第4章-ppt列控系统基本原理与关键技术_2302_2214_20101217130915

1、列车运行控制系统列车运行控制系统第四章第四章 现代列控系统基本原理与关键技术现代列控系统基本原理与关键技术n现代列车运行控制系统概述现代列车运行控制系统概述 n现代列车运行控制系统原理及特点现代列车运行控制系统原理及特点n现代列车运行控制的关键问题与技术现代列车运行控制的关键问题与技术 4.1 4.1 现代列车运行控制系统概述现代列车运行控制系统概述 现代列车运行控制系统就是对列车运行现代列车运行控制系统就是对列车运行全过程或一部分全过程或一部分实现自动控制的系统实现自动控制的系统。其。其主要特征是：主要特征是：列车通过自动获取地面的信列车通过自动获取地面的信息和命令，以车载系统为主体控制列车

2、的息和命令，以车载系统为主体控制列车的 运行；采用移动空间间隔法的技术方法自运行；采用移动空间间隔法的技术方法自动调整区间列车之间动调整区间列车之间追踪追踪必须保持的安全必须保持的安全距离，并依靠控制列车运行速度的方式来距离，并依靠控制列车运行速度的方式来实现列车的运行。实现列车的运行。 4.1.1 4.1.1 现代列车运行控制系统的一般功能现代列车运行控制系统的一般功能1 1）线路空闲自动检测及列车定位功能）线路空闲自动检测及列车定位功能 轨道电路和计轴设备仍是自动检测列车占用的有效手段之一。基于通轨道电路和计轴设备仍是自动检测列车占用的有效手段之一。基于通信的轨道电缆信的轨道电缆 、GPS

3、GPS定位系统和惯性列车定位系统等都是现代先进的定位系统和惯性列车定位系统等都是现代先进的自动自动检测定位检测定位技术。技术。2 2）危及行车安全因素的自动检测与防护控制）危及行车安全因素的自动检测与防护控制（ATPATP）功能功能 事发后列车自动停车或降速（故障导向安全），超速防护技术。事发后列车自动停车或降速（故障导向安全），超速防护技术。3 3）自动间隔控制与速度监控（）自动间隔控制与速度监控（ATSATS）自动驾驶（）自动驾驶（ATOATO）功能）功能 轨道交通的发展趋势是轨道交通的发展趋势是“高速度、高密度高速度、高密度”，列控系统就是针对这两，列控系统就是针对这两个目标进行安全设计

4、的速度控制和间隔控制系统。个目标进行安全设计的速度控制和间隔控制系统。 速度监控是保证列车通过加减速控制，保证安全快速运行速度监控是保证列车通过加减速控制，保证安全快速运行。当然，不。当然，不管在什么状态下都不能超过规定的限制速度，在实际运行中，列车的速度管在什么状态下都不能超过规定的限制速度，在实际运行中，列车的速度受到若干因素的限制，如受线路状态受到若干因素的限制，如受线路状态( (结构、曲线和坡度结构、曲线和坡度) )、道岔曲线、列、道岔曲线、列车前方障碍物以及机车车辆的构造速度所限制，列控系统需要通过地车前方障碍物以及机车车辆的构造速度所限制，列控系统需要通过地- -车车信息传输系统向

5、车载控制设备传送列车应有的各种速度指令，保证安全快信息传输系统向车载控制设备传送列车应有的各种速度指令，保证安全快速运行。速运行。间隔控制，列控系统必须保证列车间始终保持一个安全间距间隔控制，列控系统必须保证列车间始终保持一个安全间距，保，保证后续列车不会与前行列车相撞，同时又必须证后续列车不会与前行列车相撞，同时又必须尽量使该间距短，以便增加尽量使该间距短，以便增加列车的密度，从而保证运输效率。列车的密度，从而保证运输效率。4.1.2 4.1.2 列车运行间隔与速度控制系统的发展列车运行间隔与速度控制系统的发展 1 1）地面信号人工及半自动闭塞系统（见第三章）地面信号人工及半自动闭塞系统（见

6、第三章）2 2）地面信号自动闭塞系统（见第三章）地面信号自动闭塞系统（见第三章）3 3）机车信号系统（见绪论）机车信号系统（见绪论）4 4）自动停车（装置）防护系统）自动停车（装置）防护系统5 5）速度阶梯控制的列控系统）速度阶梯控制的列控系统 6 6）基于速度）基于速度- -距离曲线控制的列控系统距离曲线控制的列控系统7 7）基于虚拟）基于虚拟/ /逻辑控制的列控系统逻辑控制的列控系统8) 8) 基于基于CBTCCBTC控制的列控系统控制的列控系统 4.1.3 4.1.3 列控系统基本分类列控系统基本分类 各国铁路由于历史、传统术语不同等原因，各国铁路由于历史、传统术语不同等原因，对列车运行

7、自动控制系统的名称划分也不对列车运行自动控制系统的名称划分也不尽相同。尽相同。 但均有一个共同点，即但均有一个共同点，即自动监控列车运行自动监控列车运行速度，通过车内信号直接指示列车应遵守速度，通过车内信号直接指示列车应遵守的运行速度（即允许速度），系统能可靠的运行速度（即允许速度），系统能可靠地防止由于司机失去警惕或错误操作可能地防止由于司机失去警惕或错误操作可能酿成的冒进信号或列车追尾等恶性事故。酿成的冒进信号或列车追尾等恶性事故。 列控系统五种分类方式列控系统五种分类方式1 1）根据系统功能、人机分工和自动化程度划分）根据系统功能、人机分工和自动化程度划分u列车自动防护系统列车自动防护系

