【正文】 在 1993年于法國第三條北方線高速鐵路首先投入使用近年來法國 CS 公司又開發(fā)了計算機(jī)聯(lián)鎖 SEI 和列控 ATC 一體化的系統(tǒng)在地中海線和海峽 倫敦線開通使用我國秦沈客運(yùn)專線也采用了該系統(tǒng)韓國高速鐵路采用該系統(tǒng)列控系統(tǒng)是隨著技術(shù)發(fā)展而提高的從初級階段的機(jī)車信號與自動停車裝置發(fā)展到列車速度監(jiān)督系統(tǒng)與列車自動操縱系統(tǒng)從技術(shù)發(fā)展的趨勢看列控系統(tǒng)是向著數(shù)字化自動化網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展的其主要作用是保證列車行車安全提高運(yùn)輸效率列控系統(tǒng)在各國有一個發(fā)展歷程尤其是進(jìn)入 20世紀(jì) 90年代以后世界上許多國家研制開發(fā)了具有本國特色的列控系統(tǒng)在技術(shù)上比較有代表性的且已投入使用的列控系統(tǒng)主要有德國的LZB 系統(tǒng)法國的 TVM300 和 TVM430 系統(tǒng)日本新干線的 ATC 系統(tǒng)以及我國使用 的CTCS2 級列控系統(tǒng)這些系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是可以實現(xiàn)自動連續(xù)監(jiān)督列車運(yùn)行速度可靠地防止人為錯誤操作所造成的惡性事故的發(fā)生保證列車的高速安全運(yùn)行法國 UT 系統(tǒng) 法國高速鐵路 TGV 區(qū)段的列控系統(tǒng)車載信號設(shè)備采用 TVM300 或TVM430 地對車的信息傳輸以無絕緣軌道電路 UM71 為基礎(chǔ)該列控系統(tǒng)簡稱 UT 系統(tǒng) TVM300 系統(tǒng)采用無絕緣軌道電路 UM71 地對車的信息傳輸容量僅有 18 個速度監(jiān)控是滯后階梯式的 TVM430系統(tǒng)采用無絕緣軌道電路 UM2021數(shù)字通信技術(shù)使車地間的信息傳輸數(shù)字編碼化速度監(jiān)控方式改為分級速度曲線控制模 式時速已達(dá)320公里日本 ATC系統(tǒng)列車在閉塞分區(qū)入口處接收到目標(biāo)速度信號后立即以此速度進(jìn)行檢查一旦列車超速則進(jìn)行制動使列車速度降低到目標(biāo)速度以下 日本新干線傳統(tǒng) ATC 系統(tǒng)采用這種方式新干線采用速度分級口制動自動緩解的控制方式該方式要求列車在閉塞分區(qū)口處接收到目標(biāo)速度信號后立即以此速度進(jìn)行檢查一旦列車超速則進(jìn)行制動使列車速度降低到目標(biāo)速度以下 日本新干線 ATC 系統(tǒng)采用設(shè)備優(yōu)先的控制原則列車減速一般由設(shè)備完成當(dāng)列車速度低于目標(biāo)速度后自動緩解列車速度減到 30 km／ h 以下需要在車站停車時才由司機(jī)操縱以保證列車停在 正確位置這種方式要求列車制動系統(tǒng)連續(xù)多次制動后制動力不衰竭階梯控制入口速度檢查方式示意圖 圖階梯控制口速度檢查方式示意圖日本新干線現(xiàn)有的 ATC 系統(tǒng)普遍采用目標(biāo)距離一次制動模式曲線方式車載設(shè)備根據(jù)地面軌道電路傳送來的信息和各開通區(qū)間的長度求取與前方列車所占用區(qū)間的距離綜合線路數(shù)據(jù)制動性能和允許速度等計算出列車運(yùn)行速度若列車接近前方減速點(diǎn)時即刻生成目標(biāo)距離一次制動模式曲線目標(biāo)距離一次制動模式曲線縮短了制動距離并可根據(jù)列車性能給出不同的模式曲線提高了運(yùn)輸效率德國 LZB 系統(tǒng)德國連續(xù)式列車自動控制系統(tǒng) LZB 是由軌旁 設(shè)備 LZB L72和車載設(shè)備 LZB 80 構(gòu)成所有固定數(shù)據(jù)如線路地理參數(shù)局部的固定限速等都貯存在 LZB 