列車運行控制系統基本理論湖南交通工程職業技術學院辛芮霞第二節典型的列控系統第三節CTCS列控系統內容提綱第一節列控系統發展概述第四節機車信號與超速防護二、列車運行控制系統定義及功能三、列控系統分類第一節列控系統概述五、列車速度控制模式四、列控系統的關鍵技術一、列控系統發展概述控制模式的發展列控系統是確保行車安全的信號系統。利用地面提供的線路信息、前車(目標)距離和進路狀態，列控車載設備自動生成列車允許速度控制模式曲線，并實時與列車運行速度進行比較，超速后及時進行控制。一、列控系統發展概述分級分級連續一次連續350km/h控制模式的發展車、地信息傳輸方式點式環線軌道電路無線傳輸控制模式的發展二、列車運行控制系統定義及功能1、列車運行控制系統定義：由列控中心、閉塞設備、地面信號設備、地車信息傳輸設備、車載速度控制設備構成的用于控制列車運行速度保證行車安全和提高運輸能力的控制系統。2、功能：（1）線路的空閑狀態檢測；（2）列車完整性檢測；（3）列車運行授權；（4）指示列車安全運行速度；（5）監控列車安全運行。三、列控系統分類（1）按照地車信息傳輸方式分類：①連續式列控系統②點式列控系統③點連式列車運行控制系統（2）按控制模式分為兩種類型：①階梯控制方式②速度—距離模式曲線控制方式三、列控系統分類（3）按照人機關系分為兩種類型：①設備優先控制的方式②司機優先控制方式（4）按照閉塞方式：固定閉塞和移動閉塞（5）按照功能、人機分工和自動化程度分：①列車自動停車（AutomaticTrainStop簡稱ATS）系統②列車超速防護（AutomaticTrainProtection簡稱ATP）系統③列車自動控制（AutomaticTrainControl簡稱ATC）系統④列車自動運行（AutomaticTrainOperation簡稱ATO）系統ATSATS是一種只在停車信號（紅燈）前實施列車速度控制的裝置，是在非速差式信號體系下的產物，屬于列車速度控制的初級階段。國外多種ATS系統補充了簡單的速度監督功能，這種系統設備簡單，歷史悠久，在我國及世界各國鐵路至今廣泛采用。ATPATP是隨著速差式信號體系的建立而產生的，列車正常運行由司機控制，只在司機疏忽或失去控制能力且列車出現超速時設備才起作用，并以最大常用制動或緊急制動方式，強迫列車減速或停車。當列車速度已降至或到達限速要求，由司機判定和操作制動緩解。系統要求符合故障—安全原則。這是一種以人（司機）控為主的列車運行安全系統，在歐洲高速鐵路上普遍采用。

ATC又稱列車自動減速系統。當列車運行超過限制速度時，系統自動實施常用制動，使列車降至低于限制速度的一定值后，制動自動緩解，列車繼續運行。這是一種設備優先的列車運行安全控制系統，司機一部分操作由設備代替，但列車運行的正常調速仍由司機操作，系統同樣要求故障—安全原則。這種方式很適合于動車組，日本新干線高速鐵路采取這種方式。ATO又稱列車自動駕駛系統。按系統預先輸入的程序，保證列車運行圖的要求，由設備代替司機進行列車運行的加速、減速或定點停車的速度調整。一般情況下，司機除對列車啟動操作外，只對設備的動作進行監督，它屬于一種非安全系統，一般疊加在ATC或ATP上，列車運行的安全防護由后者承擔。這樣的系統已在地下鐵道種較廣泛采用，在地面鐵路干線上，由于運輸情況復雜，目前很少采用。四、列控系統的關鍵技術一、列車測速與列車定位1、列車測速方法（1）輪軸旋轉測速方法①測速電機方式②脈沖轉速傳感器方式

四、列控系統的關鍵技術（2）、無線測速方式①雷達測速方式多普勒雷達安裝示意圖②GPS測速定位方式四、列控系統的關鍵技術2、列車定位方法（1）軌道電路絕緣節定位方法軌道電路絕緣節是閉塞分區的分界點，絕緣節的位置在線路上是固定的，絕緣節兩邊傳輸的信息不同，所以，列車可以通過接收信息的變化了解過絕緣節的時機，把絕緣節的物理位置作為絕對信標可以獲得列車位置信息。

