高速铁路通信信号系统课件.ppt

高速铁路信号与通信,王金花武汉铁路职业技术学院电话Q：549879265,微机、控制、指挥、通信、信息Computer,control,command,communication，information,复习,闭塞是铁路上防止列车对撞或追撞（追尾）的方式，是铁路上保障安全的一个主要的方法之一。由于铁路车辆的制动距离较汽车长得多，当列车运行途中发现前方线路有危险状况时，大多数情况下都是来不及停车的，所以将铁道分为一个个区块（闭塞区间），同一个区间内不得驶入两列以上的列车以防止事故的发生，这就是闭塞，这种安全保障措施就叫闭塞方式，是铁路上列车安全运行的基本要求。早期闭塞技术的通常要求闭塞区间的长度不小于列车制动的安全距离。现代四显示色灯闭塞方式通常要求2个闭塞区间的长度不小于列车制动的安全距离。在闭塞方式发明以前，列车出发前和车站联络以后，照时刻表运行；但是当运行图无法精准确认的时候容易发生冲突，无法根本的防止追撞事故，所以开始研究闭塞方式作为预防方案了。,高铁信号工的一天,复习,历史1840年代以前，列车运行以“时间间隔法”来保证安全，即每趟列车发出以后，间隔一段时间才发出后一列车，但是这种方法无法防止列车因晚点或故障停车导致运行时间与运行图相差较大时容易发生的追尾事故。1842年英国发明的“空间间隔法”，以两车之间相隔一段距离的方法来保证安全，可以视为是现代闭塞技术的雏形。闭塞方式分类铁路的闭塞方式可分为人工闭塞、半自动闭塞、自动闭塞和移动自动闭塞。人工闭塞是以人工记录列车的运行位置和控制色灯信号机的闭塞方法。在发车前，接发车双方的车站或线路所共同确认闭塞区间是处于空闲状态，然后发车的车站或线路所使用路签机、路牌、路票等记录本段区间已经被占用，并把占用信息通过电话、电报等手段通知接车的车站或线路所。接车的车站或线路所有责任在列车到达后检查车辆到达编组是否完整，是否有部分车厢滞留在区间未到达。在列车到达前，发车车站应阻止后续运行的列车进入这一区间，接车车站应阻止反向运行的列车进入这一区间。,复习,半自动闭塞是以人工确认区间空闲，发车后由轨道电路判断车辆进入区间后自动把区间设置为占用状态的闭塞方法。车辆进入区间后，轨道电路会联锁控制色灯信号机，把占用信息通知到双方车站。车辆到达后，仍需要人工检查车辆到达编组完整，由人工把区间状态复原为空闲状态。自动闭塞是以计轴设备自动计算进入该区间的车轴数目和离开该区间的车轴数目，从而自动判断区间空闲状态的闭塞方法。车辆进入或离开区间将自动连锁控制色灯信号机的状态。,复习,闭塞系统分类铁路的闭塞技术可分为电话电报闭塞、电气路签路牌闭塞、继电半自动闭塞、单线计轴自动闭塞、双线单向自动闭塞、双线双向自动闭塞、移动闭塞等。人工闭塞电话电报闭塞是人工闭塞方式之一，即人工用电话和电报通知下一站区间占用状态。目前在干线上平时已不再使用，仅当闭塞设备、轨道电路、计轴设备等发生故障，自动闭塞或者半自动闭塞无法使用时，临时降级使用的闭塞方式。电气路签路牌闭塞只在单线铁路早期使用。在2008年初中国出现的冰雪灾害中，由于电力全部中断，铁路不得不再次使用人工闭塞，俗称“路票行车”的方式作业。半自动闭塞继电半自动闭塞是半自动闭塞技术之一，轨道电路与色灯信号机之间通过继电器连锁。是中国单线铁路区间闭塞的主要类型之一，目前正在逐步升级改造为单线计轴自动闭塞。,复习,自动闭塞单线计轴自动闭塞、双线单向自动闭塞和双线双向自动闭塞，均是以计轴设备为基础的自动闭塞技术。双线双向自动闭塞是为了解决在繁忙干线上的一条线路需要检修或养护时仍能够让列车双向通行的技术措施，地面信号机关闭，以机车信号来进行行车组织。这三种闭塞技术其中根据色灯信号机显示的状态数不同又分为三显示自动闭塞、四显示自动闭塞等，前者可预告列车运行前方2个闭塞区间的空闲状态，适用于最高速度不超过115km/h的线路；后者可预告列车运行前方3个闭塞区间的空闲状态，适用于最高速度不低于115km/h的线路。色灯信号的意义通常是（在不同的国家速度值的规定略有不同）：红色，制动停车，不得进入下一个闭塞区间（意味着前方无空闲区间）；黄色，减速到45km/h以下准备能在下一个闭塞区内制动停车（意味着前方有1个空闲区间）；黄绿色，减速到115km/h以下以准备能在下两个区间内制动停车（意味着前方有2个空闲区间）；绿色，全速运行（意味着前方有3个空闲区间）。,复习,移动自动闭塞移动闭塞是利用现代无线通信技术的新型闭塞方式，它以机车信号替代轨道上的固定信号，不依赖连续的轨道电路和固定的区间分隔点，闭塞区间可根据列车的前行向前移动，有利于组织间隔小、密度大的连续运输。,复习,联锁的定义为了保证行车安全，通过技术方法，使进路、进路道岔和信号机之间按一定程序、一定条件建立起的既相互联系，而又相互制约的关系，这种制约关系即联锁。联锁设备联锁（interlocking）在铁路车站上，为了保证机车车辆和列车在进路上的安全，有效利用站内线路，高效率地指挥行车和调车，改善行车人员的劳动条件，利用机械、电气自动控制和远程控制、计算机等技术和设备，使车站范围内的信号机、进路和进路上的道岔相互具有制约关系，这种关系称为联锁。为完成联锁关系而安装的技术设备称为联锁设备。联锁是铁路车站联锁的简称，是铁路信号设备的重要组成部分。列车进路和调车进路由道岔的不同开通位置所确定，进路的防护则由设于进路入口处的信号机来担当。