中国列车运行控制系统CTCS

CTCS 是(Chinese Train Control System)的英文缩写， 中文意为中国列车运行控 制系统。 CTCS 系统有两个子系统，即车载子系统和地面子系统。 CTCS 根据功 能要求和设配置划分应用等级，分为 0~4 级。

TDCS 是铁路调度指挥信息管理系统， 主要完成调度指挥信息的记录、 分析、 车次号校核、 自动报点、 正晚点统计、 运行图自动绘制、 调度命令及方案的下达、 行车日志自动生成等功能， 换句话说就是原来行车调度员和车站值班员需要用笔 记下的东西现在都可以由 TDCS 自动完成。

中国铁路调度指挥系统

参考欧洲 ETCS 规，中国逐步形成为了自己的 CTCS〔Chinese Train Control System〕标准体系。如何吸收 ETCS 规并结合中国国情更好地再创新，是值得深 入研究的课题。

铁路是国民经济的大动脉， 是中国社会和经济开展的先行产业， 是社会的根 底设施， 铁路运输部门又是国民经济中的一个重要部门， 它肩负着国民经济各种 物资运输的重任， 对中国社会主义建立事业的开展有着举足轻重的作用。 为了满 足国民对铁路运输的要求， 进入二十一世纪以后， 铁路部门致力于高速铁路和客 运专线的建立，并取得了骄人的成绩。

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为了适应中国高速铁路、客运专线的迅速开展和保证铁路运输安全的需要， 铁道部有关部门研制成功了\"CTCS 系统〞〔即：铁路列车控制系统，是 Chinese Train Control System 的缩写\"CTCS〞〕

由于早期欧洲铁路的列车运行控制系统种类繁多， 且各国信号制式复杂、 互

不兼容， 为有效解决各种列车控制系统之间的兼容性问题， 保证高速列车在欧洲 铁路网跨线、跨国互通运行， 1982 年 12 月欧洲运输部长会议做出决定，就欧洲 大陆铁路互联互通中的技术问题寻觅解决方案。

2001 年欧盟通过立法形式确定 ETCS〔European Train Control System〕为强 制性技术规。 ETCS 的主要目标是互通互用、安全高效、降低本钱、扩展市场， 在规的设计上融入了欧洲各主要列控系统的功能， 制定了比拟丰富的互联互通接 口。经过长期的开展， ETCS 系统目前已经比拟成熟，得到了欧洲各国铁路公司 和供货商的广泛认可。

中国人口密集， 资源紧， 城市化开展非常迅速。 向来处于开展中的中国铁路， 始终存在着运量与运能之间的突出矛盾。铁路运输至今仍相当程度地制约着国民 经济的快速开展， 铁路仍是我国国民经济开展中的一个薄弱环节。 为了缓解铁路 运输的压力，铁路部门先后实行了六次大提速。

与此同时， 高速铁路的蓬勃开展， 对铁路的中枢神经——信号系统也提出了 新的技术要求。 但由于历史及技术原因， 中国铁路存在多种信号系统， 严重影响 了运输效率。 铁路信号系统迫切需要建立统一的技术标准， 确立数字化、 网络化、 智能化、一体化开展方向， 国产高速铁路列车运行控制系统标准的制定迫在眉睫。

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为实现高铁战略， 铁道部组织相关专家开场制定适合我国国情的中国列车控制系 统 CTCS〔Chinese Train Control System〕。

在 CTCS 技术规中，根据系统配置 CTCS 按功能可划分为 5 级。为满足客 运专线和高速铁路建立需求，通过对 ETCS 标准的引进、消化、吸收，并结合成 功应用的 CTCS-2 级列车运行控制系统的建立和运营经历，我国构建了具有自主 知识产权的 CTCS-3 级列控系统标准。CTCS-3 级列车运行控制系统是基于 GSM-R 无线通信的重要技术装备，是中国铁路技术体系和装备现代化的重要组成局部， 是保证高速列车运行安全、可靠、高效的核心技术之一。

地面子系统可由以下局部组成： 应答器、轨道电路、 无线通信网络〔GSM-R〕、

列车控制中心〔TCC〕/无线闭塞中心〔RBC〕。其中GSM-R 不属于 CTCS 设备， 但是重要组成局部。

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 列轨道电路或者数字轨道电路。

无线通信网络〔GSM-R〕是用于车载子系统和列车控制中心发展双向信息传 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者来自外部 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列车的运行安全。

