中國列車運(yùn)行控制系統(tǒng)CTCS

1、CTCSCTCS是(Chinese Train Control System)的英文縮寫,中文意為中國列車運(yùn) 行限制系統(tǒng).CTCS系統(tǒng)有兩個子系統(tǒng),即車載子系統(tǒng)和地面子系統(tǒng). CTCS根 據(jù)功能要求和設(shè)配置劃分應(yīng)用等級,分為 04級.1. CTCS概述TDCS是鐵路調(diào)度指揮信息治理系統(tǒng),主要完成調(diào)度指揮信息的記錄、分析、 車次號校核、自動報點(diǎn)、正晚點(diǎn)統(tǒng)計、運(yùn)行圖自動繪制、調(diào)度命令與方案的下達(dá)、 行車日志自動生成等功能,換句話說就是原來行車調(diào)度員和車站值 班員需要用筆記下的東西現(xiàn)在都可以由TDCS自動完成中國鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)參考?xì)W洲ETCS規(guī)X,中國逐步形成了自己的 CTCS :Chinese

2、Train Control System 標(biāo)準(zhǔn)體系.如何吸收ETCS規(guī)X并結(jié)合中國國情更好地再創(chuàng)新,是值 得深入研究的課題.鐵路是國民經(jīng)濟(jì)的大動脈,是中國社會和經(jīng)濟(jì)開展的先行產(chǎn)業(yè), 是社會的根 底設(shè)施,鐵路運(yùn)輸部門又是國民經(jīng)濟(jì)中的一個重要部門,它肩負(fù)著國民經(jīng)濟(jì)各種物資運(yùn)輸?shù)闹厝?對中國社會主義建設(shè)事業(yè)的開展有著舉足輕重的作用.為了滿足國民對鐵路運(yùn)輸?shù)囊?進(jìn)入二十一世紀(jì)以后,鐵路部門致力于高速鐵路和客 運(yùn)專線的建設(shè),并取得了驕人的成績.為了適應(yīng)中國高速鐵路、客運(yùn)專線的迅速開展和保證鐵路運(yùn)輸平安的需要, 鐵道部有關(guān)部門研制成功了 “CTCSS統(tǒng)即：鐵路列車限制系統(tǒng),M ChineseTrain

3、Control的縮寫“ CTCS2.產(chǎn)生背景由于早期歐洲鐵路的列車運(yùn)行限制系統(tǒng)種類繁多,且各國信號制式復(fù)雜、互 不兼容,為有效解決各種列車限制系統(tǒng)之間的兼容性問題,保證高速列車在歐洲鐵路網(wǎng)內(nèi)跨線、跨國互通運(yùn)行,1982年12月歐洲運(yùn)輸部長會議做出決定, 就歐 洲大陸鐵路互聯(lián)互通中的技術(shù)問題尋找解決方案.2001 年歐盟通過立法形式確定 ETCS C European Train Control System 為強(qiáng)制性技術(shù)規(guī)X.ETCS的主要目標(biāo)是互通互用、平安高效、降低本錢、擴(kuò)展 市場,在規(guī)X的設(shè)計上融入了歐洲各主要列控系統(tǒng)的功能,制定了比較豐富的 互聯(lián)互通接口.經(jīng)過長期的開展,ETCS系統(tǒng)目

4、前已經(jīng)比較成熟,得到了歐洲各 國鐵路公司和供貨商的廣泛認(rèn)可.中國人口密集,資源緊X,城市化開展非常迅速.一直處于開展中的中國鐵 路,始終存在著運(yùn)量與運(yùn)能之間的突出矛盾. 鐵路運(yùn)輸至今仍相當(dāng)程度地制約著 國民經(jīng)濟(jì)的快速開展,鐵路仍是我國國民經(jīng)濟(jì)開展中的一個薄弱環(huán)節(jié).為了緩解鐵路運(yùn)輸?shù)膲毫?鐵路部門先后實行了六次大提速.與此同時,高速鐵路的蓬勃開展,對鐵路的中樞神經(jīng)一一信號系統(tǒng)也提出了 新的技術(shù)要求.但由于歷史與技術(shù)原因,中國鐵路存在多種信號系統(tǒng),嚴(yán)重影響 了運(yùn)輸效率.鐵路信號系統(tǒng)迫切需要建立統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn), 確立數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、 智能化、一體化開展方向,國產(chǎn)高速鐵路列車運(yùn)行限制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的制定迫在

