区间信号自动控制河南工业大学

区间信号自动控制河南工业大学第一页，共58页。期末成绩=平时成绩30%+考试成绩70%平时成绩：上课出勤（随机点名和问题抽查，出现三次点名不到者，平时成绩不合格。请假同学要有学院辅导员批准的假条。）

课外作业

不希望出现大量雷同现象。

课程要求第二页，共58页。列车运行控制技术尚庆松2016年第三页，共58页。总学时：46学时(理论38+实验8)绪论列车运动学基础

列控系统基本原理与组成

地面设备功能原理车载设备功能原理

中国铁路列车运行控制系统城市轨道交通运行控制系统习题和总复习

课程介绍第四页，共58页。《列车运行控制系统》唐涛主编中国铁道出版社

课程介绍第五页，共58页。第一章绪论1、铁路及铁路信号发展历程2、铁路信号发展推动力3、列控定义及功能4、列控系统发展现状第六页，共58页。重点：1、列控系统的定义、作用和基本功能？2、我国列控系统的分类及应用场景？第七页，共58页。铁路的发展

开创时期

（1825～1850年）这个时期正值产业革命后期，钢铁工业、机器制造业等已达到一定水平，同时工业发展又有原材料和产品的输送问题需要解决。这样，促使铁路迅速地兴起。1825年，英国斯托克顿至达林顿的商业铁路，标志铁路的正式出现（英国斯蒂芬孙发明蒸汽机车，蒸汽机是谁发明的？）1530年，木质轨道出现。发展时期

（1850～1900）这个时期内有60多个国家和地区建成铁路并开始营业。1.1铁路及信号发展历程第八页，共58页。成熟时期（1900～1950）开始采用内燃机车和电力机车来代替落后的蒸汽机车。但由于铁路运输难以同公路运输的方便和航空运输的快速相竞争，逐渐出现萧条景象。如美国在1920～1950年拆除9万多公里铁路。新发展时期

（1950年至今）高速：日本新干线、法国TGV、中国高铁

重载：大秦铁路2-3万吨

高密度：缩短列车发车间隔

铁路的发展

1.1铁路及信号发展历程第九页，共58页。铁路运输:

以机车、车辆为移动设备

线路（轨道、桥梁、隧道等）为固定设备

以站场（车站、编组场等）为运输生产基地的实现旅客和货物运输的庞大系统

运行特点：速度快、质量重、制动距离长1.1铁路及信号发展历程问题1：铁路主要是用于干什么的？运人和运物；问题2：那么铁路的产品是什么？问题3：铁路产品靠什么运送哪？第十页，共58页。安全高效资源的分配：同时间、同轨道、一列车分配的时机：尽可能晚、尽可能快行车指挥及控制系统——铁道信号如何保证列车安全、高效的运行？1.1铁路及信号发展历程第十一页，共58页。19世纪，骑马引导列车，后期一定距离设置人员，挥旗1830年英国横木式带灯光的信号机1832年美国柱子上挂黑白球(准时到达，则悬挂白球，如晚点，则挂黑球)1841年臂板信号机(以臂板放水平位表示停车，向下倾斜45°表示行进)色灯信号机出现（接近夜里行车问题）1835年电报闭塞（人工闭塞）1876年电话闭塞

（人工闭塞）

1878年电气路签闭塞（人工闭塞）1878年轨道电路出现铁路信号的发展

1.1铁路及信号发展历程第十二页，共58页。半自动闭塞站间闭塞自动闭塞准移动闭塞移动闭塞铁路信号的发展

机车辅助信号机车辅助信号+自动停车自动列车防护系统1.1铁路及信号发展历程第十三页，共58页。（1）地面人工信号

为防止列车相撞，在线路上安装各种信号设备。通过地面信号显示系统，以物体大致形状、灯光的数目和颜色等视觉信号或音响信号等听觉信号给司机以各种运行条件的指示，提醒司机采取相应的措施，以免发生列车正面冲突和追尾事故。

这个阶段，主要是依靠信号工的眼睛观测（传感器），通过人控制的信号给司机传递行车命令（传输），由信号工控制列车间隔。列车完全由司机驾驶，并负责列车的运行安全。1.1铁路及信号发展历程第十四页，共58页。（2）地面自动信号1872年美国人鲁宾逊发明了轨道电路，实现了列车占用钢轨线路状态自动检查。利用轨道电路检查到的列车占用线路状态控制信号显示，出现了地面自动信号，使地面信号显示能真实反映线路空闲状态，也就是说按信号显示行车能够防止列车冲突事故。只有当线路在空闲状态时，信号开放才是安全的。

