毕业设计方案《CTCS-3级列车运行控制系统原理分析及应用》

1、 2016届毕业设计方案课题名称：CTCS-3级列车运行控制 系统原理分析及应用所在学院 铁道牵引与动力学院 班 级 动车134 姓 名 熊 健 学 号 3 指导老师 穆 然 完成日期 2015年11月 毕业设计答辩记录班级动车134学号3姓名熊健答辩分数课题名称CTCS-3级列车运行控制系统原理分析及应用答辩问题及记录答辩评价答辩教师签名答辩日期2016届毕业设计任务书一、 课题名称:高速铁路列车运行控制系统 子课题一: CTCS-2级列车运行控制系统原理分析及应用 子课题二: CTCS-3级列车运行控制系统原理分析及应用二、 指导老师：穆然三、 设计内容与要求：1、 课题概述高速铁路的崛起

2、和发展给世界铁路的振兴带来了勃勃生机,但同时对铁路通信信号等的装备也提出了更高的要求。当列车运行速度提高到某一限度时,司机瞭望和确认地面信号的时间很短,不能保证行车安全和效率,无法依靠地面信号显示正常行车。因此,随着列车运行速度和密度的不断提高,世界各国都在发展各自的列车运行控制系统。本课题针对高速列车运行控制系统展开，旨在使学生了解国内外高速铁路的发展现状，比较分析各国高速铁路列控系统的主要特点，深入学习列控系统的相关技术要求（标准），系统地分析我国高速铁路列车运行控制系统组成、功能及原理，从而进一步了解不同等级列车运行控制系统的应用及在应用中设备的常见故障。最终，通过此课题的研究培养学生运

3、用所学专业知识来总结分析问题的能力。2、 设计内容与要求（1） 国内外高速铁路的发展现状（可包括我国动车组的发展概况等）； （2） 各国高速铁路列车运行控制系统主要特点的分析比较（欧洲ETCS（等级划分）、日本ATC、法国TVM系列、德国LZB）；（3） CTCS系统概述（功能原理、等级划分）；（4） CTCS-2/CTCS-3级列车运行控制系统的技术要求；（5） CTCS-2/CTCS-3级列车运行控制系统原理分析及应用(地面子系统、车载子系统的组成、各设备功能及系统基本工作原理分析，C2/C3系统的应用及在应用过程中某个子系统设备的常见故障分析）；（6） 总结要求：（1）通过检索文献或其他

4、方式，深入了解设计内容所需要的各种信息；（2）能够灵活运用所学基础和专业课程的知识来分析列车运行控制系统原理；（3）要求学生有一定的轨道交通专业基础；（4）要求在进行系统原理分析过程要绘制系统总体结构原理图及各设备的原理图。四、 设计参考书1. 宁滨. 高速列车运行控制系统M.科学出版社,2012.2. 董昱.区间信号与列车运行控制系统M.中国铁道出版社,2008.3. 李芾,安琪,王华.高速动车组概论M.西南交通大学,2008.4. 张铁增.列车运行控制系统M.中国铁道出版社,2009.5. 郭媛忠,宗殿贵.CTCS-3级列车运行控制系统原理和应用M.中国铁道出版社,2014.6. 张丽.列

5、车运行自动控制系统设备维护M.西南交通大学出版社,2013.7. 中国铁路总公司.列控车载设备典型故障案例M.中国铁道出版社,2013.8. 郑州铁路局职工教育处.列车运行控制系统知识问答M.中国铁道出版社,2012.9. 各类专业期刊及论文.五、 设计说明书要求1. 封面2. 目录3. 内容摘要（200400字左右，中英文）4. 正文（发展现状分析，各国列控系统特点分析比较、CTCS系统概述，重点分析子课题内容、结论）5. 结束语（设计体会）6. 附录（参考文献、图纸、材料清单等）六、 毕业设计进程安排第1周： 资料准备与借阅，了解课题思路。第2-3周: 设计要求说明及课题内容辅导。第47周

6、：进行毕业设计，完成初稿。第7-10周： 第一次检查，了解设计完成情况。第11周： 第二次检查设计完成情况，并作好毕业答辩准备。第12周： 毕业答辩与综合成绩评定。七、 毕业设计答辩及论文要求1、 设计答辩要求 答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。 学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。 答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。2、 设

