铁道信号列车运行自动控制技术综述

铁道信号列车运行自动控制技术综述

学 生 姓 名： 杨紫薇

学 号： 1230096

专 业 班 级： 铁道通信信号 321616班

指 导 教 师： 高玉 西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）

摘 要

当今世界许多国家铁路的发展都已达到了很高的水平。高速、舒适、安全成了世界高速列车的目标。列车运行自动控制系统是高速铁路信号系统中最重要的技术之一，是高速铁路安全畅通的基础和保障，列车运行自动控制系统可以在列车高速运行的过程中，对列车的各项安全因素，特别是列车运行速度和列车运行的追踪间隔进行精确的控制和管理，在保障列车安全运行的前提下，极大地提升了信号控制系统自动化和智能化的程度，有利地保障了高速铁路列车运行的安全、高效和舒适。

ATC是对列车运行全过程或部分作业实现自动控制的系统，通常是由地面列控中心或无线闭塞中心、轨道电路、地面点式信号设备、车—地传输设备和车载速度控制设备等构成。其特征为列车通过获取的地面信息和命令控制列车运行，并调整与前行列车必须保持的距离，列车运行自动控制系统要求得到实时的列车速度和位置信息，以及这些信息的及时准确传输，因此测速、定位、车—地信息传输及安全性可靠性技术是列车运行控制系统的关键技术。

ATC根据采集的地面信息生成列车速度控制曲线，跟列车的实时速度进行比较控制列车的运行。列车速度控制的方式可分为分级速度控制和速度—目标模式曲线控制两种。

列车位置信息在列车自动控制技术中具有重要的地位，几乎每个子功能的实现都需要列车的位置信息作为参数之一。列车定位是列控系统中一个非常重要的环节。作为列车自动控制系统中的关键技术之一，必须满足精确性、连续性、覆盖性、可靠性和安全性、可维护性的技术要求。列车定位技术主要有轨道电路、应答器定位、GPS定位等方式。

地面与移动的机车之间的信息传递是列车安全运行的关键，目前列车控制系统采用的车—地

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通信方式应答器、轨道电路、轨道电缆以及无线传输方式。

CTCS—2级列控系统是在我国既有线成熟的信号系统技术设备基础上，通过适当增加其它信号设备（如：应答器、车站列控中心、ATP车载设备），构成中国特色、实现目标距离速度控制功能并基于轨道电路的连续式列控系统，与既有线信号系统兼容。

关键词：ATC重要性；ATC基本结构；ATC重要技术 ；既有线CTCS-2

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目 录

铁道信号列车运行自动控制技术综述 ..................................................................................................................... - 1 - 摘 要 ..................................................................................................................................................................... - 1 - 引 言 ..................................................................................................................................................................... - 1 - 1 列车运行自动控制系统的基本知识 ..................................................................................................................... - 2 -

1.1

列车运行自动控制系统基本结构 ........................................................................................................... - 2 - 1.2 列车运行自动控制系统各部分的功能 ....................................................................................................... - 2 - 2 列车运行自动控制系统中的重要技术 ................................................................................................................. - 5 -

2.1 车—地通信技术 ........................................................................................................................................... - 5 -

2.1.1 应答器信息传输方式 ......................................................................................................................... - 5 - 2.1.2 轨道电路信息传输方式 ..................................................................................................................... - 6 - 2.1.3 GSM-R铁路移动通信传输方式 ........................................................................................................ - 7 - 2.2 列车定位技术 ............................................................................................................................................... - 7 -

2.2.1 轨道电路定位 ..................................................................................................................................... - 8 - 2.2.2 应答器定位 ......................................................................................................................................... - 9 - 2.2.3 GPS ....................................................................................................................................................... - 9 - 2.3 速度控制技术 ............................................................................................................................................. - 10 -

2.3.1 分级速度控制 ................................................................................................................................... - 10 - 2.3.2 速度—目标距离模式曲线 ............................................................................................................... - 11 -

3 既有线CTCS-2 ..................................................................................................................................................... - 12 -

3.1 CTCS-2系统结构 ........................................................................................................................................ - 12 -

3.1.1既有线列控系统设备存在主要问题 ................................................................................................ - 12 - 3.1.2 CTCS-2系统基本结构 ...................................................................................................................... - 14 - 3.1.3 CTCS-2系统功能及技术条件 .......................................................................................................... - 16 - 3.2 CTCS-2地面设备 ........................................................................................................................................ - 19 -

3.2.1列控中心 ............................................................................................................................................ - 19 - 3.2.2应答器设备 ........................................................................................................................................ - 20 - 3.2.3轨道电路 ............................................................................................................................................ - 21 - 3.3 CTCS-2车载设备 ..................................................................................................................................... - 22 -

3.3.1车载安全计算机（VC） .................................................................................................................. - 22 - 3.3.2点式信息接收模块（BTM） ........................................................................................................... - 23 - 3.3.3连续式信息接收模块（STM） ........................................................................................................ - 23 -