进站信号机防护的范围是车站和列车接车进路。,复习,信号机、进路和进路上的道岔相互制约的要求进路上的有关道岔开通位置不对或敌对信号机未关闭时，防护该进路的信号机不能开放；防护该进路的信号机开放后，该进路上的道岔即不能扳动，其敌对信号机均不能开放；主体信号机未开放时，预告信号机不能开放，正线上的出站信号机未开放时，进站信号机不能显示正线通过信号；列车或机车车辆驶入进路后，防护该进路的信号机立即关闭，禁止其他列车或机车车辆再驶入。车站联锁从1856年英格兰的布列克勒叶阿姆斯（BrickloyerArms）车站装设由萨克斯倍（Saxby）首创的萨式联锁机开始，至今已有100多年的历史，经历了机械联锁、电机联锁、电气联锁、电气集中联锁、计算机联锁的发展过程。随着科学技术的进步，旧的联锁设备不断被安全可靠性更高、操纵和维护更简单、技术更先进的联锁设备代替。从发展角度看，计算机联锁是发展的方向；从经济角度看，电气集中联锁在相当长的一段时间内仍被广泛采用。目前中国使用的联锁设备按操纵的方式可以分为集中联锁和非集中联锁，按主要设备工作方式的不同可分为电锁器联锁、继电联锁和计算机联锁。,铁路信号从煤油灯到调度集中,高速铁路信号系统是一套完整的行车安全制式，主要由列车运行控制系统ATC（S）：AutomaticTrainControlSystem、计算机联锁系统和行车指挥系统CTC（S）：CentralizedTrafficControlSystem构成，其中CTC系统纳入综合调度系统。,高速铁路信号系统,列车运行控制系统由列控地面设备和车载设备组成。作为保证列车行车安全（用于控制列车间隔）和提高运输效率的信号设备。列控系统从列车方面保证安全。,高速铁路信号系统,采用计算机技术来排列列车进路，实现进路锁闭、进路解锁、信号机控制、道岔控制等逻辑功能称为计算机联锁。计算机联锁系统用于控制进路，不管行车指挥，只从线路（区间和车站）上保证安全。,高速铁路计算机联锁系统联锁系统主要是实现道岔、轨道、信号机之间互相制约的联锁关系，用于车站进路的控制，以保证列车运行及作业安全。计算机联锁系统是一种新型的车站信号自动控制系统，它以计算机作为主要技术手段实现铁路车站联锁的要求，从而完成排列进路、锁闭进路、解锁进路，信号机及道岔控制等任务。高速铁路各车站及动车段均设有计算机联锁控制系统。计算机联锁与车站局域网及相关设备共同组成车站综合控制系统。车站综合控制系统通过光缆与调度中心相联，接受调度中心控制。,高速铁路信号系统,高速铁路信号系统,综合了计算机技术、网络通信技术和现代控制技术，采用智能化分散自律设计原则，以列车运行调整计划控制为中心，兼顾列车与调车作业的高度自动化的调度指挥系统。调度指挥系统从两个底层系统（列控系统和联锁系统）中获取信息，以进行决策并指挥行车。,CTC(S)系统,高速铁路综合调度系统综合调度系统设备主要完成列车调度、列车运行计划、动车组车底调度、综合维修管理、旅客服务、牵引供电及电力调度、安全监控及系统维护等主要功能。行车指挥系统是用来实现行车调度指挥。对于铁路运输，司机不能随意停、开列车，其操作要服从调度员命令，并使列车严格按照事先制定的时刻表运行。铁路列车调度指挥系统TDCS是实现铁路各级运输对列车实行透明指挥、实时调整、集中控制的现代化信息系统，已成为目前全路运用最广泛的运输调度指挥设备。,高速铁路信号系统,高速铁路信号系统,高速铁路信号系统,各部组成关系1）调度集中系统CTC为核心，构建调度指挥中心平台。2）以车站列控中心、联锁系统和区间信号设备为核心，构建区域控制中心平台。3）以列车速度防护与控制为核心，构建车载列车防护与控制平台。4）以车-地通信系统为传输平台。,高速铁路信号系统,调度指挥系统按照运行图计划发出列车运行指令，列车通过地面轨旁设备或无线通信网络获得车站联锁和列控中心的行车信息和命令，车载设备控制列车运行。,列控系统的特性,高速铁路信号系统,依靠信号工的眼睛观测，通过人控制的信号给司机传递行车命令。美国在1832年开始在车站上设置信号机，作为站与站之间传送信息。信号机上挂有果物笼状的东西，外面包白布或黑布，吊在10m高的柱子上，这个信号叫球信号。列车间隔调整依靠人工闭塞，只能实现站间闭塞。闭塞：在某一时刻线路上某一区段只能有一列列车。,地面人工信号,根据列车在该轨道区段的占用/出清来点亮轨旁设置的信号机。,地面自动信号,可以将区间划分为多个闭塞分区，缩短了列车追踪间隔。司机根据地面信号机的显示来控制列车运行。典型系统：轨道电路（有三显示、四显示、多信息等类型）。,由于地面信号显示系统有时受到自然环境（如雾、风沙、大雨等）的影响以及地形的限制，司机往往不能在规定的距离上及时了望前方的信号机的信号显示，因而有产生冒进信号的危险。机车信号在驾驶台上显示地面信号机的状态，改善了司机了望条件。司机能够在任何条件下从容地驾驶列车和前方信号为禁止信号时及时采取制动措施，提高了列车运行的效率和安全程度。,机车信号,司机依据地面信号或机车信号行车时，列车有冒进禁止信号的可能。自动停车设备（ZTL系统）根据车载设备接收的轨道电路信息进行防护：如果是红灯信息，则自动停车设备输出连续报警信息，司机必须在7秒内确认，否则将实施紧急制动。,自动停车,自动停车设备只是对列车在防冒进禁止信号上有所防护，但在其他速度限制情况下却没有安全防护，并且还存在人为干预的情况。