(整理)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)

-列車運(yùn)行控制系統(tǒng)第一節(jié) 概述一、 發(fā)展歷程隨著鐵路運(yùn)輸?shù)娜蝿?wù)越來越重，列車運(yùn)行速度越來越高，保證運(yùn)輸安全的問題也越來越突出。完全靠人工瞭望、人工駕駛列車已經(jīng)不能保證行車安全了，即使裝備了機(jī)車信號和自動停車裝置，也只能在列車一般速度運(yùn)行條件下保證安全無法實(shí)現(xiàn)高速列車的安全保證，因?yàn)樗鼈儾荒芡瓿煞乐钩傩熊嚭兔斑M(jìn)信號的現(xiàn)象。因此，需要研究列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對列車間隔和速度的自動控制，進(jìn)一步提高運(yùn)輸效率，保證行車安全。要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，不是簡單的設(shè)備改進(jìn)可以完成的，需要解決許多關(guān)鍵技術(shù)問題，例如：車地之間大容量、實(shí)時、可靠信息傳輸，列車定位，列車精確、安全控制等。需要車載設(shè)備、軌旁設(shè)備、車站控制、調(diào)度指揮、通信傳輸?shù)认到y(tǒng)良好的配合才能實(shí)現(xiàn)，如果把前面討論的系統(tǒng)稱為傳統(tǒng)鐵路信號系統(tǒng)，那么，以現(xiàn)代列車運(yùn)行控制技術(shù)為核心的信號系統(tǒng)可以稱為現(xiàn)代鐵路信號系統(tǒng)?，F(xiàn)代信息技術(shù)的迅速發(fā)展，對鐵路信號技術(shù)產(chǎn)生了重要影響，為形成現(xiàn)代鐵路信號系統(tǒng)提供了條件。列車運(yùn)行自動控制系統(tǒng)（簡稱列控系統(tǒng)）是計算機(jī)、通信、控制等信息技術(shù)與信號技術(shù)的一個高水平集成與融合的產(chǎn)物。列車運(yùn)行控制系統(tǒng)定義：由列控中心、閉塞設(shè)備、地面信號設(shè)備、地車信息傳輸設(shè)備、車載速度控制設(shè)備構(gòu)成的用于控制列車運(yùn)行速度保證行車安全和提高運(yùn)輸能力的控制系統(tǒng)。功能：1.線路的空閑狀態(tài)檢測；2.列車完整性檢測 3.列車運(yùn)行授權(quán)；4.指示列車安全運(yùn)行速度；5.監(jiān)控列車安全運(yùn)行一、 列控系統(tǒng)分類西方發(fā)達(dá)國家在列控系統(tǒng)研究方面已有較長發(fā)展歷史，比較成功的列控系統(tǒng)主要有：日本新干線ATC系統(tǒng)，法國TGV鐵路和韓國高速鐵路的TVM300及TVM430系統(tǒng)，德國及西班牙鐵路采用的LZB系統(tǒng)，及瑞典鐵路的EBICA900系統(tǒng)等。上述列車控制系統(tǒng)都具有自己的特點(diǎn)、不同的技術(shù)條件和適應(yīng)范圍，因此，列控系統(tǒng)可以分成許多類型。（1）按照地車信息傳輸方式分類：連續(xù)式列控系統(tǒng)，如：德國LZB系統(tǒng)、法國TVM系統(tǒng)、日本數(shù)字ATC系統(tǒng)。連續(xù)式列控系統(tǒng)的車載設(shè)備可連續(xù)接收到地面列控設(shè)備的車-地通信信息，是列控技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展的主流。采用連續(xù)式列車速度控制的日本新干線列車追蹤間隔為5 min，法國TGV北部線區(qū)間能力甚至達(dá)到3 min。連續(xù)式列控系統(tǒng)可細(xì)分為階梯速度控制方式和曲線速度控制方式。點(diǎn)式列控系統(tǒng)，如：瑞典EBICAB系統(tǒng)。點(diǎn)式列控系統(tǒng)接收地面信息不連續(xù)，但對列車運(yùn)行與司機(jī)操縱的監(jiān)督并不間斷，因此也有很好的安全防護(hù)效能。點(diǎn)一連式列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，如：CTCS2級， 軌道電路完成列車占用檢測及完整性檢查，連續(xù)向列車傳送控制信息。點(diǎn)式信息設(shè)備傳輸定位信息、進(jìn)路參數(shù)、線路參數(shù)、限速和停車信息。（2）控制模式分，分為兩種類型：階梯控制方式出口速度檢查方式，如：法國TVM300系統(tǒng) 入口速度檢查方式，如： 日本新干線傳統(tǒng)ATC系統(tǒng)速度距離模式曲線控制方式速度-距離模式，如：德國LZB系統(tǒng)，日本新干線數(shù)字ATC系統(tǒng)（3）按照人機(jī)關(guān)系來分類，分為兩種類型：設(shè)備優(yōu)先控制的方式。如：日本新干線ATC系統(tǒng)。司機(jī)優(yōu)先控制方式，如：法國TVM300430系統(tǒng)、德國LZB系統(tǒng)（4）按照閉塞方式：固定閉塞、移動閉塞（5）按照功能、人機(jī)分工和自動化程度分：列車自動停車（Automatic Train Stop 簡稱ATS）系統(tǒng)；列車超速防護(hù)（Automatic Train Protection 簡稱 ATP）系統(tǒng)；列車自動控制（Automatic Train Control 簡稱ATC）系統(tǒng)；列車自動運(yùn)行（Automatic Train Operation 簡稱ATO）系統(tǒng)。ATS。ATS是一種只在停車信號（紅燈）前實(shí)施列車速度控制的裝置，是在非速差式信號體系下的產(chǎn)物，屬于列車速度控制的初級階段。國外多種ATS系統(tǒng)補(bǔ)充了簡單的速度監(jiān)督功能，這種系統(tǒng)設(shè)備簡單，歷史悠久，在我國及世界各國鐵路至今廣泛采用。ATP。ATP是隨著速差式信號體系的建立而產(chǎn)生的，列車正常運(yùn)行由司機(jī)控制，只在司機(jī)疏忽或失去控制能力且列車出現(xiàn)超速時設(shè)備才起作用，并以最大常用制動或緊急制動方式，強(qiáng)迫列車減速或停車。當(dāng)列車速度已降至或到達(dá)限速要求，由司機(jī)判定和操作制動緩解。系統(tǒng)要求符合故障安全原則。這是一種以人（司機(jī)）控為主的列車運(yùn)行安全系統(tǒng)，在歐洲高速鐵路上普遍采用。ATC（又稱列車自動減速系統(tǒng)）。當(dāng)列車運(yùn)行超過限制速度時，系統(tǒng)自動實(shí)施常用制動，使列車降至低于限制速度的一定值后，制動自動緩解，列車?yán)^續(xù)運(yùn)行。這是一種設(shè)備優(yōu)先的列車運(yùn)行安全控制系統(tǒng)，司機(jī)一部分操作由設(shè)備代替，但列車運(yùn)行的正常調(diào)速仍由司機(jī)操作，系統(tǒng)同樣要求故障安全原則。這種方式很適合于動車組，日本新干線高速鐵路采取這種方式。ATO（又稱列車自動駕駛系統(tǒng)）。