中國(guó)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(guó)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。CTCS系統(tǒng)有兩個(gè)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(jí)，分為04級(jí)。1. CTCS概述TDCS是鐵路調(diào)度指揮信息管理系統(tǒng)，主要完成調(diào)度指揮信息的記錄、分析、車次號(hào)校核、自動(dòng)報(bào)點(diǎn)、正晚點(diǎn)統(tǒng)計(jì)、運(yùn)行圖自動(dòng)繪制、調(diào)度命令及計(jì)劃的下達(dá)、行車日志自動(dòng)生成等功能，換句話說(shuō)就是原來(lái)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(dòng)完成。中國(guó)鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)參考?xì)W洲ETCS規(guī)范，中國(guó)逐步形成了自己的CTCS（Chinese Train Co

2、ntrol System）標(biāo)準(zhǔn)體系。如何吸收ETCS規(guī)范并結(jié)合中國(guó)國(guó)情更好地再創(chuàng)新，是值得深入研究的課題。鐵路是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，是中國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的先行產(chǎn)業(yè)，是社會(huì)的基礎(chǔ)設(shè)施，鐵路運(yùn)輸部門又是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的一個(gè)重要部門，它肩負(fù)著國(guó)民經(jīng)濟(jì)各種物資運(yùn)輸?shù)闹厝?，?duì)中國(guó)社會(huì)主義建設(shè)事業(yè)的發(fā)展有著舉足輕重的作用。為了滿足國(guó)民對(duì)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(jī)。為了適應(yīng)中國(guó)高速鐵路、客運(yùn)專線的迅速發(fā)展和保證鐵路運(yùn)輸安全的需要，鐵道部有關(guān)部門研制成功了“CTCS系統(tǒng)”（即：鐵路列車控制系統(tǒng)，是Chinese Train Control Syst

3、em的縮寫“CTCS”）2. 產(chǎn)生背景由于早期歐洲鐵路的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)種類繁多，且各國(guó)信號(hào)制式復(fù)雜、互不兼容，為有效解決各種列車控制系統(tǒng)之間的兼容性問(wèn)題，保證高速列車在歐洲鐵路網(wǎng)內(nèi)跨線、跨國(guó)互通運(yùn)行，1982年12月歐洲運(yùn)輸部長(zhǎng)會(huì)議做出決定，就歐洲大陸鐵路互聯(lián)互通中的技術(shù)問(wèn)題尋找解決方案。2001年歐盟通過(guò)立法形式確定ETCS（European Train Control System）為強(qiáng)制性技術(shù)規(guī)范。ETCS的主要目標(biāo)是互通互用、安全高效、降低成本、擴(kuò)展市場(chǎng)，在規(guī)范的設(shè)計(jì)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(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展，ETCS系統(tǒng)目前已經(jīng)比較成熟，得到了歐

4、洲各國(guó)鐵路公司和供貨商的廣泛認(rèn)可。中國(guó)人口密集，資源緊張，城市化發(fā)展非常迅速。一直處于發(fā)展中的中國(guó)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鐵路仍是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的一個(gè)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(shí)行了六次大提速。與此同時(shí)，高速鐵路的蓬勃發(fā)展，對(duì)鐵路的中樞神經(jīng)信號(hào)系統(tǒng)也提出了新的技術(shù)要求。但由于歷史及技術(shù)原因，中國(guó)鐵路存在多種信號(hào)系統(tǒng)，嚴(yán)重影響了運(yùn)輸效率。鐵路信號(hào)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、一體化發(fā)展方向，國(guó)產(chǎn)高速鐵路列車運(yùn)行控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的制定迫在眉睫。為實(shí)現(xiàn)高鐵戰(zhàn)略，鐵道部組織相關(guān)專家開(kāi)始

5、制定適合我國(guó)國(guó)情的中國(guó)列車控制系統(tǒng)CTCS（Chinese Train Control System）。在CTCS 技術(shù)規(guī)范中，根據(jù)系統(tǒng)配置CTCS按功能可劃分為5 級(jí)。為滿足客運(yùn)專線和高速鐵路建設(shè)需求，通過(guò)對(duì)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(jí)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)構(gòu)建了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。CTCS-3級(jí)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)是基于GSM-R無(wú)線通信的重要技術(shù)裝備，是中國(guó)鐵路技術(shù)體系和裝備現(xiàn)代化的重要組成部分，是保證高速列車運(yùn)行安全、可靠、高效的核心技術(shù)之一。3. 系統(tǒng)組成地面子系統(tǒng)可由以下部分組成：應(yīng)答器、軌道電路、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)

