闭塞与列控概论.doc

第一章 闭塞制式 闭塞就是用信号或凭证，保证列车按照空间间隔制运行的技术方法。空间间隔制就是前行列车和追踪列车之间必须保持一定距离的行车方法。从各种不同的角度看闭塞可以有各种不同的分类，总的说来可分为站间闭塞和自动闭塞两大类。第一节 站间闭塞 站间闭塞就是两站间只能运行一列列车，其列车的空间间隔为一个站间。按技术手段和闭塞方法又可分为：电话闭塞、路签闭塞、路牌闭塞、半自动闭塞、自动站间闭塞。 铁路技术管理规程把电话闭塞作为一种最终的备用闭塞。路签和路牌闭塞在我国已经淘汰。 半自动闭塞是人工办理闭塞手续，列车凭信号显示发车后，出站信号机自动关闭的闭塞方法。其特征为： (1)站间或所间只准走行一列列车； (2)人工办理闭塞手续； (3)人工确认列车完整到达和人工恢复闭塞。 自动站间闭塞是在有区间占用检查的条件下，自动办理闭塞手续，列车凭信号显示发车后，出站信号机自动关闭的闭塞方法。其特征为： (1)有区间占用检查设备； (2)站间或所间区间只准走行一列列车； (3)办理发车进路时自动办理闭塞手续； (4)自动确认列车到达和自动恢复闭塞。第二节 自动闭塞 自动闭塞就是根据列车运行及有关闭塞分区状态自动变换信号显示，而司机凭信号行车的闭塞方法。其特征为： (1)把站间划分为若干闭塞分区，有分区占用检查设备，可以凭通过信号机的显示行车，也可凭机车信号或列车运行控制的车载信号行车； (2)站间能实现列车追踪； (3)办理发车进路时自动办理闭塞手续，自动变换信号显示。 从保证列车安全运行而采取的技术手段的角度来看，自动闭塞可分为三类：固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞。从我国铁路信号发展历程来看，又可分成两个阶段：传统的自动闭塞和装备列车运行控制系统的自动闭塞。 一、传统的自动闭塞 传统的自动闭塞属于固定闭塞范畴，传统的自动闭塞一般设地面通过信号机，装备有机车信号，保证列车按照空间间隔控制运行的技术方法是用信号或凭证来实现的。传统的自动闭塞通常就称自动闭塞。我国传统的自动闭塞一般以地面信号为主，适用于列车最高运行速度在160km几及以下的区段，可分为：三显示自动闭塞、四显示自动闭塞、多信息自动闭塞。 三显示自动闭塞就是通过信号机具有三种显示，能预告列车前方两个闭塞分区状态的自动闭塞。其特征为：通过信号机具有三种显示；能预告列车前方两个闭塞分区状态；分两个速度等级，一个闭塞分区的长度满足从规定速度到零的制动距离。 四显示自动闭塞就是通过信号机具有四种显示，能预告列车前方三个闭塞分区状态的自动闭塞。其特征为：通过信号机具有四种显示；能预告列车前方三个闭塞分区状态；分三个速度等级，两个闭塞分区的长度满足从规定速度到零的制动距离。 多信息自动闭塞也称多显示自动闭塞，是对四显示及以上自动闭塞的统称。多于四显示时，往往地面通过信号机不具备多显示的条件，而以机车信号显示为主，但客货混运的低速列车仍以地面信号为主。 铁路信号名词述语中，三显示自动闭塞就是通过信号机具有三种显示，能预告列车前方两个闭塞分区状态的自动闭塞；四显示自动闭塞就是通过信号机具有四种显示，能预告列车前方三个闭塞分区状态的自动闭塞。把通过信号机具有的显示数目作为自动闭塞制式的特征，在以地面信号机作为主体信号，且机车信号显示与地面信号机显示相符的情况下，这样的表述是比较简单和容易理解的。但实际上作为自动闭塞的制式，地面通过信号机具有的显示数目，只是其表征之一，并非唯一特征和标识。往往由于地面通过信号机显示数目不足或增加显示数目有困难、造价高等原因，而以机车信号显示(甚至用速度显示方式)来代替或补充，这样地面通过信号机具有的显示数目就不能作为识别自动闭塞制式的主要标识了。 三显示自动闭塞中，黄灯是注意信号，表示运行前方有一个闭塞分区空闲，一个闭塞分区的长度能满足列车从规定速度到零的制动距离，可以越过黄灯后再开始制动。四显示自动闭塞中，绿黄灯是警惕信号，表示运行前方有两个闭塞分区空闲，两个闭塞分区的长度满足列车从规定速度到零的制动距离，可以越过绿黄灯后再开始减速；黄灯是限速信号，列车越过黄灯时必须减速至规定的限速值，不然就难以保证在下一个红灯前可靠停车。 实际中往往有简化的情况，例如有这样的设计方案：基本速度等级分为三级：1601150kmh；两个闭塞分区的长度满足列车从规定速度到零的制动距离；为了少改动设备，地面通过信号机保留三显示，没有绿黄灯作为警惕信号，但机车信号的绿灯分L与Ll，在见黄灯前第一架显示绿灯的信号机接近区段机车信号显示L1。机车信号L1实际上就是警惕信号，只是地面信号省了一个警惕信号。这种自动闭塞制式究竟是三显示还是四显示，假若把符合三大特征的称为典型的标准型四显示自动闭塞，那么这种自动闭塞制式可称为简化的非标准型四显示自动闭塞，因为它除了地面信号省了一个警惕信号外，其他四显示自动闭塞的基本特征它都有。 