速度自动防护系统（ATP）/（列控系统）：车载设备根据地面设备传输的信息，实时计算动态速度曲线，确保列车在允许的速度范围内运行。ATP防止“两冒一超”：防止列车冒进进站信号和出站信号及超速运行。,速度自动防护,速度距离模式曲线控制方式,需要目标速度、线路参数、列车参数、制动性能等参数，依此计算列车允许速度与目标距离间关系的曲线。速度距离模式曲线反映了列车在各点允许的速度值。列控系统根据速度距离模式曲线实时给出列车当前的允许速度，当列车超过当前允许速度时，设备自动实施常用制动或紧急制动，保证列车能在停车点前停车。,速度距离模式曲线分类,分段速度距离控制模式基本原理,目标距离控制模式基本原理,固定闭塞方式,线路划分为固定位置、某一长度的闭塞分区。一个闭塞分区只能被一列车占用。列车间隔以闭塞分区为单位，而与列车在分区内的实际位置无关。,移动闭塞方式,线路无固定划分的闭塞分区。列车间隔是动态的、并随前行列车的移动而移动。后续列车以前行列车尾部为追踪的目标点。前后列车的最小间隔等于后行列车的制动距离+安全距离。,虚拟/逻辑闭塞(Virtual/LogicalBlock)：线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区，在一个原固定闭塞分区可以被分为几个虚拟分区，闭塞分区的长度按最长列车、满负载、最高速、最不利制动率等最不利条件设计，列车间隔为若干闭塞分区，而与列车在分区内的实际位置无关，列车位置的分辨率也为一个虚拟分区（一般为几十米），制动的起点可以延伸，但终点总是某一虚拟分区的边界，对列车的控制一般采用一次抛物线制动曲线的方式，要求运行间隔越短，分区数也越多，但设备基本不增加。,虚拟闭塞方式,速度（公里/小时）,不同制式列控系统的比较,列控系统的关键技术,列车定位技术地车信息传输技术,列车定位技术,轨道电路及计轴器脉冲速度传感器应答器交叉环线定位多普勒雷达卫星定位（GPS）,列车定位技术轨道电路定位技术,以分区为单位定位,轨道电路（占用）,列车定位技术计轴定位技术,以分区或区段为单位定位根据轮轴检测设备的信息产生轮轴数，比较计轴结果得到区段占用/空闲状态。,轮轴检测设备,控制设备,轮轴检测设备,轨道空闲检测区段,列车定位技术脉冲速度传感器定位技术,利用车轮的周长作为“尺子”测量列车走行距离。根据测量列车走行距离测算出列车运行速度。低速时测量精度高。受列车空转打滑影响。,列车定位技术多普勒雷达定位技术,通过测量发射波和反射波之间的频差计算出列车的运行速度，并累计求出走行距离。高速时测量精度高。不受列车空转打滑影响。,地车单向传输：连续性；信息量小：模拟轨道电路：每次只能传输一种状态信息，如ZPW2000、UM71数字编码轨道电路：几十位信息，如UM2000,地车信息传输技术轨道电路传输技术,地车信息传输技术应答器传输技术,地车单向传输：只能在固定地点传输；信息量大：1023位,能量,信息,列车运行控制系统ATC,高速铁路采用列控系统的必要性,（1）闭塞分区的加长，通过能力的下降,（2）辨认信号的频繁,（3）司机对信号处理要求的提高,“红灯停，绿灯行”速度信号,需要以机车信号为行车凭证,需要车载信号设备直接进行制动控制,速度信号代替色灯信号,车载信号作为行车凭证,车载信号设备直接控制列车减速或停车,列车运行控制系统ATC,为保证列车运行控制系统不间断地工作和加强设备的维修与管理，在列车运行控制系统的地面和车上都安装有监视设备。,列控系统是确保列车行车安全、提高运输效率的信号系统。基本功能间隔控制确保追踪列车与前行列车之间必须保持一定的安全距离速度防护确保列车的运行速度在许可范围内安全防护防止列车无行车许可运行、防止列车溜逸、防止列车冒进。行车许可（MA）：是列车安全运行的行车凭证，包括线路信息、目标距离等。,列车运行控制系统ATC,列车运行控制系统（简称列控系统）就是对列车运行全过程或一部分作业实现自动控制的系统。其特征为：列车通过获取的地面信息和命令，控制列车运行，并调整与前行列车之间必须保持的距离。,列车运行控制系统ATC,列车超速防护系统ATP（AutomaticTrainProtection）列车自动驾驶系统ATO（AutomaticTrainOperation）列车自动监控系统ATS（AutomaticTrainSupervision）,包括三个子系统,列车运行控制系统ATC,ATC组成：地面设备和车载设备,允许速度曲线,实际速度曲线,列控系统包括：地面设备、车载设备。地面设备：提供线路信息、目标距离和进路状态。车载设备：生成目标距离连续速度控制模式曲线。,列车运行控制系统ATC,列车运行控制系统ATC,地面控制中心通过电缆与铁路线上的轨道电路、信号机、应答器等设备相连，主要完成列车位置检测、形成速度信号及目的距离等信号，并将此信号传递给列车，车载设备将按照速度信号控制列车制动。,ATP地面控制中心与CTC或TDCS联网，实现运输指挥中心对列车的直接控制，达到了车地一体化的列车控制能力。,地面设备包括列控中心、点式设备、轨道电路,列车运行控制系统ATC,车载设备主要由天线、信号接收单元、制动控制单元、司机显示器、速度传感器等组成。