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3.3.4司机操作界面（DMI） .................................................................................................................... - 23 - 3.3.5列车记录单元(DRU) ......................................................................................................................... - 24 - 3.3.6速度传感器 ........................................................................................................................................ - 24 - 3.4 CTCS-2 控制模式 ....................................................................................................................................... - 24 -

3.4.1完全监控模式（FS） ....................................................................................................................... - 24 - 3.4.2待机模式（SB） ............................................................................................................................... - 25 - 3.4.3部分监控模式（PS） ....................................................................................................................... - 25 - 3.4.4反向运行模式（RO） ...................................................................................................................... - 25 - 3.4.5引导模式（CO） .............................................................................................................................. - 26 - 3.4.6应答器故障模式（BF） ................................................................................................................... - 26 - 3.4.7目视行车模式（OS） ....................................................................................................................... - 26 - 3.4.8调车监控模式（SH） ....................................................................................................................... - 27 - 3.4.9隔离模式（IS） ................................................................................................................................ - 27 - 3.4.10机车信号模式（CS） ..................................................................................................................... - 27 -

结 论 ................................................................................................................................................................... - 29 - 致 谢 ................................................................................................................................................................... - 29 - 参考文献 ................................................................................................................................................................... - 29 -

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引 言

铁路信号与控制原是以继电器为主要器件的分散控制方式，名为信号、联锁、闭塞。从20世纪60年代起电子设备开始引入铁路信号及控制系统，为发展高速铁路的信号与控制设备奠定了技术基础。20世纪70年代初第一代微处理机的问世，使高速铁路信号与控制系统得到了飞速的发展。

新一代铁路信号设备是由列车调度控制系统及列车运行控制系统两大部分组成的。从技术发展的趋势看是向数字化、网络化、自动化与智能化的方向发展。它的作用是保证行车安全、提高运输效率。节省能源、改善员工劳动条件。

进入20世纪90年代，世界上已有许多国家开发了各自的列车运行控制系统，其中，在技术上具有代表性且已投入使用的主要有：德国的LZB系统，法国的TVM300和TVM430系统，日本新干线的ATC系统等，这些系统的共同特点是：可以实现自动连续监督列车运行速度，可靠地防止人为错误操作所造成的恶性事故的发生，保证列车的高速安全运行。它们之间的主要区别体现在控制方式、制动模式及信息传输等形式方面。

中国近几年来，对国外列车控制系统进行了较深入的研究，对列车控制模式、轨道电路信息传输、轨道电缆信息传输等方面都已取得不少的成果。至今为止全路已进行了六次全面大提速，第六次大面积提速的一个突出特点就是开行了时速200公里的动车组，这是中国铁路改革发展史上的转折点。既有线改造开行200km/h列车是世界既有线改造提速的最高速度，代表着世界先进技术的最前沿，标志着我国铁路建设已经跨入世界一流水平。

本文对列车运行自动控制系统，着重对既有线CTCS-2做了技术解析。

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1 列车运行自动控制系统的基本知识

列车运行自动控制系统ATP是对列车运行全过程或部分作业实现自动控制的系统。其特征为列车通过获取地面信息和命令控制列车运行，并调整与前方运行列车必须保持的距离。

1.1 列车运行自动控制系统基本结构

列车运行自动控制系统通常是由地面控制中心或无线闭塞中心、轨道电路、地面点式信号设备、车—地传输设备和速度控制设备等构成，如图1.1所示。列车运行自动控制系统中列车通过车—地通信将列车的信息传输给地面控制中心，来控制列车运行速度，并调整与前行列车之间的距离，以实现对列车运行自动控制。列车运行自动控制系统可分为地面设备和车载设备两部分。

图1.1列车运行自动控制系统基本结构

1.2 列车运行自动控制系统各部分的功能

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（1）地面设备

地面设备根据行车命令、列车进路、列车运行状况和设备状态，通过安全逻辑运算产生控车命令，然后把控车命令传送给车—地信息传输设备。地面设备主要完成以下功能：

① 查列车的位置；

② 采集线路数据（固定数据）；

③ 确定行车许可终点；

④ 向列车传送允许速度、线路参数等信息。

（2）车载设备

车载设备是对列车进行操作和控制的主体，具有多种控制模式，并能够适应轨道电路、点式传输和无线传输多种车—地信息方式。车载设备主要完成以下功能：

① 测速测距；

② 列车定位；

③ 接收地面信息；

④ 根据接收到的地面信息、列车特性等，计算出列车控制模式曲线；

⑤ 根据列车的实际运行速度及控制制动模式曲线来控制列车的运行状态；

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⑥ 提供人机界面功能；

⑦ 记录列车的运行状态及司机的操作。

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2 列车运行自动控制系统中的重要技术

2.1 车—地通信技术

列车运行自动控制系统的车载设备完全靠地面控制中心发送的行车信息控制命令进行行车，并实时监督列车的实际速度和地面允许的速度指，当列车速度超过地面行车限速时,车载设备将实施制动，保证列车的运行安全，因此车—地信息传输直接影响着行车安全，是列车运行自动控制系统的关键技术之一。