二、装备列车运行控制设备的自动闭塞 列车运行自动控制系统(简称列控系统)保证列车按照空间间隔制运行的技术方法是靠控制列车运行速度的方式来实现的。 运行列车间必须保持的空间间隔首先是满足制动距离的需要，当然还要考虑适当的安全余量和确认信号时间内的运行距离。所以根据列控系统采取的不同控制模式会产生不同的闭塞制式。列车间的追踪运行间隔越小，运输能力就越大。 从闭塞制式的角度来看，装备列车运行控制系统的自动闭塞可分为三类：固定闭塞、准移动闭塞(含虚拟闭塞)和移动闭塞。之所以称为准移动闭塞，说明它还不是移动闭塞，所以有人仍把它归人固定闭塞，准移动闭塞的名称在铁路上较少提，在城轨交通中常用，本书分三类讲述。 1固定闭塞 列控系统采取分级速度控制模式时，采用固定闭塞方式。运行列车间的空间间隔是若干个闭塞分区，闭塞分区数依划分的速度级别而定。一般情况下，闭塞分区是用轨道电路或计轴装置来划分的，它具有列车定位和占用轨道的检查功能。固定闭塞的追踪目标点为前行列车所占用闭塞分区的始端，后行列车从最高速开始制动的计算点为要求开始减速的闭塞分区的始端，这两个点都是固定的，空间间隔的长度也是固定的，所以称为固定闭塞。 固定闭塞时列控系统采取分级速度控制模式，是要把速度分级的，每两个速度等级间存在一个速差，其对应的信号显示就表达了这个速差意义，所以可以称为速差式信号显示。 当采用滞后型阶梯式控制模式时，需要增加一个闭塞分区作保护区段，所以运行列车间的空间间隔就大一点；采用其他分级速度控制模式时就不必增加一个闭塞分区作保护区段。如图11所示。图1一l 固定闭塞示意图 2准移动闭塞 准移动闭塞方式的列控系统采取目标距离控制模式(又称连续式一次速度控制)。目标距离控制模式根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线，不必设定每个闭塞分区速度等级，采用一次制动方式。准移动闭塞的追踪目标点是前行列车所占用闭塞分区的始端，当然会留有一定的安全距离，而后行列车从最高速度开始制动的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。目标点相对固定，在同一闭塞分区内不依前行列车的走行而变化，而制动的起始点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的。空间间隔的长度是不固定的，由于要与移动闭塞相区别，所以称为准移动闭塞。显然其追踪运行间隔要比固定闭塞小一些。一般情况下，闭塞分区是用轨道电路或计轴装置来划分的，它具有列车定位和占用轨道的检查功能。由于目标点是相对固定的，所以，当前行列车在同一闭塞分区内走行时，连续式一次速度控制曲线是相对稳定的；当前行列车出清闭塞分区时，目标点突然前移，目标距离突然改变，连续式一次速度控制曲线会发生跳变。图12 准移动闭塞示意图 如图12所示，准移动闭塞时，列控系统采取目标距离控制模式，速度是不分级的，给出的是连续式一次速度控制曲线式的信号显示，所以其对应的信号显示制式可以称为速度式信号显示。 3虚拟闭塞 虚拟闭塞是准移动闭塞的一种特殊方式，它不设轨道占用检查设备和轨旁信号机，采取无线定位方式来实现列车定位和占用轨道的检查功能，闭塞分区和轨旁信号机是以计算机技术虚拟设定的，仅在系统逻辑上存在有闭塞分区和信号机的概念。虚拟闭塞除闭塞分区和轨旁信号机是虚拟的以外，从操作到运输管理等，都等效于准移动闭塞方式。如图13所示。 虚拟闭塞方式非常有条件将闭塞分区划分得很短，当短到一定程度时，其效率就很接近于移动闭塞。图13 虚拟闭塞示意图 4移动闭塞 移动闭塞方式的列控系统也采取目标距离控制模式。目标距离控制模式根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线，采用一次制动方式。移动闭塞的追踪目标点是前行列车的尾部，当然会留有一定的安全距离，后行列车从最高速开始制动的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。目标点是前行列车的尾部，与前行列车的走行和速度有关，是随时变化的，而制动的起始点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的。空间间隔的长度是不固定的，所以称为移动闭塞。其追踪运行间隔要比准移动闭塞更小一些。移动闭塞一般采用无线通信和无线定位技术来实现。高一级的移动闭塞还要考虑前行列车的速度。如图14所示。图14 移动闭塞示意图第三节 与闭塞制式对应的信号显示制式 铁路信号显示制式一般分为进路式与速度式。早期的铁路信号显示采用进路式，继而向速度式演变。 速度式信号显示又可细分为两阶段：速差式与速度式(连续速度式)。第9版铁路技术管理规程发布前的中国信号显示制度基本上属于简化型速差式，并兼顾运行方向的区分。由于显示数目少，速度意义的表达是不完善的。第9版铁路技术管理规程(以下简称为技规)把信号显示制度向速差式推进了一大步。 