中心聯(lián)鎖系統(tǒng)向控制中心傳送信息顯示道岔設(shè)置及其他數(shù)據(jù)的同時系統(tǒng)范圍內(nèi)的列車也向控制中心傳送它們的特殊數(shù)據(jù)如列車長度列車位置實際速度等等區(qū)間列車占用情況檢查是通過區(qū)間軌道電路或計軸設(shè)備等完成的根據(jù)上述數(shù)據(jù)控制中心確定每列列車的最大標(biāo)稱速度 指揮列車運(yùn)行德國 LZB 系統(tǒng)列車速度 距離方式示意圖圖 a德國 LZB系統(tǒng)列車速度距離方式示意圖圖德國 LZB列車速度 距離控制曲線圖圖 3b中的曲線 1為常規(guī)最大制動曲線 2為常規(guī)最小 制動在LZB系統(tǒng)中地面和車上的信息是通過感應(yīng)環(huán)線相互傳送的每個 LZB地面控制中心最長可以控制 127 km的環(huán)線每個短回線發(fā)送接收單元的環(huán)線長度為左右各 300 m環(huán)線每 100m 交叉換位一次以對電氣進(jìn)行補(bǔ)償同時也用于確定列車的實際位置 地面設(shè)備由控制中心和環(huán)線系統(tǒng)構(gòu)成控制中心與調(diào)度中心微機(jī)聯(lián)鎖相鄰控制中心交換數(shù)據(jù)并通過環(huán)線和列車交換數(shù)據(jù)控制每一列車運(yùn)行德國 LZB 系統(tǒng)是基于軌道電纜傳輸車地信息的列控系統(tǒng)是世界上首次實現(xiàn)連續(xù)速度控制模式的列控系統(tǒng)技術(shù)上是成熟的它利用軌道電纜作為車地間雙向信息傳輸?shù)耐ǖ朗褂密壍离娐穪?檢查列車占用軌旁設(shè)備較多給維修帶來不便 LZB 以地面控制中心為主計算制動曲線車載信號設(shè)備智能化不夠與其他列控系統(tǒng)兼容比較困難第四章 我國高速動車組列控系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用及主要特點(diǎn) 第一節(jié) CTCS 列控系統(tǒng)概述 一定義 CTCS 是為了保證列車安全運(yùn)行并以分級形式滿足不同線路運(yùn)輸需求的列車運(yùn)行控制系統(tǒng) 基本功能 1 安全防護(hù) 2 人機(jī)界面 3 檢測功能 4 靠性和安全性 二 CTCS 體系結(jié)構(gòu) 1CTCS 的體系結(jié)構(gòu)按鐵路運(yùn)輸管理層網(wǎng)絡(luò)傳輸層地面設(shè)備層和車載設(shè)備層配置 1 鐵路運(yùn)輸管理層鐵路運(yùn)輸管理系統(tǒng)是行車指揮中心以 CTCS 為行車安全保障基礎(chǔ)通過通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對列車運(yùn)行的控制和管理 2 網(wǎng)絡(luò)傳輸層 CTCS 網(wǎng)絡(luò)分布在系統(tǒng)的各個層面通過有線和無線通信方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸 3 地面設(shè)備層地面設(shè)備層主要包括列控中心軌道電路和點(diǎn)式設(shè)備接口單元無線通信模塊等列控中心是地面設(shè)備的核心根據(jù)行車命令列車進(jìn)路列車運(yùn)行狀況和設(shè)備狀態(tài)通過安全邏輯運(yùn)算產(chǎn)生控車命令實現(xiàn)對運(yùn)行列車的控制 4 車載設(shè)備層車載設(shè)備層是對列車進(jìn)行操縱和控制的主體具有多種控制模式并能夠適應(yīng)軌道電路點(diǎn)式傳輸和無線傳輸方式車載設(shè)備層主要包括車載安全計算機(jī)連續(xù)信息接收模塊點(diǎn)式 信息接收模塊無線通信模塊測速模塊人機(jī)界面和記錄單元等 2 系統(tǒng)構(gòu)成 參照國際標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合國情從需求出發(fā)按系統(tǒng)條件和功能劃分等級 CTCS 體系的構(gòu)建原則是以地面設(shè)備為基礎(chǔ)車載與地面設(shè)備統(tǒng)一設(shè)計 