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1、铁道科学研究院2008年10月,ETCS-CTCS 列车自动控制系统,目 录,一、列控系统的原理和基本功能二、ETCS技术规范三、CTCS技术规范,一、列控系统的原理和基本功能铁道科学研究院,列控系统是在传统自动闭塞基础上增加列车自动控制功能的信号防护系统，由地面设备和车载设备组成。 列控系统包含专门设计的满足信号安全性要求的模块和功能，附加功能和舒适性功能不要求安全设计。,列控系统的总体要求,保证列车运行安全；满足线路运输能力的需求。,列车超速和冒进信号的危险分析 司机靠地面信号驾驶列车有三个过程：识别信号；理解信号；按照信号要求操纵列车。如果其中任何一个环节出现错误，都可能造成列车事故。,
2、列控系统的安全性功能,以车载显示为行车凭证；用速度命令代替色灯含义；信号直接控制列车制动。,列控系统的基本原理,对列车实际速度和允许速度进行连续比较，使列车实际速度限制在安全允许的范围内。,列控系统原理框图,车载设备功能 (1),计算静态列车速度曲线(SSP) ；计算动态列车速度曲线(DSP) ；,车载设备功能 (2),计算开口速度；测速测距；列车定位；行车许可及限制速度的监督和显示；司机操作的监督；列车溜逸和退行的监督；列控信息的记录。,车载设备人机界面,为机车乘务员提供数据输入及其他操作的手段。 为机车乘务员提供列车实际运行速度、允许速度、目标速度和目标距离，以及其他文本及图形方式的显示。
3、 及时给出列车超速、制动、缓解及设备故障状态的报警和表示。,举例：符合CENELEC标准的显示界面,地面设备功能,采集线路数据；确定行车许可终点；监督可能有车占用区段的列车驾驶；线路终端的防护。,列控中心功能,列车车次识别；列车的地理位置；临时限速；控制中心的状态表示。,附加功能,车门控制监督；车门检查；列车自动驾驶；文本传输。,无线闭塞中心（RBC）功能,RBC要求的进路办理；进路锁闭；进路验证；进路解锁；列车完整性监督；无闭塞/联锁线路保持列车间隔；RBC区域的调车；RBC区域的行车许可；,二、ETCS技术规范铁道科学研究院,欧洲铁路运输管理系统（ERTMS）,欧洲是世界轨道交通最为发达的
4、地方，现有的列车运行控制系统种类繁多，且各国信号制式复杂多样、互不兼容。为保证高速列车在欧洲铁路网内互通运行，1989年12月欧洲运输部长会议作出决定，就欧洲大陆铁路互联互通中的技术问题寻找解决方案。国际铁路联盟开始组织专题项目，分析与列车控制和运输管理有关的问题，ERTMS项目由此诞生。,ERTMS组成,ERTMS包括三部分：ETCS是欧洲列车控制系统的缩写（European Train Control System)。ERTML是欧洲铁路运输管理层的缩写（European Traffic Management Layer)。GSM-R是用于铁路的GMS移动通信系统。,欧洲列控系统（ETCS
5、）,目前ETCS历经提出规范、系统评估、试验、改进和实施阶段，已完成1级和基本完成2级规范和相关技术标准的制订。2001年欧盟通过立法形式确定ETCS成为强制性技术规范。欧洲各国列车安装符合ETCS技术规范的列车运行控制系统，不仅使列车能够在欧洲各国实现互通运行，并且能提高列车运行的安全性。,互通运行（ Interoperation ）,跨国（区）互通运行在边界应满足以下条件：不更换机车不更换司机不停车,技术方面的互通性（Technical interoperability）,确保列车可以从地面设备接收到必要的信号命令并能正确理解其含义。,司机根据一致的车载信号显示、信号和运用原则行车。,运用
6、方面的互通性（Operation interoperability）,ETCS 主要目标,互通运行 安全高效 降低成本 扩展市场,ETCS 体系结构和接口,ETCS只是保证互通运行的列控系统的技术规范。他并不针对完整的信号系统，对地面信号机、道岔、轨道电路和联锁设备没有具体定义，允许原有的地面信号设备继续使用 。ETCS形式上分为 3 级，各级配置不同。,ETCS 按配置分为三级,ETCS的运用分级,ETCS在运用中又增加 2 级共分为 5 级： 0级：在未配备ETCS设备的线路运行； 1级：基于点式信息传输 （EUROBALISE)； 2级：基于无线信息传输 （GSM-R)轨道电路； 3级：
7、基于无线信息传输 （GSM-R)列车完整性 检查； STM级：专用列控模块。,ETCS 0级 ：在未安装ETCS设备的线路上运行,ETCS 1级,ETCS 1级是一个基于点式传输（spot transmission）的连续速度监督系统，可在原有信号系统上叠加使用。列车检测由既有地面信号系统（包括联锁设备、轨道电路等不属于ETCS系统的设备）完成。ETCS 根据地面信号系统状态，生成行车许可，通过欧洲应答器（Eurobalise）传送给列车。车载设备接收后控制列车运行。,ETCS 1级,地面电子单元,联锁设备,轨道占用检查设备,带注入功能的ETCS 1 级,ETCS 1级虽然提供完全的列车自动防
