1.1

列車運行控制系統綜述主講：李小民通號教研室課程主要內容第一章列車運行控制系統概述第二章機車信號車載設備第三章列車運行監控記錄裝置第四章CTCS-2級列控系統第五章CTCS-3級列控系統第六章站內軌道電路電碼化本講主要內容1CTCS系統的發展2CTCS系統描述3CTCS分級4CTCS級間關系5CTCS與ETCS比對6技術規范7常用名詞術語國際鐵路聯盟（UIC）于2002年12月10～12日在北京召開鐵路通信信號國際技術研討會；我國鐵路既有線已經過5次大提速；青藏鐵路采用GE的ITCS；

青藏線、大秦線、膠濟線GSM-R建設；高速客運專線建設已啟動。1CTCS系統的發展為什么發展CTCS

既有線提速、客運專線和高速鐵路建設，對信號技術的發展既提出了新的挑戰，也提供了難得的發展機遇。條件已成熟。

10多年的實踐摸索、經驗積累；歐盟的GSM-R/ETCS已進入實際運作階段，給我們提供了良好的技術借鑒。需要對中國列車控制技術發展進行規劃。

ETCS系統

ETCS一級：地面信號＋查詢應答器＋軌道電路(計軸設備)。采用固定追蹤間隔形式；司機依靠地面信號行車，地面信號機前設備產生速度監控；依靠軌道電路或計軸設備檢查列車占用和完整性；利用查詢應答器覆蓋各國現有信號系統，并用于列車定位和傳送控制命令。該系統是典型的點式ATP。ETCS二級：軌道電路＋查詢應答器＋GSM-R

與一級相比，司機完全依靠車載信號設備行車（可取消地面信號機）；通過GSM-R連續傳送列車運行控制命令，車－地間可雙向通信；在點式設備的配合下，車載設備對列車運行速度進行連續監控；依靠軌道電路或計軸設備檢查列車占用和完整性；建有無線移動閉塞中心。該系統是基于移動通信的連續式ATP。ETCS三級：查詢應答器＋GSM-R

與二級相比是靠車載設備來檢查列車完整性，不需要軌道電路；點式設備、GSM-R是系統的主要設備。取消地面信號機和軌道電路后，室外線路上的信號設備減少到最低程度；列車追蹤間隔依靠點式設備和無線移動閉塞中心實現，具有明顯的移動自動閉塞特征。

幾點啟示(1)列車速度的不斷提高，使得鐵路信號技術發生了巨大變化。當列車速度大于160km/h后，列車的開環控制已不能滿足要求。ATP已成為行車安全不可缺少的重要技術裝備。(2)ATP是由地面信號設備和車載設備共同組成的閉環高安全系統，是地面聯鎖向車載設備的延伸，在此基礎上實現了以車載設備為主的行車方式。各國鐵路在實施ATP過程中，都是以故障安全作為最重要的技術條件，將地面和車載設備按一個系統統一設計，同步進行技術更新或強化改造的，這樣才能保證整個系統的高安全、高可靠性。(3)通信信號一體化是現代鐵路信號的重要發展趨勢。實現對移動體的控制，移動通信是最便捷的手段。因此基于通信特別是基于無線移動通信的ATP是今后的重要發展方向。(4)技術標準統一，系統化設計，模塊化產品，通用兼容是ETCS主要成功經驗，值得我們認真學習和借鑒。

我國發展ATP的難點難點之一

我國鐵路地域廣大、列車種類繁多、提速以后線路允許速度不統一，同為綠燈卻有多種速度含義。另外，我國鐵路行車主要特點是客貨混跑、高低速列車共線運行，這樣必然要求客貨列車均需裝備ATP，從而使得我國發展ATP的難度明顯大于國外。難點之二

我國鐵路實行以地面信號為主、以機車信號為輔的行車方式，對列車運行實行開環控制，依靠司機嚴守信號保證行車安全。因此，習慣于現有機車信號＋監控裝置的控車模式。難點之三

目前，機車普遍安裝的通用機車信號未達到主體化的水平。機車信號基于軌道電路和站內電碼化，但軌道電路制式繁多，有的根本不能滿足“主體化”的要求，將面臨淘汰。信號基礎裝備薄弱，影響了是我國ATP的發展。難點之四

GSM－R移動通信系統用于鐵路信號、用于ATP系統和鐵路綜合移動信息平臺，技術上有明顯優勢，產品得到多家廠商的支持，這在歐盟已得到證明。我國GSM-R網絡建設還在起步階段，影響了基于GSM-R的CTCS的實施。

