短班列控概述

列车运行控制系统基本理论湖南交通工程职业技术学院辛芮霞第二节典型的列控系统第三节CTCS列控系统内容提纲第一节列控系统发展概述第四节机车信号与超速防护二、列车运行控制系统定义及功能三、列控系统分类第一节列控系统概述五、列车速度控制模式四、列控系统的关键技术一、列控系统发展概述控制模式的发展列控系统是确保行车安全的信号系统。利用地面提供的线路信息、前车(目标)距离和进路状态，列控车载设备自动生成列车允许速度控制模式曲线，并实时与列车运行速度进行比较，超速后及时进行控制。一、列控系统发展概述分级分级连续一次连续350km/h控制模式的发展车、地信息传输方式点式环线轨道电路无线传输控制模式的发展二、列车运行控制系统定义及功能1、列车运行控制系统定义：由列控中心、闭塞设备、地面信号设备、地车信息传输设备、车载速度控制设备构成的用于控制列车运行速度保证行车安全和提高运输能力的控制系统。2、功能：（1）线路的空闲状态检测；（2）列车完整性检测；（3）列车运行授权；（4）指示列车安全运行速度；（5）监控列车安全运行。三、列控系统分类（1）按照地车信息传输方式分类：①连续式列控系统②点式列控系统③点连式列车运行控制系统（2）按控制模式分为两种类型：①阶梯控制方式②速度—距离模式曲线控制方式三、列控系统分类（3）按照人机关系分为两种类型：①设备优先控制的方式②司机优先控制方式（4）按照闭塞方式：固定闭塞和移动闭塞（5）按照功能、人机分工和自动化程度分：①列车自动停车（AutomaticTrainStop简称ATS）系统②列车超速防护（AutomaticTrainProtection简称ATP）系统③列车自动控制（AutomaticTrainControl简称ATC）系统④列车自动运行（AutomaticTrainOperation简称ATO）系统ATSATS是一种只在停车信号（红灯）前实施列车速度控制的装置，是在非速差式信号体系下的产物，属于列车速度控制的初级阶段。国外多种ATS系统补充了简单的速度监督功能，这种系统设备简单，历史悠久，在我国及世界各国铁路至今广泛采用。ATPATP是随着速差式信号体系的建立而产生的，列车正常运行由司机控制，只在司机疏忽或失去控制能力且列车出现超速时设备才起作用，并以最大常用制动或紧急制动方式，强迫列车减速或停车。当列车速度已降至或到达限速要求，由司机判定和操作制动缓解。系统要求符合故障—安全原则。这是一种以人（司机）控为主的列车运行安全系统，在欧洲高速铁路上普遍采用。

ATC又称列车自动减速系统。当列车运行超过限制速度时，系统自动实施常用制动，使列车降至低于限制速度的一定值后，制动自动缓解，列车继续运行。这是一种设备优先的列车运行安全控制系统，司机一部分操作由设备代替，但列车运行的正常调速仍由司机操作，系统同样要求故障—安全原则。这种方式很适合于动车组，日本新干线高速铁路采取这种方式。ATO又称列车自动驾驶系统。按系统预先输入的程序，保证列车运行图的要求，由设备代替司机进行列车运行的加速、减速或定点停车的速度调整。一般情况下，司机除对列车启动操作外，只对设备的动作进行监督，它属于一种非安全系统，一般叠加在ATC或ATP上，列车运行的安全防护由后者承担。这样的系统已在地下铁道种较广泛采用，在地面铁路干线上，由于运输情况复杂，目前很少采用。四、列控系统的关键技术一、列车测速与列车定位1、列车测速方法（1）轮轴旋转测速方法①测速电机方式②脉冲转速传感器方式