6、（GSM-R）、列車控制中心（TCC）/無(wú)線閉塞中心（RBC）。其中GSM-R不屬于CTCS設(shè)備，但是重要組成部分。應(yīng)答器是一種能向車載子系統(tǒng)發(fā)送報(bào)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(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)（GSM-R）是用于車載子系統(tǒng)和列車控制中心進(jìn)行雙向信息傳輸?shù)能嚨赝ㄐ畔到y(tǒng)。列車控制中心是基于安全計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)，它根據(jù)地面子系統(tǒng)或來(lái)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(guò)車地信息傳輸系統(tǒng)傳輸給車載子系統(tǒng)，保證列車控制中心管轄內(nèi)列車的運(yùn)行安

7、全。車載子系統(tǒng)可由以下部分組成：CTCS車載設(shè)備、無(wú)線系統(tǒng)車載模塊。CTCS車載設(shè)備是基于安全計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)，通過(guò)與地面子系統(tǒng)交換信息來(lái)控制列車運(yùn)行。無(wú)線系統(tǒng)車載模塊用于車載子系統(tǒng)和列車控制中心進(jìn)行雙向信息交換。4. 應(yīng)用等級(jí)CTCS應(yīng)用等級(jí)0(以下簡(jiǎn)稱L0)：由通用機(jī)車信號(hào)+列車運(yùn)行監(jiān)控裝置組成，為既有系統(tǒng)。CTCS應(yīng)用等級(jí)1(以下簡(jiǎn)稱L1)：由主體機(jī)車信號(hào)+安全型運(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(shí)現(xiàn)點(diǎn)連式超速防護(hù)功能。CTCS應(yīng)用等級(jí)2(以下簡(jiǎn)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(jì)的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)?？蓪?shí)現(xiàn)行指-聯(lián)鎖-列控一體化、區(qū)間-車站一體化、通信

8、-信號(hào)一體化和機(jī)電一體化。CTCS應(yīng)用等級(jí)3(以下簡(jiǎn)稱L3)：是基于無(wú)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)行控制系統(tǒng)。點(diǎn)式設(shè)備主要傳送定位信息。CTCS應(yīng)用等級(jí)4(以下簡(jiǎn)稱L4)：是完全基于無(wú)線傳輸信息的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。地面可取消軌道電路，由RBC和車載驗(yàn)證系統(tǒng)共同完成列車定位和完整性檢查，實(shí)現(xiàn)虛擬閉塞或移動(dòng)閉塞。同條線路上可以實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用級(jí)別，L2、L3和L4可向下兼容。4.1 CTCS 0級(jí)為了規(guī)范的一致性，將目前干線鐵路應(yīng)用的地面信號(hào)設(shè)備和車載設(shè)備定義為0級(jí)。0級(jí)由通用機(jī)車信號(hào)+列車運(yùn)行監(jiān)控裝置組成，對(duì)這一定義，業(yè)內(nèi)尚有不同的看法。0級(jí)到底是在等級(jí)內(nèi)還是在等級(jí)外不夠明確，

9、目前的通用機(jī)車信號(hào)尚未能成為主體機(jī)車信號(hào)，列車運(yùn)行監(jiān)控裝置尚未能被公認(rèn)為安全系統(tǒng)，所以稱列車運(yùn)行控制系統(tǒng)還是不夠格的，但目前確實(shí)在運(yùn)用，并起著保證安全的作用。0級(jí) 的控制模式也是目標(biāo)距離式，它在既有地面信號(hào)設(shè)備的基礎(chǔ)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(jì)算給出目標(biāo)距離式制動(dòng)曲線。如能在每個(gè)進(jìn)出站口增加點(diǎn)式設(shè)備，加強(qiáng)核對(duì)地址，就能大大減少邏輯推斷地址產(chǎn)生錯(cuò)誤的可能性。日本的數(shù)字列車運(yùn)行控制系統(tǒng)I-ATC就是采取車載信號(hào)設(shè)備貯存電子電圖，通過(guò)每一軌道區(qū)段的地址編碼來(lái)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

