CTCS2教材 - 图文

铁路运输管理系统的缩写，它是一个以ETML（欧洲铁路运输管理）为运输指挥基础、以ETCS为安全核心、以GSM—R为传输平台的铁路运输管理系统。ETCS是一个先进的列车自动防护（ATP）系统和机车信号技术规范，安装符合ERTMS/ETCS技术规范的列车运行控制系统，不仅能提高列车的安全性，并且能够在欧洲境内穿越国境时实现互通运营。 （1）ERTMS/ETCS化分了5个应用等级

分级是ETCS的关键与精髓。ETCS系统根据功能需求和运用条件配置基本结构，从应用角度分为5级。

ERTMS/ETCS等级0：主要是为了保证装配ETCS车载设备的列车，能在没有ETCS地面设备的线路、或尚不具备ETCS运营条件的线路上运行。

ERTMS/ETCS等级STM：专用传输模块STM，主要是为了保证装配ETCS车载设备的列车，在既有线运行时能够提供通用机车信号功能。

ERTMS/ETCS等级1（带注入或不带注入信息）：基于点式传输的列车控制系统，装备了ERTMS/ETCS的列车在地面装备点式设备的线路上应用，列车检测和列车完整性检查由既有地面信号系统完成。

ERTMS/ETCS等级2：基于无线传输的列车控制系统，装备了ERTMS/ETCS的列车，在由无线闭塞中心控制并且装备了Eurobalise和Euroradio的线路上运行，由地面设备提供列车定位功能和列车完整性检测。ETCS2级可以取消地面信号机，司机凭车载信号行车。

ERTMS/ETCS等级3：ETCS3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RBC和列车完整性验证系统（不属于ERTMS/ETCS）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，并确定每列列车的移动授权。

（2）ERTMS/ETCS技术规范核心

技术规范核心：以欧洲车载设备EUROCAB为核心；以欧洲应答器（EUROBALISE）作为列车定位修正基准；以欧洲应答器EUROBALISE（应用等级1）、欧洲环线EUROLOOP（应用等级1）及欧洲无线EURORADIO（应用等级2、应用等级3）作为车地信息传输的通道；以基于通信的列控系统作为欧洲铁路列车运行控制系统今后的发展方向。

ETCS从保持设备互用性，确保高速列车跨国/跨线运行角度制订技术规范。地面设备规范了地面设备间数据交换，以及地面设备与车载设备间的数据交换。车载设备则是规范了车载设备的功能，地面设备与车载设备数据交换，车载设备各子系统间的数据交换，车载设备与司机人机接口，车载设备与列车间的接口等。ETCS定义的两类接口规范：FIS为功能接口规范，保证了接口逻辑互用；以及FFFIS为形式适配功能接口规范，保证逻辑和物理的互用性。

（3）ERTMS/ETCS标准化设备

ERTMS/ETCS车载设备是一个基于欧洲安全计算机的系统，它基于与地面子系统的交换信息来控制列车运行。车载子系统的设备包括：EUROCAB（欧洲车载设备）、STM（专用传输模块）、BTM（应答器传输模块）、LTM（环线传输模块）、TTM（无线通信传输模块）。

标准化的地面设备结构，包括如下标准模块：欧洲应答器（EUROBALISE）；欧洲环线（EUROLOOP）；欧洲无线（EURORADIO），即GSM-R；无线闭塞中心（RBC）。 （4）ERTMS/ETCS特点

系统的开放性：ERTMS/ETCS技术规范是得到欧洲共同体和国际铁路联盟承认的标准，而且该标准是公开的。

互可操作性与互用性：所有的ERTMS的设备供应商按照统一的ERTMS/ETCS技术规范来设计生产，所以不同厂家的ERTMS设备可以任意组合、任意互换使用。

兼容性：ERTMS/ETCS的5个应用等级的机车尽管其装备的车载设备不同，但机车可

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以在不同等级的线路互通运营。

模块化：ERTMS/ETCS的低等级系统在原有设备的基础上，增加一些新的设备（模块）就能方便升级到更高的等级，原有的列控车载设备在高等级的系统中继续使用。

第二节 列控系统的分类和基本原理

列车运行控制系统是将先进的控制技术、通信技术、计算机技术与铁路信号技术溶为一体的行车指挥、控制、管理自动化系统。它是现代保障行车安全、提高运输效率的核心，也是标志一个国家轨道交通技术装备现代化水准的重要组成部分。值得注意的是，各国铁路由于历史、传统术语、指示和原文意义不同等原因，对列车运行自动控制系统的名称划分也不尽相同，列车超速防护系统（ATP）与列车运行自动控制系统（ATC）并没有严格的划分，在城市轨道交通的信号系统ATC系统中包括列车自动防护ATP、列车自动监督ATS和列车自动驾驶ATO。