8、统(ATP-(ATP-加减速人控加减速人控 )-)-人机结合人机结合u列车运行自动控制系统列车运行自动控制系统(ATC)-(ATC)-自动化程度高自动化程度高2 2）按人）按人- -机设备优先等级划分机设备优先等级划分 u设备优先的列控系统设备优先的列控系统（日本模式）（日本模式）；人控优先的列控系统；人控优先的列控系统（欧洲模式）（欧洲模式）3 3）按控制模式划分）按控制模式划分 u速度码阶梯（分级）速度控制方式速度码阶梯（分级）速度控制方式 ，又分为：，又分为：出口检查方式出口检查方式( (滞后式控制滞后式控制) )；入口检查方式；入口检查方式( (提前式控制提前式控制) ) u速度速度距

9、离模式曲线控制方式距离模式曲线控制方式 ，又分为：，又分为：分段速度分段速度距离模式曲线控制方式；一次速度距离模式曲线控制方式；一次速度距离模式曲线控距离模式曲线控制方式制方式4 4）按照车）按照车- -地信息传输方式划分地信息传输方式划分u点式列控系统；连续式列控系统；点连式列控系统；点式列控系统；连续式列控系统；点连式列控系统；5 5）按闭塞方式分类）按闭塞方式分类 u固定闭塞；准移动闭塞；移动闭塞方式固定闭塞；准移动闭塞；移动闭塞方式4.2.1 4.2.1 自动停车（装置）系统自动停车（装置）系统- -早期列车自动防护系统早期列车自动防护系统(ATP)(ATP) 不同形式的自动停车防护系

10、统原理不同形式的自动停车防护系统原理 地面安全保障装置地面安全保障装置在信号机或道岔前一个安全距离安装一个触发在信号机或道岔前一个安全距离安装一个触发装置，装置，当信号显示和道岔位置不正确时，保证列车冒进信号或道岔当信号显示和道岔位置不正确时，保证列车冒进信号或道岔区段能触发列车的自动制动系统，从而保证列车在信号机或道岔前区段能触发列车的自动制动系统，从而保证列车在信号机或道岔前安全停车。安全停车。地面和车载相结合的安全保障装置地面和车载相结合的安全保障装置在信号机前设置一个感应线圈，在信号机前设置一个感应线圈，该感应线圈发送的感应信息与前方的信号机的显示是对应的，当列该感应线圈发送的感应信息

11、与前方的信号机的显示是对应的，当列车通过该感应线圈时，列车车载设备会根据接收的信息进行处理，车通过该感应线圈时，列车车载设备会根据接收的信息进行处理，如果是红灯信息，将触发列车的紧急制动，保证列车在红灯前停车如果是红灯信息，将触发列车的紧急制动，保证列车在红灯前停车（或（或实现自动报警）。实现自动报警）。车载车载自动停车自动停车设备设备(ZTL系统系统) 根据轨道电路的信息研制车载自动根据轨道电路的信息研制车载自动停车设备，停车设备，根据车载接收的轨道电路信息，如果是红灯信息，则出根据车载接收的轨道电路信息，如果是红灯信息，则出现连续报警信息，司机必须在现连续报警信息，司机必须在7秒内参与确认

12、，否则列车将实施紧秒内参与确认，否则列车将实施紧急制动。急制动。特点特点：只是对列车冒进红灯信号上有所防护，安全上存在一定的隐患。：只是对列车冒进红灯信号上有所防护，安全上存在一定的隐患。 4.2 4.2 现代列车运行控制系统原理及特点现代列车运行控制系统原理及特点 4.2.2 4.2.2 速度阶梯控制的列控系统速度阶梯控制的列控系统 （分级速度（分级速度- -距离模式曲线距离模式曲线控制控制- -近代近代ATPATP） 原理：原理：速度阶梯控制是利用轨道电路传输多个低频信息速度阶梯控制是利用轨道电路传输多个低频信息，将这些低频，将这些低频信息赋予不同的速度码含义，车载控制设备根据接收到的不同

13、低频信信息赋予不同的速度码含义，车载控制设备根据接收到的不同低频信息速度码实施不同的速度控制方式，从而保证列车在不同的闭塞系统息速度码实施不同的速度控制方式，从而保证列车在不同的闭塞系统下，都可以实现安全防护。下，都可以实现安全防护。这种控制方式的制动曲线呈阶梯壮，故称这种控制方式的制动曲线呈阶梯壮，故称速度阶梯控制。速度阶梯控制。如果司机按照允如果司机按照允许速度操纵列车，许速度操纵列车，ATPATP设备不干预设备不干预司机正常操作，司机正常操作，当司机违章操作当司机违章操作或列车运行超过或列车运行超过允许速度时，列允许速度时，列控设备将自动实控设备将自动实施制动。施制动。速度码阶梯控制速度

14、码阶梯控制2种方式种方式n出口检查（滞后）方式出口检查（滞后）方式要求司机在闭塞分区内将列车运行要求司机在闭塞分区内将列车运行降低到目标限降低到目标限制速度制速度，ATPATP车载设备在闭塞分区出口检查列车运行。这种控制模式属于车载设备在闭塞分区出口检查列车运行。这种控制模式属于滞后控制，列车制动后需要走行一段距离才能减速滞后控制，列车制动后需要走行一段距离才能减速( (或停车或停车) )，因此，在，因此，在禁止信号后方需要设置一段防护区段用着过走防护。禁止信号后方需要设置一段防护区段用着过走防护。 n入口检查（提前）方式入口检查（提前）方式就是列车在闭塞分区入就是列车在闭塞分区入口处接收到允

15、许速度后口处接收到允许速度后立即依此速度进行检查，立即依此速度进行检查，一旦列车速度超过允许一旦列车速度超过允许速度，则列控设备自动速度，则列控设备自动实施制动使列车运行降实施制动使列车运行降低到目标速度以下。在低到目标速度以下。在该种控制方式下，需要该种控制方式下，需要在列车停车前设置一个在列车停车前设置一个地面环线或应答器设备，地面环线或应答器设备，用于防止列车冒进信号。用于防止列车冒进信号。 n采用阶梯速度采用阶梯速度- -距离模式曲线距离模式曲线控制控制n分段速度控制模式列车最大安全制动距离分段速度控制模式列车最大安全制动距离 S=(S1+S2+S3+S4)nS=(S1+S2+S3+S