按系統(tǒng)預(yù)先輸入的程序，保證列車運(yùn)行圖的要求，由設(shè)備代替司機(jī)進(jìn)行列車運(yùn)行的加速、減速或定點(diǎn)停車的速度調(diào)整。一般情況下，司機(jī)除對列車啟動操作外，只對設(shè)備的動作進(jìn)行監(jiān)督，它屬于一種非安全系統(tǒng)，一般疊加在ATC或ATP上，列車運(yùn)行的安全防護(hù)由后者承擔(dān)。這樣的系統(tǒng)已在地下鐵道種較廣泛采用，在地面鐵路干線上，由于運(yùn)輸情況復(fù)雜，目前很少采用。二、 列控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、列車測速與列車定位要實(shí)現(xiàn)列車間隔與速度的安全控制，首先要及時獲取列車運(yùn)行的速度與列車目前的位置，因此列車的測速與定位是列控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，測速和定位的精度從根本上制約著列車運(yùn)行自動控制系統(tǒng)的控制精度，測速測距的精度太低，不僅會增加行車的不安全因素，而且會造成系統(tǒng)預(yù)留的安全防護(hù)距離過大，從而影響運(yùn)輸效率。一）、列車測速方法目前存在多種列車測速方式，根據(jù)速度信息獲取的來源，我們可以把測速方式分成兩大類，一類是利用輪軸旋轉(zhuǎn)信息獲取列車速度的測速方法，另一類是利用無線方式直接檢測列車的速度的測速方法。1.輪軸旋轉(zhuǎn)測速方法1） 測速電機(jī)方式測速電機(jī)包括個齒輪和兩組帶有永久磁鐵的線圈。齒輪固定在機(jī)車輪軸上，隨車輪轉(zhuǎn)動。線圈固定在軸箱上。輪軸轉(zhuǎn)動，帶動齒輪切割磁力線，在線圈上產(chǎn)生感生電動勢，其頻率與列車速度（齒輪的轉(zhuǎn)速）成正比。這樣列車的速度信息就包含在感應(yīng)電動勢的頻率特征里。經(jīng)過頻率電壓變化后，把列車實(shí)際運(yùn)行的速度變換為電壓值，通過測量電壓的幅度得到速度值。2） 脈沖轉(zhuǎn)速傳感器方式如圖6-2，脈沖轉(zhuǎn)速傳感器安裝在輪軸上，輪軸每轉(zhuǎn)動一周，傳感器輸出一定數(shù)目的脈沖，這樣脈沖的頻率就與輪軸的轉(zhuǎn)速成正比。輸出脈沖經(jīng)過隔離和整形后，直接輸入到微處理器進(jìn)行頻率測量并換算成速度和走行距離。輪軸脈沖轉(zhuǎn)速傳感器測速基本公式為： 式（8-1） 其中：=3.1416；D為車輪直徑n為車輪轉(zhuǎn)速圖8-1 脈沖轉(zhuǎn)速原理圖圖8-2 脈沖轉(zhuǎn)速傳感器安裝圖測速電機(jī)方式以模擬技術(shù)為基礎(chǔ)，存在不可避免的缺陷，影響了測試精度，正處于被逐步淘汰的過程中，輪軸脈沖轉(zhuǎn)速傳感器方式將成為作為主流產(chǎn)品。由于列車在運(yùn)行過程中存在空轉(zhuǎn)、滑行現(xiàn)象，所以，以輪軸旋轉(zhuǎn)推算速度不可避免的會產(chǎn)生誤差，隨著衛(wèi)星測速、雷達(dá)測速等無線技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，人們又提出應(yīng)用無線技術(shù)直接檢測車體速度的方法。無線測速方法逐步受到重視。成為未來列車測速的首選方式。2. 無線測速方式無線測速定位方式拋開輪軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的速度信息，利用外加信號直接測量車體的速度和位置，因此又稱為外部信號法。目前提出的有雷達(dá)測速方式和衛(wèi)星定位方式等。由于這類方法不由輪旋轉(zhuǎn)獲得信息，因此能有效地避免車輪空轉(zhuǎn)、滑行等產(chǎn)生的誤差，但精度受到無線電波的傳播特性等素的影響。這一類方法包括雷達(dá)測速方式、GPS測速定位方式等。1） 雷達(dá)測速方式雷達(dá)測速是利用多普勒效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)的。向移動體上發(fā)射一定頻率的電磁波，反射波與入射波之間會產(chǎn)生頻差，這個頻差與移動體的速度成正比，這就是多普勒效應(yīng)。在機(jī)車上安裝雷達(dá)，它始終向軌面發(fā)射電磁波，由于機(jī)車和軌面之間有相對運(yùn)動，因此在發(fā)射波和反射波之間產(chǎn)生頻差，通過測量頻差可以計算出機(jī)車的運(yùn)行速度，并累計求出走行距離。圖8-3 多普勒雷達(dá)安裝示意圖2） GPS測速定位方式GPS（全球定位系統(tǒng)）是美軍70年代在子午儀（Transit）系統(tǒng)上發(fā)展起來的全球性衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它是目前技術(shù)上最成熟且已真正實(shí)用的一種衛(wèi)星導(dǎo)航和定位系統(tǒng)，能在全球范圍內(nèi)，在任意時刻、任意氣候條件下為用戶提供連續(xù)不斷的高精度的三維位置、速度和時間信息。圖8-4 GPS定位示意圖二）、列車定位方法列車定位是列控技術(shù)的重要部分，有許多方法可以實(shí)現(xiàn)列車定位，比如：知道了初始點(diǎn)，利用列車測速信息可以獲得列車位置信息，采用GPS技術(shù)不僅可以獲得列車速度也可以獲得列車位置信息，通過地面設(shè)備向列車傳輸信息時，地面設(shè)備的位置也可以使列車獲得位置信息。因此，如圖8-5所示，列車定位可以綜合采用幾種方法獲得，并互相校正融合以計算出相對精確的列車位置信息。圖8-5是列車定位的融合示意圖。圖8-5 列車定位的融合示意圖前面所述的輪軸傳感方法可以獲得列車位置信息，但是由于列車的車輪空轉(zhuǎn)、滑行等因素，不可避免的會產(chǎn)生累積誤差，因此，一般列控系統(tǒng)采用地面固定安放的設(shè)備來對累積誤差進(jìn)行校正，這些地面固定安放的設(shè)備稱為地面絕對信標(biāo)，可以作為地面絕對信標(biāo)的定位方法包括：1. 軌道電路絕緣節(jié)定位方法軌道電路絕緣節(jié)是閉塞分區(qū)的分界點(diǎn)，絕緣節(jié)的位置在線路上是固定的，絕緣節(jié)兩邊傳輸?shù)男畔⒉煌?，所以，列車可以通過接收信息的變化了解過絕緣節(jié)的時機(jī)，把絕緣節(jié)的物理位置作為絕對信標(biāo)可以獲得列車位置信息。8-6 絕緣節(jié)作為絕對信標(biāo)示意圖2. 計軸器定位方法與軌道絕緣節(jié)設(shè)置相同，計軸傳感器安放也是固定的，通過計軸器檢測的列車占用或者出清對應(yīng)計軸區(qū)段也可以獲得列車位置信息。圖8-7 計軸定位方法示意圖3. 查詢應(yīng)答器方法查詢應(yīng)答器不僅物理安裝位置固定，它還可以直接向通過的列車發(fā)送本應(yīng)答器所處的公里坐標(biāo)。4. 