2.1.1 应答器信息传输方式

应答器设备用于向列车控制系统传送线路基本参数、线路速度、特殊定位、列车运行目标数据、临时限速、车站进路等固定和实时可变的信息，用于在特定地点实现地面与列车间的相互通信。利用应答器进行信息传输的方式已经广泛应用。在中国的列车运行控制系统中应答器在CTCS1级、CTCS2级中都发挥着重要作用。应答器安装在轨道中间，如图2.1所示。当列车进过时，应答器会以编码信息的形式将信息发送到车载设备。

图2.1应答器

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（1）应答器信息传输设备的组成

应答器设备一般包括：地面设置的无源应答器、有源应答器、应答器地面电子单元（LEU）以及应答器读写工具等设备；车上设置的应答器信息接收模块（BTM）、应答器接收天线。

（2）应答器的分类

应答器根据报文的来源不同，可分为有源应答器和无源应答器，也可称为可变数据应答器和固定数据应答器。

① 无源应答器：无源应答器储存固定信息，无需安装电缆或者其他设备，其信息一旦固定在应答器后，只能原封不动地读出，不可改变。可提供诸如里程标、区间长度、限速值、坡道值等信息。

② 有源应答器：有源应答器储存可变信息，有源应答器通过电缆与地面电子单元（LEU）连接，可实时发送LEU传送的数据报文。可提供实时信息，如股道号、进出站、通过等。

2.1.2 轨道电路信息传输方式

轨道电路是信号的关键基础设备之一，借助它可以监督列车在线路上的运行情况，并利用它可以连续传递与行车有关的各种信息，是一种传统的车—地信息传输方式。在列车运行自动控制系统中应用较广泛。

法国TVM列车运行自动控制系统主要采用UM系列轨道电路，主要有UM71以及后来采用的数字轨道电路UM2000，日本高速铁路列车运行自动控制系统也采用数字轨道电路传送行车信息。我国CTCS0级、CTCS1级以及CTCS2级采用ZPW-2000型轨道电路。

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2.1.3 GSM-R铁路移动通信传输方式

GSM—R是一种专门为铁路设计的专业无线数字通信系统，基于GSM系统技术平台，针对铁路通信列车调度、列车控制、支持高速列车等特点，为铁路运营提供制定的附加功能的一种经济高效的综合无线通信系统。2002年以来铁路部门经过几年的研究，决定借鉴欧洲先进国家铁路通信在GSM—R系统上成功经验，在国内选择GSM—R作为铁路专用移动通信系统，代替原有的模拟通信系统，支持铁路跨越式发展，首批试点线路为青藏线、大秦线和胶济线，并在实验成功的基础上逐步在全国各条铁路干线和新建城际客运专线上推广使用。

2.2 列车定位技术

由于轨道交通列车运行密度大、车站间距近安全性要求高，列车需要实时了解列车在线路中的精确位置，从而实时、动态地对每一列车进行监督、控制调度及安全防护，在保证列车运行安全的前提下，最大限度地提高系统的效率，为乘客提供最佳服务。

作为列车运行自动控制系统中的关键技术之一，列车定位技术必须满足以下要求：

① 精确性

② 连续性

③ 覆盖性

④ 可靠性和安全性

⑤ 可维护性

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2.2.1 轨道电路定位

轨道电路绝缘节是闭塞分区的分界点，绝缘节的位置在线路上是固定的，绝缘节两边传输的信息不同，所以列车可以通过接受信息的变化了解通过绝缘节的时机。轨道电路是最简单也是最传统的列车定位设备，轨道电路既可以实现列车定位，又可以检测轨道的完好情况，是一种高安全、高可靠性的列车检测、定位方法。

（1）轨道电路定位的优点：

① 轨道电路既可以实现列车检测定位，又可以检测轨道的完好情况，满足故障—安全原则。

② 轨道电路采用列车的运行轨道—钢轨作为列车定位的信息传输通道，这个通道同时又可以作为列车运行自动控制系统的信息传输通道，节省了大量设备，具有较高的性价比。

③ 技术成熟。轨道电路是目前使用最多、使用时间最长的列车定位方法，经过几十年的发展积累了丰富的施工、维护经验。

④ 适用速度范围宽，无论是高速低速均可使用。

（2）轨道电路定位的缺点：

① 定位误差大。有它所实现的定位是以轨道电路长度作为最小定位单元，车在区段的始端还是终端是无法判断的。

② 传输距离有限。轨道电路的电气特性是与传输的信息频率相关的，频率越高，传输衰耗越大，信息传输距离越远。

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③ 设备维护量大。继电器使用寿命有限，因此维护费用较大。为了保证轨道电路的良好电气特性，需要经常进行测试与调整。

2.2.2 应答器定位

应答器不仅可以作为列车定位技术的信标，通常也把它作为车—地通信的信道，在一些对速度有特殊要求的地点如弯道、坡道的始终端设置地面应答器，把一些固定的地理信息如列车运行前方的弯道曲率及长度、坡道坡度及长度、限速区段长度及限速值等固定信息和位置信息一起储存在应答器储存器中，当列车经过应答器时可以将这些信息一起读入。