16、4)n 其中：其中： SS列车最大安全制动距离列车最大安全制动距离 S1S1车载设备接收地面列控信号响应过程中列车走行距离车载设备接收地面列控信号响应过程中列车走行距离 S2S2列车制动设备响应响应过程中列车走行距离列车制动设备响应响应过程中列车走行距离 S3S3列车制动距离（含空走和有效走行）列车制动距离（含空走和有效走行） S4S4安全防护距离安全防护距离 nn列车从最高速度列车从最高速度 停车制动所需接停车制动所需接 阶梯（分区数）阶梯（分区数）n速度码阶梯控制方式的特点：速度码阶梯控制方式的特点：速度码台阶控制一般应用在固定闭塞系统，速度码台阶控制一般应用在固定闭塞系统，以自动闭塞分区

17、为单位进行控制，以自动闭塞分区为单位进行控制，一个分一个分区存在只有一个限制速度和目标速度，列区存在只有一个限制速度和目标速度，列车在这个轨道分区需要将列车的实际速度车在这个轨道分区需要将列车的实际速度与其接收的限制速度信息进行比较。与其接收的限制速度信息进行比较。主要优点是主要优点是简单简单,需要需要地车传输的信息量小地车传输的信息量小,不需要知道列车的准确的位置不需要知道列车的准确的位置,只需要知道只需要知道列车占用哪个区段即可。列车占用哪个区段即可。缺点是为保证安全缺点是为保证安全依行车最坏的列车设定依行车最坏的列车设定目标限制曲线，不能充分发挥行车效率。目标限制曲线，不能充分发挥行车效

18、率。 n4.2.3 4.2.3 一次速度一次速度- -距离模式曲线控制的列控系统距离模式曲线控制的列控系统 基本原理：基本原理：n依靠全程连续式速度依靠全程连续式速度- -距离模式曲线实现列车控制。它可距离模式曲线实现列车控制。它可以从任何速度计算出列车制动到以从任何速度计算出列车制动到0 0速度的不同模式曲线，速度的不同模式曲线，根据模式曲线实现列车的实时安全追踪运行控制。根据模式曲线实现列车的实时安全追踪运行控制。模式模式曲线计算的主要依据参数有：线路坡道曲线计算的主要依据参数有：线路坡道/ /弯道、列车现行弯道、列车现行速度，列车重量、长度、制动率等列车参数。速度，列车重量、长度、制动率

19、等列车参数。n速度速度距离模式曲线，是根据目标速度、线路参数、列距离模式曲线，是根据目标速度、线路参数、列车参数、制动性能等确定的反映列车允许速度与目标距车参数、制动性能等确定的反映列车允许速度与目标距离间关系的曲线，反映了列车在各点允许运行的速度值。离间关系的曲线，反映了列车在各点允许运行的速度值。n列控系统根据速度距离模式曲线，实时给出列车当前的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，保证列车能在停车地点前停车。常用制动或紧急制动，保证列车能在停车地点前停车。 基于一

20、次速度基于一次速度-距离模式曲线控制距离模式曲线控制2种制式：种制式： 准移动闭塞和移动闭塞。准移动闭塞和移动闭塞。 速度速度- -距离模式曲线类型：距离模式曲线类型： 常用制动曲线：常用制动曲线：最基本的安全制动曲线，一定低于理论最大允许制动曲线。最基本的安全制动曲线，一定低于理论最大允许制动曲线。 追加常用制动曲线：追加常用制动曲线：根据需要实施追加制动压力的常用制动曲线根据需要实施追加制动压力的常用制动曲线 紧急制动曲线：紧急制动曲线：实施追加更大的制动压力，实施追加更大的制动压力，比追加常用制动曲线还短。比追加常用制动曲线还短。可缩短追踪间隔提高密度的方式依次为：可缩短追踪间隔提高密度

21、的方式依次为：移动闭塞、准移动闭塞、分级闭塞移动闭塞、准移动闭塞、分级闭塞 基于速度基于速度-距离模式曲线的距离模式曲线的准移动闭塞准移动闭塞方式特点方式特点 取消地面信号机仍设置固定自动闭塞分区取消地面信号机仍设置固定自动闭塞分区（比常用固定闭（比常用固定闭塞分区小塞分区小 ），闭塞分区用轨道电路或计轴装置来划分，实现，闭塞分区用轨道电路或计轴装置来划分，实现列车定位和占用检查功能。列车定位和占用检查功能。 采用速度采用速度-距离模式曲线目标控制模式，不设定每个闭塞距离模式曲线目标控制模式，不设定每个闭塞分区速度等级分区速度等级，根据目标距离、目标速度及列车本身的性能，根据目标距离、目标速度

22、及列车本身的性能确定列车制动曲线，追踪目标点为前行列车所占用闭塞分区确定列车制动曲线，追踪目标点为前行列车所占用闭塞分区的始端，通过地车信息传输系统向列车传送目标速度、目标的始端，通过地车信息传输系统向列车传送目标速度、目标距离等信息，不设定每个闭塞分区速度（信号）等级，距离等信息，不设定每个闭塞分区速度（信号）等级，采用采用一次制动方式。一次制动方式。 列车空间间隔长度不固定列车空间间隔长度不固定，随着前行列车的移动而变化。，随着前行列车的移动而变化。准移动闭塞准移动闭塞列车追踪间隔时间列车追踪间隔时间按照同种列车、同种速度、同种运行方式进行追踪计算。按照同种列车、同种速度、同种运行方式进行