,国外高铁列控系统,国外铁路采用的列控系统主要有：日本新干线ATC系统，法国TGV铁路和韩国高速铁路的TVM300及TVM430系统，德国及西班牙铁路采用的LZB系统，及瑞典铁路的EBICA900系统等。差别在于控制模式和车地间信息传输方式不同,按照地面向机车传送信号的连续性来分类，有连续式列控系统和点式列控系统两种类型。按照人机关系来分类，分为设备优先控制和司机优先控制两种类型。按照列车速度防护模式，分为阶梯速度防护模式和曲线速度防护模式两种类型。,法国TGV（法文TrainaGradeVitesse）东南线（巴黎里昂）和TGV大西洋线（巴黎图尔）上采用的区间信号系统是电气与信号公司（CSEE）生产的UM71型无绝缘轨道电路和TVM（法文TransissionVoie-Machine）300型带超速防护的机车信号所组成，在我国简称为UT系统，也称为速差式信号自动闭塞。,法国TVM300系统,该系统以机车信号为主体信号，取消地面色灯信号机，在闭塞分区分界处设停车标，在机车内设指示限制速度的数字显示信号。,80年代末，被我国引进后，用于京广铁路郑州武昌间电力牵引区段，保留地面色灯信号，有红、黄、绿黄、绿四种灯色显示，对应于机车信号的数字显示，在我国被称为四显示信号自动闭塞。90年代初又被应用于广州深圳准高速铁路。UT系统并不等同于四显示信号自动闭塞，根据行车需要，UT系统可以实现不同数目显示的自动闭塞。,TVM300型车上设备工作框图,法国TVM300系统,TV300型机车信号，在机车上显示彩色数字信息，在法国TGV线作为主体信号，取消地面色灯信号机，在闭塞分区分界处设F系列列车停车标。根据列车最高运行速度及其制动距离，确定前后列车间应保持的追踪间隔距离，亦即相隔闭塞分区数目。,法国TGV东南线Vmax270km/h，前后列车间应有6个闭塞分区长度的间隔，要求各闭塞分区的出口速度即ATP目标速度（标定值单位km/h），分别270、220、160和0。,法国TVG大西洋线Vmax300km/h，前、后列车间应有7个闭塞分区长度的间隔，要求各闭塞分区的出口速度（标定值，单位km/h）分别为300、270、220、160和0,法国TVM300系统,台阶形限速线ATP工作原理,法国TVM300系统,图中带阴影的折线是检查列车是否超速的台阶形限速线，相应于上述出口速度标定值（目标速度）的最大限速值（km/h）分别为315、285、235、170、35。如机车感应器测出的列车实时速度超过这个最大限速值(在铁路现场称为撞墙，即实时速度越过台阶形限速线），则列车自动实施制动，实现超速防护。,TVM300型机车信号具有明确的速度含义，从图上可看到，在第4制动区以外，还有一个闭塞分区作为过走防护区段，使得应该在第4制动区停住但因故未能停住而冒出分区停车标的列车，还能在以后的防护区段内停住，保证前、后列车不发生追尾。,法国TVM300系统,信息代码、相应的低频频率及其意义,法国TVM300系统,在我国铁路，第4制动区和防护区，地面信号均显示红灯，现场称为双红灯防护。可见行车运行的全过程，始终受到UT系统的监督、控制，这样就确保了高密度追踪行车的列车安全。,采用四显示自动闭塞，可利用若干个闭塞分区的长度，来满足列车制动距离的要求，而每一个闭塞分区的长度则不必过分延长，从而保证了较短的时间间隔，实现更高的行车密度。,另外，采用四显示或多显示自动闭塞可以妥善地处理提高速度和增加密度之间的矛盾，因此被各国高速铁路广泛采用。,法国TVM300系统,法国CSEE公司针对各种需求，已经开发了TVM400系列带速度监督的机车信号系统。TVM400系列采用了数字电路技术使设备结构小型化、模块化，采用数字通信技术使车地间的信息传输数字编码化，使车地间的信息传输量有较大增加。,这些信息除了原有用于列车间隔的速度等级外，还可满足线路坡道、距离等不同线路数据的要求。其速度监督由过去的阶梯控制方式改为分级连续模式曲线控制方式，原TVM300系统的保护区段也可以取消，线路通过能力有所提高，同时，其控制曲线已接近连续控制模式。,TVM400系列有两个技术特点：编码安全处理技术和系列的宽带传输信道技术。各种传输信道(地地、地车、点式、半连续式和连续式)可与故障安全计算机相连接。,法国TVM400系统,TVM400系列有5种执行方式：TVM410型：点式传输的速度监督系统，适用于运量较小的既有线路。TVM420型：半连续式传输的速度监督系统，适用于中等运量的既有线路。TVM430型：连续式传输的速度监督系统，在客运专线上使用。TVM440型：与TVM430型的功能相同，可用于自动驾驶系统。TVM450型：用于无人驾驶系统。,法国TVM400系统,TVM430系统车载设备接收地面传输来的信息，根据预先输入的列车参数(牵引总重、牵引辆数、制动率、列车换长等等)实时计算列车当前运行的允许速度，生成分级连续速度距离控制曲线，同时列控车载设备实时检测列车当前运行速度，司机可根据显示器上的允许速度、目标距离和实际速度驾驶列车运行。,TVM430系统车载设备的结构,TVM430车载设备是控制机车安全运行的超速防护设备，系统制动模式采用的是分段连续式速度监督曲线，采用“人控为主，设备控制为辅”的控制方式，只有当司机没有按要求操作时，控制设备才自动完成其应执行的任务。