軌道環(huán)線定位方法軌道感應(yīng)環(huán)線的兩根電纜每隔一個軌道長度（100m）要相互交叉一次，交叉回線將交變電信號送到沿鋼軌線路鋪設(shè)的交叉回線上，在回線上產(chǎn)生交變電磁場，,車載設(shè)備在經(jīng)過每個交叉時能夠檢測到信號相位的變化,當(dāng)列車駛過一個交叉點(diǎn)時，利用信號相位的變化引發(fā)地址碼加1，由車載計算機(jī)根據(jù)地址碼計算出列車的地理位置，這樣就可以用絕對地址信息對機(jī)車?yán)锍逃嫯a(chǎn)生的定位記錄進(jìn)行誤差修正，減少由于車輪滑行及空轉(zhuǎn)造成的位置誤差。上述幾種設(shè)備的原理已在軌道電路一章介紹，本節(jié)不再詳細(xì)介紹。、地車信息傳輸技術(shù)對高速行駛列車的控制，車載列控設(shè)備需要獲得從地面控制中心發(fā)送的行車控制命令、前方列車的位置、速度、前方線路條件等信息，這些信息都是從地面發(fā)送到列車上，因此，地-車信息傳輸通道是列車運(yùn)行自動控制系統(tǒng)的重要組成部分，沒有良好的地-車信息傳輸通道，自動控制列車是不可能的。地車信息傳輸?shù)姆诸惖孛嫘畔鬟f到車上目前有三種方式，一種是連續(xù)式傳遞信息方式，能連續(xù)不斷地將地面信息即列車間隔、線路容許的速度等情況及時地向車上反應(yīng)，使司機(jī)隨時掌握列車速度，有利于保證行車安全和提高行車效率。另一種為點(diǎn)式傳遞信息方式。點(diǎn)式信息傳遞方式有感應(yīng)器、環(huán)線或應(yīng)答器方式，它是在列車行進(jìn)的線路上設(shè)置若干感應(yīng)點(diǎn)，當(dāng)列車經(jīng)過感應(yīng)點(diǎn)時，將地面信息傳到車上。上述兩種地面信息傳遞方法中，連續(xù)式傳遞信息方式由于列車能夠不間斷的獲取地面信息，因而使列車能夠得到更實(shí)時的控制，點(diǎn)式信息傳遞方式當(dāng)?shù)孛嫘畔l(fā)生變化時，列車只能感應(yīng)點(diǎn)時才能得到信息，因此實(shí)時性稍差。但是當(dāng)連續(xù)傳遞信息方式所能傳輸?shù)男畔⒘渴艿较拗疲ㄈ纾阂祁l軌道電路只能傳輸18種信息），不能滿足控制列車需要時，就需要采用第三種方式，即連續(xù)疊加點(diǎn)式信息傳輸方式，我國的CTCS2級系統(tǒng)采用的就是這種方式。一） 移頻無絕緣軌道電路以UM71及我國ZPW-2000移頻無絕緣軌道電路為例，當(dāng)列車在線路上運(yùn)行時，移頻無絕緣軌道電路可以向列車連續(xù)傳遞載頻為1700hz、2000hz、2300hz、2600hz，調(diào)制頻率為10.3Hz到29Hz，間隔1.1Hz，共18個信息。以軌道電路為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)地-車信息傳輸?shù)南到y(tǒng)，我們稱為基于軌道電路的列車控制系統(tǒng)（TBTC），缺點(diǎn)是，a. 由于受到軌道電路傳輸特性的限制，所能夠傳輸?shù)男畔?shù)量很難大量增加；b. 傳輸距離受到限制；c. 只能進(jìn)行地-車信息傳輸，無法實(shí)現(xiàn)雙向傳輸。優(yōu)點(diǎn)是：a. 在進(jìn)行信息傳輸?shù)耐瑫r，可以檢測列車位置；b. 能夠檢查鋼軌斷軌。8-8 基于軌道電路的列車控制系統(tǒng)圖二）基于無線通信技術(shù)的地-車信息傳輸無線通信技術(shù)的發(fā)展為列控系統(tǒng)地-車信息傳輸開辟了新的途徑，無線通信技術(shù)克服了軌道電路由于受到軌道電路傳輸特性的影響，所能夠傳輸?shù)男畔?shù)量受到限制、傳輸距離不能很長、無法實(shí)現(xiàn)雙向傳輸?shù)娜秉c(diǎn)，因此，成為未來列控系統(tǒng)地-車信息傳輸?shù)闹饕l(fā)展方向，以無線通信技術(shù)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)地-車信息傳輸?shù)南到y(tǒng)，我們稱為基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）。圖8-9 基于無線通信技術(shù)的地-車信息傳輸1. GSM-R移動通信GSM-R是GSM for railway的英文縮寫，其意為鐵路專用全球移動通信系統(tǒng)。GSM是一種數(shù)字移動通信體制,其基礎(chǔ)為窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)?；贕SM phase2+標(biāo)準(zhǔn)的GSMR，是國際鐵路聯(lián)盟（UIC）和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會ETSI，為歐洲新一代鐵路無線移動通信開發(fā)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。UIC通過EIRENE（歐洲綜合鐵路無線增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)）對各種數(shù)字移動通信系統(tǒng)進(jìn)行了比較，最后決定GSMR為新一代歐洲鐵路無線移動通信基本制式。歐洲委員會在在 900MHzGSM的頻率頻段上分配4MHz給鐵路實(shí)施GSMR。GSM-R通過保持列車和控制中心的持續(xù)聯(lián)系即“永遠(yuǎn)在線”，來提供可靠的列車控制數(shù)據(jù)傳輸通道。 中國鐵路根據(jù)鐵路運(yùn)輸現(xiàn)代化的需求，也確定GSM-R作為發(fā)展鐵路專用綜合數(shù)字移動通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)體制，正在建設(shè)具有無線列調(diào)、區(qū)間公(工)務(wù)通信、公安通信、應(yīng)急搶險通信和車次號傳輸、無線機(jī)車信號傳輸通道和列車運(yùn)行控制系統(tǒng)傳輸通道等功能的無線通信系統(tǒng)。鐵路專用移動通信網(wǎng)GSM-R與常用的移動通信網(wǎng)GSM之間的主要區(qū)別在于所使用的頻帶(GSM-R有其自身專用頻帶)及基本結(jié)構(gòu)。GSM-R是按照鐵路專用及必要的優(yōu)質(zhì)服務(wù)要求建立起來的，它由無線網(wǎng)絡(luò)、交換網(wǎng)絡(luò)、及與其他通信網(wǎng)絡(luò)的接口組成 MS-移動通信站 BTS-基站 BSC-基站控制器 MSC-移動通信交換中心圖8-10 GSM-R基本結(jié)構(gòu)除了采用GSM-R技術(shù)以外，還有許多無線通信技術(shù)可以應(yīng)用于列控系統(tǒng)。如：在磁懸浮列車信號和通信系統(tǒng)中應(yīng)用了微波傳輸技術(shù)，西門子公司開發(fā)的基于2.4GHz擴(kuò)頻專用無線系統(tǒng)的CBTC已在美國紐約地鐵應(yīng)用。2. 軌道電纜在軌道鋪設(shè)的感應(yīng)電纜，通過車載感應(yīng)線圈和感應(yīng)電纜的電磁偶合完成信號和數(shù)據(jù)的傳輸，地面控制中心系統(tǒng)通過軌道電纜與車載列控設(shè)備聯(lián)系，可以實(shí)現(xiàn)列車的閉環(huán)控制。