7、计论文要求 文字要求：说明书尽量打印（除图纸外）。文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。 图纸要求：按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标规范，文字注释必须使用工程字书写。 曲线图表要求：所以曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不闪用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。摘 要高速铁路的崛起和发展给世界铁路的振兴带来了勃勃生机，但同时对铁路通信信号等的装备也提出了更高的要求。当列车运行速度提高到某一限度时，司机瞭望和确认地面信号的时间很短，不能保证行车安全和效率，无法依靠地面信号显示正常行车。因此，随着列车运行速度和密度的不断提高，世界

8、各国都在发展各自的列车运行控制系统。CTCS是为了提高运输效率、保证运输安全而诞生和发展的，它的第一使命是保证行车安全，没有铁路信号，就没有铁路运输的安全。由铁路信号构成的信息与控制系统、铁路固定设备（线路、桥、隧）和移动设备（机车、车辆）是铁路运输系统三个不可分割的技术基础，在铁路运输中占有非常重要的地位。本文通过对国外列车控制系统发展现状及我国列控系统发展历程的介绍，阐述了我国CTCS-3级列控系统研究的必要性及技术方向的选择；说明了我国CTCS-3级列控系统的技术特点；同时还对CTCS-3级列控系统结构及主要设备的功能作了简要介绍，主要对应答器的工作原理做详细的分析，并对应答器将出现哪些

9、故障进行分析说明，以及故障的处理操作的步骤进行详细的说明。关键词：高速铁路 CTCS-3列控系统 应答器ABSTRACTThe rise and development of the high-speed railway to the revitalization of the railway in the world, has brought vitality, but at the same time of the railway communication signal equipment also put forward higher requirements. When the tr

10、ain speed is improved to a certain extent, driver lookout and confirm the signal ground for a short time, can not guarantee operation safety and efficiency, cannot rely on the ground signal display normal traffic. Therefore, along with the continuous improvement of train speed and density, all the c

11、ountries in the world all is in order to improve the efficiency of transportation in developing their own train operation control system.CTCS, ensure transportation safety and the birth and development, its first mission is to guarantee the safety, no railway signal. Without the safety of railway tr

12、ansportation. Information and control system composed of railway signal, railway fixed equipment (line, bridge and tunnel) and mobile equipment (locomotive and vehicle) is rail transportation system three inseparable technology based, in railway transportation occupies a very important position. Thr

13、ough the foreign train control system development present situation and our country train control system in the development process of the introduction, this paper expounds the China CTCS-3 Train Control System in which to study the necessity and technical direction selection; explains the CTCS-3 Tr

14、ain Control System, technical characteristics. At the same time of CTCS-3 column control system and main equipment structure function makes the brief To introduce the main work principle of the corresponding answer to do a detailed analysis, and the corresponding answer will appear what fault analys

15、is, as well as the steps to deal with the fault of a detailed description of the operation.Key word：High speed railway CTCS-3 column control system Responder目 录第1章 高速铁路的发展现状11.1 国外高速铁路发展概况11.2 国内高速铁路发展概况2第2章 各国列控系统的特点分析比较42.1 国外列控系统42.2 国内列控系统72.3 ETCS与CTCS两者的比较9第3章 CTCS系统简介103.1 CTCS系统概述103.2 CTCS系

16、统分级103.3 CTCS应用等级划分的特点13第4章 CTCS-3级列控系统的原理及应用154.1 系统背景154.2 CTCS-3列控系统介绍154.3 主要运营场景174.4 CTCS-3级列控系统原理174.5 应答器的原理194.6 应答器的故障处理24第5章 结束语28参考文献29第1章 高速铁路的发展现状1.1 国外高速铁路发展概况1. 第一次浪潮1964年1990年。世界上第一条真正意义上的高速铁路是日本东海道新干线。该线路从东京起始，途经名古屋、京都等地终至（新）大阪，全长515.4km，运营速度高达210km/h。1964年10月新干线的正式通车，标志着世界高速铁路新纪元的

