《現代鐵路信號控制系統》學習資料

鐵路通信信號系統是鐵路運輸的基礎設施，是實現鐵路統一指揮調度，保證列車運行安

全、提高運輸效率和質量的關鍵技術設備，也是鐵路信息化技術的重要技術領域。

現代信息類技術的迅速發展。對鐵路信號、通信產品和服務產生了重要影響。鐵路通信和

信號技術，以及現代鐵路信息化系統之間的關系和作用變得密不可分。車站、區間和列車控制

的一體化，鐵路通信信號技術的相互融合，以及行車調度指揮自動化等技術，沖破了功能單

一、控制分散、通信信號相對獨立的傳統技術理念，推動了鐵路通信信號技術向數字化、智能

化、網絡化和一體化的方向發展。

在列車運行控制技術方面，計算機、通信、控制技術與信號技術集成為一個自動化水平很

高的列車運行自動控制系統（簡稱列控系統）。列控系統不僅在行車安全方面提供了根本保

障，而且在行車自動化控制、運營效率的提高及管理自動化等方面，提供了完善的功能，并向

著運輸綜合自動化的方向發展。列控系統技術是現代化鐵路的重要標志之一。

隨著列車速度的提高，列車的運行安全除了以進路保證外，還必須以專用的安全設備，監

督、強迫列車（司機）執行。這些安全設備從初級的列車自動停車裝置、自動告警裝置、列車速

度自動監督系統（或列車速度自動檢查裝置）發展到列車速度自動控制系統。

列車自動控制系統（ATC）一般指系統設備（包括地面設備和車載設備），同時也是一種閉

塞方式，主要包括：

1.以調度集中系統CTC為核心，綜合集成為調度指揮控制中心。

2.以車站計算機聯鎖系統為核心，綜合集成為車站控制中心。

3.以列車速度防護與控制為核心，綜合集成為列車（車載）運行控制系統。

4、以移動通信（例如GSM-R）平臺，構建通信信號一體化的總成系統（例如CTCS）。

列車自動控制系統（ATC）的主要功能有四項：

?檢查列車在線路上的位置（列車檢測）。

?形成速度信號（調整列車間隔）。

?向列車發送速度信號或目標距離信號（信號傳輸）。

?按速度或目標距離信號控制列車制動（制動控制）。

上述一至三項功能由地面沒備完成，第四項功能由車載設備完成。

本章主要內容為200knVh動車組司機駕駛所需要的列控ATP技術和GSM-R系統中的無線列

調功能。

第一節列控ATP系統技術原理

列控ATP系統的組成與功能

列控ATP是列車超速防護和機車信號系統的一體化系統，列控ATP系統主要由車載設備

及地面設備兩大部分組成，地面設備與車載設備一起才能完成列車運行控制的功能。

圖1.1.1是列車運行控制系統地面設備原理框圖。

圖1.1.1列車運行控制系統地面設備原理框圖

地面控制中心通過電纜與鐵路線上的軌道電路、信號機、應答器等設備相連。主要完成列

車位置檢測、形成速度信號及目的距離等信號，并將此信號傳遞給列車，車載設備將按照速度

信號控制列車制動。

列控ATP系統車載設備原理框圖見圖1.1.2。

車載設備主要由天線、信號接收單元、制動控制單元、司機顯示器、速度傳感器等組成。

機車頭部的天線接收到地面的速度命令及目的距離等信號，經過信號接收單元放大、濾

波、解調后，將此命令的數據送到司機顯示器和制動控制單元。制動控制單元收到速度傳感器

傳送的信號，測量出列車的實際速度，將實際速度與信號命令比較，如果判斷列車需要制動，

則產生制動信號，直接控制列車制動系統。列車就會自動減速或停車。

列控ATP系統主要功能是：

1.防止列車冒進關閉的信號機；

2.防止列車錯誤出發；

3.防止列車退行；

4.防止列車超速通過道岔；

5.防止列車超過線路允許的最大速度；

6.監督列車通過臨時限速區段；

7.在出入庫無信號區段限制列車速度。

為保證列車運行控制系統不間斷地工作和加強設備的維修與管理，在列車運行控制系統的

地面和車上都安裝有監視設備。

地面監視系統可以檢測信號機、軌道電路、地面控制中心的接收和發送設備等。檢測結果

可以在維修工區顯示及儲存，也可以通過通信網送往維修基地和調度中心。設備異常前數小時

內信號設備動作情況可以保存下來，供故障分析用。

車上監視設備可以將列車運行過程中速度信號、制動裝置動作以及列車實際速度和司機

操作等狀態保存下來。一般可保存12-72h有關運行安全的資料。

二.列控ATP系統技術原理

國外鐵路采用的列控系統主要有：日本新干線ATC系統，法國TGV鐵路和韓國高速鐵路的

TVM300及TVM430系統，德國及西班牙鐵路采用的LZB系統，及瑞典鐵路的EBICA900系統等。

各國的列車自動控制系統都具有自己的特點，有不同的技術條件和適應范圍。

1.列控ATP系統技術的分類

(1)按照地面向機車傳送信號的連續性來分類，分為兩種類型：

①連續式列控系統，如：德國LZB系統、法國TVM系統、日本數字ATC系統。

連續式列控系統的車載設備可連續接收到地面列控設備的車-地通信信息，是列控技術應

用及發展的主流。

采用連續式列車速度控制的日本新干線列車追蹤間隔為5min,法國TGV北部線區間能力

甚至達到3mino連續式列控系統可細分為階梯速度控制方式和曲線速度控制方式。

②點式列控系統，如：瑞典EBICAB系統。

點式列控系統接收地面信息不連續，但對列車運行與司機操縱的監督并不間斷，因此也有

很好的安全防護效能。

(2)按照列車速度防護方式，分為兩種類型：

