城市轨道交通通信系统-列车运行控制

列车运行控制

原理与技术应用国外高速列车运行控制系统1列车运行控制系统原理2列车运行控制系统技术应用3主要内容１.１国外列车运行控制系统总述１.２国外列车运行控制系统举例１.２.１日本的数字ATＣ系统１.２.２德国的LZB列车控制系统１.２.３法国的U/T系统１.２.４欧洲ETCS

国外高速列车运行控制系统列控系统的概念：列车运行控制系统主要是以技术手段对列车运行方向、运行间隔和运行速度进行控制，使列车能够安全运行且提高运行效率，列车运行控制系统地面设备和车站联锁设备主要实现联锁控制功能，并生成列车控制所需的基础数据，通过车—地信息传输通道将地面控制信息传送给列车，经列车运行控制车载设备进行处理后，生成列车速度控制曲线，监督控制列车安全、高速运行，简称列控系统。国外高速列车运行控制系统１.１国外列车运行控制系统总述国外铁路列车运行控制系统的研究和使用起步较早，欧洲有七大铁路信号公司，如法国的Alstom（阿尔斯通）公司、瑞典的Adtranz公司、德国的Siemens（西门子）公司、法国的Alcatel（阿尔卡特）公司、意大利的Ansaldo（安萨尔多）公司（含法国CSEE公司）、英国WestingHouse（西屋），各国铁路列车运行控制系统也不尽，各公司研制生产的列车运行控制系统（ATP/ATC）有10余种，如德国的LZB系列和FZB系列、法国的TVM系列等。国外高速列车运行控制系统国外高速列车运行控制系统分类

国外高速列车运行控制系统工作原理

数字ATＣ是基于以下两点点考虑：（1）有效地利用钢轨（2）实现车载设备智能化（重点是列车控制）设备智能化：由于是采用轨道电路来检查列车占用状态和由地面向车上传送信息，因而以往ATC的安全性能得以继承。此外，由于传送的是数字编码,车上能够接收比以往的ATC更多的信息（至前方列车的距离等）。车上还存储有线路的坡度、车辆的制动性能等数据，因而能按列车性能各自实施最佳制动控制。国外高速列车运行控制系统１.２.１日本的数字ATＣ系统地面侧的列车位置检测是按轨道电路为单位进行的。在车上则是按照数据中所包含的轨道电路固有编号（轨道电路ID）,以区域为单位检测列车所在位置,至于列车驶入轨道电路内的距离是通过计算车轮转数获得.这样在全线路实现对列车位置的连续检测。地面向车上传送以下信息：轨道电路编号、至先行列车的区间空闲数、到站或出发股道、临时限速、其它信息。这些ATC数据加上标志位和校核位,每帧长约50bit。国外高速列车运行控制系统图１的地面设备是按集中方式设置的,每隔几十公里设1个机械室。这种配置方式增加了电缆铺设费用。现在还正在积极研究按每个轨道电路单元配置ATP发送、接收设备的分散型设备配置方案。

国外高速列车运行控制系统有列车占用的轨道电路后的第一个区间的区间空闲数为0，其后的区间的空闲区间数依次加1，车载设备存储了每个轨道电路的始、终点里程标、限制曲线、坡度等的线路数据。按照ATC信号传送来的轨道电路编号和空闲区间数,求出本列车至停车位置或限速位置的距离,再加上线路坡度、制动性能等数据,产生制动曲线,并显示在司机室内。列车速度接近制动曲线时,车上发出报警。列车速度超过制动曲线,列车产生制动,当列速度低于某值时,转为弱制动,以便列车速度保持在制动曲线附近。制动控制设备是确保安全的设备,无需象ATO那样进行精密的速度控制。因此,该系统的制动分为弱常用制动、强常用制动和紧急制动3种。若因减速度不足等某些原因致使列车速度大大越过制动曲线时,实施紧急制动。一旦紧急制动动作,直到列车停车后制动才能缓解。国外高速列车运行控制系统LZB系统构成及工作原理：

LZB系统组成：地面控制中心、传输设备、轨道电路和机车装置。１、地面控制中心采用16位三重系计算机,储存线路参数等固定信息以及区间允许最高速度、限速区段等数据。

2、轨道电缆铺设在轨道上,实现地2车双向通信,地面向机车发送呼叫的电码长8315位,载频36kHz,传输速率为1200bits;电缆每100m(或50m)交叉1次,交叉点形成零电平用于列车定位。

3、机车装置向地面发送载频为56kHz的电码,速率600bits,码长41位。

国外高速列车运行控制系统１.２.２德国的LZB列车控制系统

4、列车占用检查采用FTGS/FTGL两种音频轨道电路,其频率范围为:

FTGS917型915～1615kHz,用于车站

FTGS46型4175～6125kHz,用于车站

FTGL48型4175～8125kHz,分4个频率用于区间

5、地面控制中心管理的列车向中心报告运行位置及列车有关数据;控制中心根据线路和列车数据,计算出各列车相应的目的速度和目的距离,发送给LZB车载设备。国外高速列车运行控制系统法国高速铁路采用的TVM列车运行控制系统,以固定闭塞分区为基础,为分级速度列车运行控制系统设备,由地面设备及车载设备两部分组成。地面设备由UM系列轨道电路、列车运行控制中心和维护系统三大部分构成。车载设备：