17、到来。东海道新干线在技术、商业、财政以及社会效益上都获得了极大的成功，高速铁路建设成就极其显著。由于运行效益好，日本于1972年又修建了山阳、东北和上越新干线。日本新干线的成功，给欧洲国家以巨大冲击，各国纷纷修建高速铁路。1981年，法国高铁（TGV）在巴黎与里昂之间开通，如今已形成以巴黎为中心、辐射法国各城市及周边国家的铁路网络，法国（TGV）东南线也在运营10年的期限里完全收回了投资。此后，德国开发了高铁系统，意大利修建了罗马至佛罗伦萨线。除北美外，世界上经济和技术最发达的日本、法国、意大利和德国共同推动了高速铁路的第一次建设高潮。2. 第二次浪潮1990年至90年代中期。这一时期高速铁路

18、表现出新的特征。一是已建成高速铁路的国家进入高速铁路网规划建设阶段。这一时期，日、法、德等国对高速铁路网进行了全面规划。日本于1971年通过了新干线建设法，并对全国的高速铁路网做出了规划，日本高速路网的建设开始向全国普及发展。法国1992年公布全国高速铁路网的规划，20年内新建高速铁路总里程4700km。德国于1991年4月批准了联邦铁路公司改建、新建铁路计划，包括13个项目，其中新建高速铁路4项。1986年意大利政府批准了交通运输发展规划纲要，修建横连东西、纵贯南北、长达1230km的“T”形高速铁路网。二是跨越国境的高速铁路建设成为趋势。1994年英吉利海峡隧道把法国与英国连接在一起，开创

19、了第一条高速铁路国际联结线。1997年，从巴黎开出的“欧洲之星”又将法国、比利时、荷兰和德国连接在一起。欧洲国家大规模修建本国或跨国界高速铁路，逐步形成了欧洲高速铁路网络。这次高速铁路的建设高潮，不仅仅是铁路提高内部企业效益的需要，更多的是国家能源、环境、交通政策的需要。1991年，欧洲议会批准了泛欧高速铁路网的规划中提出在各国边境地区实施15个关键项目将有助于各个国家独立高速线之间的联网。三是高速铁路技术创新实现新突破。高速铁路建设在日本等国所取得的成就影响了很多国家，促进了各国对高速铁路的关注和研究。1991年瑞典开通了X2000摆式列车，1992年西班牙引进法、德两国的技术建成了471玩

20、长的马德里至塞维利亚高速铁路。为赶超日本，法国和德国先后着手进行过高速铁路试验。1981年法国TGV最高试验速度达到380km/h，1988年西德ICE达406.9km/h，1990年法国的TGV又创造了515.3km/h的世界纪录，目前高速轮轨铁路的速度纪录保持者是法国的口TGVv150(2007年4月3日，574.8km/h)。欧洲国家高速铁路技术的进展反过来又“刺激”了日本，使之加强了技术研究和新型车辆的开发，山阳新干线和东海道新干线的运行速度分别提高到现在的275km/h和300km/h。3. 第三次浪潮从90年代中期至今。1998年10月在德国柏林召开的第三次世界高速铁路大会，将当前

21、高速铁路的发展定为世界高速铁路发展的第三次高潮。参与第三次高速铁路建设的各个国家与前两次高速铁路建设不同，其特征主要表现为：一是多数国家在高速铁路新线建设初期制定了修建高速铁路的全国规划；二是虽然建设高速铁路所需资金较大，但从社会效益、节约能源、治理环境污染等诸多方面分析，修建高速铁路对整个社会具有较好的效益，成为各国政府的共识；三是高速铁路促进地区之间的交往和平衡发展，欧洲国家已经将建设高速铁路列为一项政治任务，各国呼吁在建设中携手打破边界的束缚；四是高速铁路从国家公益投资转向多种融资方式筹集建设资金，建设高速铁路出现了多种形式融资的局面；五是高速铁路的技术创新正在向相关领域辐射和发展。这次

