列车运行控制系统

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业列车运行控制系统 概述发展历程随着铁路运输的任务越来越重，列车运行速度越来越高，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，需要研究列车运行控制系统，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。要实现上述目标，不是简单的设备改进可以完成的，需要解决许多关键技术

2、问题，例如：车地之间大容量、实时、可靠信息传输，列车定位，列车精确、安全控制等。需要车载设备、轨旁设备、车站控制、调度指挥、通信传输等系统良好的配合才能实现，如果把前面讨论的系统称为传统铁路信号系统，那么，以现代列车运行控制技术为核心的信号系统可以称为现代铁路信号系统。现代信息技术的迅速发展，对铁路信号技术产生了重要影响，为形成现代铁路信号系统提供了条件。列车运行自动控制系统（简称列控系统）是计算机、通信、控制等信息技术与信号技术的一个高水平集成与融合的产物。列车运行控制系统定义：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

3、运输能力的控制系统。功能：1.线路的空闲状态检测；2.列车完整性检测 3.列车运行授权；4.指示列车安全运行速度；5.监控列车安全运行列控系统分类西方发达国家在列控系统研究方面已有较长发展历史，比较成功的列控系统主要有：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。上述列车控制系统都具有自己的特点、不同的技术条件和适应范围，因此，列控系统可以分成许多类型。（1）按照地车信息传输方式分类：连续式列控系统，如：德国LZB系统、法国TVM系统、日本数字ATC系统。连续式列控系统的车载设备可连续

4、接收到地面列控设备的车-地通信信息，是列控技术应用及发展的主流。采用连续式列车速度控制的日本新干线列车追踪间隔为5 min，法国TGV北部线区间能力甚至达到3 min。连续式列控系统可细分为阶梯速度控制方式和曲线速度控制方式。点式列控系统，如：瑞典EBICAB系统。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，因此也有很好的安全防护效能。点一连式列车运行控制系统，如：CTCS2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。（2）控制模式分，分为两种类型：阶梯控制方式出口速度检查方式，如：

5、法国TVM300系统 入口速度检查方式，如： 日本新干线传统ATC系统速度距离模式曲线控制方式速度-距离模式，如：德国LZB系统，日本新干线数字ATC系统（3）按照人机关系来分类，分为两种类型：设备优先控制的方式。如：日本新干线ATC系统。司机优先控制方式，如：法国TVM300430系统、德国LZB系统（4）按照闭塞方式：固定闭塞、移动闭塞（5）按照功能、人机分工和自动化程度分：列车自动停车（Automatic Train Stop 简称ATS）系统；列车超速防护（Automatic Train Protection 简称 ATP）系统；列车自动控制（Automatic Train Contr

6、ol 简称ATC）系统；列车自动运行（Automatic Train Operation 简称ATO）系统。ATS。ATS是一种只在停车信号（红灯）前实施列车速度控制的装置，是在非速差式信号体系下的产物，属于列车速度控制的初级阶段。国外多种ATS系统补充了简单的速度监督功能，这种系统设备简单，历史悠久，在我国及世界各国铁路至今广泛采用。ATP。ATP是随着速差式信号体系的建立而产生的，列车正常运行由司机控制，只在司机疏忽或失去控制能力且列车出现超速时设备才起作用，并以最大常用制动或紧急制动方式，强迫列车减速或停车。当列车速度已降至或到达限速要求，由司机判定和操作制动缓解。系统要求符合故障安全原

7、则。这是一种以人（司机）控为主的列车运行安全系统，在欧洲高速铁路上普遍采用。ATC（又称列车自动减速系统）。当列车运行超过限制速度时，系统自动实施常用制动，使列车降至低于限制速度的一定值后，制动自动缓解，列车继续运行。这是一种设备优先的列车运行安全控制系统，司机一部分操作由设备代替，但列车运行的正常调速仍由司机操作，系统同样要求故障安全原则。这种方式很适合于动车组，日本新干线高速铁路采取这种方式。ATO（又称列车自动驾驶系统）。按系统预先输入的程序，保证列车运行图的要求，由设备代替司机进行列车运行的加速、减速或定点停车的速度调整。一般情况下，司机除对列车启动操作外，只对设备的动作进行监督，它属

8、于一种非安全系统，一般叠加在ATC或ATP上，列车运行的安全防护由后者承担。这样的系统已在地下铁道种较广泛采用，在地面铁路干线上，由于运输情况复杂，目前很少采用。列控系统的关键技术、列车测速与列车定位要实现列车间隔与速度的安全控制，首先要及时获取列车运行的速度与列车目前的位置，因此列车的测速与定位是列控系统的关键技术之一，测速和定位的精度从根本上制约着列车运行自动控制系统的控制精度，测速测距的精度太低，不仅会增加行车的不安全因素，而且会造成系统预留的安全防护距离过大，从而影响运输效率。一）、列车测速方法目前存在多种列车测速方式，根据速度信息获取的来源，我们可以把测速方式分成两大类，一类是利用轮

