铁路列车运行控制系统

第一篇：铁路列车运行控制系统

铁路列车运行控制系统（CTCS）

列车运行控制系统(简称列控)是铁路运输极重要的环节。随着对铁路运输要求的提高,如何改进列车控制系统,实现列车安全、快速、高效的运行是目前的主要问题。随着计算机技术、通信技术、微电子技术和控制技术的飞速发展使得无线通信传递车地大容量信息成为可能。

传统的列车运行控制系统是利用地面发送设备向运行中的列车传送各种信息，使司机了解地面线路状态并控制列车速度的设备，用以保证行车安全，同时也能适度提高行车效率。它是一种功能单

一、控制分散、通信信号相对独立的传统技术。它包括机车信号、自动停车装置以及列车速度监督和控制等。依据不同的要求安装不同的设备。机车信号和自动停车装置都可单独使用，也可以同时安装。

新一代铁路信号设备是由列车调度控制系统及列车运行控制系统两大部分组成的。从技术发展的趋势看是向着数字化、网络化、自动化与智能化的方向发展。它是列车运营的大脑神经系统，直接关系保证着行车安全、提高运输效率、节省能源、改善员工劳动条件。发展中的列控系统将成为一个集列车运行控制、行车调度指挥、信息管理和设备监测为一体的综合业务管理的自动化系统。列车运行控制系统的内容是随着技术发展而提高的，从初级阶段的机车信号与自动停车装置，发展到列车速度监督系统与列车自动操纵系统。

随着列车速度的不断提高,随着计算机、通信和控制的等前沿科学技术发展，为通信信号一体化提供了理论和技术基础。尤其，其所依托的新技术，如网络技术与通信技术的技术标准与国外是一致的，可属于技术上借鉴。近年来,欧洲铁路公司在欧盟委员会和国际铁路联盟的推动下,为信号系统的互联和兼容问题制定了相关的技术标准,其中包括欧洲列车运行控制系统———ETCS标准。在世界各国经验的基础上，从2002年开始，结合我国国情、路情，已制定了统一的中国列车运行控制系统为ChineseTrainControlSystem的缩写——CTCS（暂行）技术标准。随后，还做了相关技术标准的修订工作,2007年颁布了《客运专线CTCS—2级列控系统配置及运用技术原则(暂行)》文件,明确规定了CTCS—2级列控系统运用技术原则,对CTCS—3级列控系统提出了技术要求。

CTCS列控系统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。CTCS系统包括地面设备和车载设备,根据系统配置按功能划分为以下5级: 1.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。2.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要求,增加点式设备,实现列车运行安全监控功能。

3.CTCS—2级是基于轨道传输信息的列车运行控制系统,CTCS—2级面向提速干线和高速新线,采用车—地一体化计,CTCS—2级适用于各种限速区段,地面可不设通过信号机,机车乘务员凭车载信号行车。

4.CTCS—3级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;CTCS—3级面向提速干线、高速新线或特殊线路,基于无线通信的固定闭塞或虚拟自动闭塞,CTCS—3级适用于各种限速区段,地面可不设通过信号机,机车乘务员凭车载信号行车。

5.CTCS—4级是基于无线传输信息的列车运行控制系统,CTCS—4级面向高速新线或特殊线路,基于无线通信传输平台,可实现虚拟闭塞或移动闭塞,CTCS—4级由RBC和车载验证系统共同完成列车定位和列车完整性检查,CTCS—4级地面不设通过信号机,机车乘务员凭车载信号行车。我国新建200km/h～250km/h客运专线采用CTCS—2级列控系统, 300km/h～350km/h客运专线的列控系统采用CTCS—3级功能,兼容CTCS—2级功能。

客运专线的CTCS—3列控系统包含了CTCS—2列控系统的全部设备,并在CTCS—2的基础上增加了铁路专用全球移动通信系统(GSM—R)系统设备。

新型列车控制系统的核心是通信技术的应用，铁路通信是专门的通信系统，历史上是有线通信，后来是有线和无线结合，现在是先进的无线通信是GSM-R。

GSM-R是一种根据目前世界最成熟、最通用的公共无线通信系统GSM平台上的、专门为满足铁路应用而开发的数字式的无线通信系统，针对铁路通信列车调度、列车控制、支持高速列车等特点，为铁路运营提供定制的附加功能的一种经济高效的综合无线通信网络系统。所以，GSM-R网络本身不是孤立存在的，是跟铁路的各应用系统衔接在一起的，是跟信号系统、列车控制系统衔接在一起的。GSM-R网络在应用过程当中，本身是一个载体，相当于一条为车提供行驶通道的公路。

GSM-R通信系统包括：交换机、基站、机车综合通信设备、手机等设备组成。从集群通信的角度来看，GSM-R是一种数字式的集群系统，能提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修组通信等语音通信功能。GSM-R能满足列车运行速度为0-500km／小时的无线通信要求，安全性好。GSM-R可作为信号及列控系统的良好传输平台，正在试验中的ETCS欧洲列车控制系统(也称FZB)和另一种用于160公里以下的低成本的列车控制系统(FFB)，都是将GSM-R作为传输平台。

以青藏铁路为例：青藏铁路是世界上海拔最高的铁路线，青藏线北起青海省格尔木市，途经纳赤台、五道梁、沱沱河、雁石坪，翻越唐古拉山进入西藏自治区境内后，经安多、那曲、当雄至西藏自治区首府拉萨市，全长约1142km。绝大部分线路在高原缺氧的无人区。为了满足铁路运输通信、信号及调度指挥的需要，采用了GSM-R移动通信系统。青藏线GSM-R通信系统实现了如下功能：

1、调度通信功能。调度通信系统业务包括列车调度通信、货运调度通信、牵引变电调度通信、其他调度及专用通信、站场通信、应急通信、施工养护通信和道口通信等。

2、车次号传输与列车停稳信息的传送功能。车次号传输与列车停稳信息对铁路运输管理和行车安全具有重要的意义，它可通过基于GSM-R电路交换技术的数据采集传输应用系统来实现数据传输，也可以采用GPRS方式来实现。

3、调度命令传送功能。铁路调度命令是调度所里的调度员向司机下达的书面命令，它是列车行车安全的重要保障。采用GSM-R系统传输通道传输调度命令无疑将加速调度命令的传递过程，提高工作效率。

4、列车尾部装置信息传送功能。将尾部风压数据反馈传输通道纳入GSM-R通信系统，可以方便地解决尾部风压数据传输问题。

5、调车机车信号和监控信息系统传输功能。提供调车机车信号和监控信息传输通道，实现地面设备和多台车载设备间的数据传输，并能够存储进入和退出调车模式的有关信息。

6、列车控制数据传输功能。采用GSM-R通信系统实现车地间双向无线数据传输，提供车地之间双向安全数据传输通道。

7、区间移动公务通信。在区间作业的水电、工务、信号、通信、供电、桥梁守护等部门内部的通信，均可以使用GSM-R作业手持台，作业人员在需要时可与车站值班员、各部门调度员或自动电话用户联系。紧急情况下，作业人员还可以呼叫司机，与司机建立通话联络。

8、应急指挥通信话音和数据业务。应急通信系统是当发生自然灾害或突发事件等影响铁路运输的紧急情况时，在突发事件现场与救援中心之间，以及现场内部采用GSM-R通信系统，建立语音、图像、数据通信系统。

再以高速铁路为例：2008年在世界高速铁路大会上，与会代表就高速铁路定义进行讨论以后，最后，达成三点新的共识：一是新建的专用铁路。强调是新建的专用铁路，既有的铁路线不能算；另一层，“专用”含义是单指客运，没必要搞一个超高速度的货运列车。二是，在新建的专用铁路线上，开行达到运营时速250公里以上的动车组列车。三是采用了开行高速铁路列车的运行控制系统，这种运行控制系统和普速的铁路是完全不同的，它是一个电脑化的控制系统，这是高速铁路最核心技术。我们知道列车运行控制系统都是机器控制和人控制相结合的。传统普速铁路是以人控为主，机器做辅助的；而高速铁路是反过来，机器控制优先为主，人是辅助的。高速铁路必须要用这样一个先进的高铁的运营控制系统，我们才能认定说这条线路是高速铁路。特别时速300公里以上的高速铁路，一些线路要采用CTCS3级列控技术，这就要利用GSM-R铁路移动通信系统标准作为信息传输的一种手段。CTCS3还要求有一个无线闭塞中心，这个闭塞中心要采集一些信息，以无线GSM-R网络向车载系统来提供信息。因为GSM-R是无线通信，无线信道是变参信道，从信道的角度讲它的传输环境是可变的。而且，GSM-R本身是一个复杂的系统，涉及的设备运用、网络管理因素很多，要想有效、可靠地传输这些信息，实际上对GSM-R网络质量，对系统运行维护的质量就提出了非常苛刻的要求。

从以二例充分说明，21世纪以来,随着全球铁路跨越式的发展,越来越多的新技术被应用到铁路——这个近代文明产物，使得铁路包含的高科技含量也越来越多。今天的铁路早已不是单纯的以列车和铁轨的合成工作所定义的概念。铁路的通信系统越来越重要，它也迎来了划时代的转变,铁路无线全球通信系统的GSM--R的建设和使用,表明成长中的我国铁路正在不断吸取国外铁路的先进经验和成果,努力提升自身的经济技术结构和规模水平,加快发展步伐,争取在较短时间内运输能力满足国民经济和社会发展需要,实现主要技术装备达到或接近国际先进水平。

总之，我国铁路列车运行控制系统经过几十年的发展，已经具备一定基础。但还不能满足我国铁路客运专线和城市轨道交通的发展需求，其列控系统基本还是靠引进。国外系统虽具有先进、相对成熟的特点，但造价高和运营维护成本高，技术受制于人。为此，我国应加快发展适合于我国国情的列控系统。在铁路交通方面，参照欧洲列控系统(ETCS)发展的中国列车运行控制系统(CTCS)，并采用专门为铁路划分频段的全球移动通信系统(GSM-R)欧洲标准作为发展我国铁路综合数字移动通信网络的技术标准，用以建设无线列调、无线通信业务和列车控制系统信息传输通道；在城市轨道交通领域参照相关国际标准，采用商用设备COTS技术发展列控系统。在消化吸收国外先进技术的同时，研究新一代基于移动通信的列控系统(CBTC)，来确保铁路、城市轨道交通列车运行安全和提高运输效率，迫切需要装备性能先进、安全可靠的列车运行控制系统。由于GSM-R的网络比较复杂，不是简单的设备连接，或者是简单的设备开通。它是一个大的系统，这个大的系统本身就有各个环节。而且网络本身就受到无线信号环境以及气候环境等诸多因素的影响。要注意ＧＳＭ－Ｒ的电磁环境，其干扰源主要一是系统内部干扰，主要是由频率规划和小区规划不当等自身原因造成的同频、邻频干扰等；二是外部干扰又分为来自中国移动ＧＳＭ网的干扰，ＣＤＭＡ基站下行链路对ＧＳＭ－Ｒ上行链路的干扰，全频段或部分频段人为故意大信号堵塞干扰等。如排除自身因素和人为因素，ＧＳＭ－Ｒ的干扰最可能来源于与其共享频率资源的中国移动ＧＳＭ－Ｒ网络。在如此复杂的电磁环境中，应对ＧＳＭ－Ｒ网络进行“无线空中管制”，为列车控制系统创造无“污染”的通信天空。采用何种方案来与中国移动等单位进行协调，从而保证ＧＳＭ－Ｒ正常的无线通信环境，将是铁路面临的一个紧迫而重要的问题。还有无线网络的覆盖情况会随着时间和地点的变化而变化。可能在我们开工的时候，网络质量没有问题，传控系统也没有问题。但是在设备的互相影响和无线信道变化的影响下，系统会发生一些变化。这就要求我们在运营维护的时候能够通过有效手段监测到干扰，并防止干扰。换句话说，高速铁路对整个GSM-R的无线系统和运行维护提出了很高的要求。从我国目前的GSM-R系统主要有三个设备供应商。我国的GSM-R网络系统在刚开始的时候是按某一单线来建的，以后会过渡到将各条线逐步连在一起作为一张网来管理。从专业的角度来说，GSM-R更多的应用需要有前期认证、网络系统建设以及应用和推广三个阶段。目前只是停留在系统建设期，基本上还没有开始成网络系统应用起来，还没有到成熟应用的阶段。从建设的角度来讲，GSM-R一定要形成标准化，否则不同的厂商提供的产品不同，如果我们没有一个公用的标准是连接不到一起去的。

所以，我国铁道部这几年一直在组织各个厂家做标准化和互联互通方面的工作。只有在标准化这个基础之上，才能够做到将现在的各条铁道线连接起来。GSM-R建设应该有一个整体全方位的规划方案。实际上我国铁道部一直在向这方面靠拢，在做这方面的工作。但是规划也好，方案也好，我们毕竟是从无到有，随着GSM-R线路越建越多，我们的经验也会越来越丰富。整体的标准和规划应该会随着铁路的发展逐渐得到完善。