采用這種方式的包括：圖8-11的軌道感應(yīng)環(huán)線和圖8-12的漏泄同軸電纜方法。圖8-11軌道感應(yīng)環(huán)線圖8-12的漏泄同軸電纜方法。四、列車速度控制模式一）階梯控制方式技術(shù)原理每個閉塞分區(qū)設(shè)計為一個目標(biāo)速度。在一個閉塞分區(qū)中無論列車在何處都只按照固定的速度判定列車是否超速。 階梯控制方式可不需要距離信息，只要在停車信號與最高速度間增加若干中間速度信號，即可實(shí)現(xiàn)階梯控制方式。因此軌道信息量較少，設(shè)備相對比較簡單，這種傳統(tǒng)的控制方式是目前高速鐵路最普遍采用的控制方式。階梯控制又分為出口速度檢查和人口速度檢查兩種方式。出口速度檢查控制方式：該方式要求列車在閉塞分區(qū)內(nèi)將列車速度降低到目標(biāo)速度，設(shè)備在閉塞分區(qū)出口進(jìn)行檢查。如果列車實(shí)際速度未達(dá)到目標(biāo)速度以下則設(shè)備自動進(jìn)行制動。階梯控制出口速度檢查方式示意圖見圖8-13。出口速度檢查方式由于要在列車到達(dá)停車信號處(目標(biāo)速度為零)才檢查列車速度是否為零，如果列車速度不是零，設(shè)備才進(jìn)行制動。由于制動后列車要走行一段距離才能停車，因此停車信號后方要有一段安全防護(hù)區(qū)。入口速度檢查控制方式：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。階梯控制入口速度檢查方式示意圖見圖8-13。列車速度控制2001701303090200170130900100VL出口檢查入口檢查圖8-13 階梯控制方式示意圖特點(diǎn)： 前后車均以閉塞分區(qū)單位進(jìn)行定位； 在閉塞分區(qū)內(nèi)，車載設(shè)備以一個允許速度防護(hù)列車； 閉塞分區(qū)長度按最差列車制動性能設(shè)計。分級速度制動方式存在以下主要問題：1) 由于線路上運(yùn)行的各種列車制動性能各異，為了確保安全，系統(tǒng)只能按制動性能最差的列車性能來確定制動距離，這對于制動性能好的列車來說是個損失，影響進(jìn)步提高運(yùn)行密度。2) ATP制動控制只進(jìn)行制動和緩解兩種操作，不調(diào)整制動力大小，因此列車減速度變化大，旅行舒適度差。分級曲線控制方式：該方式要求每個閉塞分區(qū)入口速度(上一個閉塞分區(qū)的目標(biāo)速度)和出口速度(本閉塞分區(qū)目標(biāo)速度)用曲線連接起來，形成一段連續(xù)的控制曲線，曲線控制方式和階梯控制方式一樣，每一個閉塞分區(qū)只給定一個目標(biāo)速度?？刂魄€把閉塞分區(qū)允許速度的變化連續(xù)起來。地面設(shè)備傳送給車載設(shè)備的信息是下一個閉塞分區(qū)的速度、距離和線路條件數(shù)據(jù)，沒有提供至目標(biāo)點(diǎn)的全部數(shù)據(jù)，所以系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)是分級連續(xù)制動模式曲線(即以分級小曲線的變換點(diǎn)連成的準(zhǔn)一次制動模式曲線)。法國TVM430系統(tǒng)采用了這種方式，TVM430是TVM300的換代產(chǎn)品，地面采用UM2000型軌道電路圖8-14分級曲線控制方式示意圖在曲線控制方式下，列車在一個閉塞分區(qū)中運(yùn)行時,列控設(shè)備判定列車超速的目標(biāo)速度不再是一個常數(shù)，而是隨著列車行駛不斷變化，即是距離的函數(shù)。因此列控設(shè)備除了需要接收目標(biāo)速度信息外，還要接收到閉塞分區(qū)長度及換算坡度的信息。TVM430系統(tǒng)的軌道電路可以傳遞27 bit信息，其中目標(biāo)速度信息6bit，距離信息8bit，坡度信息4bit。二）速度-距離模式曲線控制方式速度-距離模式曲線控制是次制動方式，它根據(jù)目標(biāo)速度、目標(biāo)距離、線路條件、列車性能生成的目標(biāo)-距離模式曲線進(jìn)行連續(xù)制動，縮短了運(yùn)行間隔，提高了運(yùn)輸效率，增加了旅行舒適度。為了實(shí)現(xiàn)這一方式，地面設(shè)備必須向列車發(fā)送前方列車的位置、限速條件等動態(tài)數(shù)據(jù)，以及線路條件等固定數(shù)據(jù)。速度-距離模式曲線控制不再對每一個閉塞分區(qū)規(guī)定一個目標(biāo)速度，而是向列車傳送目標(biāo)速度、列車距目標(biāo)的距離(和TVM430不一樣，它可以包括多個閉塞分區(qū)的長度)的信息。列車實(shí)行一次制動控制方式。列車追蹤間隔可以根據(jù)列車制動性能、車速、線路條件調(diào)整，可以提高混跑線路的通過能力。這種方式稱為目標(biāo)速度目標(biāo)距離方式(DISTANCE TO GO)，是一種更理想的運(yùn)行控制模式。圖8-15 目標(biāo)距離控制模式基本原理一、 幾種列控系統(tǒng)舉例1.點(diǎn)式列控系統(tǒng)瑞典鐵路采用的列車速度控制系統(tǒng)是ABB公司生產(chǎn)的點(diǎn)式列車自動防護(hù)系統(tǒng)。這個系統(tǒng)完全依靠地面應(yīng)答器給列車傳輸目標(biāo)點(diǎn)的距離、目標(biāo)速度、線路坡度等信息，車載中央控制單元根據(jù)地面應(yīng)答器傳至車上的信息（目標(biāo)點(diǎn)的距離、目標(biāo)速度、線路坡度等）以及列車的制動率，計算出兩個信號機(jī)之間的速度控制曲線，并根據(jù)速度曲線對列車實(shí)施控制。車載計算曲線的數(shù)學(xué)公式 式8-1點(diǎn)式列車運(yùn)行自動控制系統(tǒng)速度監(jiān)控曲線圖8-16 點(diǎn)式列車運(yùn)行自動控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖點(diǎn)式列車運(yùn)行自動控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖8-16，系統(tǒng)組成包括：地面應(yīng)答器、軌旁電子單元（LEU）和車載設(shè)備。地面應(yīng)答器EUROBALISE：與地面信號機(jī)設(shè)備相連，存放向列車傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，地-車傳輸采用FSK方式軌旁電子單元（LEU）：LEU是地面應(yīng)答器與信號機(jī)的接口，將不同的信號轉(zhuǎn)換為約定的數(shù)碼。車載設(shè)備：車載應(yīng)答器，測速傳感器，車載安全型計算機(jī)，點(diǎn)式列控系統(tǒng)從原理上可實(shí)現(xiàn)階梯控制和曲線控制。