①階梯控制方式

出口速度檢查方式，如：法國TVM300系統

入口速度檢查方式，如：日本新干線傳統ATC系統

②曲線控制方式

分級曲線模式，如：法國TVM430系統、

速度-距離模式，如：德國LZB系統，日本新干線數字ATC系統

(3)按照人機關系來分類，分為兩種類型：

①設備優先控制的方式。如：日本新干線ATC系統。

②司機優先控制方式，如：法國TVM300/430系統、德國LZB系統

2.階梯控制方式技術原理

每個閉塞分區設計為一個目標速度。在一個閉塞分區中無論列車在何處都只按照固定的速

度判定列車是否超速。

階梯控制方式可不需要距離信息，只要在停車信號與最高速度間增加若干中間速度信號，

即可實現階梯控制方式。因此軌道信息量較少，設備相對比較簡單，這種傳統的控制方式是目

前高速鐵路最普遍采用的控制方式。

階梯控制又分為出口速度檢查和人口速度檢查兩種方式。

(1)出口速度檢查控制方式

法國TGV300系統采用了這種方式，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。

階梯控制出口速度檢查方式示意圖見圖l-l-3o

圖1-1-3階梯控制出口速度檢查方式示意圖

TVM300系統是其早期產品，系統構成簡單，由于受當時技術條件限制，地對車信息傳輸容

量僅有18個，因此它的速度監控是階梯式的(見圖4—1),它只檢查列車進入軌道區段的人口

速度，不檢查出口速度，因此為保證安全，它需要有一個保護區段，這對線路的通過能力有一

定的影響，同時這種階梯監控分段制動的方式也不符合一般列車的連續制動模式。

TVM300系統的速度監督模式曲線如圖7-1-4所示。

圖1-1-4法國TVM300系統階梯控制出口速度檢查方式示意圖

TVM300車載設備系統結構如圖1-1-5所示。

圖1-1-5TVM300車載設備系統框圖

TVM300車載設備主要包括連續式信號傳感器及接收機、點式信息傳感器及接收機、速度傳

感器及處理單元及速度顯示器、音響報警器、制動閥轉換開關、輔助表示燈等。

連續式機車信號接收機接收地面連續信息，通過處理給出目標速度和監督速度，同時把來

自測速單元的列車實際速度和監督速度進行比較，如果列車實際速度超過監督速度，則控制列

車實施制動。連續式機車信號是車載設備的核心，采用了主備方式的雙重結構。

連續式機車信號的接收其主備兩套設備完全相同，從感應器、接收機到顯示器都是分開

的，兩套同時工作接收地面信息。兩套設備正常工作時，主備兩機的速度控制繼電器以并聯方

式控制制動繼電器使之得電，主顯示器和主機接通工作，各顯示器備機電路斷開備用，報警電

路只接入主機，當主機或備機發生故障時，不會導致制動繼電器失電而自動停車。但這種概率

很小，當主機發生故障時，通過自動轉換電路，把備顯示器接人備機，報警電路也由主機轉到

備機；如果備機故障，主機原來的工作狀態，主備機均有故障報警；僅主顯示器故障時，自動

轉換電路還在工作，由司機用轉換開關手動接通輔助顯示器。

測速設備由測速電機和測速單元組成，只采用一個測速電機，但是測速單元為兩路，只選

擇一路輸出至機車信號接收器。設有兩路檢查工作情況的電路，如果測速電路故障，兩路速度

相差很大，則發出燈光報警，司機通過開關選擇速度較高一路作為安全輸出。

法國TGV地面信號傳輸設備為UM71(或UM2000)型軌道電路。地面不設信號機，只在閉塞

分區分界點處設停車標。司機駕駛列車完全根據機車信號的速度顯示，視機車信號為主體信

號。

TVM300每一個閉塞分區內只按照一個允許速度進行控制。列車的允許速度為本區段的人口

速度，即上一區段的目標速度。機車信號顯示器給出的是目標速度，要求列車在區段的出口處

必須保持或降低到此速度。如果司機按照機車顯示給出的目標速度運行，速度監督設備不于預

司機操作。當列車速度超過規定的允許速度時，速度監督設備則自動實施制動。

TVM300型設備包括連續式機車信號、點式信息接收設備以及列車速度監督設備。速度監督

設備分為兩部分，一部分是測速單元，另一部分為列車制動控制電路。TVM300型車上設備與

UM71軌道電路、地面點式環線系統構成完整的列車運行間隔調整系統，對高速列車運行進行安

全防護。地面發送設備具有18個低頻信號(TBF)。法國TGV實際只使用了14個TBF信號。此

外地面還配有環線點式發送設備，具有14個單頻信號，向機車傳遞“列車進入上行線”、

“列車進入下行線”、“絕對停車”、“駛出TVM300控制區段”等信息。

為發揮乘務員責任感及駕駛技巧，法國鐵路采用了人控為主，設備起監督作用的控制方

式。

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。

(2)入口速度檢查控制方式

日本新干線傳統ATC系統采用這種方式，新干線采用速度分級，人口制動，自動緩解的控

制方式。該方式要求列車在閉塞分區人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。

新干線ATC列車檢測采用了有絕緣音頻軌道電路。新干線ATC車載設備與我國普通機車信

號不同，它不向司機預告前方地面信號的燈光顯示而是給出列車所在區間列車的目標速度。