信号显示的显示意义在技规上是用指示运行条件来表达的，这些运行条件包括两方面内容：本信号机防护进路上的道岔开通直向或侧向；次一架信号机的关闭及开放状况。其速度意义内含其中。 四显示自动闭塞的信号显示有了较明确速度意义：绿、绿黄、黄、红灯明确表达了始端速度和终端速度；站内正线上的接车信号机也能表达速度意义，除绿、绿黄、黄、红灯外，两个黄灯和黄闪黄也分别表达了限速的意义；正线出站信号机在有前架信号机预告的前提下，可表达速度意义；甚至有的机车信号或超速防护设备直接显示允许速度值。四显示自动闭塞，其速度等级一般分三级，例如：160kmh、115kmh、0 kmh。因为速度等级之间存在一个速度差，信号显示所表达的速度意义为一个闭塞分区的始端速度和终端速度，例如：1150kmh，所以把这样的信号显示制式称为速差式信号显示。 固定闭塞所对应采用的信号显示制式是速差式信号显示。 准移动闭塞和移动闭塞的列控系统采取目标距离控制模式，速度是不分级的，给出的是连续的一次速度控制曲线，所以其对应的信号显示制式可以称为速度式信号显示。 速差式与速度式的信号显示都是以表达速度意义为主的，所以可统称为速度式信号显示。当然，速度式信号显示中也有一些进路式的或其他的显示内容，例：进侧线、发车方向、接车股道号、目标距离等。第二章 列控系统的速度控制模式 列车运行自动控制系统ATC(Automatic Train Control)就是对列车运行全过程或一部分作业实现自动控制的系统。其特征为：列车通过获取的地面信息和命令，控制列车运行，并调整与前行列车之间必须保持的距离。 列车运行自动控制系统(简称列控系统)是保证列车按照空间间隔制运行的技术方法，它是靠控制列车运行速度的方式来实现的。 在城市轨道交通领域中，列车运行自动控制系统ATC(AutomaticTrainContr01)包括三个子系统： 列车超速防护系统ATP(AutomaticTrainProtection)； 列车自动驾驶系统ATO(AutomaticTrainOperation)； 列车自动监控系统ATS(Automatic Train Supexwision)。 目前我国城市轨道交通的信号系统大部分是引进的国外技术和系统，所以列控系统及其子系统的应用和名称是与国际接轨的。 在我国铁路领域中，目前列车自动驾驶系统ATO的应用尚未提到日程，所以不常提及。铁路列调车作业远比城市轨道交通复杂，调度监督系统使用的历史较长，运输调度指挥系统TDCS得到大力发展，目前正在集中全力发展调度集中CTC，没有把CTC的功能归入ATC。列车超速防护系统ATP是列车运行自动控制系统ATC的核心组成部分，所以通常提及的列车运行自动控制系统ATC实际上是指列车超速防护系统ATP。以下介绍的列车运行自动控制系统ATC主要也是指列车超速防护系统ATP部分。 从速度控制方式角度看，列车运行自动控制分为以下几种模式。第一节 分级速度控制 分级速度控制是以一个闭塞分区为单位，根据列车运行的速度分级，对列车运行进行速度控制。分级速度控制系统的列车追踪间隔主要与闭塞分区的划分、列车性能和速度有关，而闭塞分区的长度是以最坏性能的列车为依据并结合线路参数来确定的，所以不同速度列车混合运行的线路采用这种模式，其能力是要受到较大的影响的。分级速度控制又分为阶梯式和分段曲线式。 一、阶梯式分级速度控制 阶梯式分级速度控制又分为超前式和滞后式。 一个闭塞分区的进入速度称为人口速度，驶离速度称为出口速度。 超前速度控制方式又称为出口速度控制方式，给出列车的出口速度值，控制列车不超过出口速度。 日本ATC采取超前式速度控制方式，采用设备控制优先的方法。如图21(a)图所示，阶梯式实线为超前式速度控制线，粗虚线为列车实际减速运行线，从最高速至零速的列车实际减速运行线为分段曲线组成的一条不连贯曲线组合。因为列车驶出每一个闭塞分区前必须把速度降至超前式速度控制线以下，不然设备自动引发紧急制动，所以超前对出口速度进行了控制，不会冒出闭塞分区。(a)超前速度控制(b)滞后速度控制图21 阶梯式分级速度控制 滞后速度控制方式又称为人口速度控制方式，给出列车的人口速度值，监控列车在本闭塞分区不超过给定的人口速度值，采取人控优先的方法，控制列车不超过下一闭塞分区人口速度值。法国TVM300列控系统采用人控优先的方法，进行滞后速度控制。因为在每一个闭塞分区列车速度只要不超过给定的人口速度值，就不会碰滞后式速度控制线，考虑万一列车失控，在本闭塞分区的出口即下一闭塞分区的人口处的速度超过了给定的人口速度值，碰撞了滞后式速度控制线，即所谓撞墙，此时触发设备自动引发紧急制动，此时列车必然会越过第一红灯进入下一闭塞分区，如此必须要增加一个闭塞分区作为安全防护区段，俗称双红灯防护。如图21(b)图所示，粗虚线为列车实际减速运行线，从最高速至零速的列车实际减速运行线为分段曲线组成的一条不连贯曲线组合；细虚线为撞墙后的紧急制动曲线。 