10、洲列車控制系統(tǒng)ETCS規(guī)范中也不排斥車載信號(hào)設(shè)備貯存線路數(shù)據(jù)的方式。正因?yàn)?級(jí)尚未成為安全系統(tǒng)，適用于列車最高運(yùn)行速度為160km/h及以下，一般自動(dòng)閉塞設(shè)計(jì)仍按固定閉塞方式進(jìn)行，采用四顯示自動(dòng)閉塞，信號(hào)顯示具有分級(jí)速度控制的概念，其目標(biāo)距離式制動(dòng)曲線可作為參考。應(yīng)該說(shuō)這是一個(gè)過(guò)渡階段。4.2 CTCS 1級(jí)CTCS 1級(jí)由主體機(jī)車信號(hào)+加強(qiáng)型運(yùn)行監(jiān)控裝置組成，面向160km/h及以下的區(qū)段，在既有設(shè)備基礎(chǔ)上強(qiáng)化改造，達(dá)到機(jī)車信號(hào)主體化要求，增加點(diǎn)式設(shè)備，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行安全監(jiān)控功能。利用軌道電路完成列車占用檢測(cè)及完整性檢查，連續(xù)向列車傳送控制信息。1級(jí)的控制模式為目標(biāo)距離式，采取大貯存的方式把線

11、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(jì)算給出目標(biāo)距離式制動(dòng)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(cuò)誤的可能性。1級(jí)與0級(jí)的差別在于全面提高了系統(tǒng)的安全性，是對(duì)0級(jí)的全面加強(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)行控制系統(tǒng)。4.3 CTCS 2級(jí)CTCS 2級(jí)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(guò)信號(hào)機(jī)。是一種點(diǎn)-連式列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，功能比較齊全和適合國(guó)情。軌道電路完成列車占用檢測(cè)及完整性檢查，連續(xù)向列車傳送控制信息；點(diǎn)式信息設(shè)備傳輸定位信息

12、、進(jìn)路參數(shù)、線路參數(shù)、限速成和停車信息。CTCS 2級(jí)采取目標(biāo)距離控制模式（又稱連續(xù)式一次速度控制）。目標(biāo)距離控制模式根據(jù)目標(biāo)距離、目標(biāo)速度及列車本身的性能確定列車制動(dòng)曲線，不設(shè)定每個(gè)閉塞分區(qū)速度等級(jí)，采用一次制動(dòng)方式。CTCS 2級(jí) 采取閉塞方式稱為準(zhǔn)移動(dòng)閉塞方式，準(zhǔn)移動(dòng)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，留有一定的安全距離，而后行列車從最高速開(kāi)始一次制動(dòng)曲線的計(jì)算點(diǎn)是根據(jù)目標(biāo)距離、目標(biāo)速度及列車本身的性能計(jì)算決定的。目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)固定，在同一閉塞分區(qū)內(nèi)不依前行列車的走行而變化，而制動(dòng)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?？臻g間隔的長(zhǎng)度是不固定的，由于要與移動(dòng)閉塞相區(qū)別，所

13、以稱為準(zhǔn)移動(dòng)閉塞。顯然其追蹤運(yùn)行間隔要比固定閉塞小一些。4.4 CTCS 3級(jí)CTCS 3級(jí)是基于無(wú)線通信（如GSM-R）的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)， 它可以疊加在既有干線信號(hào)系統(tǒng)上。軌道電路完成列車占用檢測(cè)及完整性檢查，點(diǎn)式信息設(shè)備提供列車用于測(cè)距修正的定位基準(zhǔn)信息。無(wú)線通信系統(tǒng)實(shí)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心產(chǎn)生，通過(guò)無(wú)線通信系統(tǒng)傳送到車上。CTCS 3級(jí)與2級(jí)一樣，采取目標(biāo)距離控制模式（又稱連續(xù)式一次速度控制）和準(zhǔn)移動(dòng)閉塞方式。由于其實(shí)現(xiàn)了地-車間連續(xù)、雙向的信息傳輸，所以功能更豐富些，實(shí)時(shí)性更強(qiáng)些。4.5 CTCS 4級(jí)CTCS 4級(jí)是完全基于無(wú)線通信（如GSM-R）的

14、列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。由地面無(wú)線閉塞中心（RBC）和車載設(shè)備完成列車占用檢測(cè)及完整性檢查，點(diǎn)式信息設(shè)備提供列車用于測(cè)距修正的定位基準(zhǔn)信息。CTCS 4級(jí)采取目標(biāo)距離控制模式，列車按移動(dòng)閉塞或虛擬閉塞方式運(yùn)行。虛擬閉塞是準(zhǔn)移動(dòng)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(wú)線定位方式來(lái)實(shí)現(xiàn)列車定位和占用軌道的檢查功能，閉塞分區(qū)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)虛擬設(shè)定的。移動(dòng)閉塞的追蹤目標(biāo)點(diǎn)是前行列車的尾部，留有一定的安全距離，后行列車從最高速開(kāi)始制動(dòng)的計(jì)算點(diǎn)是根據(jù)目標(biāo)距離、目標(biāo)速度及列車本身的性能計(jì)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(shí)變化的，而制動(dòng)的起始點(diǎn)是隨線路參數(shù)和列車本身性能不

