铁道机车专业教学资源库湖南铁道职业技术学院 主讲 王宁

铁道机车专业教学资源库湖南铁道职业技术学院主讲：王宁高铁专业人员培训教程CTCS2系统及技术规范

目录第1章CTCS系统第2章CTCS2功能和技术条件第3章CTCS2系统结构第4章CTCS2控制模式第5章地面设备第6章ATP车载设备第7章ATP控车原理第8章DMI功能第9章应答器报文定义及应用第１章CTCS系统主要内容1.1CTCS系统的发展1.2CTCS系统描述1.3CTCS分级1.4CTCS级间关系1.5CTCS与ETCS比对1.6技术规范1.7常用名词术语1.1CTCS系统的发展

背景为什么发展CTCSETCS系统及分级几点启示我国发展ATP的难点总体规划原则

背景

国际铁路联盟（UIC）于2002年12月10～12日在北京召开铁路通信信号国际技术研讨会；我国铁路既有线已经过5次大提速；青藏铁路采用GE的ITCS；青藏线、大秦线、胶济线GSM-R建设；高速客运专线建设已启动。为什么发展CTCS

既有线提速、客运专线和高速铁路建设，对信号技术的发展既提出了新的挑战，也提供了难得的发展机遇。条件已成熟。

10多年的实践摸索、经验积累；欧盟的GSM-R/ETCS已进入实际运作阶段，给我们提供了良好的技术借鉴。

需要对中国列车控制技术发展进行规划。

ETCS系统及分级

ETCS一级：地面信号＋查询应答器＋轨道电路(计轴设备)。采用固定追踪间隔形式；司机依靠地面信号行车，地面信号机前设备产生速度监控；依靠轨道电路或计轴设备检查列车占用和完整性；利用查询应答器覆盖各国现有信号系统，并用于列车定位和传送控制命令。该系统是典型的点式ATP。ETCS二级：轨道电路＋查询应答器＋GSM-R

与一级相比，司机完全依靠车载信号设备行车（可取消地面信号机）；通过GSM-R连续传送列车运行控制命令，车－地间可双向通信；在点式设备的配合下，车载设备对列车运行速度进行连续监控；依靠轨道电路或计轴设备检查列车占用和完整性；建有无线移动闭塞中心。该系统是基于移动通信的连续式ATP。ETCS三级：查询应答器＋GSM-R

与二级相比是靠车载设备来检查列车完整性，不需要轨道电路；点式设备、GSM-R是系统的主要设备。取消地面信号机和轨道电路后，室外线路上的信号设备减少到最低程度；列车追踪间隔依靠点式设备和无线移动闭塞中心实现，具有明显的移动自动闭塞特征。

几点启示(1)列车速度的不断提高，使得铁路信号技术发生了巨大变化。当列车速度大于160km/h后，列车的开环控制已不能满足要求。ATP已成为行车安全不可缺少的重要技术装备。(2)ATP是由地面信号设备和车载设备共同组成的闭环高安全系统，是地面联锁向车载设备的延伸，在此基础上实现了以车载设备为主的行车方式。各国铁路在实施ATP过程中，都是以故障安全作为最重要的技术条件，将地面和车载设备按一个系统统一设计，同步进行技术更新或强化改造的，这样才能保证整个系统的高安全、高可靠性。(3)通信信号一体化是现代铁路信号的重要发展趋势。实现对移动体的控制，移动通信是最便捷的手段。因此基于通信特别是基于无线移动通信的ATP是今后的重要发展方向。(4)技术标准统一，系统化设计，模块化产品，通用兼容是ETCS主要成功经验，值得我们认真学习和借鉴。

我国发展ATP的难点难点之一

我国铁路地域广大、列车种类繁多、提速以后线路允许速度不统一，同为绿灯却有多种速度含义。另外，我国铁路行车主要特点是客货混跑、高低速列车共线运行，这样必然要求客货列车均需装备ATP，从而使得我国发展ATP的难度明显大于国外。难点之二

我国铁路实行以地面信号为主、以机车信号为辅的行车方式，对列车运行实行开环控制，依靠司机严守信号保证行车安全。因此，习惯于现有机车信号＋监控装置的控车模式。难点之三

目前，机车普遍安装的通用机车信号未达到主体化的水平。机车信号基于轨道电路和站内电码化，但轨道电路制式繁多，有的根本不能满足“主体化”的要求，将面临淘汰。信号基础装备薄弱，影响了是我国ATP的发展。难点之四