9、轴旋转信息获取列车速度的测速方法，另一类是利用无线方式直接检测列车的速度的测速方法。1.轮轴旋转测速方法测速电机方式测速电机包括个齿轮和两组带有永久磁铁的线圈。齿轮固定在机车轮轴上，随车轮转动。线圈固定在轴箱上。轮轴转动，带动齿轮切割磁力线，在线圈上产生感生电动势，其频率与列车速度（齿轮的转速）成正比。这样列车的速度信息就包含在感应电动势的频率特征里。经过频率电压变化后，把列车实际运行的速度变换为电压值，通过测量电压的幅度得到速度值。脉冲转速传感器方式如图6-2，脉冲转速传感器安装在轮轴上，轮轴每转动一周，传感器输出一定数目的脉冲，这样脉冲的频率就与轮轴的转速成正比。输出脉冲经过隔离和整形后，

10、直接输入到微处理器进行频率测量并换算成速度和走行距离。轮轴脉冲转速传感器测速基本公式为： 式（8-1） 其中：=3.1416；D为车轮直径n为车轮转速图8-1 脉冲转速原理图图8-2 脉冲转速传感器安装图测速电机方式以模拟技术为基础，存在不可避免的缺陷，影响了测试精度，正处于被逐步淘汰的过程中，轮轴脉冲转速传感器方式将成为作为主流产品。由于列车在运行过程中存在空转、滑行现象，所以，以轮轴旋转推算速度不可避免的会产生误差，随着卫星测速、雷达测速等无线技术的发展和应用，人们又提出应用无线技术直接检测车体速度的方法。无线测速方法逐步受到重视。成为未来列车测速的首选方式。2. 无线测速方式无线测速定位

11、方式抛开轮轴旋转产生的速度信息，利用外加信号直接测量车体的速度和位置，因此又称为外部信号法。目前提出的有雷达测速方式和卫星定位方式等。由于这类方法不由轮旋转获得信息，因此能有效地避免车轮空转、滑行等产生的误差，但精度受到无线电波的传播特性等素的影响。这一类方法包括雷达测速方式、GPS测速定位方式等。雷达测速方式雷达测速是利用多普勒效应原理实现的。向移动体上发射一定频率的电磁波，反射波与入射波之间会产生频差，这个频差与移动体的速度成正比，这就是多普勒效应。在机车上安装雷达，它始终向轨面发射电磁波，由于机车和轨面之间有相对运动，因此在发射波和反射波之间产生频差，通过测量频差可以计算出机车的运行速度

12、，并累计求出走行距离。图8-3 多普勒雷达安装示意图GPS测速定位方式GPS（全球定位系统）是美军70年代在子午仪（Transit）系统上发展起来的全球性卫星导航系统，它是目前技术上最成熟且已真正实用的一种卫星导航和定位系统，能在全球范围内，在任意时刻、任意气候条件下为用户提供连续不断的高精度的三维位置、速度和时间信息。图8-4 GPS定位示意图二）、列车定位方法列车定位是列控技术的重要部分，有许多方法可以实现列车定位，比如：知道了初始点，利用列车测速信息可以获得列车位置信息，采用GPS技术不仅可以获得列车速度也可以获得列车位置信息，通过地面设备向列车传输信息时，地面设备的位置也可以使列车获得

13、位置信息。因此，如图8-5所示，列车定位可以综合采用几种方法获得，并互相校正融合以计算出相对精确的列车位置信息。图8-5是列车定位的融合示意图。图8-5 列车定位的融合示意图前面所述的轮轴传感方法可以获得列车位置信息，但是由于列车的车轮空转、滑行等因素，不可避免的会产生累积误差，因此，一般列控系统采用地面固定安放的设备来对累积误差进行校正，这些地面固定安放的设备称为地面绝对信标，可以作为地面绝对信标的定位方法包括：轨道电路绝缘节定位方法轨道电路绝缘节是闭塞分区的分界点，绝缘节的位置在线路上是固定的，绝缘节两边传输的信息不同，所以，列车可以通过接收信息的变化了解过绝缘节的时机，把绝缘节的物理位置

14、作为绝对信标可以获得列车位置信息。8-6 绝缘节作为绝对信标示意图计轴器定位方法与轨道绝缘节设置相同，计轴传感器安放也是固定的，通过计轴器检测的列车占用或者出清对应计轴区段也可以获得列车位置信息。图8-7 计轴定位方法示意图查询应答器方法查询应答器不仅物理安装位置固定，它还可以直接向通过的列车发送本应答器所处的公里坐标。轨道环线定位方法轨道感应环线的两根电缆每隔一个轨道长度（100m）要相互交叉一次，交叉回线将交变电信号送到沿钢轨线路铺设的交叉回线上，在回线上产生交变电磁场，,车载设备在经过每个交叉时能够检测到信号相位的变化,当列车驶过一个交叉点时，利用信号相位的变化引发地址码加1，由车载计算

15、机根据地址码计算出列车的地理位置，这样就可以用绝对地址信息对机车里程计产生的定位记录进行误差修正，减少由于车轮滑行及空转造成的位置误差。上述几种设备的原理已在轨道电路一章介绍，本节不再详细介绍。、地车信息传输技术对高速行驶列车的控制，车载列控设备需要获得从地面控制中心发送的行车控制命令、前方列车的位置、速度、前方线路条件等信息，这些信息都是从地面发送到列车上，因此，地-车信息传输通道是列车运行自动控制系统的重要组成部分，没有良好的地-车信息传输通道，自动控制列车是不可能的。地车信息传输的分类地面信息传递到车上目前有三种方式，一种是连续式传递信息方式，能连续不断地将地面信息即列车间隔、线路容许的

