CTCS―2系统和CTCS―3系统分析优化研究

摘要：本文首先介绍了CTCS-2和CTCS-3系统的系统结构、系统原理，并对系统接口、兼容性进行了对比分析，同时在此基础上，提出应用优化的趋势及方向。

Abstract： This paper firstly introduces the structure and principle of CTCS-2 system and CTCS-3 system， and then compares the system interface and compatibility of the two systems. On this basis， the tendency and direction of the optimization are proposed.

关键词：CTCS-2；CTCS-3；接口；兼容性；优化

Key words： CTCS-2；CTCS-3；interface；compatibility；optimization

中图分类号：U284 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）03-0153-04

0 引言

随着国民经济水平的发展，人们对于方便、快捷出行的需求也将日益提升，时速200km/h以上的客运专线里程不断增长。CTCS-2、CTCS-3级列控系统面向时速200km/h及以上区段，在时速200km/h以上区段的客运专线承担列车运行控制功能，未来将成为我国客运专线列控系统的重要组成部分，CTCS-3和CTCS-2系统均已接入网络，包括CTC、列控中心，RBC、TSRS、联锁、监测等，但其网络化程度和国外信号系统的应用相比还有很大差距，其大量的使用电缆既不环保，也大大增加了投资、设备功能没有网络化、集成化，随着计算机处理技术的发展，设备功能整合也是未来必然的趋势。

1 CTCS系统简介

CTCS（Chinese Train Control System）是指中国列车运行控制系统。该系统以地面子系统为基础，协调地面子系统和车载之间相互配合，按设备配置和功能要求可将其划分为0至4级应用等级。

1.1 CTCS-0级

CTCS-0级为既有系统，由两部分组成，分别是运行监控记录装置、通用机车信号。

1.2 CTCS-1级

其由两部分组成，分别是安全型运行监控记录装置、主体机车信号，点式信息的作用是补充连续信息。当所在区段低于160km/h时，应强化改造现有设备，使其符合机车信号主体化要求，然后通过增加点式设备，就可实现列车运行安全监控功能。

1.3 CTCS-2级

CTCS-2级是基于轨道电路和点式应答器传输信息的列车运行控制系统；CTCS-2级采用车-地一体化设计，面向提速干线和高速新线；CTCS-2级只凭车载信号就可以行车，无需再设置信号机，适用于各种线路速度区段。

1.4 CTCS-3级

CTCS-3级是基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统；CTCS-3级基于无线通信的固定闭塞或虚拟自动闭塞，面向提速干线、高速新线或特殊线路；CTCS-3级无需在地面设置通过信号机，行车时只需车载信号即可，适用于各种线路速度区段。

1.5 CTCS-4级

CTCS-4级是基于无线传输信息的列车运行控制系统；CTCS-4级基于无线通信传输平台，面向高速新线或特殊线路，能够实现虚拟闭塞或移动闭塞；列车的定位和列车完整性检查工作由RBC和车载验证系统共同完成，无需轨道电路；CTCS-4级无需在地面设置通过信号机，行车时只需车载信号即可。

2 CTCS-2和CTCS-3系统构成

2.1 CTCS-2系统

①地面子系统组成。

轨道电路：负责检测列车占用及检查列车完整性，不断向列车传送控制信息；区间采用ZPW-2000系列轨道电路，车站可采用与区间同制式的轨道电路，或采用97型25Hz轨道电路叠加ZPW2000电码化设备。

点式信息设备：设置在区间闭塞分区入口、车站进出站口、到发线出站信号机处等，主要用于向车载设备传输闭塞分区长度、线路速度、线路坡度、列车定位等信息。

②车载子系统组成。

车载子系统由列车接口单元（TIU）、速度传感器、应答器信息接收模块（BTM）、轨道电路信息接收模块（STM）、车载安全计算机（VC）、运行记录单元（DRU）、轨道电路接受天线、应答器信息接收天线等部件组成。

