高速铁路列控发展现状及

1、1高速铁路列控发展现状及对策2国外高速铁路列控系统及发展 随着中长期铁路网规划的逐步实施，武(汉)-广(州)、郑(州)-西(安)、石(家庄)-太(原)等客运专线，京(北京)-津(天津)城际铁路先后立项开工建设，我们有必要借鉴国外高速铁路建设的经验，修建我国高水平、高质量的客运专线。 3国外高速铁路列控系统及发展 世界各国高速铁路采用的列控系统，主要有日本新干线的ATC，法国TGV铁路使用的TVM300和TVM430系统，德国和西班牙高速铁路使用的LZB系统，意大利高速铁路的9码列车自动控制系统及瑞典铁路的EBICA900系统。在亚洲，韩国高速铁路采用了法国的TVM430系统，台湾高速铁路则采用

2、了日本新干线的数字ATC系统。4已运营的高速铁路列控系统分析表 设备名称法国TVM300法国TVM430德国LZB日本ATC运行速度最高:270km/h最高：320km/h最高：270km/h最高：270km/h运营里程850km150km432km1831.5km闭塞方式固定闭塞固定闭塞固定闭塞固定闭塞制动模式分级阶梯滞后式分级连续式连续速度控制式分级阶梯超前式控制方式人控为主，设备为辅人控为主，设备为辅可实行自动控制设备控制为主，人控为辅安全信号传 输媒介：无绝缘模拟轨道电路方向：地对车 单方向载频：1700 Hz、 2000Hz、 2300Hz、 2600Hz信息量：18个媒介：无绝缘数

3、字轨道电路方向：地对车 单方向载频：1700 Hz、 2000Hz 2300 Hz、 2600Hz信息量：27bit媒介：数字 轨道电缆方向：地车间 双方向载频：360.4kHz 560.2kHz信息量：83.5bit媒介：有绝缘模拟轨道电路方向：地对车 单方向载频：750Hz、 850Hz 900Hz、 1000Hz信息量：10个其它信号传 输媒介：环线、 应答器方向：地对车或车对地单向媒介：应答器、 无线数传方向：地车 双方向媒介：应答器、 无线数传方向：地车 双方向媒介：应答器、 无线数传方向：地车间 双方向列车定位轨道电路、车载测距轨道电路、车载测距电缆交叉、车载测距 轨道电路、车载测

4、距 区段占用无绝缘模拟轨道电路无绝缘数字轨道电路有绝缘模拟轨道电路设备组成轨道发送单元；轨道接收单元；电缆匹配单元；电绝缘节；补偿电容。地面控制中心；轨道发送单元；轨道接收单元；电缆匹配单元；电绝缘节；补偿电容。地面控制中心；轨道发送单元；轨道接收单元；电缆匹配单元；轨道电缆。轨道发送单元；轨道接收单元。设备器件晶体管分立元件小规模集成电路大规模集中电路超大规模集成晶体管分立元件小规模集成电路晶体管分立元件小规模集成电路5最近几年高速铁路列控系统的发展情况 随着西欧各国国际交往的不断增加和日益频繁，开行跨多国铁路运输的列车已逐渐成为广大成员国的共识。 但面临各国不同的铁路管理系统和列控系统，将

5、成为开行跨国列车迫切需要解决的问题。6最近几年高速铁路列控系统的发展情况欧洲高速铁路的欧洲高速铁路的ERTMS系统系统 1990年，欧洲执委会向欧盟申请协调泛欧高速铁路网有关技术标准。此后，国际铁盟出面组织，西欧各国铁路、研究机构、信号制造厂商等部门抽调专家，组成专家组，共同开始了技术标准的研究。7欧洲高速铁路的欧洲高速铁路的ERTMS系统系统 经过5年的研究，专家组提出了统一欧洲信号技术的铁路运营管理系统（简称ERTMS）/列车控制系统（简称ETCS）标准。1996年由法国、德国和意大利三国发起创建欧洲ERTMS/ETCS用户组织。用户组织的工作直接推动和影响着技术标准及产品向实际应用的发展

