CTCS-2列控系统简介1(2009-03-28 )
前 言
列车速度的不断提高，靠地面信号行车已不能保证行车安全，必须靠车载信号设备对列车实施运行控制，ATP已成为行车安全不可缺少的重要技术装备。20年纪90年代以来，世界范围内掀起了一个轮轨高速铁路建设的新高潮，其特点集中表现在高速度、高舒适度、高安全度和高效率。近年来，作为世界上铁路最发达的地区，欧洲铁路公司和信号公司在对各自的既有信号系统进行升级改造的同时，在欧盟委员会和国际铁路联盟的推动下，为信号系统的互联和兼容问题制定了相关的技术标准，并研制和开发了相关的产品，其中就包括列车运行控制系统——ETCS标准。 为推动我国铁路运输事业的发展，从2002年开始，铁道部就组织有关专家开始了中国列车运行控制系统（CTCS）相关技术标准的修订工作，并先后颁布了《CTCS 2级技术条件（暂行）》等一系列技术文件。目前，我国铁路在经历了先后五次的大提速后，列车最高运行速
度已经达到了每小时160公里，但铁路也始终面临着公路、航空等其他运输方式的激烈竞争。随着人们物质、文化、生活水平的提高，对铁路运输的效率、舒适和便捷程度都提出了更高的要求，铁道部于2005年提出了的第六次铁路提速的宏伟计划，要求在既有的七大干线上实现200km/h的客运列车运行速度，同时建设和开通铁路客运专线，进一步提高铁路运输服务的总体水平。
随着我国铁路跨越式发展战略的实施，实现全国铁路的第六次大提速，将列车最高运行速度提高到200km/h或更高，是进一步提高铁路运输服务总体水平，满足人民众日益增长的出行需求的重要举措。通过轨道电路完成列车占用和完整性检查，连续向列车传送控制信息，并采用大容量点式应答器向高速列车传送定位信息、进路参数、线路参数、限速和停车信息等，是CTCS2级确定的列车运行控制方式。
第1章 CTCS-2列控系统简介
1.1 相关名词
1. CTCS-2 Chinese Train Control System Level 2中国列车控制系统2级
2. ATP( Automatic Train Protection )列车自动防护
3. ETCS European Train Control System 欧洲列车控制系统
4. ATO（Automatic Train Operation）列车自动驾驶系统
5. ATS（Automatic Train Supervision）列车自动监控系统
6. CTC （Centralized Traffic Control）调度集中
7. LEU（Line side Electronic Unit）轨旁电子单元
8. ATC(Automatic Train Control) 列车自动控制系统
9. GSMR（GSM for Railway）铁路专用全球移动通信系统
10.LKJ 列车运行监控装置
1.2 概述
既有线提速、客运专线建设和高速铁路研究，对信号技术的发展既提出了新的挑战，也提供了难得的发展机遇。列车速度的不断提高，使得铁路信号技术发生了巨大变化。当列车速度大于160km/h后，必须由对列车的开环控制变为闭环控制。ATP已成为行车安全不可缺少的重要技术装备。ATP是由地面信号设备和车载设备共同组成的闭环高安全系统，是地面联锁向车载设备的延伸，在此基础上实现了以车载设备为主的行车方式。各国铁路在实施ATP过程中，都是以故障安全作为最重要的技术条件，将地面和车载设备按一个系统统一设计，同步进行技术更新或强化改造的，这样才能保证整个系统的高安全、高可靠性。通信信号一体化是现代铁路信号的重要发展趋势。实现对移动体的控制，移动通信是最便捷的手段。因此基于通信特别是基于无线移动通信的ATP是今后的重要发展方向。经历十几年的实践摸索、经验积累；并在欧盟的GSM-R/ETCS已进入实际运作阶段，给我们提供了良好的技术借鉴。在我国既有成熟信号系统技术设备基础上（如:自动闭塞、机车信号、车站联锁、调度集中等），通过适当增加其它信号设备（如：应答器、列控车载设备），构成具有先进连续速度控制功能并符合国际列控系统功能需求规范（ETCS）的列控系统。
1.3 ETCS系统及分级
1、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。
2、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。
3、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。
1.4 CTCS列控系统
1、定义
CTCS是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列车运行控制系统。
2、基本功能
(1)安全防护
在任何情况下防止列车无行车许可运行。油烟机油杯
防止列车超速运行。
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。
防止列车超过铁路有关运行设备的限速。
滑线导轨 防止列车溜逸。
测速环节应保证，一定范围内的车轮滑行和空转不影响ATP的功能，并具有轮径修正能力。
(2)人机界面
能够以字符、数字及图形等方式显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离。
能够实时给出列车超速、制动、允许缓解等表示以及设备故障状态的报警。
机车乘务员输入装置应配置必要的开关、按钮和有关数据输入装置。
具有标准的列车数据输入界面，可根据运营和安全控制要求对输入数据进行有效性检查。
人防堵漏
(3)检测功能
具有开机自检和动态检查功能。
具有关键数据和关键动作的记录功能及监测接口。
(4)靠性和安全性
按照信号故障导向安全原则进行系统设计。
采用冗余结构。
满足电磁兼容性相关标准。
3、CTCS体系结构
(1)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。
铁路运输管理层
网络传输层
地面设备层 车载设备层
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：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。
(2)系统构成
参照国际标准，结合国情，从需求出发，按系统条件和功能划分等级。CTCS体系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。
4 、CTCS 分级
列车运行控制系统包括地面设备和车载设备，根据系统配置按功能划分为5级。
(1)CTCS 0级
CTCS 0级为既有线的现状，由通用机车信号和运行监控记录装置构成。
(2)CTCS 1级
由主体机车信号+安全型运行监控记录装置组成。面向160km/h 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。
◇1地面子系统组成
轨道电路：完成列车占用检测及列车完整性检查，连续向列车传送控制信息；车站正线采用与区间同制式的轨道电路，侧线采用与区间同制式的叠加电码化设备。
点式信息设备：宜设置在车站附近，主要用于向车载设备传输定位信息。
◇2车载子系统组成
主体机车信号:完成轨道电路信息的接收与处理。
点式信息接收模块:完成点式信息的接收与处理。
安全型运行监控记录装置:实时检测列车运行速度，对列车运行控制信息进行综合处理，控制列车按命令运行。
(3)CTCS 2级
CTCS 2级是基于轨道传输信息的列车运行控制系统；CTCS 2级面向提速干线和高速新线，采用车-地一体化设计；CTCS 2级适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车。
◇1 地面子系统组成
列控中心:根据列车占用情况及进路状态计算行车许可及静态列车速度曲线并传送给列车。
轨道电路:完成列车占用检测及列车完整性检查，连续向列车传送控制信息。车站与区间采用同制式的轨道电路。
◇2车载子系统组成
连续信息接收模块：完成轨道电路信息的接收与处理。
ca1476 点式信息接收模块：完成点式信息的接收与处理。
测速模块：实时检测列车运行速度并计算列车走行距离。
设备维护记录单元：对接收信息、系统状态和控制动作进行记录。
车载安全计算机：对列车运行控制信息进行综合处理，生成控制速度与目标距离模式曲线，控制列车按命令运行。
yig滤波器 人机界面：车载设备与机车乘务员交互的设备。
运行管理记录单元：规范机车乘务员驾驶，记录与运行管理相关的数据。
预留无线通信接口。
(4)CTCS 3级
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CTCS 3级是基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统；CTCS 3级面向提速干线、高速新线或特殊线路，基于无线通信的固定闭塞或虚拟自动闭塞；CTCS 3级适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车。
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