪白灯问题 。 关于主体化机车信号 与 ATP 同步发展问题 , 中华人 民共和国 《铁 路技 术管理规程》 第 92 条明确定义 :“作为行车凭证的 机车信号为主体机车信号 , 是由车载信号和地面信 号设备 共 同构 成的 系统 , 必 须符 合 故障-安 全 原 则 。” ATP 车载系统是由信息接收 、 显示和车载信 息交互以及列车速度控制三大部分组成 , ATP 与机 车信号是包容关系 。主体化机车信号是 ATP 系统 中最重要的组成部分 , 其实质内涵是能够满足以设 备为主的 ATP 系统要求 。 机车信号主体化的外部 特征是 :作为行车凭证 、 速差式信号显示 、 符合故 障导向安全原则 。 机车信号主体化的基本条件是 : 信息的连续性 、 高可靠性和高安全性 , ATP 的发展 应当与机车信号主体化研究同步进行 。 因此 , 实现
2 发展中国铁路列控系统的总体原则
根据我国路情 , 借鉴国内外经验 , 多方合作 , 确定总体技术方案 , 实行等级配置 。
3 分级建议
参照 ERTMS/ ETCS 规范 , 建议我国铁路列控系 统分级如下 。
0 级 :适用于既有线改造 。 针对我国主要干线 信号装备现状 , 在不改变现有运行模式下强化设备 改造 。 因为目前我国铁路区间交流计数自动闭塞有 3 100 多 km , 极频自动闭塞有近 1 700 km , 4 信息 移频 4 500 多 km , 这些制式存在信息量不足 、 应变 时间过长 、 抗干扰能力差 、 不适应电气化等问题 。 18 信息移频自动闭塞设备采用了大规模集成电路 和 CPU 技 术 , 信 息 量 达 到 了 18 个 , 与 20 世 纪60年代末相比 , 技术上有了很大进步 , 但仍存
目前中国铁路营业里程 7 万多 km , 其中自动 闭塞区段 2 万多 km , 半自动闭塞区段 4 万多 km , 居世界第三 , 亚洲第一 。 我国铁路运输特点是客货 列车混跑 、 不同速度列车共线运行 ;高密度 、 大重 量运输和地面信号制式混杂 、 线路限速多样 , 其运 输强度和复杂度为世界之最 。 在这种复杂的运用模 式下 , 没有适合中国国情的列车运行控制系统 , 要 保障运输的安全和高效是根本不可能的 。
郑武线站内高压不对称脉冲轨道电路与 UM71 不匹 配 、 与列车制动的接口较简单 , 只采用了紧急制动 方式等等 , 使得在法国时速 300 km/ h 高速列车上 成功运用的 TVM300 系统 , 在中国时速 120 km/h 的 列车上运用并不理想 。 因此 , 这方面的经验和教训 值得认真总结 。
1985 年我国开始酝 酿引进国外的 无绝缘轨道 电路和车载 ATP 系统 。郑武线电气化工程中率先 引进 UM71 无绝缘轨道电路自动闭塞和 TVM300 超 速防护系统 , 推动了我国多信息速差式自动闭塞和 列车超速防护的发展 。 郑武线的引进不仅使我们接 触到国外的先进技术 , 更主要的是学 习到新的理 念 。作为车载超速防护的基础 ———地面 UM71 系统 以及国产 化的 UM71 系列设备 , 随着郑 武 、 京郑 、 广深 、 哈大 、 武广 、 京山 、 沈山等繁忙干线的成功 运用 , 以 其轨道电路可 做到一次调整 、 有断轨检 查 、 抗干扰性强和工作稳定等显著优势 , 得到用户 的广泛认可 , 逐步成为我国铁路自动闭塞制式的主 流 。同样受中国国情所限和诸多非技术原因 , 如 ,
新事物的诞生伴随着旧事物的消亡 , 我国自动 闭塞的发展将逐步淘汰旧制式 , 如极频 、 交流计数 等 , 加快发展经实践证明了的新型自动闭塞系统 , 并逐步在干线上实现制式的统一 。车载设备应按层 次不同配置不同 。 对于列车超速防护系统 , 机车信 号显示器宜采用速度信号取代色灯信号 ;系统不因 人为介入而安全失效 ;有良好的人机界面 ;司机凭 车载信号行车 (在地面保证条件下), 设备不干预 司机正常操作 ;由过去对列车的开环控制发展到闭 环控制 。 机车信号主体化由车载及地面设备组成 , 它将是车站联锁及区间自动闭塞技术的延伸 。