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车载子系统可由以下局部组成： CTCS 车载设备、无线系统车载模块。

CTCS 车载设备是基于安全计算机的控制系统，通过与地面子系统交换信息 来控制列车运行。

无线系统车载模块用于车载子系统和列车控制中心发展双向信息交换。

CTCS 应用等级 0(以下简称 L0)：由通用机车信号+列车运行监控装置组成，

为既有系统。

CTCS 应用等级 1(以下简称 L1)：由主体机车信号+安全型运行监控记录装置 组成，点式信息作为连续信息的补充，可实现点连式超速防护功能。

CTCS 应用等级 2(以下简称 L2)：是基于轨道传输信息并采用车-地一体化系 统设计的列车运行控制系统。可实现行指-联锁-列控一体化、区间-车站一体化、 通信-信号一体化和机电一体化。

CTCS 应用等级 3(以下简称 L3)：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。点式设备主要传送定位信息。

CTCS 应用等级 4(以下简称 L4)：是彻底基于无线传输信息的列车运行控制 系统。地面可取销轨道电路，由 RBC 和车载验证系统共同完成列车定位和完整 性检查，实现虚拟闭塞或者挪移闭塞。

同条路线上可以实现多种应用级别， L2、L3 和 L4 可向下兼容。

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为了规的一致性，将目前干线铁路应用的地面信号设备和车载设备定义为 0

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，业尚有不同的 看法。 0 级到底是在等级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根抵上，采取大 贮存的方式把路线数据全部贮存在车载设备中， 靠逻辑判断地址调取所需的路线 数据， 结合列车性能计算给出目标距离式制动曲线。 如能在每一个进出站口增加点 式设备，加强核对地址，就能大大减少逻辑判断地址产生错误的可能性。

日本的数字列车运行控制系统 I-ATC 就是采取车载信号设备贮存电子电图， 通过每一轨道区段的地址编码来调取所需的路线数据，这种方式可以使地-车信 息传输的信息的需求量减少。 在欧洲列车控制系统 ETCS 规中也不排斥车载信号 设备贮存路线数据的方式。

正因为 0 级尚未成为安全系统，合用于列车最高运行速度为 160km/h 及以

下， 普通自动闭塞设计仍按固定闭塞方式发展， 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。

CTCS 1 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， 在既有设备根抵上强化改造， 到达机车信号主体化要求， 增加点式设

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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 级的控制模式为目标距离式，采取大贮存的方式把路线数据全部贮存在车 载设备中， 靠逻辑判断地址调取所需的路线数据， 结合列车性能计算给出目标距 离式制动曲线。 在车站附近增加点式信息设备， 传输定位信息， 以减少逻辑判断 地址产生错误的可能性。

1 级与 0 级的差异在于全面提高了系统的安全性，是对 0 级的全面加强，可 称为路线数据全部贮存在车载设备上的列车运行控制系统。

CTCS 2 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， 合用于各种限速区段， 地面可不设通过信号机。 是一 种点-连式列车运行控制系统，功能比拟齐全和适合国情。

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、路线参数、限速成和停车信息。

CTCS 2 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 每一个闭塞分区速度等级，采用一次制动方式。

CTCS 2 级采取闭塞方式称为准挪移闭塞方式，准挪移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 场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， 在同一闭塞分区不依前行列车的走行而变化， 而制动的起

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始点是随路线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， 由于要与挪移闭塞相区别， 所以称为准挪移闭塞。 显然其追踪运行间隔要比固定 闭塞小一些。

CTCS 3 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。

CTCS 3 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〕 和准挪移闭塞方式。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。

CTCS 4 级是彻底基于无线通信〔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。

CTCS 4 级采取目标距离控制模式，列车按挪移闭塞或者虚拟闭塞方式运行。

虚拟闭塞是准挪移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。

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挪移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 从最高速开场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路线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，所以称为挪移闭塞。其追踪运行间隔要比准挪移闭塞更小一些。

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晚， 起点高， 因此一步就瞄准了比拟先 进的控制模式。 在我国阶梯式和曲线式分级速度控制都用过， 取得了经历， 好在 并未形成规模， CTCS 推荐采用目标距离控制模式是适宜的，符合国际列控系统 的开展趋势。 由于列控系统的控制模式是其主要特征和性能之一， 控制模式决定 了闭塞方式和列车运行间隔， 从而决定了运输能力， 所以说除挪移闭塞外， 各应 用等级的主要功能几乎是一样的。