,TVM430系统车载设备由ATC处理单元、人机接口单元及显示DMI、连续信息接收天线和点式信息接收天线等组成，我国秦沈线应用该系统,TVM430系统采用数字通信技术使车地间的信息传输量有较大增加，传输的信息更可靠、更安全，这些信息除原有用于列车间隔的速度等级外，还可满足线路坡道、距离等不同线路数据的要求，因此其速度监督由TVM300的阶梯控制方式改为分级连续模式曲线控制方式,TVM430系统车载设备的结构,TVM430系统主要特点,接收和处理地面有关列控的多种信息(目标距离、线路坡度、线路允许速度及目标速度等)，结合列车的性能(制动、车长、车重等)进行综合计算，构成目标距离的速度控制模式。,列车实施常用制动后不能自动缓解，只有在列车速度低于允许速度后，司机根据线路情况，在保证行车安全条件下，可人工进行缓解。列车执行紧急制动时，必须在停车后，方可缓解。,车载测速单元测量和计算列车走行速度和列车位置，测速精度小于或等于2，测距精度小于或等于1；,车载的人机接口DMI设备如图所示,车载显示器上共有两个显示单元，A机工作时，A显示单元投入工作：B机工作时，B显示单元投入工作,TVM430系统主要特点,可输入列车的制动性能、长度、重量等参数；可显示列车实际速度、允许速度、目标速度、目标距离；缓解等按钮；超速、制动、缓解、故障等表示；维护、检测、机车工况等显示。,显示单元,TVM430系统主要特点,(1)罗盘刻度限速表用于显示现时限制速度和预告限制速度；(2)罗盘刻度速度表用于显示机车实际速度;(3)速度数字显示栏(4)限速数字显示栏(又称信号代码栏)(5)目标距离指示灯在TVM430区段，车载接收到目标距离发码器发出的信号时，该指示灯能够准确指出前方信号的位置(6)报警灯和蜂鸣器当接收到的轨道信号发生变化时报警(7)预告指示灯该指示灯点亮则表明列车接近限速区段(车站、停车信号、慢行或线路限速等)，提醒司机控制速度,显示单元,TVM430系统主要特点,(8)空闲指示灯在TVM300区段，该指示灯点亮表明列车运行前方至少有4个闭塞分区(120限速列车为至少3个闭塞分区)空闲(9)TVM上载模式指示灯用于指示地面发码设备和车载控车模式(TVM300控车模式或TVM430控车模式)(10)紧急制动装置隔离指示灯当设备电源未关闭，而切断紧急制动控制开关(主机柜上的电控开关或高压柜内失电放风阀的风路开关)时；该指示灯点亮(11)设备故障指示灯当相应的机组故障或切除相应的机组时点亮,(12)紧急制动指示灯设备发生紧急制动时点亮(13)常用制动指示灯设备发生常用制动时点亮(14)信号指示灯(重要信息)在TVM300区段，机车在侧线道岔上运行或反方向运行时，该指示灯点亮白灯；在TVM300区段和TVM430区段，当轨道电路无码或车载设备无法正常接收到轨道信号时，该指示灯点亮红灯,使用无绝缘数字轨道电路向列车发送行车许可；列车制动采用司机控制优先方式。车载设备根据轨道电路报文生成分段连续速度控制曲线。,TVM430系统,采用轨道电缆（交叉环线）方式传输车-地信息、使用S棒无绝缘轨道电路实现列车占用和完整性检查；车载设备利用车地传输的信息生成一次连续速度控制曲线列车制动采用司机控制优先方式。,德国LZB系统,采用RBC生成行车许可、应答器提供列车定位基准GSM-R实现车-地双向信息传输车载设备利用车地传输的信息生成一次连续速度控制曲线列车制动采用司机控制优先方式,ETCS-2级系统,日本新干线列车控制系统,在ATC控制下，即使列车司机误读了信号显示，也能保证安全。且由于该系统采用连续控制方式，与原控制系统相比，ATC系统安全性有了较大提高。,在此基础上，日本又研制了铁路数字ATC系统。数字ATC是一个智能列车控制系统，已经在日本新干线投入运用。其优点：采用一次模式曲线控制方式，消除了多级速度控制的多级空走时间，有利于实现高速、高密度运行。,这个系统将传统的传送速度信息变为传送前方目标距离信息。地面设备向列车发送前方目标位置，车载设备则根据列车当前位置、车辆性能、线路情况、前方目标位置等条件，实时计算速度，校核模式曲线，并据此确定最佳制动地点，实施最佳制动控制。这样就使列车速度变化平稳，提高了乘坐舒适度。2002年，日本东海道新干线的静冈八户区段安装使用了数字ATC系统，九州新干线也采用数字ATC系统。日本是世界上最早实现高速铁路运营的国家，目前列车时速可达270km/h。当列车时速进一步提高到300km/h以上时，由于模拟式轨道电路由地面向列车传输的信息量不够，因而增设了地面与机车之间的应答器设备来做为辅助信息传输装置。,日本采用以设备为主、人控为辅的控制方式。其速度控制示意图,日本新干线列车控制系统,使用有绝缘数字轨道电路发送列车位置、目标速度、进路等信息；车载设备采用轨道电路信息和车载设备存储的线路数据生成一次连续速度控制曲线；列车制动采用设备控制优先方式。,日本DS-ATC系统,世界各国主要高速铁路列车控制系统分析表,世界各国主要高速铁路列车控制系统分析表,2019/12/15,68,可编辑,世界各国主要高速铁路列车控制系统分析表,日、法、德列控系统各有特点，均采用了大量专用技术，相互间不兼容，技术平台不开放，不利于市场竞争和技术发展。欧洲有十几种列控系统，列车无法实现跨国运行，因此欧盟确定发展统一的欧洲列控系统（ETCS），采用统一标准/规范，可实现互联互通。