中国列车运行控制综合系统CTCS.docx

CTCS
CTCS是(Chinese Train Control System)英文缩写，汉字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依据功效要求和设配置划分应用等级，分为0~4级。
1. CTCS概述
TDCS是铁路调度指挥信息管理系统，关键完成调度指挥信息统计、分析、车次号校核、自动报点、正晚点统计、运行图自动绘制、调度命令及计划下达、行车日志自动生成等功效，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东西现在全部能够由TDCS自动完成。

中国铁路调度指挥系统
参考欧洲ETCS规范，中国逐步形成了自己CTCS（Chinese Train Control System）标准体系。怎样吸收ETCS规范并结合中国国情愈加好地再创新，是值得深入研究课题。
铁路是国民经济大动脉，是中国社会和经济发展先行产业，是社会基础设施，铁路运输部门又是国民经济中一个关键部门，它担负着国民经济多种物资运输重担，对中国社会主义建设事业发展有着举足轻重作用。为了满足国民对铁路运输要求，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建设，并取得了骄人成绩。
为了适应中国高速铁路、客运专线快速发展和确保铁路运输安全需要，铁道部相关部门研制成功了“CTCS系统”（即：铁路列车控制系统，是Chinese Train Control System缩写“CTCS”）
2. 产生背景
因为早期欧洲铁路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，为有效处理多种列车控制系统之间兼容性问题，确保高速列车在欧洲铁路网内跨线、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技术问题寻求处理方案。
欧盟经过立法形式确定ETCS（European Train Control System）为强制性技术规范。ETCS关键目标是互通互用、安全高效、降低成本、扩展市场，在规范设计上融入了欧洲各关键列控系统功效，制订了比较丰富互联互通接口。经过长久发展，ETCS系统现在已经比较成熟，得到了欧洲各国铁路企业和供货商广泛认可。
中国人口密集，资源担心，城市化发展很快速。一直处于发展中中国铁路，一直存在着运量和运能之间突出矛盾。铁路运输至今仍相当程度地制约着国民经济快速发展，铁路仍是中国国民经济发展中一个微弱步骤。为了缓解铁路运输压力，铁路部门前后实施了六次大提速。
和此同时，高速铁路蓬勃发展，对铁路中枢神经——信号系统也提出了新技术要求。但因为历史及技术原因，中国铁路存在多个信号系统，严重影响了运输效率。铁路信号系统迫切需要建立统一技术标准，确立数字化、网络化、智能化、一体化发展方向，国产高速铁路列车运行控制系统标准制订迫在眉睫。为实现高铁战略，铁道部组织相关教授开始制订适合中国国情中国列车控制系统CTCS（Chinese Train Control System）。
在CTCS 技术规范中，依据系统配置CTCS按功效可划分为5 级。为满足客运专线和高速铁路建设需求，经过对ETCS标准引进、消化、吸收，并结合成功应用CTCS-2级列车运行控制系统建设和运行经验，中国构建了含有自主知识产权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无线通信关键技术装备，是中国铁路技术体系和装备现代化关键组成部分，是确保高速列车运行安全、可靠、高效关键技术之一。
3. 系统组成
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（TCC）/无线闭塞中心（RBC）。其中GSM-R不属于CTCS设备，不过关键组成部分。
应答器是一个能向车载子系统发送报文信息传输设备，既能够传送固定信息，也可连接轨旁单元传送可变信息。
轨道电路含有轨道占用检验、沿轨道连续传送地车信息功效，应采取UM系列轨道电路或数字轨道电路。
无线通信网络（GSM-R）是用于车载子系统和列车控制中心进行双向信息传输车地通信系统。
列车控制中心是基于安全计算机控制系统，它依据地面子系统或来自外部地面系统信息，如轨道占用信息、联锁状态等产生列车行车许可命令，并经过车地信息传输系统传输给车载子系统，确保列车控制中心管辖内列车运行安全。
车载子系统可由以下部分组成：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控制系统，经过和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进行双向信息交换。