③CTCS-2系统构成图如图1所示。

2.2 CTCS-3系统

①地面子系统组成。

无线闭塞中心（RBC）：属于地面列车间隔控制系统，采用无线通信手段。

无线通信（GSM-R）地面设备：属于系统信息传输平台，其作用是完成地-车间大容量的信息交换。

轨道电路：其作用是检测列车占用和检查列车完整性。

点式设备：负责提供列车定位信息。

②车载子系统组成。

无线通信（GSM-R）车载设备：属于系统信息传输平台，其作用是完成车-地间大容量的信息交换。

人机接口：车载设备与机车乘务员交互的接口。

车载安全计算机：综合处理各项列车运行控制信息，生成目标距离模式曲线，控制列车按命令运行。

测速模块：实时检测列车运行速度并计算列车走行距离。

点式信息接收模块：接收与处理点式信息。

设备维护记录单元：记录接收信息、系统状态和控制动作。

运行管理记录单元：将相关数据记录下来，并进行运行管理，同时规范机车乘务员驾驶。

③CTCS-3系统构成图如图2所示。

3 CTCS-2和CTCS-3系统技术原则与控制原理

3.1 CTCS-2系统技术原则

①列车正向运行最高时速250km，追踪间隔5分钟；

②闭塞方式采用四显示自动闭塞，运行按正向自动闭塞，反向自动站间闭塞方式；

③系统根据列控设备监控列车运行的联锁进路条件、线路参数、行车许可，生成一次目标距离模式曲线，以控制列车的安全运行；

④车载设备以设备制动优先；

⑤系统设备安全可靠性高。

3.2 CTCS-2系统控制原理

CTCS-2系统基本工作原理：CTCS-2级列控系统是采用目标距离模式曲线监控列车安全运行。

为了确保行车安全，车载设备根据地面设备传送的各项数据，生成一次连续目标距离控制曲线以控制列车的安全运行。生成一次连续目标距离控制曲线的方法如下：

①根据轨道电路检测的前方空闲闭塞分区是否占用及长度、线路速度、线路坡度等固定信息，通过“前方空闲闭塞分区数量”和“闭塞分区长度”信息，获得目标距离长度；

②根据线路速度、线路坡度和对应列车的制动性能等固定参数，实时计算得到速度监控曲线（图3）；

③实时监控实际驾驶曲线处于速度监控曲线下方，确保列车正常行驶。

CTCS-2系统技术平台、技术标准、功能需求基本统一，满足动车组在主要干线以及新建客运专线的跨线运输需求。

3.3 CTCS-3系统技术原则

①列车正向运行最高时速350km，追踪间隔3分钟。

②闭塞方式采用正向自动闭塞，反向自动站间闭塞的方式。

③车载设备采用目标距离连续速度控制模式、设备制动优先的方式监控列车安全运行。

④兼容CTCS-2级系统，当RBC或GSM-R故障时，CTCS-2系统作为后备系统正常运行。

⑤CTCS-3系统整个区段施行GSM-R覆盖，整个系统互联互通，RBC设备集中设置。

⑥在高速线路上，列车超速2km/h报警、超速5km/h触发常用制动、超速15km/h触发紧急制动。

⑦系统设备安全可靠性高。

3.4 CTCS-3系统控制原理

依据轨道电路、联锁进路等信息，RBC生成行车许可，然后利用GSM-R无线通信系统向CTCS-3系统车载设备传递行车许可、临时限速、线路参数等，同时利用GSM-R无线通信系统接收车载设备发送的位置和列车数据等信息。

TCC能够接收轨道电路的信息，并利用联锁系统传送给RBC。此外，TCC还具有临时限速、站间安全信息传输、应答器报文储存和调用、轨道电路编码等功能，可有效满足后备系统需要。

应答器向车载设备传输信息，比如定位、等级转换等，同时为了满足后备系统需要，还向车载设备传送线路参数和临时限速等信息。要求无线传输的信息和应答器传输的信息的相关内容必须相同。

车载安全计算机参考地面设备提供的各项数据和动车组参数，采用目标距离连续速度控制模式，生成动态速度曲线，监控列车安全运行。如图4所示，车载设备同时装载CTCS-2控制单元。

4 CTCS-2与CTCS-3系统接口

根据CTCS-2系统与CTCS-3系统的工作原理，级间信息流程如图5所示。

从图5可以看出，CTCS-2系统与CTCS-3系统级间有下列接口：

①地面无线闭塞中心与-车站列控中心间的接口，主要传送车站轨道占用信息等；

②地面无线闭塞中心与中继站列控中心间的接口，主要传送区间轨道占用信息等；

③地面无线闭塞中心与联锁系统间的接口，主要传送车站进路信息等；

④地面无线闭塞中心与调度系统间的接口，主要传送临时限速信息等；

⑤GSM车载接收接口单元，主要用于与车载设备主机传输信息。

5 CTCS-3和 CTCS-2系统兼容实现

5.1 动车组车载设备

CTCS-3系统车载计算机在设计阶段，就具备CTCS-2系统的计算控制器，车载计算系统完全可以按照CTCS-2的输入数据，给出相应的控制系统。同时接收系统中保留CTCS-2系统的轨道电路及应答器接收天线的信息。

5.2 列控地面设备

从图2中可以看出CTCS-3系统的地面设备延用了CTCS2系统的地面设备，轨道电路、地面应答器与CTCS3系统设备保持统一。

5.3 系统切换

列车控制系统考虑系统兼容的同时在系统切换地点，还需要设置级间转换应答器、转换标志牌、司机确认区以及RBC切换应答器等，以满足级间转换、无线覆盖距离等条件。

6 CTCS-3和 CTCS-2系统应用优化趋势及方向

6.1 系统网络化、集成化

CTCS-3和CTCS-2系统均已接入网络，包括CTC、列控中心，RBC、TSRS、联锁、监测等，但其网络化程度和国外信号系统的应用相比还有很大差距，其大量的使用电缆既不环保，也大大增加了投资，在投标报价等环节明显处于劣势。如，长大干线按照国外的设计理念需在区间大量配置八字渡线，若按照我国的技术装备政策和理念，每个区间出岔和渡线都配置一套联锁、监测、CTC、列控中心等，以及配套的水、电、暖、通信和房屋等，大大增加了项目的投资，网络化、集成化必然是未来发展的趋势。

6.2 设备功能整合

CTCS-2和CTCS-3系统功能定义明确，即某个设备完成特定的功能。如列控中心完成轨道电路编码、区间方向、有源应答器报文等功能，联锁完成站内进路控制等功能、CTC完成调度集中等功能，临时限速服务器完成临时限速的管理功能，信号集中监测完成信号设备状态的监测。然而许多国家和地区受其国情和路情的影响，仅区分了调度和列控两个层次的设备，设备整合后其投资和维护工作量均具有较大的优势。随着计算机处理技术的发展，设备功能整合也是未来必然的趋势。

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