浅谈列控系统在轨道交通中的应用

钟竟瑜

（兰州博文科技学院，甘肃兰州，730101）

1 绪论

列车运行控制技术是一种根据列车在轨道线路上运行的固定条件与现场实时情况，对列车的行驶速度、制动形式和列车间的追踪距离等一系列与运行有关的列车实时状态进行跟踪监控和及时调整的技术，它是集通信技术、传感器技术、自动控制技术、网络技术、装备制造技术和计算机技术等于一体的综合技术，搭载这种技术的装备被称为列车运行控制系统。列车运行控制系统的出现及发展使得我国高铁事业发展迅猛，实现了在安全行驶的前提下提高运行速度的目标，极大的提升了轨道交通信号控制系统的自动化水平，同时增加了乘坐的舒适度，也提升了乘客的体验感。

2 列车运行控制技术体系的形成与发展

20世纪90年代，多种型号的车载列车运行控制设备被研发并上线试运行，虽然一定程度上解决了列车运行中的安全问题，但由于没有统一的标准，使得全路管理难度增加，不适宜推广，而JK-2H车载装置优势明显，且其因与我国铁路管理体制特点吻合而被全路推广使用，形成了我国第一代LKJ列车运行监控记录装置，2000年升级到LKJ2000系统，该系统既能提高列车运行中的安全，又能帮助司机提高操作质量，到目前为止已覆盖全路所有机车作为机车信息化的基础设备。

此后，为了形成车—地通信，进一步提高列车在高速行驶中的安全，2002年铁道部参照欧洲的ETCS系统标准，结合我国国情和铁路制式以及既有线路的状况，确定了发展我国列车运行控制系统CTCS的战略目标，2003年铁道部制定了CTCS的基本构架和分级，将该系统分为五个等级（CTCS-0级—CTCTS-4级），2004年铁道部制定了CTCS-2级技术规范，2005年该项目工程开始实施，2006年对该等级系统进行了试验及测试，次年CTCTS-2级投入了运营，同年8月份启动了CTCS-3级的技术攻关。

3 CTCS系统的等级划分

CTCS-0级系统的车载部分由通用机车信号与运行监控记录装置（LKJ）组合而成，地面由联锁系统和闭塞系统配合一起完成列车的运行控制，160km/h及以下的既有线的列控系统被定义为该等级。

CTCS-1级系统的车载部分升级为主体机车信号和BMT(安全型运行监控记录装置)，地面部分在进站和出站位置增加了有源应答器，可作为一种信息传递的补充手段，仍然应用在我国160km/h的既有线路上，是CTCS-0级的加强和提升。

CTCS-2级系统是将应答器与轨道电路组合来进行信息的传输，轨道电路主要用于进行列车位置的确定及其完整性的检查，同时又向列车连续的传送相关的控制信息；应答器用于将列车位置信息、线路及进路的参数、临时限速和停车的信息等传送给高速位移的列车。车载部分使用了ATP系统，机车乘务员凭车载的信号来行车，ATP根据这些信息便能生成一次制动模式曲线，控制列车运行、防护行车安全。地面部分增加了列控中心，它取代了原有的电气集中车站，同时区间在轨道电路的基础上又增加了无源应答器，目的是为了在区间上进一步精准定位列车。该系统适用于我国200-250km/h的动车线路以及快速铁路。

CTCS-3级系统使用无线（GSM-R系统）来双向（车-地）传输信息，它是在前一等级的基础上增加了GSM-R系统（车载部分和地面部分），机车乘务员依然凭车载的信号来行车，同时地面用无线闭塞中心（RBC）取代了列控中心来指挥行车，该等级系统用于300-350km/h的高速铁路和客运专线线路。

CTCS-4级同样也使用了无线通信传输的平台来传输信息，但它取消了其他等级都有的轨道电路，这样就可实现虚拟闭塞或移动闭塞，可进一步提高行车速度，它是我国铁路未来的发展方向。

CTCS系统的等级划分表明CTCS-2级与CTCS-3级是目前我国高铁和动车线路的中流砥柱，以下通过CTCS-2级系统来阐述我国的列控系统。

4 CTCS-2级列控系统

如图1所示，CTCS-2级系统总体上为两大部分，即车载部分和地面部分。

图1 CTCS—2级列控系统组成

车载部分的车载安全计算机（EVC）、轨道电路信息接收部分（STM）、应答器信息接收部分（BTM）、人机界面（DMI）位于机车内，且前三者组成了ATP车载设备，除此之外在机车底部还安装有速度传感器、应答器天线和轨道电路天线。