點(diǎn)式列控系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：采用無源、高信息量地面應(yīng)答器，結(jié)構(gòu)簡單，安裝靈活，可靠性高，價格明顯低于連續(xù)式列車運(yùn)行自動控制系統(tǒng)。點(diǎn)式系統(tǒng)的缺點(diǎn)：信號追蹤性不佳。它只能在指定的信號點(diǎn)接收信息，如果列車經(jīng)過某信號點(diǎn)之后，先行列車位置移動，地面信號發(fā)生了變化，車上控制系統(tǒng)不能立即知道，而必須等列車到達(dá)下一個信號點(diǎn)才能接收到。因此，點(diǎn)式列控系統(tǒng)限制了列車追蹤間隔的進(jìn)一步減少。2.軌道環(huán)線連續(xù)式列車運(yùn)行自動控制系統(tǒng)1965 年開始，德國西門子公司開發(fā)了世界上首次實(shí)現(xiàn)連續(xù)速度控制模式的列車運(yùn)行控制自動系統(tǒng)（LZB 系統(tǒng)），該系統(tǒng)利用軌道電纜作為車地間雙向信息傳輸?shù)耐ǖ?，利用軌道電路來檢查列車占用。1965 年在慕尼黑奧斯堡間首次運(yùn)用，現(xiàn)在德國已裝備了 2 000 km 鐵路線，1992 年開通了西班牙馬德里至塞維利亞 471 km 高速線。（一）LZB 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)LZB 自動列車運(yùn)行控制系統(tǒng)主要由兩大部分組成:車載設(shè)備和地面設(shè)備。系統(tǒng)組成框圖如圖8-17所示。圖 8-17 LZB 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1. 地面設(shè)備地面設(shè)備主要由 LZB 控制中心、軌間感應(yīng)環(huán)線、軌道電路和軌旁單元等組成。地面控制中心儲存線路參數(shù)等固定信息以及區(qū)間允許最高速度、限速區(qū)段等數(shù)據(jù)?？刂浦行膹穆?lián)鎖系統(tǒng)、調(diào)度指揮系統(tǒng)接收信號開放條件、線路條件、區(qū)間臨時限速等信息，通過軌間感應(yīng)環(huán)線接收列車信息（制動類別、列車長度、制動能力等）及列車動態(tài)信息，接收上一個控制中心傳遞來的控制權(quán)?？刂浦行陌l(fā)送信息包括：向列車發(fā)送控制命令、向下一個控制中心轉(zhuǎn)移控制權(quán)、向調(diào)度監(jiān)督中心報告列車位置列車速度等輔助信息。軌道電纜鋪設(shè)在軌道上，實(shí)現(xiàn)地車雙向通信，地面向機(jī)車發(fā)送呼叫的電碼長 83.5 位，載頻 36 kHz，傳輸速率為 1 200 波特；電纜每 100 m（或 50 m）交叉一次，交叉點(diǎn)形成零電平用于列車定位。機(jī)車裝置向地面發(fā)送載頻為 56 kHz 的電碼，速率 600 波特，碼長 41 位。列車占用檢查采用 FTGS/FTGL 兩種音頻軌道電路，其頻率范圍為：FTGS917 型 9.516.5 kHz，用于車站FTGS46 型 4.756.25 kHz，用于車站FTGL48 型 4.758.25 kHz，分四個頻率用于區(qū)間2. 車載設(shè)備車載設(shè)備主要由車載計算機(jī)單元、感應(yīng)接收線圈等設(shè)備組成，按三取二原理配備。車載計算機(jī)控制單元式控制系統(tǒng)的核心，控制單元主要通過車載感應(yīng)線圈與地面軌道環(huán)線之間相互交換信息，從地面接收相關(guān)控制信息，同時可以通過感應(yīng)線圈向地面?zhèn)鬟f列車的運(yùn)行速度等信息，實(shí)現(xiàn)了地面-列車雙方向信息傳遞。LZB系統(tǒng)車內(nèi)設(shè)有主體化機(jī)車信號，在機(jī)車上顯示列車實(shí)際速度、目標(biāo)速度、目標(biāo)距離、應(yīng)有速度等。（二）列車控制的基本原理如圖 8-19 所示，地面控制中心按地理位置存儲了各種地面信息(線路坡度、曲線半徑、緩行區(qū)段的位置與長度等)，此外，沿線的信號顯示、道岔位置及列車的有關(guān)信息(車長、制動率、所在位置、實(shí)時速度等)不斷地經(jīng)過軌間電纜傳輸?shù)降孛婵刂浦行?。地面控制中心根?jù)線路狀況、列車運(yùn)行的位置和前后列車之間的運(yùn)行間距計算出列車允許的最高運(yùn)行速度、目標(biāo)速度及制動曲線，并通過軌間電纜將此上述控制信息傳遞給機(jī)車，車載計算機(jī)依據(jù)地面控制中心的控制信息來控制列車的運(yùn)行，如果列車的運(yùn)行速度低于最大允許速度，車載防護(hù)系統(tǒng) ATP 不啟動，如果列車的運(yùn)行速度超過最大允許速度，車載防護(hù)系統(tǒng) ATP 啟動，對列車進(jìn)行制動，以降低列車運(yùn)行速度，當(dāng)然地面控制中心計算出的最大允許速度是根據(jù)線路狀況、列車運(yùn)行的位置和前后列車之間的運(yùn)行間距隨時改變的。還有一種方法是：地面控制中心不對列車的允許運(yùn)行速度進(jìn)行計算，而僅僅將線路狀況、列車運(yùn)行的位置和前后列車之間的運(yùn)行間距等信息通過軌間電纜傳遞給機(jī)車，由車載計算機(jī)計算出列車的最大允許速度，并由車載計算機(jī)來控制列車的運(yùn)行。為了實(shí)現(xiàn)斷軌檢查和區(qū)段占用檢查，LZB 系統(tǒng)還設(shè)置了音頻軌道電路。圖8-19 LZB 系統(tǒng)控制原理圖（三）LZB 自動列車控制系統(tǒng)的特點(diǎn)LZB 連續(xù)式自動列車運(yùn)行控制系統(tǒng)根據(jù)信號命令、列車運(yùn)行信息、地面線路條件等因素制定機(jī)車運(yùn)行速度曲線，實(shí)時傳遞給機(jī)車，機(jī)車接收到相關(guān)信息后，根據(jù)速度運(yùn)行曲線自動控制列車運(yùn)行。軌間環(huán)線傳遞車地信息的方式是一種既能保證行車安全，又能提高運(yùn)行效率的準(zhǔn)移動閉塞制式，它采用在鋼軌中間敷設(shè)交叉環(huán)線（地鐵一般 25 m 交叉一次，大鐵路一般 100 m 交叉一次），來實(shí)現(xiàn)車地信息的雙向傳遞，車地之間傳遞的是數(shù)字編碼信息，是一種數(shù)字化的信息方式，信息的傳輸量大，降低了外界氣候條件對車地信息傳遞的干擾和影響，提高了系統(tǒng)的可靠性。LZB 連續(xù)式自動列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的列車運(yùn)行間隔時間比較短，前后車輛時間間隔可以小于 120 s，列車自動運(yùn)行準(zhǔn)點(diǎn)率比較高，地面信號機(jī)數(shù)量少，司機(jī)以地面控制信息作為主要的運(yùn)行控制命令，行車指令連續(xù)顯示，列車行駛速度連續(xù)監(jiān)控，適用于大容量運(yùn)輸系統(tǒng)。3.TVM430列車自動控制系統(tǒng)TVM430系統(tǒng)是基于TVM300發(fā)展起來的，是為法國國鐵公司高速列車開發(fā)地，此系統(tǒng)可以在不對列車制動性能提出更高要求的前提下，提高鐵路的運(yùn)營能力。