四、列控系统的关键技术（2）、无线测速方式①雷达测速方式多普勒雷达安装示意图②GPS测速定位方式四、列控系统的关键技术2、列车定位方法（1）轨道电路绝缘节定位方法轨道电路绝缘节是闭塞分区的分界点，绝缘节的位置在线路上是固定的，绝缘节两边传输的信息不同，所以，列车可以通过接收信息的变化了解过绝缘节的时机，把绝缘节的物理位置作为绝对信标可以获得列车位置信息。

四、列控系统的关键技术（2）计轴器定位方法与轨道绝缘节设置相同，计轴传感器安放也是固定的，通过计轴器检测的列车占用或者出清对应计轴区段也可以获得列车位置信息。四、列控系统的关键技术（3）查询应答器方法查询应答器不仅物理安装位置固定，它还可以直接向通过的列车发送本应答器所处的公里坐标。（4）轨道环线定位方法轨道感应环线的两根电缆每隔一个轨道长度（100m）要相互交叉一次，交叉回线将交变电信号送到沿钢轨线路铺设的交叉回线上，在回线上产生交变电磁场，,车载设备在经过每个交叉时能够检测到信号相位的变化,当列车驶过一个交叉点时，利用信号相位的变化引发地址码加1，由车载计算机根据地址码计算出列车的地理位置，这样就可以用绝对地址信息对机车里程计产生的定位记录进行误差修正，减少由于车轮滑行及空转造成的位置误差。

四、列控系统的关键技术二、地—车信息传输技术1、移频无绝缘轨道电路四、列控系统的关键技术2、基于无线通信技术的地-车信息传输五、列车速度控制模式一、阶梯控制方式技术原理1、出、入口速度检查控制方式

200 170 130 30 90 200

170

130

90 01 00 VL 出口检查

入口检查

五、阶梯控制方式技术原理阶梯控制又分为出口速度检查和人口速度检查两种方式。出口速度检查控制方式：该方式要求列车在闭塞分区内将列车速度降低到目标速度，设备在闭塞分区出口进行检查。如果列车实际速度未达到目标速度以下则设备自动进行制动。。出口速度检查方式由于要在列车到达停车信号处(目标速度为零)才检查列车速度是否为零，如果列车速度不是零，设备才进行制动。由于制动后列车要走行一段距离才能停车，因此停车信号后方要有一段安全防护区。五、阶梯控制方式技术原理入口速度检查控制方式：列车在闭塞分区入口处接收到目标速度信号后立即以此速度进行检查，一旦列车超速，则进行制动使列车速度降低到目标速度以下。五、列车速度控制模式2、分级曲线控制方式五、列车速度控制模式分级曲线控制方式：该方式要求每个闭塞分区入口速度(上一个闭塞分区的目标速度)和出口速度(本闭塞分区目标速度)用曲线连接起来，形成一段连续的控制曲线，曲线控制方式和阶梯控制方式一样，每一个闭塞分区只给定一个目标速度。控制曲线把闭塞分区允许速度的变化连续起来。地面设备传送给车载设备的信息是下一个闭塞分区的速度、距离和线路条件数据，没有提供至目标点的全部数据，所以系统生成的数据是分级连续制动模式曲线(即以分级小曲线的变换点连成的准一次制动模式曲线)。法国TVM430系统采用了这种方式，TVM430是TVM300的换代产品，地面采用UM2000型轨道电路。五、列车速度控制模式二、速度-距离模式曲线控制方式五、列车速度控制模式速度-距离模式曲线控制不再对每一个闭塞分区规定一个目标速度，而是向列车传送目标速度、列车距目标的距离(和TVM430不一样，它可以包括多个闭塞分区的长度)的信息。列车实行一次制动控制方式。列车追踪间隔可以根据列车制动性能、车速、线路条件调整，可以提高混跑线路的通过能力。这种方式称为目标速度——目标距离方式(DISTANCETOGO)，是一种更理想的运行控制模式。第二节典型的列控系统目前，高速铁路正在欧洲和亚洲快速发展，已通车或正在建设的高速铁路多达十几条，其列控系统各不相同，主要有法国的TVM300和TVM430、日本ATC和数字ATC、德国LZB80、欧洲ETCS等系统设备。

