列车运行控制系统中地-车信息传输方式的探讨

马小玲

（西安铁路职业技术学院，西安 710014）

1 概述

列车运行控制系统的车载设备完全靠地面控制中心发送的行车信息控制命令进行行车，并实时监督列车的实际速度和地面允许的速度指令，当列车速度超过地面行车限速时，车载设备将实施制动，保证列车的运行安全，因此地－车信息传输直接影响着行车安全，是列车运行自动控制系统的重要组成部分。世界各国长期以来一直都很重视地－车信息传输方式的改进。

2 地－车信息传输的主要方式

地面信息传递到车上的方式目前有两大类，一类是点式传递方式，另一类是连续式传递信息方式。点式传输方式常用的有查询应答器和点式感应环线；连续式传输方式常用的有轨道电路、轨道电缆以及无线传输等方式。

2.1 点式传递方式

点式传递方式是在地面某些固定点，如闭塞分区分界点处，从地面向车上传递信息。点式传递方式常采用查询/应答器来实现或点式环线两种方法。其中查询/应答器应用较为广泛。

2.1.1 查询应答器

利用查询应答器进行信息传输的方式已经广泛应用。在欧洲ETCS 1级标准中利用欧标应答器提供全部控车信息，在ETCS 2级标准中主要提供列控系统的辅助信息，如里程标、线路数据、切换点等。在中国的列车运行控制系统当中欧标应答器在CTCS-1级、CTCS-2级中都发挥着重要作用。

应答器系统主要有无源应答器、有源应答器、LEU、车载天线、应答器传输模块（BTM）、报文编码工具、应答器无线读写工具等构成。

应答器安装在轨道中间，分为无源应答器和有源应答器，无源应答器与外界无联系，用来传送固定不变的信息，如线路速度信息、线路坡度、线路长度信息等；有源应答器通过电缆与室内的地面电子单元（LEU）与相连，用来传送可变的信息，如临时限速信息、进路信息等[1]。

无源应答器的数据报文由无线读写工具写入；有源应答器的数据由列控中心、联锁设备通过接口传送给LEU，再由LEU传送给地面应答器。当LEU与有源应答器间通信故障时，LEU可以向列控中心、车站联锁等发送故障信息，并给出报警信号。

当列车经过地面应答器上方时，应答器接收到车载天线发射的电磁能量后，电子电路工作，把存储的数据报文循环发送出去，直至电能消失。车载天线将接收到的数据报文传送给BTM，经过滤波、放大、解调后，对接收到的数据报文进行解码，还原得到用户报文，然后发送给车载列控设备。

采用地面应答器进行信息传输，结构简单，安装灵活，可靠性高，价格明显低于连续式列车运行自动控制系统，但是不能得到连续的信息。

2.2 连续式信息传输方式

2.2.1 轨道电路

轨道电路是信号的关键基础设备之一，借助它可以监督列车在线路上的运行情况，并利用它可以连续传递与行车有关的各种信息，是一种传统的地－车信息传输方式。在列车运行控制系统中应用较广泛。法国、日本列车运行控制系统都采用轨道电路来传递行车信息[2]。

法国TVM系列车运行控制系统主要采用UM移频系列轨道电路，TVM300系统于1981年在巴黎—里昂首先投入使用，系统构成较简单，造价较低。采用了无绝缘移频轨道电路UM71，地对车的信息传输容量达18个。

在1993年用于法国第三条北方线高速铁路的TVM430列车运行控制系统中采用了对UM71进行数字化改造后的数字轨道电路——UM2000实现地对车的信息传输。低频信号增加到28种，其中一种低频信号为轨道占用信息，将其余27种低频信号进行编码处理，使信息传输量由18个增加为227个，其中传输防护码6位，有效信息量为221个。

基于轨道电路的信息传输方式在我国应用也非常广泛。我国CTCS-0级使用国产18信息移频轨道电路，CTCS-1级采用UM71或ZPW-2000型轨道电路；CTCS-2级使用UM71或者ZPW-2000A型轨道电路[3]。

2.2.2 轨道电缆

德国LZB系统采用轨道电缆实现列车地面信息的双向传输。LZB系统由地面控制中心、轨道传输电缆、车载设备3部分组成。地面控制中心根据地面存储的各种信息，结合联锁设备的信息实时计算列车的最大允许速度，通过轨道电缆传输给车载设备，实现列车速度的控制。

这种传输方式的优点：由于控制中心“全局管”，统一指挥在其管辖范围内的列车，对于一些交通繁忙的枢纽是非常有利的，一旦发生行车误点或其他行车障碍，可以迅速地将行车命令传送到列车，但是也存在一定隐患，一旦控制中心出现设备故障即会引起全线交通瘫痪，另外这种传输方式轨旁设备比较多，设备维护和维修较复杂。