16、速度等情况及时地向车上反应，使司机随时掌握列车速度，有利于保证行车安全和提高行车效率。另一种为点式传递信息方式。点式信息传递方式有感应器、环线或应答器方式，它是在列车行进的线路上设置若干感应点，当列车经过感应点时，将地面信息传到车上。上述两种地面信息传递方法中，连续式传递信息方式由于列车能够不间断的获取地面信息，因而使列车能够得到更实时的控制，点式信息传递方式当地面信息发生变化时，列车只能感应点时才能得到信息，因此实时性稍差。但是当连续传递信息方式所能传输的信息量受到限制（如：移频轨道电路只能传输18种信息），不能满足控制列车需要时，就需要采用第三种方式，即连续叠加点式信息传输方式，我国的CT

17、CS2级系统采用的就是这种方式。移频无绝缘轨道电路以UM71及我国ZPW-2000移频无绝缘轨道电路为例，当列车在线路上运行时，移频无绝缘轨道电路可以向列车连续传递载频为1700hz、2000hz、2300hz、2600hz，调制频率为10.3Hz到29Hz，间隔1.1Hz，共18个信息。以轨道电路为基础实现地-车信息传输的系统，我们称为基于轨道电路的列车控制系统（TBTC），缺点是，a. 由于受到轨道电路传输特性的限制，所能够传输的信息数量很难大量增加；b. 传输距离受到限制；c. 只能进行地-车信息传输，无法实现双向传输。优点是：a. 在进行信息传输的同时，可以检测列车位置；b. 能够检查

18、钢轨断轨。8-8 基于轨道电路的列车控制系统图二）基于无线通信技术的地-车信息传输无线通信技术的发展为列控系统地-车信息传输开辟了新的途径，无线通信技术克服了轨道电路由于受到轨道电路传输特性的影响，所能够传输的信息数量受到限制、传输距离不能很长、无法实现双向传输的缺点，因此，成为未来列控系统地-车信息传输的主要发展方向，以无线通信技术为基础实现地-车信息传输的系统，我们称为基于通信的列车控制系统（CBTC）。图8-9 基于无线通信技术的地-车信息传输1. GSM-R移动通信GSM-R是GSM for railway的英文缩写，其意为铁路专用全球移动通信系统。GSM是一种数字移动通信体制,其基础

19、为窄带综合业务数字网络。基于GSM phase2+标准的GSMR，是国际铁路联盟（UIC）和欧洲电信标准协会ETSI，为欧洲新一代铁路无线移动通信开发的技术标准。UIC通过EIRENE（欧洲综合铁路无线增强网络）对各种数字移动通信系统进行了比较，最后决定GSMR为新一代欧洲铁路无线移动通信基本制式。欧洲委员会在在 900MHzGSM的频率频段上分配4MHz给铁路实施GSMR。GSM-R通过保持列车和控制中心的持续联系即“永远在线”，来提供可靠的列车控制数据传输通道。 中国铁路根据铁路运输现代化的需求，也确定GSM-R作为发展铁路专用综合数字移动通信网络的技术体制，正在建设具有无线列调、区间公(

20、工)务通信、公安通信、应急抢险通信和车次号传输、无线机车信号传输通道和列车运行控制系统传输通道等功能的无线通信系统。铁路专用移动通信网GSM-R与常用的移动通信网GSM之间的主要区别在于所使用的频带(GSM-R有其自身专用频带)及基本结构。GSM-R是按照铁路专用及必要的优质服务要求建立起来的，它由无线网络、交换网络、及与其他通信网络的接口组成MS-移动通信站BTS-基站BSC-基站控制器MSC-移动通信交换中心图8-10 GSM-R基本结构除了采用GSM-R技术以外，还有许多无线通信技术可以应用于列控系统。如：在磁悬浮列车信号和通信系统中应用了微波传输技术，西门子公司开发的基于2.4GHz扩

21、频专用无线系统的CBTC已在美国纽约地铁应用。轨道电缆在轨道铺设的感应电缆，通过车载感应线圈和感应电缆的电磁偶合完成信号和数据的传输，地面控制中心系统通过轨道电缆与车载列控设备联系，可以实现列车的闭环控制。采用这种方式的包括：图8-11的轨道感应环线和图8-12的漏泄同轴电缆方法。图8-11轨道感应环线图8-12的漏泄同轴电缆方法。四、列车速度控制模式一）阶梯控制方式技术原理每个闭塞分区设计为一个目标速度。在一个闭塞分区中无论列车在何处都只按照固定的速度判定列车是否超速。 阶梯控制方式可不需要距离信息，只要在停车信号与最高速度间增加若干中间速度信号，即可实现阶梯控制方式。因此轨道信息量较少，设

22、备相对比较简单，这种传统的控制方式是目前高速铁路最普遍采用的控制方式。阶梯控制又分为出口速度检查和人口速度检查两种方式。出口速度检查控制方式：该方式要求列车在闭塞分区内将列车速度降低到目标速度，设备在闭塞分区出口进行检查。如果列车实际速度未达到目标速度以下则设备自动进行制动。阶梯控制出口速度检查方式示意图见图8-13。出口速度检查方式由于要在列车到达停车信号处(目标速度为零)才检查列车速度是否为零，如果列车速度不是零，设备才进行制动。由于制动后列车要走行一段距离才能停车，因此停车信号后方要有一段安全防护区。入口速度检查控制方式：列车在闭塞分区入口处接收到目标速度信号后立即以此速度进行检查，一旦