第二篇：关于列车运行控制系统的分类

关于列车运行控制系统的分类

列车运行控制（简称列控）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。它是现代铁路保障行车安全、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。

在列控系统研究方面发达国家已有较长发展历史，比较成功的列控系统有：日本新干线ATC系统，法国TGV铁路和韩国高速铁路的TVM300及TVM430系统，德国及西班牙铁路采用的LZB系统，及瑞典铁路的EBICA900系统等。这些列车控制系统都结合本国的特点、具有本身差别的技术前提和顺应规模，因此，列控系统可以分成许多类型。

如按照地车信息传道输送方式分类：一种为持续式列控系统，其车载设备可持续接收到地面列控设备的车-地通信信息，是列控技术应用及发展的主流。如：德国LZB系统、法国TVM系统、日本数码ATC系统。采用持续式列车速度控制的日本新干线列车追踪距离为5min（分 min），法国TGV北部线区间能力甚或达到3min（分 min）。

另一种为点式列控系统，其接收地面信息不持续，但对列车运行与司机把持的监视其实不间断，因此也有较好的安全防护效能。如：瑞典EBICAB系统。

还有一种为点连着式列车运行控制系统，其轨道电路完成列车占用检测及完整性查抄，持续向列车传送控制信息。点点连着式信息设备传道输送定位信息、进路参数、路线参数、限速和停车信息。如：我国CTCS2级。

如按控制模式分为阶梯控制方式和曲线速率控制方式两类。其中阶梯速度控制方式，又分有出口速率查抄方式如：法国TVM300系统；有进口速率查抄方式如日本新干线传统ATC系统。

而按照速度-距离模式曲线控制模式，如：德国LZB系统，日本新干线数码ATC系统

如按照闭塞方式分：有固定闭塞、移动闭塞。如按照功效、人机分工和列车运行控制系统化程度分： 一有列车运行控制(Automatic Train Stop略称ATS)系统；ATS是一种只在停车信号(红灯)前实施列车速度控制的装备，是

在非速差式信号系统下的产品，归属列车速度控制的低级阶段。国外多种ATS系统补充了简略的速率监视功效，这种系统设备简单，历史悠长，在我国及世界各国铁路直到现在广泛采用。

二有列车超速防护(Automatic Train Protection略称ATP)系统；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。ATP是根据速差式信号系统的建立而产生的，列车正常运行由司机控制，只在司机疏忽或失去控制能力且列车浮现超速时设备才发生效力，并以最大经常使用制动或紧急制动方式，强迫列车减速或停车。当列车速度已降至或到达限速要求，由司机鉴定和操作制动缓解。系统要求符合故障-安全原则。这是一种以人(司机)控为主的列车运行安全系统，在欧洲高速铁路上遍及采用。三有列车运行控制(Automatic Train Control略称ATC)系统；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。ATC又称列车运行控制系统减速系统。当列车运行超过限定速度时，列车运行控制实施正常制动，使列车降至低于限定速度的一定值后，制动阀缓解，列车接续运行。这是一种设备优先的列车运行安全控制系统，司机一部分操作由设备代替，但列车运行的正常调速仍由司机操作，系统一样要求故障-安全原则。这种方式很适合于动车组，日本新干线高速铁路采取这种方式。

四有列车运行(Automatic Train Operation略称ATO)系统。ATO(又称列控驾驶系统)。按系统预先输入的程序，按照列车运行图的要求，由设备代替司机举行列车运行的加速、减速或定点停车的速度调整。一般环境下，司机除对列车开始工作操作外，只对设备的动作举行监视，它归属一种非安全系统，一般叠加在ATC或ATP上，列车运行的安全防护由后者承担。该系统已在城市地铁中较广泛采用，在庞大的铁路干线上，由于运输环境、运输组织比较复杂、恶劣，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，目前很少采用。

总之，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。为便于理解，将铁路的列车超速防护ATP系统称为列车运行控制系统。

第三篇：先进的列车运行控制系统

先进的列车运行控制系统

2008年在世界高速铁路大会上，与会代表就高速铁路定义进行讨论，最后提出高速铁路有三个标准：一.新建有专用铁路；二.开行250公里以上的动车组列车；三.必须用先进的列车运行控制系统。

先进的列车运行控制系统与信号，是高速列车安全、高密度运行的基本保证。是集微机控制与数据传输于一体的综合控制与管理系统，是当代铁路适应高速运营、控制与管理而采用的最新综合性高技术。这种运行控制系统与普速的铁路是完全不同的，它是一个计算机（电脑）化的控制系统，这就是高速铁路的最核心技术。

所有列车运行控制系统说通俗点就是机器控制与人控制如何结合。传统普速铁路是以人控为主，机器做辅助的；而高速铁路是反过来，优先以机器控制为主，人是辅助的。高速铁路必须采用先进的列车运行控制系统，我们才能认定说这条线路是高速铁路。

传统普速铁路将列车在区间运行过程中实现自动化的设备统称为区间设备，包括各种闭塞设备及机车信号与自动停车装置，其一般以地面设备为主。

在高速铁路上，由于行车速度较高，如仍用地面的区间设备来调整列车运行，将产生很大困难。首先是地面信号的显示距离和显示数量不能给司机作出一个准确的速度限制，甚至模糊、不确定性极强。另外，固定的闭塞分区将影响区间的行车效率。为此，在高速铁路的列车运行过程中，必须在实现自动化的前提下，采用新的信号区间设备。首先是取消了分散安装在地面上，线路两侧的区间中的传统信号设备，列车运行控制功能全集中于列车上。其次是列车位置由车上设备进行自身检测，而地面设备是根据由车上传送的位置信息实现间隔控制。再次是列车运行安全速度是根据地面设备传递的信息，由车上设备进行自动控制。还有是地面、列车之间的信息传递可采用查询应达器（Transponder），多信息无绝缘轨道电路与无线传输信道来实现。

先进列车控制系统是铁路在技术上的一次突破，它将使铁路和整个国民经济取得巨大的经济效益。从80年代初开始，世界各国研究的先进列车控制系统,现仍处于研究、试验与完善之中。

如美国的先进列车控制系统英文写法为AdvancedTrainControlSystems缩写成叫ATCS，美国的另外一种先进列车控制系统叫ARES。由此推理，欧洲列车控制系统叫ETCS，法国的实时追踪自动化系统叫ASTREE，日本的计算机和无线列车控制系统叫CARAT等等。全是英文名称的缩写而言。

近年来，许多国家为先进列车控制系统研制了多种基础技术设备，如列车自动防护系统、卫星定位系统、车载智能控制系统、列车调度决策支持系统、分散式微机联锁安全系统、列车微机自动监测与诊断系统等。世界上许多国家如美国、加拿大、日本和西欧各国都将在20世纪末到21世纪初，已经开始分层次的实施、逐步推广应用这些新技术。

美国的ARES系统采用全球定位卫星接收器和车载计算机，通过无线通信与地面控制中心连接起来，实现对列车的智能控制。中心计算机根据线路状态信息和机车计算机报告的本身位置和其他列车状态信息等，随时计算出该采取的相对应措施，使列车有秩序地行驶，并能控制列车实现最佳的制动效果。全球定位卫星系统定位精确，误差不超过1米，ARES并利用全球定位卫星来绘制实时地图，使司机能在驾驶室的监视器上清楚地了解列车前方的具体情况，从而解决了夜间和雨雾天气时的观察困难。而ATCS列车控制系统与ARES系统最大区别，在于采用设在地面上的查询应答器，不用全球定位卫星。

当然，ARES和ATCS的功能不限于列车自动驾驶，它们的潜力还很大。计算机还可以在30秒以内，计算出一条铁路线的最佳运行实时计划，以便随时调整列车运行，达到安全效率和节能的最佳综合指标。

除美国研制的ATCS与ARES系统外，其他各国发展高速铁路的国家也都十分重视行车安全与控制系统的开发研究。作为世界高速铁路发展较快的日本、法国和德国，在地面信号设备中，区间设备都采用了符合本国国情的可靠性高、信息量大、抗干扰能力强的微电子化或微机化的不同形式的自动闭塞制式。车站联锁正向微机集中控制方向发展。为了实现高速铁路道岔转换的安全，转辙装置也向大功率多牵引点方向发展，同时开发研究了道岔装置的安全监测系统。在车上，世界各国的高速铁路都积极安装了列车超速防护和列车自动控制系统。

日本在东海道新干线采用了ATC系统，法国TGV高速线采用了TVW300和TVM430系统，德国在ICE高速线上采用了LZB系统。这些系统的共同点是新系统完全改变了传统的信号控制方式，可以连续、实时监督高速列车的运行速度，自动控制列车的制动系统，实现列车超速防护。另外，通过集中运行控制，系统还可以实现列车群体的速度自动调整，使列车均保持在最优运行状态，在确保列车安全的条件下，最大限度的提高运输效率，系统进一步还可以发展为以设备控制全面代替人工操作，实现列车控制全盘自动化。这些系统的不同点主要体现在控制方式、制动模式及信息传输的结构方面。

德国的LZB连续式列车运行控制系统，其运营速度可达270km/h。它是目前世界上唯一采用以轨道电缆为连续式信息传输媒体的列车控制系统，可实现地面与移动列车之间的双向信息传输，同时还可利用轨道电缆交叉环实现列车定位功能，控制方式是以人工控制为主。LZB系统首先将连续式速度模式曲线应用于高速列车的制动控制，打破了过去分段速度控制的传统模式，可以进一步缩短列车运行的时隔时分，因此能更好地发挥硬件设备在提高线路运输效率方面的潜在能力。

法国的TVM430型是在TVM300系统的基础上进行数字化改造后的列车控制系统，在TGV北方线上采用，列车运行速度可达320km/h。TVM430系统的地面信息传输设备采用UM71型无绝缘数字式轨道电路，由地面向移动列车之间实现地对车信息的单向传输。信号编码总长度为27个信息位，其中有效信息为21位。列车的定位功能也是由轨道电路完成的。

我国采用的“中国列车运行控制系统”（CTCS）。CTCS-1级，人工控制为优先，超速防护，用于传统普速铁路。CTCS-2级，机器控制为优先，基于轨道电路+应答器的地对车单向信息传递，用于250km/h客运专线，5分钟追踪。CTCS-3级：机器控制更为优先，基于无限数据传输平台（GSM-R）车地双向列控信息传递。用于350km/h客运专线，3分钟追踪。CTCS4级采取目标距离控制模式，列车按移动闭塞或虚拟闭塞方式运行还未实施商业应用。

根据我国的具体情况，高速铁路要兼容既有铁路的信号制式，特别是要满足多种信息传输方式，实现传输系统故障时的降级需要，就必须采用车载设备智能化的方式。

高速线上运行的均为动车组，并都安装高速列控系统的车载设备，车载设备采用先进的数字信号处理技术，兼容既有线信号系统，在分界点列车自动识别转换模式。这样使高速列车能下既有线运行，如有安装有高速列控系统车载设备的动车组原在既有线上运行的，也能上高速线运行。每个车站设一个区段控制中心，通过高速铁路数据通信广域网络实现各区段控制中心之间以及与综合调度中心之间的高速、大容量的信息交换。

第四篇：列车运行控制系统期末考试重点总结

列控定义：列车运行全过程或一部分作业实现自动控制的系统，可以根据列车在线路上运行的客观条件和实际情况，对列车运行速度及制动方式等状态进行监督、控制和调整。

列控作用：（1）保障行车安全。识别、消除或减弱危及安全的因素。发现时，向列车发出停车或降速命令(2）保证运输效率。列控系统确定列车最小安全制动距离，最大限度提高线路通过能力。

列控原理：地面设备根据前方行车条件，包括轨道占用情况、进路状态、线路状况以及调度命令，生成行车许可，通过车地通信技术传给车载设备，结合列车数据，车载设备自动计算生成超速防护曲线，并实时与列车运行速度进行比较，超速(允许速度）后及时进行控制，防止列车超速脱轨或与前行列车追尾。

列控功能：1.给司机显示允许列车运行的信号、目标距离、目标速度、允许速度等。2.防止列车超过规定的限制速度运行，包括信号显示规定的限制速度、线路限速、车辆限速、临时限速等。3.自动实施速度控制，一旦列车速度超过允许速度，应实施制动控制，使列车减速甚至停车。4.防止与同一轨道运行的列车相撞或追尾。