应答器定位的特点：

① 应答器既可以实现列车定位，也可以作为点式信息传输的通道。

② 定位精度比较高，可以达到5m。

③ 维护量大，沿线分布大量的应答器，需要大量的人工，且不便于设备的维护保养和线路的养护。

④ 信息在列车驶过下一个应答器装置后才能得到更新，这种时间上的延误会给列车运行造成不利的影响。

2.2.3 GPS

GPS是利用空间卫星作为导航台完成无线定位的系统，可以提供高精度、可连续的、实时的、三维坐标、三维速度分量的定位系统。该系统包括GPS卫星（空间部分）、地面支撑系统（地面监控部分）和GPS接收机（用户部分）三部分组成。

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GPS定位的缺点：

① 在周围阻挡物多的地方，例如城市、树林、山区、隧道等，列车的定位精度受到影响，甚至无法定位。

② 装有接收机列车与差分台的距离不宜太远，否则会影响定位精度，所以要有差分台接续措施。

③ GPS对卫星故障十分敏感，一旦一颗卫星失效，就会出现GPS性能恶化，所以不能单一地将GPS定位信息作为列控安全防护系统的位置参数。

④ 这个系统是由美国国防部操作的，过于依赖该系统会受制于人。

2.3 速度控制技术

列车运行控制系统根据采集的地面信息，生成列车速度控制曲线，跟列车的实际速度进行比较以控制列车的运行。因此速度控制曲线的生成与实际速度地测量直接影响着列车运行地安全。

2.3.1 分级速度控制

分级速度是以一个闭塞分区为单位，根据列车运行的速度分级，对列车运行进行速度控制。分级速度控制系统的列车追踪间隔主要与闭塞分区的划分、列车性能和速度有关，而闭塞分区的长度是以最坏性能的列车为依据并结合路线参数来确定的。分级速度控制又可以分为阶梯式和分级曲线式。

（1）阶梯式速度控制方式

阶梯式速度控制方式可不需要距离信息，只要在停车信号与最高速度间增加若干中间速度信号，

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即可

实现阶梯式速度控制方式。阶梯式速度控制方式又分为出口速度检查和入口速度检查两种方式。

① 出口速度检查控制方式

该方式要求列车在闭塞分区内将列车速度降低到目标速度，设备在闭塞分区出口进行检查，如果列车实际速度未达到目标速度以下则设备自动进行制动。该方式要求停车信号后方要有一段安全防护区。

② 入口速度检查控制方式

列车在闭塞分区入口处接受到目标速度信号后立即以此速度进行检查，一旦列车超速，则进行制动使列车速度降低到目标速度以下。

（2）分级曲线式速度控制方式

每个闭塞分区给定一个目标速度。控制曲线把闭塞分区允许速度的变化连续起来。地面设备传送给车载设备的信息是下一个闭塞分区的速度、距离和线路条件数据，该方式要求每个闭塞分区入口速度和出口速度用曲线连接起来，形成一段连续的控制曲线，由于没有提供至目标点的全部数据，所以系统生成的数据是分级连续制动模式曲线。列车速度超过限速曲线时，列车设备实施制动，为防止冒进信号发生追尾，仍安全防护区段。

2.3.2 速度—目标距离模式曲线

速度—目标距离模式曲线是根据目标速度、线路参数、列车参数、制动性能等确定的反映列车允

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许速度与目标距离间关系的曲线。速度—目标距离模式曲线反映了列车在各个位置的允许速度值。列控车载设备根据速度—目标距离模式曲线实时给出列车当前的允许速度，当列车实际速度超过当前允许速度时，自动实施常用制动或紧急制动，确保列车在停车点前停车。

3 既有线CTCS-2

CTCS-2级列控系统是在我国既有线成熟的信号系统技术设备基础上，通过适当增加其它信号设备（如：应答器、车站列控中心、ATP车载设备），够成具有中国特色、实现目标距离速度控制功能并基于轨道电路的连续式列控系统。CTCS-2为统一制式，与既有线信号系统兼容。ATP地面设备与ATP车载设备采用一体化系统设计，适应于200km/h线路。

3.1 CTCS-2系统结构

3.1.1既有线列控系统设备存在主要问题

（1）闭塞设备方面

我国铁路自动闭塞2万公里，其中交流计数自动闭塞3100多公里，极频自动闭塞近1700公里，4信息移频4500多公里。这些制式技术落后，安全性差，存在信息量不足，应变时间过长，抗干扰能力差，不适应电化等问题，在发展CTCS时必须逐步淘汰。

18信息移频自动闭塞采用了大规模集成电路和软件技术，信息量达到18个，与60年代末期相比，技术上有很大进步，但其载频选择、调制频偏等一直没有改变， 固有问题没有得到解决，例如轨道电路传输特性差，存在邻线干扰、半边侵入和低频信息不统一等问题。由于丧失分路或邻线干扰而导致的机车信号升级等事故时有发生。特别是不具备断轨检查功能，甚至将钢轨移走一节，信号可照旧开放，存在一定安全隐患。