GSM－R移动通信系统用于铁路信号、用于ATP系统和铁路综合移动信息平台，技术上有明显优势，产品得到多家厂商的支持，这在欧盟已得到证明。我国GSM-R网络建设还在起步阶段，影响了基于GSM-R的CTCS的实施。

总体规划原则借鉴世界各国经验，结合我国国情路情，制定我国统一的ATP系列技术标准和规范；实行跨专业合作，集中全路专家智慧，共同确定总体技术方案和总体规划；坚持技术先进、系统成熟、经济合理，等级配置的原则；坚持通信信号一体化的方向，新线建设优先发展基于无线的ATP；坚持新线建设与既有线改造并重，在总体规划的指导下，分步实施，有序发展；坚持机车信号主体化与发展ATP相结合。1.2CTCS系统描述

定义基本功能

CTCS体系结构系统构成

定义

CTCS是为了保证列车安全运行，并以分级形式满足不同线路运输需求的列车运行控制系统。

基本功能(1)安全防护在任何情况下防止列车无行车许可运行。防止列车超速运行。防止列车超过进路允许速度。防止列车超过线路结构规定的速度。防止列车超过机车车辆构造速度。防止列车超过临时限速及紧急限速。防止列车超过铁路有关运行设备的限速。防止列车溜逸。测速环节应保证，一定范围内的车轮滑行和空转不影响ATP的功能，并具有轮径修正能力。(2)人机界面

能够以字符、数字及图形等方式显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离。能够实时给出列车超速、制动、允许缓解等表示以及设备故障状态的报警。机车乘务员输入装置应配置必要的开关、按钮和有关数据输入装置。具有标准的列车数据输入界面，可根据运营和安全控制要求对输入数据进行有效性检查。(3)检测功能具有开机自检和动态检查功能。具有关键数据和关键动作的记录功能及监测接口。(4)可靠性和安全性按照信号故障导向安全原则进行系统设计。采用冗余结构。满足电磁兼容性相关标准。CTCS体系结构

CTCS的体系结构按铁路运输管理层、网络传输层、地面设备层和车载设备层配置。

铁路运输管理层网络传输层地面设备层车载设备层铁路运输管理层铁路运输管理系统是行车指挥中心，以CTCS为行车安全保障基础，通过通信网络实现对列车运行的控制和管理。网络传输层

CTCS网络分布在系统的各个层面，通过有线和无线通信方式实现数据传输。地面设备层地面设备层主要包括列控中心、轨道电路和点式设备、接口单元、无线通信模块等。列控中心是地面设备的核心，根据行车命令、列车进路、列车运行状况和设备状态，通过安全逻辑运算，产生控车命令，实现对运行列车的控制。车载设备层车载设备层是对列车进行操纵和控制的主体，具有多种控制模式，并能够适应轨道电路、点式传输和无线传输方式。车载设备层主要包括车载安全计算机、连续信息接收模块、点式信息接收模块、无线通信模块、测速模块、人机界面和记录单元等。

系统构成

参照国际标准，结合国情，从需求出发，按系统条件和功能划分等级。CTCS体系的构建原则是以地面设备为基础，车载与地面设备统一设计。系统结构如图所示。相邻列控中心车载设备机车乘务员轨道电路列控中心联锁设备点式设备无线通信模块人机界面jiemian

口输出模块列车输入模块点式信息接收模块测速模块入模块地面设备连续信息接收模块无线通信模块调度集中系统维护管理中心GSM-R设备维护记录单元运行管理记录单元车载安全计算机1.3CTCS分级

列车运行控制系统包括地面设备和车载设备，根据系统配置按功能划分为5级。CTCS0级

CTCS0级为既有线的现状，由通用机车信号和运行监控记录装置构成。

CTCS1级

由主体机车信号+安全型运行监控记录装置组成。面向160km/h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。(1)地面子系统组成轨道电路

完成列车占用检测及列车完整性检查，连续向列车传送控制信息。车站正线采用与区间同制式的轨道电路，侧线采用与区间同制式的叠加电码化设备。点式信息设备

宜设置在车站附近，主要用于向车载设备传输定位信息。(2)车载子系统组成主体机车信号

完成轨道电路信息的接收与处理。点式信息接收模块

完成点式信息的接收与处理。安全型运行监控记录装置

实时检测列车运行速度，对列车运行控制信息进行综合处理，控制列车按命令运行。CTCS2级

CTCS2级是基于轨道传输信息的列车运行控制系统；CTCS2级面向提速干线和高速新线，采用车-地一体化设计；CTCS2级适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车。(1)地面子系统组成列控中心