,国外典型高速铁路列控系统比较,中国CTCS,CTCS是中国列车运行控制系统（ChineseTrainControlSystem）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。,针对我国铁路不同的线路和采用的闭塞技术设备的现状，同时按照列车运行控制技术的高端水平进行规划，CTCS划分为5个等级，依次为CTCS-0CTCS-4级，同条线路上可以实现多种应用级别，向下兼容，以满足不同线路速度需求。,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：主要包括列控中心、车站联锁、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。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。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。,中国CTCS,铁路运输管理层,地面设备层,网络传输层,车载设备层,中国CTCS,注：CTCS-3D基于应答器和轨道电路传输，用于300-350km/h线路，动车组的追踪间隔缩短至3分钟。（京津）,中国CTCS,CTCS-0级是既有线现状，地面为自动闭塞或半自动闭塞，车载设备由列车运行监控记录装置LKJ和通用式机车信号组成。CTCS-2级是通过轨道电路完成列车占用和完整性检查，提供行车许可及闭塞分区数量，并采用大容量点式应答器向列车传送定位信息、进路信息、临时限速、线路允许速度、闭塞分区长度等，采用目标距离连续速度控制模式监控列车安全运行的列控系统。CTCS-3级系统是基于GSM-R无线通信实现车-地信息双向传输，无线闭塞中心（RBC）生成行车许可，轨道电路实现列车占用检查，应答器实现列车定位，并具备CTCS-2级功能的列车运行控制系统。,中国CTCS,（1）CTCS-0级CTCS-0级适合既有线的现状，车载设备由目前使用的通用式机车信号和运行监控记录装置构成，地面使用国产4信息、8信息、18信息轨道电路。0级的控制模式是目标距离式，它在既有地面信号设备的基础上，将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。这种方式可以使地车信息传输的信息的需求量减少。CTCS-0级适用于列车最高运行速度为160kmh及以下，一般自动闭塞设计按固定闭塞方式进行，采用四显示自动闭塞，信号显示具有分级速度控制的概念，其目标距离式制动曲线可作为参考。,中国CTCS,（2）CTCS-1级CTCS-1级面向160kmh及以下的区段，车载设备由主体机车信号+加强型运行监控装置组成，地面采用UM71或ZPW-2000轨道电路。CTCS-1级在既有设备基础上强化改造，达到机车信号主体化要求，并增加点式设备，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。CTCS-1级的控制模式为目标距离式，将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。在车站附近增加点式信息设备传输定速度控制。目标距离控制模式根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线，不设定每个闭塞分区速度等级，采用一次制动方式。1级与0级的差别在于全面提高了系统的安全性，是对0级的全面加强，可称为线路数据全部储存在车载设备上的列车运行控制系统。,中国CTCS,（3）CTCS-2级CTCS-2级面向提速干线和高速新线，适用于各种限速区段，车载设备由ATP速度防护系统+LKJ2000运行监控记录装置组成，地面采用UM71或ZPW-2000A轨道电路。CTCS-2级采用车地一体化设计，基于轨道电路和点式信息设备传输信息的列车运行控制系统。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。可实现行车指挥联锁列控一体化、区间车站一体化、通信信号一体化和机电一体化。CTCS-2级原本是CTCS技术规范中的一个应用等级，但经过铁道部组织专家研究，已形成一种固定模式，构成一个系统，因为没有为这个系统另命名，就称其为CTCS-2级系统，它立足于国产化的地面设备，车载信号设备也已通过技术引进，功能比较齐全并适合国情。以后提到CTCS-2级的很多地方，实际上应严格称为符合CTCS-2级标准的列控系统。,中国CTCS,CTCS-2级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；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。CTCS-2级列控系统采用目标距离控制模式（又称为连续式一次速度控制）。目标距离控制模式根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线，不设定每个闭塞分区速度等级，采用一次制动方式。CTCS-2级列控系统采取闭塞方式称为准移动闭塞方式，准移动闭塞的追踪目标点是前行列车所占用闭塞分区的始端，留有一定的安全距离，而后行列车从最高速开始一次制动曲线的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。