23、追踪计算。T T区区：区间：区间追踪时间间隔追踪时间间隔(s)(s)； L L列列：列车长度：列车长度(m)(m)；L L分分：前行列车占用的闭塞分区长度：前行列车占用的闭塞分区长度(m)(m)；L L防防：安全防护距离：安全防护距离(m)(m)； L L制制：列车制动距离：列车制动距离(m)(m)；T T附附：系统应变时间及司机确认目标距离变化时间：系统应变时间及司机确认目标距离变化时间(s)(s)；V V：列车平均速度：列车平均速度(km/h)(km/h)； 3.6化化km/h为为m/s的系数。的系数。与与固定自动闭塞列车追踪时间间隔相比较，同在绿灯下运行，准移动闭塞只少缩短固定自动闭塞列

24、车追踪时间间隔相比较，同在绿灯下运行，准移动闭塞只少缩短一个以上固定闭塞分区的运行时间。提高了通过能力。一个以上固定闭塞分区的运行时间。提高了通过能力。准移动自动闭塞控制系统构成及工作原理将在以后章节介绍。准移动自动闭塞控制系统构成及工作原理将在以后章节介绍。 基于速度基于速度- -距离模式曲线的距离模式曲线的移动自动闭塞移动自动闭塞方式特点方式特点 取消地面信号机和固定闭塞分区，取消地面信号机和固定闭塞分区，利用先进的卫星定位技术、利用先进的卫星定位技术、无线通信技术和自动控制技术，使前后列车自动保持一定的无线通信技术和自动控制技术，使前后列车自动保持一定的(合合适适)间隔。间隔。 采用速度

25、采用速度-距离模式曲线目标控制模式：距离模式曲线目标控制模式：n追踪目标点：移动的前行列车尾部，再留有一定安全距离。追踪目标点：移动的前行列车尾部，再留有一定安全距离。n制动计算点：根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算制动计算点：根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定。决定。n空间间隔的长度是不固定的。随着前行列车的移动而变化。空间间隔的长度是不固定的。随着前行列车的移动而变化。 追踪运行间隔要比准移动闭塞更小一些。追踪运行间隔要比准移动闭塞更小一些。 n移动闭塞移动闭塞列车追踪最大安全制动距离：列车追踪最大安全制动距离： S= S l+ S 2+S 3+S 4 S= S l+

26、S 2+S 3+S 4 S S列车最大安全制动距离列车最大安全制动距离 S lS l车载设备接收地面列控信号反映时间距离车载设备接收地面列控信号反映时间距离 S 2S 2列车制动响应时间距离列车制动响应时间距离 S 3S 3列车制动距离列车制动距离 S 4S 4过走防护距离过走防护距离移动自动闭塞控制系统的优点移动自动闭塞控制系统的优点它可以它可以提高铁路区间运输能力提高铁路区间运输能力，在既有运行秩序打乱后可，在既有运行秩序打乱后可以较容易地调整和恢复运行；以较容易地调整和恢复运行；很容易查询各种列车的情况，可以很容易查询各种列车的情况，可以实时地、自动地获得各实时地、自动地获得各种运行信息

27、种运行信息，供给各类管理系统；，供给各类管理系统；可以实现双向运行，可以实现双向运行，灵活运输组织灵活运输组织，提高机动性；，提高机动性；可以节省原系统在地面敷设电缆投资，以及它的可以节省原系统在地面敷设电缆投资，以及它的维护费维护费；不再需要信号工对沿线轨道电路进行徒步目视维护，减轻不再需要信号工对沿线轨道电路进行徒步目视维护，减轻了信号工的了信号工的劳动强度劳动强度；可以可以充分发挥长钢轨作用充分发挥长钢轨作用，不需要由于信号系统设置原因，不需要由于信号系统设置原因而致使截踞长钢轨；而致使截踞长钢轨；可以有各种可以有各种完善的技术自动记录完善的技术自动记录，既便于技术改进，也可，既便于技术

28、改进，也可以进行技术责任追查，提高工作责任心，改善全局服务；以进行技术责任追查，提高工作责任心，改善全局服务；在移动闭塞的双向通信系统中也可纳入铁路公务、电务、在移动闭塞的双向通信系统中也可纳入铁路公务、电务、车务、安全、卫生、机务等多工种业务信息传输；车务、安全、卫生、机务等多工种业务信息传输；可以可以减少雷电对轨道电路的袭击破坏减少雷电对轨道电路的袭击破坏；在人烟稀少、生活条件困难的地区设置移动闭塞后，可以在人烟稀少、生活条件困难的地区设置移动闭塞后，可以更多应用自动化，减少铁路信号员工，更多应用自动化，减少铁路信号员工，提高劳动生产率提高劳动生产率；n4.2.4 4.2.4 基于虚拟基于

29、虚拟/ /逻辑控制的列控系统逻辑控制的列控系统 基本原理基本原理在原来固定闭塞线路上增加在原来固定闭塞线路上增加双向数据通信轨旁设备和定位信标双向数据通信轨旁设备和定位信标，使列车向轨旁设备，使列车向轨旁设备实时报告自己的位置；轨旁设备自动生成基于前方移动障碍实时报告自己的位置；轨旁设备自动生成基于前方移动障碍( (如前方列车如前方列车) )和固定障和固定障碍碍( (如道岔保护信号机如道岔保护信号机) )实际目标位置的列车运行指令（实际目标位置的列车运行指令（速度速度- -距离模式曲线距离模式曲线），发给），发给列车指挥其运行。列车指挥其运行。实现不依赖物理分区而依靠列车位置的追踪控制。实现不

30、依赖物理分区而依靠列车位置的追踪控制。列车间隔靠虚拟闭塞分区实现。列车间隔靠虚拟闭塞分区实现。把物理轨道分区划分成若干个存储在计算机安全数把物理轨道分区划分成若干个存储在计算机安全数据库里的据库里的虚拟闭塞分区虚拟闭塞分区，使两辆或更多的列车能够占用相同的物理轨道电路分区，使两辆或更多的列车能够占用相同的物理轨道电路分区，但不允许多列车占用相同的但不允许多列车占用相同的“虚拟虚拟”闭塞分区。闭塞分区。列车位置的分辨率（定位）为一个列车位置的分辨率（定位）为一个虚拟分区虚拟分区(一般为几十米一般为几十米)，列制动的起点可以延伸，但终点总是前方列车占用虚拟闭列制动的起点可以延伸，但终点总是前方列车