列车间隔调整采用半自动闭塞、自动闭塞

地面信号显示仅仅指明列车前方线路状态，列车完全由司机驾驶，安危在完全掌握在司机手中。1.1铁路及信号发展历程第十五页，共58页。（3）机车信号由于地面信号显示有时受到自然环境（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。为将列车运行前方所接近信号机的显示情况及时通告司机，发明了机车信号设备，将地面的视觉信号通过技术手段引入司机室，大大改善了司机了望条件。这样司机就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。1.1铁路及信号发展历程第十六页，共58页。（4）自动停车装置列车自动停车设备（简称ATS，AutomaticTrainStop）的功能是当地面信号的“禁止命令”未被司机接受时就自动实施紧急制动，强迫列车停车。电码轨道线路的出现，使得利用轨道电路向机车传送信息成为可能，地面轨道电路、机车信号与自动停车装置结合的构成简单的列车运行自动控制系统。

这个阶段，列车运行控制系统（铁路信号）不再只是指明安全运行条件，列车的安危由设备和司机共同保证。1.1铁路及信号发展历程第十七页，共58页。（5）列控自动防护系统

列控车载设备给司机显示根据地面发送的信息、列车参数实时计算出列车运行的允许速度，自动监督列车运行，一旦列车运行速度超过允许速度，车载列控设备自动实施常用制动或紧急制动，有效防止两冒一超事故，确保行车安全。这样由地面设备、地车信息传送设备、车载设备构成的系统称为列车运行自动控制系统。1.1铁路及信号发展历程第十八页，共58页。STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY信号系统发展3大推动力1.2铁路信号发展推动力第十九页，共58页。杨庄事故事故原因：值乘司机和副司机睡觉，列车冒进信号，与正在进站通过的87次旅客列车侧面相撞。

促使铁路推广使用机车三大件：机车信号、自动停车、无线列调。

1978年12月16日凌晨位于郑州铁路局属下的杨庄火车站发生一起特大铁路事故。南京开往西宁的87次在陇海线杨庄车站与西安开往徐州的368次拦腰相撞，造成旅客死亡106人，重伤47人，轻伤171人。

重大事故驱动：信号技术是以血的代价换来的，是人们经验智慧的结晶。安全事故案例分析第二十页，共58页。2005年4月25日日本铁路重大事故4月25日上午，西日本铁路公司一列从宝冢开往同志社前站的火车发生脱轨事故，车头冲入路边一栋公寓楼并严重损毁。目前已经造成106人死亡，562人受伤。事故原因：火车当时的时速高达100公里，这远远超出了限速70公里/小时。安全事故案例分析第二十一页，共58页。2006年9月22日德国高速磁悬浮撞车事故

2006年9月22日德国高速磁浮试验线，一列磁浮列车与一辆维修车相撞，事故中死亡人数为23人。事故原因：信号系统不完善！违反操作规程，未安装运行控制车在设备的列车驶入有磁浮车的线路。安全事故案例分析第二十二页，共58页。“4.28”列车特别重大事故

2008年4月28日4时38分，济南铁路局管内胶济下行线王村至周村东间290公里800米处发生特别重大事故，造成导致72人死亡，416人受伤。安全事故案例分析第二十三页，共58页。“4.28”列车特别重大事故反思：目前广泛使用的监控装置 存在安全隐患！安全事故案例分析“4.28”事故发生在胶济线周村至王村区间呈“S”形临时施工便线，其限速为每小时80公里。事故发生时，北京至青岛的T195次列车下行通过时达到每小时131公里，超速60%，最终酿成惨剧。第二十四页，共58页。美国联邦运输安全委员会称，错过红灯信号的客运列车司机桑切斯的确在事故发生当天收发手机短信。

2008年美国总统签署“铁路安全改善法案”，要求2015年前所有货车及客车均安装PTC系统。安全事故案例分析2008年9月美国铁路事故

美国南加州一列载有225人的通勤列车，当地时间12日下午在洛杉矶市中心西北约50公里的查茨沃思附近，与一列货运列车发生对撞，造成25人死亡，130多人受伤的重大事故。安全事故案例分析第二十五页，共58页。

2009年6月22日下午，美国华盛顿哥伦比亚特区发生地铁相撞事故，造成至少9人死亡75人受伤。2009年6月22日美国华盛顿地铁事故

调查人员透露，地铁相撞时，列车正处于自动驾驶模式。但是，两列地铁接近时，地面信号却没有正常发挥作用。安全事故案例分析第二十六页，共58页。2时34分，从长沙开往深圳的K9017次客运列车“制动失灵”，挤坏道岔，与正在出站的K9063次客运列车机车侧面冲突，造成列车机车以及部分车厢脱轨。目前已有3人死亡，重伤6人，受伤63人。

2009年6月29日郴州事故

因K9017次列车第二位车辆制动软管在安装作业中操作人员违反操作规定，将防尘堵底盖遗留在折角塞门内，堵塞制动主管风道，列车制动力突然丧失而造成。安全事故案例分析第二十七页，共58页。