地面部分在车站信号楼内有列控中心TCC以及车务终端、CTC/TDCS分机，联锁CBI、LEU。在轨旁设置有ZPW2000轨道电路、信号机、道岔和有源与无源应答器组合。

■4.1 车载部分

EVC负责将速度传感器检测到的速度信息、BTM接收到的前方地面固有信息和临时限速信息、STM接收到的前方列车行车位置和速度信息集中起来进行分析运算，生成一次制动模式曲线并将其显示在DMI上，同时若ATP为设备优先时，当列车超速时，由ATP控制列车的制动系统，采取相应的制动措施，如常用制动、紧急制动和停车。而LKJ和数据记录器则进行全程的记录。若为人控优先时，当列车超速，则由机车乘务员通过DMI发出相应制动的命令。EVC相当于列车的大脑，因此通常设置为冗余结构以保证结果的正确性，以CSEE公司的CTCS2级设备为例，EVC同时使用了2个CPU，这种形式采用了两个不同的CPU去同时执行相同的计算软件，并采用检测装置对它们的输出进行对比。若输出结果一样，则运算结果由检测装置送出；若不完全相同，则检测器将自身的输出设置为限制状态。此外还可以采用3取2表决的结构或2乘2取2冗余方式来确保EVC输出结果的正确性和安全性。

BTM模块包含电源板、接收板、传输板和接口板。BTM采用2取2冗余技术来达到故障—安全的目的。电源板用来提供该模块所需电源，接收板通过应答器天线接收地面有源和无源应答器的信息，并通过一个专用信息接口（接口板）与EVC进行同步达到时效性。同时还提供了列车通过当前应答器的精确时间，能够让ATP车载部分在厘米级别的范围内进行列车定位和校准，传输板用于将接收到的信息传送给EVC。应答器天线用于在列车行驶过程中发射具有高能量的频率信号，当途径地面应答器时，会利用该能量将地面应答器从休眠中唤醒，使地面应答器将相关信息发送至应答器天线。应答器提供的信息有线路长度、坡度、固定限速、临时限速和列车定位等。

STM模块可接收ZPW2000轨道电路的移频信息，包括行车许可、空闲闭塞分区的数量和道岔限速等，该类信息由轨道电路天线进行采集并送入STM，STM接着将该信息进行解调后送给EVC和LKJ。

DMI用于完成人机交互，显示当前设备的状态和发送司机下达的命令。

DRU数据记录器用于设备状态和故障信息等各种事件的记录。其中包括司机对ATP设备的操作、轨道电路信息、ATP与机车的信息交换等。维修人员可通过专用电脑或IC卡等进行数据下载。

速度传感器用于检测列车的实时速度，同时也可用于检查列车位置、与应答器配合完成列车定位以及位置校准。

当车载部分具备列控系统必需的数据（轨道电路信息、应答器信息、列车自身数据）时，ATP的车载部分会生成目标距离模式曲线，并通过DMI显示列车当前速度、允许速度、目标速度和目标距离来控制列车的安全行驶。

■4.2 地面部分

列控中心负责向车载ATP部分提供控车的相关信息，如轨道电路码序，应答器报文的编码发送（实时），临时限速、区间闭塞、区间方向控制、通过信号机显示等信息。

CTC/TDCS分机接收调度中心下达的命令，并下达该调度命令给列控中心TCC，同时控制联锁系统检查进路建立的相关条件，控制相关道岔转换到正确位置上，最终控制信号机开放信号；列控中心根据以上联锁条件将相关信息下达至轨旁的应答器设备，当列车经过应答器时收到相关信息进行列车的自动防护，同时ZPW2000轨道电路发送CTCS-2级系统的行车许可给列车。

应答器分为有源和无源，区别是有源设备连接了位于信号楼内的LEU，可实时接收列控中心发送的临时限速等信息，即信息可变，而无源设备未连接LEU，只能存储提前设置好的相关信息，即信息固定。