6、。为了实现泛欧高速铁路网的信号系统标准的统一，1990年以来，对ERTMS系统进行研发和试验等的投资已超过5.5亿欧元。 8ERTMS项目用户组进展的大致情况如下所列年代 内容 1995年 德国联邦铁路DB、意大利国家铁路FS、法国国营铁路SNCF创立了ERTMS用户组织 1996年 欧盟委员会通过了在泛欧高速铁路网互通运营的96/48EC指令；为建设试验段招标 1997年 选择中标商，开始建设试验段；荷兰铁路、西班牙国营铁路加入，成为用户组正式成员 1998年 英国Railtrack铁路公司加入，成为用户组正式成员 1999年 开始将欧盟96/48EC指令纳入国家法律（德国于1999年通过立

7、法） 9ERTMS项目用户组进展的大致情况如下所列2000年 用户组织成员国铁路部门、信号系统供货商签署了采用UNISIG第一级规范的意向书 2001年 进行规范测试和实验室测试 ；各成员国正式通过互通性技术规范TSI（根据96/48EC指令制订）和运用操作规范 2002年 进行现场测试，验证ETCS-1、-2的规范，通过认证过程 2003年 开始线路上ERTMS/ETCS的商业运行 10欧洲国家采取的策略 ETCS项目推动了欧洲铁路通信信号技术标准的统一。目前，该技术标准完全开放，参与开发研究的有西欧各国铁路运营商和欧洲六大跨国信号集团公司。2001年，欧盟已经正式通过法律，要求今后新建的高

8、速铁路线，采用ERTMS/ETCS技术标准的产品作为列车控制系统。在这一基础上，欧洲正在建设的路网，均按照该项法令对采用新系统作出规划。 11欧洲国家采取的策略 意大利路网公司介绍，正在建设的高速铁路将全部采用ETCS-2技术系统。在铁路部门的安排下，阿尔斯通与西门子公司在意大利佛罗伦萨阿雷佐地区建设了两个试验段，对系统各个部件进行综合集成，并安排现场试验，验证RBC/GSM-R、RBC/联锁系统、车载设备等子系统间的接口，开展系统的功能和运行实验。试验自2000年开始， 2003年底还要在罗马那不勒斯线路上再进行运用前的试验，目前已开通使用。12欧洲国家采取的策略 西班牙马德里巴塞罗那高速铁

9、路的列车控制技术采用ERTMS/ETCS系统，要求按照ERTMS系统需求规范的第一级第2.2.2版本的标准配置列车控制系统。此外，还要根据西班牙制订的有关铁路信号的国家标准，在ERTMS系统中适应本国原有信号制式的主要技术标准。 13欧洲国家采取的策略模式 运行 需要系统 产品 备注 使用GSM-R连续传输 最高运行速度为350公里/小时 ，行车间隔 230 ETCS 2 无线闭塞中心全部监控 闭塞区间长为1.5公里 使用欧洲点式应答器间歇传输（备用） 最高运行速度为300公里/小时，行车间隔 530 ETCS 1SEI、道旁单元、欧洲点式应答器 ETCS 2的备用系统，闭塞区间长6公里 对未

10、装备ETCS车载设备列车的备用方案 最高运行速度为220公里/小时，行车间隔 8 ASFA SEI、ASFA+道旁信号机 闭塞区间长为6公里 14欧洲国家采取的策略 由于高速铁路线路采用的ETCS-2系统以GSM-R无线通信系统作为行车信息传输通道，在世界各国尚无使用先例，西班牙铁路在设计时考虑到现状，采用了欧洲ETCS-1/ETCS-2重叠覆盖的方式。系统工作正常时，列车在ETCS-2指挥下运行，可实现2.5分钟最小行车间隔；当无线通信GSM-R系统出现故障时，ETCS-1系统为运行列车提供行车指令与信息，最小行车间隔5分钟。日常工作时，两套系统并行运行，其识别及使用的确认由车载设备中软件完