表8-1是兩者的比較表。下面主要是介紹TVM430列車自動控制系統(tǒng)。表8-1 TVM300與TVM430兩種系統(tǒng)的比較表系 統(tǒng) 型 號/安裝的列車型號TVM300/TGV-PSETVM300/TGV-ATVM430/TGV-RTVM430/TGV-NG最高時速/(km/h)270300300360閉塞制動距離/m2100200015001500正常制動距離/m84001000075009000閉塞分區(qū)數(shù)/個4556最小運(yùn)行間隔/min5432TVM430主要由三部分組成，即地面設(shè)備、地-車傳輸設(shè)備和車上設(shè)備。（1）地面設(shè)備地面設(shè)備的主要功能：通過軌道電路進(jìn)行列車檢測；列車間隔條件的計算、編碼，并向車上傳輸有關(guān)速度、目標(biāo)距離、坡度、網(wǎng)絡(luò)碼等數(shù)據(jù)信息。為了保證線路的連續(xù)性，還要將數(shù)據(jù)傳輸?shù)洁徑牡孛嬷行?。TVM430地面設(shè)備主要由兩種柜架組成，一種是處理柜，另一種是輸入、輸出柜。處理柜包括地面安全型冗余計算機(jī)和一個轉(zhuǎn)換架。計算機(jī)用來執(zhí)行功能處理，轉(zhuǎn)換架確保地面計算機(jī)故障時能可靠切換。輸入輸出柜主要由閉塞分區(qū)架構(gòu)成，與一個或幾個分區(qū)有關(guān)的輸入輸出邏輯都集中在閉塞分區(qū)架里。通用發(fā)送器架柜（PEU）包括：軌道電路、電源傳輸板和點(diǎn)式數(shù)據(jù)傳輸環(huán)線。這種配置保證了高可用性，并防止故障向軌道區(qū)段外傳播。根據(jù)軌道布局的情況，TVM430的模塊化結(jié)構(gòu)可增加輸入輸出及地面處理柜的數(shù)量。（2）數(shù)據(jù)傳輸通道TVM430擁有兩條地-車數(shù)字傳輸通道：一條是利用UM71調(diào)制軌道電路的連續(xù)式通道；另一條是利用環(huán)線的點(diǎn)式傳輸通道。1、連續(xù)式傳輸通道用于列車檢測的UM71軌道電路，也可用作地-車傳輸通道，在鐵路故障安全計數(shù)方面也實(shí)現(xiàn)了這兩種功能。軌道電路標(biāo)準(zhǔn)長度：高速列車北方線為1500m；隧道線路為500m。UM71軌道電路有一個電氣絕緣節(jié)，可以從遠(yuǎn)自7km范圍內(nèi)的地面設(shè)備那里得到電力供給。由于有數(shù)據(jù)傳輸通道，因此TVM430屬無源軌道部件。TVM430地面設(shè)備是一種高度集成化的電子設(shè)備，這一特性對于安裝與維修具有費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。通過相對復(fù)雜信號對軌道電路由電流的調(diào)制，來獲得信息在軌道電路上的傳輸。信號信息通過27個低頻多重復(fù)用獲得，這種多重復(fù)用有27位信息，因此具有一個極高的理論容量。實(shí)際上，這些信息分成幾個區(qū)，每個區(qū)都有自己的特殊含義，即網(wǎng)絡(luò)地址（例如北方高速列車線、海底隧道線等）、速度碼（目標(biāo)速度、瞬時速度、模擬）、目標(biāo)距離和坡度。2、點(diǎn)式傳輸通道為補(bǔ)充軌道電路傳輸?shù)男畔?，在特點(diǎn)地方的軌道上鋪設(shè)點(diǎn)式環(huán)線。這樣做既可以保證機(jī)車啟動和停車功能，同時，也可監(jiān)督超越絕對停車信號標(biāo)志。其特征是：時分多重復(fù)用（PSK）；載頻為125kHz；速率為9600Baud。信息包括機(jī)車啟動、停車、絕對停車點(diǎn)控制和輔助駕駛補(bǔ)充（受電弓、回路斷路器、無線電等）。（3）車載設(shè)備根據(jù)軌道電路傳送來的信息，車載設(shè)備要為司機(jī)提供可靠的速度命令顯示，并進(jìn)行實(shí)際的列車速度控制。為此，車上使用一種速度表。在司機(jī)沒有按顯示速度運(yùn)行的情況下，車載設(shè)備將自動啟動列車制動系統(tǒng)。TVM430車載設(shè)備主要由兩個機(jī)架組成，一個是電源和轉(zhuǎn)換繼電器機(jī)架（PIR）；另一個是處理機(jī)（PIC），執(zhí)行所有計算處理工作。TVM430車載設(shè)備是按VME計算機(jī)總線設(shè)計和制造的，具有較高的模塊化結(jié)構(gòu)。通過利用VME總線和模塊化軟件，可方便地增加或替換電子插件板。北部高速列車線路和海峽隧道線路沒有地面信號，安全性和可靠性都取決于車載信號系統(tǒng)。由PIC和PIR組成地配置可以滿足安全要求?？紤]到最大可用性原因，這種設(shè)備都是雙套地。圖8-20是TVM430車載設(shè)備組成框圖。圖8-20 TVM430車載設(shè)備組成框圖（4）TVM430的數(shù)據(jù)格式軌道上傳送的信號被列車前端的天線（感應(yīng)器）接收，轉(zhuǎn)發(fā)到車上兩套冗余的數(shù)字信號處理器，經(jīng)過濾波、條件化、解碼等處理后，由車載顯示器顯示給司機(jī)。經(jīng)過解碼后的TVM430信號是一個27bit的數(shù)據(jù)字，字中的每一位對應(yīng)于軌道電路中調(diào)制在載頻上的一個頻率，這一數(shù)據(jù)字又分為五個碼，組成TVM430信號的數(shù)據(jù)格式。（1）速度碼（占8bit，頻率為0.884.08Hz）。包括本閉塞分區(qū)最高安全速度，本閉塞分區(qū)末端的目標(biāo)速度及下一閉塞分區(qū)末端的目標(biāo)速度。（2）坡度碼（占4bit，頻率為4.726.64Hz）。坡度信息由整個閉塞分區(qū)情況平均而得。列車在進(jìn)行速度計算時要考慮到這一因素。（3）閉塞分區(qū)長度碼（占6bit，頻率為7.2810.48Hz）。閉塞分區(qū)長度可能有多種，對于計算速度十分重要。（4）路網(wǎng)碼（占3bit，頻率為11.1215.60Hz）。路網(wǎng)碼決定列車如何理解速度碼。例如，在最高允許速度為300km/h的高速線路上所用的路網(wǎng)碼，與在速度限制為160km/h的海峽隧道中所用的路網(wǎng)碼不同。（5）糾錯碼（占6bit，頻率為16.2417.52Hz）。當(dāng)信號誤讀時，糾錯碼不但能檢查出錯誤，在某些情況下還能糾正錯誤。糾錯碼采用6位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。采用上述27bit的數(shù)據(jù)字傳遞信息，將給司機(jī)的控車帶來很大便利。在TVM300中，地面設(shè)備發(fā)送的列車目標(biāo)速度僅在每個閉塞分區(qū)邊界處更新，相應(yīng)地就僅提供給司機(jī)離散的階梯狀的速度曲線，此曲線無法反映列車的連續(xù)速度變化。而TVM430則根據(jù)一次實(shí)時接收的閉塞分區(qū)長度碼及其它碼字信息，可以產(chǎn)生連續(xù)的速度變化模式的曲線，從而提供給司機(jī)更實(shí)際的速度變化信息，圖8-21描繪了模式曲線。 