31、占用虚拟闭塞分区的始端边界，列车控制一般采用一次速度塞分区的始端边界，列车控制一般采用一次速度-距离模式曲线控制方式。列车间隔距离模式曲线控制方式。列车间隔为若干虚拟闭塞分区长度（见准移动闭塞计算式）。为若干虚拟闭塞分区长度（见准移动闭塞计算式）。特点：类似于准移动闭塞，特点：类似于准移动闭塞，要求运行间隔越短，虚拟分区数也越多，但物理设备基要求运行间隔越短，虚拟分区数也越多，但物理设备基本不增加，本不增加，在不增加固定轨道电路分区的情况下，可在不增加固定轨道电路分区的情况下，可缩短发车间隔缩短发车间隔，并保持列车安，并保持列车安全的间隔距离。全的间隔距离。对于既有线路的改造和升级具有较大优势

32、。对于既有线路的改造和升级具有较大优势。n4.2.5 4.2.5 基于通信的列车控制系统基于通信的列车控制系统(CBTC) (CBTC) (Communication Based Train Control system) (Communication Based Train Control system) 基本原理基本原理取消地面闭塞设备，利用先进的无限通信传输手段，实时地或取消地面闭塞设备，利用先进的无限通信传输手段，实时地或定时地进行列车与地面间的双向通信联络，使得后续列车可以定时地进行列车与地面间的双向通信联络，使得后续列车可以及时了解前方列车运行实际间隔距离，通过计算，得到后续列及时

33、了解前方列车运行实际间隔距离，通过计算，得到后续列车的车的最佳制动模式曲线最佳制动模式曲线，控制列车安全高效运行。，控制列车安全高效运行。 特点特点该系统控制方式可以在实现最大速度安全控制的同时获得更短该系统控制方式可以在实现最大速度安全控制的同时获得更短的间隔，提高了区间通行能力，又的间隔，提高了区间通行能力，又减少了频繁减速制动操作，减少了频繁减速制动操作，改善了旅客乘车舒适度。改善了旅客乘车舒适度。地面可以实时地向车载信号设备传递车辆运行前方线路限速情地面可以实时地向车载信号设备传递车辆运行前方线路限速情况，指导列车按线路限制条件运行，提高了列车运行安全性。况，指导列车按线路限制条件运行

34、，提高了列车运行安全性。 CBTCCBTC系统摆脱了用地面轨道电路设备判别列车占用闭塞分区与系统摆脱了用地面轨道电路设备判别列车占用闭塞分区与否的束缚，突破了固定闭塞的局限性，为实现移动闭塞否的束缚，突破了固定闭塞的局限性，为实现移动闭塞闭环最闭环最优控制优控制提供了可能。提供了可能。 系统实现结构及技术，将在第五章介绍。系统实现结构及技术，将在第五章介绍。nLEULEU是是地面有源应答器与列控中地面有源应答器与列控中心（信号机或联锁设备）之间的心（信号机或联锁设备）之间的电子接口设备，接收列控中心报电子接口设备，接收列控中心报文并向应答器发送可变信息报文。文并向应答器发送可变信息报文。n高信

35、息容量的高信息容量的地面应答器进行地面应答器进行定定点式点式信息储存和发送。信息储存和发送。无源应答无源应答器储存传输固定信息、有源应答器储存传输固定信息、有源应答器储存传输可变信息。如目标速器储存传输可变信息。如目标速度、目标距离、线路坡度、信号度、目标距离、线路坡度、信号显示等信息。显示等信息。n车载速度传感器测量车载速度传感器测量实时速度、实时速度、车载应答器（天线）对车载应答器（天线）对地面地面设备设备的的定点式定点式信息传输（发送信息传输（发送/ /接接收）收） 、车载车载中央处理单元中央处理单元计算计算机进行信息处理。机进行信息处理。4.2.6 点式列控系统（点式列控系统（点式点式

36、ATP系统系统）按照地车信息传输方式分成点式、连续式和点连式列控系统。按照地车信息传输方式分成点式、连续式和点连式列控系统。系统基本构成系统基本构成点式点式ATP系统主要由系统主要由地面轨旁设备和车载设备两部分构成。轨旁设备主要由地面轨旁设备和车载设备两部分构成。轨旁设备主要由地面应答地面应答器、轨旁电子单元器、轨旁电子单元LEU(LEU(又称为信号接口又称为信号接口) )等设备够成，等设备够成，车载设备主由车载设备主由车载应答器（天车载应答器（天线）、速度传感器、中央处理单元（计算机）、显示器线）、速度传感器、中央处理单元（计算机）、显示器等够成等够成。 点式点式ATPATP系统的基本工作原

37、理系统的基本工作原理n当列车驶过地面应答器，车载应答器与地面应答器对准时，地面应答器将当列车驶过地面应答器，车载应答器与地面应答器对准时，地面应答器将所存储的运行命令相关数据通过电磁感应传送至车上（无源应答器还应通所存储的运行命令相关数据通过电磁感应传送至车上（无源应答器还应通过电磁感应接受能量），通过车载中央处理单元计算机进行信息处理（计过电磁感应接受能量），通过车载中央处理单元计算机进行信息处理（计算当前允许速度，与列车实际运行速度进行比较），如果列车实际速度大算当前允许速度，与列车实际运行速度进行比较），如果列车实际速度大于允许速度，向车上制动设备发出制动指令，列车自动制动，列车速度降于