23、列车超速，则进行制动使列车速度降低到目标速度以下。阶梯控制入口速度检查方式示意图见图8-13。列车速度控制2001701303090200170130900100VL出口检查入口检查图8-13 阶梯控制方式示意图特点：前后车均以闭塞分区单位进行定位；在闭塞分区内，车载设备以一个允许速度防护列车；闭塞分区长度按最差列车制动性能设计。分级速度制动方式存在以下主要问题：由于线路上运行的各种列车制动性能各异，为了确保安全，系统只能按制动性能最差的列车性能来确定制动距离，这对于制动性能好的列车来说是个损失，影响进步提高运行密度。ATP制动控制只进行制动和缓解两种操作，不调整制动力大小，因此列车减速度变化

24、大，旅行舒适度差。分级曲线控制方式：该方式要求每个闭塞分区入口速度(上一个闭塞分区的目标速度)和出口速度(本闭塞分区目标速度)用曲线连接起来，形成一段连续的控制曲线，曲线控制方式和阶梯控制方式一样，每一个闭塞分区只给定一个目标速度。控制曲线把闭塞分区允许速度的变化连续起来。地面设备传送给车载设备的信息是下一个闭塞分区的速度、距离和线路条件数据，没有提供至目标点的全部数据，所以系统生成的数据是分级连续制动模式曲线(即以分级小曲线的变换点连成的准一次制动模式曲线)。法国TVM430系统采用了这种方式，TVM430是TVM300的换代产品，地面采用UM2000型轨道电路图8-14分级曲线控制方式示意

25、图在曲线控制方式下，列车在一个闭塞分区中运行时,列控设备判定列车超速的目标速度不再是一个常数，而是随着列车行驶不断变化，即是距离的函数。因此列控设备除了需要接收目标速度信息外，还要接收到闭塞分区长度及换算坡度的信息。TVM430系统的轨道电路可以传递27 bit信息，其中目标速度信息6bit，距离信息8bit，坡度信息4bit。二）速度-距离模式曲线控制方式速度-距离模式曲线控制是次制动方式，它根据目标速度、目标距离、线路条件、列车性能生成的目标-距离模式曲线进行连续制动，缩短了运行间隔，提高了运输效率，增加了旅行舒适度。为了实现这一方式，地面设备必须向列车发送前方列车的位置、限速条件等动态数

26、据，以及线路条件等固定数据。速度-距离模式曲线控制不再对每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(和TVM430不一样，它可以包括多个闭塞分区的长度)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。图8-15 目标距离控制模式基本原理几种列控系统举例1.点式列控系统瑞典铁路采用的列车速度控制系统是ABB公司生产的点式列车自动防护系统。这个系统完全依靠地面应答器给列车传输目标点的距离、目标速度、线路坡度等

27、信息，车载中央控制单元根据地面应答器传至车上的信息（目标点的距离、目标速度、线路坡度等）以及列车的制动率，计算出两个信号机之间的速度控制曲线，并根据速度曲线对列车实施控制。车载计算曲线的数学公式 式8-1点式列车运行自动控制系统速度监控曲线图8-16 点式列车运行自动控制系统基本结构图点式列车运行自动控制系统基本结构如图8-16，系统组成包括：地面应答器、轨旁电子单元（LEU）和车载设备。地面应答器EUROBALISE：与地面信号机设备相连，存放向列车传输的数据，地-车传输采用FSK方式轨旁电子单元（LEU）：LEU是地面应答器与信号机的接口，将不同的信号转换为约定的数码。车载设备：车载应答器

28、，测速传感器，车载安全型计算机，点式列控系统从原理上可实现阶梯控制和曲线控制。点式列控系统优点：采用无源、高信息量地面应答器，结构简单，安装灵活，可靠性高，价格明显低于连续式列车运行自动控制系统。点式系统的缺点：信号追踪性不佳。它只能在指定的信号点接收信息，如果列车经过某信号点之后，先行列车位置移动，地面信号发生了变化，车上控制系统不能立即知道，而必须等列车到达下一个信号点才能接收到。因此，点式列控系统限制了列车追踪间隔的进一步减少。2.轨道环线连续式列车运行自动控制系统1965 年开始，德国西门子公司开发了世界上首次实现连续速度控制模式的列车运行控制自动系统（LZB 系统），该系统利用轨道电

29、缆作为车地间双向信息传输的通道，利用轨道电路来检查列车占用。1965 年在慕尼黑奥斯堡间首次运用，现在德国已装备了 2 000 km 铁路线，1992 年开通了西班牙马德里至塞维利亚 471 km 高速线。（一）LZB 系统的结构LZB 自动列车运行控制系统主要由两大部分组成:车载设备和地面设备。系统组成框图如图8-17所示。图 8-17 LZB 系统结构图1. 地面设备地面设备主要由 LZB 控制中心、轨间感应环线、轨道电路和轨旁单元等组成。地面控制中心储存线路参数等固定信息以及区间允许最高速度、限速区段等数据。控制中心从联锁系统、调度指挥系统接收信号开放条件、线路条件、区间临时限速等信息，