5、眉睫. 為實現(xiàn)高鐵戰(zhàn)略,鐵道部組織相關(guān)專家開始制定適合我國國情的中國列車限制系 統(tǒng) CTCS C Chinese Train Control System .在CTCS技術(shù)規(guī)X中,根據(jù)系統(tǒng)配置CTCS按功能可劃分為5級.為滿 足客運(yùn)專線和高速鐵路建設(shè)需求,通過對 ETCS標(biāo)準(zhǔn)的引進(jìn)、消化、吸收,并 結(jié)合成功應(yīng)用的CTCS-2級列車運(yùn)行限制系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)營經(jīng)驗,我國構(gòu)建了 具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CTCS-3級列控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn).CTCS-3級列車運(yùn)行限制系統(tǒng)是 基于GSM-R無線通信的重要技術(shù)裝備,是中國鐵路技術(shù)體系和裝備現(xiàn)代化的重 要組成局部,是保證高速列車運(yùn)行平安、可靠、高效的核心技術(shù)之一.3.系統(tǒng)組

6、成地面子系統(tǒng)可由以下局部組成：應(yīng)答器、軌道電路、無線通信網(wǎng)絡(luò)GSM-R、 列車限制中央TCC/無線閉塞中央RBC.其中GSM-R不屬于CTCS設(shè) 備,但是重要組成局部.應(yīng)答器是一種能向車載子系統(tǒng)發(fā)送報文信息的傳輸設(shè)備,既可以傳送固定信 息,也可連接軌旁單元傳送可變信息.軌道電路具有軌道占用檢查、沿軌道連續(xù)傳送地車信息功能,應(yīng)采用UM系 列軌道電路或數(shù)字軌道電路.無線通信網(wǎng)絡(luò)GSM-R是用于車載子系統(tǒng)和列車限制中央進(jìn)展雙向信息 傳輸?shù)能嚨赝ㄐ畔到y(tǒng).列車限制中央是基于平安計算機(jī)的限制系統(tǒng), 它根據(jù)地面子系統(tǒng)或來自外部 地面系統(tǒng)的信息,如軌道占用信息、聯(lián)鎖狀態(tài)等產(chǎn)生列車行車許可命令, 并通過 車地信

7、息傳輸系統(tǒng)傳輸給車載子系統(tǒng),保證列車限制中央管轄內(nèi)列車的運(yùn)行安 全.車載子系統(tǒng)可由以下局部組成：CTCS車載設(shè)備、無線系統(tǒng)車載模塊.CTCS車載設(shè)備是基于平安計算機(jī)的限制系統(tǒng),通過與地面子系統(tǒng)交換信息 來限制列車運(yùn)行.無線系統(tǒng)車載模塊用于車載子系統(tǒng)和列車限制中央進(jìn)展雙向信息交換.4.應(yīng)用等級CTCS應(yīng)用等級0以下簡稱L0:由通用機(jī)車信號+列車運(yùn)行監(jiān)控裝置組成, 為既有系統(tǒng).CTCS應(yīng)用等級1以下簡稱L1:由主體機(jī)車信號+平安型運(yùn)行監(jiān)控記錄裝 置組成,點(diǎn)式信息作為連續(xù)信息的補(bǔ)充,可實現(xiàn)點(diǎn)連式超速防護(hù)功能.CTCS應(yīng)用等級2以下簡稱L2:是基于軌道傳輸信息并采用車-地一體化 系統(tǒng)設(shè)計的列車運(yùn)行限制

8、系統(tǒng).可實現(xiàn)行指-聯(lián)鎖-列控一體化、區(qū)間-車站一體化、 通信-信號一體化和機(jī)電一體化.CTCS應(yīng)用等級3以下簡稱L3:是基于無線傳輸信息并采用軌道電路等方 式檢查列車占用的列車運(yùn)行限制系統(tǒng).點(diǎn)式設(shè)備主要傳送定位信息.CTCS應(yīng)用等級4以下簡稱L4:是完全基于無線傳輸信息的列車運(yùn)行限制 系統(tǒng).地面可取消軌道電路,由 RBC和車載驗證系統(tǒng)共同完成列車定位和完整 性檢查,實現(xiàn)虛擬閉塞或移動閉塞.同條線路上可以實現(xiàn)多種應(yīng)用級別,L2、L3和L4可向下兼容.4.1 CTCS 改為了規(guī)X的一致性,將目前干線鐵路應(yīng)用的地面信號設(shè)備和車載設(shè)備定義 為0級.0級由通用機(jī)車信號+列車運(yùn)行監(jiān)控裝置組成,對這一定義,

