高速铁路列车运行控制技术探讨

摘要：随着经济的发展和社会的进步，铁路作为国民经济的支柱产业在交通工具中的地位已越来越重要，但同时铁路的发展也给各级铁路部门带来了新的挑战，目前，国家逐步加大铁路建设的力度，列车的运营速度不断提高，这对铁路信号工程的建设提出了新的挑战。本文主要研究的是高速铁路列车运行控制技术。

关键词：高速铁路；列车运行；控制技术

中图分类号：U238文献标识码： A

引言

随着经济的发展和社会的进步，铁路作为国民经济的支柱产业在交通工具中的地位已越来越重要，但同时铁路的发展也给各级铁路部门带来了新的挑战，目前，国家逐步加大铁路建设的力度，列车的运营速度不断提高，这对铁路信号工程的建设提出了新的挑战。铁路信号施工的质量关系到铁路运输安全，作为一种现代化科学管理的手段和技术，铁路信号与提高铁路区间及增加铁路运输经济效益、车站通过能力、改善铁路员工劳动条件息息相关。而我们对待现代化的发展趋势时，更应该重视铁路信号工程的施工过程，以一种科学合理的态度进行施工，但对我们的铁路信号施工的后期维护和管理更要关注，质量的好坏是体现我们工程好坏的唯一标准。

1、列车控制系统概述

随着铁路运输的任务越来越重，列车运行速度越来越高，保证运输安全的问题也越来越突出。因此，需要研究列车运行控制系统，实现对列车间隔和速度的自动控制，进一步提高运输效率，保证行车安全。现代信息技术的迅速发展，对铁路信号技术产生了重要影响，为形成现代铁路信号系统提供了条件。

列车运行自动控制系统（简称列控系统）是计算机、通信、控制等信息技术与信号技术的一个高水平集成与融合的产物。列车控制系统的主要体系组成如图1，其包括车载部分、地面部分。地面部分可由以下组成：轨道电路、应答器以及无线闭塞中心（RBC）/列车控制中心（TCC）；车载部分主要由以下组成：测速传感器、车载安全计算机、人机界面MMI以及监控记录设备。

图1列车控制系统体系统结构图

2、高速铁路列车控制系统的技术要求

列车运行控制的关键是对列车运行速度的控制。自动控制系统应根据前行列车的间隔、进路条件及信号系统给定的列车容许最大速度限制对列车的运行速度进行控制并满足有关的安全、时间和物理约束。国内外列车控制系统的发展经历了ATS、ATP到ATC和ATO的不同发展阶段，但是绝大部分列控系统的功能都没有超出列车制动控制的范围。为真正实现列车运行全过程自动控制的目标，对列车控制系统提出的技术要求归纳如下:（1）控制响应、信息处理的快速性和实时性要求；（2）系统控制的灵活性、适应性鲁棒性；（3）系统功能的高度集成化:列控系统不仅具有对列车运行速度进行高质量控制的基本功能，而且还必须具有对高速机车车辆的关键部件和状态进行在线检测、监视、诊断和决策支持等多种功能，以保证整个高速列车控制系统的高度可靠性、安全性和实用性；（4）开放的系统结构体系:列控系统必须具有基于多处理器计算机控制系统和网络的开放式结构，以确保控制系统各组成单元能协调地互联成具有集列车控制、监督和管理为一体的具有综合功能的复杂信息系统；（5）控制系统的高度智能化:列车控制系统应具备对包括加速、恒速、制动调速及安全停车的列车整个运行过程实施有效且高品质的控制，最终目标是使列车控制系统真正向系统控制为主、司机参与监督为辅的方向发展。

3、列车控制系统的关键技术分析

3.1、列车测速与列车定位

在列控系统中，列车的测速与定位是一项关键技术。及时获取列车运行的速度与列车目前的位置，对于实现列车间隔与速度的安全控制具有重要的意义。从根本上来说，列车运行自动控制系统的控制精度由测速和定位的精度决定，测速测距的精度太低，会影响运输效率，同时会造成系统预留的安全防护距离过大，而且会增加行车的不安全因素。