②各应用等级是根据设备配置来划分的， 其主要差异在于地对车信息传输的 方式和路线数据的来源。

基于国情多信息轨道电路〔UM 系列 18 信息〕比拟成熟，到达国产化程度， 所以以它为根抵设备之一；欧标应答器通用性强， 供货厂商多， 也作为根抵设备 之一； 轨道电缆和计轴器不许备推广； 数字轨道电路国际上惟有日本用它实现了 目标距离控制模式， 国研制尚未成熟， 暂不于确定， 数字轨道电路的生命力将取

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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，有开展趋势，用于高等级列控系统。

路线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；点式信息设备传输路线数据的方式，增加了路线数据的实时性，

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

码的方式将在技术开展中比选； 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。

为便于对照，用以下简表归纳

地 面

轨道电路

轨道电路、 车站列控中

车 站 列 控 中

车站列控中

设备

应答器

心、

心、GSM-R 地 心 、 GSM-R

轨道电路、

面设备、轨道 地面设备、

应答器

电路、无线闭 无线闭塞中

塞中心

心

车 载

通 用 机 车

主 体 机 车

ATP 〔含 机

GSM-R 接 收

GSM-R 接收

设备

信号、 LKJ

信号、应答

车信号、应

模块、 ATP

模块、 ATP

器 接 收 装

答器接收功

置、 LKJ

能〕、LKJ

地 对

多 信 息 轨

多 信 息 轨

多信息轨道 电 路 + 应答

无 线 通 信 双

无线通信双

车 信

道电路 道电路+应

向信息传输 向信息传输

息 传

答器 器

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输

合用 160km/h 160km/h 200~250km/ 300~350km/h 特殊新线

区段 及以下 及以下 h 提速干线 高速新线

和高速新线

对 应 ETCS-1 ETCS-2 ETCS-3

ETC S

〔1〕符合 CTCS 规的列车超速防护系统应能满足一套车载设备全程控制的运用 要求

〔2〕系统车载设备向下兼容

〔3〕系统级间转换应自动完成 〔4〕系统地面，车载配置如具备条件，在系统故障的条件下应允许降级使用 〔5〕系统级间转换应不影响列车正常运行

当车载设备具备列控所需的全部根本数据 〔包括列车数据， 行车许可和路线

数据等〕 ，列控车载设备生成目标距离连续速度控制模式曲线， 并通过人机界面

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〔DMI〕显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等信息，监控列车 安全运行。

当发展调车作业时，司机按下调车按钮，列控车载设备按固定限制速度

40km/h 〔顶棚〕监控列车前进或者折返运行。当工作在 CTCS-3 级时，需要 RBC

〔无线闭塞中心〕给出授权，列控车载设备转入调车模式〔SH)后与 RBC 断开连 接，退出调车模式〔SH)后，再与 RBC 重新连接。

该模式用于非本务端列控车载设备。 在这种模式下， 列控车载设备仍执行列

车定位，测速测距，记录等级转换机及 RBC 切换信息等功能。列车立折，非本 务端升为本务端后，车载设备可自动进入正常工作状态。

车载设备上电， 执行自检和外部设备测试正确后自动进入的模式。 此时车载

设备制止列车挪移。当司机开启驾驶台后，列控车载设备中的 DMI 投入正常使 用。

当列控车载设备停用时， 司机停车并操作隔离开关隔离车载设备。 在该模式

下，车载设备不具备安全监控功能。列控车载设备应能够监测隔离开关状态。

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该模式仅用于 CTCS-2 级列车运行控制系统。在 CTCS-2 级中，当车载设备 接

收到轨道电路允许行车的信息， 而缺少应答器提供的路线数据时， 列控车载设 备产生一定围的固定限制速度，监控列车运行。

该模式同样仅用于 CTCS-2 级列车运行控制系统。当列车运行到地面设备未

装备 CTCS-3/CTCS-2 级列控系统的区段时，根据行车管理方法〔含调度命令〕， 经司机操作后，列控车载设备按固定限制速度 80km/h 监控列车运行，并显示机 车信号。当列车越过制止信号后触发紧急制动。

当引导信号机或者出站信号机开放且列车前端距离出站信号机较远〔大于

250m)发车时， 列控车载设备生成目标距离连续速度控制曲线， 并通过 DMI 显示 列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等。车载设备按照固定限速 40km/h 监控列车运行，由司机负责检查轨道占用情况.。

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