總體規劃原則借鑒世界各國經驗，結合我國國情路情，制定我國統一的ATP系列技術標準和規范；實行跨專業合作，集中全路專家智慧，共同確定總體技術方案和總體規劃；堅持技術先進、系統成熟、經濟合理，等級配置的原則；堅持通信信號一體化的方向，新線建設優先發展基于無線的ATP；堅持新線建設與既有線改造并重，在總體規劃的指導下，分步實施，有序發展；堅持機車信號主體化與發展ATP相結合。2CTCS系統描述

定義基本功能

CTCS體系結構系統構成

定義

CTCS是為了保證列車安全運行，并以分級形式滿足不同線路運輸需求的列車運行控制系統。

基本功能(1)安全防護在任何情況下防止列車無行車許可運行。防止列車超速運行。防止列車超過進路允許速度。防止列車超過線路結構規定的速度。防止列車超過機車車輛構造速度。防止列車超過臨時限速及緊急限速。防止列車超過鐵路有關運行設備的限速。防止列車溜逸。測速環節應保證，一定范圍內的車輪滑行和空轉不影響ATP的功能，并具有輪徑修正能力。(2)人機界面

能夠以字符、數字及圖形等方式顯示列車運行速度、允許速度、目標速度和目標距離。能夠實時給出列車超速、制動、允許緩解等表示以及設備故障狀態的報警。機車乘務員輸入裝置應配置必要的開關、按鈕和有關數據輸入裝置。具有標準的列車數據輸入界面，可根據運營和安全控制要求對輸入數據進行有效性檢查。(3)檢測功能具有開機自檢和動態檢查功能。具有關鍵數據和關鍵動作的記錄功能及監測接口。(4)可靠性和安全性按照信號故障導向安全原則進行系統設計。采用冗余結構。滿足電磁兼容性相關標準。CTCS體系結構

CTCS的體系結構按鐵路運輸管理層、網絡傳輸層、地面設備層和車載設備層配置。

鐵路運輸管理層網絡傳輸層地面設備層車載設備層鐵路運輸管理層鐵路運輸管理系統是行車指揮中心，以CTCS為行車安全保障基礎，通過通信網絡實現對列車運行的控制和管理。網絡傳輸層

CTCS網絡分布在系統的各個層面，通過有線和無線通信方式實現數據傳輸。地面設備層地面設備層主要包括列控中心、軌道電路和點式設備、接口單元、無線通信模塊等。列控中心是地面設備的核心，根據行車命令、列車進路、列車運行狀況和設備狀態，通過安全邏輯運算，產生控車命令，實現對運行列車的控制。車載設備層車載設備層是對列車進行操縱和控制的主體，具有多種控制模式，并能夠適應軌道電路、點式傳輸和無線傳輸方式。車載設備層主要包括車載安全計算機、連續信息接收模塊、點式信息接收模塊、無線通信模塊、測速模塊、人機界面和記錄單元等。

系統構成

參照國際標準，結合國情，從需求出發，按系統條件和功能劃分等級。CTCS體系的構建原則是以地面設備為基礎，車載與地面設備統一設計。系統結構如圖所示。相鄰列控中心車載設備機車乘務員軌道電路列控中心聯鎖設備點式設備無線通信模塊人機界面jiemian口輸出模塊列車輸入模塊點式信息接收模塊測速模塊入模塊地面設備連續信息接收模塊無線通信模塊調度集中系統維護管理中心GSM-R設備維護記錄單元運行管理記錄單元車載安全計算機3CTCS分級

列車運行控制系統包括地面設備和車載設備，根據系統配置按功能劃分為5級。CTCS0級

CTCS0級為既有線的現狀，由通用機車信號和運行監控記錄裝置構成。

CTCS1級

由主體機車信號+安全型運行監控記錄裝置組成。面向160km/h以下的區段，在既有設備基礎上強化改造，達到機車信號主體化要求，增加點式設備，實現列車運行安全監控功能。(1)地面子系統組成軌道電路完成列車占用檢測及列車完整性檢查，連續向列車傳送控制信息。車站正線采用與區間同制式的軌道電路，側線采用與區間同制式的疊加電碼化設備。點式信息設備宜設置在車站附近，主要用于向車載設備傳輸定位信息。(2)車載子系統組成主體機車信號完成軌道電路信息的接收與處理。點式信息接收模塊完成點式信息的接收與處理。安全型運行監控記錄裝置實時檢測列車運行速度，對列車運行控制信息進行綜合處理，控制列車按命令運行。CTCS2級