30、通过轨间感应环线接收列车信息（制动类别、列车长度、制动能力等）及列车动态信息，接收上一个控制中心传递来的控制权。控制中心发送信息包括：向列车发送控制命令、向下一个控制中心转移控制权、向调度监督中心报告列车位置列车速度等辅助信息。轨道电缆铺设在轨道上，实现地车双向通信，地面向机车发送呼叫的电码长 83.5 位，载频 36 kHz，传输速率为 1 200 波特；电缆每 100 m（或 50 m）交叉一次，交叉点形成零电平用于列车定位。机车装置向地面发送载频为 56 kHz 的电码，速率 600 波特，码长 41 位。列车占用检查采用 FTGS/FTGL 两种音频轨道电路，其频率范围为：FTGS91

31、7 型 9.516.5 kHz，用于车站FTGS46 型 4.756.25 kHz，用于车站FTGL48 型 4.758.25 kHz，分四个频率用于区间2. 车载设备车载设备主要由车载计算机单元、感应接收线圈等设备组成，按三取二原理配备。车载计算机控制单元式控制系统的核心，控制单元主要通过车载感应线圈与地面轨道环线之间相互交换信息，从地面接收相关控制信息，同时可以通过感应线圈向地面传递列车的运行速度等信息，实现了地面-列车双方向信息传递。LZB系统车内设有主体化机车信号，在机车上显示列车实际速度、目标速度、目标距离、应有速度等。（二）列车控制的基本原理如图 8-19 所示，地面控制中心按地理

32、位置存储了各种地面信息(线路坡度、曲线半径、缓行区段的位置与长度等)，此外，沿线的信号显示、道岔位置及列车的有关信息(车长、制动率、所在位置、实时速度等)不断地经过轨间电缆传输到地面控制中心。地面控制中心根据线路状况、列车运行的位置和前后列车之间的运行间距计算出列车允许的最高运行速度、目标速度及制动曲线，并通过轨间电缆将此上述控制信息传递给机车，车载计算机依据地面控制中心的控制信息来控制列车的运行，如果列车的运行速度低于最大允许速度，车载防护系统 ATP 不启动，如果列车的运行速度超过最大允许速度，车载防护系统 ATP 启动，对列车进行制动，以降低列车运行速度，当然地面控制中心计算出的最大允许

33、速度是根据线路状况、列车运行的位置和前后列车之间的运行间距随时改变的。还有一种方法是：地面控制中心不对列车的允许运行速度进行计算，而仅仅将线路状况、列车运行的位置和前后列车之间的运行间距等信息通过轨间电缆传递给机车，由车载计算机计算出列车的最大允许速度，并由车载计算机来控制列车的运行。为了实现断轨检查和区段占用检查，LZB 系统还设置了音频轨道电路。图8-19 LZB 系统控制原理图（三）LZB 自动列车控制系统的特点LZB 连续式自动列车运行控制系统根据信号命令、列车运行信息、地面线路条件等因素制定机车运行速度曲线，实时传递给机车，机车接收到相关信息后，根据速度运行曲线自动控制列车运行。轨间

34、环线传递车地信息的方式是一种既能保证行车安全，又能提高运行效率的准移动闭塞制式，它采用在钢轨中间敷设交叉环线（地铁一般 25 m 交叉一次，大铁路一般 100 m 交叉一次），来实现车地信息的双向传递，车地之间传递的是数字编码信息，是一种数字化的信息方式，信息的传输量大，降低了外界气候条件对车地信息传递的干扰和影响，提高了系统的可靠性。LZB 连续式自动列车运行控制系统的列车运行间隔时间比较短，前后车辆时间间隔可以小于 120 s，列车自动运行准点率比较高，地面信号机数量少，司机以地面控制信息作为主要的运行控制命令，行车指令连续显示，列车行驶速度连续监控，适用于大容量运输系统。3.TVM430

35、列车自动控制系统TVM430系统是基于TVM300发展起来的，是为法国国铁公司高速列车开发地，此系统可以在不对列车制动性能提出更高要求的前提下，提高铁路的运营能力。表8-1是两者的比较表。下面主要是介绍TVM430列车自动控制系统。表8-1 TVM300与TVM430两种系统的比较表系 统 型 号/安装的列车型号TVM300/TGV-PSETVM300/TGV-ATVM430/TGV-RTVM430/TGV-NG最高时速/(km/h)270300300360闭塞制动距离/m2100200015001500正常制动距离/m84001000075009000闭塞分区数/个4556最小运行间隔/mi

36、n5432TVM430主要由三部分组成，即地面设备、地-车传输设备和车上设备。（1）地面设备地面设备的主要功能：通过轨道电路进行列车检测；列车间隔条件的计算、编码，并向车上传输有关速度、目标距离、坡度、网络码等数据信息。为了保证线路的连续性，还要将数据传输到邻近的地面中心。TVM430地面设备主要由两种柜架组成，一种是处理柜，另一种是输入、输出柜。处理柜包括地面安全型冗余计算机和一个转换架。计算机用来执行功能处理，转换架确保地面计算机故障时能可靠切换。输入输出柜主要由闭塞分区架构成，与一个或几个分区有关的输入输出逻辑都集中在闭塞分区架里。通用发送器架柜（PEU）包括：轨道电路、电源传输板和点式