三 CTCS 分級 列車運(yùn)行控制系統(tǒng)包括地面設(shè)備和車載設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)配置按功能劃分為 5級 1CTCS 0 級 CTCS 0 級為既有線的現(xiàn)狀由通用機(jī)車信號和運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置構(gòu)成 2CTCS 1 級 CTCS 1級是由主體機(jī)車信號安全型運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置組成面向 160kmh 以下的區(qū)段在既有設(shè)備基礎(chǔ)上強(qiáng)化改造達(dá)到機(jī)車信號主體化要求增加 點(diǎn)式設(shè)備實現(xiàn)列車運(yùn)行安全監(jiān)控功能 1 地面子系統(tǒng)組成 1 軌道電路完成列車占用檢測及列車完整性檢查連續(xù)向列車傳送控制信息車站正線采用與區(qū)間同制式的軌道電路側(cè)線采用與區(qū)間同制式的疊加電碼化設(shè)備 2 點(diǎn)式信息設(shè)備宜設(shè)置在車站附近主要用于向車載設(shè)備傳輸定位信息 2 車載子系統(tǒng)組成 1 主體機(jī)車信號完成軌道電路信息的接收與處理 2 點(diǎn)式信息接收模塊完成點(diǎn)式信息的接收與處理 3 安全型運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置實時檢測列車運(yùn)行速度對列車運(yùn)行控制信息進(jìn)行綜合處理控制列車按命令運(yùn)行 3CTCS 2 級 CTCS 2 級是基于軌道傳輸 信息的列車運(yùn)行控制系統(tǒng) CTCS 2 級面向提速干線和高速新線采用車 地一體化設(shè)計 CTCS 2級適用于各種限速區(qū)段地面可不設(shè)通過信號機(jī)機(jī)車乘務(wù)員憑車載信號行車 1 地面子系統(tǒng)組成 1 列控中心根據(jù)列車占用情況及進(jìn)路狀態(tài)計算行車許可及靜態(tài)列車速度曲線并傳送給列車 2 軌道電路完成列車占用檢測及列車完整性檢查連續(xù)向列車傳送控制信息車站與區(qū)間采用同制式的軌道電路 2 車載子系統(tǒng)組成 1 連續(xù)信息接收模塊完成軌道電路信息的接收與處理 2 點(diǎn)式信息接收模塊完成點(diǎn)式信息的接收與處理 3 測速模塊實時檢測列車運(yùn)行速 度并計算列車走行距離 4 設(shè)備維護(hù)記錄單元對接收信息系統(tǒng)狀態(tài)和控制動作進(jìn)行記錄 5 車載安全計算機(jī)對列車運(yùn)行控制信息進(jìn)行綜合處理生成控制速度與目標(biāo)距離模式曲線控制列車按命令運(yùn)行 6 人機(jī)界面車載設(shè)備與機(jī)車乘務(wù)員交互的設(shè)備 7 運(yùn)行管理記錄單元規(guī)范機(jī)車乘務(wù)員駕駛記錄與運(yùn)行管理相關(guān)的數(shù)據(jù) 4CTCS 3 級 CTCS 3 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(yùn)行控制系統(tǒng) CTCS 3 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 CTCS 3 級適用于各種限速區(qū)段地面可 不設(shè)通過信號機(jī)機(jī)車乘務(wù)員憑車載信號行車 1 地面子系統(tǒng)組成 1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(tǒng)它根據(jù)列車占用情況及進(jìn)路狀態(tài)向所管轄列車發(fā)出行車許可和列車控制信息所使用的安全數(shù)據(jù)通道不能用于話音通信 2無線通信 GSMR地面設(shè)備作為系統(tǒng)信息傳輸平臺完成地－車間大容量的信息交換 3 點(diǎn)式設(shè)備主要提供列車定位信息 