—2 —
制约发展的瓶颈 。 随着既有线提速 、 高速线 、 客运 专线及青藏线开工建设需要 , 深入研究 ETCS 标准 并结合中国铁路现状提出适合中国国情的 CTCS 标 准已成为当务之急 。
未来铁路的发展是面向高速 、 安全 、 高效和一 体化 (区 间-车 站一体化 、 地面-车载 一体化)。 无 论是基于轨道电路的列车运行控制系统 (TBTC), 还是基于无线通信的列车运行控制系统 (RBTC), 都应保障列车高速高效安全地运行 。 而一体化 、 数 字化 、 网络化 、 智能化等高新技术是系统的核心 。
安全和效率是铁路运输生产永恒的主题 , 通信 信号系统就是这个 主题的重要组 成部分 。 日 本于 1964 年交付使用 了世界上第一条高速铁路 ———东 海道新干线 , 其以机控为主 、设备优先的列车自动控 制系统 , 使列车在高速度 、高密度运行的条件下 , 安 全运行 30 多年 。法国的 UT 列车超速防护系统在法 国有着成熟的运用经验 。 我国的郑武 、京郑线引进 了UM71-TVM300 系统 , 加 快了 我国列 控技 术的 发 展 。目前 , 秦沈客运专线引进的 TVM430-SEI 系统正 在秦沈线山绥试验段进行试验 , 将对我国自动闭塞 和列控系统的发展产生积极的影响 。
＊＊ 铁道 科学研究院 通信信号 研究所 研究员 , 100081 北京
大有好转 , 但还存在不少问题 。 随之国内多家单位 积极开展列车超速防护系统 (ATP)的研究 , 探索 中国铁路列控系统发展之路 。但是既有闭塞制式的 复杂多样性 , 大大增加了系统研制的难度 。特别是 既有观念上的束缚 , 使得列车超速防护系统的研究 止步于试验阶段 。
1 中国铁路列控系统发展回顾
回顾中国铁路列控系统的发展 , 20 世纪 80 年 代初 , 全路大部分机 车都安装 了机车 “三大 件” , 即机车信号 、 自动停车和无线列调 , 行车安全形势
＊ 北方
交通大学经
管学院
博士生
,
铁道科学 研究院通 信信号研 究所 研究 员 , 100081 北 京
基于无线移动通信的列车运行控制系统 , 可以 作为一项新技术开始研究 , 并在有条件的地区试验 , 如青藏线 。 通过试验比较 , 并建立一系列标准 , 从而 得出 ETCS 在中国的发展思路 。但这是一个中远期 目标 , 现阶段轨道传输仍将是各国列控系统发展的 主流 。 我们要认真总结几十年 ATP 发展的经验教 训 , 积极研究引进的新技术 , 使列车超速防护系统从 根本上保证安全 。
1995 年 , 国家 “八五” 攻关项目 “LSK 旅客列 车速度分级控制系统” 在广深线 160 ～ 200 km/ h 的
—1 —
铁道通信信号 2003 年第 39 卷第 2 期
列车上投入运营 , 对列车安全 、 高速地运行起到了 保障作用 。 LSK 系统作为我国自行研制的准高速旅 客列车超速防护系统 , 在 “人机联控 、 人控优先” 的设计原则下 , 综合信号安全 技术 、 机电控 制技 术 、 计算机和网络通信技术 , 以Biblioteka Baidu可靠性与故障安 全理论 , 构成新型人机关系的信号安全防护系统 , 并首次以车载信号作为行车凭证 , 实现了我国超速 防护系统历史性的突破 。
