第一篇：列車運行控制系統期末考試重點總結

列控定義：列車運行全過程或一部分作業實現自動控制的系統，可以根據列車在線路上運行的客觀條件和實際情況，對列車運行速度及制動方式等狀態進行監督、控制和調整。

列控作用：（1）保障行車安全。識別、消除或減弱危及安全的因素。發現時，向列車發出停車或降速命令(2）保證運輸效率。列控系統確定列車最小安全制動距離，最大限度提高線路通過能力。

列控原理：地面設備根據前方行車條件，包括軌道占用情況、進路狀態、線路狀況以及調度命令，生成行車許可，通過車地通信技術傳給車載設備，結合列車數據，車載設備自動計算生成超速防護曲線，并實時與列車運行速度進行比較，超速(允許速度）后及時進行控制，防止列車超速脫軌或與前行列車追尾。

列控功能：1.給司機顯示允許列車運行的信號、目標距離、目標速度、允許速度等。2.防止列車超過規定的限制速度運行，包括信號顯示規定的限制速度、線路限速、車輛限速、臨時限速等。3.自動實施速度控制，一旦列車速度超過允許速度，應實施制動控制，使列車減速甚至停車。4.防止與同一軌道運行的列車相撞或追尾。

分級特點：1.CTCS-0干線鐵路裝備的既有鐵路信號設備；地面設備：國產軌道電路構建三顯示/四顯示自動閉塞，軌道電路實現；車載設備：通用機車信號，列車運行監控記錄裝置LKJ；固定閉塞 2.CTCS-1由主體機車信號+安全型運行監控裝置組成，面向160km/h及以下的區段，在既有設備基礎上強化改造，增加點式設備，實現列車運行安全監控功能。3.CTCS-2提速干線、高速鐵路；應答器、ZPW-2000A軌道電路共同完成車地通信；配置車站列控中心TCC，根據地面信號系統計算列車移動授權憑證；車載ATP+LKJ2000，憑車載信號行車；可下線在CTCS1/0線路；準移動閉塞，地面可不設區間通過信號機 4.CTCS-3主要面向高速鐵路；車載配置ATP，憑車載信號行車；RBC基于地面信號系統計算列車移動授權；無線通信（GSM-R）傳輸車地信息；軌道電路檢查列車占用，應答器為列車定標；地面可不設區間通過信號機；可下線在CTCS2線路；準移動閉塞；等同于ETCS-2 5.CTCS-4面向高速鐵路；CTCS車載設備ATP，憑車載信號行車；車載設備發送列車參數，無線閉塞中心RBC跟蹤；列車位置并計算列車移動授權；取消區間軌道電路和通過信號機（移動閉塞）；無線通信（例如：GSM-R、LTE-R等）；列車完整性檢查由地面RBC和列車完整性驗證系統完成； 等同于ETCS-3 加速牽引：C=F-W勻速惰行：C=-W減速制動：C=-(B+W)F牽引力，B制動力，W阻力

牽引力分析：輪軌間的縱向水平作用力超過最大靜摩擦力時，輪軌接觸點將發生相對滑動，機車動輪在強大力矩的作用下快速轉動，輪軌間的縱向水平作用力變成了滑動摩擦力，其數值比最大靜摩擦力小很多，而列車運行速度很低，這種狀態稱為“空轉”。

空轉的危害：局部與車輪接觸的鋼軌將受到嚴重摩擦，造成嚴重耗損鋼軌，甚至導致車輪陷入鋼軌磨損產生的深坑內。該狀態下牽引力反而大幅降低，鋼軌和車輪都將遭受劇烈磨損。

打滑(制動力):當制動力大于黏著力時，輪軌將發生滑行，即車輪將被“抱死”。此時制動力變為輪軌間的滑動摩擦系數，閘瓦間的摩擦力由動摩擦力變為靜摩擦力。由于滑動摩擦系數遠小于滾動摩擦系數，因此輪對一旦滑行，制動力將迅速下降。基本阻力：列車在理想線路條件下，沿平直軌道運行時遇到的阻力，列車運行中任何情況下都存在的阻力。是列車內部或外界之間的相互摩擦和沖擊產生的，包括：機械阻力和氣動阻力。列車基本阻力的公式 w0=W0/M

式中：M—列車總重；W0—列車運行基本阻力；Q—中間車輛數；v—列車運行速(km/h)；△v—逆風風速(km/h);a、b、c—與機械阻力相關的系數；d—每輛車車與空氣阻力相關的阻力系數；e—頭車和尾車空氣阻力相關的阻力系數之和。附加阻力是指列車在非理想線路條件上運行時受到的額外阻力。坡道附加阻力：，其中BC/AB=sinθ

曲線附加阻力：Wr=600g/R(N/t)R——曲線半徑(m)Wr=10.5αg/Lr(N/kN)Lr——曲線長度(m)，α——曲線轉角

隧道空氣附加阻力：有限制坡道時 ws=0.0001LsVs2(N/kN)無限制坡道時 ws=0.13Ls Ls—隧道長度(km)，Vs—列車在隧道內的運行速度 制動方式：1.摩擦制動（1）閘瓦制動（踏面制動）（2）盤形制動：制動盤固定于車軸上時稱為軸盤式盤型制動，制動盤連接在車輪上，稱為輪盤式盤形制動。2.動力制動分為：電阻制動、再生制動、圓盤渦流制動和線性渦流制動。制動力計算：全列車的制動力等于全列車的閘瓦壓力與輪瓦摩擦系數的乘積之和。