38、允许速度，向车上制动设备发出制动指令，列车自动制动，列车速度降至至ATPATP指示速度以下，制动自动缓解。从而实现列车超速防护控制。指示速度以下，制动自动缓解。从而实现列车超速防护控制。 点式列控系统地面应答器点式列控系统地面应答器地面应答器地面应答器通常设置在信号机（含进站信号机）的旁侧或通常设置在信号机（含进站信号机）的旁侧或者设置在一段需要降速的缓行区间的始、终端。者设置在一段需要降速的缓行区间的始、终端。点式点式ATP系统目前采用的地面应答器包括系统目前采用的地面应答器包括有源和无源应答有源和无源应答器器，其内部寄存器按协议以数码形式存放实现列车速度监，其内部寄存器按协议以数码形式存放

39、实现列车速度监控及其他行车功能所必须的数据。控及其他行车功能所必须的数据。置于信号机旁侧的地面应答器，用以向列车传递信号显示置于信号机旁侧的地面应答器，用以向列车传递信号显示信息，所存储的部分数据受信号显示的控制。信息，所存储的部分数据受信号显示的控制。置于线路上的置于线路上的地面无源应答器地面无源应答器通常不需与任何设备相连，通常不需与任何设备相连，所存放的数据往往是固定的。当列车驶过地面应答器，且所存放的数据往往是固定的。当列车驶过地面应答器，且车载应答器与地面应答器对准时，车载应答器首先应以一车载应答器与地面应答器对准时，车载应答器首先应以一定的频率，通过电磁感应方式将能量传递给地面应答

40、器，定的频率，通过电磁感应方式将能量传递给地面应答器，地面应答器的内部电路在接收到来自车上的能量后即开始地面应答器的内部电路在接收到来自车上的能量后即开始工作，将所存储的数据以某种调制方式工作，将所存储的数据以某种调制方式(通常用频移键控通常用频移键控 FSK方式方式)通过电磁感应传送至车上。通过电磁感应传送至车上。 轨旁电子单元轨旁电子单元LEU轨旁电子单元轨旁电子单元LEU是地面应答器与信号机之间的电子接口设是地面应答器与信号机之间的电子接口设备，其任务是将不同的信号显示转换为约定的数码形式。备，其任务是将不同的信号显示转换为约定的数码形式。LEU是一块电子印刷板，可根据不同类型的输入电路

41、输出不是一块电子印刷板，可根据不同类型的输入电路输出不同的数码。同的数码。 点式列控系统车载设备点式列控系统车载设备车载应答器车载应答器，完成车一地应答器设备的耦合联系；，完成车一地应答器设备的耦合联系；速度传感器速度传感器，获取列车当前的速度和走行距离；，获取列车当前的速度和走行距离；中央处理安全计算机，中央处理安全计算机，负责对所接收到的数据进行加工处负责对所接收到的数据进行加工处理，形成列车当前允许的最大速度，将此最大允许速度值理，形成列车当前允许的最大速度，将此最大允许速度值与列车的实际速度值进行比较，以决定是否给出启动常用与列车的实际速度值进行比较，以决定是否给出启动常用制动乃至紧急

42、制动的命令；制动乃至紧急制动的命令；MMI单元单元，可将中央处理安全计算机单元内的列车现有速，可将中央处理安全计算机单元内的列车现有速度及列车最大允许速度显示出来，这种显示可以是指针式度及列车最大允许速度显示出来，这种显示可以是指针式的或液晶显示屏方式，按照需要，还可显示出其他有助于的或液晶显示屏方式，按照需要，还可显示出其他有助于司机驾驶的信息；司机驾驶的信息；记录器记录器可以针对设备或司机操作出现非正常的情况可以针对设备或司机操作出现非正常的情况(如出现如出现超速报警、启用常用或紧急制动超速报警、启用常用或紧急制动)都可以由记录器进行记录；都可以由记录器进行记录；列车接口单元列车接口单元，

43、完成列车各种装态的采集与控制命令的执，完成列车各种装态的采集与控制命令的执行。行。n当地面点式应答器传至车上的允许最高列车速度为当地面点式应答器传至车上的允许最高列车速度为VoVo时，如果实际速度超过允许时，如果实际速度超过允许速度的一个设定偏差，则列车会采取相应的措施，报警或者制动。速度的一个设定偏差，则列车会采取相应的措施，报警或者制动。如图所示，如如图所示，如果设果设VoVo为所允许最高速度，为所允许最高速度，V2 V2 、V3V3、V5V5分别为所测得的实时速度，则分别为所测得的实时速度，则ATPATP车载中车载中央控制单元会依据各自偏差和列车自身的制动率，计算得出不同的速度监控曲线，

44、央控制单元会依据各自偏差和列车自身的制动率，计算得出不同的速度监控曲线，根据不同情况发出控制命令，采用不同的防护方法，以保证列车的安全和顺利平根据不同情况发出控制命令，采用不同的防护方法，以保证列车的安全和顺利平稳制定运行。稳制定运行。如如V2V2时进行间接音响警告，时进行间接音响警告，V3V3、V5V5时分别启用常用制动和紧急制动时分别启用常用制动和紧急制动速度速度- -距离模式曲线控制列车运行。距离模式曲线控制列车运行。点式点式ATP速度监督和超速防护实现过程速度监督和超速防护实现过程 点式点式ATP的特点的特点 该方式结构简单，安装灵活，可靠性高，节省成本，但效率低。因为该方该方式结构简

45、单，安装灵活，可靠性高，节省成本，但效率低。因为该方式当式当后续列车通过地面应答器测出前方有车时，算出一条制动曲线实施制后续列车通过地面应答器测出前方有车时，算出一条制动曲线实施制动，而这时因后续列车已经通过地面应答器，就不能得到前车驶离运行的动，而这时因后续列车已经通过地面应答器，就不能得到前车驶离运行的新信息，新信息，只能减速到下一个地面应答器，才能提速只能减速到下一个地面应答器，才能提速。为了提高行车效率为了提高行车效率，有的行车部门要求在红灯信号机前方留出一段有的行车部门要求在红灯信号机前方留出一段低速滑行区段低速滑行区段(图图 中的中的Vf段段)，以防止列车行驶在信号机之间时红灯信号