采用ATC設備后，司機按照機車上的ATC速度信號行車，普通自動閉塞采用的地面信機就

不設了。列車經過的正線、到發線、咽喉區都發送相應的速度信號。司機按照機車上的速度信

號進出車站。

階梯控制入口速度檢查方式示意圖見圖1-1-60

圖1-1-6日本新干線傳統ATC系統階梯控制入口速度檢查方式原理示意圖

列車的允許速度為本區段的人口速度，即上一區段的目標速度。機車信號顯示器給出的是

目標速度，要求列車在區段的出口處必須保持或降低到此速度。如果司機按照機車顯示給出的

目標速度運行，速度監督設備不于預司機操作。當列車速度超過規定的允許速度時，速度監督

設備則自動實施制動。

日本新干線傳統ATC系統階梯控制入口速度檢查方式原理示意圖見圖1-1-7

圖1-1-7日本新干線傳統ATC系統階梯控制入口速度檢查方式原理示意圖

這種方式在遇上前方停車信號時，列車在閉塞分區人口處立即制動，對許多列車來說會過

早地停車，

為防止列車冒進信號，ATC系統除靠軌道電路連續傳送速度信號外還設有一些輔助信號，

日本新干線采用了停車信號前再裝P點的方式，軌道電路發送30信號，只在列車收到30信號

且又經過P點時車上才會形成停車信號。當軌道電路發送30信號時，經過P點后變為01停車

信號。在車站到發線停止標志和警沖標之間設有環線可以發送03停車信號，列車收到03信號

后非常制動。

在新干線03區段內又加裝了點式冒進檢測裝置，當列車冒進后關閉全站信號，軌道電路

發送02E信號使列車制動以防止發生側面沖突重大事故。

分級速度制動方式存在以下主要問題：

?制動距離的確定。由于線路上運行的各種列車制動性能各異，為了確保安全，系統只能

按制動性能最差的列車性能來確定制動距離，這對于制動性能好的列車來說是個損失，影響進

一步提高運行密度。

?ATP制動控制只進行制動和緩解兩種操作，不調整制動力大小，因此列車減速度變化

大，旅行舒適度差。

?采用多段制動方式時，每個閉塞分區都要考慮列車從人口速度降低到出口速度減速制動

距離，列車實際的減速過程要包括列車在信號設備動作時間及制動空走時間中走行的距離，此

外還要在防護點之前留有一定安全距離。如果列車從200km/h分三段降到速度0,則存在3

個空走距離和3個安全距離。如果只用一次制動的話，則只需要一個空走距離和一個安全距

離。分段制動方式增加了列車追蹤間隔。分段制動方式和一次制動方式示意圖見圖1-1-8

圖1-1-8分段制動方式和一次制動方式式示意圖

3.曲線控制方式

（1）分級曲線控制方式

法國TVM430系統采用了這種方式，該方式要求每個閉塞分區人口速度（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。控制曲線把閉塞分區

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）。TVM430是TVM300的換代產品，地面

采用UM2000型軌道電路

TVM430每一個閉塞分區給定一個目標速度，但用曲線代替原來的階梯控制線。列車速度超

過限速曲線時，列控設備實施制動。為防止冒進信號發生追尾，仍設有保護區段。TVM430的允

許速度不是固定為該區段的人口速度（上一區段的出口速度），而是隨著列車的移動而變化，在

出口處達到目標速度。因此超速制動的時機要早一些，有利于縮短列車追蹤間隔。此外，

TVM430還增加了下一個閉塞分區的速度預告，如果下一個閉塞分區要求減速則速度顯示閃動，

提醒司機注意。如果速度顯示穩定則表示下一個閉塞分區不減速。法國TVM430速度曲線控制

方式見圖1-1-9中曲線。

圖1-1-9法國TVM430曲線控制方式示意圖

在曲線控制方式下，列車在一個閉塞分區中運行時，列控設備判定列車超速的目標速度不

再是一個常數，而是隨著列車行駛不斷變化，即是距離的函數。因此列控設備除了需要接收目

標速度信息外，還要接收到閉塞分區長度及換算坡度的信息。TVM430系統的軌道電路可以傳遞

27bit信息，其中目標速度信息6bit,距離信息8bit,坡度信息4bit。

法國TGV區段允許雙線雙方向運行，反向運行按單線自動閉塞方式處理。TGV區段每隔25

—30km設有區間渡線，用于特殊情況下組織反方向運行。

圖1-1-10是渡線道岔反位時允許列車以低于160km/h的速度進入鄰線的速度控制方

式。渡線區前方設絕對停車標和絕對停車的點式環線。列車通過渡線后，如果前方區間空閑則

列車可以提高速度運行。

O—帙螃點式估，

絕對停車點式信息

-絕對停車標

圖1-1-10列車越渡線時的列車控制

法國TGV線與普通線連接處設有地面信號機和TGV標志牌，過分界的速度為160km/ho圖

7-1-11是列車由普通線進入TGV的控車方式。

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圖1-1-11列車越渡線時的速度控制

圖1-1-12是列車由TGV線進入普通線的控車方式

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匹TGV末端柝志

圖1-1-12列車由TGV線到普通線時的速度控制

法國TVM列控系統與日本新干線ATC系統比較有下面幾個特點:

①采用電氣諧振式無絕緣軌道電路代替使用機械絕緣的軌道電路，既有利于無縫線路

的敷設又有利于牽引電流平衡回流。

②采用1.7—2.6kHz載頻，FSK或FM調制方式。用增大發送功率和提高接收端電平的方

法改善抗干擾能力。

③TVM300有18種TBF,可以有18種速度信號，實際使用14種。TVM430使用了報文方

式，共有21血，其中速度編碼為8位，共有256種速度信號。日本新干線采用雙頻組合方

式，理論上可組成36種速度信號，實際上使用了8種。

④法國采用“人控優先”的控制原則。列車正常運行由司機駕駛，只有在司機失誤并可能

出現危險的情況下列控設備才強迫列車制動。法國鐵路認為這種人機關系有利于發揮司機的技

術能力，加強其責任感。日本新干線ATC系統采用“設備優先”的控制原則。列車減速一般由

設備完成，當列車速度減到30km/h以下需要在車站停車時才由司機操縱以保證列車停在正

確位置。

⑤法國列控設備制動后，當列車速度低于目標速度后只給出允許緩解的表示，由司機進行

緩解操作。日本新干線ATC當列車速度低于目標速度后自動緩解，這種方式要求列車制動系統

連續多次制動后制動力不衰竭。

⑥法國TGV線站間距長，每隔25—30km設置了區間渡線。法國列控系統具有完善的區間

渡線安全防護功能，在特殊情況下允許列車像單線自動閉塞那樣組織反向行車。

⑦法國TGV列控系統利用軌道內敷設的環線發送點式信號。TVM300系統采用模擬環線信號

共有14個點式信息。TVM430系統采用PSK（相移鍵控）數字環線信號。日本新干線點式信號為

變頻方式，信息量較少。

⑧法國高速鐵路采用“人控優先”的設計原則，系統采用雙重冗余方式，比日本新干線的

三重冗余所用設備少，造價也較低。

（2）速度-距離模式曲線控制方式

速度-距離模式曲線控制實現了一次制動方式，ATC系統的車載設備為智能型設備，它根據

目標速度、目標距離、線路條件、列車性能生成的目標-距離模式曲線進行連續制動，縮短了

運行間隔，提高了運輸效率，增加了旅行舒適度。為了實現這一方式，地面設備必須向列車發

送前方列車的位置、限速條件等動態數據，以及線路條件等固定數據，數字ATC的地面設備以

數據編碼向列車傳送信息，信息量明顯增加，可靠性高。

德國LZB系統和日本數字ATC系統采用這種控制方式，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。

德國連續式列車自動控制系統LZB是由軌旁設備LZBL72和車載設備LZB80構成。所有

固定數據如線路地理參數、局部的固定限速等都貯存在LZB中心。聯鎖系統向控制中心傳送信

息顯示、道岔設置及其他數據的同時，系統范圍內的列車也向控制中心傳送它們的特殊數據，

如列車長度、列車位置、實際速度等等。區間列車占用情況檢查是通過區間軌道電路或計軸設

備等完成的。根據上述數據，控制中心確定每列列車的最大標稱速度）指揮列車運行，德國LZB

系統列車速度一距離方式示意圖見圖l-l-13o

圖1-1-13德國LZB列車速度-目標距離曲線控制方式示意圖

在LZB系統中，地面和車上的信息是通過感應環線相互傳送的。每個LZB地面控制中心最

長可以控制12.7km的環線，每個短回線發送接收單元的環線長度為左右各300m,環線，每

100m交叉換位一次，以對電氣進行補償，同時也用于確定列車的實際位置。

地面設備由控制中心和環線系統構成。控制中心與調度中心、微機聯鎖、相鄰控制中心交

換數據，并通過環線和列車交換數據，控制每一列車運行。LZB地面設備配置如圖1-1-14所

Zj\O

日本新干線ATC系統已投入使用30多年，系統基本控制方式幾乎沒有變化。近年來為進

一步提高高速列車速度和行車密度，采用最新計算機技術和數字技術對現行的ATC系統進行了

改進，增加了車-地通信數據，到1993年3月，山陽新干線（新神戶至博多）全線都更換成為這

種新的數字ATC系統。其制動曲線如圖1-1-15所示。

圖1-1-15日本新干線數字ATC曲線控制方式示意圖

根據增加的數據和車上線路數據結合起來，列車就可以知道自己現在處于什么位置、據前

方停車點（或限速點）還有多少距離，列車根據這些數據，結合本身的牽引及制動性能，計算出

最高允許速度，控制列車在允許速度以下運行。這種方式只是再增加數字信息發送設備，地面

接收設備和原有車上設備可保持不變，新的車上設備可以接收數字信息，實現高速運行。

日本數字ATC系統采用這種方式有以下優點：

①由于根據數字信息可以知道距停車點的距離，所以，可以實現車上智能化，不同性能的

列車可以根據自己的制動性能進行控制，實現不同速度、不同性能的列車混跑；