四、列控系統的關鍵技術（2）計軸器定位方法與軌道絕緣節設置相同，計軸傳感器安放也是固定的，通過計軸器檢測的列車占用或者出清對應計軸區段也可以獲得列車位置信息。四、列控系統的關鍵技術（3）查詢應答器方法查詢應答器不僅物理安裝位置固定，它還可以直接向通過的列車發送本應答器所處的公里坐標。（4）軌道環線定位方法軌道感應環線的兩根電纜每隔一個軌道長度（100m）要相互交叉一次，交叉回線將交變電信號送到沿鋼軌線路鋪設的交叉回線上，在回線上產生交變電磁場，,車載設備在經過每個交叉時能夠檢測到信號相位的變化,當列車駛過一個交叉點時，利用信號相位的變化引發地址碼加1，由車載計算機根據地址碼計算出列車的地理位置，這樣就可以用絕對地址信息對機車里程計產生的定位記錄進行誤差修正，減少由于車輪滑行及空轉造成的位置誤差。

四、列控系統的關鍵技術二、地—車信息傳輸技術1、移頻無絕緣軌道電路四、列控系統的關鍵技術2、基于無線通信技術的地-車信息傳輸五、列車速度控制模式一、階梯控制方式技術原理1、出、入口速度檢查控制方式

200 170 130 30 90 200

170

130

90 01 00 VL 出口檢查

入口檢查

五、階梯控制方式技術原理階梯控制又分為出口速度檢查和人口速度檢查兩種方式。出口速度檢查控制方式：該方式要求列車在閉塞分區內將列車速度降低到目標速度，設備在閉塞分區出口進行檢查。如果列車實際速度未達到目標速度以下則設備自動進行制動。。出口速度檢查方式由于要在列車到達停車信號處(目標速度為零)才檢查列車速度是否為零，如果列車速度不是零，設備才進行制動。由于制動后列車要走行一段距離才能停車，因此停車信號后方要有一段安全防護區。五、階梯控制方式技術原理入口速度檢查控制方式：列車在閉塞分區入口處接收到目標速度信號后立即以此速度進行檢查，一旦列車超速，則進行制動使列車速度降低到目標速度以下。五、列車速度控制模式2、分級曲線控制方式五、列車速度控制模式分級曲線控制方式：該方式要求每個閉塞分區入口速度(上一個閉塞分區的目標速度)和出口速度(本閉塞分區目標速度)用曲線連接起來，形成一段連續的控制曲線，曲線控制方式和階梯控制方式一樣，每一個閉塞分區只給定一個目標速度?？刂魄€把閉塞分區允許速度的變化連續起來。地面設備傳送給車載設備的信息是下一個閉塞分區的速度、距離和線路條件數據，沒有提供至目標點的全部數據，所以系統生成的數據是分級連續制動模式曲線(即以分級小曲線的變換點連成的準一次制動模式曲線)。法國TVM430系統采用了這種方式，TVM430是TVM300的換代產品，地面采用UM2000型軌道電路。五、列車速度控制模式二、速度-距離模式曲線控制方式五、列車速度控制模式速度-距離模式曲線控制不再對每一個閉塞分區規定一個目標速度，而是向列車傳送目標速度、列車距目標的距離(和TVM430不一樣，它可以包括多個閉塞分區的長度)的信息。列車實行一次制動控制方式。列車追蹤間隔可以根據列車制動性能、車速、線路條件調整，可以提高混跑線路的通過能力。這種方式稱為目標速度——目標距離方式(DISTANCETOGO)，是一種更理想的運行控制模式。第二節典型的列控系統目前，高速鐵路正在歐洲和亞洲快速發展，已通車或正在建設的高速鐵路多達十幾條，其列控系統各不相同，主要有法國的TVM300和TVM430、日本ATC和數字ATC、德國LZB80、歐洲ETCS等系統設備。

一、法國U/T系統

法國高速鐵路TGV區段的列控系統，車載信號設備采用TVM300或TVM430，地對車的信息傳輸以無絕緣軌道電路UM71為基礎，該列控系統簡稱U/T系統。一、法國U/T系統