22、高潮波及到亚洲、北美、澳洲以及整个欧洲，形成了交通领域中铁路的一场复兴运动。自1992年以来，俄罗斯、韩国、我国台湾省、澳大利亚、英国、荷兰等国家和地区先后开始了高速铁路新线的建设。据不完全统计，为了配合欧洲高速铁路网的建设，东部和中部欧洲的捷克、匈牙利、波兰、奥地利、希腊以及罗马尼亚等国家正对干线铁路进行改造，全面提速。亚洲（韩国、中国）、北美洲（美国）、澳洲（澳大利亚）也都掀起了建设高速铁路的新热潮。1.2 国内高速铁路发展概况我国中东部地区人口密度大、城市布局集中、运载压力大，适合高速铁路规划建设营运。“九五”时期，针对铁路客运速度慢、运输能力严重不足等突出问题，我国先后进行了三次大提速

23、。在此基础上，以高速铁路建设列入铁道部“十五”期间铁路提速规划（2001-2005）为标志，我国高速铁路建设进入加速期。“十五”规划提出：初步建成以北京、上海、广州为中心，连接全国主要城市的全路快速客运网，客运专线旅客列车最高时速达到200km及以上，实现高速铁路、部分繁忙干线客货分线。根据中国中长期铁路网规划方案，到2020年，我国铁路运营里程将达到12万公里以上。其中，新建高速铁路将达到1.6万公里以上，连接所有省会城市和50万人口以上城市，覆盖全国90%以上人口。“十五”以来，我国铁路充分利用“后发优势”，高速铁路迅猛发展。以国际铁路联盟规定的商业（平均）运营时速（全程运行距离：全程运行

24、时间）超过200公里的标准作为高速铁路的定义，截至去年年底，我国的高速铁路运营里程达6552公里，居世界第一。目前高铁经营状况良好，市场需求旺盛。全国铁路每天开行高速列车773列，平均上座率达到101.7%。其中，包括秦沈客运专线（200公里）、京津城际铁路（230公里）、雨台温客运专线（220公里）、温福客运专线（210公里）、武广客运专线（310公里）。2009年12月9日，武广高速铁路成功试运行，从广州南站发车至武汉站用时不到3小时。其间，国产CRH3“和谐号”动车组跑出394.2公里时速，创造两车重联情况下的世界高速铁路最高运营速度。12月26日，武广高速铁路正式开通运营，标志着我国高

25、速铁路设计、建设和运营技术不仅领先世界，而且进一步完善成熟。总体上说，我国铁路已经掌握高速铁路线型精测精调、客站功能完善、路基沉降控制、长大梁制运架、大跨高桥长隧、无砟有砟轨道等设计与施工成套关键技术，实现了具有世界先进水平的客运动车组的国产化，形成了具有世界先进水平的中国高速铁路技术标准体系和成套工程技术。第2章 各国列控系统的特点分析比较2.1 国外列控系统自1964年日本铁路新干线开始运营时速210km高速列车以来，高速铁路的高安全、高可靠、高效率、高舒适等特点已引起世界铁路运输界的高度重视，德国、法国、意大利等发达国家也相继结合本国国情发展自己的高速铁路。不论哪一个国家建设高速铁路，都

26、特别注意通信信号系统的研究和建设，将先进的控制技术、通信技术、计算机技术与铁路信号技术融为一体，组成一个现代化的综合自动化管理系统，已成为一个总的、不可抗拒的趋势。现代化的列车运行综合控制、指挥、管理系统是保障高速铁路行车安全、提高运输效率的核心，也是标志着一个国家铁路现代化技术水准的重要组成部分。目前国外已投入使用的高速列车(时速超过250km)运行控制系统主要有法国TVM系列、日本新干线ATC系统、德国LZB系统和欧洲ETCS系统等，这些系统最根本的差别在于对高速列车超速后的控制方式以及车地间信息传输方式有所不同。1. 法国TVM法国高速铁路TGV（如图2-1所示）区间信号均采用带速度监督

27、的TVM300型或TVM430型机车信号，地面信息传输采用UM71或UM2000无绝缘轨道电路，简称U/T系统。U/T系统对速度的控制是采用分段制动的列控模式。司机按照每一个轨道电路地面信息给出的速度值运行时，速度监督设备将不干预司机正常操作；当列车速度超过规定的允许速度时，速度监督设备将自动实施制动。图2-1 法国TGVU/T系统按速度等级分段制动，其列车追踪间隔主要与闭塞分区的划分和车速有关，而一般闭塞分区长度的确定是以线路上最坏性能的列车为依据。U/T这种设计方式对于法国高铁线路是适合的，而对于列车性能差别较大的高中速混合运行的线路，其能力要受到较大影响如图2-2所示。图2-2 入口速度