1、TVM系统车载设备由双重结构组成安全型计算机。接收地面传输的有关信息

2、计算并生成速度控制曲线

3、速度控制曲线与列车速度比较,对超速列车实行制动国外高速列车运行控制系统１.２.３法国的U/T系统地面设备：法国高速铁路目前主要采用UM系列轨道电路,UM2000轨道电路根据列车占用情况和线路条件,确定线路的最大允许速度、临时限速、线路坡度等参数,计算出目标点、目标速度和坡度,将这些结果编成一个27bits的信息码。①轨道电路载频1700、2300Hz和2000、2600Hz。②闭塞分区长度2100、2000、1500m。③低频组合信息量221。④列车运行控制中心对轨道电路参数计算,形成线路参数、前方目标距离、允许行车速度等不同信息,经调制及钢轨连续传输,发送给列车。⑤维护系统对地面设备实行远程诊断与监测管理。国外高速列车运行控制系统欧盟各国为解决跨国运行列车控制系统的兼容性,联合制定了欧洲列车控制系统ETCS技术规范,划分为5个应用等级。国外高速列车运行控制系统１.２.４欧洲ETCSETCS的系统特点及结构如下：

国外高速列车运行控制系统国外采用ＥＴＣＳ情况：国外高速列车运行控制系统列车运行控制

原理与技术应用国外高速列车运行控制系统1列车运行控制系统原理2列车运行控制系统技术应用3主要内容２.１列车运行系统概述２.２列控系统基本原理２.２.１列控系统的构成２.２.２列控系统信息传递２.２.３速度监督原理２.２.４测速方法列车运行控制系统原理高速铁路采用列控系统的必要性随着列车速度的提高，为了保证行车安全，高速铁路必须以机车信号作为行车的凭证，司机可以正确的识别信号，正确地理解信号，然后还要及时正确地执行。列控系统的现状目前投入使用的列控系统主要包括有：TVM430和TVM300、日本铁路ATC和数字ATC、德国LZB80、欧洲ETCS等系统设备。控制系统的重要性与发展方向列车的开环控制变为闭环控制、实现了以车载设备为主的行车方式、通信信号一体化是现代铁路的重要发展趋势、故障安全作为最重要的技术条件。列车运行控制系统原理２.１列车运行系统概述列控系统设备构成示意图列车运行控制系统原理２.２.１列控系统的构成列控系统通常是由地面控制中心或无线闭塞中心、轨道电路、地面点式信号设备、车地传输设备和车载速度控制设备构成，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地面设备功能：１、检测列车的位置２、根据前行列车的位置和进路的情况确定列车的限制速度３、向列车传递限制速度信息、线路信息车载设备功能：１、接收限制速度信息并显示２、对列车运行的速度进行监督，超过限制速度自动减速，以保证列车在限速点前速度降到限速值下列车运行控制系统原理地面控制中心：是列车运行控制系统的核心，列控中心根据列车的运行位置，前后列车之间的运行间隔距离产生列控系统所需要的地面信息，包括列车的目标速度、列车到目标点的距离、线路的坡度和系列的准许速度等地面信息传输通道根据列控中心的信息进行编码，并通过地面传输通道发送给机车上的车载设备。列控车载设备：它接收点式、轨道或无线传输的信息，根据预先输入的列车参数（总重量、制动力、换长）实时计算列车当前运行允许速度，生成速度控制曲线，在司机显示器显示，列控车载设备实时检测列车当前运行速度并在司机室显示器显示，司机根据显示器上的目标速度、目标距离、允许速度和实际速度控制列车运行。当列车的实际速度超过允许速度，列控车载设备自动控制制动装置，列车制动减速，保证列车在停车点前停车或者在限速点前速度降到限速值以下。列车运行控制系统原理列控系统车地间传输媒介主要包括：轨道电路无线传输点式设备

列车运行控制系统原理２.２.２列控系统信息传递方式点式设备主要包括点式应答器和点式环线两种在欧洲ETCS1级标准中利用点式设备提供全部空车信息，在欧洲ETCS2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CTCS2、CTCS3标准中，由应答器向车载设备传输定位信息、进路参数、线路参数、限速信息等。点式传递方式是在地面某些固定点，如闭塞分界点处，从地面向车上传递信息，这种制式传递信息的量很大。缺点：机车只有通过地面应答器点处才能得到列车运行前方的信息，这一信息将一直保持到下一个地面点。后续列车接收到的地面信息不能随着前行列车的位置及时改变。列车运行控制系统原理点式应答器

应答器的地面设备包括：无源应答器、有源应答器和地面电子单元LEU。结构如下：列车运行控制系统原理点式应答器无源应答器：它不与任何设备相连，所存放的数据往往是预先固定的。通常向列控车载设备提供的信息包括线路速度、坡度、轨道电路参数、信号点类型等。有源应答器：它通过与LEU的连接，即可以发送实时变化的信息，也可发送固定的信息，这些信息包括：进站和出站口的临时限速，进路坡度、轨道电路参数、信号点类型等。信心传输的过程：应答器内部寄存器按照协议以数码形式存放实现列车速度监控及其他行车功能必要的数据。当列车驶过地面应答器，且车载应答器天线与地面应答器对准时，车载应答器首先应以一定的频率，通过电磁感应方式将能量传递给地面应答器，地面应答器的内部电路在接受到来自车上的能量（27.095Hz）后即开始工作，将所存储的数据以某种调制方式（移频键控FSK）仍通过电磁感应传至车山。列车运行控制系统原理点式接收器为连续式机车信号的辅助设备，其用途：

