鐵路信號基礎(chǔ)知識第七講 列控系統(tǒng)的基本概念

傅世善

（北京全路通信信號研究設(shè)計院，北京 100073）

1 列控系統(tǒng)的定義

現(xiàn)代鐵路信號系統(tǒng)包括：列車運(yùn)行調(diào)度指揮系統(tǒng)、列車運(yùn)行自動控制系統(tǒng)、車站聯(lián)鎖系統(tǒng)3個主要系統(tǒng)。以列車運(yùn)行自動控制系統(tǒng)為中心。

列車運(yùn)行自動控制系統(tǒng)（ATC）就是對列車運(yùn)行全過程或一部分作業(yè)實現(xiàn)自動控制的系統(tǒng)。其特征為列車通過獲取的地面信息和命令，控制列車運(yùn)行，并調(diào)整與前行列車之間必須保持的距離。

列車運(yùn)行自動控制系統(tǒng)（簡稱列控系統(tǒng)）是保證列車按照空間間隔制運(yùn)行的技術(shù)方法，它是靠控制列車運(yùn)行速度的方式來實現(xiàn)的。

在城市軌道交通領(lǐng)域，列車運(yùn)行自動控制系統(tǒng)ATC包括3個子系統(tǒng)： 列車超速防護(hù)系統(tǒng)（ATP），列車自動駕駛系統(tǒng)（ATO）和列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）。

2 中國鐵路采用過的列控系統(tǒng)

目前，列控系統(tǒng)有很多級別和種類，中國鐵路采用過的列控系統(tǒng)如下。

廣深線采用滯后階梯式速度監(jiān)控（TVM300）系統(tǒng)，UM71無絕緣軌道電路能發(fā)送18個信息，采用臺階式分級速度控制模式。

秦沈客運(yùn)專線采用TVM430/SEI系統(tǒng)，是TVM300的升級系統(tǒng), UM71無絕緣軌道電路進(jìn)行了數(shù)字化改造，發(fā)展成為UM2000，低頻信號增加到28種，有效信息量為221個。與滯后階梯式速度監(jiān)控（TVM300）相比，一個閉塞分區(qū)內(nèi)的控制曲線是連續(xù)的，所以稱其為分級速度曲線控制模式。

速度250 km/h的鐵路采用CTCS-2系統(tǒng)，是基于軌道電路加應(yīng)答器傳輸列車運(yùn)行信息的點(diǎn)連式系統(tǒng)，采用目標(biāo)-距離模式監(jiān)控列車安全運(yùn)行。

青藏線采用ITCS系統(tǒng)，是基于無線通信（GSM-R）的列控系統(tǒng)，以無線通信（GSM-R）完成車地間雙向、實時和連續(xù)的信息傳輸，以GPS差分定位系統(tǒng)實現(xiàn)列車定位，車站設(shè)置無線閉塞中心（RBC），用安全型邏輯控制器VHLC實現(xiàn)站內(nèi)聯(lián)鎖。中小站及區(qū)間的線路旁除道岔轉(zhuǎn)轍裝置外，不設(shè)置信號機(jī)、軌道電路或其他信號設(shè)備，采用目標(biāo)-距離模式監(jiān)控列車安全運(yùn)行。

京津城際鐵路的列控系統(tǒng)采用ETCS 1加CTCS-2級方案，ETCS 1是基于應(yīng)答器進(jìn)行車地間信息傳輸?shù)牧锌叵到y(tǒng)，作為高速列車運(yùn)行的主要系統(tǒng)，CTCS-2級作為備用系統(tǒng)，CTCS-2級還兼用于250 km/h列車上線, 采用目標(biāo)-距離模式監(jiān)控列車安全運(yùn)行。

速度350 km/h客運(yùn)專線采用CTCS-3系統(tǒng)，采用無線通信方式,實現(xiàn)了地-車雙向信息傳輸，構(gòu)成了更完善的連續(xù)速度控制模式，實現(xiàn)了準(zhǔn)移動閉塞，CTCS-3系統(tǒng)包含了CTCS-2系統(tǒng)，用于備用和速度250 km/h列車上線的兼用。