一、法国U/T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U/T系统。一、法国U/T系统

TVM300系统在1981年于巴黎-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只有18个，速度监控是滞后阶梯式。系统型号/安装的列车型号TVM300/TGV-PSETVM300/TGV-ATVM430/TGV-RTVM430/TGV-NG最高时速/(km/h)270300300360闭塞制动距离/m2100200015001500正常制动距离/m84001000075009000闭塞分区数/个4556最小运行间隔/min5432

TVM300与TVM430两种系统的比较表一、法国U/T系统TVM430系统是基于TVM300发展起来的，是为法国国铁公司高速列车开发地，此系统可以在不对列车制动性能提出更高要求的前提下，提高铁路的运营能力。TVM430系统在1993年于法国第三条北方线高速铁路首先投入使用，随着列车速度不断提高，时速已达320km/h。近年来，法国CS公司又开发了计算机联锁（SEI）和列控（ATC）一体化的系统，在地中海线海峡----伦敦线开通使用，我国秦沈客运专线也采用了该系统。一、法国U/T系统TVM430主要由三部分组成，即地面设备、地-车传输设备和车上设备。TVM430地面设备主要由两种柜架组成，一种是处理柜，另一种是输入、输出柜。处理柜包括地面安全型冗余计算机和一个转换架。计算机用来执行功能处理，转换架确保地面计算机故障时能可靠切换。一、法国U/T系统TVM430拥有两条地-车数字传输通道：一条是利用UM—71调制轨道电路的连续式通道；另一条是利用环线的点式传输通道。TVM430车载设备主要由两个机架组成，一个是电源和转换继电器机架（PIR）；另一个是处理机（PIC），执行所有计算处理工作。TVM430车载设备组成框图

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方式，它的制动方式是设备优先的模式。二、日本ATC系统

数字式的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。

德国LZB系统是基于轨道电缆传输车地信息的列控系统，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。它利用轨道电缆作为车地间双向信息传输的通道，使用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。三、德国LZB系统三、德国LZB系统地面设备主要由LZB控制中心、轨间感应环线、轨道电路和轨旁单元等组成。车载设备主要由车载计算机单元、感应接收线圈等设备组成，按三取二原理配备。车载计算机控制单元式控制系统的核心，控制单元主要通过车载感应线圈与地面轨道环线之间相互交换信息，从地面接收相关控制信息，同时可以通过感应线圈向地面传递列车的运行速度等信息，实现了地面-列车双方向信息传递。LZB系统车内设有主体化机车信号，在机车上显示列车实际速度、目标速度、目标距离、应有速度等。LZB系统的结构列车控制的基本原理四、欧洲ETCS系统为实现欧洲铁路互联互通，欧盟组织确定了适用于高速铁路列控的标准体系，技术平台开放，欧洲正在建设和规划的高速铁路均采用ETCS列控系统；基于GSM-R无线传输方式的ETCS2系统，技术先进，并已投入商业运营，是未来高速列车控制系统的发展方向。ETCS系统构成

ETCS系统主要由地面子系统和车载子系统两大部分构成。地面子系统主要包括:(1)欧洲应答器(Eurobalise)；(2)轨旁电子单元(LEU)；(3)无线通信网络(GSM-R)；(4)无线闭塞中心(RBC)；(5)欧洲环线(Euroloop)；(6)无线注入单元(Radioinfillunit)。ETCS系统构成ETCS系统构成车载子系统主要包括:(1)ERTMS/ETCS车载设备；(2)铁路无线移动通信系统(GSM-R)；(3)专用传输模块(STM,即SpecificTrans-missionModules)。ETCS的分级ETCS从运用角度分为5级(0-3级、0+级)。0级：ETCS车载设备+传统列控系统。1级：地面信号＋查询应答器＋轨道电路2级：轨道电路＋查询应答器＋GSM-R3级：查询应答器＋GSM-R0+级(STM)二、CTCS的系统结构三、CTCS的功能一、我国列车控制系统的发展四、CTCS的应用等级第三节CTCS列控系统一、我国列车控制系统的发展1997年4月1日，全路实施第一次大提速，开行了运行速度120～160km/h的跨局特快旅客列车8对，“夕发朝至”旅客列车78列。货物列车最高运行速度达到80km/h。这是我国铁路为了提高运输质量，适应经济和社会发展迈出的重要一步。