9、業(yè)內(nèi)尚有 不同的看法.0級到底是在等級內(nèi)還是在等級外不夠明確,目前的通用機(jī)車信號 尚未能成為主體機(jī)車信號,列車運(yùn)行監(jiān)控裝置尚未能被公認(rèn)為平安系統(tǒng),所以稱列車運(yùn)行限制系統(tǒng)還是不夠格的,但目前確實在運(yùn)用,并起著保證平安的作用.0級 的限制模式也是目標(biāo)距離式,它在既有地面信號設(shè)備的根底上,采取 大貯存的方式把線路數(shù)據(jù)全部貯存在車載設(shè)備中,靠邏輯推斷地址調(diào)取所需的線 路數(shù)據(jù),結(jié)合列車性能計算給出目標(biāo)距離式制動曲線. 如能在每個進(jìn)出站口增加 點(diǎn)式設(shè)備,增強(qiáng)核對地址,就能大大減少邏輯推斷地址產(chǎn)生錯誤的可能性.日本的數(shù)字列車運(yùn)行限制系統(tǒng)I-ATC就是采取車載信號設(shè)備貯存電子電圖, 通過每一軌道區(qū)段的地址編碼

10、來調(diào)取所需的線路數(shù)據(jù),這種方式可以使地-車信息傳輸?shù)男畔⒌男枨罅繙p少.在歐洲列車限制系統(tǒng)ETCS規(guī)X中也不排斥車載信號設(shè)備貯存線路數(shù)據(jù)的方式.正由于0級尚未成為平安系統(tǒng),適用于列車最高運(yùn)行速度為 160km/h與以 下,一般自動閉塞設(shè)計仍按固定閉塞方式進(jìn)展, 采用四顯示自動閉塞,信號顯示 具有分級速度限制的概念,其目標(biāo)距離式制動曲線可作為參考. 應(yīng)該說這是一個 過渡階段.4.2 CTCS 1 級CTCS 1級由主體機(jī)車信號+增強(qiáng)型運(yùn)行監(jiān)控裝置組成,面向160km/h與以 下的區(qū)段,在既有設(shè)備根底上強(qiáng)化改造,到達(dá)機(jī)車信號主體化要求,增加點(diǎn)式設(shè) 備,實現(xiàn)列車運(yùn)行平安監(jiān)控功能.利用軌道電路完成列車占

11、用檢測與完整性檢查, 連續(xù)向列車傳送限制信息.1級的限制模式為目標(biāo)距離式,采取大貯存的方式把線路數(shù)據(jù)全部貯存在車 載設(shè)備中,靠邏輯推斷地址調(diào)取所需的線路數(shù)據(jù), 結(jié)合列車性能計算給出目標(biāo)距 離式制動曲線.在車站附近增加點(diǎn)式信息設(shè)備,傳輸定位信息,以減少邏輯推斷 地址產(chǎn)生錯誤的可能性.1級與0級的差異在于全面提升了系統(tǒng)的平安性, 是對0級的全面增強(qiáng),可 稱為線路數(shù)據(jù)全部貯存在車載設(shè)備上的列車運(yùn)行限制系統(tǒng).4.3 CTCS 到CTCS 2級是基于軌道電路和點(diǎn)式信息設(shè)備傳輸信息的列車運(yùn)行控制系統(tǒng),面向提速干線和高速新線,適用于各種限速區(qū)段,地面可不設(shè)通過信號機(jī). 是一種點(diǎn)-連式列車運(yùn)行限制系統(tǒng),功能比