28、控制模式曲线2. 日本ATC日本新干线（如图2-3所示）列控模式与法国TVM300系统相似，也为阶梯方式分段制动。所不同的是TVM300是速度监督滞后控制，列车速度的控制一般由司机完成，只有在司机没有按规定降速时设备才起作用。而日本新干线采用的是以设备优先制动的模式，即列控设备根据轨道区段的速度指示，对列车速度进行减速制动或缓解控制，使列车出口速度达到本区段目标速度的要求，因此它没有滞后控制所需的保护区段，在线路通过能力上较TVM300系统有所提高。图2-3 日本新干线随着电子数字技术的发展，日本铁路公司近年又新开发了多种数字式ATC系统。地面数字轨道电路以时间分隔数据方式反复传输40到60b

29、it的数据。车载设备根据地面信息和各开通闭塞分区间的编号，求取与前方列车的距离，再根据该计算距离和车载设备存储的线路数据，以及制动性能、最高允许速度等车辆性能，计算列车可以运行的距离和容许的速度如图2-4所示。图2-4 出口速度控制曲线3. 德国LZB德国ICE（如图2-5所示）的LZB系统采用轨道电缆作为车地间信息连续双向传输的媒介。轨旁接收发送设备是将轨道电缆与控制中心联系起来的中继设备，它将来自地面列控中心的信号放大，并通过轨道电缆传送给机车，同时也将来自机车的信号放大，通过通信网络传送给LZB地面列控中心。图2-5 德国ICELZB系统将列车连续速度控制的列控模式用于对高速列车的实际控

30、制，这种列控模式打破了传统闭塞区段分段控制的概念，列车的制动由传统的分段多次制动变为一次制动，其制动过程由列车自身参数、列车至变速点线路参数以及变速点的速度决定，而与传统轨道闭塞分区速度参数无关。其列车追踪间隔主要根据每一列车的制动性能、实际速度确定的安全制动距离自动调节，因此在各种性能不一样的列车混合运行的情况下，可以最大限度地利用线路的通过能力，同时一次制动方式的性能也与列车实际制动方式相吻合如图2-6所示。图2-6 分段速度控制模式4. 欧洲ETCSETCS系统是欧盟为实现高速列车在欧洲境内穿越国境时互通运营，结合欧洲各国铁路现状，兼顾既有设备及今后列车运行控制系统发展趋势制订并立法强制

31、执行的规范标准。欧洲ETCS列控系统采用开放的技术平台，解决了原有列控系统采用大量专有技术、相互间不兼容、技术平台不开放、无法实现互联互通的技术藩篱。ETCS分为0级、1级、2级和3级，其中ETCS-0级是既有模式，ETCS-1级和ETCS-2级系统均已投入商业运用。ETCS列控系统代表着欧洲铁路列控系统的发展方向。2.2 国内列控系统我国研究和发展铁路（如图2-7所示）列车运行控制系统已有约20年时间，尤其是近10年来，取得迅猛发展。2002年铁道部在研究国外典型铁路列车运行控制系统技术体系和关键技术应用的基础上，本着设备兼容、互联互通和技术发展的原则，确定了发展高速、先进、适用和可持续发展

32、的中国铁路列车运行控制系统(ChineseTrainControlSystem以下简称CTCS)的战略目标。2003年在UIC北京年会上，铁道部宣布CTCS的基本架构和分级。2004年铁道部颁布了CTCS技术规范总则确定了CTCS的总体技术框架，发布了CTCS-0级到CTCS-4级共5个等级的系统框架。2007年CTCS-2级列控系统在全路第六次大面积提速中成功实施应用。图2-7 中国和谐号2007年底，铁道部成立C3技术攻关组，依托武广和郑西等高速铁路建设项目，开展CTCS一级列控系统的创新研发工作。集中全路主要技术力量，对总体方案搭建、系统集成、系统评估展开了深入研究，相继颁发了CTCS一