4 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(tǒng)組成 1無線通信 GSMR車載設(shè)備作為系統(tǒng)信息傳輸平臺完成車－地間大容量的信息交換 2 點(diǎn)式信息接收 模塊完成點(diǎn)式信息的接收與處理 3 測速模塊實時檢測列車運(yùn)行速度并計算列車走行距離 4 設(shè)備維護(hù)記錄單元對接收信息系統(tǒng)狀態(tài)和控制動作進(jìn)行記錄 5 車載安全計算機(jī)對列車運(yùn)行控制信息進(jìn)行綜合處理生成目標(biāo)距離模式曲線控制列車按命令運(yùn)行 6 人機(jī)接口車載設(shè)備與機(jī)車乘務(wù)員交互的接口 7 運(yùn)行管理記錄單元規(guī)范機(jī)車乘務(wù)員駕駛記錄與運(yùn)行管理相關(guān)的數(shù)據(jù) 5CTCS 4 級 CTCS 4 級是基于無線傳輸信息的列車運(yùn)行控制系統(tǒng) CTCS 4 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(xiàn)虛擬閉塞或移動閉塞 CTCS 4 級由 RBC和車載驗證系統(tǒng)共同完成列車定位和列車完整性檢查 CTCS 4 級地面不設(shè)通過信號機(jī)機(jī)車乘務(wù)員憑車載信號行車 1 地面子系統(tǒng)組成 1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(tǒng)它根據(jù)列車占用情況及進(jìn)路狀態(tài)向所管轄列車發(fā)出行車許可和列車控制信息所使用的安全數(shù)據(jù)通道不能用于話音通信 2無線通信 GSMR地面設(shè)備作為系統(tǒng)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(tǒng)組成 1無線通信 GSMR車載設(shè)備作為系統(tǒng)信息傳輸平臺完成車－地間大容量的信息交換 2 測速模塊需要時實時檢測列車運(yùn)行速 度并計算列車走行距離 3 設(shè)備維護(hù)記錄單元對接收信息系統(tǒng)狀態(tài)和控制動作進(jìn)行記錄 4 車載安全計算機(jī)對列車運(yùn)行控制信息進(jìn)行綜合處理生成目標(biāo)距離模式曲線控制列車按命令運(yùn)行 5 人機(jī)接口車載設(shè)備與機(jī)車乘務(wù)員交互的接口 四 CTCS 級間關(guān)系 1 符合 CTCS 規(guī)范的列車超速防護(hù)系統(tǒng)應(yīng)能滿足一套車載設(shè)備全程控制的運(yùn)用要求 2 系統(tǒng)車載設(shè)備向下兼容 3 系統(tǒng)級間轉(zhuǎn)換應(yīng)自動完成 4 系統(tǒng)地面車載配置如具備條件在系統(tǒng)故障條件下應(yīng)允許降級使用 5 系統(tǒng)級間轉(zhuǎn)換應(yīng)不影響列車正常運(yùn)行 6 系統(tǒng)各級狀態(tài)應(yīng)有清晰的表示 第二節(jié) CTCS 的主要功能與應(yīng)用等級 一 CTCS 應(yīng)用等級 對不同的線路不同的傳輸信息方式和閉塞技術(shù) CTCS 劃分為 5 個等級依次為CTCS0CTCS4 級同條線路上可以實現(xiàn)多種應(yīng)用級別向下兼容以滿足不同線路速度需求 CTCS0 級 CTCS0級適用于列車最高運(yùn)行速度為 160kmh及以下適合既有線的現(xiàn)狀將目前干線鐵路應(yīng)用的地面信號設(shè)備和車載設(shè)備定義為 0 級 CTCS0 級通用機(jī)車信號列車運(yùn)行監(jiān)控裝置組成 CTCS0 級的控制模式是目標(biāo)距離式列車運(yùn)行監(jiān)控裝置采取大貯存的方式把線路數(shù)據(jù)全部貯存在車載設(shè)備中靠邏輯推斷 地址調(diào)取所需的線路數(shù)據(jù)結(jié)合列車性能計算給出目標(biāo)距離式制動曲線 CTCS0 級自動閉塞設(shè)