分级特点：1.CTCS-0干线铁路装备的既有铁路信号设备；地面设备：国产轨道电路构建三显示/四显示自动闭塞，轨道电路实现；车载设备：通用机车信号，列车运行监控记录装置LKJ；固定闭塞 2.CTCS-1由主体机车信号+安全型运行监控装置组成，面向160km/h及以下的区段，在既有设备基础上强化改造，增加点式设备，实现列车运行安全监控功能。3.CTCS-2提速干线、高速铁路；应答器、ZPW-2000A轨道电路共同完成车地通信；配置车站列控中心TCC，根据地面信号系统计算列车移动授权凭证；车载ATP+LKJ2000，凭车载信号行车；可下线在CTCS1/0线路；准移动闭塞，地面可不设区间通过信号机 4.CTCS-3主要面向高速铁路；车载配置ATP，凭车载信号行车；RBC基于地面信号系统计算列车移动授权；无线通信（GSM-R）传输车地信息；轨道电路检查列车占用，应答器为列车定标；地面可不设区间通过信号机；可下线在CTCS2线路；准移动闭塞；等同于ETCS-2 5.CTCS-4面向高速铁路；CTCS车载设备ATP，凭车载信号行车；车载设备发送列车参数，无线闭塞中心RBC跟踪；列车位置并计算列车移动授权；取消区间轨道电路和通过信号机（移动闭塞）；无线通信（例如：GSM-R、LTE-R等）；列车完整性检查由地面RBC和列车完整性验证系统完成； 等同于ETCS-3 加速牵引：C=F-W匀速惰行：C=-W减速制动：C=-(B+W)F牵引力，B制动力，W阻力

牵引力分析：轮轨间的纵向水平作用力超过最大静摩擦力时，轮轨接触点将发生相对滑动，机车动轮在强大力矩的作用下快速转动，轮轨间的纵向水平作用力变成了滑动摩擦力，其数值比最大静摩擦力小很多，而列车运行速度很低，这种状态称为“空转”。

空转的危害：局部与车轮接触的钢轨将受到严重摩擦，造成严重耗损钢轨，甚至导致车轮陷入钢轨磨损产生的深坑内。该状态下牵引力反而大幅降低，钢轨和车轮都将遭受剧烈磨损。

打滑(制动力):当制动力大于黏着力时，轮轨将发生滑行，即车轮将被“抱死”。此时制动力变为轮轨间的滑动摩擦系数，闸瓦间的摩擦力由动摩擦力变为静摩擦力。由于滑动摩擦系数远小于滚动摩擦系数，因此轮对一旦滑行，制动力将迅速下降。基本阻力：列车在理想线路条件下，沿平直轨道运行时遇到的阻力，列车运行中任何情况下都存在的阻力。是列车内部或外界之间的相互摩擦和冲击产生的，包括：机械阻力和气动阻力。列车基本阻力的公式 w0=W0/M

式中：M—列车总重；W0—列车运行基本阻力；Q—中间车辆数；v—列车运行速(km/h)；△v—逆风风速(km/h);a、b、c—与机械阻力相关的系数；d—每辆车车与空气阻力相关的阻力系数；e—头车和尾车空气阻力相关的阻力系数之和。附加阻力是指列车在非理想线路条件上运行时受到的额外阻力。坡道附加阻力：，其中BC/AB=sinθ

曲线附加阻力：Wr=600g/R(N/t)R——曲线半径(m)Wr=10.5αg/Lr(N/kN)Lr——曲线长度(m)，α——曲线转角

隧道空气附加阻力：有限制坡道时 ws=0.0001LsVs²(N/kN)无限制坡道时 ws=0.13Ls Ls—隧道长度(km)，Vs—列车在隧道内的运行速度 制动方式：1.摩擦制动（1）闸瓦制动（踏面制动）（2）盘形制动：制动盘固定于车轴上时称为轴盘式盘型制动，制动盘连接在车轮上，称为轮盘式盘形制动。2.动力制动分为：电阻制动、再生制动、圆盘涡流制动和线性涡流制动。制动力计算：全列车的制动力等于全列车的闸瓦压力与轮瓦摩擦系数的乘积之和。

制动力也要受到轮轨间黏着条件的限制：

式中Q—轴荷重，μ—轮轴间的制动粘着系数 A.滑动现象在空车中更容易发生；

B.当轨面状况不好时，黏着系数下降，易出现滑行。C.紧急制动时，闸瓦压力K大，容易出现滑行。

D.当速度降低时，黏着系数略大，而摩擦系数随速度下降急剧增加，因此在低速尤其是快停车时，更容易滑行。

制动距离的计算：

式中 S—制动距离(m);v—制动末速度(km/h);v0—制动初速度(km/h)式中 Sk—空走距离；Se—实制动距离

式中 tk—空走时间(s);v0—制动初速(km/h)

行车闭塞：按照一定的规定和信号设备组织行车(使用信号或凭证），对追踪列车进行间隔控制（空间间隔制），避免列车追尾或相撞。

空间闭塞（间隔）法：将线路划分为若干个区段，在每个区段内同时只准许一列列车运行的行车方法。人工闭塞：采用电气路签或路牌作为列车占用该区间的凭证，由接车站值班员检查区间是否空闲。依靠人工完成。半自动闭塞：人工办理闭塞手续，列车凭信号显示发车后，车站信号机自动关闭。特点：站间或所间只准许行一列车；人工办理闭塞手续；人工确认列车完整到达；人工恢复闭塞。

自动站间闭塞：在有区间占用检查条件下，自动办理闭塞手续，列车凭信号显示发车后，车站信号机自动关闭。

特点：有区间占用检查设备；站间或所间闭塞只准走行一列车；办理发车进路时自动办理闭塞手续；自动确认列车到达和自动恢复闭塞。自动（区间）闭塞：将站间划分为若干个闭塞分区，设置闭塞分区占用检查设备，每个闭塞分区的起点装设通过信号机，根据列车运行及轨道占用检查，自动控制信号机的显示，司机凭信号显示行车。办理发车进路时自动办理闭塞手续，通过信号自动变换。可以实现站间的列车追踪运行，提高了运输效率。用于双线铁路。虚拟闭塞:是固定闭塞的一种特殊形式，以虚拟方式（设置通信模块和定位信标）将区间划分为若干个虚拟闭塞分区，并设置虚拟信号机进行防护。固定闭塞：两列运行列车之间的空间间隔是若干个长度固定的闭塞分区，一般设地面通过信号机，保证列车按照空间间隔制运行。基本原则：不能授权列车进入已被另一列车占用的分区；两追踪列车之间的间隔距离必须始终大于后车的制动距离，保证两辆列车不会追尾。

三显示自动闭塞：绿灯（通行）：表示前方两个闭塞分区空闲，列车可以按规定速度运行；黄灯（警惕）：表示前方只有一个闭塞分区空闲，列车可以越过黄灯后再开始制动；红灯（停车）：表示列车在红灯前停车。

进路式信号：信号没有速度含义，仅表示前方闭塞分区是否空闲以及空闲状态 四显示自动闭塞：绿灯（通行）：表示160/160，入口速度为160km/h，出口速度（即目标速度）为160km/h；绿黄（警惕）：表示160/115；黄灯（限速）：表示115/0；红灯（停车）：表示0km/h，即前方占用，不得冒进。比较：三显示用一个闭塞分区满足列车全制动距离的需要，四显示用两个较短的闭塞分区满足列车全制动距离的需要，适应了提速的需求，缩短了列车追踪间隔，提高了运输能力。

准移动闭塞:基于固定闭塞的目标—距离控制方式，保留固定闭塞分区，以前方列车占用闭塞分区入口确定目标点，通过地车信息传输系统向列车传送目标速度、目标距离等信息。这种闭塞方式称为准移动闭塞。

移动闭塞：追踪列车的目标点是前行列车的尾部加一个安全距离，实时与前车保持安全制动距离，闭塞分区随列车移动而“移动”

最限制速度: 综合考虑列车在区域各类限制速度得出的最低值（即最不利限制部分或最严格限制速度），简称最限制速度。

速度防护曲线模式：速度-距离模式曲线是根据目标速度、目标距离、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的关系曲线。根据制动曲线的形状，速度-距离模式曲线可分为分段曲线控制和目标-距离控制。根据所需信号含义和速度控制方式，分为：阶梯速度控制方式和速度-距离模式曲线控制方式

从列车安全间隔距离的构成与计算，比较速度防护方式在运输效率的差别。（1）阶梯速度控制（防护）方式和分段曲线控制（防护）方式的安全间隔距离构成基本相同, 计算式为：S=(S1+S2+S3+S4)n，其中：S1—车载设备接收地面列控信号响应过程中列车走行距离；S2—列车制动设备响应过程中列车走行距离；S3—列车制动距离（性能最差列车的最大安全制动距离：含空走和有效走行）；S4—安全防护距离（过走防护距离）；n—列车从最高速度停车制动所需阶梯（分区数）。（2）基于固定闭塞（准移动闭塞）的目标距离控制（防护）方式的列车防护目标距离（小于安全追踪间隔距离）为：L=L0+Lz+L3，其中：L0—列控设备反映时间内走行距离;Lz—每列车的实际最大安全制动距离（列车性能好数值小，性能差数值大）；L3—列车过走防护距离。（3）基于移动闭塞的目标距离控制（防护）方式的安全追踪间隔距离（等于列车防护目标距离）为：S= Sl+ S2+S3+S4，其中：Sl—车载设备接收地面列控信号反映时间距离；S2—列车制动响应时间距离；S3—每列车的实际最大安全制动距离；S4—过走防护距离。

比较分析：阶梯速度控制（防护）和分段曲线控制（防护）方式是按照制动性能最差列车安全制动距离要求，以一定的速度等级将轨道划分成若干固定区段，所以对制动性能好的列车其能力将不能得到充分发挥，而目标距离控制（速度—距离模式曲线控制）则由于车载设备按本车实际性能实时计算控制模式曲线，可以列车实际性能自行控制其追踪间隔，使各个列车的性能得以充分发挥。因此，目标距离模式的运输效率高于阶梯速度方式和分段曲线控制方式。

行车许可（移动授权MA），允许列车在基础设施限制内运行到轨道上指定的位置。

行车许可终点（EOA）是行车防护界限点，目标点与它的距离为安全距离。EOA包括：被占用闭塞分区的入口（固定闭塞或准移动闭塞）、前行列车安全后端（移动闭塞）、为进路设置的道岔警冲标等。

行车许可证原理：固定闭塞：地面设备通过检测前车的占用，以前车所在的闭塞分区的起点向后车方向顺序控制信号的开放，生成行车许可。移动闭塞：两车追踪的情况中，列车实时计算自身的位置，并通知地面设备，地面设备结合前行列车位置及线路状况等信息为后行列车确定行车许可。

在固定闭塞（含准移动）的方式下，根据车地信息传输方式的不同，可将列控系统分为：点式、点-连式和连续式（基于通信的）列车运行控制系统。

基于轮轴的测速原理：利用车轮的周长作为“尺子”测量列车的走行距离，据测量得到的列车走行距离测算出列车运行速度，基本公式：D—车轮直径，φ—车轮转速

速度监控曲线：列车运行全过程的各点位置的限制速度构成的速度-距离曲线。分为顶棚速度监控区（运行时不需要考虑前方目标点，只需控制列车速度不超过该区域规定的固定限制速度）目标速度监控区（限制速度下降到较低的限制速度值或限制速度为0km/h的目标点的区域）以及安全距离区。

CTCS-3级系统：基于GSM-R无线通信实现车-地信息双向传输，无线闭塞中心（RBC）生成行车许可，轨道电路实现列车占用检查，应答器实现列车定位，并具备CTCS-2级功能的列车运行控制系统。

包括：地面设备：无线闭塞中心RBC、GSM-R通信接口设备、轨道电路、应答器、列控中心。车载设备：车载安全计算机（VC），GSM-R无线通信单元（RTU）、轨道电路信息接收单元（TCR）、应答器信息接收模块、记录单元、人机界面、列车接口单元。无线闭塞中心RBC：接受车载设备发送的位置和列车数据等信息；根据轨道电路、联锁进路等信息生成行车许可；将行车许可、线路参数、临时限速传输给车载设备。

GSM-R通信接口设备：用于实现车载设备与地面设备之间连续、双向、大容量信息传输。

轨道电路实现列车占用检查；发送闭塞分区空闲信息，满足后备系统的需要。临时限速服务器：集中管理临时限速命令，分别向RBC、TCC传递临时限速信息。列控中心（TCC）：实现轨道电路编码，并向RBC传递列车占用信息；通过轨旁电子单元以及有源应答器向C2级列控车载设备传送限速信息和进路信息。应答器向车载设备传输定位和等级转换信息；向车载设备传送线路参数和临时限速等信息，满足后备系统的需要。

轨旁电子单元（LEU）根据地面设备提供的信息生成应答器所要传输报文的电子设备。

车载安全计算机根据与地面设备交换的信息监控列车安全运行。轨道电路信息接收单元接受轨道电路的信息 应答器传输模块及应答器天线：应答器传输模块通过与应答器天线连接，接收地面应答器的信息。