1998年10月1日，全路实施第二次大提速，重点是在京沪、京广、京哈三大干线上延展提速区间，增加提速列车数量。特快旅客列车达到80对，“夕发朝至”旅客列车116列，行包专列8对，最高时速达到140公里至160公里；

。一、我国列车控制系统的发展

2000年10月21日，全路实施第三次大提速，提速的重点线路是陇海、兰新、京九和浙赣等线，大量压缩了北京西、上海至乌鲁木齐的旅客列车运行时间。开行特快旅客列车达到142对，“夕发朝至”旅客列车226列，行包专列14对，“五定”班列运行线71条。一、我国列车控制系统的发展

2001年10月21日，全路实施第四次大提速。这次提速是挖掘现有提速资源，进一步优化资源配置，完善提速网络，并首次将合资铁路纳入提速范围，提速里程达4257公里，使提速网络基本覆盖全国主要地区。开行旅客列车1194.5对，其中特快旅客列车达到188.5对。一、我国列车控制系统的发展

2004年4月18日，全路实施第五次大提速。这次提速各局采取压缩追踪间隔等措施，列车密度有了新的提高。第五次大提速后，全路平均客运能力提高18.5％，图定货运能力提高15％，快速线路里程达到16500公里。一、我国列车控制系统的发展一、我国列车控制系统的发展

2007年4月18日，第六次大面积提速，是在京哈、京沪、京广、陇海、浙赣、胶济、武九、广深线等既有干线实施的２００公里速度级的提速，有条件的线路列车运行时速可达２５０公里。

一、我国列车控制系统的发展CTCS（ChineseTrainControlSystem）：中国列车运行控制系统

为了适应铁路跨越式发展战略，2003年10月，铁道部已经制定了《中国列车控制系统(CTCS)技术规范总则(暂行)》和相应CTCS技术条件。CTCS技术规范是参照欧洲列车运行控制系统(简称ETCS)编制的。它以分级的形式满足不同线路运输需求，在不干扰机车乘务员正常驾驶的前提下有效地保证列车运行的安全。

借鉴欧洲列控系统（ETCS）建设经验，结合我国铁路运输特点和既有信号设备制式，考虑未来发展，制定了我国列控系统CTCS技术标准，分为CTCS-1、2、3、4级。既有线提速和250km/h客运专线CTCS-2级300km/h及以上客运专线CTCS-3级面向未来的列控系统CTCS-4级一、我国列车控制系统的发展CTCS-1CTCS-0CTCS-2CTCS-3CTCS-4地面设备联锁闭塞进出站口应答器区间应答器列控中心RBCGSM-RRBCGSM-R车载设备机车信号LKJBMTATPGSM-R+ATPGSM-R适应最高速度160km/h160km/h200-250km/h（理论300km/h）300-350km/h高速和特殊线路一、我国列车控制系统的发展一、我国列车控制系统的发展CTCS系统ETCS系统CTCS-0CTCS-1ETCS-0CTCS-2ETCS-1CTCS-3ETCS-2CTCS-4ETCS-3列控系统对照表二、CTCS的系统结构二、CTCS的系统结构LEUCabinetLEUCabinet信号楼SignalingRoom信号楼SignalingRoom111213141112皇姑屯站HGTStation沈阳北站SYBStation下行/Downdirection上行/Updirection列控系统结构CTCS-1二、CTCS的系统结构列控系统结构CTCS-2该系统是我国独创的列车运行控制技术体系，采用速度-目标距离列车控制模式，实现对列车运行的智能化控制，已成功用于既有线时速200~350公里提速线路。