8、护功能，但因应答器的通信是间断的，列车停车后，恢复运行还要依靠地面信号机。如果取消地面信号机，必须增加半连续的地面列车传输系统，例如欧洲环线或无线传输系统。,用欧洲环线注入的 ETCS 1 级,欧洲应答器和天线产品举例能接收应答器和环线的标准西门子公司天线固定应答器和可变应答器在环线终端的应答器,西门子公司的点式传输模块（ETM） 用于应答器/环线的接收、报文解码和总线接口 第一次在瑞士应用于ZUB系统,ETCS 2级,基于无线传输的列车控制系统，在既有信号系统上叠加使用。ETCS根据地面信号系统的情况，在地面生成每列列车的行车许可，通过欧洲无线通信（Euroradio） GSM-R 传送给列
9、车。应答器信息用于列车定位的基准。列车检测由既有地面信号系统（包括联锁设备、轨道电路等不属于ETCS的设备）完成。2级可以取消地面信号机，司机凭车载信号行车。,ETCS 3级,取消了传统的地面信号系统，列车定位和列车完整性检查由地面无线闭塞中心（RBC）和列车完整性验证系统（不属于ETCS设备）共同完成。RBC在其管辖的区域内跟踪每列列车的位置，根据各列车发回的信息进行进路的锁闭或解锁，并确定每列列车的行车许可。,道岔,信号机,应答器,ETCS 3 级系统正在研究开发阶段。 ETCS 3 级系统减少了地面设备数量，大大降低了建设投资和运营成本，但技术上更具有挑战性和风险性。,ETCS STM级
10、,使用专用传输模块( STM ) 主要是为了保证装备ETCS车载设备的列车，在本国（地区）运行时能够提供当地的列车防护功能。在该级中，既有地面信号系统完成列车检测和完整性监督。地车信息传输采用既有方式，车载增加了STM及相应功能。,ETCS 体系结构和接口,三、CTCS技术规范铁道科学研究院,中国列车运行控制系统（CTCS） 是中国铁路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技术规范。,中国列车控制系统（CTCS）,中国列控系统（CTCS）的发展,目前我国铁路信号部分制式存在先天不足，面临淘汰；由通用式机车信号+列车运行监控装置组成的车载系统，与国际公认的列车自动防护系统（AT
11、P）有一定差距。随着铁路现代化的建设和跨越式发展的进程，特别是列车速度的提高已不能满足运输安全和服务的需要。CTCS规范是铁路信号发展的需要。,CTCS 规范的必要性,无论是面对现状，还是面向未来，既有信号系统都将面临概念转变，配置升级，设备更新，标准与国际接轨的过程。铁道部正在制定列控系统发展战略，一方面要强化改造基于轨道电路的列控系统（TBTC），另一方面要加快研发基于无线通信（GSMR）的列控系统（RBTC）。,CTCS 规范的必要性,要积极发展以车载信号作为行车凭证的、保证列车运行安全并与国际标准接轨的列车运行控制系统。要达到该目标，首先需要的是制定先进的、适合中国运输要求的、可持续发
12、展的技术规范。,CTCS的目标,消除安全隐患； 满足跨线运行； 规范系统设计； 适应发展需求。,CTCS 安全性功能,在任何情况下防止列车无行车许可运行。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。防止列车溜逸。,运行管理功能,具有标准的列车数据输入界面。根据运营和安全控制要求对输入数据进行有效性检查。,列控系统车载设备控制方式,人控优先 “人控优先”的概念是：司机按照模式曲线控制列车速度，设备不干涉司机正常驾驶，列车超速时设备采用有效的手段确保列车运行安全。设备制动的缓解须是设备允许司机确认操作有效。,行车许可终点,
13、行车许可终点,机控优先 “机控优先”的概念是：设备能够按照模式曲线自动控制列车减速并确保列车运行安全。设备常用制动后如果满足缓解条件将及时自动缓解。,CTCS 框架结构,为满足CTCS体系结构标准化、模块化和发展的特点并实现全路列车运行控制系统的互联，根据中国铁路运输的运用、管理、维修体制， CTCS的体系结构按系统应用层、网络传输层、地面设备层和车载设备层配置。,系统应用层,系统应用层是指与列车运行控制相关的，构建在TDCS平台或CTC系统的调度指挥功能。调度指挥系统根据运行计划和对列车运行、线路、设备、气象灾害等实际情况的综合分析，制定合理的运行计划，并通过列车运行控制系统实现对列车运行的
14、实时控制。,网络传输层,在CTCS系统各层都有传输网络，通过有线或无线通信的方式实现车地间、系统内部、系统外部的数据传输。系统各层对网络的实时性、可靠性、安全性要求不同，采用不同的传输技术。,地面设备层,地面设备主要包括列控中心、轨道电路、点式设备、无线传输设备和接口设备等。列控中心是地面设备的核心，根据列车运行状况、列车进路、和行车命令，通过安全逻辑运算，产生控车数据向列车传输。,车载设备层,车载设备是对列车进行控制的主体，具有多种控制模式，并能够适用轨道电路传输、点式（应答器、环线）传输和无线传输方式。车载设备层主要包括车载主控单元、机车信号接收单元/应答器接收单元/无线接收单元、测速测距