15、同而變化的?？臻g間隔的長(zhǎng)度是不固定的，所以稱為移動(dòng)閉塞。其追蹤運(yùn)行間隔要比準(zhǔn)移動(dòng)閉塞更小一些。4.6等級(jí)對(duì)照分析CTCS的應(yīng)用等級(jí)劃分，發(fā)現(xiàn)有以下兩個(gè)特點(diǎn)： 各應(yīng)用等級(jí)均采用目標(biāo)距離控制模式，采取連續(xù)一次制動(dòng)方式。這是由于我國(guó)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)的控制模式。在我國(guó)階梯式和曲線式分級(jí)速度控制都用過(guò)，取得了經(jīng)驗(yàn)，好在并未形成規(guī)模，CTCS推薦采用目標(biāo)距離控制模式是適宜的，符合國(guó)際列控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。由于列控系統(tǒng)的控制模式是其主要特征和性能之一，控制模式?jīng)Q定了閉塞方式和列車運(yùn)行間隔，從而決定了運(yùn)輸能力，所以說(shuō)除移動(dòng)閉塞外，各應(yīng)用等級(jí)的主要功能幾乎是一樣的。 各應(yīng)用

16、等級(jí)是根據(jù)設(shè)備配置來(lái)劃分的，其主要差別在于地對(duì)車信息傳輸?shù)姆绞胶途€路數(shù)據(jù)的來(lái)源?；趪?guó)情多信息軌道電路（UM系列18信息）比較成熟，達(dá)到國(guó)產(chǎn)化程度，所以以它為基礎(chǔ)設(shè)備之一；歐標(biāo)應(yīng)答器通用性強(qiáng)，供貨廠商多，也作為基礎(chǔ)設(shè)備之一；軌道電纜和計(jì)軸器不準(zhǔn)備推廣；數(shù)字軌道電路國(guó)際上唯有日本用它實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)距離控制模式，國(guó)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(guó)產(chǎn)化程度和進(jìn)度；無(wú)線通信（如GSM-R）歐洲推廣，能實(shí)現(xiàn)地-車間連續(xù)、雙向的大信息量傳輸，有發(fā)展趨勢(shì)，用于高等級(jí)列控系統(tǒng)。線 路數(shù)據(jù)大貯存于車載數(shù)據(jù)庫(kù)靠邏輯推算來(lái)提取相應(yīng)數(shù)據(jù)的方式，用于較低等級(jí)列控系統(tǒng)；點(diǎn)式信息設(shè)備傳輸線路數(shù)據(jù)的方

17、式，增加了線路數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，用于中等級(jí)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)發(fā)展中比選；無(wú)線通信連續(xù)、雙向信息傳輸，有大信息量和實(shí)時(shí)性的優(yōu)勢(shì)，用于高等級(jí)列控系統(tǒng)。為便于對(duì)照，用以下簡(jiǎn)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(wú)線閉塞中心 車站列控中心、GSM-R地面設(shè)備、無(wú)線閉塞中心 車載 設(shè)備通用機(jī)車信號(hào)、LKJ 主體機(jī)車信號(hào)、應(yīng)答器接收裝置、LKJ ATP（含機(jī)車信號(hào)、應(yīng)答器接收功能）、LKJ GSM-R接收模塊、ATP GSM

18、-R接收模塊、ATP 地對(duì)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(wú)線通信雙向信息傳輸無(wú)線通信雙向信息傳輸適用區(qū)段160km/h及以下160km/h及以下 200250km/h提速干線和高速新線300350km/h高速新線特殊新線對(duì)應(yīng)ETCS ETCS-1 ETCS-2 ETCS-3 5. 級(jí)間關(guān)系（1）符合CTCS規(guī)范的列車超速防護(hù)系統(tǒng)應(yīng)能滿足一套車載設(shè)備全程控制的運(yùn)用要求（2）系統(tǒng)車載設(shè)備向下兼容（3）系統(tǒng)級(jí)間轉(zhuǎn)換應(yīng)自動(dòng)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(jí)使用（5）系統(tǒng)級(jí)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（FS）當(dāng)車載設(shè)備具備列控所需的全部基本數(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)速度控制模式曲線，并通過(guò)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)控列車安全運(yùn)行。6.2 調(diào)車模式（SH）當(dāng)進(jìn)行調(diào)車作業(yè)時(shí)，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(jí)時(shí)，需要RBC（無(wú)線閉塞中心）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(kāi)連接，退出調(diào)車模式（SH)后，再與RBC重新連接。6.3休眠模式（SL）該模式用于非本務(wù)端列控車載設(shè)備。在