1、列车运行控制系统 张亚东 博士 西南交通大学 2014 年第三章 列控系统基本原理与组成 2 2014/12/11列控如何实现其作用？ 间隔控制、速度防护 采取的技术：闭塞与防护行车闭塞 行车闭塞：按照一定的规定和信号设备组织 行车，对追踪列车进行间隔控制，避免列车 追尾或相撞。（时间或空间） 时间闭塞法：列车按照规定好的时间从车站 发车，前行列车和追踪列车之间保持一定的 时间间隔的行车方法。（基本不使用） 空间闭塞法：将线路划分为若干个区段，在 每个区段内同时只准许一列列车运行的行车 方法。（广泛应用）闭塞发展历程 站间闭塞( 人工闭塞、半自动闭塞、自动站间闭塞) 用于单线区段 三显示、四显
2、示自动闭塞 用于双线区段，追踪运行 准移动闭塞 （虚拟闭塞） 移动闭塞人工闭塞 采用电气路签或路牌作为列车占用该区 间的凭证，由接车站值班员检查区间是 否空闲。 特点：交接凭证和检查区间状态都要依 靠人工完成，难以避免人工失误。站间闭塞 半自动闭塞 以出站信号机的允许信号显示作为发车凭证，发车 站的出站信号机(或线路所的通过信号机)必须经两站同 意，人工办理闭塞手续后才能开放，列车凭信号发车后， 出站信号自动关闭。继电半自动闭塞是以继电电路的逻 辑关系完成区间的闭塞的。必须人工办理闭塞、人工确 认列车完整到达、人工复原闭塞。站间闭塞 自动站间闭塞 在半自动闭塞的基础上，增加区间占用检查 设备，
3、自动检查区间占用或空闲，自动办理闭 塞手续，列车凭信号发车后，出站信号自动关 闭，列车到达后自动确认列车完整性和闭塞复 原 ，构成自动站间闭塞。不需要人工办理闭塞 和到达复原。自动闭塞 将站间划分为若干个闭塞分区，设置闭塞分区占用检查 设备，每个闭塞分区的起点装设通过信号机，根据列车 运行及轨道占用检查，自动控制信号机的显示，司机凭 信号显示行车。办理发车进路时自动办理闭塞手续，通 过信号自动变换。可以实现站间的列车追踪运行，提高 了运输效率。应用于双线铁路。三显示自动闭塞 绿灯（通行）：表示前方两个闭塞分区空闲，列车 可以按规定速度运行； 黄灯（警惕）：表示前方只有一个闭塞分区空闲， 列车可
4、以越过黄灯后再开始制动； 红灯（停车）：表示列车在红灯前停车。 信号没有速度含义，仅表示前方闭塞分区是否空闲 以及空闲状态，称为进路式信号 。三显示自动闭塞追踪间隔 L=L 目 +2L 分 +L 接 +L 车 追踪时间 T=L/v 其中： v为列车平均速度。 闭塞分区的设计：考虑机车类型（制动性 能）、牵引重量、线路参数等、信号机的 显示距离及设置位置等。四显示自动闭塞 （在我国最高时速160km的干线铁路） 绿灯（通行）：表示 160/160 ，入口速度为 160km/h ， 出口速度（即目标速度）为 160km/h ； 绿黄（警惕）：表示 160/115 ，入口速度为 160km/h ，
5、出口速度（即目标速度）为 115km/h ； 黄灯（限速）：表示 115/0，入口速度为115km/h，出 口速度（即目标速度）为 0km/h ； 红灯（停车）：表示 0km/h，即前方占用，不得冒进。 信号有明确的速度含义，称为速差式信号 。追踪间隔 L=L 目 +3L 分 +L 接 +L 车 追踪时间 T=L/v 其中： v为列车平均速度。 绿黄是警惕信号 ，可以越过绿黄后再开始 减速；黄灯是限速信号 ，越过黄灯时必须 减速到规定的限速值。 闭塞分区的设计 ：两个闭塞分区满足列车 全制动的要求、每个闭塞分区的长度满足 每一级速度差的制动距离、考虑制动性能 最差的列车、线路参数等。追踪列车之
6、间的追踪间隔距离，必须始终大于后车的制动 距离（即在最不利条件下列车停车所需要的最大距离），保证 两车不会追尾。 三显示用 一个闭塞分区满足列车全制动距离的需要，四显示用 两个较短的闭塞分区满足列车全制动距离的需要，适应了提速 的需求，缩短了列车追踪间隔，提高了运输能力。 前列车位置 限制速度 四显示 三显示 四显示 追踪位置 三显示 追踪位置 四显示追踪 三显示追踪技术指标 三显示 四显示 闭塞分区长度 长 短 追踪间隔距离 ( 米 ) 6000 5000 追踪间隔时间 ( 分钟 ) 810 6 制动分区数 12 灯光种类 34 允许速度 120km/h 160km/h 通过能力 较低 较高