TVM300系統在1981年于巴黎-里昂首先投入使用，系統構成簡單，造價較低。采用無絕緣軌道電路UM71,地對車的信息傳輸容量只有18個，速度監控是滯后階梯式。系統型號/安裝的列車型號TVM300/TGV-PSETVM300/TGV-ATVM430/TGV-RTVM430/TGV-NG最高時速/(km/h)270300300360閉塞制動距離/m2100200015001500正常制動距離/m84001000075009000閉塞分區數/個4556最小運行間隔/min5432

TVM300與TVM430兩種系統的比較表一、法國U/T系統TVM430系統是基于TVM300發展起來的，是為法國國鐵公司高速列車開發地，此系統可以在不對列車制動性能提出更高要求的前提下，提高鐵路的運營能力。TVM430系統在1993年于法國第三條北方線高速鐵路首先投入使用，隨著列車速度不斷提高，時速已達320km/h。近年來，法國CS公司又開發了計算機聯鎖（SEI）和列控（ATC）一體化的系統，在地中海線海峽----倫敦線開通使用，我國秦沈客運專線也采用了該系統。一、法國U/T系統TVM430主要由三部分組成，即地面設備、地-車傳輸設備和車上設備。TVM430地面設備主要由兩種柜架組成，一種是處理柜，另一種是輸入、輸出柜。處理柜包括地面安全型冗余計算機和一個轉換架。計算機用來執行功能處理，轉換架確保地面計算機故障時能可靠切換。一、法國U/T系統TVM430擁有兩條地-車數字傳輸通道：一條是利用UM—71調制軌道電路的連續式通道；另一條是利用環線的點式傳輸通道。TVM430車載設備主要由兩個機架組成，一個是電源和轉換繼電器機架（PIR）；另一個是處理機（PIC），執行所有計算處理工作。TVM430車載設備組成框圖

二、日本ATC系統

日本于1964年開通了世界上第一條高速鐵路——東海道新干線。日本新干線現有的ATC系統普遍采用超前階梯式速度監控方式，它的制動方式是設備優先的模式。二、日本ATC系統

數字式的ATC采用目標距離一次制動模式曲線方式，車載設備根據地面軌道電路傳送來的信息和各開通區間的長度，求取與前方列車所占用區間的距離，綜合線路數據、制動性能和允許速度等計算出列車運行速度，若列車接近前方減速點時，即刻生成目標距離一次制動模式曲線。目標距離一次制動模式曲線縮短了制動距離，并可根據列車性能給出不同的模式曲線，提高了運輸效率。

德國LZB系統是基于軌道電纜傳輸車地信息的列控系統，是世界上首次實現連續速度控制模式的列控系統，技術上是成熟的。它利用軌道電纜作為車地間雙向信息傳輸的通道，使用軌道電路來檢查列車占用，軌旁設備較多，給維修帶來不便。LZB以地面控制中心為主計算制動曲線，車載信號設備智能化不夠，與其他列控系統兼容比較困難。三、德國LZB系統三、德國LZB系統地面設備主要由LZB控制中心、軌間感應環線、軌道電路和軌旁單元等組成。車載設備主要由車載計算機單元、感應接收線圈等設備組成，按三取二原理配備。車載計算機控制單元式控制系統的核心，控制單元主要通過車載感應線圈與地面軌道環線之間相互交換信息，從地面接收相關控制信息，同時可以通過感應線圈向地面傳遞列車的運行速度等信息，實現了地面-列車雙方向信息傳遞。LZB系統車內設有主體化機車信號，在機車上顯示列車實際速度、目標速度、目標距離、應有速度等。LZB系統的結構列車控制的基本原理四、歐洲ETCS系統為實現歐洲鐵路互聯互通，歐盟組織確定了適用于高速鐵路列控的標準體系，技術平臺開放，歐洲正在建設和規劃的高速鐵路均采用ETCS列控系統；基于GSM-R無線傳輸方式的ETCS2系統，技術先進，并已投入商業運營，是未來高速列車控制系統的發展方向。ETCS系統構成