15、单元、人机界面和记录单元等。车载主控单元的核心是车载安全计算机。,CTCS 结构,符合CTCS规范的列车运行控制系统由地面子系统和车载子系统两大部分组成。,车载设备,地面设备,CTCS 分级,列车运行控制系统根据系统配置按运用划分为5级：CTCS 0级CTCS 1级CTCS 2级CTCS 3级CTCS 4级,CTCS 0级为既有线的现状，由通用机车信号和运行监控记录装置构成，不满足CTCS技术规范要求。,CTCS 0级,CTCS 1级,由主体机车信号+安全型运行监控记录装置组成，面向160km/h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的要求，增加点式设备，实现列车运行安全监控
16、功能。,CTCS 2级,CTCS 2级面向干线提速和新建客运专线。地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车。CTCS 2级是基于轨道电路和应答器传输信息的列车运行控制系统。CTCS 2级适用于各种限速区段，有临时限速防护功能。,CTCS 2级组成,地面子系统组成列控中心；轨道电路；应答器设备。,车载子系统组成连续信息接收模块；点式信息接收模块；测速模块；CTCS记录单元；车载主控单元；人机界面预留无线通信接口运行管理记录模块,CTCS 3级,CTCS 3级等同 ETCS 2级。CTCS 4级CTCS 4级等同 ETCS 3级。,CTCS 级间关系,符合CTCS规范的列车超速防护系统应能满
17、足一套车载设备全程控制的运用要求。车载设备可向下兼容。系统级间转换应自动完成。级间转换不影响列车正常运行。系统根据地面、车载配置采用相应等级和相应控制方式，在系统故障条件下可降级使用。系统各级状态应有清晰的表示，司机设备责任应有明确划分。,ATP车载设备工作模式,待机模式(SB) ；完全监控模式(FS) ；部分监控模式(PS) ；反向行车模式（RO） ；目视行车模式(OS) ；调车模式(SH) ；隔离模式(IS)等。,待机模式,待机模式不由司机选择，ATP车载设备上电执行自检和外部设备测试后，自动转入待机模式。在待机模式下，设备测试的结果显示给司机，车载设备执行停车监督，司机不得移动列车。,部
18、分监控模式,列车正常发车所用的模式。当ATP车载设备接收到轨道电路允许行车信息，而缺少应答器提供的线路数据时，也进入部分监控模式。此时车载设备给出固定限速值，控制列车运行。侧线发车，UU码时，固定限速值45km/h；UUS码时，固定限速值为80km/h ；连续两组及以上应答器线路数据丢失时，固定限速值为120km/h；引导接车，HB码时，固定限速值为20km/h。,完全监控模式,列车出站ATP车载设备从应答器收到控车所需的基本数据后，自动进入完全监控模式，生成目标距离模式曲线，并通过DMI显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等司机安全驾驶所需的信息，控制列车安全运行。,反向行车模式,
19、上行线下行方向或下行线上行方向行车所使用的完全监控模式。CTCS 2级反向行车为站间闭塞。,目视行车模式,一种不允许退行的固定限速模式，此时固定限速值为20km/h。列车速度超过25km/h，设备触发制动。在目视行车模式下，要求司机每隔一定时间(60秒)或列车移动一定距离(200米)，按压一次警惕按钮，否则设备触发制动。,调车模式,一种允许退行的固定限速模式，专门用于动车组的调车作业。动车组进行调车作业时，司机按压专用调车按钮，转为调车模式，生成调车限制速度，控制车列运行，固定限速值为40km/h，列车速度超过45km/h，设备触发制动。只有在列车停车时，司机才可以选择或退出调车模式。,隔离模
20、式,一种无限速模式，ATP车载设备失去所有速度监督功能，通常用于ATP车载设备故障后的行车。 司机必需取得调度员同意才能使用隔离模式行车。,控车模式的转换,待机模式、部分监控模式、完全监控模式和反向行车模式是设备责任模式。目视行车模式、调车模式和隔离模式是员工责任模式，行车安全由行车人员负责。设备责任模式与员工责任模式之间的转换以及员工责任模式间的转换必须得到调度员的允许。,CTCS 系列规范,（1）CTCS技术规范总则（2）CTCS功能需求规范（3）CTCS系统需求规范（4）CTCS 2级ATP技术条件（5）查询应答器技术条件（6）列控中心技术条件,（8）DMI功能接口规范（9）CTCS记录器技术条件（10）列车功能接口规范（11）无线信息传输功能接口规范（12）CTCSRAMS要求（13）术语和缩写,