33、级列控系统总体技术方案、应答器应用原则、测试案例、系统评估办法等系列标准规范，建成了仿真测试实验室，实现了RBC和车载等关键设备的国产化，创建了具有自主知识产权的CTCS一级列控系统技术标准体系和技术平台。2009年12月26日、2010年2月6日武广和郑西高速铁路相继开通运营。列控系统原理如图2-8所示。图2-8 列控系统2.3 ETCS与CTCS两者的比较列车占用检测手段不同欧洲很多国家，列车占用检查由轨道电路或计轴设备完成，而地-车信息传输靠点式设备完成。我国铁路车载信号完全基于轨道电路传输信息。基础设施和运营制式不同欧洲各国铁路信号制式较多，ATP较为成熟，实施ETCS规范即可实现互通

34、运营；而我国ATP研究起步较晚，况且我国铁路客货列车、不同速列车共线运行，因此CTCS的研究更要符合中国国情和运输需求。目的不同ETCS的最初目标是欧洲各国列车运营实现互连互通。而我们既要与国际接轨，又要满足既有线、提速线路及客运专线的运营需要，相对来说，CTCS的任务要比ETCS的任务大得多如表1-1所示。表1-1 归纳总结图应用等级CTCS-0级CTCS-1级CTCS-2级CTCS-3级CTCS-4级控制模式目标距离目标距离目标距离目标距离目标距离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和虚拟闭塞控制方式分级式分级式一次性连续一次性连续一次性连续轨道占用检查轨道电

35、路轨道电路轨道电路轨道电路无线定位，应答器校正地对车信息传输多信息轨道电路+电式设备多信息轨道电路+电式设备多信息轨道电路+电式设备；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；数字轨道电路提供无线通信提供无线通信提供对应ETCS级ETCS-1级ETCS-2级ETCS-3级第3章 CTCS系统简介3.1 CTCS系统概述中国铁路根据ETCS标准，结合中国目前铁路运营现状及设备生产和制造能力，制定了中国高速铁路、客运专线以及200km/h速度线路的列控系统标准，间称CTCS

36、。目前，中国的CTCS系统标准还处于起步阶段，中国铁道部目前正在针对CTCS系统方案与国内及国际信号系统供应商进行洽谈，以市场换技术的方式，广泛开展合作。中国目前已经建成的铁路中，到目前为止，还没有一条线路采用CTCS标准，但在即将实施的京津城际的列控系统将首次采用CTCS标准，如图3-1所示为调度指挥系统。图3-1 调度指挥系统铁路是国民经济的大动脉，是中国社会和经济发展的先行产业，是社会的基础设施，铁路运输部门又是国民经济中的一个重要部门，它肩负着国民经济各种物资运输的重任，对中国社会主义建设事业的发展有着举足轻重的作用。为了满足国民对铁路运输的要求，进入二十一世纪以后，铁路部门致力于高速

37、铁路和客运专线的建设，并取得了骄人的成绩。为了适应中国高速铁路、客运专线的迅速发展和保证铁路运输安全的需要，铁道部有关部门研制成功了“CTCS系统”（即：中国列车运行控制系统的简称，是Chinese Train Control System的缩写“CTCS”）3.2 CTCS系统分级CTCS根据功能要求和设备配置划分应用等级，分为04级如图3-2所示。为满足客运专线和高速铁路建设需求，通过对ETCS标准的引进、消化、吸收，并结合成功应用的CTCS-2级列车运行控制系统的建设和运营经验，我国构建了具有自主知识产权的CTCS-3级列控系统标准。CTCS-3级列车运行控制系统是基于GSM-R无线通信

38、的重要技术装备，是中国铁路技术体系和装备现代化的重要组成部分，是保证高速列车运行安全、可靠、高效的核心技术之一。图3-2 CTCS列控系统分级1. CTCS-0级(简称C0级)由通用机车信号+列车运行监控装置组成，为既有系统，适用于列车最高运行速度为120km/h以下的区段。适合既有线的现状，即由目前使用的通用式机车信号和运行监控记录装置构成。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。2. CTCS-1级(简称C1级)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。适用于列