②列車能夠實現一次模式曲線制動控制，常用制動分為最大常用制動和一般常用制動，

提高了乘坐舒適度，縮短運行間隔。

4.點式列控ATP系統技術原理

點式列控系統從原理上可實現階梯控制和曲線控制，這里只介紹速度曲線控制類型。點式

列控系統造價低、維修工作少。

瑞典鐵路采用的列車速度控制系統是ABB公司生產的點式列車自動防護系統。根據運

營要求形成EBICAB700、800和900系列。EBICAB900系統是適用于高速鐵路的ATP系統。它可

以監督列車運行情況和司機的操作，向司機提供有關的信號信息，幫助司機以最安全、最有

效的方式駕駛列車。

EBICAB900系統對目標速度監督采用模式曲線方式。系統考慮距離、速度、制動能力和坡

道參數，通過計算在距離速度坐標平面得到一組檢查曲線，該組曲線匯集到給定的目標點上。

目標速度監督方式如圖1-1-16所示。

圖1-1-16瑞典EBICAB9000列車目標速度監督方式

從圖7-1-13可以看出檢查曲線組把速度距離平面分成若干個區域，記為A?F。

A區在通過應答器開始，在顯示器上顯示目標速度并鳴笛0.5So

B區在ATP制動曲線之前8s開始，進入此區顯示器閃光(120次/min)并鳴笛。

C區在ATP制動前3s開始，如果司機仍未制動則鳴笛2次。

D區在ATP制動曲線處開始，此時系統進行制動，“ATP制動”燈點亮。

E區在常用全制動曲線處開始，在此區將進行最大常用制動。

F區在緊急制動曲線處開始，在此區將進行緊急制動。

這種制式不需要像人口階梯控制那樣要在停車信號前設置P點，也可以不設置出口階梯控

制所必需的保護區段。

點式系統的主要弱點是信號追蹤性不佳。它只能在指定的信號點接收信息，如果列車經過

某信號點之后，先行列車位置移動，地面信號發生了變化，車上控制系統不能立即知道，而必

須等列車到達下一個信號點才能接收到。因此，點式列控系統限制了列車追蹤間隔的進一步減

少。

5.優先控制方式

(1)設備優先控制方式

設備優先的列控ATP系統在列車速度高于目標速度后立即進行制動控制，當列車速度低于

目標速度后自動緩解，不必司機參子。其優點是能最大限度減輕司機負擔，有利于縮短列車追

蹤間隔。這種控制方式對設備本身的自動化程度及列車的制動緩解性能要求較高。

(2)人控優先方式

人控優先的方式只有在列車速度超過安全運行所允許的速度，設備才進行懲罰性的強迫

制動。列車正常運行時設備不干預司機操作。人控優先的系統有助于加強司機的責任感，發

揮其駕駛技巧。

三.秦沈客運專線列控ATP系統實例

秦沈客運專線引進了法國的U/T系統。

法國高速鐵路TGV區段均采用帶速度監督的TVM300型或TVM430型機車信號，地面信息

傳輸采用UM系列無絕緣軌道電路。簡稱U/T系統。機車信號帶有列車速度監督是法國U/T

系統的一個特點，它是保證行車安全、防止列車超速運行的有效手段。U/T系統對速度的控制

是采用分段(每個軌道區段)制動的列控模式，司機按照每一個軌道電路地面信息給出的速度值

運行時，速度監督設備將不干預司機正常操作，當司機違章操作或列車速度超過規定的允許速

度時，速度監督設備就將自動實施制動。

法國第三條北方線高速鐵路，列車運行速度已達320km/h,為此法國有關公司對原由模擬

電路構成的U/T系統進行了全數字化的改造，現已投入使用的有TVM400系列產品，其中

TVM430系統是我國最熟悉的。TVM400系列采用了數字電路技術使設備結構小型化、模塊化，

采用數字通信技術使車地間的信息傳輸數字編碼化，從而使車地間的信息傳輸量有較大增加，

這些信息除原有用于列車間隔的速度等級外，還可滿足線路坡道、距離等不同線路數據的要

求，因此其速度監督由過去的階梯控制方式改為分級連續模式曲線控制方式，原TVM300系統

的保護區段可以取消，其線路通過能力有所提高，同時，其控制曲線已接近連續控制模式。由

于TVM430仍然是按速度等級分段制動，其列車追蹤間隔主要與閉塞分區的劃分和車速有關，

而一般閉塞分區長度的確定是以線路上最壞性能的列車為依據，因此它一般適用于像法國高速

線路上運行的列車性能基本一致的情況，而對于實行列車性能差別較大的高中速混合運行的線

路，采用這種模式能力是要受到較大影響的。

TVM430系統通常與SEI列控聯鎖一體化地面系統配套應用，在法國地中海線、海峽-倫敦

線，我國的秦沈客運專線采用了此系統。

1.SEI/TVM430系統主要功能

(l)SEI為TVM430系統的車站區間一體化設備，即區間地面設備與車站聯鎖集成為一體

化。SEI可根據列車運行的位置，前后列車之間的運行間隔、固定限速和臨時限速等條件，產

生列控車載系統所需要的全部地面信息，包括列車的目標速度、目標距離、線路的長度和坡度