从上述可知，阶梯式分级速度控制，只是对每一个闭塞分区的人口速度或出口速度进行控制，对列车速度的控制不是连续的，因此地对车所需要的信息量是较少的，如法国TVM300系统地对车实时传输18个信息，设备相应简单些。 二、曲线式分级速度控制 曲线式分级速度控制根据列车运行的速度分级，每一个闭塞分区给出一段速度控制曲线，对列车运行进行速度控制。法国TVM430系统采取曲线式分级速度控制方式。如图22所示，粗实线为曲线式分级速度控制线，从最高速至零速的列车控制减速线为分段曲线组成的一条不连贯曲线组合，列车实际减速运行线只要在控制线以下就可以了，万一超速碰撞了速度控制线，设备自动引发常用制动或紧急制动，因为速度控制是连续的，所以不会超速太多，紧急制动的停车点不会冒出闭塞分区，可以不需增加一个闭塞分区作为安全防护区段，设计时当然要考虑留有适当的安全距离。 列控设备给出的分段的制动速度控制曲线是根据每一个闭塞分区的线路参数和列车自身的性能计算而定的，闭塞分区的线路参数可以通过地对车信息实时传输，也可以事先在车载信号设备中存储通过核对取得。因为制动速度控制曲线是分段给出的，每次只需一个闭塞分区线路参数，TVM430系统就是通过地对车信息实时传输的，其信息量为27bit。图22 分段曲线式分级速度控制 分段曲线式分级速度控制一般制动速度控制曲线是不连贯和不光滑的，如图22所示，也可以是利用计算机技术做成连贯和光滑的如图23中虚线所示。但粗虚线所示的制动速度控制曲线实际上是各闭塞分区人口速度控制值的连接线，该制动速度控制曲线是不随列车性能和线路参数的变化而变动的，具有唯一性，与目标距离连续式一次速度控制模式曲线不同，所以其本质上还归属分级速度控制范围。图2-3 连续曲线式分级速度控制第二节 目标距离速度控制 目标距离速度控制其采取的制动模式为连续式一次制动速度控制的方式，根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线，不设定每个闭塞分区速度等级。连续式一次速度控制模式若以前方列车占用的 闭塞分区人口为追踪目标点，则为准移动闭塞；若以前方列车的尾部为追踪目标点，则为移动闭塞。移动闭塞在城市轨道交通中有运用，铁路系统中尚无运用实例，以下所述的目标距离控制方式主要是指准移动闭塞，例如，欧洲ETCSl2级、日本IATC和中国CTCSl3级列控系统。如图24所示，粗实线为目标距离速度控制线，从最高速至零速的列车控制减速线为一条连贯和光滑的曲线，列车实际减速运行线只要在控制线以下就可以了，万一超速碰撞了速度控制线，设备自动引发常用制动或紧急制动，因为速度控制是连续的，所以不会超速太多，紧急制动的停车点不会冒出闭塞分区，可以不需增加一个闭塞分区作为安全防护区段，设计时当然要考虑留有适当的安全距离。如图24所示。图24 目标距离速度控制 列控设备给出的一次连续的制动速度控制曲线是根据目标距离、线路参数和列车自身的性能计算而定的，线路参数可以通过地对车信息实时传输，也可以事先在车载信号设备中存储通过核对取得。因为给出的制动速度控制曲线是一次连续的，需要一个制动距离内所有的线路参数，地对车信息传输的信息量相当大，可以通过无线通信、数字轨道电路、轨道电缆、应答器等地对车信息传输系统传输。目标距离速度控制的列车制动的起始点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的，空间间隔的长度是不固定的，比较适用于各种不同性能和速度列车的混合运行，其追踪运行间隔要比分级速度控制小，减速比较平稳，旅客的舒适度也要好些。第三节 控制模式的比较 列控系统各种控制模式归纳成表21。表21 列控系统各种控制模式比较表控制模式分级速度目标距离制动模式台阶式分段曲线式一次连续式信号显示速差式速差式速度式（连续式）闭塞制式固定闭塞准移动闭塞移动闭塞虚拟闭塞车地信息传输多信息轨道电路+点式设备数字轨道电路；或多信息轨道电路+点式设备无线通信；或数字轨道电路；或多信息轨道电路+点式设备无线通信无线通信轨道占用检查轨道电路轨道电路轨道电路或计轴设备无线定位应答器无线定位应答器制动模式图示列车运行间隔双红灯防护XL+1L设为对照值XL一次连续制动始点可变小于XL一次连续制动始点可变小于XL移动闭塞更小于XL 注：表中XL为若干个闭塞分区。第三章 列控系统的构成与功能第一节 列控系统的构成 我国正在编制中国列车运行控制系统(简称CTCS)的技术规范，着手全力发展和装备列车运行控制系统。CTCS技术规范是参照欧洲列车运行控制系统(简称ETCS)编制的。以下的介绍将以CTCS为主。CTCS有两个子系统，即车载子系统和地面子系统。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)。其中GSMR不属于CTCS设备，但是CTCS的重要组成部分。 应答器是一种能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，应采用UM系列轨道电路或数字轨道电路。 