39、车最高运行速度为160km/h以下的区段。CTCS-1级由主体机车信号+加强型运行监控装置组成，面向160km/h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。3. CTCS-2级(简称C2级)基于轨道电路和点式应答器传输控车信息，并采用车地一体化设计的列车运行控制系统。面向提速干线和客运专线，适用于各种线路速度区段，地面可不设通过信号机。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

40、。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。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

41、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(简称C3级)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。C3级列控系统可以叠加在C2级列控系统上。面向提速干线、高速新线或特殊线路，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。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。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

42、，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(简称C4级)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，由无线闭塞中心和列控车载设备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。面向高速新线或特殊线路，基于无线传输信息的列车运行控制系统。地面不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车。列车定

43、位和完整性检查由无线闭塞中心和车载验证系统共同完成，实现虚拟闭塞或移动闭塞。CTCS-4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定。3.3 CTCS应用等级划分的特点1. CTCS的应用等级划分（1）各应用等级均可以采用目标距离控制模式，采取连续一次制动方式。

44、（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。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；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。2. CTCS级间关系（1）CTCS级间关系原则符合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。l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

45、态应有清晰的表示。（2）CTCS级间转换CTCS车载设备向下兼容，通过系统设计，系统级间切换可以自动完成，级间切换不影响列车正常运行，如既有线提速区段，配置CTCS-2级车载设备的列车可以在运行过程中自动完成CTCS-1/0级至CTCS-2级或CTCS-2级至CTCS-1/0级的切换。CTCS级间转换原则上在区间自动转换(不应在进站信号机处转换)，并向司机提供相应的声光警示，由司机按压确认按钮，解除警示。自动转换失效时，司机根据ATP车载设备或LKJ的相应警示信息，手动转换。CTCS级间转换应分别设置具有预告、执行功能的固定信息应答器。每个运行方向需要单独设置预告点应答器，执行点应答器可与区间

46、固定应答器合用。在级间转换时，应保证控车权可靠平稳交接。控车权的交接以ATP车载设备为主。l级间转换时若已触发制动，则应保持制动作用完成，司机缓解后，自动转换。第4章 CTCS-3级列控系统的原理原理及应用4.1 系统背景在我国300km/h及以上客运专线上选用CTCS-3(CTCS-3/CTCS-2)列控系统作为全路统一技术平台体系，其中CTCS-3列控系统保证高速动车组的运行安全，CTCS2列控系统用来兼容既有动车组上线运行，并作为CTCS-3列控系统的后备系统；CTCS-3级列控系统属于基于通信的列控系统（CBTC）范畴，符合国际铁路技术发展趋势如图4-1所示。图4-1 CTCS-3列控

47、攻关背景4.2 CTCS-3列控系统介绍在CTCS-2级列控系统的基础上，地面增加RBC设备，车载设备增加GSM-R无线电台和信息接收模块，实现基于GSM-R无线网络的双向信息传输，构成CTCS-3级列控系统，用于300-350km/h客运专线和高速铁路如表4-1所示。表4-1 CTCS-2和CTCS-3的比较CTCS-2级CTCS-3级传输媒介轨道电路+应答器GSM-R+应答器车载信息传输地对车单向信息传输地-车双向信息传输300km/h以上的适应性已经在250km/h线路上成功运用，客专可用于300km/hCTCS-3级在ETCS-2级基础上进行系统集成和自主创新，ETCS-2级列控系统已

48、经在欧洲高速铁路上成熟应用技术发展趋势CTCS-3级列控系统属于基于通信的列控系统（CBTC）范畴，符合国际铁路技术发展趋势1. 主要技术原则（1）CTCS-3级列控系统满足运营速度350km/h、最小追踪间隔3分钟的要求；（2）CTCS-3级列控系统满足正向按自动闭塞追踪运行，反向按自动站间闭塞运行的要求；（3）CTCS-3级列控系统满足互联互通的运营要求；（4）CTCS-3级列控系统车载设备采用目标距离连续速度控制模式、设备制动优先的方式监控列车安全运行；（5）CTCS-2级作为CTCS-3级的后备系统。无线闭塞中心或无线通信故障时，CTCS-2级列控系统控制列车运行；（6）全线无线闭塞中