无线传输模块通过与GSM-R车载电台连接，实现车-地双向信息传输。人机界面实现司机与车载设备之间的信息交互

列车接口单元提供安全计算机与列车相关设备之间的接口

测速测距单元接受测速传感器等设备的信号，测量列车运行速度和运行距离。司法记录器记录与列车运行安全有关的数据，在需要时下载进行数据分析。C3主要工作模式：完全监控模式、目视行车模式、引导模式、调车模式、隔离模式、待机模式、休眠模式（部分监控模式、机车信号模式仅C2）

CTCS-2级是基于轨道电路和应答器传输列车行车许可信息并采用目标距离连续速度 控制模式监控列车安全运行的列控系统 CTCS-2级列控车载设备：由车载计算机、STM、BTM、人机接口、运行记录单元、应答器信息接收天线、速度传感器、列车接口单元、轨道电路信息接收天线等

列控地面设备列控中心、ZPW-2000系列无绝缘轨道电路、应答器。

C2行车许可包括目标距离：距行车许可终点的距离；目标速度：通过行车许可终点时的速度；线路数据：坡度、静态限速、线路条件（过分相信息、等级转换点等）；临时限速信息。

C2轨道电路：完成列车占用检测、向车载设备发送列车前方空闲闭塞分区数量信息以及进站道岔侧向位置进路信息。

C2列控中心：综合轨道电路、应答器信 息和动车组参数，自动生成连续速度控制模式曲线，实时监控列车安全运行。

C2应答器提供临时限速和进路信息，线路允许速度和闭塞分区长度等。

C2与C3的地面设备构成与功能方面的差异与相同点：设备构成方面：CTCS-2级列控系统地面设备主要由车站列控中心、轨道电路和应答器构成。CTCS-3级列控系统地面设备是在CTCS-2级列控系统基础上，主要增加了无线闭塞中心(RBC)、临时限速服务器和GSM-R通信接口设备。功能方面：CTCS-3级列控系统的行车许可由地面设备RBC生成，行车命令由GSM_R通信接口设备传输，轨道电路只实现列车占用检查功能，应答器提供列车定位和等级转换信息的功能。与CTCS-3级列控系统相比，CTCS-2列控系统的地面设备轨道电路，除了实现列车占用检查功能外，还需承担向车载设备发送行车许可信息的功能；地面设备应答器，除了提供列车定位和等级转换信息功能外，还需承担传输进路状态、临时限速和线路参数等信息的功能。

Zpw2000A无绝缘轨道电路的组成：室内包括发送器、接收器、衰耗器、站防雷、电缆模拟网络；室外包括屏蔽数字信号电缆、匹配变压器、调谐单元、空心线圈、补偿电容。功能：设备状态检查、列车占用检查、地-车信息传输。

轨道电路工作状态：调整状态-空闲；分路状态-占用；断轨状态-占用（一种是列车在钢轨上行驶的冲击力使钢轨折断，另一种是工务施工或自然灾害等使钢轨折断。防护设备显示轨道电路“占用”信息，禁止列车驶入本轨道电路。）。

列车分路电阻：列车分路轨道电路所形成的短路电阻分路灵敏度：当轨道电路被列车或其它导体分路，恰好使轨道电路接收设备能反映轨道占用状态的列车分路电阻或该导体的电阻值极限分路灵敏度：轨道电路各点的分路灵敏度不同，对某一段具体轨道电路来说，该段轨道电路的极限分路灵敏度是取各点分路灵敏度的最小值。标准分路灵敏度规定的最小分路电阻,我国规定0.06欧。极性交叉：在绝缘的两侧要求轨面电压具有不同的极性或载频。

L5（21.3）准许规速行运行，前方7及以上闭塞分区空闲 L（11.4）准许规速行运行，前方三个空闲 LU（13.6）准许规速行运行，2空闲

UU（18）限速运行，表示列车接近的地面信号机开放经道岔侧向位置进路

UUS（19.1）限速运行，表示列车接近的地面信号机开放经18号及以上道岔侧向位置进路，且次一架信号机开放经道岔直向或18号及以上道岔侧向位置进路 HB（24.6）表示列车接近的进站或接车进路信号机开放引导信号或通过信号机

显示容许信号

HU（26.8）要求及时采取停车措施 H（29）要求列车采取紧急停车措施

U2（14,7）要求列车减速到规定的速度等级越过接近的地面信号机，并预告次一架地面信号机显示两个黄色灯光

U2S（20.2）要求列车减速到规定的速度等级越过接近的地面信号机并预告次一架地面信号机显示一个黄色闪光和一个黄色灯光 LU2（15.8）注意运行，预告次一架显两黄

U（16.9）减速到规定速度等级越过接近的地面信号机，次一架显红

列控中心主要功能：1.根据列车进路和轨道区段状态等信息，实现站内和区间轨道电路的载频、低频信息编码和发送功能，控制轨道电路发码方向 2.根据临时限速设置和列车进路开通情况，实现应答器报文的实时组帧、编码、校验和向LEU发送的功能 3.实现TCC站间安全信息的实时传输4.区间运行方向和闭塞的控制5.区间信号机点灯控制6.无配线车站进出站信号机的驱动采集7.通过继电器与异物侵限系统接口，实现异物侵限灾害防护 8.向CTC设备传输区间闭塞分区状态、编码、方向和设备状态9.具有自诊断与维护功能

应答器：基于电磁耦合原理实现的车地高速数据传输的点式设备，用于在特定地点从地面向列车传送报文信息。

应答器的组成：地面应答器（应答器），轨旁电子单元（LEU），车载天线，应答器传输模块（BTM）

应答器功能：有源应答器：提供临时限速和进路信息；无源应答器：提供闭塞分区长度、线路限速和换算坡度等。应答器基本原理：应答器安装在轨道中间轨枕上，不要求外加电源、处于休眠状态。列车经过时地面应答器被车载天线发送的功率载波能量瞬时激活将接收到的电磁能量转换成电能，并利用这些电能调出存储信息经调制后循环向车载设备发送报文信号，车载天线接收应答器所发射的报文信号，经译码处理发送给列控车载设备安全计算机。

RBC设备采用硬件安全比较冗余结构，包括：无线闭塞单元（RBU）、协议适配器（VIA）、RBC维护终端、司法记录器（JRU）、操作控制 终端和等设备组成。

RBC功能 1.数据配置（根据列控数据表、信号平面图、RBC设备信息，建立内部拓扑图）2.地面动态状态映射（联锁：进路信息，TSRS：临时限速信息等）3.列车管理（连接、注册、断开连接、注销）4.MA生成5.RBC切换（双电台、单电台）

RBC生成行车许可的过程（1）形成许可（MA）定位：RBC通过列车位置报告从列车获得当前的列车位置，并且在内部拓扑图上形成列车精确定位；（2）形成许可数据：RBC接收车站联锁和TSRS（临时限速服务器）的进路和临时限速信息，并将其映射到内部拓扑数据库；（3）确定许可范围：RBC根据进路状态将列车前方尽可能多的进路分配给列车，计算进路长度，填充行车许可；（4）形成许可信息：RBC根据进路上的线路与设备特征，填充链接信息、坡度曲线、静态速度曲线、等级转换、RBC切换、临时限速等信息，共同构成行车许可消息，发给车载设备。

映射技术：1.进路映射技术：根据来自联锁的进路编号和进路状态，找到RBC内部保存的对应进路，并更新其状态。2.临时限速映射技术：根据来自临时限速服务器的 临时限速命令，按照公里标、线路号、限速值等信息将临时限速设置到内部拓扑图上的对应区域。

临时限速是指线路固定速度以外的、具有时效性 的限制速度

RBC管理临时限速：RBC根据临时限速服务器的临时限速命令，按照公里标、线路号、限速值等信息将临时限速设置到内部拓扑图上的对应区域；RBC为列车生成行车许可中包含临时限速度区段时，向车载设备发送MA同时，发送临时限速信息，包括：至限速区段的距离、限速区段长度、限速值等

等级转换：正常的等级转换在等级边界（转换区域）自动进行。等级转换区域内的转换命令由RBC/应答器提供

RBC切换：列车到达接近下一RBC边界时，车载设备向RBC1报告位置；RBC1从RBC2获得进路信息，生成延伸到RBC2管辖范围的行车许可；列车经过切换应答器时，GSM-R车载移动电台与RBC2建立通信；RBC切换自动完成，列车受到RBC2的控制，车载设备终止与RBC1的通信；车载设备从RBC2接收到新的行车许可。（双电台时：列车受到RBC1控制，根据RBC1提供的行车许可运行；RBC1命令另一个GSM-R车载电台呼叫RBC2，与RBC2建立通信，RBC1从RBC2获得进路信息，生成延伸到RBC2管辖范围的行车许可；列车头部通过切换应答器后，列车受到RBC2的控制；列车尾部通过切换应答器后，终止与RBC1的通信，完成RBC切换。列车根据RBC2提供的行车许可运行。）注：为使列车不减速越过切换边界，RBC1提供行车许可将在RBC2管辖区域延长：一个40s正常行驶距离 + 完整制动距离的长度。

临时限速服务器主要功能：①临时限速命令的接收与校验：接收来自CTC的临时限速命令，对全线临时限速命令进行安全存储、校验、撤销、拆分、设置和取消，以及对临时限速设置时机的辅助提示等。验证限速命令来源的合 法性、限速数据的有效性，校核发往两个目标系统（RBC和TCC）的临时限速一致性。②临时限速命令的下达：向RBC和TCC下达临时限速命令，并检查两个目标系统的临时限速执行情况，当发生一致性冲突或其他异常情况下，向目标系统发送导向安全的恢复指令，同时向操作员终端发送报警信息，提醒操作员处理。③记录功能。

第五篇：基于通信的列车控制系统概述

西南交大的课件第1节 基于通信的列车控制系统概述

《列控车载设备》、《列控地面设备》徐啸明，中国铁道出版社，2007 《闭塞与列控》付世善，中国铁道出版社，2006

1.CBTC的发展前提和前景

19世纪中叶出现火车之后，立即就有人研究如何控制火车安全运行问题。早期，为了保证列车的安全，所以采用人骑马作为列车运行先导，以后又用过在一定距离设置导运人员，挥旗来表达列车可否安全前行。1930年在英国开始第一次应用横木式带灯光的信号机，而美国在1932年采用在柱子上挂黑球或白球来对列车指示停车或通过。1941年臂板信号才正式诞生在英国。1932年莫尔斯电报机发明后，很快就引人到铁路。1941年英国人提出闭塞电报机专利，并于1951年在英国铁路获得普及应用。1976年发明了电话，又为铁路应用构成电话闭塞，这种方法至今在特殊情况下，如地震、洪水后等应急时尚有应用。

除了上述两种方法，还有应用路签机和路牌机方法，1979年英国人泰尔(Tyres)发明电气路牌机，即两相邻车站各有一个路牌机，它们之间有电气联接，两站之间有列车运行，一定要领到一个路牌才能作为运行的凭证。而在平时，在一个时间内只允许有一个路牌从中取出，以此保证行车安全。1999年英国人韦布和汤姆森(Webb and Thomson)发明了电气路签机，它工作原理与电气路牌机相似，即平时在一组路签机中只能取出一枚路签供运行的列车司机作为行车凭证。

从宏观来分析，列车运行控制系统实际上包含下列几个部分： 1.车站的列车运行控制系统

它一般以车站联锁来表达。在一个车站内，将车站内的道岔，进站、出站、调车信号机，车站主干线、车站股道等三大部分之间按一定联锁关系构成系统，为列车创造行车进路或调车进路，它既要保证行车安全，又要保证行车效率。

2.区间的列车运行控制系统

它是指列车在所有车站与车站之间运行的控制系统，其目的是保证它们的安全运行、提高行车效率和提供信息。

3.驼峰编组站运行控制系统

从逻辑控制使用来区分，上述三方面系统是各自独立的，即它们的硬件系统和软件系统都独立，它们的研究开发、设计、生产、使用等可以彼此不相干。但是从信息流而言，这三者之间有着千丝万缕的联系，因为任何旅客列车运行，都要经过车站和区间，而货物列车则不仅有经车站、区间之外还有驼峰编组站。

从微观而言，人们经常把列车运行控制系统指的是区间列车运行控制系统，而且往往简称为列车运行控制系统，但实际上在车站范围的列车运行控制也属于此范畴。在TTS-R中，列车运行控制系统占有重要的地位，因为它是协调运输中速度、密度和载重三者之间关系，它也是提供列车运行实时信息等关键所在。在区间列车运行控制中，最基本的问题有以下三方面：

CBTC的发展前提和背景(点击开始播放)(1)要保证任何一个运行中的列车是安全的，即它要与前行列车保持足够的安全距离，不撞前行车，同时也要防护本列车，使后续列车也与本列车保持一个安全距离。为此，就必须决定本列车应该按什么速度行车，安全是行车的基本要求。