圖8-21 模式曲線4.ETCS系統(tǒng)在歐洲鐵路網(wǎng)上，各個國家的鐵路部門使用各自不同的信號制式管理列車的運(yùn)營，列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（ATP/ATC）多達(dá)十余種，如LZB系列/FZB系列、TVM系列等，這些信號和控制系統(tǒng)互不兼容。因此，跨國境運(yùn)營的列車要么穿過邊境抵達(dá)另一個國家后停下來更換機(jī)車，要么根據(jù)運(yùn)行線路的不同裝備多種不同的控制系統(tǒng)（最多的有6種），當(dāng)列車穿過邊境抵達(dá)另一個國家后，切換相應(yīng)的運(yùn)行控制系統(tǒng)。當(dāng)列車裝備多種控制系統(tǒng)后，由于每種控制系統(tǒng)價格昂貴，使得列車運(yùn)營及維護(hù)費(fèi)用上升，同時所遇到的繁多的信號技術(shù)使得穿越邊界的操作非常低效。為此,歐洲多家鐵路運(yùn)營公司希望建立國際標(biāo)準(zhǔn)化的列車自動控制(ATC)系統(tǒng),解決歐洲各國鐵路互聯(lián)互通問題,進(jìn)一步提高列車運(yùn)行的安全性和高效性,降低運(yùn)營成本、增強(qiáng)競爭優(yōu)勢, 1989年以來歐盟委員會資助,由AD-TRANZ, ALCATEL, ALSTOM, ANSALDO SIG-NAL, INVENSYS RAIL和SIEMENS幾大公司的專家參與,制訂了歐洲鐵路運(yùn)輸管理系統(tǒng)/歐洲列車控制系統(tǒng)(以下簡稱ERTMS/ETCS,即European Railway Traffic Management System /Europea Train Control System)需求規(guī)范,定義了系統(tǒng)框架和系列標(biāo)準(zhǔn),并已納入國際鐵路聯(lián)盟(UIC)標(biāo)準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上成功構(gòu)建了以功能分級,具有歐洲特色的列車控制系統(tǒng)。ERTMS體系結(jié)構(gòu)ERTMS是以歐洲鐵路運(yùn)輸管理(以下簡稱ETML,即European Traffic Management Layer)為運(yùn)輸指揮基礎(chǔ),以ETCS為安全核心,以服務(wù)于鐵路的全球無線移動通信系統(tǒng)(以下簡稱GSM-R,即Global System Mobile Devoted to Railway)為傳輸平臺的鐵路運(yùn)輸管理系統(tǒng)。ERTMS的組成如圖8-22所示。圖8-22 ERTMS的組成一） ETCS系統(tǒng)構(gòu)成ETCS首先是一系列具有可操作性的技術(shù)文件、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和概念,同時也涉及一系列信號安全系統(tǒng)。ETCS系統(tǒng)主要由地面子系統(tǒng)和車載子系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成,如圖8-23所示。圖8-23 ETCS的框架結(jié)構(gòu)地面子系統(tǒng)主要包括:(1)歐洲應(yīng)答器(Eurobalise)；(2)軌旁電子單元(LEU)；(3)無線通信網(wǎng)絡(luò)(GSM-R)；(4)無線閉塞中心(RBC)；(5)歐洲環(huán)線(Euroloop)；(6)無線注入單元(Radio in fill unit)。車載子系統(tǒng)主要包括:(1) ERTMS/ETCS車載設(shè)備；(2)鐵路無線移動通信系統(tǒng)(GSM-R)；(3)專用傳輸模塊(STM,即Specific Trans-mission Modules)。二）ETCS的分級ETCS的最大特色之一是根據(jù)功能需求和運(yùn)用條件配置系統(tǒng)。用一個系統(tǒng),以分級的概念實(shí)現(xiàn)原為多個系統(tǒng),為一個目標(biāo)而完成的工作。ETCS從運(yùn)用角度分為5級(0-3級、0+級)。0級：ETCS車載設(shè)備+傳統(tǒng)列控系統(tǒng)。0級主要是為了保證裝配ETCS車載設(shè)備的列車,能在沒有ETCS地面設(shè)備的線路、或尚不具備ETCS運(yùn)營條件的線路上運(yùn)行。既有地面信號系統(tǒng)完成列車占用檢測和完整性監(jiān)督。ETCS車載設(shè)備只顯示列車速度,并只監(jiān)督列車最大設(shè)計速度和線路最大允許速度。車載設(shè)備不提供機(jī)車信號功能,司機(jī)憑地面信號行車。除列車速度外,其它監(jiān)督信息將不在列車的人機(jī)界面上顯示。為實(shí)現(xiàn)制式轉(zhuǎn)換或級間轉(zhuǎn)換,在地面特定點(diǎn)(如制式分界點(diǎn))必須增加應(yīng)答器,車載設(shè)備接收應(yīng)答器轉(zhuǎn)換信息并完成轉(zhuǎn)換功能。見圖8-24。圖8-24 ERTMS/ETCS 0級的應(yīng)用0+級(STM)0+級主要是為了保證裝配ETCS車載設(shè)備的列車,在既有線運(yùn)行時能夠提供通用機(jī)車信號功能。在該級中,既有地面信號系統(tǒng)完成列車占用檢測和列車完整性監(jiān)督,并根據(jù)既有地面信號系統(tǒng)功能決定是否需要地面信號機(jī)。地-車信息傳輸采用既有方式,與0級不同的只是車載增加了STM,機(jī)車信號顯示視國情而定?？梢哉J(rèn)為0+級是一個過渡級。應(yīng)當(dāng)注意到,盡管0+級可以通過采用STM專用傳輸模塊實(shí)現(xiàn)不同制式信息的兼容接收,但仍需要采用不同的接收天線。在0級和0+級,列車控制以人為主,行車安全不由ETCS保證。見圖8-25。圖8-25 ERTMS/ETCS 0+ (STM)級的應(yīng)用1級：地面信號查詢應(yīng)答器軌道電路裝備了ERTMS/ETCS的列車，在裝備有點(diǎn)式傳輸設(shè)備歐洲應(yīng)答器Eurobalise的線路上運(yùn)行，地面向列車傳輸?shù)男畔⑼耆揽縀urobalise，軌道電路只完成軌道區(qū)段的空閑/占用檢查和列車的完整性檢查。該系統(tǒng)是典型的點(diǎn)式ATP。見圖8-26。為了增加信息傳輸?shù)母采w范圍，線路上可以安裝歐洲環(huán)線Euroloop或者無線注入單元。因此ERTMS/ETCS等級1分成帶注入信息和不帶注入信息兩種類型。圖8-26ERTMS/ETCS 1級的應(yīng)用2級：軌道電路查詢應(yīng)答器GSM-R司機(jī)完全依靠車載信號設(shè)備行車（可取消地面信號機(jī)）；通過GSM-R連續(xù)傳送列車運(yùn)行控制命令，車地間可雙向通信；在點(diǎn)式設(shè)備的配合下，車載設(shè)備對列車運(yùn)行速度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控；依靠軌道電路或計軸設(shè)備檢查列車占用和完整性；建有無線移動閉塞中心。