浅谈列车运行自动控制系统在国内外的应用王泽正

浅谈列车运行自动控制系统在国内外的应用——15城轨2班王泽正1.什么是列车运行自动控制系统列车自动控制系统是在列车自动停车基础上发展起来的装置，使列车按地面送来的允许行车速度信息行驶的技术和设备。它设在机车上，大部分情况下，是装有专用程序的微型计算机及其相应的接口。装有列车自动控制系统的列车，连续不断地从地面获得允许行车的速度信息，将它与列车实时采集的车速相比较，在超出规定允许的车速时，控制系统根据列车的制动能力、实际载重和前方区间坡道弯道条件等多种因素，求得最佳降速方案进行降速，或在需要时进行制动，以保证行车安全。列车自动控制系统分为列车自动防护（ATP）、列车自动驾驶系统（ATO）、列车自动监督系统（ATS）和计算机联锁系统(CI)。ATC（AutomaticTrainControlSystem），即列车自动控制系统，可以实现列车自动驾驶、列车自动跟踪、列车自动调度。该系统自动控制列车行驶、确保列车安全和指挥列车驾驶。ATC必须包括列车自动防护（ATP），可以包括列车自动监督（ATS）和列车自动驾驶（ATO）。2.列车运行自动控制系统在国外的应用国外列车运行控制系统（简称列控系统）应用比较普遍，各种速度的铁路都有运用，但建立一套满足高速铁路或客运专线的列车运行控制体系的系统还不多，主要集中在欧洲的德国、法国和亚洲的日本。典型的列控系统主要有法国TVM300和TVM430系列、日本ATC和数字ATC、德国LZB80系统、欧洲ETCS等系统。一.法国高速铁路TGV区段的列控系统，应用的机车信号制式即车载信号设备采用TVM300或TVM430，地对车的信息传输以无绝缘轨道电路UM71为基础，该列控系统简称U/T系统。TVM300系统在1981年于巴黎—里昂首先投入使用，随后在东南新干线和大西洋新干线也得到应用，地面信息传输设备采用UM71轨道电路，该系统构成简单，造价较低。该系统中UM71轨道电路不仅反映列车对区段的占用和完整性检查，而且向机车上传输机车信号信息。无绝缘轨道电路UM71，地对车的信息传输容量仅有18个，速度监控是滞后阶梯式的控制方式，TVM300系统只检查列车进入轨道区段的入口速度，为确保安全，它需要有一个安全保护区段，这对线路的通过能力有一定影响，运行间隔一般为4~5分钟。法国TVM430系统是在TVM300基础上研制的一种列车运行控制系统。TVM430系统在1993年于法国第三条北方线高速铁路首先投入使用。随着列车速度不断提高，时速已达320km/h，法国CS公司对模拟电路构成的U/T系统进行了数字化改造：数字电路技术使设备结构小型化、模块化；采用无绝缘轨道电路UM2000、数字通信技术使车－地间的信息传输数字编码化；其速度监控方式改为分段速度-距离曲线控制模式，该控制方式是在每个分区按速度-距离分段制动的，其列车追踪间隔主要与闭塞分区的划分和列车速度有关，而闭塞分区长度的确定是以线路上运行的最坏性能的列车为依据，对高中速列车混合运行的线路采用这种模式能力是要受到较大影响的，运行间隔一般为3分钟。近年来，法国CS公司又开发了计算机联锁（SEI）和列控(ATC）一体化的系统，在地中海线和海峡—伦敦线开通使用，我国秦沈客运专线也采用了该系统。二.日本ATC系统。自1964年10月东海道新干线，日本高速铁路开通运行以来，随着技术不断发展，列车运行速度已达300km/h，ATC（AutomaticTrainControl/自动列车制动装置）是日本最先提出来的。40多年来未发生一起人身伤亡事件，ATC系统对保证行车安全，提高运输效率起了重要作用。主要是因为当年修新干线的时候，发现在高速下司机辨认地面信号机相当困难，于是ATC的首要任务主要是为了解决信号传达的问题，从而提高列车安全性，后来逐步发展成为一套完整的列车安全保障系统和控制系统。可以自动控制列车速度，以避免超速、冒进、追撞等事故发生。它提供驾驶员一个连续的允行速度曲线。当列车行驶速度超过允许速度，煞车设备应立即自动强制其减慢速度，以确保行车安全。日本新干线ATC系统控制模式与法国TVM300系统相似，也是采用速度码台阶方式，所不同的是TVM300是采用人控优先的控制方式，即列车的运行速度一般由司机完成，只有在司机未按速度控制及时将列车速度降低时设备才起作用。而日本新干线ATC系统采用设备优先的控制模式，即列控车载设备根据从地面收到的速度控制命令，自动发出制动命令使列车减速，速度达到本区段的要求时自动发出命令使列车缓解。因此，它不需要设置保护区段，在线路通过能力上较TVM300系统有所提高。日本ATC系统，主要包括：自动列车保安装置、自动列车停止装置(ATS)、自动列车运转装置(ATO)、定位置停止装置(TASC)，ATP紧急列车防护装置（TE装置）、紧急列车停止装置（EB装置）等。三.德国LZB系统。德国LZB系统根据轨道电路或计轴设备作为列车占用检查，通过轨道电缆实现车一地间双向信息传输，向车载设备传输列控信息，是世界上第一个采用目标－距离控制模式的系统。