37、数据传输环线。这种配置保证了高可用性，并防止故障向轨道区段外传播。根据轨道布局的情况，TVM430的模块化结构可增加输入输出及地面处理柜的数量。（2）数据传输通道TVM430拥有两条地-车数字传输通道：一条是利用UM71调制轨道电路的连续式通道；另一条是利用环线的点式传输通道。1、连续式传输通道用于列车检测的UM71轨道电路，也可用作地-车传输通道，在铁路故障安全计数方面也实现了这两种功能。轨道电路标准长度：高速列车北方线为1500m；隧道线路为500m。UM71轨道电路有一个电气绝缘节，可以从远自7km范围内的地面设备那里得到电力供给。由于有数据传输通道，因此TVM430属无源轨道部件。TV

38、M430地面设备是一种高度集成化的电子设备，这一特性对于安装与维修具有费用低的优点。通过相对复杂信号对轨道电路由电流的调制，来获得信息在轨道电路上的传输。信号信息通过27个低频多重复用获得，这种多重复用有27位信息，因此具有一个极高的理论容量。实际上，这些信息分成几个区，每个区都有自己的特殊含义，即网络地址（例如北方高速列车线、海底隧道线等）、速度码（目标速度、瞬时速度、模拟）、目标距离和坡度。2、点式传输通道为补充轨道电路传输的信息，在特点地方的轨道上铺设点式环线。这样做既可以保证机车启动和停车功能，同时，也可监督超越绝对停车信号标志。其特征是：时分多重复用（PSK）；载频为125kHz；速

39、率为9600Baud。信息包括机车启动、停车、绝对停车点控制和辅助驾驶补充（受电弓、回路断路器、无线电等）。（3）车载设备根据轨道电路传送来的信息，车载设备要为司机提供可靠的速度命令显示，并进行实际的列车速度控制。为此，车上使用一种速度表。在司机没有按显示速度运行的情况下，车载设备将自动启动列车制动系统。TVM430车载设备主要由两个机架组成，一个是电源和转换继电器机架（PIR）；另一个是处理机（PIC），执行所有计算处理工作。TVM430车载设备是按VME计算机总线设计和制造的，具有较高的模块化结构。通过利用VME总线和模块化软件，可方便地增加或替换电子插件板。北部高速列车线路和海峡隧道线路

40、没有地面信号，安全性和可靠性都取决于车载信号系统。由PIC和PIR组成地配置可以满足安全要求。考虑到最大可用性原因，这种设备都是双套地。图8-20是TVM430车载设备组成框图。图8-20 TVM430车载设备组成框图（4）TVM430的数据格式轨道上传送的信号被列车前端的天线（感应器）接收，转发到车上两套冗余的数字信号处理器，经过滤波、条件化、解码等处理后，由车载显示器显示给司机。经过解码后的TVM430信号是一个27bit的数据字，字中的每一位对应于轨道电路中调制在载频上的一个频率，这一数据字又分为五个码，组成TVM430信号的数据格式。（1）速度码（占8bit，频率为0.884.08Hz

41、）。包括本闭塞分区最高安全速度，本闭塞分区末端的目标速度及下一闭塞分区末端的目标速度。（2）坡度码（占4bit，频率为4.726.64Hz）。坡度信息由整个闭塞分区情况平均而得。列车在进行速度计算时要考虑到这一因素。（3）闭塞分区长度码（占6bit，频率为7.2810.48Hz）。闭塞分区长度可能有多种，对于计算速度十分重要。（4）路网码（占3bit，频率为11.1215.60Hz）。路网码决定列车如何理解速度码。例如，在最高允许速度为300km/h的高速线路上所用的路网码，与在速度限制为160km/h的海峡隧道中所用的路网码不同。（5）纠错码（占6bit，频率为16.2417.52Hz）。当

42、信号误读时，纠错码不但能检查出错误，在某些情况下还能纠正错误。纠错码采用6位循环冗余校验码。采用上述27bit的数据字传递信息，将给司机的控车带来很大便利。在TVM300中，地面设备发送的列车目标速度仅在每个闭塞分区边界处更新，相应地就仅提供给司机离散的阶梯状的速度曲线，此曲线无法反映列车的连续速度变化。而TVM430则根据一次实时接收的闭塞分区长度码及其它码字信息，可以产生连续的速度变化模式的曲线，从而提供给司机更实际的速度变化信息，图8-21描绘了模式曲线。 图8-21 模式曲线4.ETCS系统在欧洲铁路网上，各个国家的铁路部门使用各自不同的信号制式管理列车的运营，列车运行控制系统（ATP

43、/ATC）多达十余种，如LZB系列/FZB系列、TVM系列等，这些信号和控制系统互不兼容。因此，跨国境运营的列车要么穿过边境抵达另一个国家后停下来更换机车，要么根据运行线路的不同装备多种不同的控制系统（最多的有6种），当列车穿过边境抵达另一个国家后，切换相应的运行控制系统。当列车装备多种控制系统后，由于每种控制系统价格昂贵，使得列车运营及维护费用上升，同时所遇到的繁多的信号技术使得穿越边界的操作非常低效。为此,欧洲多家铁路运营公司希望建立国际标准化的列车自动控制(ATC)系统,解决欧洲各国铁路互联互通问题,进一步提高列车运行的安全性和高效性,降低运营成本、增强竞争优势, 1989年以来欧盟委员