等，應能實現設置和向車載設備提供全區間限速和臨時限速功能，并將這些信息通過軌道電路

發送給車載設備。

(2)TVM430系統車載設備接收地面傳輸來的信息，根據預先輸入的列車參數(牽引總重、牽

引輛數、制動率、列車換長等)實時計算列車當前運行的允許速度，生成分級連續速度一距離

控制曲線，同時列控車載設備實時檢測列車當前運行速度，司機可根據顯示器上的允許速度、

目標距離和實際速度駕駛列車運行。當列車的實際速度超過允許速度，列控車載設備自動控制

制動裝置，使列車制動減速，保證列車在停車點前停車，或在限速點前速度降低到限速值以

下。與列車牽引和制動系統結合，實現對列車減速的自動控制和緩解的人工控制，，

2.SEI系統設備

(l)SEI系統主要特點

①軌道電路數字化。SEI系統采用UM2000軌道電路，實現了27ht數字編碼，可以滿足基

于軌道電路進行大量安全信息連續傳輸的要求。

②列控聯鎖一體化。SEI設備將車站聯鎖設備與區間的列控設備合二為一，列控、聯鎖接

口由內部通信實現，二者結合緊密，信息傳輸延遲小，提高了系統設備的可用性和可靠性，符

合信號系統發展方向。

③站內、區間軌道電路同一制式。SEI系統站內及區間均采用UM2000軌道電路，即站內、

區間一體化，真正實現了站內列控信息無盲區，且易于實現站內發送、接收設備的轉換，實現

反方向追蹤運行。

④建立基于光纖安全信息傳輸的列控中心，實現設備集中控制。SEI設備引入列控中心概

念，中心計算機完成包含軌道電路、點式環線等列控地面設備的集中控制、信息編碼和列車占

用檢查等功能。車站與車站、車站與區間中繼站之間的安全信息交換通過設于線路兩側的光纜

中獨立光芯方式傳輸。

(2)SEI系統結構

SEI系統結構如圖1-1-17所示。

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圖1-1-17SEI系統結構示意圖

(3)UM2000軌道電路特性

UM2000軌道電路共傳遞27幀t連續信息，其中有效信息21bit,實際使用19bit。

3.TVM430系統車載設備

TVM430系統車載設備是實現列車自動追蹤和超速防護的關鍵設備，除接收地面軌道電路發

送的連續數字編碼信息外，還可與數字點式環線BSP和模擬點式環線EMBO結合，獲取地面點

式信息。

(l)TVM430系統車載設備的結構

TVM430系統車載設備由ATC處理單元、人機接口單元及顯示DMI、連續信息接收天線和點

式信息接收天線等組成，以該系統在我國秦沈線應用為例，車載設備之間的關系如圖7-1-18

所示。TVM430設備是控制機車安全運行的超速防護設備，根據中國機車特性，采用“人控為

主，設備控制為輔”的控制方式，即只有司機駕駛超速時，設備才開始動作，采用常用制動或

緊急制動方式使車速降至監督曲線以下。按照我國機車運用實際情況，TVM430系統還要與列車

運行監控記錄裝置和機車信號設備接口。

圖1-1-18TVM430系統車載沒備結構

TVM430超防處理單元為二乘二取二的安全計算機結構，測速單元為三取二結構，整個

TVM430形成兩大A、B處理鏈，實現了高可靠性、高安全性控制結構。TVM430系統采用數字通

信技術使車地間的信息傳輸量有較大增加，傳輸的信息更可靠、更安全，這些信息除原有用于

列車間隔的速度等級外，還可滿足線路坡道、距離等不同線路數據的要求，因此其速度

監督由TVM300的階梯控制方式改為分級連續模式曲線控制方式（見圖l-l-9）o

（2）TVM430系統主要特點

①接收和處理地面有關列控的多種信息（目標距離、線路坡度、線路允許速度及目標速度

等），結合列車的性能（制動、車長、車重等）進行綜合計算，構成目標-距離的速度控制模式。

②列車實施常用制動后不能自動緩解，只有在列車速度低于允許速度后，司機根據線路情

況，在保證行車安全條件下，可人工進行緩解。列車執行緊急制動時，必須在停車后，方可緩

解。

③車載測速單元測量和計算列車走行速度和列車位置，測速精度小于或等于2%,測距精

度小于或等于1%；

④車載的人機接口DMI設備如圖1-1-19所示。

圖1-1-19DMI設備

?可輸人列車的制動性能、長度、重量等參數。

?可顯示列車實際速度、允許速度、目標速度、目標距離。

?緩解等按鈕。

?超速、制動、緩解、故障等表示。

?維護、檢測、機車工況等顯示。

第二節CTCS2列控系統原理

CTCS概述

CTCS是ChineseTrainControlSystem的縮寫，即中國列車運行控制系統，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。