1、为连续式机车信号的自动接通及接收上、下行载频的自动转换；

2、连续式机车信号的自动切换；

3、设置限速点；

4、设置绝缘停车点。结构如下：

列车运行控制系统原理点式环线轨道电路列控系统信息基于轨道电路传输是传统方式。CTCS2标准、U/T系统、日本ATC系统等均采用轨道线路。利用轨道电路，通过机车上安装传感器可以连续地接收到地面传递的信息，接收的信息可以随前行列车位置的变化而变化。连续式列车运行控制系统的工作原理：由轨道电路或轨间环线向车载设备连续传递限速信息，车载连续信息接收模块接收该信息并解调传递给安全计算机；同时安全计算机根据测速测距提供的列车实际运行速度信息和定位信息，生成制动模式曲线，来监督列车的运行。根据地对车提供的信息不同和车载设备的不同工作模式，列控系统对列车运行速度的控制模式又可分为速度模式和目标距离速度控制模式。列车运行控制系统原理轨道电路分类模拟轨道电路ZPW-2000A（UM）车载设备中的轨道电路信息接收模块用于接收轨道电路信息，采用冗余结构，STM具有同时接收不同载频的功能，可根据应答器信息或司机操作锁定上下行或单载频。STM将接收的载频、解调后的信息发送给安全计算机（VC）。数字编码轨道电路目前国内使用的数字编码轨道电路有法国的UM2000，城市轨道交通中还采用了联合道岔和信号公司（USS）的AF900/902/904数字编码轨道电路和西门子公司的FTGS（数字频率轨道电路）。列车运行控制系统原理AF902/904系统由轨旁设备和信号设备室内的处理设备构成。轨旁设备由轨道耦合单元、导接线和轨道一线构成，室外的处理设备构成如图所示：列车运行控制系统原理AF902/904数字编码轨道电路室内的处理设备构成如下图所示：列车运行控制系统原理系统工作原理：系统工作AF902/904轨道耦合单元将轨道信号和组匣上的发送和接收单元连接起来。并提供了轨道电路载频的调谐功能。耦合单元内部包括两个完全独立和隔离的耦合电路，每一个电路包括自己的变压器和跳线可调的电容组，用于实现和轨道一线相匹配的频率调谐。当一列车分路了轨道电路，轨面传送的信号被阻断了。这个状态通过AF902/904区段报告给相应的联锁MICORLOLII系统。当该列车同时又进入相邻轨道电路，则两段电路均被视为占用。当列车出清轨道电路区段时，接收的信号门限被恢复，AF902/904系统会做出相应的反应。车载ATP设备通过感应器接收和解码该数据帧，完成列车控制功能。与轨道逻辑处理器（轨道MICROLOKII）的接口是一个双向的串行数据链路，与列车之间的通信接口是一个单向的链路，只有列车接收的功能。列车运行控制系统原理列车的车载ATC系统会适时将车载的滤波器转换到正确的频率范围上，从而实现列车只接收正确载频的数据帧一量接收到下一轨道电路区段载频的通知，相应的滤波器被以电路选择方式实现以准备好对即将进入区段的采用预定8种载频之一进行调制的安全数据帧的接收和译码。正线轨道电路的布置如图所示，轨道电路机车信号载频应用中显示的两套分别由三种载频循环使用的规则。列车运行控制系统原理FTGS是遥供音频无绝缘轨道电路（F-远程供电、G－轨道电路、T－音频、S－西门子公司）以电气绝缘节为界划分区段，采用FSK－移频键控调制模式。FTGS按以下顺序进行空闲检测：

a、幅值计算，检测接收回来的电压

b、调制检测，检测接收回来的电压的中心频率是否正确

c、编码检测，检测接收回来的电压所带的位模式是否正确。列车运行控制系统原理FTGS数字频率轨道电路结构如下（下一页ＰＰＴ上）轨旁盒：是连接电气与室内设备的中间设备，是轨道电路室外的发送、接收设备。每个轨旁盒有一根电缆与室内设备连接，有四根电缆与电气节相连，另有一个地线。轨旁盒一般可以分为左右两部分，对称结构布置。每部分都由一个调谐单元（S棒和调整短路棒使用的调谐单元型号不同）和一个转换单元组合成；一部分作为一个区段的发送端时，则另一部分作为相邻一个区段的接收端。每一部分的调谐单元接电气节，转换单元接室内设备。列车运行控制系统原理FTGS标准型轨道电路结构及工作原理方向转换板：标准区段和道岔区段，由LZB根据进路的方向直接控制方向转换板上的继电器来转换方向；中间馈电式区段LZB提供进路的方向信息给中间馈电转换板，再由中间馈电转换板根据区段占用情况和进路方向，控制方向转换方向，实现发送端电缆与接收端电缆之间的转换，使轨道电路的发送方向始终迎着列车的运行方向。在板上可以调整个方向各接收端的接收电压。列车运行控制系统原理放大滤波板：

放大滤波板把发生器发来的调制音频电压提升到所需要的电平，并通过带通滤波器送到轨道馈入点，每种频率都有自己专用的放大滤波板。放大滤波板上的放大器设计为带变压器退耦的推挽放大器，由发送板的输出信号（方波）驱动，输出经放大后的信号（方波）。方波被馈送到发送滤波器，变成正弦波经电缆匹配电阻输送到方向转换板。列车运行控制系统原理发送滤波器输入的信息：