二、CTCS的系统结构列控系统结构CTCS-3三、CTCS基本功能1、系统按照故障-安全原则，在任何情况下防止列车无行车许可证运行；2、防止列车超速运行；3、防止列车溜逸；技术内容CTCS-0CTCS-1CTCS-2CTCS-3CTCS-4完整性检查轨道电路列车自身信息传输方式自动闭塞车载感应接收-------列车定位测速测距应答器进路存储数据存储数据+应答器应答器应答器+RBCRBC线路、限速、过分相------------应答器应答器+RBCRBC移动授权自动闭塞自动闭塞轨道电路轨道电路+RBCRBC通信方向地-车地-车地-车地-车车-地地-车车-地传输通道轨道电路轨道电路+应答器轨道电路+应答器轨道电路+应答器+RBC应答器+RBC速度模式分级式分级式连续式目标速度-距离连续式目标速度-距离移动闭塞CTCS-1CTCS-0CTCS-2CTCS-3CTCS-4四、CTCS应用等级二、列车运行监控记录装置三、列车超速防护ATP一、机车信号四、站内轨道电路电码化第四节机车信号与超速防护一、机车信号

为了保证行车安全，提高运输效率及司机的劳动条件，在自动闭塞及半自动闭塞运行的列车上都要安装机车信号，当采用了机车信号设备后，能避免自然条件干扰，提高司机接收信号的可靠性。一、机车信号机车信号是设于机车驾驶室内的一种能够自动显示列车运行前方地面信号机显示的机车车载系统,通过对接收到的地面信号进行处理,得到列车运行前方信号机的显示信息,并将信息通过设于机车驾驶室内的显示机构显示出来。

机车信号由地面设备和机车设备组成,是一种单方向传递信息的控制系统,即信息只能从地面向机车传递,而不能反向传递。一、机车信号机车信号按机车接收地面信息的时机可分为：点式、连续式和接近连续式三种。点式机车信号是在线路上某些固定地点，如进站信号机外方1200m和400m处通过第面设备向机车传递信息，用于非自动闭塞区段。一、机车信号接近连续式机车信号是在车站的接近区段和站内正线接车进路及到发线股道上通过轨道电路连续地反映地面信号显示，广泛用于半自动闭塞区段。

连续式机车信号能在整条线路上连续不断地反映线路状态和运行条件，用于自动闭塞区段。

机车信号机显示信号

1．三显示自动闭塞区段的连续式机车信号机(1)一个绿色灯光——准许列车按规定速度运行，表示列车接近的地面信号机显示绿色灯光。机车信号机显示信号(2)一个黄色灯光——要求列车注意运行，表示列车接近的地面信号机显示一个黄色灯光，或相应的其他显示。机车信号机显示信号(3)一个双半黄色灯光(交流计数制式的自动闭塞区段为一个黄色灯光）——准许列车经道岔侧向位置，限速越过接近的地面信号机，表示列车接近的地面信号机显示两个黄色灯光或一个黄色闪光和一个黄色灯光。机车信号机显示信号(4)一个半黄半红色灯光——要求及时采取停车措施，表示列车接近的地面信号机显示红色灯光。机车信号机显示信号(5)一个红色灯光——表示列车已越过地面上显示红色灯光的信号机。机车信号机显示信号（6）一个白色灯光——不复示地面上的信号显示，机车乘务人员应按地面信号机的显示运行。无显示时，表示机车信号机在停止工作状态。机车信号机显示信号2．四显示自动闭塞区段连续式机车信号机(1)一个绿色灯光——准许列车按规定速度运行，表示列车接近的地面信号机显示绿色灯光。机车信号机显示信号(2)一个半绿半黄色灯光——准许列车按规定速度运行，要求注意，表示列车接近的地面信号机显示一个绿色灯光和一个黄色灯光。机车信号机显示信号(3)一个黄色灯光——要求列车减速运行，表示列车应按规定的限速值越过接近的显示一个黄色灯光的地面信号机，或其他相应显示。机车信号机显示信号(4)一个带“2”字的黄色灯光——要求列车减速运行，表示列车应按规定的限速值越过接近的显示一个黄色灯光的地面信号机，并预告次一架信号机开放经道岔侧向位置的信号显示。机车信号机显示信号(5)一个双半黄色灯光——准许列车经道岔侧向位置，限速越过接近的地面信号机，表示列车接近的地面信号机显示两个黄色灯光，或其他相应显示。机车信号机显示信号