11、成。 15欧洲国家采取的策略 正在开工建设的法国TGV东部线，法国国营铁路公司SNCF与CSEE公司在TVM430的基础上，共同开发了TVM/ETCS双模制式车载列控设备，该系统可以兼容UM71/UM2000轨道电路的信息，构成一套列控系统，也可以与ETCS系统组成一套列控系统。新系统的开发应用，既解决了法国原有高速铁路技术标准的与ETCS系统的兼容问题，也使法国传统的基于轨道电路的列车控制系统找到了与欧洲统一标准的结合点。16列控系统的发展是根据技术创新、发展和高速铁路建设的需要得以发展的。大体可以概括为以下几点： 高速铁路列车控制系统的发展与高速铁路建设同步，长期以来，形成以轨道电路、轨道

12、电缆为基本传输媒介的可靠系统，这项传统技术正在从模拟向数字化技术发展； 高速铁路列控近期的发展目标是实现连续速度控制的一次制动模式；17列控系统的发展是根据技术创新、发展和高速铁路建设的需要得以发展的。大体可以概括为以下几点： 传统的轨道电路难以突破列控实现一次制动模式对信息传输的要求，各国均在探讨新的解决办法，出现了点式应答器、点式环线以及车载微机存储等多种方式； 20世纪高速铁路的列车控制系统，是以国家铁路为标准制订的系统，出现了UM71/TVM430、LZB、新干线ATC等45种不同的系统，无法形成大工业体系的世界性标准 ；18列控系统的发展是根据技术创新、发展和高速铁路建设的需要得以发

13、展的。大体可以概括为以下几点： 欧盟支持的ERTMS/ETCS系统，是根据高速铁路发展的需要而开发的泛欧标准。欧洲原有的UM/TVM、LZB等列控系统标准，都将被这一系统所取代。最近除了欧洲各国大规模开展试验及商业应用以外，印度已经着手建设试验段，欧洲点式应答器也已经安装在美国东北走廊的AMTRACK高速铁路上。21世纪的前10年，高速铁路列控系统的主流产品将仅有ETCS和数字ATC两个标准的系统。19借鉴ETCS方式 的设计思想 在研究列控系统时，必须充分重视欧洲ETCS系统，它表明欧洲列控系统的发展方向，是欧洲多家著名公司合作的结果，其中“系统研究”、“功能叠加”和“滚动衔接” 等设计思想

14、是很值得我们借鉴的。20客运专线列控建议方案客运专线列控建议方案 方案方案1：ETCS-2 +CTCS-2 采用基于GSM-R无线传输方式的ETCS-2和ZPW-2000轨道电路与点式应答器构成的CTCS-2组成的冗余配置的列控系统 ；车上安装安全型智能车载设备，实现目标距离连续速度控制模式。21客运专线列控建议方案客运专线列控建议方案 方案方案1：ETCS-2 +CTCS-2 CTCS-2系统与既有200km/h提速线列控系统兼容，同时作为ETCS-2系统的备用系统，CTCS-2系统中的轨道电路、点式应答器等在ETCS-2系统中作为列车占用检查和列车定位对标的平台。 22客运专线列控建议方案

15、客运专线列控建议方案 方案方案1：ETCS-2 +CTCS-2 方案优点：欧洲列车控制系统ETCS-2产品可由国际上六家知名信号厂商供货，有利于竞争招标，欧洲新建高速铁路项目已经定位于该系统，具备后续发展的技术支撑，系统的技术标准公开，易于国产化。23客运专线列控建议方案客运专线列控建议方案 方案方案1：ETCS-2 +CTCS-2 方案缺点：尚缺在高速线上大量投入商业运营的经验，兼容国内既有线信号制式需联合开发。24客运专线列控建议方案客运专线列控建议方案 方案方案2：法国U/T&ETCS双标准系统 系统采用UM2000数字编码轨道电路提供地对车控制信息的单向安全传输，车上安装TVM430/

16、ETCS-2双标准的智能型车载设备，既可兼容U/T系列轨道电路，实现分级连续速度控制，又可适应基于GSM-R无线传输的ETCS-2级系统，实现目标距离连续速度控制模式。 25客运专线列控建议方案客运专线列控建议方案 方案方案2：法国U/T&ETCS双标准系统 方案优点：该系统中，其U/T部分在法国高速铁路已有成熟的运用经验。 方案缺点：该方案仅法国一家供货商，技术标准不公开。26客运专线列控建议方案客运专线列控建议方案 方案方案3：日本数字ATC系统 列控系统基于I-ATC数字编码轨道电路提供地对车安全信息，应用车载设备储存信息和地面点式应答器，实现目标距离连续速度控制。27客运专线列控建议方