根据列车占用情况及进路状态计算行车许可及静态列车速度曲线并传送给列车。轨道电路

完成列车占用检测及列车完整性检查，连续向列车传送控制信息。车站与区间采用同制式的轨道电路。(2)车载子系统组成连续信息接收模块

完成轨道电路信息的接收与处理。点式信息接收模块

完成点式信息的接收与处理。测速模块

实时检测列车运行速度并计算列车走行距离。设备维护记录单元

对接收信息、系统状态和控制动作进行记录。车载安全计算机

对列车运行控制信息进行综合处理，生成控制速度与目标距离模式曲线，控制列车按命令运行。人机界面

车载设备与机车乘务员交互的设备。运行管理记录单元

规范机车乘务员驾驶，记录与运行管理相关的数据。预留无线通信接口。CTCS3级

CTCS3级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；CTCS3级面向提速干线、高速新线或特殊线路，基于无线通信的固定闭塞或虚拟自动闭塞；CTCS3级适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车。(1)地面子系统组成无线闭塞中心（RBC）

使用无线通信手段的地面列车间隔控制系统。它根据列车占用情况及进路状态向所管辖列车发出行车许可和列车控制信息。所使用的安全数据通道不能用于话音通信。无线通信（GSM-R）地面设备

作为系统信息传输平台完成地－车间大容量的信息交换。点式设备主要提供列车定位信息。轨道电路

主要用于列车占用检测及列车完整性检查。(2)车载子系统组成无线通信（GSM-R）车载设备

作为系统信息传输平台完成车－地间大容量的信息交换。点式信息接收模块

完成点式信息的接收与处理测速模块

实时检测列车运行速度并计算列车走行距离。设备维护记录单元

对接收信息、系统状态和控制动作进行记录。车载安全计算机

对列车运行控制信息进行综合处理，生成目标距离模式曲线，控制列车按命令运行。人机接口

车载设备与机车乘务员交互的接口。运行管理记录单元

规范机车乘务员驾驶，记录与运行管理相关的数据。

CTCS4级

CTCS4级是基于无线传输信息的列车运行控制系统；CTCS4级面向高速新线或特殊线路，基于无线通信传输平台，可实现虚拟闭塞或移动闭塞；CTCS4级由RBC和车载验证系统共同完成列车定位和列车完整性检查；CTCS4级地面不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车。(1)地面子系统组成无线闭塞中心（RBC）

使用无线通信手段的地面列车间隔控制系统。它根据列车占用情况及进路状态向所管辖列车发出行车许可和列车控制信息。所使用的安全数据通道不能用于话音通信。无线通信（GSM-R）地面设备

作为系统信息传输平台完成地－车间大容量的信息交换。(2)车载子系统组成无线通信（GSM-R）车载设备

作为系统信息传输平台完成车－地间大容量的信息交换。测速模块

需要时，实时检测列车运行速度并计算列车走行距离。设备维护记录单元

对接收信息、系统状态和控制动作进行记录。车载安全计算机对列车运行控制信息进行综合处理，生成目标距离模式曲线，控制列车按命令运行。人机接口

车载设备与机车乘务员交互的接口。全球卫星定位或其他设备提供列车定位及列车速度信息列车完整性检查设备运行管理记录单元规范机车乘务员驾驶，记录与运行管理相关的数据1.4CTCS级间关系

符合CTCS规范的列车超速防护系统应能满足一套车载设备全程控制的运用要求。系统车载设备向下兼容。系统级间转换应自动完成。系统地面、车载配置如具备条件，在系统故障条件下应允许降级使用。系统级间转换应不影响列车正常运行。系统各级状态应有清晰的表示。1.5CTCS与ETCS比对