7、准移动闭塞 目标点、制动点 基础数据：行车许可、线路数据、列车数 据 列控车载防护采取目标距离速度防护模式 追踪间隔由目标距离速度曲线决定18 2014/12/11 虚拟闭塞 闭塞分区是虚拟的，取消轨道占用检测设备和区间 信号机。 存储在地面闭塞中心的线路数据库（电子地图）将线 路划分为若干虚拟的闭塞分区，并设置虚拟信号防护。 车载定位系统确定列车位置，报告给地面，地面闭 塞中心确定列车所在的虚拟闭塞分区，控制虚拟信号 的显示。19 2014/12/11 固定闭塞中轨道占用是以分区为单位。而列车 在轨道上只是占用与其长度相同的轨道。 只需给移动的列车“划分”与列车长度相当的、 随列车运行而“移
8、动”的轨道线路，追踪列车 的目标点是前行列车的尾部加一个安全距离， 实时与前车保持安全制动距离，闭塞分区随列 车移动而“移动”称为移动闭塞。 取消了轨道占用检查设备和通过信号机。 移动闭塞速度防护 -基本原理 20 2014/12/11根据所需信号含义和速度控制方式的不同， 速度防护分为： 1.阶梯速度控制方式 2.速度-距离模式曲线控制方式 21 2014/12/11 阶梯速度控制方式 阶梯控制方式，在一个闭塞分区内只控制一个 速度等级，即在一个闭塞分区中只按照一种速度判 断列车是否超速。只需对列车进入闭塞分区的速度 （入口速度）或驶出闭塞分区的速度（出口速度） 进行控制。 阶梯控制又可分为
9、入口速度检查控制和出口速 度检查控制。 阶梯速度控制入口速度检查控制（提前速度控制）出口速度检查控制（滞后速度控制）双红灯防护 速度信息包括：入口速度和目标速度速度-距离模式曲线控制方式 速度-距离模式曲线是根据目标速度、目 标距离、线路参数、列车参数、制动性能等 确定的反映列车允许速度与目标距离间的关 系曲线。 根据制动曲线的形状，速度-距离模式曲 线可分为分段曲线控制和目标-距离控制 。 速度-距离模式曲线控制（1）分段曲线控制 以闭塞分区前方信号机的入口速度、线路参数 等构成速度-距离模式曲线。 允许在闭塞分区运行时速度连续变化，把追踪 距离内各个分段“连续”的曲线连接起来，构成分 段控
10、制曲线。 地面设备只需给车载设备传送下一个闭塞分区的 入口速度、距离和线路参数等数据，不需提供至目 标点的全部数据。 闭塞分区的是按制动性能最差的列车的安全制 动距离要求，以一定的速度等级进行划分的。分段曲线控制（2）目标-距离控制（Distance-to-Go） 根据目标距离、目标速度、线路参数及列车制动 性能等计算目标距离与列车允许速度的速度-距 离模式曲线。 该方式不设定每个闭塞分区速度等级，以前方目 标点信息为基础，采用一次制动，俗称一次制动 速度控制。基于固定闭塞的目标-距离控制基于移动闭塞的目标-距离控制31 2014/12/11 不同控制模式性能比较32 2014/12/11 行
11、车许可 （又称：移动授权MA），允许列车在基础设施限制内运行到轨道 上指定的位置。 行车许可终点（EOA）是行车防护界限点，目标点与它的距离为安全距离。 EOA包括：被占用闭塞分区的入口（固定闭塞或准移动闭塞）、 前行列车安全后端（移动闭塞）、为进路设置的道岔警冲标等。33 2014/12/11 列控系统基本结构34 2014/12/11 固定闭塞中行车许可生成原理35 2014/12/11 在固定闭塞的方式下，根据车地信息传输 方式的不同，可将列控系统分为：点式、 点-连式和连续式（基于通信的）列车运 行控制系统。36 2014/12/11 点式列控系统 车地通信方式采用点式设备（如应答器）
12、， 即只利用点式设备在固定地点向列车传递控 车数据，包括定位信息、进路数据、线路参 数、限速信息和停车信息等，实现列车安全 控制。37 2014/12/1138 2014/12/11 点连式列控系统 是一种点式和连续式相结合的列控系统，车 地通信采用点-连式传输方式，既包含连续 式的轨道电路，也包含点式的应答器等方式 。39 2014/12/1140 2014/12/11 连续式列控系统 车地通信采用连续式通信方式。连续式列控系 统的信息传输手段包括轨道电缆（交叉环线） 、波导管、漏泄电缆、无线通信等。41 2014/12/1142 2014/12/11 移动闭塞中行车许可生成原理43 201