FSK信号：由发送板送入，经调制的FSK方波信号。发送滤波器输出的信息：

FSK正弦波信号：经过电桥，送入方向转换板，此信号是已经放大和滤去高次谐波的相应频率的正弦波。列车运行控制系统原理发送板：发送板由一个带调制器的石英晶体振荡器（晶振，频率为16.336MHz）组成，通过一个可变频的数字分频产生9.5kHz到16.5kHz音频电压。发送板上另一个插塞-位模式插塞，与另一个存储芯片相连，提取出位模式编码的“并行”编码，然后转为“串行”编码，用此串行位模式编码对轨道电路音频电压进行调制，产生移频键控信号“FSK“，并送至广大滤波板输入端。在串行位模式编码进行调制前要经过一个选择开关，此开关是由报文转换板控制，当轨道“空闲”时，开关接通位模式编码，向广大滤波板输出调制后位模式；当轨道“占用”时，由报文转换板提供一个触发脉冲，转换器截止了位模式的输出，切换为输出ATP报文。ATP报文同样会对轨道电路音频电压进行频率调制，再输出。列车运行控制系统原理接收1板

接收1板用来检测轨道电路频率及电压幅值，把从轨道上接收回来的信号分为两个通道，分别进行频率及电压幅值的检测。在轨道空闲时送一个14.8V控制电压给接收2板，同时把经广大和调频的振荡信号送给解调器；当轨道占用时送一个“占用”信息给报文转换板。该板对应于每一个运行方向以及轨道电路的长度和电气节的类型设定了响应值，使得对应每一个频率有相应的接收1板。列车运行控制系统原理接收2板

接收2板设计为双通道，它将接收1板的输出信号，发送板的时钟信号和解调板进行位模式检查后产生的TTL电平进行动态“与”运算，并提供稳定的电压驱动输出到继电器板。同时有时钟脉冲放大器放大脉冲信号提供给与门进行运算。解调板

解调板设计为双通道，用于检测接收到音频信号的频率及解调出位模式编码。它由接收1板靶，当轨道电路被占用时，解调器的驱动被切断；当轨道空闲时，解调板将接收到的位模式与内部参考位模式（由代码插件决定）进行比较，一致时，输出低电平给接收2板。列车运行控制系统原理继电器板继电器板为双通道，每个通道有一个K50型缓吸缓放继电器，两通道是一样的，联锁实时检查开关状态，两组继电器的开关状态需要一致。观察上继电器接点的或落下，可判断相应轨道电路牌空闲或占用状态。它发送“轨道占用”或“空闲”信号到联锁，根据具体的项目发送给LZB。报文转换板报文转换板完成FTGS的位模式和ATP报文之间的转换，列车占用轨道区段时，发送ATP报文，并使发送方向迎着列车方向；由于LZB系统要利用FTGS轨道电路发送ATP报文给列车，在有列车占用轨道区段时，FTGS的拉模式无效，同时，ATP报文被激活；发送板执行一个报文转换信号进行开关切换，再通过一个光耦合器，ATP报文就从报文转换板传送到发送板。列车运行控制系统原理无线传输的方式可以分为一下两类：基于ＣＢＴＣ的列控系统、基于ＧＳＭ－Ｒ的列控系统基于ＣＢＴＣ的列控系统结构框图如下：

列车运行控制系统原理无线传输列车运行控制系统原理GSM－R移动通信原理GSM－R网的原理结构：基站子系统BSS：主要负责与一定覆盖区域内的移动台MS进行通信网络子系统NSS：负责端到端的呼叫、用户数据管理、移动性管理和与固定网络的连接基于ＧＳＭ－Ｒ的列控系统构成框图采用GSM-R无线传输信息的优点：

1.在各种列车混跑的区间，由于轨道电路信息量的局限，无法向列车传递轨道电路长度信息，因此，由轨道电路限定的闭塞分区设计成固定长度，从而根据两列列车相隔几个闭塞分区获得列车间的距离。而GSM-R的信息量大，足以传送前方列车的距离信息，可以构成随列车速度、线路参数改变的优化列车间隔。

2.在使用轨道电路时，闭塞分区的长度与该区段列车的最大运行速度有关。随着列车运行速度的提高或制动性能的改善，固定长度的闭塞分区限制了运输能力的过一步提高，对于无线控制系统来说，列车速度提高或制动性能的改善，对应的仅是程序参数的改变，系统发展、完善十分简单。

3.无线列车运行自动控制系统由于无固定的闭塞分区长度，所以对于任何类型的列车都可以提高运行速度。

4.GSM-R的应用可以取消地面固定信号机及轨道电路，可以节省大量的安装、维护费用。列车运行控制系统原理基于ＧＳＭ－Ｒ的列控系统影响列车运行的因素:列车牵引力、列车阻力、列车制动力列车牵引力：是使列车产生前进运行，并可以司机根据需要来控制的外力。它是由机车产生，领先机车动轮与钢轨的黏着作用在机车动轮踏面上的外力。