4. 应用等级
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，为现有系统。
CTCS应用等级1(以下简称L1)：由主体机车信号+安全型运行监控统计装置组成，点式信息作为连续信息补充，可实现点连式超速防护功效。
CTCS应用等级2(以下简称L2)：是基于轨道传输信息并采取车-地一体化系统设计列车运行控制系统。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取轨道电路等方法检验列车占用列车运行控制系统。点式设备关键传送定位信息。
CTCS应用等级4(以下简称L4)：是完全基于无线传输信息列车运行控制系统。地面可取消轨道电路，由RBC和车载验证系统共同完成列车定位和完整性检验，实现虚拟闭塞或移动闭塞。
同条线路上能够实现多个应用等级，L2、L3和L4可向下兼容。
4.1 CTCS 0级
为了规范一致性，将现在干线铁路应用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，业内还有不一样见解。0级到底是在等级内还是在等级外不够明确，现在通用机车信号还未能成为主体机车信号，列车运行监控装置还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，但现在确实在利用，并起着确保安全作用。
0级 控制模式也是目标距离式，它在现有地面信号设备基础上，采取大贮存方法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线路数据，结合列车性能计算给出目标距离式制动曲线。如能在每个进出站口增加点式设备，加强查对地址，就能大大降低逻辑推断地址产生错误可能性。
日本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，经过每一轨道区段地址编码来调取所需线路数据，这种方法能够使地-车信息传输信息需求量降低。在欧洲列车控制系统ETCS规范中也不排斥车载信号设备贮存线路数据方法。
正因为0级还未成为安全系统，适适用于列车最高运行速度为160km/h及以下，通常自动闭塞设计仍按固定闭塞方法进行，采取四显示自动闭塞，信号显示含有分级速度控制概念，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。
4.2 CTCS 1级
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及以下区段，在现有设备基础上强化改造，达成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效。利用轨道电路完成列车占用检测及完整性检验，连续向列车传送控制信息。
1级控制模式为目标距离式，采取大贮存方法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线路数据，结合列车性能计算给出目标距离式制动曲线。在车站周围增加点式信息设备，传输定位信息，以降低逻辑推断地址产生错误可能性。
1级和0级差异在于全方面提升了系统安全性，是对0级全方面加强，可称为线路数据全部贮存在车载设备上列车运行控制系统。
4.3 CTCS 2级
CTCS 2级是基于轨道电路和点式信息设备传输信息列车运行控 制系统，面向提速干线和高速新线，适适用于多种限速区段，地面可不设经过信号机。是一个点-连式列车运行控制系统，功效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验，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。
CTCS 2级采取目标距离控制模式（又称连续式一次速度控制）。目标距离控制模式依据目标距离、目标速度及列车本身性能确定列车制动曲线，不设定每个闭塞分区速度等级，采取一次制动方法。
CTCS 2级 采取闭塞方法称为准移动闭塞方法，准移动闭塞追踪目标点是前行列车所占用闭塞分区始端，留有一定安全距离，以后行列车从最高速开始一次制动曲线计算点是依据目标距离、目标速度及列车本身性能计算决定。目标点相对固定，在同一闭塞分区内不依前行列车走行而改变，而制动起始点是随线路参数和列车本身性能不一样而改变。空间间隔长度是不固定，因为要和移动闭塞相区分，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部分。
4.4 CTCS 3级
CTCS 3级是基于无线通信（如GSM-R）列车运行控制系统， 它能够叠加在现有干线信号系统上。
轨道电路完成列车占用检测及完整性检验，点式信息设备提供列车用于测距修正定位基准信息。无线通信系统实现地-车间连续、双向信息传输，行车许可由地面列控中心产生，经过无线通信系统传送到车上。
CTCS 3级和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）和准移动闭塞方法。因为其实现了地-车间连续、双向信息传输，所以功效更丰富些，实时性更强些。
4.5 CTCS 4级
CTCS 4级是完全基于无线通信（如GSM-R）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验，点式信息设备提供列车用于测距修正定位基准信息。
CTCS 4级采取目标距离控制模式，列车按移动闭塞或虚拟闭塞方法运行。
虚拟闭塞是准移动闭塞一个特殊方法，它不设轨道占用检验设备，采取无线定位方法来实现列车定位和占用轨道检验功效，闭塞分区是以计算机技术虚拟设定。
移动闭塞追踪目标点是前行列车尾部，留有一定安全距离，后行列车从最高速开始制动计算点是依据目标距离、目标速度及列车本身性能计算决定。目标点是前行列车尾部，和前行列车走行和速度相关，是随时改变，而制动起始点是随线路参数和列车本身性能不一样而改变。空间间隔长度是不固定，所以称为移动闭塞。其追踪运行间隔要比准移动闭塞更小部分。
4.6等级对照
分析CTCS应用等级划分，发觉有以下两个特点：
① 各应用等级均采取目标距离控制模式，采取连续一次制动方法。
这是因为中国列控系统应用起步晚，起点高，所以一步就瞄准了比较优异控制模式。在中国阶梯式和曲线式分级速度控制全部用过，取得了经验，好在并未形成规模，CTCS推荐采取目标距离控制模式是适宜，符合国际列控系统发展趋势。因为列控系统控制模式是其关键特征和性能之一，控制模式决定了闭塞方法和列车运行间隔，从而决定了运输能力，所以说除移动闭塞外，各应用等级关键功效几乎是一样。
② 各应用等级是依据设备配置来划分，其关键差异在于地对车信息传输方法和线路数据起源。
基于国情多信息轨道电路（UM系列18信息）比较成熟，达成国产化程度，所以以它为基础设备之一；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，中国研制还未成熟，暂不于确定，数字轨道电路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对应数据方法，用于较低等级列控系统；点式信息设备传输线路数据方法，增加了线路数据实时性，用于中等级列控系统，至于采取贮存电子地图和点式信息设备提供闭塞区段地址码方法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优势，用于高等级列控系统。