13、4/12/11 移动闭塞下列控系统组成设备制动优先方式 车载设备通过 自动触发 不同等级 的常用制动实现降速 过程的自动速度控制；当列车速度低于缓解速度时，车载 设备 自动停止输出 相应等级的常用制动命令，不必司机人 工介入。 司机制动优先方式 司机 按照模式曲线控制列车速度 ，设备不干涉司机正 常驾驶。列车运行速度一般由司机控制，只有列车速度超 过允许速度，车载设备才实施制动。车载设备实施常用制 动后，当列车速度低于缓解速度时，车载设备向司机提示 允许缓解信息，司机按压缓解按键后，缓解常用制动。 列控系统的制动优先分类距离 速度 紧急 强常用 弱常用 制动 紧急制动曲线 强常用制动级 弱常用
14、制动级 列车运行曲线 设备制动优先模式 AT P 动作 设备 自动缓解距离 速度 紧急 ATP动作 紧急制动曲线 常用制动曲线 列车运行曲线 司机制动优先模式 制动 司机动作 报警曲线 常用 缓解47 2014/12/11 （一）日本D-ATC系统 （二）法国TVM430系统 （三）德国LZB系统 （四）欧洲列车运行控制系统（ETCS） 国外高速铁路列控系统48 2014/12/11 1964年，新干线 -世界首条高铁；至今， 2500km，最高时速300km; 使用数字轨道电路发送空闲闭塞分区数目、目标速度、进路等信息； 车载设备采用轨道电路信息、车载设备存储的线路数据、列车数据 生 成一次
15、连续速度控制曲线 ； 列车制动采用设备控制优先方式。 日本D-A T C系统 地面设备 6G 列车当前位置进路条件 停车区间轨道电路信息 10G 5G 制动曲线 车载设备49 2014/12/11 1981，法国第一条高铁，时速 270km；目前，总长 2000km，加上在 建和规划的，达到 5000km，时速320km ； 使用无绝缘数字轨道电路 UM2000向列车发送行车许可； 列车制动采用司机控制优先方式； 车载设备根据轨道电路信息生成分级连续速度控制曲线 。 通信网络 车站 SEI 设备 区间 SEI 设备 调度中心 SICAM 维护中心 车载设备控车曲线 法国TVM430系统50 2
16、014/12/11 1988年，德国首条高铁，时速 280km；目前，总长 1300km，时速 300km ； 采用轨道电缆方式传输车-地信息、使用S棒无绝缘轨道电路实现列车占 用和完整性检查； 车载设备利用车地传输的信息生成一次连续速度控制曲线； 列车制动采用司机控制优先方式。 S 棒 S 棒 轨道电缆 控制中心 轨道电路 轨道电缆 轨道电缆 车载设备 环线 收发器 环线 收发器 德国LZB系统51 2014/12/11 欧洲列车运行控制系统 ETCS 为了解决欧洲各国铁路 互联互通 问题, 提 高列车 运行的安全性和高效性,降低运营成本、增强竞争 优势。 1989年开始，欧洲铁路公司和信号
17、公司在对各自 的既有信号系统进行升级改造的同时，在 欧盟委 员会和国际铁路联盟 的推动下，为信号系统的互 联和兼容问题制定了相关的技术标准，并研制和 开发了相关的产品。52 2014/12/11 欧洲列车运行控制系统 ETCS 1993 年, 欧洲铁路制定“欧洲铁路运输 管理系统”ERTMS ： 欧洲运输管理系统ETMS （European Transportation Management System ） 欧洲列车运行控制系统ETCS （0-3 ） （European Train Control System ）。 欧洲铁路综合移动通信系统GSM-R （Global System for
18、Mobile Communications ）53 2014/12/11 ETCS-0 ETCS-0 级：列车装备ETCS 设备，无车地通信 数据. 司机凭地面信号行车。 ETCS-0+ 级：加装机车信号STM ，提供 通用机 车信号功能54 2014/12/11 ETCS-1 应答器车地通信，发送移动授权凭证和线路数据 轨道电路：列车占用检测 ETCS车载设备，凭车载信号行车 准移动闭塞55 2014/12/11 ETCS-2 铁路综合移动通信系统GSM-R 无线闭塞中心RBC 计算列车移动授权凭证 轨道电路：列车占用检测 应答器：列车定标 ETCS车载设备，凭车载信号行车 准移动闭塞56 2014/12/11 ETCS-3 铁路综合移动通信系统GSM-R 取消区间的轨道电路，采用移动闭塞 车载设备发送列车数据，RBC 基于车载信息定位列车 RBC 计算列车的移动授权凭证 列车完整性检查由列车完整性验证系统与地面RBC 共同完成 ETCS 车载设备，凭车载信号行车谢谢 ！ 57 2014/12/11
