浅谈列车控制系统(CTCS)

摘要：为了满足高速列车提速和安全运行的需要,同时也为了满足不同线路分级运输的需要,我国在参照欧洲列车控制系统(ETCS)的基础上,制定了适合我国铁路运行情况的中国列车控制系统(CTCS)。CTCS系统有两个子系统,即车载子系统和地面子系统。车载子系统通过与地面子系统交换信息来控制列车运行。根据功能需要,我国列车控制系统划分为CTCS-0至CTCS-4五个等级。

关键词： 列车控制系统；车载系统；地面子系统；CTCS-2；CTCS-3；

中图分类号：TK323文献标识码：A

前言

列车运行控制系统是将先进的控制技术、通信技术、计算机技术与铁路信号技术融为一体的行车指挥、控制、管理自动化系统，是保证行车安全、提高运输效率的核心。

20世纪末，为解决跨国列车运行及高速铁路中列控系统的互联互通和兼容性问题，欧洲各种信号厂商联合制定了ERTMS/ETCS技术规范，包含了欧洲列车运行控制系统（ETCS）、欧洲铁路综合调度移动通信系统（GSM-R）两个方面。随着我国铁路的不断发展，列车速度的不断提高，促进高速时代的到来，靠地面信号行车已不能保证行车安全,必须依靠车载信号设备对列车实施先进的运行控制才能得到安全保障。

依靠高速铁路通信信号列车速度控制技术、地面一车上信息传输技术、数字通信技术、移动无线组网技术、微电子设备安全技术、电磁兼容技术等关键技术的不断研究和发展，尤其是列车运行速度控制技术和与之相应的地面一车上信息传输技术的不断提高，我国在欧洲各国经验的基础上，结合我国国情、路情，制定了统一的中国列车运行控制系统为Chinese Train Control System的缩写――CTCS，它是参照欧洲列车运行控制系统(简称ETCS)编制的。以下的介绍将以CTCS为主并以图表示：

一、CTCS列控系统构成

CTCS列控系统是为了保证列车安全运行,并以分级形式满足不同线路运输需求的先进列车运行控制系统，它有两个子系统，即车载系统和地面子系统。

按功能系统看，车载子系统又由CTCS车载设备和无线系统车载模块两部分组成。正是靠无线系统车载模块把整个车载子系统与地面列车控制中心进行双向信息交换。

基于安全计算机的控制系统，一方面是通过CTCS车载设备，与地面子系统交换信息来控制列车运行。另一方面是地面列车控制中心根据地面子系统或来自外部地面系统的信息，如轨道占用信息、联锁状态等产生列车行车许可命令，并通过车地信息传输系统传输给车载子系统，保证列车控制中心管辖内列车的运行安全。

地面子系统可由以下部分组成：应答器、轨道电路、无线通信网络（GSM-R）、列车控制中心（TCT）/无线闭塞中心（RBC）。其中GSM-R是传输媒界，不属于CTCS设备，但是重要组成部分。

应答器是一种能向车载子系统发送报文信息的传输设备，既可以传送固定信息，也可连接轨旁单元传送可变信息。

轨道电路具有轨道占用检查、沿轨道连续传送地车信息功能，应采用UM系列轨道电路或数字轨道电路。

无线通信网络（GSM-R）是用于车载子系统与地面列车控制中心进行双向信息传输的车地通信系统。

列车控制中心是基于安全计算机的控制系统，它根据地面子系统或来自外部地面系统的信息，如轨道占用信息、联锁状态等产生列车行车许可命令，并通过车地信息传输系统传输给车载子系统，保证列车控制中心管辖内列车的运行安全[1]。

二、CTCS列控系统根据功能要求和设备配置划分应用等级，分为0-4级。

（一）、为了规范的一致性，将目前干线铁路应用的地面信号设备和车载设备定义为CTCS0级。0级由通用机车信号+列车运行监控装置组成，对这一定义，业内尚有不同的看法。0级到底是在等级内还是在等级外不够明确，目前的通用机车信号尚未能成为主体机车信号，列车运行监控装置尚未能被公认为安全系统，所以，严格地讲：称列车运行控制系统还是不够格的，但目前确实在运用，并起着保证安全的作用。

0级的控制模式也是目标距离式，它在既有地面信号设备的基础上，采取大贮存的方式把线路数据全部贮存在车载设备中，靠逻辑推断地址调取所需的线路数据，结合列车性能计算给出目标距离式制动曲线。

正因为0级尚未成为安全系统，适用于列车最高运行速度为160km/h及以下，一般自动闭塞设计仍按固定闭塞方式进行，采用四显示自动闭塞，信号显示具有分级速度控制的概念，其目标距离式制动曲线可作为参考。应该说这是一个过渡阶段。