无线通信网络(GSMR)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。 车载子系统可由以下两部分组成：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31是CTCS系统结构示意图。图31 CTCS系统结构示意图 第二节 列控系统的应用等级 一、ETCS应用等级 欧洲铁路运输管理系统(European Rail Traffic Management System，简称为ERTMS)是在整个欧洲铁路网内保证互通运营的一个新控制指令系统。欧洲铁路运输管理系统ERTMS瞄准了铁路运输管理的两个主要功能：列车控制和运输管理。欧洲铁路运输管理系统ERTMS包括三个组成部分： 欧洲列车控制系统ETCS(European Train Control System)； 欧洲运输管理系统ETMS(European Traffic Management System)； 无线通信系统GSMR。 ERTMSETCS实际上是欧盟组织编制的一个系统性的规范与标准，详细规定了系统与子系统的功能与技术要求。 ETCS系统是完成列车运行控制的系统，也就是我们所称的列控系统。 ERTMSETCS规范规定了不同的ERTMSETCS应用层面，用以表述在轨道和列车之间可能存在的运营关系，层面的各种定义主要与所采用的地面设备有关，也与地面信息传送到各种车载单元的途径有关，还与在地面设备和车载设备分别处理的各种功能有关。确定各种不同的应用层面，允许每个铁路管理当局根据其自己的发展策略，各自不同的地面基础设施情况和所需的性能，选用适当的ERTMSETCS地面设备。此外，各种不同的应用层面允许其各自的信号系统和各种控制系统与ERTMSETCS进行接口。 ETCS规范制定了5个应用层面(或称应用等级)。高等级向下兼容，使得欧洲各国可以根据实际需要使用各种等级的列控系统。其中，ETCS等级0与ETCS等级STM实际上是ETCS的一种兼容功能，或者说是应用上的等级。所以ETCS系统按设备和功能只分3个等级。 ETCS应用等级0 实际上是ETCS的一种兼容功能，装备了ETCS设备的列车可以在没有装备ETCS地面设备的线路上运行。 ETCS应用等级STM 实际上也是ETCS的一种兼容功能，装备了ETCS设备的列车可以在装备本国信号系统地面设备的线路上运行。为了能识别本国信号系统，车载设备需增加STM(Specific Transmission Module)专用传输模块，STM把接收到的本国信号系统的信号译成ETCS报文格式，然后传送给ETCS车载设备。 ETCS 1级 有仅采用的欧洲点式应答器和采用点式应答器+欧洲环线两种方式。两种方式同样是：可以覆盖原有的信号系统；通过应答器给出移动授权；由轨道电路检查列车完整性和所在的位置。不同的是在欧洲环线范围内可以连续接收信息。有时两种方式组合运用，在部分特殊地段采用点式应答器+欧洲环线方式。如图32和图33所示。图32 不带注入功能的ETCSl级图3-3 带有通过欧洲环线注入功能的ETCSl级 ETCS 2级 它采用欧洲点式应答器+欧洲无线(GSMR)构成，不需要很多的轨旁信号设备，通过GSMR实施移动授权，通过点式应答器为列车定位，通过轨旁的无线闭塞中心检查列车完整性。如图34所示。图3-4 ETCS 2级示意图 ETCS 3级 点式应答器+欧洲无线(GSMR)+无线列车检测 它通过GSMR实施移动授权，通过点式应答器实现列车定位，使用车载设备实现列车完整性检查，实现移动闭塞运营。如图35所示。图3-5 ETCS 3级示意图 二、CTCS应用等级 CTCS根据功能要求和设备配置划分应用等级分，分为04级。 CTCS应用等级0(以下简称10)：由通用机车信号+列车运行监控装置组成，为既有系统。 CTCS应用等级1(以下简称L1)：由主体机车信号+安全型运行监控记录装置组成，点式信息作为连续信息的补充，可实现点连式超速防护功能。 CTCS应用等级2(以下简称L2)：是基于轨道传输信息并采用车地一体化系统设计的列车运行控制系统。可实现行车指挥联锁列控一体化、区间车站一体化、通信信号一体化和机电一体化。 CTCS应用等级3(以下简称L3)：是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。 CTCS应用等级4(以下简称14)：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，由RBC(地面列控中心)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。 同条线路上可以实现多种应用级别，L2、L3和14可向下兼容。 (1)CTCS 0级 为了规范的一致性，将目前干线铁路应用的地面信号设备和车载设备定义为0级。0级由通用机车信号+列车运行监控装置组成。 