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（2）站内电码化方面

我国站内轨道电路制式与区间完全不同，由于使用单一频率，只具有检查列车占用功能，不能向机车传送信息，因而存在三大问题：

① 向机车信号传送信息的站内电码化是“两层皮”结构，不能实现闭环检查；

② 侧线接发车以及半自动闭塞区段的正线发车不能做到进路电码化，咽喉区无码，不能及时反映信号变化；

③ 我国车站联锁为满足调车作业与提高效率要求，站内轨道区段划分过短，当列车超过一定速度后短区段保证不了信息完整接受，容易出现掉码闪白灯问题。

（3）机车信号方面

提速后，通用机车信号虽已普及，但仅解决了不同制式兼容套跑问题，其安全性没有得到明显改善，距主体化机车信号车载设备的标准仍有很大差距。若要机车信号主体化，除对地面设备进行强化改造外，车载机车信号也必须同步升级改造，使之达到故障安全和高可靠性的要求。

（4）监控装置方面

机车监控装置的普及和不断提升，对加强司乘人员规范管理，防止“两冒一超”发挥了重要作用，但从ATP所要求的故障安全来看，还存在以下问题：

① 信息源头不可靠。监控装置的安全防护功能是建立在现有机车信号基础上的。机车信号在没有达到主体化之前，尚存在一定的安全和可靠性问题，只能作为辅助信号。因此，建立在这样信息源头

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基础上的系统，其安全防护功能也是不可靠的。

② 未实现故障安全。监控装置发展到2000型，采用了冗余技术和先进器件，但距故障安全要求还有一定的差距，需从软件方面按故障安全的原则进行改造。

③ 人工干预较多。限于现有信号技术水平和装备水平，监控装置必须依靠司机人工输入大量数据和进行人工修正。若司机人工干预错了，将可能导致不安全的后果。这不符合ATP的基本原则。

④ 接口非故障安全。监控装置从机车信号仅获得8个灯位信息不能满足速度监控需要，要通过机车信号速度编码接口，区分同一灯位不同的速度。速度值是安全信息，但目前的接口是非动态安全电路，混线后可能导致危险的后果。

⑤ 非车-地一体化系统设计。从世界各国铁路ATP技术发展来看，系统只有按ATP的技术条件和车-地设备一体化系统设计，才能实现高安全、高可靠的要求。历史的看，我国的自动闭塞、机车信号、监控装置都是先后投资，分步建设安装的，整个系统未按ATP来定位设计，是以“搭积木”的方式逐步拼装发展起来的，存在一定的安装弊端。

3.1.2 CTCS-2系统基本结构

CTCS-2是基于点式应答器、轨道电路传输列车运行控制信息的点连式系统。主要有车载设备和地面设备两部分组成，如图3.1所示。

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图3.1 CTCS-2列控系统结构

（1）车载设备

① 车载安全计算机：车载安全计算机是列控车载设备的核心。它从列控车载的各个模块获取信息，根据列车运行速度、线路坡度、轨道电路的状态等信息，检测列车的确定位置，生成相应的控制速度与目标距离模式曲线，得到列车行车许可后，生成制动模式曲线，并与控制速度与目标距离模式曲线进行比较，当必要的情况则对列车输出制动信息，使列车能够安全运行。

② 连续式信息接收模块（STM）：连续式信息接收模块通过STM天线感应出轨道电路的信息，由软件解调出信号的载频和低频信息，并将这些信息传递给安全计算机，从而为生成制动模式曲线提供数据信息，并且将原始信息提供给LKJ监控装置。

③ 点式信息接收模块（BTM）：点式信息接收模块BTM主要是利用应答器进行工作。在列车运行的过程中，点式信息接收模块通过BTM天线，不断地向地面发送信号。当列车经过地面应答器时，地面应答器被激活将预先储存的报文信息传输给BTM接收模块，BTM接收模块将报文信息进行处理后传输给车载安全计算机，从而为生成制动模式曲线提供数据信息。

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④ 司机操作界面（DMI）：DMI是人机接口设备。为司机提供列车数据的显示，数据主要包括列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等信息。

⑤ 速度传感器：测速和测距是通过速度传感器来实现。速度传感器安装在动车组车端两头的第二轴和第三轴上，将各轴的转速转换成电信号后进行输出给车载安全计算机。

⑥ 列车记录单元：DRU通过接口与连续信息接收模块、监控装置、车载安全计算机相连，获取列控车载设备的输入输出信息。

⑦ 机车接口单元：ATP车载设备与动车组的接口均为继电接口。

（2）地面设备

① 车站列控中心（TCC）：是地面列车运行控制的核心，传输车站联锁、列车超速防护系统所需要的全部地面信息。

② 地面应答器：是一种用于地面向列车信息传输的点式设备，分为有源应答器和无源应答器。主要用途是向列控车载设备提供可靠的地面固定信息和可变信息，也能向车载子系统发送报文信息。