2.2.3 无线移动通信

基于GSM phase2+标准的GSM-R技术，是国际铁路联盟（UIC）和欧洲电信标准化协会（ETSI）为欧洲新一代铁路通信设计的无线移动通信系统。UIC通过欧洲综合铁路无线增强网络（EIRENE）对各种数字移动通信系统进行了比较，最后决定GSM-R为新一代欧洲铁路无线移动通信基本制式[4]。欧洲列车运行控系统ETCS 2级及ETCS 3级技术标准明确确定利用GSM-R无线系统进行列控信息车-地双向传输。

1999年，欧洲一些国家开始GSM－R网络的试运行和商用建设。截至2006年底，德国全国铁路线路总长46 142 km，GSM-R覆盖达到了36 000 km；意大利全国铁路线路总长20 000余公里，GSM-R覆盖网络到达了7 500 km；法国铁路线路总长31 724 km，GSM-R覆盖14 000 km[5]。

中国列车运行控制系统（CTCS）也把无线传输方式作为发展方向。CTCS-2级和CTCS-3级都明确规定采用GSM-R来实现车-地间的双向通信。

我国GSM-R建设和发展主要经过3个阶段，第一阶段主要是可行性论证和技术试验阶段，通过在大秦线（重载铁路）、青藏线（环境条件严酷）和胶济线（高速线路）的建设与试验；第二个阶段为客运专线建设，着重构建中国铁路GSM-R核心网络的中心节点。搭建网络骨架结构，并以客运专线为主干线，建设相关的无线接入网络，为客运专线列车控制系统提供相关的网络服务；第三个阶段为全国铁路GSM-R网络的行车与完善。

GSM-R与基于轨道电路的传输系统相比具有以下优点。

（1）在各种列车混跑的区间，由于轨道电路信息量的局限，无法向列车传递轨道电路长度信息，因此，由轨道电路限定的闭塞分区通常设计成固定长度，从而根据两列车相隔几个闭塞分区获得列车间的距离。而GSM-R的信息量大，足以传送前方列车的距离信息，可以构成随列车速度、线路参数改变的优化列车间隔。

（2）在使用轨道电路时，闭塞分区的长度与该区段列车的最大运行速度有关。随着列车运行速度的提高或制动性能的改善，固定长度的闭塞分区限制了运输能力的进一步提高。对于无线控制系统来说，列车速度提高或制动性能的改善，对应的仅是程序参数的改变，系统发展、完善十分简单。

（3）无线列车运行自动控制系统由于无固定的闭塞分区长度，所以对于任何类型的列车都可以提高运行速度。

（4）GSM-R的应用可以进一步取消固定信号机及轨道电路，又可以节省大量的安装、维护费用。

3 各种方式优缺点

查询应答器、轨道电路、轨道电缆、无线传输方式各有其优缺点，对这几种信息传输方式的特点进行比较，其优缺点如表1所示。

表1 各种传输方式优缺点

以上信息传输方式各有优缺点，通常列车运行控制系统以一种方式为主，辅以其他方式。如欧洲列车运行控制系统中的ETCS 1级采用“查询应答器+轨道电路”，ETCS 2级采用“轨道电路+查询应答器+GSM-R”的方式；ETCS 3级采用“查询应答器+GSM-R”。在我国列车运行控制系统中CTCS-0级采用国产4信息、8信息、18信息移频轨道电路来传递行车信息，CTCS-1级中采用从法国引进的UM71轨道电路或者是国产化的ZPW-2000型轨道电路，并增加了点式设备；CTCS-2级采用“轨道电路+查询/应答器”的点式设备来实现地－车直接的信息传输。CTCS-3级是基于GSM-R的列车运行控制系统，辅以轨道电路和点式设备。CTCS-4级是完全基于无线通信的列车运行控制系统，辅以点式传输设备。

4 结论

随着列车运行速度、运行密度的不断提高，要求地面各种行车信息能够更加准确、及时、丰富地传送到机车上。GSM-R以其系统结构简单，信息传输速率高、传输量大，可以实现双向传输，维修量少等特点，在国内外列车运行控制系统中得到广泛应用，实现了地－车信息传输从信息少到信息多，点式到连续，有线到无线，单向到双向，维修量减少的发展要求，逐渐开始取代其他传输方式。

[1]王磊．应答器报文在CTCS中的定义与应用[J].交通科技与经济，2007，9(1)：53-54.

[2]傅世善．闭塞与列控概论第四讲—典型的列控系统[J].铁路通信信号工程技术，2005(2):39-40.

[3]傅世善．闭塞与列控概论第三讲—列控系统的系统构成与分级[J]．铁路通信信号工程技术，2005(1):43-45.

[4]李国斌．对我国列车控制系统发展的几点建议[J]．中国铁路，2007(2)：49-53.

[5]朱学伟．GSM-R系统在我国铁路应用状态分析[J]．铁路工程，2006(3):27-28.