自1965年在慕尼黑－奥斯堡首次运用LZB系统以来，目前德国铁路线已装备该系统2000km。1992年在西班牙马德里－塞维利亚471km高速铁路线上也采用该系统。2003年开通的科隆－法兰克福线路由于采用无碴轨道，高速列车实施磁轨制动。就是在转向架的两侧、轨道上方各安装一个电磁铁，制动时将它放下并利用电磁吸力紧压钢轨，通过电磁铁上的磨耗板与钢轨之间的滑动摩擦产生制动力，把列车动能变为热能消散于大气，是按动能转移方式的一种。而且当时ETCS2尚不具备商业应用条件，因此采用基于环线传输的改进型LZB系统，轨道占用检查系统使用计轴设备。3.介绍列车运行自动控制系统在国内的应用90年代初，全国多个铁路局开始组织开发车载列车运行控制装置，有7种型号车载装置试验运行。由于大部分装置功能不一、结构不同、操作方法各异、不能纳入标准化的规章和制度、不适应机车轮乘，虽然具有一定的安全防护作用，但是给全路的管理造成困难，无法实现全路推广。在此背景下，JK-2H装置以其特有的车载线路数据预存储方式、较高的安全性、契合我国铁路管理体制等特点，扭转了长期以来铁路运营安全管理的被动局面、产生了较好的安全效益，在各种列控装置中使用数量最多，并最终实现了在全路推广，成为我国第一代LKJ系列列控设备。在JK-2H装置全路推广的基础上，以JK-2H列控技术为基础、铁道部组织、公司参与联合研制的LKJ-93型列车运行监控记录装置于1995年通过了铁道部组织的技术鉴定，在全路大规模推广。相比JK-2H装置，LKJ-93装置在安全性、技术规范、系统可扩性、控制功能、控制精度等方面均有本质性的升级。LKJ系列列车运行控制系统的出现，有效减少了铁路行车事故的发生。“九五”期间，LKJ-93实现了普及安装，铁路行车重大事故发生率和险性事故发生率比尚未大量使用LKJ装置的“八五”期间分别下降32.4%和63.5%；属LKJ装置重点防范的列车冒进信号险性事故，“九五”期间比“八五”期间下降了87.2%。LKJ系列列车运行控制系统为保障我国铁路行车安全做出了重要贡献：到“九五”期末，我国研制的LSK系统、LCF系统以及引进的法国TVM系统也陆续投入试运营。由于这些系统不能完全适应当时的铁路线路设施设备条件以及运输组织要求，因此都未能实现推广。LKJ系统在我国铁路列车运行控制实际运用中的作用更加突出。2000年底，LKJ-93型列车运行监控记录装置的升级产品——LKJ2000型列车运行监控装置完成了研制工作。以控制模式、车载数据和可扩展结构等核心技术作支撑的LKJ2000型列车运行监控记录装置具有防止列车冒进信号、防止列车运行超速、辅助司机提高操纵能力等功能，其控制精度高、对铁路运输效率干扰少、产品适用线路条件广、扩展完善能力强、技术成熟稳定及产品性价比高等优点受到铁路主管部门的高度认可，并于2004年开始大规模推广应用。在全路推广应用过程中，LKJ2000功能不断根据我国经济发展水平和铁路发展阶段完善、优化，并且与众多其他车载设备的发展相契合，成为了我国铁路安全机车设备信息化的基础，同时，铁路管理部门构建了较为完备的LKJ专业管理体系。LKJ系列列控系统在我国铁路列车运行安全车载控制系统领域的重要地位逐步形成。目前，LKJ2000已经覆盖全路所有机车及时速200公里速度级别动车组，实现了在我国不同设备设施条件和不同控制需求线路的广泛运用，为保障我国铁路运输组织安全、提升安全信息化水平作出了突出的贡献。为了适应我国铁路行车安全保障技术深化发展的需要，2003年10月，在铁道部主持下，我国制定了《中国列车控制系统（CTCS）技术规范总则（暂行）》（以下简称“CTCS技术规范总则”），为我国列车运行控制技术的自主发展建立了一套基于我国国情的标准。CTCS划分为5个等级，以分级形式满足不同线路运输需求，CTCS应用等级0(以下简称L0)：由通用机车信号+列车运行监控装置组成，为既有系统。CTCS应用等级1(以下简称L1)：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。CTCS应用等级2(以下简称L2)：是基于轨道传输信息并采用车-地一体化系统设计的列车运行控制系统。可实现行指-联锁-列控一体化、区间-车站一体化、通信-信号一体化和机电一体化。CTCS应用等级3(以下简称L3)：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。点式设备主要传送定位信息。CTCS应用等级4(以下简称L4)：是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RBC和车载验证系统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。同条线路上可以实现多种应用级别，L2、L3和L4可向下兼容。4.总结虽然我国铁路运行控制系统已得到了长足的发展，但总的来说与发达国际有很大的差距发展我国列车运行控制系统已成为当务之急。在列车运行控制系统中要不断完善，改进，争取赶超发达国家。