目标点相对固定，在同一闭塞分区内不依前行列车的走行而变化，而制动的起始点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的。空间间隔的长度是不固定的，由于要与移动闭塞相区别，所以称为准移动闭塞。显然其追踪运行间隔要比固定闭塞小一些。,中国CTCS,（4）CTCS-3级CTCS-3级面向提速干线、高速新线或特殊线路，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。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。CTCS-3级是基于无线通信（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。CTCS-3级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的定位基准信息。无线通信系统实现地车间连续、双向的信息传输，行车许可（MA）由地面列控中心产生，通过无线通信系统传送到车上。CTCS-3级列控系统采取目标距离控制模式（又称连续式一次速度控制）和准移动闭塞方式。由于其实现了地车间连续、双向的信息传输，所以功能更丰富些，实时性更强些。,中国CTCS,中国CTCS-3,CTCS-3地面子系统,CTC调度集中系统设于调度指挥中心，实现了行车指挥自动化，实现了对调度中心管辖区段内的车站信号、道岔等设备和进路集中控制。临时限速服务器调度中心设列控系统专用临时限速服务器及临时限速操作终端。用于临时限速的下达与取消。临时限速服务器与RBC和TCC的通信连接，传输临时限速相关信息。车站联锁设备保证车站列车运行的安全，以及提高车站通过能力。车站列车控制中心（TCC）是基于安全计算机的控制系统，根据轨道区段占用信息、联锁进路信息、线路限速信息等，产生列车行车许可命令，并通过轨道电路和有源应答器，传输给车载子系统，保证其管辖内的所有列车的运行安全。,CTCS-3地面子系统,CTCS-3地面子系统,轨道电路铁路线路是否空闲是保证行车安全的重要条件，区间轨道电路具有轨道占用检查、沿轨道连续传送地车信息功能。区间轨道电路的组成原理是：信息发送设备利用线路的两条钢轨作传输线，将信息传输至接收设备，用以完成列车占用检查、钢轨断轨检查以及传递各种行车有关信息等。应答器向车载子系统发送报文信息的传输设备，既可以传送固定信息，也可连接轨旁单元传送可变信息。应答器传输的信息与无线传输的信息的相关内容含义保持一致。地面应答器具有向车载设备发送点式信息的作用，根据其作用可以分为无源应答器和有源应答器。无源应答器用于发送包括线路速度、坡度、信号点类型等固定信息；有源应答器用于发送实时变化的信息，包括进站口和出站口的临时限速、进路长度、信号点类型等。,CTCS-3地面子系统,车站无线闭塞中心（RBC）根据列车数据、轨道电路、联锁进路等信息生成行车许可（MA），并通过GSM-R无线通信系统将行车许可（MA）、线路参数、临时限速等信息传输给CTCS-3级车载设备；同时通过GSM-R无线通信系统接收车载设备发送的位置和列车数据等信息。无线通信网络（GSM-R）用于车载子系统和车站无线闭塞中心进行双向信息传输的车地通信传输平台。,CTCS-3车载子系统,车载设备通过GSM-R无线通信系统向RBC（车站无线闭塞中心）发送司机选择输入和确认的数据（如车次号、列车长度），列车固有性质数据（列车类型、列车最大允许速度、牵引类型等），车载设备在RBC的注册、注销信息，定期向RBC报告列车位置、列车速度、列车状态（正常时）和车载设备故障类型（非正常时）信息，列车限制性信息以及文本信息等。车载设备接收RBC发送的行车许可（包括车载设备识别号、目标距离、目标速度），紧急停车（临时限速），外部报警信息以及文本信息等。在CTCS-3级设备控车时，CTCS-2设备仍正常接收轨道电路信息和应答器信息，并根据接收到的地面信息计算限速曲线，根据列车实际运行速度和限速曲线进行比较，但计算和比较结果不作为控制列车的依据和不传送DMI显示，仅作为CTCS-3控制单元的备用，在CTCS-3转换到CTCS-2时能马上投入控车和送DMI显示。,CTCS-3车载子系统,车载ATP是基于安全计算机的控制系统，通过与地面子系统交换信息来控制列车运行。GSM-R无线通信模块（RTU）用于车载子系统和列车控制中心进行双向信息交换。应答器接收模块（BTM）用于接收地面应答器传输的信息，并通过解码后传送给车载ATP。轨道电路接收模块（TCR）用于接收地面轨道电路传输的信息，并通过解调后传送给车载ATP和LKJ。测速测距模块（SDU）一般采用多普勒雷达和车轮传感器来实现列车的测速和测距，所得到的距离和速度信息送给ATP和LKJ，用于防护列车运行。车载列控设备利用多普勒雷达和车轮传感器的数据配合，可识别列车发生的“空转”和“滑行”现象。,CTCS-3车载子系统,机车运行监控记录装置（LKJ）具有速度防护功能，装备于CTCS-0/1/2级的列车上。在CTCS-0/1的线路上由LKJ防护列车运行；在CTCS-2级的线路上由ATP防护列车运行。司法记录器将RBC（车站无线闭塞中心）所有状态以及列车报告的数据和状态均记录下来，以备分析检查。