为便于对照，用以下简表归纳

CTCS0
CTCS1
CTCS2
CTCS3
CTCS4
地面 设备
轨道电路
轨道电路、应答器
车站列控中心、
轨道电路、应答器
车站列控中心、GSM-R地面设备、轨道电路、无线闭塞中心
车站列控中心、GSM-R地面设备、无线闭塞中心
车载 设备
通用机车信号、LKJ
主体机车信号、应答器接收装置、LKJ
ATP（含机车信号、应答器接收功效）、LKJ
GSM-R接收模块、ATP
GSM-R接收模块、ATP
地对车信息传输
多信息轨道电路
多信息轨道电路+应答器
多信息轨道电路+应答器
无线通信双向信息传输
无线通信双向信息传输
适用
区段
160km/h及以下
160km/h及以下
200~250km/h提速干线和高速新线
300~350km/h高速新线
特殊新线
对应ETCS

ETCS-1
ETCS-2
ETCS-3

5. 级间关系
（1）符合CTCS规范列车超速防护系统应能满足一套车载设备全程控制利用要求
（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，车载配置如含有条件，在系统故障条件下应许可降级使用
（5）系统级间转换应不影响列车正常运行

6.工作模式
6.1 完全监控模式（FS）
当车载设备含有列控所需全部基础数据（包含列车数据，行车许可和线路数据等），列控车载设备生成目标距离连续速度控制模式曲线，并经过人机界面（DMI）显示列车运行速度、许可速度、目标速度和目标距离等信息，监控列车安全运行。
6.2 调车模式（SH）
当进行调车作业时，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)后和RBC断开连接，退出调车模式（SH)后，再和RBC重新连接。
6.3休眠模式（SL）
该模式用于非本务端列控车载设备。在这种模式下，列控车载设备仍实施列车定位，测速测距，统计等级转换机及RBC切换信息等功效。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。
6.4待机模式（SB）
车载设备上电，实施自检和外部设备测试正确后自动进入模式。此时车载设备严禁列车移动。当司机开启驾驶台后，列控车载设备中DMI投入正常使用。
6.5隔离模式（IS）
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，车载设备不含有安全监控功效。列控车载设备应能够监测隔离开关状态。
6.6部分监控模式（PS）
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许可行车信息，而缺乏应答器提供线路数据时，列控车载设备产生一定范围内固定限制速度，监控列车运行。
6.7机车信号模式（CS）
该模式一样仅用于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级列控系统区段时，依据行车管理措施（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。当列车越过严禁信号后触发紧急制动。
6.8引导模式（CO）
当引导信号机或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，并经过DMI显示列车运行速度、许可速度、目标速度和目标距离等。车载设备根据固定限速40km/h监控列车运行，由司机负责检验轨道占用情况.。