CTCS2級是基于軌道傳輸信息的列車運行控制系統；CTCS2級面向提速干線和高速新線，采用車-地一體化設計；CTCS2級適用于各種限速區段，地面可不設通過信號機，機車乘務員憑車載信號行車。(1)地面子系統組成列控中心根據列車占用情況及進路狀態計算行車許可及靜態列車速度曲線并傳送給列車。軌道電路完成列車占用檢測及列車完整性檢查，連續向列車傳送控制信息。車站與區間采用同制式的軌道電路。(2)車載子系統組成連續信息接收模塊完成軌道電路信息的接收與處理。點式信息接收模塊完成點式信息的接收與處理。測速模塊實時檢測列車運行速度并計算列車走行距離。設備維護記錄單元對接收信息、系統狀態和控制動作進行記錄。車載安全計算機對列車運行控制信息進行綜合處理，生成控制速度與目標距離模式曲線，控制列車按命令運行。人機界面車載設備與機車乘務員交互的設備。運行管理記錄單元規范機車乘務員駕駛，記錄與運行管理相關的數據。預留無線通信接口。CTCS3級

CTCS3級是基于無線傳輸信息并采用軌道電路等方式檢查列車占用的列車運行控制系統；CTCS3級面向提速干線、高速新線或特殊線路，基于無線通信的固定閉塞或虛擬自動閉塞；CTCS3級適用于各種限速區段，地面可不設通過信號機，機車乘務員憑車載信號行車。(1)地面子系統組成無線閉塞中心（RBC）

使用無線通信手段的地面列車間隔控制系統。它根據列車占用情況及進路狀態向所管轄列車發出行車許可和列車控制信息。所使用的安全數據通道不能用于話音通信。無線通信（GSM-R）地面設備

作為系統信息傳輸平臺完成地－車間大容量的信息交換。點式設備主要提供列車定位信息。軌道電路

主要用于列車占用檢測及列車完整性檢查。(2)車載子系統組成無線通信（GSM-R）車載設備作為系統信息傳輸平臺完成車－地間大容量的信息交換。點式信息接收模塊完成點式信息的接收與處理測速模塊實時檢測列車運行速度并計算列車走行距離。設備維護記錄單元對接收信息、系統狀態和控制動作進行記錄。車載安全計算機對列車運行控制信息進行綜合處理，生成目標距離模式曲線，控制列車按命令運行。人機接口車載設備與機車乘務員交互的接口。運行管理記錄單元規范機車乘務員駕駛，記錄與運行管理相關的數據。

CTCS4級

CTCS4級是基于無線傳輸信息的列車運行控制系統；CTCS4級面向高速新線或特殊線路，基于無線通信傳輸平臺，可實現虛擬閉塞或移動閉塞；CTCS4級由RBC和車載驗證系統共同完成列車定位和列車完整性檢查；CTCS4級地面不設通過信號機，機車乘務員憑車載信號行車。(1)地面子系統組成無線閉塞中心（RBC）

使用無線通信手段的地面列車間隔控制系統。它根據列車占用情況及進路狀態向所管轄列車發出行車許可和列車控制信息。所使用的安全數據通道不能用于話音通信。無線通信（GSM-R）地面設備

作為系統信息傳輸平臺完成地－車間大容量的信息交換。(2)車載子系統組成無線通信（GSM-R）車載設備

作為系統信息傳輸平臺完成車－地間大容量的信息交換。測速模塊

需要時，實時檢測列車運行速度并計算列車走行距離。設備維護記錄單元

對接收信息、系統狀態和控制動作進行記錄。車載安全計算機對列車運行控制信息進行綜合處理，生成目標距離模式曲線，控制列車按命令運行。人機接口

車載設備與機車乘務員交互的接口。全球衛星定位或其他設備提供列車定位及列車速度信息列車完整性檢查設備運行管理記錄單元規范機車乘務員駕駛，記錄與運行管理相關的數據4CTCS級間關系符合CTCS規范的列車超速防護系統應能滿足一套車載設備全程控制的運用要求。系統車載設備向下兼容。系統級間轉換應自動完成。系統地面、車載配置如具備條件，在系統故障條件下應允許降級使用。系統級間轉換應不影響列車正常運行。系統各級狀態應有清晰的表示。5CTCS與ETCS比對級ETCSCTCS0