(6)一个半黄半红色灯光——要求及时采取停车措施，表示列车接近的地面信号机显示红色灯光。机车信号机显示信号(7)一个红色灯光——表示列车已越过地面上显示红色灯光的信号机。机车信号机显示信号(8)一个白色灯光——不复示地面上的信号显示，机车乘务人员应按地面信号机的显示运行。无显示时，表示机车信号机在停止工作状态。二、列车运行监控记录装置列车运行监控记录装置LKJ的主要功能是监控列车运行速度，在司机欠清醒或失控的情况下，对列车实施紧急制动。同时起“黑匣子”的作用，记录列车运行、机车运用及司机操作。列车运行监控记录装置LKJ对保证列车安全，改善对司机、机车的管理发挥了积极的作用。①屏幕最上方显示的数据窗口依次为：色灯，速度等级，列车运行速度，限速，距前方信号机距离，前方信号机编号，前方信号机类型，日期和时间。

②屏幕右边显示系统状态，自上到下依次为：故障，降级，紧急，常用，卸载，解锁，允许开车，调车状态，控制权，巡检，IC卡，A/B机状态，允许支线输入，允许侧线输入。

③屏幕中间为速度曲线和限速曲线的显示窗口，同时在背景上显示运行线路的信号机，道岔，车站中心及相应站名，电分相等数据。下方的三个小窗口依次为线路纵断面，线路曲线，和道桥隧。整个曲线显示的约五分之一处有一条垂直分隔线，表示此处为列车当前位置，显示一个列车图标，其长度为按照计长换算的列车实际长度。④屏幕最下方为信号机处的公里标座标值。状态指示含义如下：故障：在CAN总线故障时，点亮此指示灯。紧急：装置处于紧急制动工况时，点亮此指示灯。降级：装置处于降级工况时，点亮此指示灯。卸载：装置处于卸载工况时，点亮此指示灯。常用：装置处于常用制动工况时，点亮此指示灯。解锁：解锁成功后，此指示灯点亮。开车：开车条件满足，允许按压【开车】键时，点亮此指示灯。

调车：装置处于“调车”状态时，“调车”指示灯点亮。控制权：指示本端显示器是否有权。（有权/无权）巡检指示：在按巡检键后，此指示灯点亮4秒钟。IC卡：IC卡插入到位时，该指示灯点亮。A/B机：指示当前工作主机是A机还是B机。支线：当允许支线输入时，该灯点亮，输入支线号，主机确认后，显示所输入的支线号。侧线：当允许侧线输入时，该灯点亮；输入侧线号，主机确认后，显示所输入的侧线号。屏幕数据说明：1、前方信号显示（四显）。2、当前速度。3、当前限速。4、距下一架信号机米数。5、进站的岔子显示。6、站中心。7、出站的岔子。

8、当前的速度曲线。9、当前的限速曲线（这可是司机的饭碗，碰到这个红线就下岗了）。10、当前的位置。11、信号