③ 轨旁电子单元（LEU）：接收外部发送的应答器报文并连续向应答器转发。每台LEU可以连续向4台有源应答器发送不同信息内容的报文。

3.1.3 CTCS-2系统功能及技术条件

（1）系统功能

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① 操作功能：车载设备的启动和检测、列车和司机的数据输入、调车、部分监控、完全监督、CTCS2车载设备的隔离、与现有列车控制系统和防护系统的兼容性。

② 基础设施功能：基础设施的数据收集、运行权限终点、对列车驶入被占用轨道区段的监控、对车挡的监控、线路设备的临时隔离。

③ 车载功能：列控数据采集，静态列车速度曲线计算、动态列车速度曲线的计算、缓解速度的计算、列车定位、速度的计算和表示、运行权限和限速在DMI上的表示。运行权限和速度的监控，在任何情况下防止列车无行车允许的运行，防止列车超速运行，防止列车溜逸。列车超速时，车载设备的超速防护具备采取声光报警、切除牵引力、动力制动、空气常用制动、紧急制动等措施。车载设备发生故障时，及时报警提醒司机乘务员并对故障设备进行必要的隔离。司机行为的监控、反向运行防护、CTCS-2信息的记录。

④ 车站列控中心功能：根据其管辖范围内列车位置、联锁进路以及线路限速状况等信息，确定各列车运行许可，并通过轨道电路及点式应答器实现传送给相关列车。

⑤ 其他功能：级间转换功能、车载设备发生故障后隔离功能、不同条件下，多种监控模式等。

（2）技术条件

① 一般规定

a. 符合CTCS技术规范的要求。

b. 车载设备的信息来源于轨道电路和点式信息设备并在嵌入的运行管理记录单元中设置车载数据库，同时预留无线通信与列车通信网络的接口。

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c. 车载设备可通过安全设定选择列车的最高运行速度等级，保证机车可牵引不同等级的车列。

d. 跨线运行时，车载设备应满足全程控车要求，地面应进行相应改造。

e. 车载设备具有识别上下行功能。

f. 适应双线双方向或单线双方向运行的要求。

② 基本要求

a. 防止列车冒进禁止信息号，应根据系统安全要求设置安全防护距离。

b. 应具有冒进防护措施。

c. 防止列车越过规定的停车点。

d. 防止列车超过允许速度、固定限速和临时限速运行，临时限速命令由调度中心或本地限速盘给出，限速等级及区域应满足运营需要。

e. 应具有车尾限速保持功能。

f. 防止列车超过规定速度引导进站。

g. 防止机车超过规定速度进行调车作业。

h. 车轮打滑和空转不得影响车载设备的正常工作。

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3.2 CTCS-2地面设备

3.2.1列控中心

车站列控中心是设于各车站的列控核心安全设备，采用二乘二取二安全冗余结构，适用于装备计算机联锁、6502电气集中、CTC或TDCS的车站。列控中心根据调度命令、进路状态、线路参数等，产生进路及临时限速等相关控车信息，通过有源应答器传送给列车。

（1）列控中心主要功能

① 车站列控中心从CTC或TDCS获得统一时钟，并按统一时钟进行系统管理和控制。

② 车站列控中心设备相应时间不大于1s。

③ 车站列控中心采用统一的标准，具有通用性。

④ 在CTC或TDCS的车站车务终端上设有特定的列控中心人机界面，采用统一的格式，包括输入、确认、显示方式等，应于既有车站车务终端的有关规定和格式统筹考虑。

⑤ 具有完备的维护、测试、管理手段，具有软件功能测试端口，并能进行脱机测试。

（2）系统接口

① 与CTC/TDCS接口（P口）：P口为车站列控中心与TDCS或CTC站机联锁的接口，属于安全通信接口，采用标准异步RS422串行接口，TDCS/CTC的双机之间形成交叉互连的冗余通道。车站列控中心接收CTC/TDCS的时钟信息，与本身的时钟进行校核，时差超过30s时采取相应的安全措施，

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同时报警提示。车站列控中心还通过TDCS分机或CTC自律机，获得临时限速信息，并将临时限速的设置结果实时向CTC或TDCS车站、调度中心反馈。

② 与计算机联锁系统接口（Q口）：Q口为车站列控中心与计算机联锁系统的接口。车站列控中心从计算机联锁系统获得车站进路和实时信息。在车站发车进路、离去区段有临时限速时，列控中心根据牵引计算及动车组制动需要，向计算机联锁系统输出进站信号机点黄灯、接近区段轨道电路发黄码等控制条件，由联锁控制及驱动。在临时限速设置的逻辑错误、列车控制中心设备与相关设备通信故障、LEU设备故障时，列控中心及时通过该接口在车务终端上报警并提示。