5 CTCS-2级系统的应用

■5.1 列控中心发码应用

以中国通号设计的LKD2-T2列控中心为例，在区间的轨道区段上，列控中心要依据前方区段的空闲情况和接车信号是否开放的情况依照追踪码序来发码，如L5-L5-L4-L3-L2-L-LU-U-HU（前车所在区段）-(L5-L5…)。

若闭塞分区为空闲情况，这时要求同一个闭塞分区内所有轨道区段上的发码相同；随着列车前移，列车所在的同一个闭塞分区内，本区段及运行前方区段发正常码L4，后方个区段发检测码JC。

在接车进路中，进站信号开放后，列控中心控制接车进路的所有区段根据出站信号机的情况来发码，接车进路与股道发码必须相同。若出站信号机为红灯，那么接车进路上的各区段码序依次为HU-HU-HU，接近区段为U码。

当开放的接车信号是经12#及以下道岔侧向时，列控中心控制该接车进路的接近区段发UU码，接车进路根据出站信号机的情况来发码。若出站信号机为红灯，则接车进路的码序为HU-HU-HU。

在正线车站上，当18#为侧向的接车进路上的最小号时，当开放该信号后，且有进路的速度不低于80km/h时，进站的接近区段发UUS，接车进路码序同上。

引导信号开放后，列车进路中本区段与后方区段都发送检测码，而前方区段会发送HU码，接近区段则为HB码。

反向接车时，一离去和二离去均发送U码，接车进路码序为HU-HU-HU。

发车进路时，发车股道根据出站信号机状态和一离去区段状态发码，发车进路与一离去发码一致。当出站信号机为绿灯时，发车股道发L5码，发车进路和一离去码序都为L4。

经12号及以下道岔侧向发车时，发车股道发UU码，发车进路和一离去码序一致都为L5。

经18号及以上道岔侧向发车且限度不低于80km/h时，发车股道发UUS，发车进路与一离去一致都为L5码。

经18号及以上道岔侧向发车且限度不低于80km/h，当一离去有车占用发HU/HB/B/UU码时，发车股道发UU码，发车进路发HU码，表示不能发车。

引导发车后，发车股道为HB码，发车进路发检测码JC，此时出站信号机显示HB。

列车建立进路后，如图2所示，进路中前方区段IIG占用或本区段8DG解锁，8DG发送检测码JC。

图2 列车进站后发码情况

在无配线车站，其站内进路按区间的发码规则由最近的TCC控制码序，具体如下：

当进站、出站信号机（并置）都关闭时，进路及其接近区段发HU码，离去区段发L5码。

当进站信号机开放、出站信号机关闭，进路发HU码，接近区段为U码，离去区段为L5码。

当进、出站信号机均开放，进路及其接近区段与离去区段均为L5码。

当为引导接车且信号开放后，进路为HU码，接近区段为HB码，离去区段为L5码。

当为引导发车且信号开放后，进路为HB码，接近区段为HU码，离去区段为L5码。

当列车进入无配线车站进路后，进路若为两个区段组成，则当列车进入前方区段后，后方区段改发检测码JC，若只有一个区段，则发HU码。

■5.2 CTCS-2级系统的应用

我国自主研发的CTCS-2级列控系统已在全国各客运专线和城际铁路上投入使用，如已经建成并运营的城际铁路兰州-中川机场段（该段可在兰州西站下车直接换乘地铁），还有正在规划启动建设中的兰州-合作快速铁路段（该段属于客货混用且含有既有线部分），这都表明CTCS-2级系统极强的向下兼容性，可与既有线铁路使用的0级、1级系统接轨，实现轨道交通的联通联运。

同时列控技术可在CTCS-2级的基础上延伸出城际铁路和市域铁路的CTCS-2+ATO模式、CTCS-2+CBTC模式等，可解决未来将城际铁路与市域铁路接入快速铁路的要求，实现城市轨道交通的一体化建设，以提高列车通过能力、解决城市轨道交通线路无法接入国家铁路线路，以及将国铁、城际铁路和市域铁路衔接在一起的问题。

6 结束语

相比CTCS-3级系统可使列车行驶速度更快的特点，CTCS-2级更是兼顾了线路建设和运营的低成本和列车运行的高度度优势，且在此基础上可拓展实现城市轨道交通一体化的构想。