12、較齊全和適合國情.軌道電路完成列車占用檢測與完整性檢查, 連續(xù)向列車傳送限制信息；點(diǎn)式 信息設(shè)備傳輸定位信息、進(jìn)路參數(shù)、線路參數(shù)、限速成和停車信息.CTCS 2級采取目標(biāo)距離限制模式又稱連續(xù)式一次速度限制.目標(biāo)距離 限制模式根據(jù)目標(biāo)距離、目標(biāo)速度與列車本身的性能確定列車制動曲線, 不設(shè)定 每個閉塞分區(qū)速度等級,采用一次制動方式.CTCS 2級 采取閉塞方式稱為準(zhǔn)移動閉塞方式,準(zhǔn)移動閉塞的追蹤目標(biāo)點(diǎn) 是前行列車所占用閉塞分區(qū)的始端,留有一定的平安距離,而后行列車從最高速 開始一次制動曲線的計算點(diǎn)是根據(jù)目標(biāo)距離、 目標(biāo)速度與列車本身的性能計算決 定的.目標(biāo)點(diǎn)相對固定,在同一閉塞分區(qū)內(nèi)不依前行列車的

13、走行而變化,而制動的起始點(diǎn)是隨線路參數(shù)和列車本身性能不同而變化的.空間間隔的長度是不固定的,由于要與移動閉塞相區(qū)別,所以稱為準(zhǔn)移動閉塞.顯然其追蹤運(yùn)行間隔要比 固定閉塞小一些.4.4 CTCS 改CTCS 3級是基于無線通信如GSM-R的列車運(yùn)行限制系統(tǒng),它可以疊 加在既有干線信號系統(tǒng)上.軌道電路完成列車占用檢測與完整性檢查,點(diǎn)式信息設(shè)備提供列車用于測距 修正的定位基準(zhǔn)信息.無線通信系統(tǒng)實現(xiàn)地-車間連續(xù)、雙向的信息傳輸,行車 許可由地面列控中央產(chǎn)生,通過無線通信系統(tǒng)傳送到車上.CTCS 3級與2級一樣,采取目標(biāo)距離限制模式又稱連續(xù)式一次速度限制 和準(zhǔn)移動閉塞方式.由于其實現(xiàn)了地-車間連續(xù)、雙向

14、的信息傳輸,所以功能更 豐富些,實時性更強(qiáng)些.4.5 CTCS 線CTCS 4級是完全基于無線通信如GSM-R的列車運(yùn)行限制系統(tǒng).由地 面無線閉塞中央RBC和車載設(shè)備完成列車占用檢測與完整性檢查,點(diǎn)式信 息設(shè)備提供列車用于測距修正的定位基準(zhǔn)信息.CTCS 4級采取目標(biāo)距離限制模式,列車按移動閉塞或虛擬閉塞方式運(yùn)行.虛擬閉塞是準(zhǔn)移動閉塞的一種特殊方式, 它不設(shè)軌道占用檢查設(shè)備,采取無 線定位方式來實現(xiàn)列車定位和占用軌道的檢查功能,閉塞分區(qū)是以計算機(jī)技術(shù)虛擬設(shè)定的.移動閉塞的追蹤目標(biāo)點(diǎn)是前行列車的尾部, 留有一定的平安距離,后行列車 從最高速開始制動的計算點(diǎn)是根據(jù)目標(biāo)距離、 目標(biāo)速度與列車本身的性

15、能計算決 定的.目標(biāo)點(diǎn)是前行列車的尾部,與前行列車的走行和速度有關(guān),是隨時變化的, 而制動的起始點(diǎn)是隨線路參數(shù)和列車本身性能不同而變化的.空間間隔的長度是不固定的,所以稱為移動閉塞.其追蹤運(yùn)行間隔要比準(zhǔn)移動閉塞更小一些.4.6 等級對照分析CTCS的應(yīng)用等級劃分,發(fā)現(xiàn)有以下兩個特點(diǎn)： 各應(yīng)用等級均采用目標(biāo)距離限制模式,采取連續(xù)一次制動方式.這是由于我國的列控系統(tǒng)的應(yīng)用起步晚, 起點(diǎn)高,因此一步就瞄準(zhǔn)了比較先 進(jìn)的限制模式.在我國階梯式和曲線式分級速度限制都用過, 取得了經(jīng)驗,好在 并未形成規(guī)模,CTCS推薦采用目標(biāo)距離限制模式是適宜的, 符合國際列控系統(tǒng) 的開展趨勢.由于列控系統(tǒng)的限制模式是其