(2)在保证行车安全的前提下，还要使行车有效率。业主、旅客和货主三者都对此有共同要求，而且它也是表征一个国家经济是否发达的标志之一。

(3)在信息社会里，有关列车运行的信息也极为重要。因为运行管理者只有知道所有列车信息，它才能统筹管理；旅客关心的是列车什么时候开，什么时候到达目的地，中间又经过什么地方，沿路有否好风景；货主关心的是什么时候可将托运的货物送走，运行列车现在又在哪里?它什么时候到达货物目的地?因此，列车运行中首先要提供最原始的“3W”信息，即：

1W——When——什么时间 2W——What——什么列车 3W——Where——在哪里

有了一系列基础信息之后，才能派生出二次、三次等多次相关信息。

基于通信的列车控制(Communications-based Train Control，CBTC)系统独立于轨道电路，采用高精度的列车定位和连续、高速、双向的数据通信，通过车载和地面安全设备实现对列车的控制。CBTC已在全世界范围内发展，它不仅在地面大铁路得到推广应用，而且在城市轨道交通系统，包括地下铁道或快捷运输线路也给以青睐。

基于通信的列车控制利用先进的通信、计算机技术。突破了固定闭塞的局限，实现了移动闭塞，在技术和成本上较传统的信号系统有明显的优势。该技术无需在轨道上进行固定长度、固定位置的闭塞分区，而是把每一列车加上前后的一定安全距离作为一个移动的分区，列车制动的起点和终点都是动态的。列车的安全间距是按后续列车在当前速度下所需的制动距离加上安全余量计算得出。列车的最小运行间隔在90s以内，个别条件下可实现小于60 s的间隔时间。与传统的固定闭塞、准移动闭塞技术相比移动闭塞技术实现了车载设备与轨旁设备不间断的信急双向传输，使列车定位更精确、控制更灵活，可以安全有效地缩短列车间隔，提高列车运行的安全性与可靠性。降低列车的运营和维护成本。

CBTC技术发源于欧洲连续式列车控制系统，经过多年的发展，取得了长足的进步。包括阿尔卡特、西门子、阿尔斯通等多家列车控制系统设备提供商均开发出了自己的CBTC系统，并在温哥华、伦敦、巴黎、香港、武汉等多个城市的轨道交通线路上运行。我国于2004年投入运营的武汉轻轨是国内第一条采用CBTC方案的城市轨道交通线路。然而对于仍在运营的轨道交通系统，如何在不影响服务的条件下应用先进的信号系统，是运营商在考虑对信号系统进行升级时必须而对的问题。

迄今为止最大的，实现不同厂商CBTC系统设备互连互通的CBTC项目正在纽约地铁进行，并准备将该技术用于改造纽约地铁信号系统。1999年，电气和电子工程师协会轨道交通运输车辆接口委员会(IEEE Rail Transit Vehicle Interface Standards Committee，IEEE RTVISC)制定并颁布了CBTC技术标准《IEEE Std 1474.1一1999 KIEEE基于通信列车控制的性能和功能要求(第一版)》(“IEEE Standard for Communications-Based Train Control(CBTC)Performance and Functional and Functional Requirements”，以下简称标准)。准标准详细定义了CBTC系统的功能，并规定了CBTC系统的列车运行间隔、安全性和可用性等技术指标。

第2节 CBTC的特点

1.CBTC的特点 移动闭塞系统通过列车与地面间连续的双向通信。实时提供列车的位置及速度等信息，动态地控制列车运行。移动闭塞制式下后续列车的最大制动目标点可比准移动闭塞和固定闭塞更靠近先行列车，因此可以缩小列车运行间隔，使运营公司有条件实现“小编组，高密度”，从而使系统可以在满足同等客运需求条件下减少旅客候车时间，缩小站台宽度和空间，降低基建投资。此外，由于系统采用模块化设计，核心部分均通过软件实现。因此使系统硬件数量大大减少，可节省维护费用。

移动闭塞系统的安全关联计算机一般采取三取二或二取二的冗余配置。系统通过故障安全原则对软、硬件及系统进行量化和认证，可保证系统的可靠性、安全性和可用度。

无线移动闭塞的数据通信系统对所有的子系统透明，对通信数据的安全加密和接入防护等措施可保证数据通信的安全。由于采取了开放的国际标准，可实现子系统间逻辑接口的标准化，从而有可能实现路网的互联互通。采取开放式的国际标准也使国内厂商可从部分部件的国产化着手，逐步实现整个系统的国产化。

在对既有点式ATP或数字轨道电路系统的改造中，移动闭塞系统能直接添加到既有系统之上。因此对于混合列车运行模式来说，移动闭塞技术是非常理想的选择。

与传统的基于轨道电路的列车控制系统比较，CBTC系统的优势主要表现在以下几点： 1.更简洁

从硬件结构看，系统以控制中心设备为核心，车载和车站设备为执行机构，车、地列车控制设备一体化。从功能上看，联锁、闭塞、超速防护等功能通过软件统一设备实现，不再分隔。因此，整个系统摆脱了积木堆叠式结构，而是一个统一的整体。系统结构更简洁。

2.更灵活

系统不需要新增任何设备，自然支持双向运行，而且不因为列车的反方向运行，降低系统的性能和安全。所以，CBTC系统在运营时，可以根据需要，使用不同的调度策略。此外，还表现在CBTC系统可以处理多条线路交叉，咽喉区段列车运行极其复杂的情况。另外CBTC系统内可以同时运行不同编组长度、不同性能的列车。

3.更高效

系统可以实现移动闭塞，控制列车按移动闭塞模式运行，进一步缩短列车运行间隔。另外，CBTC系统可以进一步优化列车驾驶的节能算法，提高节能效果。

CBTC目前已成为铁路运输及信号的技术人员和管理人员极度关注的问题，CBTC能得到如此广泛的推广和应用，主要和CBTC的使用特点有关系。

1.安全方面

目前TBTC系统中的控制停息流是开环的，即发送者只管发送，并不能确切知道接收者是否真正接收到所需信息，这并不能保证行车安全。

CBTC的特点(点击开始播放)2.运输效率方面

由于TBTC系统是固定自动闭塞系统，所有闭塞分区一经设计计算好，信号机就有固定位置，而每个闭塞分区的长度要求完全满足最坏列车的运行安全的需要。所谓最坏列车，指它的牵引吨位是设计书中规定最重的，制动率也最低，有规定的运行速度，并且这种情况下在该地区的坡道值和弯道值条件下能够在该闭塞分区内刹住车。这些条件显然对于“好车”(主要是牵引吨位少、制动效率好等)有潜在的运输效率。一旦规定了最高运行速度，在投产后，实际速度必须在规定范围之下。因此，即使存在线路桥梁、车辆、机车有提速的可能，信号也限制了它们的发展，使得运输效率受到限制，除非重新进行设计计算。

3.工程设计方面

在信号闭塞分区长度设计，即区间信号机的布置有严格的牵引计算来规定，工程设计人员必须一个闭塞区接着一个闭塞区进行设计。如果在投产后意欲提高运量，提高运行速度，加大运行密度，必须严格核实闭塞分区工程的可能性，这是比较费周折的。

4.信息方面

随着信息社会的发展，对在线路上运行的列车，调度、旅客和货主三者愈来愈希望能得到它们的实时信息，以便调度员决定要否修正运行图，旅客能知道列车是否晚点，货主能知道托运货物何时能达目的地等等。

5.投资方面

在一次投资方面，希望减少因敷设电缆所需的40%的资金，并且希望新系统的性能/价格要比原有的更高；在日常维护投资开销方面，希望提高劳动生产率来减少维护费用。

6.在天气影响方面

希望避免晴天、雨天、下雪等影响，对原轨道电路必须经常作适当调整，以避免道碴受这些条件影响而带来不稳定性，由此可能造成不安全性。

7.抗干扰方面

希望减少在TBTC系统中轨道电路受牵引回流带来的干扰，以致使系统可能带来不稳定性和不安全性。

8.维护工作方面

希望减少信号工人原来对轨道电路要沿线步行目视维护的繁重体力劳动。9.信息共享方面

希望列车的各种信息、多媒体通道等能为铁路信号之外其他工种能共享信息，特别是机务、车辆、公安、工务、运输等，特别希望能用多媒体信息，而且有车一地间的双向通信。

CBTC的特点(点击开始播放)10.改建方面

TBTC-FAS系统大部分是单向运行线路，要改为双向运行，必须进行改建，而改建过程必定会严重影响运行，而且改造费用巨大。

11.与城市轨道交通共存问题

由于城市轨道交通系统一般都是客运、且运行密度大、速度中等、站间距离短和列车在站停留时间短等特点，所以它的列车运行系统在TBTC方面难以与地面大铁路交通系统相兼容，但应用CBTC系统后，这类系统就容易相互兼顾，大交通管理同样可以容易实现城市交通管理。12.通信媒体方面

有各种形式移动无线通信、漏泄电缆或各种漏泄波导、卫星通信、卫星定位、感应电缆等。

13.计算机方面

有各类小型、高可靠计算机，计算机控制用芯片、快速的数字信号处理芯片、各类接口芯片。

14.控制方面

有智能技术的高速发展、各类纠错和检错技术来实现闭环控制、安全控制等。15.可靠性方面

有各类冗余技术、避错技术、反馈纠错技术、高可靠纠错、检错编码方案等。16.器材和工艺方面

小型、微型元器件的容易购买，生产工艺更趋于标准化。17.接口方面

各类接口标准及接口器材芯片的容易实现。18.认识方面

信息技术、高新技术的发展，促使铁路信号技术提高技术水平和对这些技术的认识，感到这是发展方向，会给人们带来进步，而且对CBTC的信赖性也在逐步增加。

基于需要与可能的结果，使CBTC在20世纪最后年份发展极为迅速，而在21下纪初期的发展势头将会更引人注目。

地铁信号和列车自动保护系统(点击开始播放)

在轮轨交通中，为保证列车运行安全，须保证列车间以一定的安全间隔运行。早期，人们通常将线路划分为若干闭塞分区，以不同的信号表示该分区或前方分区是否被列车占用等状态。列车则根据信号显示运行，不论采取何种信号显示制式，列车间都必须有一定数量的空闲分区作为列车安全间隔。

地铁的信号原理也基于此，但由于地铁的特殊条件对安全的要求更加严格。因此必须配备列车自动保护(ATP)系统。ATP通过列车间的安全间隔、超速防护及车门控制来保证列车运行的安全畅通。在固定划分的闭塞分区中，每一个分区均有最大速度限制。若列车进入了某限速为零或被占用的分区，或者列车当前速度高于该分区限速，ATP系统便会实施紧急制动。ATP地面设备以一定间隔或连续地向列车传递速度控制信息。该信息至少包含两部分：分区最高限速和目标速度(下一分区的限速)。列车根据接收到的信息和车载信息等进行计算并合理动作。速度控制代码可通过轨道电路、轨间应答器、感应环线或无线通信等传输，不同的传递方式和介质也决定了不同列车控制系统的特点。

为了保证安全，地铁ATP在两列车之间还增加了一个防护区段，即双红灯区段防护，如下图所示。后续列车必须停在第一个红灯的外方，保证两列车之间至少间隔一个闭塞分区。

图12-3-1-1 示意

移动闭塞-基于通信列控系统(点击开始播放)

传统的固定闭塞制式下，系统无法知道列车在分区内的具体位置，因此列车制动的起点和终点总在某一分区的边界。为充分保证安全.，必须在两列车间增加一个防护区段，使得列车间的安全间隔较大，为此影响了线路的使用效率。

准移动闭塞在控制列车的安全间隔上比固定闭塞进了一步。它通过采用报文式轨道电路辅之环线或应答器来判断分区占用传输信息，信息量大；可以告知后续列车继续前行的距离，后续列车可根据这一距离合理地采取减速或制动，列车制动的起点可延伸至保证其安全制动的地点。从而可改善列车速度控制，缩小列车安全间隔，提高线路利用效率。但准移动闭塞中后续列车的最大日标制动点仍必须在先行列车占用分区的外方。因此，它并没有完全突破轨道电路的限制。

移动闭塞技术则在对列车的安全间隔控制上更进了一步。通过车载设备和轨旁设备不间断的双向通信，控制中心可以根据列车实时的速度和位置动态计算列车的最大制动距离。列车的长度加上这一最大制动距离并在列车后方加上一定的防护距离，这样便组成了一个与列车同步移动的虚拟分区，见下图。由于保证了列车前后的安全距离，两个相邻的移动闭塞分区就能以很小的间隔同时前进，这使列车能以较高的速度和较小的间隔运行，从而提高运营效率。