级ETCSCTCS0

欧洲既有线现状中国既有线现状；通用式机车信号+监控装置1基于点式传输的列车控制系统；列车占用及完整性检查由轨道电路完成；设置地面信号机；面向160km／h以下区段；主体机车信号+加强型监控装置2基于GSM—R传输的列车控制系统；列车检测和列车完整性检查由轨道电路完成；可以取消地面信号机：面向提速干线和客运专线；基于轨道电路+点式应答器进行信息传输的列控系统；可取消地面通过信号机；3基于GSM—R传输的列车控制系统；取消轨道电路和地面信号机；无线闭塞中心与车载验证系统共同完成列车定位和完整性检查；可实现移动闭塞：

面向提速干线、客运专线和特殊线路；基本参照ETCS2级4

未定义

面向客运专线和特殊线路基本参照ETCS3级ETCS和CTCS系统的共同点制式统一，标准规范技术先进，易于升级车载设备，上下兼容标准开放，利用竞争1.6技术规范

制定规范的目的

标准化：系统结构标准化、接口标准化、界面标准化、信息标准化、系统工作模式标准化。系列化：应能适应于中国铁路的各类机车、各类列车、各种速度；适用于列车运行不同模式；充分考虑未来的发展。模块化：根据列车运行系统的不同级别、不同模式的特点，合理划分列车运行系统的模块，以便升级换代和兼容互换。

为了达到标准化系列化模块化目的需要制定三个方面的技术规范文档，这些规范中，有的是强制执行的标准，有的是建议性的标准。(1)系统功能需求规范（FRS）

主要描述了列车运行控制系统应该具有的功能，包括联锁设备、列控中心、轨道电路及点式信息设备的基本功能、车载设备的功能、防护功能、记录功能、列车的操作过程等。(2)系统需求规范（SRS）