16、主要特征和性能之一,限制模式?jīng)Q定 了閉塞方式和列車運(yùn)行間隔,從而決定了運(yùn)輸水平,所以說除移動閉塞外,各應(yīng) 用等級的主要功能幾乎是一樣的. 各應(yīng)用等級是根據(jù)設(shè)備配置來劃分的,其主要差異在于地對車信息傳輸 的方式和線路數(shù)據(jù)的來源.基于國情多信息軌道電路UM系列18信息比較成熟,到達(dá)國產(chǎn)化程度, 所以以它為根底設(shè)備之一；歐標(biāo)應(yīng)答器通用性強(qiáng),供貨廠商多,也作為根底設(shè)備 之一；軌道電纜和計軸器不準(zhǔn)備推廣；數(shù)字軌道電路國際上唯有日本用它實現(xiàn)了 目標(biāo)距離限制模式,國內(nèi)研制尚未成熟,暫不于確定,數(shù)字軌道電路的生命力將 取決于其國產(chǎn)化程度和進(jìn)度；無線通信如 GSM-R歐洲推廣,能實現(xiàn)地-車間 連續(xù)、雙向的大信息

17、量傳輸,有開展趨勢,用于高等級列控系統(tǒng).線路數(shù)據(jù)大貯存于車載數(shù)據(jù)庫靠邏輯推算來提取相應(yīng)數(shù)據(jù)的方式,用于較 低等級列控系統(tǒng)；點(diǎn)式信息設(shè)備傳輸線路數(shù)據(jù)的方式,增加了線路數(shù)據(jù)的實時性, 用于中等級列控系統(tǒng),至于采用貯存電子地圖和點(diǎn)式信息設(shè)備提供閉塞區(qū)段地址 碼的方式將在技術(shù)開展中比選；無線通信連續(xù)、雙向信息傳輸,有大信息量和實 時性的優(yōu)勢,用于高等級列控系統(tǒng).為便于對照,用以下簡表歸納CTCS0CTCS1CTCS2CTCS3CTCS4地面 設(shè)備軌道電路軌道電路、 應(yīng)答器車站列控中心、軌道電路、應(yīng)答器車站列控中 心、GSM-R地 面設(shè)備、軌道 電路、無線閉 塞中央車站列控中 心、GSM-R 地面設(shè)備、

18、無線閉塞中 心車載 設(shè)備通用機(jī)車心、LKJ主體機(jī)車 信號、應(yīng)答 器接收裝 置、LKJATP含機(jī)車 信號、應(yīng)答 器接收功 能、LKJGSM-R接收 模塊、ATPGSM-R接收 模塊、ATP地對 車信 息傳 輸多信息軌 道電路多信息軌 道電路+應(yīng) 答器多信息軌道 電路+應(yīng)答 器無線通信雙 向信息傳輸無線通信雙 向信息傳輸適用 區(qū)段160km/h與以下160km/h與以下200250km/ h提速干線 和高速新線300350km/h高速新線特殊新線對應(yīng)ETCSETCS-1ETCS-2ETCS-35.級間關(guān)系1符合CTCS規(guī)X的列車超速防護(hù)系統(tǒng)應(yīng)能滿足一套車載設(shè)備全程限制的運(yùn) 用要求2系統(tǒng)車載設(shè)備向下

19、兼容3系統(tǒng)級間轉(zhuǎn)換應(yīng)自動完成4系統(tǒng)地面,車載配置如具備條件,在系統(tǒng)故障的條件下應(yīng)允許降級使用5系統(tǒng)級間轉(zhuǎn)換應(yīng)不影響列車正常運(yùn)行6.工作模式6.1 完全監(jiān)控模式FSS當(dāng)車載設(shè)備具備列控所需的全部根本數(shù)據(jù)包括列車數(shù)據(jù),行車許可和線路 數(shù)據(jù)等,列控車載設(shè)備生成目標(biāo)距離連續(xù)速度限制模式曲線,并通過人機(jī)界面DMI顯示列車運(yùn)行速度、允許速度、目標(biāo)速度和目標(biāo)距離等信息,監(jiān)控列車 平安運(yùn)行.6.2 調(diào)車模式SH當(dāng)進(jìn)展調(diào)車作業(yè)時,司機(jī)按下調(diào)車按鈕,列控車載設(shè)備按固定限制速度40km/h頂棚監(jiān)控列車前進(jìn)或折返運(yùn)行.當(dāng)工作在 CTCS-3級時,需要RBC 無線閉塞中央給出授權(quán),列控車載設(shè)備轉(zhuǎn)入調(diào)車模式 SH后與RBC斷開 連接,退出調(diào)車模式SH后,再與RBC重新連接.休眠模式SL該模式用于非本