图12-3-2-1 移动闭塞示意

移动闭塞的线路取消了物理层次上的分区划分，而是将线路分成了若干个通过数据库预先定义的线路单元。每个单元长度为几米到十几米之间，移动闭塞分区即由一定数量的单元组成，单元的数目可随着列车的速度和位置而变化。分区的长度也是动态变化的，线路单元以数字地图的矢量表示。

早期的移动闭塞系统是通过在轨间布置感应环线来定位列车和实现车载计算机(VOBC)与车辆控制中心(VCC)之间的连续通信。现今，大多数先进的移动闭塞系统己采用无线通信系统实现各子系统间的通信。在采用轨旁基站的无线通信系统中，系统一般考虑100%的无线信号冗余率进行基站布置，以消除在某个基站故障时可能出现的信号盲区。

CBTC系统引人了通信子系统，建立车地之间连续、双向、高速的通信，列车的命令和状态可以在车辆和地面设备之间可靠交换，使系统的主体CBTC地面设备和受控对象列车紧密的连接在一起。所以，“车地通信”是CBTC系统的基础，CBTC系统的另外一个基础则是“列车定位”。只有确定了列车的准确位置，才能计算出列车间的相对距离，保证列车的安全间隔。也只有确定了列车的准确位置，才能保证根据线路条件，对列车进行限速或者与地面设备发生联锁。所以说车地通信是CBTC系统中的一条“明线”，列车定位则是CBTC系统的“暗线”，车地通信和列车定位共同构成CBTC系统的两大支柱。

第4节 CBTC系统的原理

1.车地通信原理

2.列车定位原理

3.列车完整性检测的原理 车地通信原理(点击开始播放)

列车一地面间双向通信技术，它是标志CBTC不同于TBTC的根本点。这类双向通信方式与一般语音和数据的双向通信在要求上又有不同，主要反映在要求高可靠性、实时性和安全可用性等多个方面，它类似于航空指挥通信。但是在实际环境方面不同，因为列车与地面之间有隧道、山区、高层建筑；它们在指挥范围方面也有不同，因为列车经历几公里到几百公里范围内必有车站，而且区间又有多个列车在运行，车站又有不少列车停留；此外，列车又有电气化干扰等。所以车一地之间双向通信是比较复杂的问题。从目前已经开发应用而言，车一地之间双向通信方式有下列几种：

(1)查询应答器——即如前所述，分为有源和无源两种类型。这种方法的主要问题是只能实现点式通信，而不能实现连续式通信。

(2)轨道交叉电缆方法——它可以实现连续双向信息。(3)漏泄波导方法——它可以实现连续双向通信。

(4)GSM-R法——它是GSM连续无线通信系统的铁路专用系统。

(5)扩展频谱法(Spread Spectrum Radio)——是无线通信方式之一，早期它由军方开发应用中具有良好抗干扰性能。扩展频谱中“扩展”的含义是它使用比传输该信号所应有的频谱更宽，一般它使用两种方法：一种称为跳频(Frequency Hopping)法，另一种是直接序列法(Direct Sequence)。

在跳频法中，传输端按某种事先已经的人为随机序列型式的有规则的时隙来传送信号，而最终结者则译出相应信息。直接序列法是在系统传送端发送一种清楚的随机型数据位，而接收者懂得此类形式，然后将它译成原有信息形式。在上述两种方法中，直接序列法应用更为广泛。

(6)TETRA无线通信法。(7)卫星通信法。(8)其他无线电通信方法。

CBTC系统的通信子系统主要有两种形式：一种是系统初期基于感应环线电缆的感应环线通信系统；另一种是新近发展比较快的无线通信系统。

SelTrac.S40系统采用感应环线通信系统，沿线路铺设铜质芯线、外皮绝缘的无屏蔽电缆，即感应环线电缆。环线电缆发送端连接通信发送设备，使环线电缆中保持一定强度的恒定电流。在列车上，安装有接收天线和发送天线，接收天线通过电磁感应，接收地面感应环线发送的信息。反过来，当车载发送天线发送信息时，地面感应环线又变成为接收天线，接收车载设备发送的信息，从而实现车地双向通信。感应环线通信系统的有关参数如下表所列。

车地通信采用主从应答方式，地面车辆控制中心VCC为通信主站，各个车载控制器VOBC为从站。VCC按顺序轮流向VOBC发送命令，并要求相应的VOBC应答。VCC和VOBC通常的轮循周期为0.5秒，并保证最长3秒钟内，列车和地面能够交换信息一次。一个VCC通常连接多根感应环线，列车可以运行在不同感应环线上.所以，VCC还要负责确定列车在哪根环线上，然后将对应的命令发送到相应的感应环线上。无线通信技术正在带领CBTC系统进入新的发展阶段。特别是基于IEEE 902.11标准的无线局域网技术不断发展成熟，CBTC系统可以直接采用由第三方厂商提供的基于开放标准的无线通信平台，提高了系统集成度，并且减少了轨旁设备，系统的可维护性进一步增强。无线局域网不仅提供物理层和数据链路层服务，还提供网络层和运输层服务(即TCP/IP协议)。这使得车地通信更加透明，只要知道车载CBTC设备的IP地址，地面CBTC设备就可以直接向通信子系统发送信息，由通信子系统负责将该信息路由传递至车辆。而不再像感应环线通信系统那样，需要由VCC确定将信息发送到哪一根环线。从而进一步简化了地面CBTC设备的软、硬件结构。

列车定位原理(点击开始播放)

在TBTC系统中列车的位置只是靠闭塞分区占用来粗略定位。一旦列车进人某一个闭塞分区，不论该闭塞分区的长度，甚至列车在运行中跨占有两个闭塞分区，对TBTC系统而言，它只知道列车占用闭塞分区，而不追问列车是在闭塞分区的头部还是尾部，所以它只是粗略地提供定位信息，因此会影响运输效率。但在CBTC则不然，它必须提供精确的定位，即列车的头部是在什么坐标，在已知列车长度情况后，也必然知道列车的尾部在何位置。CBTC系统中对列车提供精确定位的作用有以下两点：

1.从保证安全出发，一旦知道列车头部位置，CBTC系统就能计算出它现在距前方列车尾部还剩余多少距离，或在距进站信号/标志还有多少距离，从此可以计算出本列车现在应是加速前进还是减速前进，或保持恒速，是继续前进还是制动，假如是制动，则应采用何种级别制动，是常用制动还是紧急制动等等。总之，从行车安全出发，要绝对保证不发生追尾前车或闯红灯。

2.从提高运输效率出发，在允许条件下计算出本列车是否还可以提速或其他操作，保证与前行列车之间的间距(Headway)达到最小。

目前已经投人实际应用的列车定位技术有：(1)用车轴转速转测距定位法(2)查询一应答器法(3)轨道感应电缆法(4)GPS法

(5)无线电信号距离测量法(6)光纤陀螺法(7)多谱勒雷达法(8)漏泄波导法(9)漏泄电缆法

列车完整性检测原理(点击开始播放)

在原有TBTC系统中通过应用轨道电路自然而然地能完成列车完整性检测。因为只要一旦列车在中间环节发生断勾等而残留一节或几节车辆在区间，轨道电路的分路状态立即可以检测，但现在CBTC系统不采用轨道电路，因此必须通过其他方法来检测列车完整性。

一种解决检测列车完整性的最好方法是在列车尾部安装无线发信装置，它能发出无线电信号给本列车的机车上车载装置。一旦该信号中断，就可以认为列车完整性出现问题。对于客运列车，在列车尾部安装尾部发信装置理论上是比较容易解决，当然它也有一系列实际问题，如哪个部门来负责管理，如何确定发送的信号内容，如何不受干扰，同时它也不干扰其他装置等等。对于货物列车应用此法则比较困难。理论上，在我国，按铁道部颁发的《铁路技术管理规程》第190条规定，在货物列车尾部须挂列尾装置，它的目的是为安全、效率、减少调车作业量等等，在此列尾装置中自然也可以安装“列车完整性信息发送装置”，但它也同样面临着管理、调度、维护、责任者等多方面问题。另一种解决检测列车完整性问题方法是司机通过检查列车制动气管压力是否有突变来判断，或者通过某种电子装置检测其压力变化来确定。因为在正常状态，列车管压力是平稳的，若发生列车车辆车钩断裂而分成两部分时，压力会立即发生异常。对这种方法，已经有人试验过，理论上是无问题，但实际上也有一定工程技术问题需要解决，诸如：车辆制动管的漏气，“关门车”的存在等等。

总之，在实现CBTC时，列车完整性的检测必须得到很好的解决。

第5节 典型移动闭塞系统的系统结构

1.典型移动闭塞系统的系统结构

2.CBTC系统的功能及结构

3.CBTC系统定义与分类

4.典型CBTC系统

5.CBTC系统的可靠性

典型移动闭塞系统的系统结构(点击开始播放)

目前，世界上诸多信号供应商如阿尔卡特、阿尔斯通、西门子、庞巴迪和西屋等，均开发出了各自的移动闭塞技术并已经在全球广泛应用。

典型的移动闭塞线路中，线路被划分为若干个区域，每一个区域由一定数量的线路单元组成。区域的组成和划分预先定义，每一个区域均由本地控制器和通信系统控制。本地控制器和区域内的列车及联锁等子系统保持连续的双向通信，以控制本区域内的列车运行。列车从一个控制区域进入下一个区域的移交是通过相邻区域控制器之间的无线通信实现。当列车到达区域边界，后方控制器将列车到达的信息传递给前方控制器，同时命令列车调整其通话频率；前方控制器在接收并确认列车身份后发出公告，移交便告完成。两个相邻的控制区域有一定的重叠，保证了列车移交时无线通信不中断，见下图。

（图中虚线表示了无线蜂窝信号的重叠，车载无线电根据信号强度决定与哪一个轨旁基站进行通信。）

图12-5-1-1 分布式移动闭塞技术的无线传输示意

某一典型无线移动闭塞系统的系统结构如右图所示。该系统以列车为中心，其主要子系统包括：区域控制器，车载控制器，列车自动监控(中央控制)，数据通信系统和司机显示等。

图12-5-1-2 典型无线闭塞系统的系统结构

区域控制器(ZC)也就是区域的本地计算机，与联锁区一一对应。通过数据通信系统保持与控制区域内所有列车的安全信急通信。ZC根据来自列车的位置报告跟踪列车并对区域内列车发布移动授权，实施联锁。区域控制器采取三取二的检验冗余配置。

冗余结构的ATS可实现与所有列车运行控制子系统的通信，用于传输命令及监督子系统状况。车载控制器(VOBC)与列车一一对应，实现列车自动保护(ATP)和列车自动运行(ATO)的功能。车载控制器也采取三取二的冗余配置。车载应答器查询器和天线与地面的应答器(信标)进行列车定位，测速发电机用于测速和对列车定位进行校正。

司机显示提供司机与车载控制器及ATS的接口，显示的信息包括最大允许速度、当前测速度、到站距离、列车运行模式及系统出错信息等。

数据通信系统实现所有列车运行控制子系统间的通信。该系统采用开放的国际标准:以902.3(以太网)作为列车控制子系统间的接口标准.，以902.11作为无线通信接口标准。这两个标准均支持互联网协议(TP：Internet Protocol)。

CBTC系统的功能及结构(点击开始播放)

一、CBTC系统的基本功能

CBTC系统的基本功能与其结构有关，而该结构又决定于它的应用类别，或称它的应用水平。例如，CBTC-半自动闭塞、CHTC-FAS、CBT-MAS等。另一方面它又与在系统中仅是应用机车信号，还是有ATP、有ATC及ATO等。以下将给出不同应用水平级的基本功能。

1．构成闭塞功能

在TBTC系统中各种水平的应用均依靠轨道电路来构成闭塞，因为闭塞是保证行车的基本方法。现在CBTC系统中，则必须同样具有构成闭塞区段的功能。在CBTC半自动闭塞系统中，采用进/出站口的标志器、查询/应答器或其他类似设置来表明站间闭塞的分界口，并且要达到在出站标志之后一定使用某个专用频率来区分，用这个频率来构成机车信号以供给司机(指最低应用水平)，或用此信号显示供给车载设备上ATP系统(指较高一级应用水平)。CBTC中的闭塞功能可以是固定的，也可以是移动的。目前在CBTC-半自动闭塞系统中的闭塞区段长度相当于站间长度，而在CBTC-MAS系统中则为最短，其长度为本列车常用制动所需的距离附加安全距离。所以闭塞功能也是保证安全功能。

2．系统具有定位功能

在CBTC系统中定位精度愈高，则系统可使行车效率愈高。3．系统具有计算功能

CBTC系统要有能力计算出在给定最大允许列车车速条件下本列车目前最大可能达到的车速。因为在任意一个移动闭塞区间，列车只能依据各种动态和静态参数，以及其定位值和实际速度来计算出应有速度，才能保证安全。