ETCS系統主要由地面子系統和車載子系統兩大部分構成。地面子系統主要包括:(1)歐洲應答器(Eurobalise)；(2)軌旁電子單元(LEU)；(3)無線通信網絡(GSM-R)；(4)無線閉塞中心(RBC)；(5)歐洲環線(Euroloop)；(6)無線注入單元(Radioinfillunit)。ETCS系統構成ETCS系統構成車載子系統主要包括:(1)ERTMS/ETCS車載設備；(2)鐵路無線移動通信系統(GSM-R)；(3)專用傳輸模塊(STM,即SpecificTrans-missionModules)。ETCS的分級ETCS從運用角度分為5級(0-3級、0+級)。0級：ETCS車載設備+傳統列控系統。1級：地面信號＋查詢應答器＋軌道電路2級：軌道電路＋查詢應答器＋GSM-R3級：查詢應答器＋GSM-R0+級(STM)二、CTCS的系統結構三、CTCS的功能一、我國列車控制系統的發展四、CTCS的應用等級第三節CTCS列控系統一、我國列車控制系統的發展1997年4月1日，全路實施第一次大提速，開行了運行速度120～160km/h的跨局特快旅客列車8對，“夕發朝至”旅客列車78列。貨物列車最高運行速度達到80km/h。這是我國鐵路為了提高運輸質量，適應經濟和社會發展邁出的重要一步。

1998年10月1日，全路實施第二次大提速，重點是在京滬、京廣、京哈三大干線上延展提速區間，增加提速列車數量。特快旅客列車達到80對，“夕發朝至”旅客列車116列，行包專列8對，最高時速達到140公里至160公里；

。一、我國列車控制系統的發展

2000年10月21日，全路實施第三次大提速，提速的重點線路是隴海、蘭新、京九和浙贛等線，大量壓縮了北京西、上海至烏魯木齊的旅客列車運行時間。開行特快旅客列車達到142對，“夕發朝至”旅客列車226列，行包專列14對，“五定”班列運行線71條。一、我國列車控制系統的發展

2001年10月21日，全路實施第四次大提速。這次提速是挖掘現有提速資源，進一步優化資源配置，完善提速網絡，并首次將合資鐵路納入提速范圍，提速里程達4257公里，使提速網絡基本覆蓋全國主要地區。開行旅客列車1194.5對，其中特快旅客列車達到188.5對。一、我國列車控制系統的發展

2004年4月18日，全路實施第五次大提速。這次提速各局采取壓縮追蹤間隔等措施，列車密度有了新的提高。第五次大提速后，全路平均客運能力提高18.5％，圖定貨運能力提高15％，快速線路里程達到16500公里。一、我國列車控制系統的發展一、我國列車控制系統的發展

2007年4月18日，第六次大面積提速，是在京哈、京滬、京廣、隴海、浙贛、膠濟、武九、廣深線等既有干線實施的２００公里速度級的提速，有條件的線路列車運行時速可達２５０公里。

一、我國列車控制系統的發展CTCS（ChineseTrainControlSystem）：中國列車運行控制系統

為了適應鐵路跨越式發展戰略，2003年10月，鐵道部已經制定了《中國列車控制系統(CTCS)技術規范總則(暫行)》和相應CTCS技術條件。CTCS技術規范是參照歐洲列車運行控制系統(簡稱ETCS)編制的。它以分級的形式滿足不同線路運輸需求，在不干擾機車乘務員正常駕駛的前提下有效地保證列車運行的安全。

借鑒歐洲列控系統（ETCS）建設經驗，結合我國鐵路運輸特點和既有信號設備制式，考慮未來發展，制定了我國列控系統CTCS技術標準，分為CTCS-1、2、3、4級。既有線提速和250km/h客運專線CTCS-2級300km/h及以上客運專線CTCS-3級面向未來的列控系統CTCS-4級一、我國列車控制系統的發展CTCS-1CTCS-0CTCS-2CTCS-3CTCS-4地面設備聯鎖閉塞進出站口應答器區間應答器列控中心RBCGSM-RRBCGSM-R車載設備機車信號LKJBMTATPGSM-R+ATPGSM-R適應最高速度160km/h160km/h200-250km/h（理論300km/h）300-350km/h高速和特殊線路一、我國列車控制系統的發展一、我國列車控制系統的發展CTCS系統ETCS系統CTCS-0CTCS-1ETCS-0CTCS-2ETCS-1CTCS-3ETCS-2CTCS-4ETCS-3列控系統對照表二、CTCS的系統結構二、CTCS的系統結構LEUCabinetLEUCabinet信號樓SignalingRoom信號樓SignalingRoom111213141112皇姑屯站HGTStation沈陽北站SYBStation下行/Downdirection上行/Updirection列控系統結構CTCS-1二、CTCS的系統結構列控系統結構CTCS-2該系統是我國獨創的列車運行控制技術體系，采用速度-目標距離列車控制模式，實現對列車運行的智能化控制，已成功用于既有線時速200~350公里提速線路。