在铁路行业中，一般只是注重ATP系统的发展和应用，关于ATS和ATO在铁路运输中应用难度较大，由于运输组织比较复杂等。虽然日本、法国及德国列控系统的名称不同，但有一个共同点，即自动监控列车运行速度，通过车内信号直接指示列车应遵守运行速度（即允许速度）。在人机关系方面，系统能可靠的防止由于司机失去警惕或错误操作可能酿成的冒进信号或列车追尾等恶性事故。为便于讨论，将铁路的列车超速防护ATP系统称为列车运行控制系统。下面将从不同的角度进行列控系统分类和控制原理的分析。

一、根据系统功能、人机分工和自动化程度划分

列控系统按照系统完成的功能、人工的自动化程度分成列车自动防护系统（ATP）和铁路列车运行自动控制系统（ATC）。 （1）列车自动防护系统（ATP）

列车自动防护系统（ATP）可对列车运行速度进行实时监督，当列车运行速度超过最大允许速度时，自动控制列车实施常用全制动或紧急制动，使列车停在显示禁止信号的信号机或停车标前方。ATP系统的车载设备以仪表或数字指示方式（车内信号方式）向司机给出列车最大允许速度、目标距离和目标速度等信息，司机只要按允许速度操纵机车，就能可靠保证列车安全运行，不冒进信号。通俗地说，一般ATP系统不包含列车的自动加速和自动减速，只是起到超速防护的目的，在国内也将ATP系统叫成列车超速防护系统。 （2）铁路列车运行自动控制系统（ATC）。

铁路列车运行自动控制系统（ATC）可根据行车指挥命令、线路参数、列车参数等实时监督列车运行速度，通过控制列车多级常用制动，自动降低列车运行速度，保证行车安全。列车运行自动控制系统是比列车超速防护系统高一级的列车自动控制系统，它可替代司机的部分操作。通俗地说，铁路的ATC系统可以包含列车的自动减速，该系统在日本应用较为广泛，这种控制模式可以有效降低司机的劳动强度，并且能够提高运输效率，不会因为司机的水平不一样而造成效率的降低，目前我国200km/h的动车组引进的ATP设备可以理解为日本方式的ATC系统，即在传统的ATP系统上加上一个设备优先控制列车制动的操作模式。

二、按人-机设备优先等级划分

列控系统按照系统是人工优先控制还是设备优先控制分成设备优先的列控系统和人工优先的列控系统。前者以日本新干线ATC为代表，后者德国LZB或法国高速铁路TVM300或TVM430系统为代表。 （1）设备优先的列控系统

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设备优先的系统当要求列车减速时，在闭塞分区入口处，ATP车载设备就自动实施制动，低于目标速度后自动缓解。当列车速度超过紧急制动制动曲线时，则实施紧急制动，使列车停车。由于列车的减速制动完全由列车运行控制系统自动完成，不必司机人工介入，其最大优点是能够年轻司机的劳动强度，使司机能集中精力确保列车正点运行，从而提高列车运行服务质量。但是，为满足旅客乘车舒适性的要求，采用这种方式对列车自身的制动系统的自动化程度以及制动性能要求非常高。它的最大常用制动必须采用可短时间重复制动、缓解的高质量多级制动（电阻、再生、电空等）方式，特别是电空制动，它要求缓解充风时间要短，一旦列控设备发出减速命令，列车制动系统能根据列车实际运行状态自动控制按保证旅客舒适的要求实施制动。