4．CBTC系统必须向系统的地面设施和车载设施及时地、动态地给出相应的参数和运行状态，以备司机人为或车载设备自动地作出应有的操作。

5．CHTC系统为管辖范围内列车及地面设施提供良好的双向通信功能，它不仅提供运行列车的参数，而且也应提供非信号范围内的各种有关参数，满足信息社会所需的数据要求。

6．CBTC系统应具有良好的记录功能，即不仅在车载设施上，而且还应在地面设施有记录。这种记录应起到双重作用：(1)为改善列车运行性能，为提高运行质量分析用的记录；

(2)发生任何车祸后，有可能从记录设施中寻找出发生事故的原因，进行有效的分析，它类似于航空系统的“黑盒子”功能。

以上提到的大部分是基本功能，在应用技术较高等级CBTC系统，则其功能还应具有：(1)ATP系统的全功能；(2)ATC系统的全功能；(3)ATO系统的全功能。

7．远程诊断和监测功能，用于改善CBTC系统的可靠性、可用性及安全性。因此，CBTC的车载设施、地面设施均应设计有远程诊断的接口，允许系统在运行过程中发生故障立即发出相应信号给地面综合诊断台，以便及时地采取相当措施。这个功能当然是比较复杂，CBTC系统至少从一开始设计时留有余地。

CBTC的定义可以通过它的总特点来描述，即利用无线通信媒体来代替轨道电路达到车一地之间的信息传输，而在此基础构成的列车运行控制系统，都可称为CBTC系统。它涵盖了大量不同名称的系统，从此也可见CBTC系统并不是只有一种体系结构，或者说，CBTC的系统中所应用的技术并不是完全相同，因而它们所完成的功能也可能不是同一水平和同一内容，因此对CBTC系统就有分类的必要。但是由于通信技术的飞速发展，所以要对CBTC进行详尽的分类实际上非常困难，以下将是根据目前技术水平进行的参考性分类。

一、从闭塞分区实现来分类

从闭塞分区进行分类可以有下列几种：(1)基于通信的固定自动闭塞运行控制系统；

(2)移动自动闭塞运行控制系统。基于通信的固定自动闭塞运行控制系统(CBTC——Fixed Autoblock System—CBTC-FAS)表示闭塞分区是固定不变的，它像TBTC-FAS一样，闭塞分区是通过区间牵引计算来求得其长度，而CBTC-FAS与TBTC-FAS的根本区别是前者采用双向通信技术来达到车一地之间信息交换。

在每个闭塞分区的始端可以没有固定信号机作为防护，它的信号显示是依据控制中心在计算基础上给定。下图是全部用移动无线通信的CBCT-FAS系统，它经过调制的无线频率RF使移动列车与控制中心相联系，车站控制中心则依据区间各列车的实际分布，计算出保护信号机可以给出的信号，通过无线中继设备与保护信号机线路设备LI/O相连，后者经译码后给出信号显示。它同时也返回收到的信息及状态显示送给无线中继设备转控制中心，由此构成信息流的闭环。与此同时，运行中的列车也随时与线路设备LI/O相联络，报告它的定位与其状态信息等，以构成车一地之间的双向通信。

图12-5-3-1 CBTC-FAS示意1 应该指出，在上图所示的CBTC-FAS中，可以仍然保留轨道电路。但是它的作用不是为了构成闭塞系统的调节环节，而仅是为了检测列车的存在及其完整性。正因如此，轨道电路长度要短一些，并不希望增长，它的长度可缩短到系统造价不要由于电缆的存在而占有重要成分。因为轨道电路缩短后，在运输效率方面可以获得提高。

上图无线方法在FAS中应用也可以保留，它是CBTC-FAS的标志。在CBTC-FAS系统中还有用轨道间交叉感应电缆。下图是示意图：

图12-5-3-2 CBTC-FAS示意2 移动自动闭塞运行控制系统(CBTC——Moving Autoblock System，CBTC-MAS)表示这类系统也有闭塞分区，但此时闭塞分区有下列特点：

(1)闭塞分区长度是可变的，它是依据列车本身参数及其所在地段参数实时计算出米的。

(2)闭塞分区随列车运行而移动。(3)在CBTC-MAS中闭塞分区已经不再应用地面信号，而且也不需要地面信号，它在车载设备系统显示屏上，指示出本车距前行列车尚有多少距离，或距离进站的距离等等。

CBTC系统定义及分类1(点击开始播放)

二、根据CBTC中车一地之间通信方式不同来分类 CBTC的种类又可以分为：

(1)采用全程移动无线通信方式，例如目前在欧洲广泛应用的GSM-R方式。(2)采用轨道交叉电缆方式，见下图(3)采用漏泄电缆或漏泄波导方式。

(4)采用查询一应答器方式，即在每个信号机处在相应一侧或轨道间设有双方向作用的应答器，而所有地面应答器之间均有电缆相联。应答器取得通过列车的车速等信息，它向下一个应答器给出前来列车信息，下一个应答器由此给出相应信号显示。当然在这种系统中，一方面列车设有超速防护系统(ATP)，另一方面还应设有连续式无线移动通信系统，同时应与车站联锁相联以及与调度集中系统相联。这种系统仅在列车密度较小、车速较低范围内应用。

采用卫星通信系统，用它构成列车运行间隔控制系统。下图是其示意图。这种系统在1990年日本铁路试用过，卫星在东经150'的静止轨道上运行，它距地面约37000 km，它是一个通用型通信卫星。在地面的先行列车将自己列车编号、列车速度、列车位置等信息通过卫星给后续列车，后者经运算后决定自己可以走行的最高速度。出于安全，这类系统只在低速、低密度、小运量地区才能应用，因为它缺少安全保障。除非另外增加其他设备。

图12-5-3-3 CBTC-FAS示意3 CBTC系统定义及分类2(点击开始播放)

三、根据CBTC应用控制技术水平的高低可以进行分类(1)无线半自动闭塞的一种方式如下图所示。这类应用技术水平较低级别的CBTC系统一般适应在新线、运量较少或速度较低，或该地区人烟稀少，生活困难地区，因为所有小车站的设备均可以采用遥测和遥控来指挥，所以可减少铁路信号技术人员或工作人员。

(2)采用CBTC应用技术水平较高的系统，例如，用CBTC-MAS系统等。

图12-5-3-4 无线半自动闭塞示意

CBTC系统定义及分类3(点击开始播放)

四、根据应用CBTC后区间闭塞方式来分类 根据应用CBTC后区间闭塞方式来分类，可以有： 1.CBTC半自动闭塞方式 这种闭塞的特征是：

① 两站之间区间只允许有一列车在运行；

② 任意车站要向区间发车，发车站必须同时与接车站协同操作办理闭塞手续，即接车站同意接车条件下才能办理发车；

③ 发车站要发车，其先决条件是必须检查到区间确实是空闲无车，否则是不安全的，不得发车；

④ 发车站在办理好协同发车手续后才能人工开放出站信号机。当列车出发后，出站信号机立即自动关闭，在未再次办理发车手续前，该出站信号机不得再次开放；

⑤ 区间运行的列车到达前方接车站后，并由车站管理人员确认列车是完整后，该接车站立即关闭进站信号机，并办理解除两站间闭塞手续，使两站间的区间恢复空闲等待状态。

在该CBTC-半自动闭塞系统中，无线通信的作用使出发站给机车司机发出无线机车信号，而发出该信号的显示是与发出出站信号机显示相互关联的。即前者只是在出站信号机允许发车的显示下才能获得机车信号，此时无线机车信号可以有记录为凭。此外，区间列车到达接车站前同样可以获得进站信号一样显示的无线机车信号显示，以避免司机在目视路旁信号机时遇到困难，这些显示也都记录在案。所以，CBTC-半自动闭塞要比TBTC-半自动闭塞更为方便、清楚、有责任感和安全感。

2.CBTC-自动站间闭塞方式

这种方法与CBTC-半自动闭塞相类似，只是其办理手续是自动的。具体而言是：发车站与接车站均有区间是否占用的检查设备，因此发车站要发车，区间占用检查设备自动检查它实属空闲，两站自动办理闭塞手续，并自动开放出站信号机。在列车到达接车站并自动检查列车完整性后立即自动关闭进站信号机。CBTC自动站间闭塞也同样有无线机车信号，它与CBTC-半自动闭塞方式相似。CBTC自动站间闭塞的最大优点是：

① 它可以集中遥控闭塞手续，不一定在每个站都要有车站值班人员来检查区间是否空闲、列车是否已完整地到达等人工检测作用，提高劳动生产率。

② 由于一切手续和检测是自动的，它可节省办理闭塞手续的时间，从而可以提高整个区段的通过能力。当然，在CBTC-自动站间闭塞方式情况下必须投人相应设备，特别需要有冗余设备，用以提高系统的可用性、可靠性与安全性。

3.CBTC-电子路签闭塞方式

区间闭塞方式的路签闭塞是100年前就开始应用，中国铁路在建国初期也有大量应用。从20世纪90年代中开始，在计算机技术、电子网络技术及通信技术的推动下，铁路的路签闭塞方式发展为电子路签闭塞方式，即不存在路签实物，而是存在电子路签(软件)，它在有关计算机及网络中按一定的软件协议运行。

采用无线数据电台进行列车与车站之间双向通信来构成CBTC的低级系统——CBTC-半自动闭塞系统。例如图9-13所示。其中列车与车站控制均有无线数据通信设备，但它们作用的距离有限，例如列车接近车站的4~5km范围内才能构成双向无线数据通信。在这类CBTC-半自动闭塞系统中，为了构成半自动闭塞系统，并保证区间只允许存在一个列车运行，所以必需设置类似计轴器之类设备，如图9-13中用符号T/T所示，它是用来检查两站之间运行列车完整性，以确保运行安全。因为发车站的计轴器计数到列车轴数后，可用有线通知前方站。当计轴器T接收到同样轴数的列车后表示列车已完整地撤离两站之间区间，始发站才可能再发出下一列车。为了保证CBTC系统中数据电台的正常工作，所以在线路上还辅助设置应答器A、B、C，其中应答器A提供列车信息：列车已进入到区间，它的工作频率将变更到新频率，例如原来为频率F，则现在将是频率F，这是为了防止无线干扰。应答器B提供信息，通知经过的列车已进入双向数据传输信息范围，列车应收到接受车站发来的机车信号信息，这是为了保证行车安全用。各应答器也同时提供列车接近车站的精确里程标。应答器C告诉通过列车本车站准备了哪个股道接车，运行速度上限值为多少等有关信息。在该系统中，列车经过应答器B之后，车站与列车上的无线数据通信电台就反复双向通信，其中包括列车告知车站来者列车编号、时速、去向等等信息，而车站告知列车应以何种速度进站或站前停车，进站内何股道，是停车还是通过等等有关信息。

典型的CBTC系统IEEE CBTC标准列举了典型的CBTC系统的功能框图，如右图所示。

图12-5-4-1 典型的CBTC系统的功能框图示意

整个系统包括“CBTC地面设备”和“CBTC车载设备”，地面和车载设备通过“数据通信网络”连接起来，构成系统的核心。功能框图中还单独列出了“联锁”功能模块，该功能模块与CBTC地面设备连接。考虑到不同的线路长度可能需要多套的CBTC地面设备，所以在典型框图中还列出了“相邻的CBTC地面设备”模块。最后，在CBTC设备的基础上，增加ATS模块，用于实现系统的ATS功能。以上列举的是CBTC系统的典型结构，实际的系统可能由于不同的设备提供商、不同的工程需要而有所差异。但是，所有CBTC系统均采用数据通信网络，连接CBTC地面和车载设备，实现ATP功能，控制列车安全运行。

阿尔卡特SelTrac.S40系统

武汉轨道交通一号线一期工程采用了阿尔卡特公司提供的SelTrac.S40列车控制系统，这是国内第一套投人运行的基于通信的列车控制系统。

SelTrac.S40系统结构如下图所示。

图12-5-4-2 SelTrac 系统示意

系统分为管理层、运算层和执行层三个层次。车辆控制中心VCC(Vehicle Control Center)是整个列车控制系统的核心。VCC运行系统控制软件，负责列车安全间隔、列车允许速度和进路联锁等逻辑运算。VCC的运算结果以通信报文的形式通过通信子系统发送给执行单元。

执行单元包括车载控制器VOBC(Vehicle On-Board Controller)和车站控制器STC(Station Controller)。VOBC安装在列车上，它通过感应环线通信子系统，接收VCC发送来的目标距离和允许速度等命令，然后根据这些命令安全地控制列车运行。同时，VOBC还根据VCC的要求，按时向VCC发送列车实际运行速度、位置等信息。执行单元的另一部分是车站控制器STC，它负责按照VCC的命令，扳动道岔并锁闭在要求位置。STC也须要根据VCC的要求，向VCC报告道岔状态。STC和VCC之间通过单独的冗余通信通道连接。