列车阻力：在列车运行中产生的、始终存在的、与列车运行方向相反、阻止列车运行且不能被操纵的外力叫列车运行阻力，简称列车阻力，以字母W表示。作用在机车和车辆上的阻力，分别叫做机车和车辆阻力。列车运行控制系统原理２.２.３速度监控原理制动力的形成：列车制动力和牵引力形成的基本原理是相同的都是领先轮轨间的黏着作用。形成牵引力时有由动力装置作用于轮对的力矩M，该力矩通过钢轨与动轮的静摩擦力产生向前的推进力F，与列车运行方向相同。形成制动力时，轮对作用于动轮的静摩擦力B，其与列车运行方向相反。牵引力、制动力的形成如图所示。列车运行控制系统原理列车制动力制动力：是人为施加的、根据需要大小可调节的、与列车运行方向相反的列车阻力。列车制动的目的是调节列车速度或使列车停车。列车制动作用方式可可分为常用制动和紧急制动两种。由于牵引力F、列车运行阻力W、列车制动力B都是随着列车运行速度而变化的，故其合力C也随速度而变。列车的运行速度决定于合力的大小和方向。 当C>0时，即合力作用方向与列车运行方向相同，列车加速运行； 当C<0时，即合力作用方向与列车运行方向相反，列车减速速运行； 当C=0时，列车匀速运行。列车运行控制系统原理制动距离：是指从司机施行制动时起到预定速度为止列车所运行的距离。制动有效距离是从制动初速度Ｖ０到末速度Ｖｍ所行驶的距离，这时列车作非匀减速运动，将制动过程中的速度变化范围（Ｖ０～Ｖｍ）分成若干速度间隔，按列车运行方程式求出各速度间隔列车列车行驶的距离，则各速度间隔行驶距离的总和，即为列车制动有效距离Ｓｅ，则有：

(m)式中，

——速度间隔的初速和末速，km/h；

——换算摩擦系数

——列车换算制动率

——常用制动系数，紧急制动时列车运行控制系统原理列车制动距离的计算分级速度控制：以一个闭塞分区为单位，根据列车运行的速度分级，在一个闭塞分区内只控制一个速度等级并且只按照一种速度判断列车超速，对列车进行速度控制。它可以分为两大类：阶梯式分级速度控制和曲线式分级速度控制。列车运行控制系统原理速度监控的基本原理阶梯式分级速度控制之超前速度控制：列车运行控制系统原理阶梯式分级速度控制它是根据列车运行的速度等级分级，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。如下图所示：列车运行控制系统原理曲线式分级速度控制目标距离模式曲线：是根据目标速度、线路参数、列车参数、制动性能等确定的反映列车允许速度与目标距离间关系的曲线。目标距离模式曲线反映了列车在各个位置的允许速度值。列控车载设备根据目标距离模式曲线实时给出列车当前的允许速度、当列车实际速度超过当前允许速度时，自动实施常用制动或紧急制动，确保列车在停车点前停车。列车运行控制系统原理目标距离模式曲线制动模式曲线的计算基于以下三个方面的数据：

列车的制动性能参数：由车辆供应商以制动减速度的方式提供，制动减速度数据至少包含紧急制动减速度参数和最大常用制动减速度参数。

线路坡度数据：线路坡度数据来自地面应答器的数据信息包[ETCS-21]。

LMA的位置和限速信息：LMA的位置和限速的起点确定了制动模式曲线的主要部分，制动模式曲线从LMA前一定距离开始到降速起点（起模点）之间，根据列车制动性能进行计算。在此之外的制动模式曲线根据目标速度和顶棚速度确定。LMA的位置通过轨道电路信息推算，并与从应答器接收的线路信息结合形成。限速信息来自于应答器数据。列车运行控制系统原理速度距离曲线的计算方法：

制动模式曲线的计算从LMA之前一定距离（保护距离）开始，至少直到列车的当前位置由CSM区和TSM区两部分组成。制动模式曲线的GSM区根据列车制动性能进行计算；制动模式曲线的CSM区根据目标速度和顶棚速度确定。模式曲线的计算应在车辆额定减速度的基础上，考虑制动性能下降时的最不利减速度，至少从列车当前位置开始，逐点计算LMA前一定距离（保护距离）处的制动曲线。减速度的取值应考虑不同速度、不同坡度对减速度的影响。同时，在模式曲线的计算过程中应该考虑制动空走时间的影响。列车运行控制系统原理制动模式曲线计算：前方目标点为停车点时，当通过轨道电路信息并结合应答器给定的的描述取得前方停车点信息后，列控车载设备产生紧急制动模式曲线和常用制动模式曲线。对紧急制动产生以距离轨道电路末端L1m处为终点的制动模式，对常用制动产生以距离轨道电路末端L2m处为终点的制动模式。列车运行控制系统原理前方目标点为限速点时，应答器上传静态限速或限速的位置和限速值，列控车载设备产生到指定限速起点前一定距离的制动模式曲线，计算模式曲线也应考虑坡度，如下图所示（静态限速度模式曲线）：列车运行控制系统原理常用的测速方法有：测速发电机、脉冲式速度传感器（路程脉冲传感器和光电式传感器）、雷达测速测速发电机:它安装在车轮外侧，发电机所产生交流电压的频率与列车速度成正比，然后经过频率—电压的变换，把列车实际运行速度转换为电压。按一下这个公式计算：ｆ－测速发电机产生的频率ＨｚＶ－列车速度km/h

Z－发电机的此轮Ｄ－车轮直径mn

列车运行控制系统原理２.２.４测速方法它的基本原理：是对车轮旋转计数，因此需在轴承上安装信号发生器。车轮每转一周，发生器输出一定数量的脉冲方波信号，对发生器输出信号计数，测出脉冲或方波的频率即可得出列车运行速度。设机车轮径为D，脉冲速度传感器车轮每转一圈的脉冲数为N，测出的传感器输出脉冲频率为f，则列车实时运行速度为:

V=3.14*D*f*3.6/N（km/h）

列车运行控制系统原理脉动式速度传感器列车运行控制系统原理霍尔脉冲速度传感器由铝盘和霍尔传感器探头组成。铝盘外缘有规则粘接了若干磁钢片，铝盘安装在机车动轮轴头的顶端。根据采用的霍尔元件不同，一个探头可以输出一吃点从路速度信号。传感器探头安装在轴箱盖上，霍尔脉冲传感器是采用霍尔效应原理测量转速的，其原理示意如图所示。当硅钢体在霍尔元件下方时，霍尔元件可以探测到霍尔电势；不在下方时就无霍尔电势。当铝盘转动时，霍尔元件就会产生与铝盘转速成正比的霍尔电势脉冲，通过对此脉冲分析计算就可测得铝盘转速。列车运行控制系统原理测距定位系统：是列车运行自动控制系统的重要组成部分为了使地面控制中心和列车本身获得列车当前位置心提供准确的速度信息，精确地确定列车的位置。通常有三种定位技术：独立定位技术、卫星定位技术和地面、无线电定位技术。独立定位技术：即采用相对列车传感器和地面传感器实现列车的定位。卫星定位技术：是把全球定位系统（GPS）接收机安装在车辆上，采用卫星技术实现列车的定位。列车运行控制系统原理2.2.5测距定位技术脉冲转速传感器方式测距定位的基本原理是：由传感器输出频率与轮轴与轮轴转速成正比的脉冲信号，通过对频率进行换算得不骄不躁度，再由速度对时间求积分得到累加距离系统根据速度传感器的脉冲和轮径补偿系数计算实际运行距离。为得到列车的确定位置和消除累积误差，在相对传感器应用的基础上，在地面适当的地点加装信标，目前在铁路上应用的信标有查询应答器和轨道环线。列车运行控制系统原理测速传感器+地面绝对信标GPS全球卫星定位系统主要包括三大组成部分，即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分系统组成如下图所示列车运行控制系统原理GPS定位用户设备部分一般都是由ＧＰＳ接收机、天线、数据处理软件及计算设备等组成，其结构图如下：列车运行控制系统原理因为C/A码定位精度可达到25m主要为民用用户服务，但为了避免用于军事目的，美国政府实施选择可用性措施政策，对卫星的基准信号进行技术处理，人为地引入一个高频抖动信号（干扰码），使得卫星的广播电文发生误差，使得接收C/A码用户定位精度降低。为了消除SA政策以及电离层、对流层对于定位精度影响，差分GPS技术（DGPS）应运而生。DGPS，是在地理位置书籍的参考站旋转一个GPS接收机，对卫星发射的位置数据进行接下计算，再将此校正信息送至该地区的其他接收机。这样，其定位精度可大大提高。列车运行控制系统原理差分GPS技术及航位推算法列车运行控制

原理与技术应用国外高速列车运行控制系统1列车运行控制系统原理2列车运行控制系统技术应用3主要内容３.１基于固定闭塞的列控系统

３.１.１TVM430系统３.１.２秦沈客专用信号综合系统简介

３.２日本新干线ATC系统３.３采用虚拟闭塞的列控系统

３.３.１

虚拟闭塞方式３.３.２ITCS系统构成３.３.３主要设备及功能

３.３.４

列车控制系统原理和工作流程列车运行控制系统技术应用列车运行控制系统技术应用法国高速铁路北部线采用了更先进的TVM430列车控制系统，列车最高速度320km/h，列车追踪间隔减少到3min其速度等级划分为300－270－230－170－0－R（保护区）。列车速度控制曲线如右图所示：３.１.１TVM430系统从该图可以看出TVM430和TVM300一样仍然每一个闭塞分区给定一个目标速度，但用曲线代替原来的阶梯控制线。列车速度超过限速曲线时，列控设备实施制动。为防止冒进信号发生追尾仍没有保护区段。TVM430和TVM300相比允许速度不是固定为该区段的入口速度（上一区段的出口速度），而是随着列车的移动而变化，在出口处到达目标速度。因此超速制动的时机要早，有利于缩短列车追踪间隔。TVM430还增加了下一个闭塞分区的速度预告，如果下一个闭塞分区要求减速则速度显示闪动，提示司机。如果速度显示稳定则表示下一个表示分区不减速。列车运行控制系统技术应用TVM430的调制方式采用FM，太直频率从0.88Hz到17.52Hz，每间隔0.64Hz为一位（bit）信息，工27bit信息。另外设一个25.67Hz的低频率信息作为轨道电路检查列车占用使用。27bit信息的用途如下：

6bit信号速度码，共64个等级。

8bit距离码，间距25～200m，最大距离5000m。

4bit线路坡道码，从－50％～＋50％。

3bit线路地址码，确定区段后此码是固定不变的。

6bit教验码。列车运行控制系统技术应用TVM430车载设备框图：列车运行控制系统技术应用自秦山地区秦皇岛站始，到沈阳北站，全长404.6km。信号综合设计：它与信号相关的特点如下：运行速度高、站间距长、运行间隔短、机车按长交路运行，采用了集中维修及监测的综合维护体制等。机车上的车载速度显示成为行车凭证。采用了数字信息技术、网络技术、现代通信技术、遥控遥信等先进技术。它共设计了五个子系统：车站联锁系统、列车运行控制系统、列车运行指挥系统（CTC）、车站信号局域网设备和信号集中监测系统。列车运行控制系统技术应用３.１.２秦沈客专用信号综合系统简介TVM430的应用：地面设备产生列车控制所需要基础数据，经列车车载设备处理，产生列车速度控制曲线，监督或控制列车安全运行。