关键词 :铁路 列车控制 建议 Abstract :The development of CTCS evolved with turns and twists .Based on thorough analysis , the experience and lesson about the development of ATP in our country over the past decades were sumed up .And new technologies imported required researching enthusiastically .Also a proposal of constituting hierarchical configuration to develop CTCS were put forward . Key words:Railway , Train control , Proposal
LSK 系统 由主机 、 速差 式显示 器 、 信 号感 应 器 、 速度传感器以及相应的按钮 、 开关等接口单元 组成 。 系统采用 3U 结构 , 双机 (A 机 、 B 机) 冗 余方式 , 主机系统包括电源 、 信息接收和速度控制 单元 。系统可以接收地面 UM71 连续信息 、 点式信 息和移频信息 , 根据列控要求显示目标速度和色灯 信号 , 并给出语音提示 。 系统实时监测并显示列车 速度 , 对于不同的信号命令采取相应的控车模式 。 无论在任何情况下 , 只要列车速度超过信号的限制 速度时 , 设备即采取有效的减速措施 , 保证列车运 行的绝对安全 。 与此同时 , LCF 列车超速防护系统 在京九线进行了功能试验 。
DO I :10.13879/j .issn1000 -7458.2003.02.001
专论与综述
中 国铁路列控系统现状及发展 ——— 刘虎兴 , 范 明
中国铁路列控系统现状及发展
刘虎兴＊ 范 明＊＊
摘要 :中国铁路列控系统 (CTCS)的发展经历了一个漫长而曲折的过程 , 对这一过程进行了全 面分析 , 提出应认真总结几十年来我国 ATP 发展的经验教训 , 积极研究引进的新技术 。并提出 实行等级配置的 CTCS 发展建议 。
1995 年以后 , 由列车运行记 录器发展起来 的 列车运行监控装置 , 以其特有的车载线路数据存储 方式 , 受到应 用主管部门的肯 定并迅速在全 路推 广 。 至目前 , LKJ-93 监控装置加通用式机车信号的 车载控制模式已覆盖全路绝大部分机车 (包括时速 200km/h 的高速列车)。 2001 年 , LKJ-93 的替 代产 品 LKJ-2000 车载控制设备投入使 用 , 监控模 式在 我国进一步发展 。但这种控制方式与国际公认的超 速防 护系统存在一定距离 :作为 LKJ 控制 的基础 ———机车信号 (连续信息接收)系统 , 尚不能达到 主体化的要求 ;作为连续 信息的补 充 ———点式 信 息 , 尚未在列控系统中广泛采用 ;作为安全的控制 输出 , 还必须依赖司机的正确操作 ;等等这些 , 将 是安全隐患 , 并随列车速度的提高而突出 。 作为超 速防护系统 , 如基本功能 、 人机界面 、 相应的规范 和标准不完善 ;管理者 、 研制者 、 使用者和维护者 认知水平存在较大差异 , 将很难使我国铁路列控系 统的研究达到一个新层次 。
中 国铁路列控系统现状及发展 ——— 刘虎兴 , 范 明
图 1 LEVEL0 (点-连模式) 系统构成