0级的控制模式也是目标距离式，它在既有地面信号设备的基础上，采取大贮存的方式把线路数据全部贮存在车载设备中，靠逻辑推断地址调取所需的线路数据，结合列车性能计算给出目标距离式制动曲线。如能在每个进出站口增加点式设备，加强核对地址，就能大大减少逻辑推断地址产生错误的可能性。 日本的数字列车运行控制系统IATC就是采取车载信号设备贮存电子电图，通过每一轨道区段的地址编码来调取所需的线路数据，这种方式可以使地车信息传输的信息的需求量减少。在欧洲列车控制系统ETCS规范中也不排斥车载信号设备贮存线路数据的方式。 CTCS 0级适用于列车最高运行速度为160kmh及以下，一般自动闭塞设计仍按固定闭塞方式进行，采用四显示自动闭塞，信号显示具有分级速度控制的概念，其目标距离式制动曲线可作为参考。应该说这是一个过渡阶段。 (2)CTCS 1级 CTCS 1级由主体机车信号+加强型运行监控装置组成，面向160kmh及以下的区段，在既有设备基础上强化改造，达到机车信号主体化要求，增加点式设备，实现列车运行安全监控功能。利用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。CTCS 1级的控制模式为目标距离式，采取大贮存的方式把线路数据全部贮存在车载设备中，靠逻辑推断地址调取所需的线路数据，结合列车性能计算给出目标距离式制动曲线。在车站附近增加点式信息设备，传输定速度控制)。目标距离控制模式根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线，不设定每个闭塞分区速度等级，采用一次制动方式。1级与0级的差别在于全面提高了系统的安全性，是对0级的全面加强，可称为线路数据全部储存在车载设备上的列车运行控制系统。(3) CTCS 2级CTCS 2级是基于轨道电路和点式信息设备传输信息的列车运行控制系统，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。CTCS 2级原本是CTCS 技术规范中的一个应用等级，但经过铁道部组织专家研究，已形成一种固定模式，构成一个系统，因为没有为这个系统另命名，就称其为CTCS 2级系统，它立足于国产化的地面设备，车载信号设备也已经技术引进，功能比较齐全并设合国情。以后提到CTCS 2级的很多地方，实际上应严格称为符合CTCS 2级标准的列控系统。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。CTCS 2级采用目标距离控制模式（又称为连续式一次速度控制）。目标距离控制模式根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线，不设定每个闭塞分区速度等级，采用一次制动方式。 CTCS 2级采取闭塞方式称为准移动闭塞方式，准移动闭塞的追踪目标点是前行列车所占用闭塞分区的始端，留有一定的安全距离，而后行列车从最高速开始一次制动曲线的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。目标点相对固定，在同一闭塞分区内不依前行列车的走行而变化，而制动的起始点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的。空间间隔的长度是不固定的，由于要与移动闭塞相区别，所以称为准移动闭塞。显然其追踪运行间隔要比固定闭塞小一些。 (4)CTCS 3级 CTCS 3级是基于无线通信(如GSMR)的列车运行控制系统，它可以叠加在既有干线信号系统上。 轨道电路完成列车占用检测及完整性检查，点式信息设备提供列车用于测距修正的定位基准信息。无线通信系统实现地车间连续、双向的信息传输，行车许可由地面列控中心产生，通过无线通信系统传送到车上。 CTCS 3级与2级一样，采取目标距离控制模式(又称连续式一次速度控制)和准移动闭塞方式。由于其实现了地车间连续、双向的信息传输，所以功能更丰富些，实时性更强些。 (5)CTCS 4级 CTCS4级是完全基于无线通信(如GSMR)的列车运行控制系统。由地面无线闭塞中心(RBC)和车载设备完成列车占用检测及完整性检查，点式信息设备提供列车用于测距修正的定位基准信息。 CTCS 4级采取目标距离控制模式，列车按移动闭塞或虚拟闭塞方式运行。 虚拟闭塞是准移动闭塞的一种特殊方式，它不设轨道占用检查设备，采取无线定位方式来实现列车定位和占用轨道的检查功能，闭塞分区是以计算机技术虚拟设 三、CTCS应用等级划分的特点 分析CTCS的应用等级划分，发现有以下两个特点： 1各应用等级均采用目标距离控制模式，采取连续一次制动方式 这是由于我国的列控系统的应用起步晚，起点高，因此一步就瞄准了比较先进的控制模式。在我国阶梯式和曲线式分级速度控制都曾用过，取得了经验，好在并未形成规模，CTCS规范推荐采用目标距离控制模式是适宜的，符合国际列控系统的发展趋势。