TVM430设备采用2×2取2的安全结构。TVM430采用数字通信技术使车－地间的信息传输数字编码化，从而使车－地间的信息传输量有较大增加，传输的信息更可靠。更安全，这些信息除原有用于列车间隔的速度等级外，还可以满足线路坡道、距离等不同线路数据的要求，因此其速度监督由过去的阶梯控制方式改为连续模式曲线控制方式。列车运行控制系统技术应用该线的速度控制模式曲线：列车运行控制系统技术应用车载信号设备与既有线兼容问题：采用的是长交路运营，所以在列控车载设备的设计方案充分考虑了与长交路的兼容问题。列控车载设备如下所示：列车运行控制系统技术应用目前确定的控车方案如下：在200km/h速度段落，采用超速防护设备控车，其它速度段落采用运行监控记录装置与通用式机车信号结合使用的控车方式。两种制式间的切换可以通过点式设备实现自动切换，以保留人工手动切换的功能（200km/h速度段落的两端入口处设置点式设备提供ATP切换点）。在京秦线通狼段及秦沈线干线两个超防区段，列控车载设备控车，运行监控记录装置仅作为记录器使用，其显示器上面仅显示列控车载显示器上未显示的信息；在非超防区段，运行监控记录装置控车，列控车载设备显示器关闭，从上图中可以看出。列车运行控制系统技术应用它与中国传统列控设备相比，具有如下主要特点：１.轨道电路数字化：采用UM2000轨道电路，实现了27bit数字编码。２.列控联锁一体化：将车站联锁设备与区间的列控设备合二为一，列控联锁接口由内部通信实现，二者结合紧密，信息传输延时少，提高设备的可用性和可靠性。３.站内区间轨道电路一体化：采用UM2000轨道电路，即站内区间一体化，真正实现了站内列控信息无盲区。４.列控设备集中控制：SEI设备引入了列控中心概念，实现了列控设备集中控制，处理的信息量大幅度增加，设备接口及配线减少，该方式是高速铁路发展的趋势。５.光纤安全局域网：秦沈线线路两侧的通信光纤中各有2芯信号光纤供SEI列控中心交换信息使用，基于光纤的安全信息传输是我国铁路首次采用。列车运行控制系统技术应用列车运行控制

原理与技术应用国外高速列车运行控制系统1列车运行控制系统原理2列车运行控制系统技术应用3主要内容ATP车载设备的机车显示装置采用光带显示的速度表，光带上方用灯光显示速度信号，在下脚还有一个数字速度表（如下图所示）。

列车运行控制系统技术应用３.２日本新干线ATC系统列车运行控制系统技术应用新干线信号显示及意义新干线早期1A型有7个速度信号，发展到1D型时已增加到10个，如下表所示：信号显示限速速度/（km/h）使用范围２７５（２４０）２７５（２４０）旅客列车最高速度210210旅客列车最高速度160160减速，小半径曲线限制速度，缓行110110减速，小半径曲线限制速度，缓行7070减速，道岔侧向通过限制速度，缓行3030最终速度段

01

(确认停车)

３０闭塞区间的预告信号（信号机前约１５０m）02无闭塞运行区间03（绝对停止）防止冒进（站内有防护要求的各条进路的外方５０m）０２Ｅ０

使用列车防护开关控制轨道电路短路时的后方轨道电路冒进检查动作时０３发生故障时混线检测设备动作时列车运行控制系统技术应用日本新干线ATC系统工作原理它的工作原理：日本新干线ATC系统采用有绝缘音频轨道电路，系统框图如右图所示。日本新干线ATC系统具有的功能：１.检查列车在区间的位置（列车检测）；２.调整列车间隔（形成速度信号）；３.向机车传送速度信号（信号传输）；４.按照速度信号控制列车制动。完成1～3项功能的是ATC地面设备，完成4项功能的是车上的设备。地面设备与车上设备一起才能完成ATC功能。车上设备仅是ATC系统的一个组成部分。新干线ATC列车检测采用了有绝缘音频轨道电路。最大长度为1.5km。轨道电路接收发送设备集中安装在室内，大约每20km设立一处信号机械室。列车运行控制系统技术应用新干线采用速度分级、入口制动、自动缓解的控制方式。以东海道为例，ATC区间及车站速度控制方式如下两个图：列车运行控制系统技术应用新干线速度控制青藏铁路的信号系统采用了美国通用电气（GE）公司开发的增强列车运行控制系统（ITCS）。ITCS系统是基于无线通信（GSM-R）的列控系统，以无线通信（GSM-R）完成车地间双向实时和连续的信息传输，以GPS实现列车定位，采用虚拟病闭塞方式。安装ITCS系统的车站不设置信号，轨道电路，只安装道岔转换装置。ITCS实现了两个主要功能：安全度是通过监测列车运行、当情况发生变化向司机提供报警、并且在需要时对列车实施紧急制动来实现.列车运行控制系统技术应用３.３采用虚拟闭塞的列控系统虚拟闭塞方式将线路划分成许多闭塞分区，有虚拟信号机来防护。虚拟的闭塞分区和信号机存在于电子地图和逻辑中，闭塞分区分界点和虚拟的信号机有对应的公里标，轨旁可设标记或标志，以提供司机作位置的参考。当地主有信号机时，虚拟信号机与实际信号机位置重合。虚拟闭塞方式非常有条件将闭塞分区划分得很短，当短到一定程度其效率就很接近于移动闭塞。列车运行控制系统技术应用３.３.１虚拟闭塞方式3.3.2ITCS系统构成ITCS系统主要由地面、车载和信息传输系统等组成，设备分散设置于中心、沿线各站以及机车上。中心和沿线车站的设备利用广域网连接，车载和地面设备之间用GSM-R传输信息。西宁调度中心主要设置有ITCS与GSM-R系统的接口设备；各站设置无线闭塞中心（RBC含列车定位）、联锁逻辑运算控制器（VHLC）、道旁控制单元（HSC），车载主要由车载计算机（OBC）、列尾（EOT）、卫星定位（GPS）接收及差分站设备、车载显示器、速度传感器、GSM-R通信设备等组成。系统框图如图所示：列车运行控制系统技术应用列车运行控制系统技术应用３.３.２ITCS系统构成地面设备：西宁调度中心设有CTC总机和ITCS信息转发器、CTC总机与ITCS信息转发器通信，ITCS信息转发器通过专用接口与GSM-R的移动交换机连接。无线闭塞中心（RBC）：