主要描述列车运行控制系统及各子系统的构成、工作原理以及主要技术要求。系统需求规范包括：列车运行控制系统需求规范；地面列控中心系统需求规范；联锁设备系统需求规范；轨道电路系统需求规范；点式信息设备系统需求规范；列控车载设备系统需求规范；(3)接口规范（FIS/FFFIS）主要定义系统各个子系统的软硬件标准，以便实现系统设备的集成和互操作性，接口规范包括：地面列控中心人机接口规范；联锁设备功能接口规范；轨道电路功能接口规范；点式信息设备功能接口规范；列车接口规范；列控车载设备人机界面功能接口规范；ERTMS/ETCS技术规范简介ERTMS/ETCS技术规范包含的文档如表1-1所示。这些文档可以分成三类：功能需求规范（FRS）；系统需求规范（SRS）；接口规范（FIS/FFFIS）。这些规范中，有的是强制执行的标准，有的是建议性的标准。强制规范是必须执行的，是实现ERTMS功能和技术互操作性的基础。表1-1：ERTMS/ETCS技术规范文档序号文档名文件名版本号属性1ERTMS/ETCS功能需求规范（FRS）（ERTMS/ETCSfunctionalrequirementsspecification）—4.29强制执行2ERTMS/ETCS功能综述（ERTMS/ETCSfunctionalstatements）99E53622.0.0强制执行3ERTMS/ETCS系统需求规范（SRS）（ERTMS/ETCSsystemrequirementsspecification）SUBSET-0262.0.0强制执行4修改说明（Clarificationandamendmentspecification）SUBSET-0552.0.0强制执行5ERTMS/ETCS子系统需求规范1：系统宏功能概述（ERTMS/ETCSSSRSpart1:systemmacrofunctionoverview）SUBSET-0302.0.0建议6ERTMS/ETCS子系统需求规范2：车载子系统需求规范（ERTMS/ETCSSSRSpart2:Onboardsubsystemrequirementsspecifications）SUBSET-0312.0.0建议7ERTMS/ETCS子系统需求规范3：地面子系统需求规范（ERTMS/ETCSSSRSpart3:Tracksidesubsystemrequirementsspecifications）SUBSET-0322.0.0建议8欧洲应答器的功能接口规范（FFISforEurobalise）SUBSET-0362.0.0强制执行9欧洲环线子系统介绍（DescriptionoftheEuroloopsubsystem）SUBSET-0502.0.0建议10欧洲环线的功能规范（FFFSforEuroloopsubsystem）SUBSET-0432.0.0强制执行11欧洲环线的功能接口规范“AL”（FFFIS'AL'Euroloopsubsystem）SUBSET-0442.0.0强制执行12欧洲环线的功能接口规范“CL”（FFFIS'CL'Euroloopsubsystem）SUBSET-0452.0.0强制执行13欧洲无线的功能接口规范（EuroradioFIS）SUBSET-0372.0.0强制执行14ISDN移动用户号码的传输（TransmissionoftheMSISDNnumbertotheapplication）037-0022a29.3.2000建议15版本升级（Versionupgrade）037-0023a29.3.2000建议16欧洲无线的功能接口规范1（EuroradioFFFISclass1requirements）SUBSET-0522.0.0强制执行17无线注入的功能接口规范（RadioinfillFFFS）SUBSET-0462.0.0强制执行18MMI的功能接口规范（FISfortheman-machineinterface）SUBSET-0332.0.0强制执行19列车接口的接口规范（FISfortrainintrface）SUBSET-0342.0.0强制执行20无线注入的车-地功能接口规范（Trackside-trainborneFISforradioinfill）SUBSET-0472.0.0强制执行21无线注入的车载格式/功能规范（TrainborneFFISforradioinfill）SUBSET-0482.0.0强制执行22无线注入与轨旁电子单元/联锁的功能接口规范（RadioinfillFISforwithLEU/Interlocking）SUBSET-0492.0.0强制执行23专用传输模块的功能接口规范（SpecifictransmissionmoduleFFFIS）SUBSET-0352.0.0强制执行24专用传输模块的功能接口规范的安全时间层（STMFFFISsafetimelayer）SUBSET-0562.0.0强制执行25专用传输模块的功能接口规范的安全链路层（STMFFFISsafelinklayer）SUBSET-0572.0.0强制执行26专用传输模块的功能接口规范的应用层监测（FFFISSTMapplicationlayersupervisionconnection）SUBSET-0580.0.1建议27专用传输模块的性能规范（PerformancerequirementsforSTMs）SUBSET-0590.0.6建议28功能接口规范的密钥管理（KeyManagementFIS）SUBSET-0382.0.0强制执行29功能接口规范的密钥管理的第二阶段（FISkeymanagementsecondphase）SUBSET-0512.0.0建议30密钥管理的移植（Keymanagementmigration）SUBSET-0601.1.1建议31RBC越区功能接口规范（FISforRBC/RBChandover）SUBSET-0392.0.0强制执行32尺度和工程规则（Dimensioningandengineeringrules）SUBSET-0402.0.0强制执行33互操作性的执行规范（Performancerequirementsforinteroperability）SUBSET-0412.0.0强制执行34功能接口规范的司法记录器下载工具（FFFISjuridicalrecorderdownloadingtool）SUBSET-0272.0.0强制执行35ETCS变量的分配值（AssigmentofvaluestoETCSvariables）SUBSET-0542.0.0强制执行36术语和缩写表（Glossaryoftermsandabbreviations）SUBSET-0232.0.0强制执行37欧洲无线的传输接口规范（RadiotransmissionFFFISforEuroradio）AllT600133强制执行38ERTMS人机接口1：ERTMS/ETCS信息的合理安排（ERTMSdriver/machineinterfacepart1:ergonomicarrangmentofERTMS/ETCSinformationPrEN50XX6-1March2000建议39ERTMS人机接口3：数据输入步骤（ERTMSdriver/machineinterfacepart3:dataentryprocedures）PrEN50XX6-3March2000建议40ERTMS人机接口4：符号（ERTMSdriver/machineinterfacepart4:symbols）PrEN50XX6-4March2000建议41ERTMS人机接口5：语音信息（ERTMSdriver/machineinterfacepart5audibleinformation）PrEN50XX6-5March2000建议42ERTMS人机接口6：专用传输模块（ERTMSdriver/machineinterfacepart6:specifictransmissionmodule）PrEN50XX6-6March2000建议43可靠性可用性可维护性要求（RAMrequirements(chapter2only)）96S1266建议44环境条件（Environmentalconditions）97S0665建议CTCS规范（1）CTCS技术规范总则（2）CTCS功能需求规范（3）CTCS系统需求规范（4）查询应答器技术规范（5）列控中心技术规范（6）MMI功能接口规范（7）与车载其他系统接口规范（8）无线信息传输功能接口规范（9）术语和缩1.7常用名词术语

名词术语

允许速度，列车运行过程中允许达到的最高安全速度。目标速度，列车运行前方目标点允许的最高速度。目标距离，列车前端至运行前方目标点的距离。目标距离模式曲线，以目标速度、目标距离、线路条件、列车特性为基础生成