二、CTCS的系統結構列控系統結構CTCS-3三、CTCS基本功能1、系統按照故障-安全原則，在任何情況下防止列車無行車許可證運行；2、防止列車超速運行；3、防止列車溜逸；技術內容CTCS-0CTCS-1CTCS-2CTCS-3CTCS-4完整性檢查軌道電路列車自身信息傳輸方式自動閉塞車載感應接收-------列車定位測速測距應答器進路存儲數據存儲數據+應答器應答器應答器+RBCRBC線路、限速、過分相------------應答器應答器+RBCRBC移動授權自動閉塞自動閉塞軌道電路軌道電路+RBCRBC通信方向地-車地-車地-車地-車車-地地-車車-地傳輸通道軌道電路軌道電路+應答器軌道電路+應答器軌道電路+應答器+RBC應答器+RBC速度模式分級式分級式連續式目標速度-距離連續式目標速度-距離移動閉塞CTCS-1CTCS-0CTCS-2CTCS-3CTCS-4四、CTCS應用等級二、列車運行監控記錄裝置三、列車超速防護ATP一、機車信號四、站內軌道電路電碼化第四節機車信號與超速防護一、機車信號

為了保證行車安全，提高運輸效率及司機的勞動條件，在自動閉塞及半自動閉塞運行的列車上都要安裝機車信號，當采用了機車信號設備后，能避免自然條件干擾，提高司機接收信號的可靠性。一、機車信號機車信號是設于機車駕駛室內的一種能夠自動顯示列車運行前方地面信號機顯示的機車車載系統,通過對接收到的地面信號進行處理,得到列車運行前方信號機的顯示信息,并將信息通過設于機車駕駛室內的顯示機構顯示出來。

機車信號由地面設備和機車設備組成,是一種單方向傳遞信息的控制系統,即信息只能從地面向機車傳遞,而不能反向傳遞。一、機車信號機車信號按機車接收地面信息的時機可分為：點式、連續式和接近連續式三種。點式機車信號是在線路上某些固定地點，如進站信號機外方1200m和400m處通過第面設備向機車傳遞信息，用于非自動閉塞區段。一、機車信號接近連續式機車信號是在車站的接近區段和站內正線接車進路及到發線股道上通過軌道電路連續地反映地面信號顯示，廣泛用于半自動閉塞區段。