以设备制动优先的列控系统另一优点是可以适当缩短列车运行间隔时间，保证列车按时刻表或运行图运行。根据经验，一般以人控为主的列控系统，司机为防止速度超过允许速度，往往将列车的运行速度控制的距离设备监督曲线较远的地方，尤其是列车前方为禁止信号时，司机往往提前降速缓行，因此使列车的运行间隔增加。而设备制动优先的列控系统，由于它完全由设备控制并且可以连续制动、缓解，它的运行速度控制曲线一般距离设备监督曲线较近，因此它可以适当缩短列车运行间隔时间。 （2）人控优先的列控系统

以人控优先的系统列车运行速度一般由司机控制，只有列车超过允许速度，设备才自动介入实施制动。司机制动优先的系统的优点是便于发挥司机的责任感，使司机处于积极的工作状态，能及时处理异常情况，充分发挥人的技术能力，减少设备对司机操纵的干扰。在列车制动系统技术水平不高的条件下，司机控制列车减速比设备自动控制列车更为舒适。另外，对于以空气制动为主的列车，由于其不能短时间重复实施制动和缓解，因此对于这种列车必须采用人控优先的控制方式。

综合以上分析，对于那些列车性能稳定、设备安全可靠、司机劳动强度大、运行间隔要求高的轨道交通运输系统，宜采用设备优先的控制系统。

三、按控制模式划分

列控系统按照系统控制模式分成速度码阶梯控制方式和速度-距离模式曲线控制方式。 （1）速度码阶梯控制方式

速度码阶梯控制方式，在一个闭塞分区内只控制一个速度等级。在一个闭塞分区中只按照一种速度判断列车是否超速。阶梯控制方式又可分为： ? 出口检查方式（滞后式控制） ? 入口检查方式（提前式控制）

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200200/170200入口（提前）控制限制曲线170170/130170出口（滞后）控制限制曲线130入口（提前）控制列车实际曲线130/9013090出口（滞后）控制列车实际曲线90/3090300030/003000列车200/00列车1点式设备

图1-1 速度码台阶控制曲线

图1-1中出口检查方式要求司机在闭塞分区内将列车运行降低到目标速度，ATP车载设备在闭塞分区出口检查列车运行。如果司机按照允许速度操纵列车，ATP设备不干预司机正常操作，当司机违章操作或列车运行超过允许速度时，列控设备将自动实施制动。在每个闭塞区段的速度含义中存在允许速度/目标速度的意义，本区段的允许速度为该区段的入口速度，本区段的出口速度就是下个闭塞分区的允许速度，这种控制模式属于滞后控制，列车制动后需要走行一段距离才能减速（或停车），因此，在禁止信号后方需要设置一段防护区段用着过走防护。法国TVM300就采用这种控制方式。

图1-1中入口检查方式就是列车在闭塞分区入口处接收到允许速度后立即依此速度进行检查，没有目标速度指示，一旦列车速度超过允许速度，则列控设备自动实施制动使列车运行降低到目标速度以下。入口检查方式中本区段的入口速度就是本区段的允许速度。日本新干线ATC就用这种方式。在该种控制方式下，需要在列车停车前设置一个地面环线或应答器设备，用于防止列车冒进信号，该点式设备的布置要求列车以30km/h的速度紧急停车后能在危险点停车。这种控制方式较滞后式控制方式间隔能力将提高不少。

速度码阶梯控制方式的系统主要优点是简单，需要地车传输的信息量小，不需要知道列车的准确位置，只需要知道列车占用哪个区段即可。但是缺点也是明显的，铁路运输系统的行车能力受到了限制。

（2）速度-距离模式曲线控制方式

为了缩短列车间的间隔距离，采用速度－距离模式曲线方式实现列车间的安全速度和间隔控制。速度-距离模式曲线控制是根据目标速度、线路参数、列车参数、制动性能等确定的反映列车允许速度与目标距离间关系的曲线，速度－距离模式曲线反映了列车在各点允许运行的速度值。列控系统根据速度距离模式曲线实时给出列车当前的允许速度，当列车超过当前允许速度时，设备自动实施常用制动或紧急制动，保证列车能在停车地点前停车。因此，采用这种控制方式的列控系统不需要设置安全防护区段。在这样的控制系统中又分成以下两种方式：

? 分段速度-距离模式曲线控制 ? 一次速度-距离模式曲线控制

分段速度控制模式是将轨道区段按照制动性能最差列车安全制动距离要求，以一定的速

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