46、已变为允许信号，而列车必须完以防止列车行驶在信号机之间时红灯信号已变为允许信号，而列车必须完全停下和经过一套手续后再重新起动。在留出低速滑行段后，列车可以以全停下和经过一套手续后再重新起动。在留出低速滑行段后，列车可以以低速低速(例如例如20kin/h)驶过第二个地面应答器驶过第二个地面应答器，如果列车被告知信号仍是红，如果列车被告知信号仍是红灯，通过紧急制动还来得及停在危险点前方；如果列车被告知信号已改为灯，通过紧急制动还来得及停在危险点前方；如果列车被告知信号已改为允许信号，则司机可在允许信号，则司机可在V+基础上加速，从而提高行车效率。基础上加速，从而提高行车效率。 4.2.7 4.2.

47、7 连续式列控系统连续式列控系统 背景：背景：点式列车运行控制系统的主要缺点是点式列车运行控制系统的主要缺点是信息传递的不连续性信息传递的不连续性，有时会对列车的精确，有时会对列车的精确定位或高效运行造成影响；鉴于这个问题，定位或高效运行造成影响；鉴于这个问题，西方工业国家的铁路信号公司相继研制开发西方工业国家的铁路信号公司相继研制开发了了采用连续交叉轨道交叉环线、音频轨道电采用连续交叉轨道交叉环线、音频轨道电路、路、GSM-RGSM-R、漏泄交叉环线、无线或波导管等、漏泄交叉环线、无线或波导管等方式作为信息传输通道的连续式列车运行自方式作为信息传输通道的连续式列车运行自动控制系统动控制系统，

48、这种系统实现了，这种系统实现了连续信息传递。连续信息传递。连续式列车运行自动控制系统是适应高速干连续式列车运行自动控制系统是适应高速干线与高行车密度的地铁、轻轨交通而发展起线与高行车密度的地铁、轻轨交通而发展起来的一项铁路信号技术来的一项铁路信号技术 。连续式列控系统分类连续式列控系统分类 n按地面按地面/车上信息传输所用的媒体分类车上信息传输所用的媒体分类，连续，连续式列车运行自动控制系统可分为式列车运行自动控制系统可分为有线与无线两有线与无线两大类大类，前者又可分为利用轨间交叉环线与利用，前者又可分为利用轨间交叉环线与利用数字编码音频轨道电路技术两类。数字编码音频轨道电路技术两类。n按自动

49、闭塞的性质分类，按自动闭塞的性质分类，连续式列车运行自动连续式列车运行自动控制系统可分为控制系统可分为移动闭塞移动闭塞(Moving Block)与与虚拟闭塞虚拟闭塞(Virtul Block)两类两类。n按地按地/车之间所传输信息的内容分类车之间所传输信息的内容分类，列车运，列车运行自动控制系统可分为行自动控制系统可分为速度码系统速度码系统(SDeed Code System)与距离码系统与距离码系统(Distance go to System)。 交叉环线连续式列控系统构成（交叉环线连续式列控系统构成（速度码系统速度码系统 ） 系统由系统由3部分组成：部分组成：地面控制中心地面控制中心（计

50、算最大允许速度）、（计算最大允许速度）、轨轨间传输交叉环线间传输交叉环线（连续传递信息）及（连续传递信息）及车载设备车载设备（测算车长、（测算车长、制动率、所在位置、实时速度等）。制动率、所在位置、实时速度等）。 交叉环线连续式列控系统工作原理交叉环线连续式列控系统工作原理地面控制中心按地理坐标贮存了各种地面信息地面控制中心按地理坐标贮存了各种地面信息(如线路坡如线路坡度、曲线半径、道岔位置、缓行区段的位置与长度等等度、曲线半径、道岔位置、缓行区段的位置与长度等等)。经过联锁装置，将沿线的信号显示、道岔位置等信息经由经过联锁装置，将沿线的信号显示、道岔位置等信息经由轨间交叉环线传至地面控制中心

51、；轨间交叉环线传至地面控制中心；列车将有关信息列车将有关信息(车长、车长、制动率、所在位置、实时速度等制动率、所在位置、实时速度等)不断地经由不断地经由轨间交叉环轨间交叉环线传至地面控制中心线传至地面控制中心。地面控制中心计算出在它管辖区段上每一列车当前的最大地面控制中心计算出在它管辖区段上每一列车当前的最大允许速度，再经由轨间交叉环线将速度码传至相应列车，允许速度，再经由轨间交叉环线将速度码传至相应列车，实现速度控制。实现速度控制。交叉环线连续式列控系统交叉环线连续式列控系统特点特点n列车从控制中心获得最大允许速度值之后，一方面在司机列车从控制中心获得最大允许速度值之后，一方面在司机台前的人

52、机界面台前的人机界面MMIMMI上显示出来，一方面依据此值对上显示出来，一方面依据此值对列车列车速度进行监控速度进行监控。n若列车实际速度高于最大允许速度，则若列车实际速度高于最大允许速度，则先报警后制动先报警后制动。如。如果制动设备条件许可，则可在列车实际速度低于最大允许果制动设备条件许可，则可在列车实际速度低于最大允许速度时缓解，但对于紧急制动，则必须停车后才能缓解。速度时缓解，但对于紧急制动，则必须停车后才能缓解。n在某一时刻，列车在某一时刻，列车B B获得实时最大允许速度为获得实时最大允许速度为V V允许；随着允许；随着列车列车A A的运动，目标点的距离的运动，目标点的距离S S一直在