2011年7月23日20:30:05从永嘉站开往温州南站的D301次列车在温州南站下行3接近K583+831处（此处是瓯江大桥），与前行的D3115次列车发生追尾，酿成特别重大铁路交通事故。“7.23”甬温特别重大铁路交通事故事故造成40人死亡，192人受伤，中断行车32小时35分，直接经济损失19371.65万元。第二十八页，共58页。经调查认定，“7·23”甬温线特别重大铁路交通事故是一起因列控中心设备存在严重设计缺陷、上道使用审查把关不严、雷击导致设备故障后应急处置不力等因素造成的责任事故。给予铁道部、通信信号集团公司、通信信号研究设计院、上海铁路局等单位54名责任人员党纪政纪处分，其中：铁道部：15人通号公司：12人上海局：27人调查报告认定三大“人祸”导致事故第二十九页，共58页。值得深思的问题（1）到底问题在哪里？（2）高速铁路运行控制为什么“难”？

“7.23”事故是全世界第一例由于列控技术原因，酿成的高速铁路重大事故。

警示和思考安全理念、方法落后。安全管理缺失保障全生命周期的安全第三十页，共58页。

2011年9月27日14时30分左右，上海地铁十号线由于新天地站信号故障，上海地铁10号线采用人工调度，出现错误导致豫园路站两辆列车相撞。“9.27”

上海地铁列车追尾事故警示：先进的列控系统运行下，作为人工控制的后备系统依然要保障安全。第三十一页，共58页。运营需求引导轨道交通特点：列车在固定轨道上依次运行；列车制动距离长提高运营效率：不断向高速、高密度发展；轨道交通速度、密度不断提高，促使信号技术不断发展，以满足需求保证安全；

☆国际铁路联盟规定：列车速度超过160公里/小时， 必须以车载信号作为行车凭证；☆北京市规定：城市轨道交通必须采用列车自动防护系统1.2铁路信号发展推动力第三十二页，共58页。运行控制系统具有需求引导型的特点：

各国的文化背景、人员素质运营、习惯不同；各条线的线路状况、站场布局、运营间隔等不同；既有运行控制系统的技术水平、特点不同；不能完全照搬国外的系统，核心技术国外不转让！

1.2铁路信号发展推动力第三十三页，共58页。技术发展推动轨道交通信号系统是先进技术应用最佳场合；先进技术（计算机技术、通信技术、自动控制技术）使高性能信号系统实现从梦想成为可能；如移动闭塞1.2铁路信号发展推动力第三十四页，共58页。由地面设备和车载设备组成用于控制列车运行速度，保证行车安全，提高运行效率的安全控制系统。轨道交通信号系统的重要组成部分基本功能：间隔控制速度防护安全防护主要的安全措施：使列车停车或关闭牵引供电1.3列控的定义及功能第三十五页，共58页。控制中心列控中心联锁系统轨道电路应答器编程VCC1DTVCC1I/OVCC1DTVCC1I/O应答器无线闭塞控制中心VCC1DTVCC1I/OVCC1I/O机车信号天线车速点式信息无线制动输出VCC1DTVCC1DTVCC1I/O——与通信、计算机紧密结合列车运行控制系统：基于现代IT技术的安全控制系统第三十六页，共58页。STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETY列车运行控制系统的原理

列车运行控制系统根据前方行车条件，为每列车产生行车许可，并通过地面信号和车载信号的方式向

司机提供安全运行的凭证。（地面设备）车载设备根据接收到的行车许可产生允许速度，

当列车速度超过允许速度时控制列车实施制动，使列

车降速乃至停车，防止列车超速颠覆或与前方列车追尾等，保证行车安全。（车载设备）1.3列控的定义及功能第三十七页，共58页。列车运行控制系统基本功能：给司机显示允许列车运行的信号、限制速度或目标距离等信息；能自动实施速度控制。一旦列车超过允许速度，应实施制动控制，使列车减速乃至停止；防止与同一轨道运行的列车相撞或追尾；防止列车超过规定的限制速度运行，包括规定的现在速度、线路限速、车辆限速和临时限速。1.3列控的定义及功能第三十八页，共58页。欧洲

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/ATC）多达15种，这些信号和控制系统互不兼容。

跨国境运营的列车要么穿过边境抵达另一个国家后，列车停下来更换机车，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9种），当列车穿过边境抵达另一个国家后，需切换运行控制系统的标准。

基于上述原因，这就产生了对一种通用信号系统和新型列车控制系统的需求。1.4国内外列控技术的发展现状欧洲ETCS第三十九页，共58页。

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，开展项目—欧洲铁路运输管理系统ERTMS；

ERTMS的目的是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联互通运营，提高运输效率；欧洲铁路运输管理系统（EuropeanRailTraffic