由于列控系统的控制模式是其主要特征和性能之一，控制模式决定了闭塞方式和列车运行间隔，从而决定了运输能力，所以说除移动闭塞外，各应用等级的主要功能几乎是一样的。 2各应用等级是根据设备配置来划分的，其主要差别在于地对车信息传输的方式和线路数据的来源 基于国情ZPW2000系列轨道电路比较成熟，已经国产化，所以以它为基础设备之一；欧标应答器通用性强，供货厂商多，国内企业已研制成功，也作为基础设备之一；轨道电缆和计轴器不准备推广；数字轨道电路国际上唯有日本用它实现了目标距离控制模式，国内研制尚未成熟，暂不确定，数字轨道电路的生命力将取决于其国产化程度和进度；无线通信(如GSMR)欧洲推广，能实现地车间连续、双向的大信息量传输，有发展趋势，用于高等级列控系统。 线路数据完全贮存于车载数据库靠逻辑推算来提取相应数据的方式，用于较低等级列控系统；点式信息设备传输线路数据的方式，增加了线路数据的实时性，用于中等级列控系统，至于采用贮存电子地图和点式信息设备提供闭塞区段地址码的方式将在技术发展中比选；无线通信连续、双向信息传输，有大信息量和实时性的优势，用于高等级列控系统。 为便于对照，用表31归纳。表中L为一个闭塞分区。表31 列控系统等级比较表应用等级L0L1L2L3L4控制模式目标距离目标距离目标距离目标距离目标距离制动方式一次连续一次连续一次连续一次连续一次连续闭塞方式固定闭塞或准移动闭塞准移动闭塞准移动闭塞准移动闭塞移动闭塞或虚拟闭塞地对车信息传输多信息轨道电路+点式设备多信息轨道电路+点式设备多信息轨道电路+点式设备；或数字轨道电路无线通信双向信息传输无线通信双向信息传输应用等级L0L1L2L3L4轨道占用检查轨道电路轨道电路轨道电路轨道电路等五限定为应答器校正列车运行间隔按固定闭塞运行大于L设为对照值LLL小于L线路数据来源大贮存于车载数据库大贮存于车载数据库应答器提供或数字轨道电路无线电通信提供无线电通信提供对应ETCS级ETCS1级ETCS2级ETCS3级第三节 典型的列控系统 国外列车运行控制系统应用比较普遍，各种速度的铁路都有运用，但在高速铁路上的应用更显示出其高水平和具有代表性。目前，高速铁路正在欧洲和亚洲快速发展，已通车或正在建设中的高速线路多达十几条，其列控系统各不相同，主要有法国UT、日本ATC和数字ATC、德国LZB80、欧洲ETCS等系统设备。 一、法国UT系统 法国高速铁路TGV区段的列控系统，车载信号设备采用TVM300或TVM430，地对车的信息传输以无绝缘轨道电路UM71为基础，该列控系统简称UT系统。 TVM300系统在1981年于巴黎一里昂首先投入使用，系统构成简单，造价较低。采用无绝缘轨道电路UM71，地对车的信息传输容量仅有18个，速度监控是滞后阶梯式的。 TVM430系统在1993年于法国第三条北方线高速铁路首先投人使用。随着列车速度不断提高，速度已达320kmh，法国幌公司对模拟电路构成的UT系统进行了数字化改造：数字电路技术使设备结构小型化、模块化；采用无绝缘轨道电路UM2000，数字通信技术使车地间的信息传输数字编码化；其速度监控方式改为分级速度曲线控制模式。 近年来，法国幌公司又开发了计算机联锁(SEl)和列控(ATC)一体化的系统，在地中海线和(英吉利)海峡一伦敦线开通使用，我国秦沈客运专线也采用了该系统。 UM71无绝缘轨道电路是法国1971年研制的一种防电气化谐波干扰的移频轨道电路，它的载频分为1700Hz、2000Hz、2 300Hz、2600Hz四种，两个相邻轨道电路间采用电气分隔接头，实现了无轨缝无机械绝缘的电气隔离，但有26m死区段。配合TVM300系统，UM71无绝缘轨道电路向机车发出18种TBF低频调制信息。配合TVM430系统，UM71无绝缘轨道电路进行了数字化改造，发展成为UM2000，低频信号增加到28种，其中一种低频信号为轨道占用信息，将27种低频信号进行编码处理，使信息传输量由18个增加为2个，其中传输防护码6位，有效信息量为2个。 滞后阶梯式速度监控(TVM300)，只检查列车进入轨道区段的人口速度，为确保安全，它需要有一个保护区段，这对线路的通过能力有一定影响，运行间隔一般为45 min。 分级速度曲线控制模式速度监控(TVM430)，是按速度等级分段制动的，其列车追踪间隔主要与闭塞分区的划分和列车速度有关，而闭塞分区的长度的确定是以线路上运行的最坏性能的列车为依据，对高中速列车混合运行的线路采用这种模式能力是要受到较大影响的，运行间隔一般为3min。 二、日本ATC系统 日本于1964年开通了世界上第一条高速铁路东海道新干线。日本新干线现有的ATC系统普遍采用超前阶梯式速度监控，它的制动方式是设备优先的模式，即列控车载设备根据轨道电路传送来的速度信息，对列车进行减速或缓解控制，使列车出口速度达到本区段的要求，它没有滞后控制所需的保护区段，在线路能力上较滞后控制有所提高。 从1991年日本铁路方面开始试验数字式ATC，亦称IATC，现在东海道新干线上已开通运用了一段。 