列车运行控制系统

铁道信号远程控制电气学院张永贤TEL:13576023587E-mail:[e-mail]第四部分列车运行控制系统中国列车运行控制系统CTCS（ChineseTrainControlSystem）列车运行控制系统是我国铁路提速线路和客运专线保证列车行车安全、提高列车运行效率的重要技术装备，以有效的技术手段对列车运行速度、运行间隔进行实时监控和超速防护；同时能够减轻司机劳动强度、改善工作条件，提高乘客舒适度。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。代表世界先进水平的高速铁路列控系统德国LZB系统：采用轨道环线电缆传送列控信息；日本DS-ATC系统：采用有绝缘的数字轨道电路传送列控信息；法国UM2000+TVM430系统：采用无绝缘数字轨道电路传送列控信息（分级控制）；以上三种高速列控系统均采用大量专有技术，相互间不兼容，技术平台不开放。欧洲ETCS系统：为实现欧洲铁路互联互通，欧盟组织确定了适用于高速铁路列控的标准体系，技术平台开放；基于GSM-R无线传输方式的ETCS2系统，技术先进，并已投入商业运营；欧洲正在建设和规划的高速铁路均采用ETCS列控系统，是未来高速列车控制系统的发展方向。欧洲铁路控制系统ERTMS/ETCS（欧洲铁路控制系统)GSM-R（铁路专用全球移动通信系统）ERTMS：即欧洲铁路运输管理系统(EUROPEANRAILTRAFFICMANAGEMENTSYSTEM/EUROPEANTRAINCONTROLSYSTEM).ERTMSERTMS/ETMS（欧洲铁路交通管理系统）ETCS研究目的：统一欧洲列控技术体系，使高速列车不受限制地穿越边界，在欧洲跨国运行；信号界面标准化，并减少国家的特殊要求；鼓励设备市场开放，产生商业吸引力。ETCS的关键目标:互联互通；不同厂商的关键的子系统、车载和地面设备，能够兼容互换；降低设备成本制定ETCS的欧洲六个主要的信号供应商瑞典的ADTRANZ:（戴姆勒－克莱斯勒铁道系统公司），在1995年成立了它在中国的第一家合资企业沈阳Adtranz信号系统有限公司，另外，它与长春铁路车辆厂建立了长春安达轨道车辆有限公司，Adtranz还参与了上海地铁的建设，并向香港和广州新建的地铁网提供了配套设施。2000年，被Bombardier公司兼并。ALCATEL:法国阿尔卡特SelTracS40基于通信的列车控制(CBTC)系统，它将列车自动运行(ATO)功能与联锁和中央控制操作相结合，可实现完全无人驾驶的列车控制。法国的ALSTOM:中国和阿尔斯通在交通领域的合作始于1958年，阿尔斯通提供的25台电力机车曾在中国第一条电气化铁路宝成线上服务。1958年至1970年期间，阿尔斯通共向中国提供了115台内燃和电力机车。1985年，双方的合作迈上新的台阶。中国铁路订购了150台“8k”双节电力机车。上海轨道交通网络中已建和在建的八条线路中有七条都装备由阿尔斯通提供的车辆或者信号系统。进入21世纪以来，阿尔斯通在中国铁路机车车辆招标中接连获胜，成为中国铁道部重要的国外供应商。阿尔斯通交通运输部已在华成立了4家合资企业:卡斯柯信号有限公司：是由中国铁路通讯信号公司与阿尔斯通公司于1986年成立的合资企业,主要提供干线列车的信号业务。上海阿尔斯通交通电气有限公司：是阿尔斯通公司与上海电气(集团)总公司于1999年成立的合资企业，主要提供列车牵引系统设备。上海阿尔斯通交通设备有限公司：车辆的组装与维修。青岛阿尔斯通铁路设备有限公司：致力于液体油压减振器的生产，维修及服务。意大利的ANSALDO(安萨尔多)：现被美国联合转辙器信号国际公司(UnionSwitch&SignalInternationalCo．)收购.英国INVENSYSRAIL（英维斯）SIEMENSETCS系统结构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ETCS技术规范的核心采用目标距离（Distancetogo)控制方式以应答器（EUROBALISE）作为列车定位修正基准；以GSM-R为车地连续信息传输规范车地信息间的信息传输电气接口及编码，以实现互联互通。ETCS技术核心设备（1）：采用符合欧洲标准的应答器EurabaliseETCS技术核心设备（2）车载设备采用符合欧洲安全标准的安全计算机EVCEB,SBDMI155Niveau2STMSTBYSRAnnonceNiveau1Niveau1AnnonceNiveau2ConnexionRBCOK050100150200300250350400安全计算机BTM速度传感器LKJ050150200300250350400050150200300250350400列车接口单元欧洲应答器天线轨道电路传感器继电器接口STM标准化的人机界面欧洲车载设备STMJRUTraininterfaceGSMRmobileGSMantennasTrainBusRadarsEVCBTMANTENNAGeneratorstachometerCaptatoriRSCDMIDATASHACKSoMDATASHACKSoMAREASCMTSCMTSCMTSCMTSCMT130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150AC130100RVVMSV150ACAreaSTMRSCpick-upsBACCDMIETCS技术核心设备（3）：无线闭塞中心EthernetRBCEthernet维护工作站临时限速连续传输的列车控制地面子系统空气气隙以太网以太网本地调度站GSM-R/固定网络列控车载子系统网络传输网关无线闭塞中心联锁子系统调度中心操作员维修人员RBC:RadioBlockCentreETCS的应用等级：ETCS等级1:基于欧标应答器和轨道占用检查的列控系统ETCS等级2:基于GSM-R和轨道占用检查的列控系统ETCS等级3:完全基于GSM-R的列控系统ETCS1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。LEU联锁ETCSlevel1等级1应答器Eurocab轨道占用检测ETCS2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。无线闭塞应答器联锁EurocabETCSlevel2GSM-R轨道占用检测ETCS3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。无线闭塞应答器EurocabETCSlevel3等级3GSM-R完整性检测几点启示(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。CTCS系统描述定义基本功能CTCS体系结构系统构成CTCS标准起草单位：铁道部运输局基础部中国铁道科学研究院北京交通大学北京全路通信信号研究设计院北京和利时浩通科技发展有限公司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。(2)人机界面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。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。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开机自检功能和运行中动态检查功能。能够记录设备的关键数据以及关键动作，并提供监测接口。(4)可靠性和安全性按照信号故障—安全原则进行系统设计。核心硬件设备须采用冗余结构。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