44、会资助,由AD-TRANZ, ALCATEL, ALSTOM, ANSALDO SIG-NAL, INVENSYS RAIL和SIEMENS几大公司的专家参与,制订了欧洲铁路运输管理系统/欧洲列车控制系统(以下简称ERTMS/ETCS,即European Railway Traffic Management System /Europea Train Control System)需求规范,定义了系统框架和系列标准,并已纳入国际铁路联盟(UIC)标准。在此基础上成功构建了以功能分级,具有欧洲特色的列车控制系统。ERTMS体系结构ERTMS是以欧洲铁路运输管理(以下简称ETML,即Europea

45、n Traffic Management Layer)为运输指挥基础,以ETCS为安全核心,以服务于铁路的全球无线移动通信系统(以下简称GSM-R,即Global System Mobile Devoted to Railway)为传输平台的铁路运输管理系统。ERTMS的组成如图8-22所示。图8-22 ERTMS的组成一） ETCS系统构成ETCS首先是一系列具有可操作性的技术文件、标准、规范和概念,同时也涉及一系列信号安全系统。ETCS系统主要由地面子系统和车载子系统两大部分构成,如图8-23所示。图8-23 ETCS的框架结构地面子系统主要包括:(1)欧洲应答器(Eurobalise)；

46、(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-mission Modules)。二）ETCS的分级ETCS的最大特色之一是根据功能需求和运用条件配置系统。用一个系统,以分级的概念实现原为多个系统,为一个目标而完成的工作。ETCS从运用角度分为5级(0-3级、0+级)。0级：ETCS车载设备+传统

47、列控系统。0级主要是为了保证装配ETCS车载设备的列车,能在没有ETCS地面设备的线路、或尚不具备ETCS运营条件的线路上运行。既有地面信号系统完成列车占用检测和完整性监督。ETCS车载设备只显示列车速度,并只监督列车最大设计速度和线路最大允许速度。车载设备不提供机车信号功能,司机凭地面信号行车。除列车速度外,其它监督信息将不在列车的人机界面上显示。为实现制式转换或级间转换,在地面特定点(如制式分界点)必须增加应答器,车载设备接收应答器转换信息并完成转换功能。见图8-24。图8-24 ERTMS/ETCS 0级的应用0+级(STM)0+级主要是为了保证装配ETCS车载设备的列车,在既有线运行时

48、能够提供通用机车信号功能。在该级中,既有地面信号系统完成列车占用检测和列车完整性监督,并根据既有地面信号系统功能决定是否需要地面信号机。地-车信息传输采用既有方式,与0级不同的只是车载增加了STM,机车信号显示视国情而定。可以认为0+级是一个过渡级。应当注意到,尽管0+级可以通过采用STM专用传输模块实现不同制式信息的兼容接收,但仍需要采用不同的接收天线。在0级和0+级,列车控制以人为主,行车安全不由ETCS保证。见图8-25。图8-25 ERTMS/ETCS 0+ (STM)级的应用1级：地面信号查询应答器轨道电路装备了ERTMS/ETCS的列车，在装备有点式传输设备欧洲应答器Eurobal

49、ise的线路上运行，地面向列车传输的信息完全依靠Eurobalise，轨道电路只完成轨道区段的空闲/占用检查和列车的完整性检查。该系统是典型的点式ATP。见图8-26。为了增加信息传输的覆盖范围，线路上可以安装欧洲环线Euroloop或者无线注入单元。因此ERTMS/ETCS等级1分成带注入信息和不带注入信息两种类型。图8-26ERTMS/ETCS 1级的应用2级：轨道电路查询应答器GSM-R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

50、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。见图8-27。图8-27 ERTMS/ETCS 2级的应用3级：查询应答器GSM-R取消了传统的地面信号系统,列车定位和列车完整性检查由地面无线移动闭塞中心RBC和列车完整性验证系统共同完成。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。见图8-28。图8-28 ERTMS/ETCS 3级的应用基于上述原因，这就产生了研制通用信号系统和新型列车控制系统的要求。这种通用信号系统应能满足：跨国境运营的列车不

51、受限制地穿越边界，提高列车运行效率；信号和列车控制系统界面标准化，尽可能减少不同国家的特殊要求；通过鼓励对设备的开放市场来产生商业吸引力，从而降低设备的成本。欧洲铁路运输管理系统ERTMS是欧洲铁路和欧洲信号工业在欧洲委员会的财政支持和国际铁路联盟UIC的支持下，经过大约10年的工作得到的结果。其目的是为了改善信号制式互不兼容的状况，在全欧洲范围内创立一个既可以兼容现有信号体制，又可以在各国统一推广使用的铁路信号标准，保证各国的列车在欧洲铁路网内的互通运营，提高运输效率。为实现欧洲铁路互联互通，欧盟组织确定了适用于高速铁路列控的标准体系，技术平台开放；基于GSM-R无线传输方式的ETCS2系统

52、，技术先进，并已投入商业运营；欧洲正在建设和规划的高速铁路均采用ETCS列控系统，是未来高速列车控制系统的发展方向。 CTCS列控系统一、 CTCS概述为了适应铁路跨越式发展战略，2003年10月，铁道部已经制定了中国列车控制系统(CTCS)技术规范总则(暂行)和相应CTCS技术条件，CTCS列控系统的CTCS是Chinese Train Control System的缩写，CTCS技术规范是参照欧洲列车运行控制系统(简称ETCS)编制的。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。一）CTCS列控系统的系统构成如图8-29所示，CTCS系统