目前存在多种列车测速方式，根据速度信息获取的来源，我们可以把测速方式分成两大类：①利用轮轴旋转信息获取列车速度的测速方法，包括测速电机方式和脉冲转速传感器方式；②利用无线方式直接检测列车的速度的测速方法，包括雷达测速方式和GPS测速定位方式。

3.2、地-车信息传输技术

地-车信息传输的分类：地面信息传递到车上目前有三种方式：①连续式传递信息方式，能连续不断地将地面信息即列车间隔、线路容许的速度等情况及时地向车上反应，使司机随时掌握列车速度，有利于保证行车安全和提高行车效率。②点式传递信息方式。点式信息传递方式有感应器、环线或应答器方式，它是在列车行进的线路上设置若干感应点，当列车经过感应点时，将地面信息传到车上。上述两种地面信息传递方法中，连续式传递信息方式由于列车能够不间断的获取地面信息，因而使列车能够得到更实时的控制，点式信息传递方式当地面信息发生变化时，列车只能感应点时才能得到信息，因此实时性稍差。③当连续传递信息方式所能传输的信息量受到限制（如：移频轨道电路只能传输18种信息），不能满足控制列车需要时，就需要采用第三种方式，即连续叠加点式信息传输方式，我国的CTCS2级系统采用的就是这种方式。

4、我国列车控制系统

4.1、CTCS列控系统

CTCS列控系统的CTCS是Chinese Train Control System的缩写，CTCS技术规范是参照欧洲列车运行控制系统（简称ETCS）编制的。

（1）系统构成

CTCS系统结构是由车载子系统和地面子系统组成。地面部分可由以下组成：轨道电路、应答器以及无线闭塞中心（RBC）/列车控制中心（TCC）。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。应答器向车载子系统发送报文信息的传输设备。列车控制中心是基于安全计算机的控制系统，无线通信网络（GSM-R）是用于车载子系统和列车控制中心进行双向信息传输的车地通信系统，无线系统车载模块用于车载子系统和列车控制中心进行双向信息交换。这样，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，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。

（2）CTCS基本功能

①系统按照故障-安全原则，在任何情况下防止列车无行车许可证运行。②防止列车超速运行，包括列车超过进路允许速度、线路结构规定的速度、机车车辆构造速度、临时限速和紧急限速、铁路有关运行设备的限速；能够以字符、数字及图形等方式显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离；能够实时给出列车超速、制动、允许缓解等表示以及设备故障状态的报警。

4.2、计算机联锁系统

计算机联锁系统，提供了双向行车的保护，联锁控制区域包含了正线及基地。电子联锁系统采用分散式，站区主要设备如转辙器、信号机及轨道电路等，均通过多重资料传输回路与联锁系统连接，以提高系统的可靠度。电子联锁系统是失效偏向安全系统（fail-safe），且具备自我检查及故障检测功能，提供了列车运行上安全的授权，列控系统（OCC）、车站控制室（SCR）及基地控制室（DCR）的行车控制系统（TCS）提供控制界面，允许控制员在其控制区间要求或取消进路设定。

5、未来列车运行控制技术的发展趋势

列车运行控制系统的发展依赖于市场的需求以及各种新兴的技术，过去的几十年中微处理器的发展以及过去几年之中移动通信的发展，对列车运行控制技术的发展产生了重要的影响。以微处理器为基础的系统演变，移动通信技术也将极大影响列车运行控制技术的发展的进程。

CBTC技术发展源于欧洲连续式列车控制系统，经多年的发展一有了长足的进步。它摆脱了用轨道电路判别对闭塞分区占用与否，突破了固定（或准移动）闭塞的局限性，较传统的基于轨道电路的列车控制系统比较，CBTC系统的优势主要表现在更简洁、更灵活、更高效。因此，基于通信的列车运行控制系统是控制技术的发展方向，国内应将CBTC技术作为轨道交通技术的发展方向。

总之，随着经济社会的不断快速发展，铁路运输已经成为有利促进国民经济增长的生命线，因此有必要采取有效的措施，对铁路列车的运行进行控制，从而确保运行的高效率与安全性。

参考文献

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