CTCS包括鐵路運輸管理層、網絡傳輸層、地面設備層和車載設備層。

運輸管理層是行車指揮中心，其通過通信網絡實現對列車運行的控制；網絡傳輸層以無線

和有線的方式實現數據的傳輸。地面設備層包括列控中心、點式設備、軌道電路等；車載設備

層包括車載安全計算機、連續信息接收模塊、點式信息接收模塊、無線通信模塊等。

CTCS具有的基本功能：

1.系統按照故障-安全原則、采用冗余結構進行系統設計，在任何情況下防止列車無行車

許可證運行c

2.防止列車超速運行，包括列車超過進路允許速度、線路結構規定的速度、機車車輛構

造速度、臨時限速和緊急限速、鐵路有關運行設備的限速；能夠以字符、數字及圖形等方式顯

示列車運行速度、允許速度、目標速度和目標距離；能夠實時給出列車超速、制動、允許緩解

等表示以及設備故障狀態的報警。

3.防止列車溜逸。

針對中國鐵路不同的線路、不同的傳輸信息方式和閉塞技術，CTCS劃分為5個等級，依次

為CTCSO—CTCS4級，以滿足不同線路速度需求。

CTCSO級為既有線的現狀，即由目前使用的通用式機車信號和運行監控記錄裝置構成。

CTCS1級為面向160km/h以下的區段，由主體機車信號和加強型運行監控記錄裝置組成。

它需在既有沒備的基礎上強化改造，達到機車信號主體化的要求，增加點式設備，實現列車運

行安全監控。

CTCS2級為面向提速干線和高速新線，采用車地一體化設計，基于軌道電路傳輸信息的列

車運行控制系統。適用于各種限速區段，地面可不設通過信號機，機車乘務員憑車載信號行

車。

CTCS3級為面向提速干線、高速新線或特殊線路，基于無線傳輸信息并采用軌道電路等方

式檢查列車占用的列車運行控制系統。適用于各種限速區段，地面可不設通過信號機，機車乘

務員憑車載信號行車。

CTCS4級為面向高速新線或特殊線路，基于無線傳輸信息的列車運行控制系統。地面不設

通過信號機，機車乘務員憑車載信號行車。列車定位和完整性檢查由無線閉塞中心和車載驗證

系統共同完成。

二.CTCS2系統技術原理

1.CTCS2系統的組成

200km/h線路區段CTCS系統建設要達到CTCS2級。

200km/h線路分為既有線提速200knVh區段和客運專線200knVh區段，要求200km/h動車

組列車能下線運行在CTCS1和CTCSO線路區段。

CTCS2列控技術條件見表1-2-1

表1-2-1CTC2列控技術條件

CTC級別地面設備車載設備

閉塞方式設備名稱作用設備名稱作用

列車占用檢測

CTCS2完成軌道電路

和列車完整性連續信息

基于軌道電路軌道電路信息的接收與

查、連續向列接收模塊

的固定閉塞理

車

傳送控制信息

用于向車載設點式信息

測速模塊

備傳輸定位信接收模塊

息、進路

點式信息實時檢測

參數、

設備完成點式信息列車運行速度

線路參數、

的接收與處理并計算走行距

限速和停車信

離

等

CTCS2列控是基于點式應答器、軌道電路傳輸列車運行控制信息的點連式系統。CTCS2系

統設備組成見圖l-2-lo

圖121CTCS2級列控系統結構圖

地面設備由軌道電路、車站電碼化傳輸連續列控信息，由點式應答器、車站列控中心傳輸

點式列控信息。動車組車載設備根據地面設備提供的信號動態信息、線路靜態參數、臨時限速

信息及有關動車組數據，生成控制速度和目標距離模式曲線，控制列車運行。同時，記錄單元

對列控系統有關數據及操作狀態信息實時動態記錄。

車載設備由車載安全計算機、軌道信息接收單元(STM)、應答器信息接收單元(BTM)、制動

接口單元、記錄單元、人機界面(DMI)、速度傳感器、BTM天線、STM天線等組成。

地面設備由車站列控中心，地面電子單元(LEU)、點式應答器、ZPW—2000A(UM)系列軌道

電路、車站閉環電碼化、車站計算機聯鎖等組成。

2.CTCS2車站列控中心系統技術原理

(1)CTCS2列控中心系統的組成

車站列控中心設置于車站信號樓，是CTCS2地面設備的核心。以ZPW—2000系列軌道電

路、應答器配合安全可靠的車載設備，構成點-連式的列車運行控制系統，成為目前鐵路列控

主要制式進行建設和應用。

圖1-2-2是CTCS2車站列控中心系統組成框圖。

p口：調度命令、臨時限速接

收；

執行情況信息反饋

Q口:聯鎖信息接收；

進站信號機控制輸出

R□:微機監測信息

S□：LEU控制（2套）

p

計算機聯鎖上位機卜----------車站列控中心卜——功能仿真測試端口

HK*

圖1-2-2CTCS2列控中心系統組成框圖

車站列控中心分別與車站信號聯鎖、CTC或FDCS、微機監測、地面電子單元（LEU）等設備

進行信息交換，獲得行車命令、列車進路、列車運行狀況和設備狀態，通過安全邏輯運算，產

生控車命令，通過有源應答器及軌道電路傳送給列車，實現對運行列車的控制

（2）TDCS或CTC行車指揮設備

CTCS2級適應于裝備TDCS或CTC行車指揮設備的線路。

車站列控中心與CTC或TDCS實現信息交換，按統一時鐘進行系統管理和控制。可以獲得

調度命令，包括接發車信息、臨時限速信息（起點里程、長度、速度、車次、起止時間等）、運

行方向信息等，傳送給車載沒備。

在CTC或TDCS的車站車務終端上設有特定的列控中心人機界面，采用統一的格式，包括

輸入、確認、顯示方式等。CTC或TDCS的車站分機與車站列控中心由通信接口設備連接，目接

口及通道有冗余配置。

臨時限速調度命令，在調度中心以表格形式體現（包括界面、輸入、回執），通過計算機網

絡發往TDCS或CTC車站分機，并在車站車務終端以與調度中心基本相同的形式顯示。由車站

分機將臨時限速傳至車站列控中心，適時發往通過列車。

(3)車站信號聯鎖設備

CTCS2級適應于裝備計算機聯鎖的車站:,

CTCS2由列控中心接收聯鎖設備提供的車站進路和相關信息，包括接車進路、發車進路、

通過進路、運行方向、股道號等。在辦理通過進路且離去區段有臨時限速時，CTCS2車站列控

中心根據牽引計算及動車組制動需要，輸出進站或進路信號機點黃燈，對應接近區段軌道電路

發黃碼控制條件，由聯鎖系統完成聯鎖、控制及驅動。

計算機聯鎖與車站列控中心采用計算機通信接口設備連接，通信接口及通道有冗余配置。

(4)車站微機監測系統

車站列控中心與車站微機監測系統接口，向車站微機監測系統傳送列控中心的相關監測信

息，包括應答器的監測、通道監測、值班員操作過程實時記錄等相關信息。

(5)地面電子單元(LEU)