歐洲既有線現狀中國既有線現狀；通用式機車信號+監控裝置1基于點式傳輸的列車控制系統；列車占用及完整性檢查由軌道電路完成；設置地面信號機；面向160km／h以下區段；主體機車信號+加強型監控裝置2基于GSM—R傳輸的列車控制系統；列車檢測和列車完整性檢查由軌道電路完成；可以取消地面信號機：面向提速干線和客運專線；基于軌道電路+點式應答器進行信息傳輸的列控系統；可取消地面通過信號機；3基于GSM—R傳輸的列車控制系統；取消軌道電路和地面信號機；無線閉塞中心與車載驗證系統共同完成列車定位和完整性檢查；可實現移動閉塞：

面向提速干線、客運專線和特殊線路；基本參照ETCS2級4

未定義

面向客運專線和特殊線路基本參照ETCS3級ETCS和CTCS系統的共同點制式統一，標準規范技術先進，易于升級車載設備，上下兼容標準開放，利用競爭6技術規范制定規范的目的

標準化：系統結構標準化、接口標準化、界面標準化、信息標準化、系統工作模式標準化。系列化：應能適應于中國鐵路的各類機車、各類列車、各種速度；適用于列車運行不同模式；充分考慮未來的發展。模塊化：根據列車運行系統的不同級別、不同模式的特點，合理劃分列車運行系統的模塊，以便升級換代和兼容互換。