17、案客运专线列控建议方案 方案方案3：日本数字ATC系统 方案优点：系统为日本高速列控的先进技术，并且已经正式投入运营。 方案缺点：系统基于兼容日本既有信号制式，采用有绝缘轨道电路，技术标准不公开，与我国既有线信号制式不兼容。28ETCS-2 +CTCS-2列控系统构成 CTCS-系统 的构成 由车站列控中心、ZPW-2000轨道电路、点式应答器设备及车载列控设备等组成。 ETCS-2系统的构成 在CTCS-2基础上，增加RBC无线闭塞中心、GSM-R无线通信网络、无线通信传输模块及车载无线接收模块等设备。 29 邻站控制中心邻站控制中心 车载设备车载设备机车乘务机车乘务员员车站控制中心车站控制

18、中心 点式点式设备设备人机界人机界面面jiemian jiemian 口口 输出模输出模块块 列车列车输入模输入模块块 点式信点式信息接收息接收模块模块 测速模测速模块入模块入模块块 连续信连续信息接收息接收模块模块 无线通无线通信模块信模块 维护管理中心维护管理中心GSM-RGSM-R 设备维护设备维护记录单元记录单元车载安全计算车载安全计算机机调度集中系统调度集中系统无线闭塞中心无线闭塞中心 相邻无线闭塞中相邻无线闭塞中心心 广域网广域网轨道轨道电路电路无线无线通信通信道岔道岔单元单元 30列控系统地面设备组成及主要功能 3132点式应答器 为CTCS-2提供进路条件、线路参数、临时限速等

19、信息，并用于列车定位、车载设备间转换、自动过分相触发等特殊用途。应答器报文信息定义及编码规则符合ERTMS/ETCS相应的技术规范要求，根据使用要求分为有源与无源两种。通常，有源应答器设置于车站离去口、进站端、股道停车标志处，区间信号中继站附近、联络线大号码道岔、安全监控报警点外方，提供可变化的信息。无源应答器则设置于每个闭塞分区入口、列控模式转换预告点、隧道加压、自动过分相点等处，提供固定信息。 33点式应答器 根据点式信息传输数量的需求，在同一处设置的点式应答器，可以为单个，也可以为不大于8个形成的应答器组。正方向正方向B2etc位置参考位置参考34轨道电路 用于列车对闭塞分区的占用检查，

20、为CTCS-2模式下运行的列车提供行车许可信息。当站间距离大于轨道电路传输电缆长度要求时，在区间适当位置设中继站。 车站与中继站间列控信息交换采用2芯信号专用光纤，一主一备，由沿铁路两侧分别敷设的光缆中分别提供。 35车站列控中心 车站列控中心可与联锁设备按一体化方式设置，也可相对独立。 主要用于实现轨道电路信息编码，向RBC、CTC提供联锁进路状态、轨道占用、临时限速等信息。在CTCS-2模式下还实现应答器编码信息的控制，并根据联锁进路条件、临时限速命令等信息调用道旁电子单元LEU中的相应数据报文（进路参数、临时限速等），通过有源应答器发送至列控车载设备。 36无线传输模块 用于ETCS-2

21、模式，完成无线闭塞中心（RBC）与GSM-R无线通信网络之间的信息交换。 37无线闭塞中心（RBC） 用于ETCS-2模式，通过车载设备身份识别确定受控的列车数据，在管辖的区域内跟踪每列受控列车的位置。 根据列车占用轨道电路情况及列车间空闲的闭塞分区数、进路状态等向所管辖列车发出行车许可和列车控制所需的线路参数、进路参数、临时限速等信息。 38无线闭塞中心（RBC） 它是一个使用无线通信手段，由安全计算机构成的地面列车间隔控制系统，是基于GSM-R无线列车运行控制的ETCS-2系统的重要组成部分。 无线闭塞中心分散设置在沿线通信信号机房内，按照设计能力，一个无线闭塞中心同时控制的列车对象不少于