53、由车载子系统和地面子系统组成。地面子系统可由以下部分组成:应答器、轨道电路、无线通信网络(GSMR)、列车控制中心(TCC)/无线闭塞中心(RBC)。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。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。无线通信网络(GSM-R)是用于车载子系统和列车控制中心进行双向信息传输的车地通信系统。列车控制中心是基于安全计算机的控制系统，它根据地面子系统或来自外部地面系统的信息，如轨道占用信息、联锁状态等产生列车行车许可命令，并通过车地信息传输系统传输给车载子系统，保证列车控制中心管辖内列车的运行安全。车载子系

54、统可由以下部分组成:CTCS车载设备、无线系统车载模块。CTCS车载设备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。无线系统车载模块用于车载子系统和列车控制中心进行双向信息交换。图8-29 CTCS列控系统构成图二） CTCS基本功能系统按照故障-安全原则，在任何情况下防止列车无行车许可证运行；防止列车超速运行，包括列车超过进路允许速度、线路结构规定的速度、机车车辆构造速度、临时限速和紧急限速、铁路有关运行设备的限速；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；防止列车溜逸

55、；三） CTCS应用等级针对中国铁路不同的线路、不同的传输信息方式和闭塞技术，CTCS划分为5个等级，依次为CTCS0CTCS4级，以满足不同线路速度需求。CTCS0级为既有线的现状，即由目前使用的通用式机车信号和运行监控记录装置构成。CTCS1级为面向160kmh以下的区段，由主体机车信号和加强型运行监控记录装置组成。它需在既有没备的基础上强化改造，达到机车信号主体化的要求，增加点式设备，实现列车运行安全监控。CTCS2级为面向提速干线和高速新线，采用车地一体化设计，基于轨道电路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。CTCS3级为面向

56、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。点式设备主要传送定位信息。CTCS4级为面向高速新线或特殊线路，是完全基于无线传输信息的列车运行控制系统。地面可取消轨道电路，不设通过信号机，由RBC和车载验证系统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。第三节 CTCS2系统一、概述如图8-30所示客运专线CTCS 2级是基于轨道电路和点式信息设备传输列车运行许可信息并采用目标距离模式监控列车安全运行的列车运行控制系统。该系统面向提速干线和高速新线，适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机。是一种点一连式列车运行控制系统。图8-3

57、0 CTCS2运行示意图CTCS2级系统中轨道电路实现列车占用检查及完整性检查，并连续向车载设备传送空闲闭塞分区数量等信息。应答器向车载设备传输定位信息、线路参数、进路参数、临时限速和停车等信息。列控中心具有轨道电路编码、应答器报文储存和调用、区间信号机点灯控制、站间安全信息( 区间轨道电路状态、中继站临时限速信息、区间闭塞和方向条件等信息) 传输等功能, 根据轨道电路、进路状态及临时限速等信息产生行车许可, 通过轨道电路及有源应答器将行车许可传给列控车载设备。车载控制设备根据地面设备提供的信号动态信息、线路参数、临时限速等信息和动车组参数, 按照目标距离模式生成控制速度, 监控列车安全运行C

58、TCS2列控系统由地面系统与车载设备组成，CTCS2系统设备组成见图8-31。图8-31 CTCS2级列控系统结构图二、地面设备CTCS-2级列控系统地面设备由ZPW-2000（含UM系列）轨道电路、点式应答器、列控中心、车站联锁组成。ZPW-2000轨道电路轨道电路占用检查及连续传输传送列控信息；包括以下信息：行车许可，空闲闭塞分区数量，道岔限速等。 轨道电路码序在原四显示自动闭塞基础上增加L2、L3码，下表8-2所示为一种典型案例。轨道空闲6543210信号显示LLLLLUUHU信息名称L3码L3码L2码L码LU码U码HU码信息显示LLLLLUU2UU信息名称L3码L3码L2码L码LU码U

59、2码UU码信号显示LLLLLUU2SUUS信息名称L3码L3码L2码L码LU码U2S码UUS码应答器点式信息由有源应答器和无源应答器提供，包括以下的信息：线路长度(以闭塞分区为单位提供)。线路坡度。线路固定限速。临时限速。级间切换。列车定位等信息。应答器设置：（1）进站信号机处设置有源应答器，提供接车进路参数及临时限速信息。接车进路建立后，进站应答器发送相应的接车进路信息。具有直股发车进路的股道应提供直股发车进路、前方一定距离内的线路参数和临时限速信息。（2）车站出站口处设置无源应答器和有源应答器。无源应答器提供前方一定距离内的线路参数；有源应答器提供前方一定距离内的临时限速。出站信号机处（含

60、股道）原则上不设置应答器。ATP车载设备通过成对的应答器识别运行方向。（3）区间间隔35km设置无源应答器，提供正向运行前方一定距离内的线路参数及定位信息，原则上设置在闭塞分区分界处。除进出站口外，区间可不设置专用于反向运行的应答器。（4）根据需要可设置特殊用途的无源应答器，如CTCS级间转换等。CTCS级间转换应分别设置具有预告、执行功能的固定信息应答器。（5）应答器的正线线路参数应交叉覆盖，实现信息冗余。3. 地面电子单元LEULEU经过1个冗余的、安全的串行链路（接口S）接收列控中心发送的编码，并独立地驱动4个有源应答器，向其实时发送进路股道、临时限速信息报文。4. 列控中心列控中心是C