城軌交通方面更是五花八門，可謂集世界之大成，世界各大信號公司的列控系統(tǒng)中國都有。

3 列控系統(tǒng)的兩大基本要素

列控系統(tǒng)有很多級別和種類，可根據(jù)列車運(yùn)行控制模式和車-地信息傳輸方式兩大基本要素來進(jìn)行識別，而兩者之間又是相互關(guān)聯(lián)的。

3.1 列控系統(tǒng)的控制模式

列控系統(tǒng)的控制模式是其主要特征和性能之一，控制模式?jīng)Q定了閉塞方式和列車運(yùn)行間隔，從而決定了運(yùn)輸能力，控制模式也提出了對車-地信息傳輸方式的基本需求。

（1）分級速度控制

分級速度控制以一個閉塞分區(qū)為單位，根據(jù)列車運(yùn)行的速度分級，對列車運(yùn)行進(jìn)行速度控制。分級速度控制系統(tǒng)的列車追蹤間隔與閉塞分區(qū)的劃分、列車性能和速度有關(guān)，而閉塞分區(qū)的長度是以最壞性能的列車為依據(jù)并結(jié)合線路參數(shù)來確定的，所以，不同速度列車混合運(yùn)行的線路采用這種模式能力要受到較大影響。

分級速度控制可分為階梯式和分段曲線式。階梯式分級速度控制又分為超前式和滯后式。

超前速度控制方式又稱為出口速度控制方式，給出列車的出口速度值，控制列車不超過出口速度。日本ATC采取超前式速度控制方式，采用設(shè)備控制優(yōu)先的方法。列車駛出每一個閉塞分區(qū)前必須把速度降至超前式速度控制線以下，否則設(shè)備自動引發(fā)緊急制動，所以超前對出口速度進(jìn)行了控制，不會冒出閉塞分區(qū)。

滯后速度控制方式又稱為入口速度控制方式，給出列車的入口速度值，監(jiān)控列車在本閉塞分區(qū)不超過給定的入口速度值，采取人控優(yōu)先的方法，控制列車不超過下一閉塞分區(qū)入口速度值。法國TVM-300列控系統(tǒng)采用人控優(yōu)先的方法，進(jìn)行滯后速度控制。因為在每一個閉塞分區(qū)列車速度只要不超過給定的入口速度值，就不會碰滯后式速度控制線?？紤]萬一列車失控，在本閉塞分區(qū)的出口即下一閉塞分區(qū)的入口處的速度超過了給定的入口速度值，碰撞了滯后式速度控制線，此時觸發(fā)設(shè)備自動引發(fā)緊急制動，列車必然會越過第一紅燈進(jìn)入下一閉塞分區(qū)，因此，必須增加一個閉塞分區(qū)作為安全防護(hù)區(qū)段，俗稱雙紅燈防護(hù)。

曲線式分級速度控制根據(jù)列車運(yùn)行的速度分級，每一個閉塞分區(qū)給出一段速度控制曲線，對列車運(yùn)行進(jìn)行速度控制。列控設(shè)備給出分段的制動速度控制曲線是根據(jù)每一個閉塞分區(qū)的線路參數(shù)和列車自身的性能計算而定，閉塞分區(qū)的線路參數(shù)可以通過地對車信息實時傳輸，也可以事先在車載信號設(shè)備中存儲通過核對取得。因為制動速度控制曲線是分段給出的，每次只需一個閉塞分區(qū)線路參數(shù)。

（2）目標(biāo)-距離速度控制

目標(biāo)-距離速度控制采取的制動模式為連續(xù)式一次制動速度控制的方式，根據(jù)目標(biāo)距離、目標(biāo)速度及列車本身的性能確定列車制動曲線。連續(xù)式一次速度控制模式，若以前方列車占用的閉塞分區(qū)入口為追蹤目標(biāo)點(diǎn)，則為準(zhǔn)移動閉塞；若以前方列車的尾部為追蹤目標(biāo)點(diǎn)，則為移動閉塞。