連續式機車信號能在整條線路上連續不斷地反映線路狀態和運行條件，用于自動閉塞區段。

機車信號機顯示信號

1．三顯示自動閉塞區段的連續式機車信號機(1)一個綠色燈光——準許列車按規定速度運行，表示列車接近的地面信號機顯示綠色燈光。機車信號機顯示信號(2)一個黃色燈光——要求列車注意運行，表示列車接近的地面信號機顯示一個黃色燈光，或相應的其他顯示。機車信號機顯示信號(3)一個雙半黃色燈光(交流計數制式的自動閉塞區段為一個黃色燈光）——準許列車經道岔側向位置，限速越過接近的地面信號機，表示列車接近的地面信號機顯示兩個黃色燈光或一個黃色閃光和一個黃色燈光。機車信號機顯示信號(4)一個半黃半紅色燈光——要求及時采取停車措施，表示列車接近的地面信號機顯示紅色燈光。機車信號機顯示信號(5)一個紅色燈光——表示列車已越過地面上顯示紅色燈光的信號機。機車信號機顯示信號（6）一個白色燈光——不復示地面上的信號顯示，機車乘務人員應按地面信號機的顯示運行。無顯示時，表示機車信號機在停止工作狀態。機車信號機顯示信號2．四顯示自動閉塞區段連續式機車信號機(1)一個綠色燈光——準許列車按規定速度運行，表示列車接近的地面信號機顯示綠色燈光。機車信號機顯示信號(2)一個半綠半黃色燈光——準許列車按規定速度運行，要求注意，表示列車接近的地面信號機顯示一個綠色燈光和一個黃色燈光。機車信號機顯示信號(3)一個黃色燈光——要求列車減速運行，表示列車應按規定的限速值越過接近的顯示一個黃色燈光的地面信號機，或其他相應顯示。機車信號機顯示信號(4)一個帶“2”字的黃色燈光——要求列車減速運行，表示列車應按規定的限速值越過接近的顯示一個黃色燈光的地面信號機，并預告次一架信號機開放經道岔側向位置的信號顯示。機車信號機顯示信號(5)一個雙半黃色燈光——準許列車經道岔側向位置，限速越過接近的地面信號機，表示列車接近的地面信號機顯示兩個黃色燈光，或其他相應顯示。機車信號機顯示信號

(6)一個半黃半紅色燈光——要求及時采取停車措施，表示列車接近的地面信號機顯示紅色燈光。機車信號機顯示信號(7)一個紅色燈光——表示列車已越過地面上顯示紅色燈光的信號機。機車信號機顯示信號(8)一個白色燈光——不復示地面上的信號顯示，機車乘務人員應按地面信號機的顯示運行。無顯示時，表示機車信號機在停止工作狀態。二、列車運行監控記錄裝置列車運行監控記錄裝置LKJ的主要功能是監控列車運行速度，在司機欠清醒或失控的情況下，對列車實施緊急制動。同時起“黑匣子”的作用，記錄列車運行、機車運用及司機操作。列車運行監控記錄裝置LKJ對保證列車安全，改善對司機、機車的管理發揮了積極的作用。①屏幕最上方顯示的數據窗口依次為：色燈，速度等級，列車運行速度，限速，距前方信號機距離，前方信號機編號，前方信號機類型，日期和時間。

②屏幕右邊顯示系統狀態，自上到下依次為：故障，降級，緊急，常用，卸載，解鎖，允許開車，調車狀態，控制權，巡檢，IC卡，A/B機狀態，允許支線輸入，允許側線輸入。

③屏幕中間為速度曲線和限速曲線的顯示窗口，同時在背景上顯示運行線路的信號機，道岔，車站中心及相應站名，電分相等數據。下方的三個小窗口依次為線路縱斷面，線路曲線，和道橋隧。整個曲線顯示的約五分之一處有一條垂直分隔線，表示此處為列車當前位置，顯示一個列車圖標，其長度為按照計長換算的列車實際長度。④屏幕最下方為信號機處的公里標座標值。狀態指示含義如下：故障：在CAN總線故障時，點亮此指示燈。緊急：裝置處于緊急制動工況時，點亮此指示燈。降級：裝置處于降級工況時，點亮此指示燈。卸載：裝置處于卸載工況時，點亮此指示燈。常用：裝置處于常用制動工況時，點亮此指示燈。解鎖：解鎖成功后，此指示燈點亮。開車：開車條件滿足，允許按壓【開車】鍵時，點亮此指示燈。

調車：裝置處于“調車”狀態時，“調車”指示燈點亮。控制權：指示本端顯示器是否有權。（有權/無權）巡檢指示：在按巡檢鍵后，此指示燈點亮4秒鐘。IC卡：IC卡插入到位時，該指示燈點亮。A/B機：指示當前工作主機是A機還是B機。支線：當允許支線輸入時，該燈點亮，輸入支線號，主機確認后，顯示所輸入的支線號。側線：當允許側線輸入時，該燈點亮；輸入側線號，主機確認后，顯示所輸入的側線號。屏幕數據說明：1、前方信號顯示（四顯）。2、當前速度。3、當前限速。4、距下一架信號機米數。5、進站的岔子顯示。6、站中心。7、出站的岔子。

8、當前的速度曲線。9、當前的限速曲線（這可是司機的飯碗，碰到這個紅線就下崗了）。10、當前的位置。11、信號