③ 与地面电子单元（LEU）接口（S口）：S口为车站列控中心与地面电子单元（LEU）的接口，属于安全通信接口，采用标准异步RS422串行接口。列控中心向LEU发送实际报文，LEU实时向有源应答器传送，同时实时接收LEU传送的自检测、监测与有源应答器间通信状态等数据。

④ 与车站微机监测系统连接（R口）： R口为车站列控中心与车站微机监测系统的接口。列控中心自动将自身、LEU及相关通道自检、自诊信息向车站微机监测系统传送。列控中心应具有自检、自诊监测功能，含有源应答器的监测、接口与通道监测、值班员操作过程实时记录，并向车站微机监测系统传送相关信息。

3.2.2应答器设备

应答器安装在轨道中间。当列车经过时应答器会以编码信息的形式将信息发送到车载设备。根据报文来源不同，可分为有源应答器和无源应答器。

（1）应答器设置规则

① 进站信号机处设置有源应答器，提供接车进路参数及临时限速信息。接车进路建立后，进站应

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答器发送相应的接车进路信息。具有直股发车进路的股道应提供直股发车、前方一定距离内的线路参数和临时限速信息。

② 车站出站口处设置无源应答器和有源应答器。无源应答器提供前方一定距离内线路参数：有源应答器提供前方一定距离内的临时限速。出站信号机处（含股道）原则上不设置应答器。ATP车载设备通过成对的应答器识别运行方向。

③ 区间间隔3~5km设置无源应答器，提供正向运行前方一定距离内的线路参数及定位信息，原则上设置在闭塞分区分界处。进出站口外，区间可不设置专用于反向运行的应答器。

④ 根据需要可设置特殊用途的无源应答器，如CTCS级间转换等。CTCS级间转换应分别设置具有预告、执行、检测功能的固定信息应答器。预告点和检查点随运行方向改变功能。级间转换应答器可与区间应答器合用。

⑤ 应答器的正线线路参数应交叉覆盖，实现信息冗余。各应答器内应同时提供前方一定距离内的线路数据，且各应答器位置信息应提供给列车运行监控记录装置。

3.2.3轨道电路

轨道电路完成列车占用检测及列车完整性检查，连续向列车传送控制信息。CTCS-2采用既有的ZPW-2000系列无绝缘轨道电路，如图3.2所示为ZPW-2000系统构成图。

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图3.2 ZPW-2000结构原理

3.3 CTCS-2车载设备

3.3.1车载安全计算机（VC）

车载安全计算机总体结构采用硬件冗余结构，关键设备均采用2×2取2的方式。包括8块卡板，采用RS422方式与其他车载设备进行通信。采用两套4个CPU构成二乘二取二系统。每套系统均由功能完全相同的CPU构成。所谓二取二即在一套系统上集成双套CPU系统。双套系统严格同步，实时比较。只有双机运行一致时才对外输出或传输运算结果。如果两个CPU处理结果不一致，则说明系统故障。单个系统故障后，则对其进行隔离，对系统运行无影响。如果两个系统均故障，则输出制动命令。“二乘”的作用为上述双机组合取用两组，可采用双机热备或并用方式。

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3.3.2点式信息接收模块（BTM）

一个BTM模块包含电源板、接收板、传输板和接口板。BTM是一个采用二取二技术的故障-安全模块。它通过应答器信息接收天线接收地面应答器的信息，并通过一个专用信息接口和安全计算机同步。同时它还提供通过应答器中点式的确切时间，这一时间足够精准，能够让ATP车载设备在几厘米的准确范围内进行列车定位校准。

3.3.3连续式信息接收模块（STM）

STM是安全模块，可接收ZPW-2000系列轨道电路及4信息、8信息、18信息等传统移频轨道电路的信息。STM及时传输地面轨道电路信息给安全计算机和列车运行监控记录装置。

3.3.4司机操作界面（DMI）

DMI为配备有带按钮的液晶显示器，屏幕尺寸为10英寸，如图3.3所示。

3.3 司机操作界面

显示单元安装在驾驶室，便于设备通风，且避免阳光直射的位置。DMI通过声音、图像等信息向

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司机告知列车各种信息以及ATP的状态，提醒驾驶员执行相应的操作。DMI安全等级为SIL2级。各ATP车载设备应采用统一的显示界面和司机才做规程。ATP车载设备应具备的输入手段，全部信息通过ATP车载设备输入，但非安全信息也可由列车运行监控记录装置提供。

3.3.5列车记录单元(DRU)

DRU通过接口与连续信息接收模块、监控装置、车载安全计算机相连，获取列控车载设备的输入输出信息，将行车及列控车载设备自身运行状况等关键数据记录到系统中，并可通过读卡器将数据下载到地面分析管理计算机，维护人员根据下载读取记录卡获取列车的运行信息，进行设备运行状态的综合分析。

3.3.6速度传感器

测速和测距是通过速度传感器来实现的。速度传感器安装在动车组两头的第二轴和第三轴上，将各轴的转速转换成电信号后进行输出给车载安全计算机。由于该信号的频率与列车的速度相关，车载安全计算机通过对该频率的计算来实现测速和测距。ATP的车载设备的测速系统要求配置两套速度传感器。ATP车载设备的速度传感器需要于机车配置，但可以为机车及其他车载设备提供速度通道。