DMI和MMI分别是ATP和LKJ-2000的人机交互界面，为列车运行提供数据以及图形显示，同时为机车乘务员提供数据输入功能。,CTCS-3级列控系统是基于GSM-R无线通信实现车地信息双向传输，由无线闭塞中心（RBC）生成行车许可，轨道电路实现列车占用检查，应答器实现列车定位，同时具备CTCS-2级功能的列车运行控制系统。,中国CTCS-3,地面设备、车载设备、GSM-R无线通信网络、信号数据传输网络四部分。,中国CTCS-3总体结构,CTCS-3级系统是基于GSM-R无线通信实现车-地信息双向传输，无线闭塞中心（RBC）生成行车许可，轨道电路实现列车占用检查，应答器实现列车定位，并具备CTCS-2级功能的列车运行控制系统。,包括：无线闭塞中心RBC、GSM-R网络、轨道电路、应答器、列控中心、车载设备等。,调度中心CTC,车站联锁,道岔,信号机,CTCS-3级列控系统系统结构,CTCS-3级列控系统各部分功能,根据轨道电路、联锁进路等信息生成行车许可,无线闭塞中心RBC,应答器,通过GSM-R无线通信系统将行车许可、线路参数、临时限速传输给CTCS-3级车载设备,通过GSM-R无线通信系统接受车载设备发送的位置和列车数据等信息,向车载设备传输定位和等级转换信息,向车载设备传送线路参数和临时限速等信息，满足后备系统的需要,用于实现车载设备与地面设备的双向通信,GSM-R核心网包括移动交换子系统、GPRS子系统、智能网接口,GSM-R网络,采用冗余交叉覆盖的方式进行布置，提高了车地通信的可靠性,根据地面设备提供的行车许可、线路参数、临时限速等信息和列车参数，按照目标距离连续速度控制模式生成动态速度曲线，监控列车的安全运行,车载安全计算机,轨道电路,实现列车占用检查,发送行车许可信息，满足后备系统的需要,C3级列控与C2级列控的比较,地面设备增加无线闭塞中心RBC、GSM-R无线通信网络；车载设备增加GSM-R无线通信单元及天线；车载设备根据RBC的行车许可，生成连续速度控制模式曲线，实时监控列车安全运行。,调度中心CTC,车站联锁,轨道电路,列控中心,应答器,道岔,信号机,RBC为CTCS-3提供行车许可,车载设备,CTCS-3级列控系统车载设备,车载设备由车载安全计算机（VC）、GSM-R无线通信模块（RTM）、轨道电路信息接收单元（TCR）、应答器信息接收模块（BTM）、记录器（JRU）、人机界面（DMI）、列车接口单元（TIU）等组成。,CTCS-3级列控系统无线闭塞中心（RBC）,RBC设备采用硬件安全比较冗余结构，包括：无线闭塞单元（RBU）、协议适配器（VIA）、RBC维护终端、司法记录器（JRU）、ISDN服务器、操作控制终端和交换机等设备组成。,信号数据传输网络实现无线闭塞中心（RBC）、调度集中（CTC）、联锁、列控中心（TCC）、监测系统间的信息传输。,CTCS-3级列控系统信号数据传输网络,调度集中显示投影,车站联锁,无线闭塞中心（RBC）,行调指挥中心（CTC）,轨道电路,GSM-R,CTCS-3级列控系统工作原理,速度限制曲线,时速(km/h),目标停车点,CTCS-3级列控系统列车追踪运行,基于GSM-R实现大容量的连续信息传输，可以提供最远32km的目标距离、线路允许速度等信息，满足跨线运营；CTCS-3级列控系统满足跨线运行的运营要求，C3系统通过在应答器里集成C2报文，满足200250km/h，同时作为C3的后备系统。车地双向信息传输，地面可以实时掌握列车位置、速度、工作模式和列车状态等信息，并可在CTC系统上实时显示。临时限速的灵活设置，可以实现任意长度、任意速度、多数量的临时限速设置。临时限速的灵活设置。可以实现任意地点、长度和数量的临时限速设置。RBC可集中设置，也可以分散设置。RBC向装备CTCS-3级车载设备的列车、应答器向装备CTCS-2级车载设备的列车分别发送分相区信息，实现自动过分相。,CTCS-3级列控系统主要特点,部分监控模式（PS）、机车信号模式（CS）仅适用CTCS-2级。,CTCS-3级列控系统主要工作模式,完全监控模式（FS）,当车载设备具备列控所需的全部基本数据（包括列车数据、行车许可和线路数据等）时，车载设备自动进入FS模式。在FS模式下，列控车载设备生成目标距离连续速度控制模式曲线，并通过人机界面（DMI）显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等信息，监控列车安全运行。,在FS模式下，DMI显示的速度曲线等信息。,完全监控模式（FS）,目视行车模式（OS）,当地面设备故障、列控车载设备显示禁止信号且列车停车后需继续运行时，根据行车管理办法，经司机操作，列控车载设备进入OS模式。在OS模式下，列控车载设备按固定限制速度40km/h监控列车运行，列车每运行一定距离（300米）或一定时间（60秒）司机需确认一次。,40,轨道电路故障,OS模式,OS模式,速度（km/h）,引导模式（CO）,当开放引导信号时，列控车载设备进入CO模式。在CO模式下，列控车载设备生成目标距离连续速度控制模式曲线，并通过DMI显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等，车载设备按固定限制速度40km/h监控列车运行，司机负责在列车运