从上面的介绍可以看出，SelTrac.S40系统以VCC为“大脑”，STC和VOBC为“智能”的“手和“脚”，通过感应环线通信子系统这根“神经”连接起来，构成一个有机的整体，系统结构比较简单。

另外，为了实现列车运行图自动调整、人机界面等 ATS功能，系统设有管理层一系统管理中心SMC(System Management Center)。SMC与VCC连接，将人机命令、调度请求等发送给VCC，由VCC验证、执行这些命令，控制列车运行。

一、利用马尔可夫模型分析CBTC安全可靠性

CBTC具有可维修性，并且对系统的安全性会产生重要影响。在建立模型分析系统安全性时应考虑系统的这一特点。马尔可夫过程是分析可维修系统的常用工具。为此，需假定组成系统的各单个寿命分布及维修分布均服从指数分布。马尔可夫模型的缺点是状态个数随器件个数呈指数增长。例如，描述一个由20个器件组成的系统需要10个状态，而40个器件组成的系统需要10个状态描述。CBTC是一个由大量器件、子系统组成的大系统，系统的组件可能上千个，必须很好地解决状态空间激增问题，才能利用马尔可夫过程分析系统的安全性。

根据CBTC特点，采用系统分解及模型压缩的方法解决状态空间的激增问题。由于在CBTC中不同类型设备的故障在导致行车事故方面相互并不影响，例如：道岔的故障对任何机车设备的故障是没有影响的。所以，可以为彼此独立的一类设备分别建立子模型，单独分析各类设备故障对系统安全性的影响，再组合各子模型的结果获得系统的故障率。此外，CBTC的一些子系统具有对称特性，例如，CBTC中一个道岔的子模型中含有100个道岔，假定每一个道岔的故障对系统安全产生的影响相同，在对该子模型进行分析时就没有必要区分具体是哪一个道岔发生故障，而只需要区分有几个道岔发生故障。因此，该子模型有101个状态，即0个道岔发生故障，1个道岔发生故障、„„，100个道岔发生故障，根据子模型的这一特点，可以忽略一些出现概率极低、对系统安全性影响很小的事件，对子模型进一步简化。

CBTC中的一些设备发生失效将导致系统降级工作，此时系统暴露在人为失误之中，对应地需要分析人为因素对系统安全性的影响。一些设备发生失效将导致系统进入故障一安全状态，对应地需要分析设备故障覆盖率对系统安全性的影响。

二、人员因素的分析

现有列控系统是以人观察信号，控制列车加速、制动，以形成对列车的闭环控制。人在现有列控系统中代表一个单点故障，即在任何时间、地点都有可能因为人为失误而导致事故发生。从以往铁路行车事故的统计数字来看很大一部分是由人为失误造成的。CBTC中由硬件实现对列车的闭环控制。操作人员发出错误指令时，硬件将发现、提示并制止其在系统内的进一步传播。如果硬件失效，系统降级为由人员控制，则系统将暴露于人为失误之中。由于CBTC的人机交互特性，在马尔可夫模型中应同时包含人和硬件的因素。C BTC的一个简单模型如下图所示。

图12-5-5-1 CBTC简单模型

上图中，.N为设备的故障率和修复率；H为导致事故的人为差错率；μ为人的“修复率”

状态1：硬件、人员正常工作； 状态2：硬件故障;状态3：系统处于危险状态。状态3的微分表达式为：

dP(t)/dt = H P(t)-μ P（t）（t）..................9.1 假定人员随机地以固定差错率引入错误，故不同于硬件设备的是人具有“瞬时修复”特性。即在犯下一次错误前不需要“修复”。当P(t)约为一个很小的正数时，则P(t)的导数为一个很大的负数，P(t)约迅速变为0。系统进入状态3后立即转移回状态2。状态3是一个“虚拟状态”，删除状态3对状态

1、状态2的稳态概率没有影响。用一个“虚拟转移”来捕捉人员的“瞬时修复”特性。修改上图如下图所示。

图12-5-5-2 修改后的示意

利用事故率衡量系统的安全性，则人为因素引发事故的概率： A= H * P(t)......................9.2 由于状态2存在降低了系统暴露于人为错误的时间，使得系统的安全性提高。

三、设备的故障覆盖率

设备的故障覆盖率为设备发生可测故障的概率与设备发生故障的概率的比值。如果设备仅由非涉安单元组成，CBTC系统将检测到设备故障，设备的故障覆盖率为1。如果设备包含涉安单元，涉安单元的双机发生共因失效，则比较功能丧失，可能输出合理危险的结果，导致行车事故，设备的故障覆盖率小于1。假定设备由一涉安单元（双机比较）和一非涉安单元（单机）组成，将单元失效划分为独立失效和共因失效。独立失效是指非涉安单元失效或涉安单元中的一单机失效。共因失效是指共同的应力作用下，双机比较单元的双机同时一致地发生了失效，比较功能丧失。根据比较输出结果对系统安全性的影响，将共因失效划分为安全共因失效和危险共因失效。该设备的状态转移图如下图所示。其中效率、状态及状态转移有如下解释：

下图中，λ，λ为非涉安、涉安单元独立失效率；λ，λ 为涉安单元安全、危险共因失效率。

状态1：两个单元均正常工作。

状态2：系统降级工作或进入故障一安全状态。状态3：系统处于危险状态。

状态1→状态2：当单机单元或双机比较单元发生独立失效或双机单元发生安全共因失效（双机比较功能丧失，比较输出不合理结果），系统将检测到设备失效，系统降级工作或进入故障安全状态。

状态1→状态3：:双机比较单元发生危险共因失效(双机比较功能丧失，比较输出合理结果，保守地认为这种情况都将导致事故发生)系统处于危险状态。

该设备的故障覆盖率为：

C = P/(P + P)............................9.3

图12-5-5-3 设备状态转意图

子模型的状态转移图

根据CBTC中设备失效对系统的影响将其分为两类。一类是设备发生失效后，系统进入故障一安全状态，称此类设备为故障一安全型设备，需要考虑设备故障覆盖率对系统安全性的影响。例如，道旁设备由于WIU发生独立失效，系统进入故障一安全状态，ROC发布命令，控制列车在相应道岔前停车，由司机与调度员确认道岔方向后，驾驶列车通过该道岔。保守地认为，WIU发生危险共因失效将引发行车事故。另一类是设备发生失效将导致系统降级操作，此时系统暴露于人为失误之中，称此类设备为故障一降级型设备，需要考虑人为因素的影响。例如，车载设备的通信单元发生独立失效将导致ROC无法获取列车的位置、速度信急或车载设备无法接收ROC的控制命令。此时调度员只有通过无线列调(语音)与受影响列车的司机保持联系，控制列车运行至故障解除。这段时间内调度员和司机的失误都可能引发事故。如果无线列调设备也发生故障，则相应列车必须停车等待故障单元被修复。车载设备的命令执行单元发生危险不可测失效将引发行车事故。在此，分别为两类设备建立子模型，分析其对系统安全性的影响。假定系统由100个同类故障一降级型设备和故障一安全型设备组成，每个设备均由一个涉安单元和一个非涉安单元构成。每种设备对系统安全性的影响是相互独立的，分别为两种设备建立子模型，其状态转移图示如上图所示。

图中，λ、μ、，C分别为设备的失效率、修复率、故障覆盖率。状态i = 0，1，2，3分别表示0，1，2，3个设备发生故障。每个设备失效将使系统暴露在调度员和一个司机的人为错误之中。

假定3个以上的设备发生故障的概率极低，可安全地忽略这些事件对系统安全性的影响。故障一降级型设备对系统安全性的影响为：

.................................................9.4 图中，λ、μ、，C分别为设备的失效率、修复率、故障覆盖率。状态j= 0，1，2表示0，1，2个设备发生故障。

假定2个以上的设备发生故障的概率极低，可安全地忽略这些事件对系统安全性的影响。故障一安全型设备对系统安全性的影响为：

......................9.5

图12-5-5-4 图一

图12-5-5-5 图二

CBTC communication based train control system ：自从通信技术特别是无线电技术飞速发展以后，人们就开始研究以通信技术为基础的列车运行控制系统。它的特点是用无线通信媒体来实现列车和地面的双向通信，用以代替轨道电路作为媒体来实现列车运行控制。CBTC的突出优点是有车——地双向通信，而且传输信息量大，传输速度快，很容易实现移动自动闭塞系统，大量减少区间敷设电缆，减少一次性投资及减少日常维护工作，可以大幅度提高区间通过能力，灵活组织双向运行和单向连续发车，容易适应不同车速、不同运量、不同类型牵引的列车运行控制等等。在CBTC中不仅实现列车运行控制，而且可以综合成为运行管理，因为双向无线通信系统，既可以有安全类信息双向传输，也可以双向传输非安全类星系，例如车次号、乘务员班组号、车辆号、运转时分、机车状态、油耗参数等等大量机车、工务、电务等有关信息。利用CBTC既可以实现固定自动闭塞系统(CBTC-FAS)，也可以实现移动自动闭塞系统(CBTC-MAS)。在CBTC应用中的关键技术是双向无线通信系统、列车定位技术、列车完整性检测等。在双向无线通信系统中，在欧洲是应用GSM-R系统，但在美洲则用扩频通信等其他种类无线通信技术。列车定位技术则有多种方式，例如车载设备的测速-测距系统、全球卫星定位、感应回线等。

基于通讯的列车控制(CBTC)系统的发展 李毓璋

摘要

通讯式列车控制(CBTC)系统是一个连续、自动化的列车控制系统，是利用高解析技术侦测列车位置，是一不受道旁控制迴路支配的；是一个连续的、高容量且双向作用（从列车到轨道边）的数据通讯系统，而列车运输及轨道旁处理程序有执行自动列车保护功能之能力，也可以有自动列车操作与自动列车监督等功能。臺北大眾捷运系统於2003年6月，由臺北市政府捷运工程局机电系统承包商加拿大庞巴迪交通运输集团，引进此种先进技术取代旧有木栅线及新建内湖线的号誌通讯系统。

一、缘起

传统列车的保护系统受到只能对已存在的轨道旁控制迴路作列车位置的确定、列车操作指令被限制在几个方向上的道旁设备的信号指示或是驾驶室内少数的速度指令等限制。因而有逐步朝一个连续自动化列车控制系统，利用高解析测定列车的位置，能不受轨道电路的支配、有连续的高容量、双向作用（从列车到道旁边）的数据通讯及具有执行列车运转及道旁处理能力之方向发展。

由各种研究与实际的操作经验显示，当将通讯式列车控制(CBTC)系统与其他较传统的号誌系统作比较时，应用通讯式列车控制(CBTC)系统提供了较低的开办以及营运成本、较高的容量及在没有牺牲操作速度之下缩短距离、更高的可靠性、更大的安全性而且增强了远距离列车操作的监视与控制之优点。

位於纽约市的公园大道上的电机电子工程师协会(IEEE)，拥有超过二十多种有关控制、设计、铁路电车之建造与铁路控制系统等规格标準。也对CBTC系统方面订定有两项标準：一个是一九九九年的IEEE1474.1标準，係关於CBTC性能与功能的规定；另一个是在2003年晚期发佈的IEEE1474.2标準，那是对於CBTC系统用户界面之规定。

在IEEE1474标準裡的CBTC定义：為列车的位置、速度及方位，是藉由一个连续的双向通讯环节，从车辆电脑到道旁电脑来传递的。同样地，也在IEEE1474裡有解释，CBTC系统不需要道旁电路来侦察列车。

然现今在使用的大部分CBTC系统，均是利用近场电磁感应的环形线路(IL)来传送。以无线电频率(RF)传送為基础的较新的CBTC系统正在浮现而且是这个工业的趋势。

几个RF-CBTC计画正在发展中，如旧金山机场捷运的庞巴迪Flexiblok自动列车控制技术（现以改名為CITYFLO 650自动列车控制技术）以及新加坡东北地铁线的阿尔斯通URBALIS 300（现在称為MASTRIA）两个，现在已完全营运了。费城的Surface Torlley地铁线预期在2004年起用，而拉斯维加斯单轨电车的RF-CBTC系统已在2004年的七月起用。西门子现在正在為纽约地铁卡那西线、巴塞隆纳及巴黎大眾运输网路（RATP）升级它的Meteor IL-CBTC技术（首先展开的是RATP的新14线）到RF。同样地，阿尔卡特也正在替RATP 13线、香港及南韩升级它的Seltrac技术从IL到RF。

CBTC系统在全世界至少有八个铁路系统在使用它（包含旧金山市政铁路以及底特律都会大眾运输）；至少有八个系统目前正在架构中（包括旧金山市区BART捷运、旧金山新的大眾运输以及纽约甘乃迪国际机场捷运）；一个CBTC系统正在纽约大都会捷运局/长岛铁路计画中；另目前至少有七家不同的卖主正在积极的提供CBTC系统，