ManagementSystem，ERTMS）包括以下三部分：ERTMS欧洲铁路控制系统（ETCS）无线通信系统（GSM-R）是欧洲信号一体化技术。欧洲铁路运输管理系统（ETMS）ETCS涉及列车控制和信号方面，它包含了所有的信号技术，也就1.4国内外列控技术的发展现状第四十页，共58页。STATEKEYLABOFRAILTRAFFICCONTROL&SAFETYETCS的应用等级

分级控制

不同等级的运营效率不同、运营和建设成本不同

各国线路建设者可根据本国实际需求，选择不同等级的地面设备

车载可装备不同等级的车载设备

不同等级向下兼容，例如：E1的车可以在E2的线路上运行，E2的车也可以在E1的线路上以E1等级运行。

ETCS的应用等级——分级控制

ETCS等级1（带注入或不带注入信息）：基于应答器ETCS等级2 ：基于GSMR

ETCS等级3 ：在E2基础上，由列车完成列车完整性检查。1.4国内外列控技术的发展现状第四十一页，共58页。ETCS运行等级1.4国内外列控技术的发展现状第四十二页，共58页。中国铁路列车运行控制系统CTCS

（ChineseTrainControlSystem）CTCS系统组成框图

第四十三页，共58页。CTCS-0装备为120km/h既有铁路信号设备地面设备：国产轨道电路构建三显示/四显示固定闭塞车载设备：通用机车信号

列车运行监控记录装置（普通型）固定闭塞第四十四页，共58页。CTCS-1既有铁路160km/h及以下的区段装备为既有铁路信号设备地面设备：国产化轨道电路ZPW-2000构建四显示固定闭塞车载设备：主体机车信号＋LKJ2000固定闭塞第四十五页，共58页。CTCS-2提速干线、客专和特殊线路应答器、ZPW-2000A/K轨道电路共同完成车地通信。配置车站列控中心TCC车载ATP计算列车移动授权凭证车载ATP+LKJ2000，凭车载信号行车可下线在CTCS1/0线路准移动闭塞，地面可不设区间通过信号机第四十六页，共58页。CTCS-3提速干线、客专和特殊线路无线通信（GSM-R）传输车地信息轨道电路检查列车占用，应答器为列车定标RBC基于地面信号系统计算行车许可向列车移动授权车载配置ATP，凭车载信号行车地面可不设区间通过信号机可下线在CTCS2线路准移动闭塞，等同于ETCS-2第四十七页，共58页。CTCS-4面向高速新线或特殊线路取消了区间轨道电路和通过信号机无线通信（GSM-R）车载设备发送列车参数，无线闭塞中心RBC跟踪列车位置RBC计算行车许可向列车列车移动授权地面RBC和与车载设备核对列车完整性验证CTCS车载设备ATP，凭车载信号行车移动闭塞等同于ETCS-3第四十八页，共58页。ETCS与CTCS比较等级

ETCSCTCS0欧洲既有线现状中国既有线现状；通用式机车信号+监控装置1基于点式传输的列车控制系统；列车占用及完整性检查由轨道电路完成；设置地面信号机；面向160km／h以下区段；主体机车信号+加强型监控装置2基于GSM—R传输的列车控制系统；列车检测和列车完整性检查由轨道电路完成；可以取消地面信号机：面向提速干线和客运专线；基于轨道电路+点式应答器进行信息传输的列控系统；可取消地面通过信号机；3基于GSM—R传输的列车控制系统；取消轨道电路和地面信号机；无线闭塞中心与车载验证系统共同完成列车定位和完整性检查；可实现移动闭塞：面向提速干线、客运专线和特殊线路；基本参照ETCS2级4未定义面向客运专线和特殊线路基本参照ETCS3级1.4国内外列控技术的发展现状第四十九页，共58页。城市轨道交通的信号系统是保证列车运行安全和提高行车效率的重要设施。由于城市轨道交通的行车密度高、站间距离短，对列车运行的安全性和自动化程度也有更高的要求。传统的信号系统已不能适应城市轨道交通的发展，必须用一种能实现列车速度自动控制和列车运行间隔自动调整的新的信

号系统来替代，这就是城市轨道交通列车自动控制（ATC）系统。ATC系统概述1.4国内外列控技术的发展现状第五十页，共58页。城市轨道交通信号系统通常由列车自动控制系统（AutomaticTrainControl，简称ATC）组成，ATC系统包括三个子系统：

—列车自动监控系统（AutomaticTrainSupervision，简称ATS）

—列车自动防护子系统（AutomaticTrainProtection，简称ATP）

—列车自动运行系统（AutomaticTrainOperation，简称ATO）

三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统。城市轨道交通列控系统分类：（1）速度码控制的固定闭塞系统（2）基于目