49、心（RBC）设备集中设置；（7）GSM-R无线通信覆盖包括大站在内的全线所有车站；（8）动车段及联络线采用CTCS-2级列控系统；（9）CTCS-3级列控系统车载设备速度容限规定为超速2km/h报警、超速5km/h触发常用制动、速度在250km/h以上时超速15km/h触发紧急制动、速度在250km/h及以下时超速10km/h触发紧急制动；（10）采用应答器实现自动过分相；（11）CTCS-3级列控系统统一接口标准，涉及安全的信息采用满足IEC62280标准要求的安全通信协议；（12）CTCS-3级列控系统安全性、可靠性、可用性、可维护性满足相关标准的要求，关键设备冗余配置。2. CTCS-3

50、系统技术方案CTCS-3级列控车载设备采用分布式模块结构，各模块之间通信采用了高安全高可靠的车辆总线Profibus和MVB双总线方式，对列车紧急制动输出采用专用的安全输出。安全平台由两套硬件软件完全一致的车载安全计算机组成，两套车载计算机互为备用。在CTCS-2级列控系统的基础上，地面增加RBC设备，车载设备增加GSM-R无线电台和信息接收模块，实现基于GSM-R无线网络的双向信息传输，构成CTCS-3级列控系统，用于300-350km/h客运专线和高速铁路，系统组成如图4-2所示。图4-2 系统构成4.3 主要运营场景CTCS-3级列控系统主要运营场景包括注册与启动、注销、进出动车段、等级

51、转换、行车许可、RBC切换、自动过分相、重联与摘解、临时限速、降级情况、灾害防护、调车作业、人工解锁进路、特殊进路共十四个主要场景文件。2007年底，铁道部成立CTCS-3技术攻关组，依托武广、郑西和广深港高速铁路的建设，铁道部成立了C3技术攻关组，组织开展CTCS-3级列控系统的攻关研究工作。通过自主创新，经过两年多的努力，武广、郑西高速铁路己分别于2009年12月26日和2010年2月6日投入商业运营。CTCS-3级列控系统的攻关工作在标准规范、车载和RBC等关键设备、CTCS-3级列控系统的测试验证、系统评估、GSM-R系统承载列控信息传输等方面取得了一大批创新成果，初步建成具有完全自主

52、知识产权的CTCS一级列控系统技术标准体系和技术平台。4.4 CTCS-3级列控系统原理CTCS-3级列控系统由地面设备和车载设备组成原理图如图4-3所示。RBC根据轨道电路、联锁进路等信息生成行车许可，并通过GSM-R无线通信系统将行车许可、线路参数、临时限速传输给CTCS-3级车载设备；同时通过GSM-R无线通信系统接收车载设备发送的位置和列车数据等信息。车载安全计算机根据地面设备提供的行车许可、线路参数、临时限速等信息和动车组参数，按照目标距离连续速度控制模式生成动态速度曲线，监控列车安全运行。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

53、于车载子系统和列车控制中心进行双向信息交换。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（GSM-R）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。图4-3 CTCS-3列控系统原理图1. 地面设备地面设备由RBC、TCC、ZPW-2000（UM）系列轨道电路、应答器（含LEU）、GSM-R通信接口设备等组成；地面子系统可由以下部分组成：

54、应答器、轨道电路、无线通信网络（GSM-R）、列车控制中心（TCC）/无线闭塞中心（RBC）。其中GSM-R不属于CTCS设备，但是重要组成部分。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（GSM-R）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

55、列车控制中心管辖内列车的运行安全。 2. 车载设备车载设备由车载安全计算机（VC）、GSM-R无线通信单元（RTU）、轨道电路信息接收单元（TCR）、应答器信息接收模块（BTM）、记录单元（JRU/DRU）、人机界面（DMI）、列车接口单元（TIU）等组成。车载子系统可由以下部分组成：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。ATO、ATS、ATP3个子系统与地面相应配套系统结合，构成列车上的ATC环路控制系统。CTCS-3级是基于无线通信（如GSM-R）

56、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。3. CTCS-3级的优势体现在以下几个方面（1）CTCS-3级的车地通信采用无线方式，而且能够实现车和地之间的双向通信。相比较CTCS-2级来说，可以传输的消息量变的非常大，而且CTCS-2级为单向信息传输；（2）CTCS-3级列控