RBC设有静态数据库，线路数据第3m左右1个坐标点，心经纬度、海拔及里程对线路进行瓢，并标明物征点（如隧道、限速区、道岔等）。RBC可实现列车过道岔侧身的防护以及对本控制区内列车的控制，通过GSM-R网络接收来自列车的虚拟闭塞分区占用信息，算出虚拟信号机的显示，并向控制区内的爱控列车发送行车凭证、道岔位置、GPS差分站相连，差分精度为0。3m，GPS差分信息通过RBC和车地无线网络向车载设备传送。始端站RBC是一个特殊的RBC，它主要用于帮助发车测试，将全部四传给车载计算机。

列车运行控制系统技术应用3.3.3主要设备及功能安全型逻辑控制器（VHLC）：

每个车站均设有安全型逻辑，VHLC是用于控制信号机、道岔和轨道电路的固态安全型可编程控制器，易于配置，可提供多样化的输入输出模块，以适应用户需求，VHLC作为联锁设备，执行CTC的进路命令，实现联锁功能，并将有关道岔位置和轨道电路等信息传送给RBC。ITCS系统不要求设轨道电路，但考虑到对非ITCS列车的处理，可增加由VHLC直接监控的轨道电路的功能。VHLC的联锁逻辑是通过应用逻辑编辑器，ALC或应用编译/编辑器编程完成，经校验后固化至EPROM，再插入VHLC。列车运行控制系统技术应用车载设备：车载设备主要包括车载安全计算机（OBC）、GPS接收器和天线、司机操作显示单元、开关及传感器、GSM0R电台以及列车完整性检查装置EOT。GPS接收器（GPSRIM）及天线：

GPS接收器主要功能，使用差技术接收GPS卫星数据，提供列车位置经纬及速度信息，其中一个GPS接收器提供标准时钟给列车。GPS天线安装在司机室顶部中心线附近。列车运行控制系统技术应用车载安全计算机（OBC）：车载安全计算机由多个处理模块组成：ILOK联锁模块、MFIO多功能I/O模块、GPI、通用输入模块、LP定位模块、GPO004通用输出模块、GMPU通信处理模块、TVO三重安全输出模块、LSI车载系统输出接口、电源处理模块和CPU主处理模块。

OBC主要功能：在始端站接收线路数据库；GPS技术及测速传感器进行列车定位；接收来自RBC的行车凭证，监控列车运行，强制执行各种速度限制；接收并执行来自RBC的临时限速命令；计算一次连续制动曲线；人机联控，一般不干扰司机操作，必要时实施强制制动；通过人机接口提供输入及选择开关，声光报警；记录全程列车运行数据。列车运行控制系统技术应用列车完整性检查装置EOT：列车完整性检查是通过列尾装置EOT与机车通过数传电台实现的，列尾装置EOT包括列车风管压力传感器与列车运动传感器。当机车无法收到列尾数据时，认为列尾丢失，在重新收到列尾数据前，机车认为列尾停留在最后一次收到列尾数据时的位置，所占用的闭塞分区不会被出清。

列车运行控制系统技术应用青藏线格拉段列车运行控制系统功能主要由ITCS结合分散自律型调度集中系统实现主要功能有：１.车载信号作为德国凭证。２.对调车进路实施不同速度的低速保护。不同车辆调车时有不同的低速保护要求，系统能够提供至少5种不同的低速保护。３.系统遵循人机联控、人控为主要原则。车载人机界面提供行车凭证与提示，正常情况下司机按照系统提示操作，非常情况时，系统可对列车实施惩罚制动。４.超速护功能，系统具有防止列车运行速度走过线路允许速度、道岔通过速度、车辆构造允许速度和临时限速，接近超速门限值时，由设备提醒司机或自动实行制动或减速停车，保证行车安全。列车运行控制系统技术应用５.列车定位功能。GPS及洞传感器对列车定位，车载定位系统根据GPS和车载测速传感器自动计算，准确确定列车位置，对照线路数据库（电子地图）确定所占用的虚拟闭塞分区，向车站、调度中心报告闭塞分区占用情况。６.信息显示功能。系统通过人机DMI提供司机输入及选择开关，声光报警。车载显示器给出当前速度、前方信号机类型、目标距离、目标速度指示、超速倒