在轨道电路传输特性差 、 邻线干扰 、 半边侵入和低 频信息不统一等问 题 , 特别是 不具备断轨检 查功 能 , 甚至移走一段钢轨 , 信号仍能开放 。此外 , 丧 失分路 、 邻线干扰导致机车信号升级时有发生 , 安 全上存在一定隐患 。 关于站内电码化方面 , 我国目 前多数站内轨道电路制式与区 间轨道电路制 式不 同 , 站内轨道电路频率单一 , 只具有列车占用检查 功能 。 为保证机车信号在站内接收信息的连续性 , 对站内正线和股道进行了电码化改造 。 目前的站内 电码化存在三大问题 :一是不能形成闭环检查 ;二 是侧线接发车尚未做到进路电码化 ;三是为满足调 车作业需要 , 站内轨道区段过多过短 , 当列车速度 超过一定值时 , 信息接收完整性无法保证 , 机车信 号容易出现掉码闪白灯问题 。 关于主体化机车信号 与 ATP 同步发展问题 , 中华人 民共和国 《铁 路技 术管理规程》 第 92 条明确定义 :“作为行车凭证的 机车信号为主体机车信号 , 是由车载信号和地面信 号设备 共 同构 成的 系统 , 必 须符 合 故障-安 全 原 则 。” ATP 车载系统是由信息接收 、 显示和车载信 息交互以及列车速度控制三大部分组成 , ATP 与机 车信号是包容关系 。主体化机车信号是 ATP 系统 中最重要的组成部分 , 其实质内涵是能够满足以设 备为主的 ATP 系统要求 。 机车信号主体化的外部 特征是 :作为行车凭证 、 速差式信号显示 、 符合故 障导向安全原则 。 机车信号主体化的基本条件是 : 信息的连续性 、 高可靠性和高安全性 , ATP 的发展 应当与机车信号主体化研究同步进行 。 因此 , 实现
2 发展中国铁路列控系统的总体原则
根据我国路情 , 借鉴国内外经验 , 多方合作 , 确定总体技术方案 , 实行等级配置 。
3 分级建议
参照 ERTMS/ ETCS 规范 , 建议我国铁路列控系 统分级如下 。
0 级 :适用于既有线改造 。 针对我国主要干线 信号装备现状 , 在不改变现有运行模式下强化设备 改造 。 因为目前我国铁路区间交流计数自动闭塞有 3 100 多 km , 极频自动闭塞有近 1 700 km , 4 信息 移频 4 500 多 km , 这些制式存在信息量不足 、 应变 时间过长 、 抗干扰能力差 、 不适应电气化等问题 。 18 信息移频自动闭塞设备采用了大规模集成电路 和 CPU 技 术 , 信 息 量 达 到 了 18 个 , 与 20 世 纪60年代末相比 , 技术上有了很大进步 , 但仍存
目前中国铁路营业里程 7 万多 km , 其中自动 闭塞区段 2 万多 km , 半自动闭塞区段 4 万多 km , 居世界第三 , 亚洲第一 。 我国铁路运输特点是客货 列车混跑 、 不同速度列车共线运行 ;高密度 、 大重 量运输和地面信号制式混杂 、 线路限速多样 , 其运 输强度和复杂度为世界之最 。 在这种复杂的运用模 式下 , 没有适合中国国情的列车运行控制系统 , 要 保障运输的安全和高效是根本不可能的 。
郑武线站内高压不对称脉冲轨道电路与 UM71 不匹 配 、 与列车制动的接口较简单 , 只采用了紧急制动 方式等等 , 使得在法国时速 300 km/ h 高速列车上 成功运用的 TVM300 系统 , 在中国时速 120 km/h 的 列车上运用并不理想 。 因此 , 这方面的经验和教训 值得认真总结 。
1985 年我国开始酝 酿引进国外的 无绝缘轨道 电路和车载 ATP 系统 。郑武线电气化工程中率先 引进 UM71 无绝缘轨道电路自动闭塞和 TVM300 超 速防护系统 , 推动了我国多信息速差式自动闭塞和 列车超速防护的发展 。 郑武线的引进不仅使我们接 触到国外的先进技术 , 更主要的是学 习到新的理 念 。作为车载超速防护的基础 ———地面 UM71 系统 以及国产 化的 UM71 系列设备 , 随着郑 武 、 京郑 、 广深 、 哈大 、 武广 、 京山 、 沈山等繁忙干线的成功 运用 , 以 其轨道电路可 做到一次调整 、 有断轨检 查 、 抗干扰性强和工作稳定等显著优势 , 得到用户 的广泛认可 , 逐步成为我国铁路自动闭塞制式的主 流 。同样受中国国情所限和诸多非技术原因 , 如 ,