該系統(tǒng)是基于移動通信的連續(xù)式ATP。見圖8-27。圖8-27 ERTMS/ETCS 2級的應(yīng)用3級：查詢應(yīng)答器GSM-R取消了傳統(tǒng)的地面信號系統(tǒng),列車定位和列車完整性檢查由地面無線移動閉塞中心RBC和列車完整性驗(yàn)證系統(tǒng)共同完成。點(diǎn)式設(shè)備、GSM-R是系統(tǒng)的主要設(shè)備。取消地面信號機(jī)和軌道電路后，室外線路上的信號設(shè)備減少到最低程度；列車追蹤間隔依靠點(diǎn)式設(shè)備和無線移動閉塞中心實(shí)現(xiàn)，具有明顯的移動自動閉塞特征。見圖8-28。圖8-28 ERTMS/ETCS 3級的應(yīng)用基于上述原因，這就產(chǎn)生了研制通用信號系統(tǒng)和新型列車控制系統(tǒng)的要求。這種通用信號系統(tǒng)應(yīng)能滿足：跨國境運(yùn)營的列車不受限制地穿越邊界，提高列車運(yùn)行效率；信號和列車控制系統(tǒng)界面標(biāo)準(zhǔn)化，盡可能減少不同國家的特殊要求；通過鼓勵對設(shè)備的開放市場來產(chǎn)生商業(yè)吸引力，從而降低設(shè)備的成本。歐洲鐵路運(yùn)輸管理系統(tǒng)ERTMS是歐洲鐵路和歐洲信號工業(yè)在歐洲委員會的財政支持和國際鐵路聯(lián)盟UIC的支持下，經(jīng)過大約10年的工作得到的結(jié)果。其目的是為了改善信號制式互不兼容的狀況，在全歐洲范圍內(nèi)創(chuàng)立一個既可以兼容現(xiàn)有信號體制，又可以在各國統(tǒng)一推廣使用的鐵路信號標(biāo)準(zhǔn)，保證各國的列車在歐洲鐵路網(wǎng)內(nèi)的互通運(yùn)營，提高運(yùn)輸效率。為實(shí)現(xiàn)歐洲鐵路互聯(lián)互通，歐盟組織確定了適用于高速鐵路列控的標(biāo)準(zhǔn)體系，技術(shù)平臺開放；基于GSM-R無線傳輸方式的ETCS2系統(tǒng)，技術(shù)先進(jìn)，并已投入商業(yè)運(yùn)營；歐洲正在建設(shè)和規(guī)劃的高速鐵路均采用ETCS列控系統(tǒng)，是未來高速列車控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。 第二節(jié) CTCS列控系統(tǒng)一、 CTCS概述為了適應(yīng)鐵路跨越式發(fā)展戰(zhàn)略，2003年10月，鐵道部已經(jīng)制定了中國列車控制系統(tǒng)(CTCS)技術(shù)規(guī)范總則(暫行)和相應(yīng)CTCS技術(shù)條件，CTCS列控系統(tǒng)的CTCS是Chinese Train Control System的縮寫，CTCS技術(shù)規(guī)范是參照歐洲列車運(yùn)行控制系統(tǒng)(簡稱ETCS)編制的。它以分級的形式滿足不同線路運(yùn)輸需求，在不干擾機(jī)車乘務(wù)員正常駕駛的前提下有效地保證列車運(yùn)行的安全。一）CTCS列控系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成如圖8-29所示，CTCS系統(tǒng)由車載子系統(tǒng)和地面子系統(tǒng)組成。地面子系統(tǒng)可由以下部分組成:應(yīng)答器、軌道電路、無線通信網(wǎng)絡(luò)(GSMR)、列車控制中心(TCC)/無線閉塞中心(RBC)。應(yīng)答器向車載子系統(tǒng)發(fā)送報文信息的傳輸設(shè)備，既可以傳送固定信息，也可連接軌旁單元傳送可變信息。軌道電路具有軌道占用檢查，沿軌道連續(xù)傳送地車信息功能。無線通信網(wǎng)絡(luò)(GSM-R)是用于車載子系統(tǒng)和列車控制中心進(jìn)行雙向信息傳輸?shù)能嚨赝ㄐ畔到y(tǒng)。列車控制中心是基于安全計算機(jī)的控制系統(tǒng)，它根據(jù)地面子系統(tǒng)或來自外部地面系統(tǒng)的信息，如軌道占用信息、聯(lián)鎖狀態(tài)等產(chǎn)生列車行車許可命令，并通過車地信息傳輸系統(tǒng)傳輸給車載子系統(tǒng)，保證列車控制中心管轄內(nèi)列車的運(yùn)行安全。車載子系統(tǒng)可由以下部分組成:CTCS車載設(shè)備、無線系統(tǒng)車載模塊。 CTCS車載設(shè)備是基于安全計算機(jī)的控制系統(tǒng)，通過與地面子系統(tǒng)交換信息來控制列車運(yùn)行。 無線系統(tǒng)車載模塊用于車載子系統(tǒng)和列車控制中心進(jìn)行雙向信息交換。圖8-29 CTCS列控系統(tǒng)構(gòu)成圖二） CTCS基本功能1) 系統(tǒng)按照故障-安全原則，在任何情況下防止列車無行車許可證運(yùn)行；2) 防止列車超速運(yùn)行，包括列車超過進(jìn)路允許速度、線路結(jié)構(gòu)規(guī)定的速度、機(jī)車車輛構(gòu)造速度、臨時限速和緊急限速、鐵路有關(guān)運(yùn)行設(shè)備的限速；能夠以字符、數(shù)字及圖形等方式顯示列車運(yùn)行速度、允許速度、目標(biāo)速度和目標(biāo)距離；能夠?qū)崟r給出列車超速、制動、允許緩解等表示以及設(shè)備故障狀態(tài)的報警；3) 防止列車溜逸；三） CTCS應(yīng)用等級針對中國鐵路不同的線路、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，以滿足不同線路速度需求。CTCS0級為既有線的現(xiàn)狀，即由目前使用的通用式機(jī)車信號和運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置構(gòu)成。CTCS1級為面向160kmh以下的區(qū)段，由主體機(jī)車信號和加強(qiáng)型運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置組成。它需在既有沒備的基礎(chǔ)上強(qiáng)化改造，達(dá)到機(jī)車信號主體化的要求，增加點(diǎn)式設(shè)備，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行安全監(jiān)控。CTCS2級為面向提速干線和高速新線，采用車地一體化設(shè)計，基于軌道電路傳輸信息的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。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。CTCS3級為面向提速干線、高速新線或特殊線路，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)。點(diǎn)式設(shè)備主要傳送定位