LEU接收車站列控中心實際報文，并實時向有源應答器傳送。LEU應具有自檢測、監測與

有源應答器間通信狀態等功能，應將檢測數據實時傳送給車站列控中心。

(6)應答器

應答器依據在系統中的作用，其安裝的位置不同，分別設在進站口、出站口及區間。圖7-

2-3為應答器布置示意圖

提(共F行方向

j提供進路參數提供限速數據;，區間線蹣青正向線路緘

八站II35km」反向線路數據B站一

S過?小全八八點,「一一一’二M

A-[,177K二*1

86428642

反向線路數據■正向線路數據

應答器布置示意圖

圖1-2-3應答器布置示意圖

進站信號機處設置有源應答器，以提供接車進路參數及臨時限速信息。

接車進路建立后，進站應答器發送相應的接車進路信息，具有直股發車進路的股道，同時

提供直股發車進路及前方一定距離內的線路參數和臨時限速信息。

各有源應答器具有缺省報文，缺省值按照該進站口所有接車進路范圍內的最低道岔限速和

最短進路長度等最不利條件設置。

當列車通過車站時，進站信號機處的應答器提供發車進路及前方一定距離(離去區段)內的

線路參數和臨時限速信息。其中還包括該進站口所有接車進路范圍內的最低道岔限速和最短進

路長度等最不利條件設置。

車站出站口處設置無源應答器和有源應答器。無源應答器提供前方一定距離內的線路參數

等信息；有源應答器提供前方一定距離內的臨時限速等信息。出站信號機處(含股道)原則上

不設置應答器。

區間間隔3-5km成對設置的應答器分別提供列車運行前方(正向或反向)一定距離內的

線路參數及定位信息，車載設備可通過成對的應答器識別運行方向。

除進出站口外，區間可不設置專用于反向運行的應答器。

根據需要可設置特殊用途的無源應答器(如CTCS級間轉換等)。

應答器的正線線路參數交叉覆蓋，實現信息冗余。

(7)車站電碼化

CTCS2級區段，ATP車載設備的鎖頻功能通過應答器信息實現，若應答器信息丟失，由機

車乘務員按現行規則手動切換軌道電路載頻。

車站正線電碼化，接車進路和發車進路應采用不同的載頻(以下行正線正方向為例，若接

車進路為1700Hz,則發車進路應為2300Hz);進站信號機前方軌道電路和接車進路電碼化采

用不同的載頻。

3.CTCS2列控系統的車-地通信技術原理

各國列控系統車-地通信的技術手段有：軌道電路、軌道環線、漏泄電纜、應答器和無線

通信等。

CTCS2列控系統的車-地通信方式采用兩種：點式應答器，軌道電路

(1)點式應答器技術原理

點式信息發送設備用于為機車信號提供下列信息：

改變列車運行方向；列車速度監控；進出ZPW-2000A(UM)區域發送開、斷TVM300信息。

另外，點式設備還產生對點式環線完整與否的檢查信息。

點式信息發送設備有3種類型：

DF型，發監控碼和轉線碼，用于進站處。如DF1-DF4。

SK型，發臨控碼，用于站內股道。如SK1-SK4。

DK型，發轉線碼和切斷碼，用于進、出ZPW-2000A(UM)區段。如DK1、DK2。

點式信息發送設備的使用原理見圖l-2-4o

圖1-2-4點式信息發送設備的使用原理

點式信息發送設備的標志設于點式環線外軌中間位置。DF型或SK型為三角形(黃色)，DK

型為梭形。點式信息發送設備的標志見圖1-2-5。

△

標上

接通切斯

UM7IUM71

DKIDK2

圖1-2-5點式信息發送設備的標志

點式信息發送設備的原理框圖見圖l-2-6o

EMBOTAD*BP

環線

Bl

點

編

El匹B2

式

碼Bl

發

摟B2配

送

點單

薪E2元9

R+R,

維電器

EMBO點式發送器；TAD-BP點式匹配盒。

圖1-2-6點式信息發送設備的原理框圖

根據點式信息發送設備的安裝位置，使用相應的點式發送器。圖1-2-6中編碼接點為進站

或出站信號開放繼電器接點和方向繼電器接點，經編碼接點可接通發送器EMBO中監控、轉

線、開、斷等頻率信號，經放大，通過電纜進入現場的匹配單元TADBP,提供環線上2A的

點式信號，供機車信號接收。

點式應答器有5種單頻信息，頻率意義為：

3571Hz——監控頻率40/30km/h(客車速度/貨車速度。)

3430Hz——接通下行線

3290Hz——接通上行線

3008Hz——切斷車載設備進入非ZPW-2000A(UM)區段

2445Hz——檢查點式設備

進站紅燈時，點式環線斷線，利用點式繼電器接點的落下，使預告信號機轉移紅燈。這

時，預告信號機顯示紅燈。

(2)ZPW-2000A移頻軌道電路

UM71無絕緣軌道電路是從法國引進的軌道電路制式，UM71的U為通用，M為調制，71為

1971年研制成功。以UM71軌道電路構成的自動閉塞稱為