新事物的诞生伴随着旧事物的消亡 , 我国自动 闭塞的发展将逐步淘汰旧制式 , 如极频 、 交流计数 等 , 加快发展经实践证明了的新型自动闭塞系统 , 并逐步在干线上实现制式的统一 。车载设备应按层 次不同配置不同 。 对于列车超速防护系统 , 机车信 号显示器宜采用速度信号取代色灯信号 ;系统不因 人为介入而安全失效 ;有良好的人机界面 ;司机凭 车载信号行车 (在地面保证条件下), 设备不干预 司机正常操作 ;由过去对列车的开环控制发展到闭 环控制 。 机车信号主体化由车载及地面设备组成 , 它将是车站联锁及区间自动闭塞技术的延伸 。
—2 —
制约发展的瓶颈 。 随着既有线提速 、 高速线 、 客运 专线及青藏线开工建设需要 , 深入研究 ETCS 标准 并结合中国铁路现状提出适合中国国情的 CTCS 标 准已成为当务之急 。
未来铁路的发展是面向高速 、 安全 、 高效和一 体化 (区 间-车 站一体化 、 地面-车载 一体化)。 无 论是基于轨道电路的列车运行控制系统 (TBTC), 还是基于无线通信的列车运行控制系统 (RBTC), 都应保障列车高速高效安全地运行 。 而一体化 、 数 字化 、 网络化 、 智能化等高新技术是系统的核心 。
安全和效率是铁路运输生产永恒的主题 , 通信 信号系统就是这个 主题的重要组 成部分 。 日 本于 1964 年交付使用 了世界上第一条高速铁路 ———东 海道新干线 , 其以机控为主 、设备优先的列车自动控 制系统 , 使列车在高速度 、高密度运行的条件下 , 安 全运行 30 多年 。法国的 UT 列车超速防护系统在法 国有着成熟的运用经验 。 我国的郑武 、京郑线引进 了UM71-TVM300 系统 , 加 快了 我国列 控技 术的 发 展 。目前 , 秦沈客运专线引进的 TVM430-SEI 系统正 在秦沈线山绥试验段进行试验 , 将对我国自动闭塞 和列控系统的发展产生积极的影响 。
＊＊ 铁道 科学研究院 通信信号 研究所 研究员 , 100081 北京
大有好转 , 但还存在不少问题 。 随之国内多家单位 积极开展列车超速防护系统 (ATP)的研究 , 探索 中国铁路列控系统发展之路 。但是既有闭塞制式的 复杂多样性 , 大大增加了系统研制的难度 。特别是 既有观念上的束缚 , 使得列车超速防护系统的研究 止步于试验阶段 。
1 中国铁路列控系统发展回顾
回顾中国铁路列控系统的发展 , 20 世纪 80 年 代初 , 全路大部分机 车都安装 了机车 “三大 件” , 即机车信号 、 自动停车和无线列调 , 行车安全形势
＊ 北方
交通大学经
管学院
博士生
,
铁道科学 研究院通 信信号研 究所 研究 员 , 100081 北 京
基于无线移动通信的列车运行控制系统 , 可以 作为一项新技术开始研究 , 并在有条件的地区试验 , 如青藏线 。 通过试验比较 , 并建立一系列标准 , 从而 得出 ETCS 在中国的发展思路 。但这是一个中远期 目标 , 现阶段轨道传输仍将是各国列控系统发展的 主流 。 我们要认真总结几十年 ATP 发展的经验教 训 , 积极研究引进的新技术 , 使列车超速防护系统从 根本上保证安全 。
1995 年 , 国家 “八五” 攻关项目 “LSK 旅客列 车速度分级控制系统” 在广深线 160 ～ 200 km/ h 的
—1 —
铁道通信信号 2003 年第 39 卷第 2 期
列车上投入运营 , 对列车安全 、 高速地运行起到了 保障作用 。 LSK 系统作为我国自行研制的准高速旅 客列车超速防护系统 , 在 “人机联控 、 人控优先” 的设计原则下 , 综合信号安全 技术 、 机电控 制技 术 、 计算机和网络通信技术 , 以Biblioteka Baidu可靠性与故障安 全理论 , 构成新型人机关系的信号安全防护系统 , 并首次以车载信号作为行车凭证 , 实现了我国超速 防护系统历史性的突破 。