53、改变，列车一直在改变，列车B B的实时的实时最大允许速度随列车最大允许速度随列车A A、B B间的距离而变化。间的距离而变化。与点式列车控与点式列车控制系统比较，显然连续式的行车效率更高。制系统比较，显然连续式的行车效率更高。 4.2.84.2.8 点连式列控系统点连式列控系统n点式和连续式同时采用点式和连续式同时采用的列车运行控制系统。的列车运行控制系统。n在每个区段或间隔几个区段设置在每个区段或间隔几个区段设置点式应答器向列车传送线路点式应答器向列车传送线路参数信息参数信息。轨道电路作为连续信息传输的通道轨道电路作为连续信息传输的通道，分别采用低，分别采用低频信息代表列车运行前方闭塞区段的

54、空闲数目。频信息代表列车运行前方闭塞区段的空闲数目。n车载车载ATP设备设备将接收到的点式应答器数据与轨道电路接收的连将接收到的点式应答器数据与轨道电路接收的连续信息进行综合计算，则续信息进行综合计算，则计算出列车目标点的目标距离和限计算出列车目标点的目标距离和限制速度，实时比较列车的实际速度和限制速度制速度，实时比较列车的实际速度和限制速度，实现对列车，实现对列车的安全控制。的安全控制。目前中国的目前中国的CTCS2级控制方式。级控制方式。4.3 4.3 列车运行控制的关键技术列车运行控制的关键技术 从列车运行控制系统的基本原理可见，从列车运行控制系统的基本原理可见，列车运行限速列车运行限速

55、曲线是系统进行速度控制的核心要素曲线是系统进行速度控制的核心要素，控制模式的不，控制模式的不同可以从限速曲线上得到体现，因此，快捷准确地生同可以从限速曲线上得到体现，因此，快捷准确地生成相应的模式曲线时列车运行控制系统的关键问题之成相应的模式曲线时列车运行控制系统的关键问题之一。此外，还需要特别注意一。此外，还需要特别注意车地间的信息传输、列车车地间的信息传输、列车测速、列车定位测速、列车定位等问题，因此，相关的技术与设备，等问题，因此，相关的技术与设备，如如应答器、轨道电缆、应答器、轨道电缆、GPSGPS定位、定位、GSM-RGSM-R无线通信无线通信等，等，也成为列控系统设计与实现的技术关

56、键。也成为列控系统设计与实现的技术关键。本节主要介绍的相关技术问题：本节主要介绍的相关技术问题：速度控制曲线的生成速度控制曲线的生成、查询应答器查询应答器、轨道电缆轨道电缆、GPSGPS定位定位、惯性导航惯性导航、GSMRGSMR移动通信移动通信、其他测速定位设其他测速定位设备技术备技术 4.3.1 速度速度-距离模式控制曲线的生成原理与技术距离模式控制曲线的生成原理与技术普通客货普通客货列车制动列车制动运行速度运行速度-距离曲线的基本计算公式距离曲线的基本计算公式普通客货列车制动距离计算是采用列车牵引计算提供的方法普通客货列车制动距离计算是采用列车牵引计算提供的方法,用列车制动距离的一次简用

57、列车制动距离的一次简化计算法计算。在已知化计算法计算。在已知列车制动初速列车制动初速v0、空走时间空走时间tk , 制动末速制动末速vm ,列车换算制动率列车换算制动率h （换算制动压力与列车重量比值），制动地段加算坡度（换算制动压力与列车重量比值），制动地段加算坡度ij的条件下的条件下, 列车制动距离列车制动距离Sz按下式计算：按下式计算： 高速动车组高速动车组的牵引制动速度的牵引制动速度-距离曲线的计算距离曲线的计算高速动车组的牵引制动不同与以往的客货列车，一般采用计算机机控制的高速动车组的牵引制动不同与以往的客货列车，一般采用计算机机控制的复复合制动合制动, 以动力制动为主以动力制动为主

58、, 空气制动为辅空气制动为辅, 按照按照减速度要求减速度要求给定制动力给定制动力, 减速度减速度是制动距离计算的主要参数。阶梯制动是制动距离计算的主要参数。阶梯制动减速距离减速距离S 与减速度与减速度a 的关系式是的关系式是：纯制动力引发的纯制动力引发的减速度减速度为为a（坡度曲线）阻力引发的减速度为（坡度曲线）阻力引发的减速度为a 式中式中式中式中b 为列车单位制动力为列车单位制动力; g 为重力加速度为重力加速度, w0 为列车单位基本阻力，为列车单位基本阻力，为为列车回转质量系数，回转质量系数是列车回转质量与列车全部质量的比值。列车回转质量系数，回转质量系数是列车回转质量与列车全部质量的

59、比值。 我国高速动车组的牵引制动速度我国高速动车组的牵引制动速度-距离曲线的计算距离曲线的计算根据设计资料根据设计资料, CRH2 型电动车组制动方式分为型电动车组制动方式分为EB 紧急制动和紧急制动和7 级常用制级常用制动动, 制动减速度特性由制动减速度特性由3 段直线组成段直线组成,070 km/ h 减速度为常数减速度为常数, 70 118 km/ h 和和118 200 km/ h 减速度为速度的一次函数。减速度为速度的一次函数。CRH1 型和型和CRH5 型型电动车组制动方式分为电动车组制动方式分为EB 紧急制动和紧急制动和3 级常用制动。级常用制动。3 种电动车组的制动种电动车组的

60、制动减速度特性参数如下表所示：减速度特性参数如下表所示： 制动空走距离制动空走距离与制动初速和与制动初速和空走时间有关，根据文献对空走时间有关，根据文献对空走时间的统计分析，可按空走时间的统计分析，可按下表计算不同类型动车组的下表计算不同类型动车组的空走距离空走距离 4.3.2 4.3.2 查询查询- -应答器技术原理应答器技术原理 作用与分类：作用与分类：列车定位信标、线路地理信息（弯道曲率及长度、坡道坡列车定位信标、线路地理信息（弯道曲率及长度、坡道坡度及长度、度及长度、 限速区段长度及限速值等固定信息和位置限速区段长度及限速值等固定信息和位置 ）存储及车）存储及车-地通地通信信道。信信道