為了達到標準化系列化模塊化目的需要制定三個方面的技術規范文檔，這些規范中，有的是強制執行的標準，有的是建議性的標準。(1)系統功能需求規范（FRS）

主要描述了列車運行控制系統應該具有的功能，包括聯鎖設備、列控中心、軌道電路及點式信息設備的基本功能、車載設備的功能、防護功能、記錄功能、列車的操作過程等。(2)系統需求規范（SRS）主要描述列車運行控制系統及各子系統的構成、工作原理以及主要技術要求。系統需求規范包括：列車運行控制系統需求規范；地面列控中心系統需求規范；聯鎖設備系統需求規范；軌道電路系統需求規范；點式信息設備系統需求規范；列控車載設備系統需求規范；(3)接口規范（FIS/FFFIS）主要定義系統各個子系統的軟硬件標準，以便實現系統設備的集成和互操作性，接口規范包括：地面列控中心人機接口規范；聯鎖設備功能接口規范；軌道電路功能接口規范；點式信息設備功能接口規范；列車接口規范；列控車載設備人機界面功能接口規范；ERTMS/ETCS技術規范簡介ERTMS/ETCS技術規范包含的文檔如表1-1所示。這些文檔可以分成三類：功能需求規范（FRS）；系統需求規范（SRS）；接口規范（FIS/FFFIS）。這些規范中，有的是強制執行的標準，有的是建議性的標準。強制規范是必須執行的，是實現ERTMS功能和技術互操作性的基礎。表1-1：ERTMS/ETCS技術規范文檔序號文檔名文件名版本號屬性1ERTMS/ETCS功能需求規范（FRS）（ERTMS/ETCSfunctionalrequirementsspecification）—4.29強制執行2ERTMS/ETCS功能綜述（ERTMS/ETCSfunctionalstatements）99E53622.0.0強制執行3ERTMS/ETCS系統需求規范（SRS）（ERTMS/ETCSsystemrequirementsspecification）SUBSET-0262.0.0強制執行4修改說明（Clarificationandamendmentspecification）SUBSET-0552.0.0強制執行5ERTMS/ETCS子系統需求規范1：系統宏功能概述（ERTMS/ETCSSSRSpart1:systemmacrofunctionoverview）SUBSET-0302.0.0建議6ERTMS/ETCS子系統需求規范2：車載子系統需求規范（ERTMS/ETCSSSRSpart2:Onboardsubsystemrequirementsspecifications）SUBSET-0312.0.0建議7ERTMS/ETCS子系統需求規范3：地面子系統需求規范（ERTMS/ETCSSSRSpart3:Tracksidesubsystemrequirementsspecifications）SUBSET-0322.0.0建議8歐洲應答器的功能接口規范（FFISforEurobalise）SUBSET-0362.0.0強制執行9歐洲環線子系統介紹（DescriptionoftheEuroloopsubsystem）SUBSET-0502.0.0建議10歐洲環線的功能規范（FFFSforEuroloopsubsystem）SUBSET-0432.0.0強制執行11歐洲環線的功能接口規范“AL”（FFFIS'AL'Euroloopsubsystem）SUBSET-0442.0.0強制執行12歐洲環線的功能接口規范“CL”（FFFIS'CL'Euroloopsubsystem）SUBSET-0452.0.0強制執行13歐洲無線的功能接口規范（EuroradioFIS）SUBSET-0372.0.0強制執行14ISDN移動用戶號碼的傳輸（TransmissionoftheMSISDNnumbertotheapplication）037-0022a29.3.2000建議15版本升級（Versionupgrade）037-0023a29.3.2000建議16歐洲無線的功能接口規范1（EuroradioFFFISclass1requirements）SUBSET-0522.0.0強制執行17無線注入的功能接口規范（RadioinfillFFFS）SUBSET-0462.0.0強制執行18MMI的功能接口規范（FISfortheman-machineinterface）SUBSET-0332.0.0強制執行19列車接口的接口規范（FISfortrainintrface）SUBSET-0342.0.0強制執行20無線注入的車-地功能接口規范（Trackside-trainborneFISforradioinfill）SUBSET-0472.0.0強制執行21無線注入的車載格式/功能規范（TrainborneFFISforradioinfill）SUBSET-0482.0.0強制執行22無線注入與軌旁電子單元/聯鎖的功能接口規范（RadioinfillFISforwithLEU/Interlocking）SUBSET-0492.0.0強制執行23專用傳輸模塊的功能接口規范（SpecifictransmissionmoduleFFFIS）SUBSET-0352.0.0強制執行24專用傳輸模塊的功能接口規范的安全時間層（STMFFFISsafetimelayer）SUBSET-0562.0.0強制執行25專用傳輸模塊的功能接口規范的安全鏈路層（STMFFFISsafelinklayer）SUBSET-0572.0.0強制執行26專用傳輸模塊的功能接口規范的應用層監測（FFFISSTMapplicationlayersupervisionconnection）SUBSET-0580.0.1建議27專用傳輸模塊的性能規范（PerformancerequirementsforSTMs）SUBSET-0590.0.6建議28功能接口規范的密鑰管理（KeyManagementFIS）SUBSET-0382.0.0強制執行29功能接口規范的密鑰管理的第二階段（FISkeymanagementsecondphase）SUBSET-0512.0.0建議30密鑰管理的移植（Keymanagementmigration）SUBSET-0601.1.1建議31RBC越區功能接口規范（FISforRBC/RBChandover）SUBSET-0392.0.0強制執行32尺度和工程規則（Dimensioningandengineeringrules）SUBSET-0402.0.0強制執行33互操作性的執行規范（Performancerequirementsforinteroperability）SUBSET-0412.0.0強制執行34功能接口規范的司法記錄器下載工具（FFFISjuridicalrecorderdownloadingtool）SUBSET-0272.0.0強制執行35ETCS變量的分配值（AssigmentofvaluestoETCSvariables）SUBSET-0542.0.0強制執行36術語和縮寫表（Glossaryoftermsandabbreviations）SUBSET-0232.0.0強制執行37歐洲無線的傳輸接口規范（RadiotransmissionFFFISforEuroradio）AllT600133強制執行38ERTMS人機接口1：ERTMS/ETCS信息的合理安排（ERTMSdriver/machineinterfacepart1:ergonomicarrangmentofERTMS/ETCSinformationPrEN50XX6-1March2000建議39ERTMS人機接口3：數據輸入步驟（ERTMSdriver/machineinterfacepart3:dataentryprocedures）PrEN50XX6-3March2000建議40ERTMS人機接口4：符號（ERTMSdriver/machineinterfacepart4:symbols）PrEN50XX6-4March2000建議41ERTMS人機接口5：語音信息（ERTMSdriver/machineinterfacepart5audibleinformation）PrEN50XX6-5March2000建議42ERTMS人機接口6：專用傳輸模塊（ERTMSdriver/machineinterfacepart6:specifictransmissionmodule）PrEN50XX6-6March2000建議43可靠性可用性可維護性要求（RAMrequirements(chapter2only)）96S1266建議44環境條件（Environmentalconditions）97S0665建議CTCS規范（1）CTCS技術規范總則（2）CTCS功能需求規范（3）CTCS系統需求規范（4）查詢應答器技術規范（5）列控中心技術規范（6）MMI功能接口規范（7）與車載其他系統接口規范（8）無線信息傳輸功能接口規范（9）術語和縮7常用名詞術語名詞術語

允許速度，列車運行過程中允許達到的最高安全速度。目標速度，列車運行前方目標點允許的最高速度。目標距離，列車前端至運行前方目標點的距離。目標距離模式曲線，以目標速度、目標距離、線路條件、列車特性為基礎生成的保證列車安全運行的一次制動模式曲線。固定限速