3.4 CTCS-2 控制模式

3.4.1完全监控模式（FS）

本模式是CTCS-2中最普通的模式，当车载设备具备控车所需的基本数据(轨道电路信息、应答器信息、列车数据)时，ATP车载设备转入本模式，在本模式下列车判断自身位置和停车位置后，产生一次制动速度模式曲线并能通过DMI显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等，控制列车安全运行。

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3.4.2待机模式（SB）

如果预先选择了CTCS-2，投入电源后，系统就直接转入本模式。在本模式下ATP车载装置的接收轨道信息、接收应答器信息等功能有效，但不进行速度比较等控制，同时，无条件地输出制动，能自动启动防溜逸控制功能。

3.4.3部分监控模式（PS）

（1）若ATP 车载设备接收到轨道电路允许行车信息，但线路数据缺损时，ATP车载设备产生固定速度，控制列车运行。

（2）连续两组及以上应答器的线路数据丢失，列车在ATP车载设备已查询到的线路数据末端前触发常用制动，当列车运行速度低于120km/h后，提供允许缓解提示，司机缓解后，ATP车载设备根据线路最不利条件，产生监控速度曲线（最高速度120km/h），控制列车运行。

（3）侧线发车，ATP车载设备根据股道轨道电路信息（根据道岔限速发生UU码或UUS码），形成并保持固定速度（至出站口），控制列车运行。

（4）引导接车，ATP车载设备收到接近区段的轨道电路信息，形成并保持固定速度（20km/h），监控列车运行。

在“既有线200km/h动车组列控系统车载和地面设备配置及运用技术原则（暂行）”上，由于在引导到达中进站都定义成部分监控模式。

3.4.4反向运行模式（RO）

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反向运行模式是指上行列车运行在下行线，或下行列车运行在上行线时ATP的工作模式。出站时在出站口接收有源应答器通知反方向运行的信息包，列车到达该信息包显示的位置时，ATP就进入此模式。反向运行中在站间几乎所有轨道电路上，只有27.9HZ的VLF，但进入下一站进站口前方2个轨道电路时就能收到一般码。在该轨道电路上收到的码，如果不是意味着停车的HU等，列车就可以进入站内。在站间，可从区间应答器得到对应列车运行方向的静态限速、轨道电路长度和坡度等线路依据。如果不能接收27.9HZ并且无法正常接收正常信号时，ATP车上装置输出常用制动停车。

3.4.5引导模式（CO）

车站信号设备等故障以及不能接收应答器线路数据时本模式是极为有效的。车站设备发生故障时，地面信号设备对轨道电路传输HB码。车载ATP装置接收此HB码转入本模式时生成一定的核对速度曲线，只有超过此速度时才触发制动，另外每经60s之内或运行200m以前按下警惕开关，否则ATP将触动紧急制动。

3.4.6应答器故障模式（BF）

如果得不到来自应答器的线路数据，即使接收到轨道电路的正确信息，ATP也不会生成正规的速度目标模式曲线。当ATP 在完全监控模式下正常运行时，一旦不能正确接收来自应答器的线路数据，从没有前方线路数据的点开始，ATP车载装置使用的工作模式。在这种模式下，ATP车载设备虽然不能正确认识自己位置，但能识别轨道电路信号的变化，所以控制曲线为部分的曲线形状。

3.4.7目视行车模式（OS）

ATP车载显示禁止信号，列车停车后，根据行车管理办法（含调度命令），司机经特殊操作（如按压专用按钮），ATP生成固定速度（20km/h），列车在ATP监控下运行，由司机对安全负责。手信号引导接车时，转为目视行车模式。区间停车时，ATP车载设备根据轨道电路信息和已收到的线路

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参数形成出口速度0km/h 的监控速度曲线。停车后，若地面设备为故障状态，可转为目视行车模式。

3.4.8调车监控模式（SH）

车列进行调车作业时，司机经特殊操作（如按压专用按钮）后，转为调车模式，ATP生成调车速度，控制列车运行。牵引运行时，速度40km/h。推进运行时，速度30km/h。

3.4.9隔离模式（IS）

ATP车载设备故障，触发制动停车后，根据故障提示，司机经特殊操作，ATP车载设备控制功能停用，在该模式下司机按调度命令行车。若仅BTM失效，ATP车载设备提供机车信号，可人工转换为LKJ控制列车。ATP车载设备发生故障，制动器保持制动的状态，这时需要移动，行走车辆。本模式就是这时的模式。

3.4.10机车信号模式（CS）

运行在CTCS2以外区段的模式。另外，虽然运行在CTCS2区段，但ATP车载装置不输出制动，安全全靠其它装置，或者是司机来确保。ATP车载设备在这个模式下，STM或者BTM的接收信息功能，位置识别功能等作用，所以具备向CTCS2区间移动的准备动作。

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结 论 致 谢 参考文献