中國列車運(yùn)行自動控制系統(tǒng)CTCS-2和CTCS-3級，采用目標(biāo)-距離一次制動模式曲線方式。

車載設(shè)備根據(jù)地面?zhèn)魉偷囊苿釉S可和線路數(shù)據(jù)，車載信號設(shè)備根據(jù)列車性能計算出列車運(yùn)行速度，若列車接近前方減速點(diǎn)時，即刻生成目標(biāo)-距離一次制動模式曲線。目標(biāo)-距離一次制動模式曲線縮短了制動距離，并可根據(jù)列車性能給出不同的模式曲線，提高了運(yùn)輸效率。

目標(biāo)-距離速度控制與分級速度控制的比較如圖1所示。

圖1中由外至內(nèi)，粗實線為目標(biāo)-距離一次制動模式的緊急制動曲線，點(diǎn)虛線為目標(biāo)-距離一次制動模式的常用制動曲線，階梯式細(xì)實線為滯后階梯式速度監(jiān)控曲線，點(diǎn)劃虛線為分級曲線式監(jiān)控曲線。

3.2 車-地信息傳輸系統(tǒng)

列控系統(tǒng)采用的車-地信息傳輸系統(tǒng)是其主要的技術(shù)特征，決定了系統(tǒng)的構(gòu)成和技術(shù)水平，也決定了列控系統(tǒng)能采用的控制模式。

車-地信息傳輸系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)是信息量的大小和單、雙向信息傳輸方式。

軌道電路方式信息量有限，模擬信號的UM71只有18個，只能構(gòu)成臺階式控制模式的列控系統(tǒng)，數(shù)字化的UM2000有2指數(shù)，能構(gòu)成連續(xù)式分級控制式的列控系統(tǒng)。兩者均屬固定閉塞。

CTCS-2級采用應(yīng)答器+軌道電路方式，只能地對車單向信息傳輸，構(gòu)成了連續(xù)速度控制模式，實現(xiàn)了準(zhǔn)移動閉塞。

CTCS-3級采用無線通信方式,地與車能雙向信息傳輸，構(gòu)成了更完善的連續(xù)速度控制模式，實現(xiàn)了準(zhǔn)移動閉塞。

列控系統(tǒng)往往以車地信息傳輸方式命名，例如，基于軌道電路的列控系統(tǒng)、基于無線通信的列控系統(tǒng)。

4 列控系統(tǒng)各種控制模式比較

控制模式?jīng)Q定了閉塞方式和列車運(yùn)行間隔，分級速度控制對應(yīng)的是固定閉塞，目標(biāo)-距離速度控制對應(yīng)的是準(zhǔn)移動閉塞，固定閉塞發(fā)展到準(zhǔn)移動閉塞是一個重要的里程碑。

經(jīng)過比較可以看出，目標(biāo)-距離速度控制的優(yōu)越性如下。

目標(biāo)-距離速度控制模式制動的起始點(diǎn)是車載信號設(shè)備根據(jù)列車性能計算的，不是由閉塞分區(qū)分界來決定的，所以稱其為準(zhǔn)移動閉塞，其列車運(yùn)行間隔要小于固定閉塞。

目標(biāo)-距離速度控制模式適用于不同性能的列車混合運(yùn)輸，而固定閉塞的最小閉塞分區(qū)長度是由性能最差的列車來決定的，其對性能良好的列車是一種損失。

目標(biāo)-距離速度控制模式司機(jī)能知道從最高速到目標(biāo)點(diǎn)（停車點(diǎn)或限速點(diǎn)）全程的平滑速度曲線（含速度和距離），所以司機(jī)采用一次制動，與分級速度控制相比，減少了制動-緩解，再制動-緩解的過程，司機(jī)駕駛輕松，旅客舒適度好，全制動過程短，提高了旅行速度。

目標(biāo)-距離速度控制模式（準(zhǔn)移動閉塞）的能力與閉塞分區(qū)長度關(guān)系不大，所以，閉塞分區(qū)原則上可以等長劃分，可以充分利用軌道電路的最大長度，節(jié)省設(shè)備，減小設(shè)計工作量，便于施工。

列控系統(tǒng)各種控制模式比較如表1所示。

表1 列控系統(tǒng)各種控制模式比較表