22、30列，控制范围5080km。 39无线通信（GSM-R）设备 用于ETCS-2模式，是ETCS-2系统信息传输平台，完成地车间大容量的信息交换。 40列控系统车载设备组成及主要功能 常用紧急 测速传感器点式信息传感器感应器电源测速测距处理器记录单元STM点式信息处理器主处理器制动控制装置双针速度表显示器运行记录器机车处理部分通信接口GSM-R车载台41点式信息处理器模块 完成点式信息的接收和处理。 42STM连续信息接收模块 在CTCS-2模式下完成轨道电路信息的接收和处理。 43测速测距处理器模块 实时检测列车运行速度并计算列车走行距离，具有防空转打滑功能。 44记录单元 对接收信息、系统

23、状态、实时速度、允许速度、生效的模式曲线、制动命令类型、列车运行工况以及司机和维护人员对车载设备的操作等进行记录。 45车载安全计算机主处理器 对列车运行控制信息进行综合处理，计算生成目标距离模式曲线（报警曲线、常用制动曲线、紧急制动曲线），控制列车按命令运行。 46无线通信（GSM-R）车载设备 在ETCS-2模式下，作为信息传输平台，完成车地间大容量的信息交换。 47人机界面 是车载设备与机车乘务员交互的设备，应输入列车允许速度、列车制动性能、列车长度、列车重量等参数，并在确认后生效。具有列车走行速度、限制速度、目标速度、目标距离的显示，具有超速、制动、缓解、故障等表示。 48驾驶室49A

24、TPLKJ-2000主监视器GSM-R监视器诊断监视器右后监视器左后监视器动车组司机室显示界面动车组内部通话GSM-R接口听筒旅客信息系统50 在CTCS-0级和CTCS-1级线路区段 由LKJ-2000作为主控，同时承担记录功能，ATP处于热备状态。 ATP与LKJ-2000对动车组的运行控制LKJ-2000主控状态显示界面51A1A2A3B1B1B6B4B3B5B7F1F2F3F4F5F6E1E2E3E4E5E18C5C6C7C2C3C4C1E19E20E21E22E23E24E25E6E11E7E12E8E13E10E15E9E14E16aE16E17E7E8E9B2D1D6D7D9 0

25、Dx10002000400080002 20 00 01 12 20 0坐标MRSP变化点起模点MRSP区下一个目标值当前目标值 在CTCS-2级线路区段 由ATP作为主控，LKJ-2000处于热备状态，同时承担记录功能。A:距离信息B:速度信息C:辅助驾驶信息F1F2F3F4F5F6F7F8D:计划区E:报警信息功能键区ATP主控状态显示界面显示界面功能分区52ETCS-2 +CTCS-2列控系统与既有线的兼容 问题 日本以总长约两千公里的高速铁路波及影响到全国铁路; 法国以总长1420km的高速铁路影响范围达5600km; 德国高速铁路不足一千公里，但影响却达到4000km。 各国在新建高

26、速铁路的同时，大力改造既有线，充分发挥网络效应。 53ETCS-2 +CTCS-2列控系统与既有线的兼容 问题 根据我国铁路跨越式发展计划，既有线已实施200km/h提速工程，建设200km/h及以上客运专线并配备时速200km/h动车组。必须实现既有提速线、客运专线的兼容，高速动车组与200km/h动车组的跨线运营，是列控系统技术体系必须解决的问题。 54ETCS-2 +CTCS-2列控系统与既有线的兼容 问题 本线运行的高速动车组（具备350km/h的构造速度）将装备具备ETCS-2CTCS-2功能的列控车载设备，实现本线运用和跨线兼容； 装备CTCS-2车载设备的200km/h动车组上高速线时，可实现CTCS-2系统下的目标距离模式控车。 55ETCS-2 +CTCS-2列控系统与既有线的兼容 问题 200km/h提速线的列控系统采用的是CTCS-2系统，京沪高速铁路及客运专线采用了ETCS-2+CTCS-2系统构成的冗余列控系统方案，共同的CTCS-2系统平台为跨线运行提供了条件，实现了兼容。200km/h的动车组跨高速线按CTCS-2模式监控列车运行，高速动车组在本线运行按ETCS-2模式监