数字式ATC采用目标距离一次制动模式曲线方式，车载设备根据地面轨道电路传送来的信息和各开通区间的长度，求取与前方列车所占用区间的距离，综合线路数据、制动性能和允许速度等计算出列车运行速度，若列车接近前方减速点时，即刻生成目标距离一次制动模式曲线。目标距离一次制动模式曲线缩短了制动距离，并可根据列车性能给出不同的模式曲线，提高了运输效率。 三、德国LZB系统 德国LZB系统是基于轨道电缆传输的列控系统，是世界上首次实现连续速度控制模式的列控系统，技术上是成熟的。1965年在慕尼黑一奥斯堡间首次运用，德国已装备了2000km铁路线，1992年开通了西班牙马德里一塞维利亚471km高速线。 LZB是1965年以前开发的系统。它利用轨道电缆作为车地间双向信息传输的通道，另要轨道电路来检查列车占用，轨旁设备较多，给维修带来不便。LZB以地面控制中心为主计算制动曲线，车载信号设备智能化不够，与其他列控系统兼容比较困难。 四、欧洲ETCS系统 根据欧洲ETCS计划，为了实现欧洲铁路互联互通，车载设备采用ETCS总线，可以灵活地支持与各种传统设备及ETCS车载设备的通信；传输设备有欧洲应答器和欧洲环路，即数据传输速率为565kbs的磁应答器和采用漏泄电缆的环路；欧洲无线也在进行工程实施。 ERTMS系统是为了适应欧洲铁路互联互通的目的，符合兼容性要求而开发的，它集联锁、列控和运行管理于一体。西班牙的马德里一巴塞罗那线采用该系统，列控系统符合欧洲铁路统一标准ETCS二级标准，速度监控方式采用一次连续速度曲线控制模式(又称目标距离一次制动模式曲线方式)，列车占用检测靠UM2000轨道电路，列车定位靠欧洲应答器，车与地双向传输靠无线数传。 例如： 是一个基于点传输的列车控制系统，用作基础信号系统上的覆盖层，采用固定闭塞方式运行。 在ATLASTNl00中，轨旁设备产生移动授权，并通过点式应答器传输给列车。轨旁设备负责列车占用和完整性检查。 ATLASTMl00系统中的欧洲环线可以被用来提供半连续的信息输送。它能够提供经修改的授权特性，在到达移动授权末端以前能够收到信号。 ATLASTM200是一个基于无线通信的列车控制系统，可以用作在基础信号系统上叠加的覆盖层，工作在固定闭塞方式。移动授权是由道旁产生，经由CSMR被传送到列车上。点式应答器主要被用作提供位置参考的点传输设备。 五、信息传输媒介 从上述典型的列控系统介绍中看出，列控系统车地间传输媒介主要包括以下几种方式，有的列控系统仅用一种传输媒介，有的列控系统以一种为主，辅以其他方式： (1)轨道电路 列控系统信息基于轨道电路传输是传统方式。UT系统、日本ATC系统等均采用轨道电路传输。 (2)轨道电缆 德国LZB系统采用轨道电缆实现了列控系统的双向信息传输。 (3)点式设备 利用点式设备提供列控系统信息传输通道的方式已经广泛采用。点式设备主要包括点式应答器和点式环线两种。在欧洲ETCS 2级标准中主要提供列控系统的辅助信息，如里程标、线路数据、切换点等；在欧洲ETCS 1级标准中利用点式设备提供全部控车信息。 (4)无线传输 利用无线传输通道作为列控系统信息传输通道已经过很多年的研究，欧洲列控系统ETCS 2级及ETCS 3级技术标准明确利用GSMR无线系统进行列控信息车地双向传输，欧盟已经通过立法的形式确定了ETCS技术标准。中国列控系统(CTCS)的技术发展也有向无线传输的发展趋势。无线传输具有信息量大、双向传输、通用及兼容性强等特点。第四节 列控系统的主要功能 一、基本功能 (1)列控系统的车载信号是列车运行的凭证； (2)按列车安全制动距离，自动调整列车运行追踪间隔； (3)防止列车运行速度超过线路允许速度、道岔侧向规定速度以及列车构造速度，保证列车行车安全，超速时由列控设备自动实行减速或制动停车； (4)防止列车冒进关闭的禁-止信号机(或点)； (5)监督列车以低于30kmh的速度进行出入库作业； (6)与机车自身速度控制系统结合，实现对列车减速、缓解、加速的自动控制； (7)与列车调度系统结合，实现对列车的简单自动驾驶； (8)由车载测速单元获取列车走行速度和列车的位置。每通过一个轨道区段分界点或应答器时，列车的测距系统将校正一次，以提高目标距离的精度； (9)根据接收地面中心信息以及车载设备实时处理，车载设备应连续向司机显示下列行车内容：目标速度、目标距离、允许速度、实际速度。 还有下列其他辅助报警显示：超速、制动、缓解、故障。 二、其他安全功能 为保证高速铁路列车的安全运行，还设有下列检测设备和安全防护措施，并纳入列控系统进行统一管理，构成完整的列车安全运行体系。 (1)环境状况监督强风、雨、雪检测器及立交处防落物检测器产生的报警信号，被传输给车站和区段调度所。列控系统根据这些信息发出限速或停车指令。 (2)列车状态检测轴温检测器产生的报警信号传到车站和区段调度所。列控系统根据这些信息处理：通过点式传输，将轴温报警信息传送给列车。 (3)人员和设备防护在施工或发生事故时，通过局部操作或