（二）、CTCS1级由主体机车信号+加强型运行监控装置组成，面向 160km/h及以下的区段，在既有设备基础上强化改造，达到机车信号主体化要求，增加点式设备，实现列车运行安全监控功能。利用轨道电路完成列车占用检测及完整性检查，连续向列车传送控制信息。

1级与0级的差别在于全面提高了系统的安全性，是对0级的全面加强，可称为线路数据全部贮存在车载设备上的列车运行控制系统。

（三）、CTCS2级是基于轨道电路和点式信息设备传输信息的列车运行控制系统，面向提速干线和高速新线，适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机。是一种点-连式列车运行控制系统，功能比较齐全和适合国情。

轨道电路完成列车占用检测及完整性检查，连续向列车传送控制信息；点式信息设备传输定位信息、进路参数、线路参数、限速成和停车信息。

CTCS2级采取目标距离控制模式（又称连续式一次速度控制）。目标距离控制模式根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线，不设定每个闭塞分区速度等级，采用一次制动方式。

CTCS2级采取闭塞方式称为准移动闭塞方式，准移动闭塞的追踪目标点是前行列车所占用闭塞分区的始端，留有一定的安全距离，而后行列车从最高速开始一次制动曲线的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。目标点相对固定，在同一闭塞分区内不依前行列车的走行而变化，而制动的起始点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的。空间间隔的长度是不固定的，由于要与移动闭塞相区别，所以称为准移动闭塞。显然其追踪运行间隔要比固定闭塞小一些。

（四）CTCS3级是基于无线通信（如GSM-R）的列车运行控制系统，它可以叠加在既有干线信号系统上。

轨道电路完成列车占用检测及完整性检查，点式信息设备提供列车用于测距修正的定位基准信息。无线通信系统实现地-车间连续、双向的信息传输，行车许可由地面列控中心产生，通过无线通信系统传送到车上。

CTCS3级与2级一样，采取目标距离控制模式（又称连续式一次速度控制）和准移动闭塞方式。由于其实现了地-车间连续、双向的信息传输，所以功能更丰富些，实时性更强些[2]。

（五）CTCS4级是完全基于无线通信（如GSM-R）的列车运行控制系统。由地面无线闭塞中心（RBC）和车载设备完成列车占用检测及完整性检查，点式信息设备提供列车用于测距修正的定位基准信息。

CTCS4级采取目标距离控制模式，列车按移动闭塞或虚拟闭塞方式运行。

虚拟闭塞是准移动闭塞的一种特殊方式，它不设轨道占用检查设备，采取无线定位方式来实现列车定位和占用轨道的检查功能，闭塞分区是以计算机技术虚拟设定的。

移动闭塞的追踪目标点是前行列车的尾部，留有一定的安全距离，后行列车从最高速开始制动的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。目标点是前行列车的尾部，与前行列车的走行和速度有关，是随时变化的，而制动的起始点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的。空间间隔的长度是不固定的，所以称为移动闭塞。其追踪运行间隔要比准移动闭塞更小一些。

通过分析CTCS的应用等级划分，发现有以下两个特点：

1、各应用等级均采用目标距离控制模式，采取连续一次制动方式。

这是由于我国的列控系统的应用起步虽晚，但起点高，第一步就瞄准了比较先进的控制模式。所以说除移动闭塞外，各等级CTCS控制模式均为目标距离控制模式。

2、各应用等级是根据设备配置来划分的，其主要差别在于地对车信息传输的方式和线路数据的来源。

根据国情多信息轨道电路（UM系列18信息）比较成熟，已达到国产化程度，所以把它为基础设备之一；欧标应答器通用性强，供货厂商多，也作为基础设备之一；轨道电缆和计轴器不准备推广；数字轨道电路国际上唯有日本用它实现了目标距离控制模式，国内研制尚未成熟，暂不于确定，数字轨道电路的生命力将取决于其国产化程度和进度；无线通信（如GSM-R）欧洲推广，能实现地-车间连续、双向的大信息量传输，有发展趋势，用于高等级列控系统。

线路数据大贮存于车载数据库靠逻辑推算来提取相应数据的方式，用于较低等级列控系统；点式信息设备传输线路数据的方式，增加了线路数据的实时性，用于中等级列控系统，至于采用贮存电子地图和点式信息设备提供闭塞区段地址码的方式将在技术发展中比选；无线通信连续、双向信息传输，有大信息量和实时性的优势，用于高等级列控系统。

结束语：通过简要论述，可以看出我国的CTCS列车运行控制系统具有良好的技术基础，开阔的发展前景和广泛的应用空间，相信在不久的将来，CTCS列车运行控制系统一定会朝着更高技术、更加安全、更能提升铁路运输效率这个目标发展！

【参考文献】：

[1]铁道部劳动和卫生司编高速铁路控制中心信号设备维修岗位 北京：中国铁道出版社 2012

[2]光CTCS-3级列控系统总体技术方案北京：中国铁道出版社2008