制動力也要受到輪軌間黏著條件的限制：

式中Q—軸荷重，μ—輪軸間的制動粘著系數 A.滑動現象在空車中更容易發生；

B.當軌面狀況不好時，黏著系數下降，易出現滑行。C.緊急制動時，閘瓦壓力K大，容易出現滑行。

D.當速度降低時，黏著系數略大，而摩擦系數隨速度下降急劇增加，因此在低速尤其是快停車時，更容易滑行。

制動距離的計算：

式中 S—制動距離(m);v—制動末速度(km/h);v0—制動初速度(km/h)式中 Sk—空走距離；Se—實制動距離

式中 tk—空走時間(s);v0—制動初速(km/h)

行車閉塞：按照一定的規定和信號設備組織行車(使用信號或憑證），對追蹤列車進行間隔控制（空間間隔制），避免列車追尾或相撞。

空間閉塞（間隔）法：將線路劃分為若干個區段，在每個區段內同時只準許一列列車運行的行車方法。人工閉塞：采用電氣路簽或路牌作為列車占用該區間的憑證，由接車站值班員檢查區間是否空閑。依靠人工完成。半自動閉塞：人工辦理閉塞手續，列車憑信號顯示發車后，車站信號機自動關閉。特點：站間或所間只準許行一列車；人工辦理閉塞手續；人工確認列車完整到達；人工恢復閉塞。

自動站間閉塞：在有區間占用檢查條件下，自動辦理閉塞手續，列車憑信號顯示發車后，車站信號機自動關閉。

特點：有區間占用檢查設備；站間或所間閉塞只準走行一列車；辦理發車進路時自動辦理閉塞手續；自動確認列車到達和自動恢復閉塞。自動（區間）閉塞：將站間劃分為若干個閉塞分區，設置閉塞分區占用檢查設備，每個閉塞分區的起點裝設通過信號機，根據列車運行及軌道占用檢查，自動控制信號機的顯示，司機憑信號顯示行車。辦理發車進路時自動辦理閉塞手續，通過信號自動變換。可以實現站間的列車追蹤運行，提高了運輸效率。用于雙線鐵路。虛擬閉塞:是固定閉塞的一種特殊形式，以虛擬方式（設置通信模塊和定位信標）將區間劃分為若干個虛擬閉塞分區，并設置虛擬信號機進行防護。固定閉塞：兩列運行列車之間的空間間隔是若干個長度固定的閉塞分區，一般設地面通過信號機，保證列車按照空間間隔制運行。基本原則：不能授權列車進入已被另一列車占用的分區；兩追蹤列車之間的間隔距離必須始終大于后車的制動距離，保證兩輛列車不會追尾。

三顯示自動閉塞：綠燈（通行）：表示前方兩個閉塞分區空閑，列車可以按規定速度運行；黃燈（警惕）：表示前方只有一個閉塞分區空閑，列車可以越過黃燈后再開始制動；紅燈（停車）：表示列車在紅燈前停車。

進路式信號：信號沒有速度含義，僅表示前方閉塞分區是否空閑以及空閑狀態 四顯示自動閉塞：綠燈（通行）：表示160/160，入口速度為160km/h，出口速度（即目標速度）為160km/h；綠黃（警惕）：表示160/115；黃燈（限速）：表示115/0；紅燈（停車）：表示0km/h，即前方占用，不得冒進。比較：三顯示用一個閉塞分區滿足列車全制動距離的需要，四顯示用兩個較短的閉塞分區滿足列車全制動距離的需要，適應了提速的需求，縮短了列車追蹤間隔，提高了運輸能力。

準移動閉塞:基于固定閉塞的目標—距離控制方式，保留固定閉塞分區，以前方列車占用閉塞分區入口確定目標點，通過地車信息傳輸系統向列車傳送目標速度、目標距離等信息。這種閉塞方式稱為準移動閉塞。

移動閉塞：追蹤列車的目標點是前行列車的尾部加一個安全距離，實時與前車保持安全制動距離，閉塞分區隨列車移動而“移動”

最限制速度: 綜合考慮列車在區域各類限制速度得出的最低值（即最不利限制部分或最嚴格限制速度），簡稱最限制速度。

速度防護曲線模式：速度-距離模式曲線是根據目標速度、目標距離、線路參數、列車參數、制動性能等確定的反映列車允許速度與目標距離間的關系曲線。根據制動曲線的形狀，速度-距離模式曲線可分為分段曲線控制和目標-距離控制。根據所需信號含義和速度控制方式，分為：階梯速度控制方式和速度-距離模式曲線控制方式

從列車安全間隔距離的構成與計算，比較速度防護方式在運輸效率的差別。（1）階梯速度控制（防護）方式和分段曲線控制（防護）方式的安全間隔距離構成基本相同, 計算式為：S=(S1+S2+S3+S4)n，其中：S1—車載設備接收地面列控信號響應過程中列車走行距離；S2—列車制動設備響應過程中列車走行距離；S3—列車制動距離（性能最差列車的最大安全制動距離：含空走和有效走行）；S4—安全防護距離（過走防護距離）；n—列車從最高速度停車制動所需階梯（分區數）。（2）基于固定閉塞（準移動閉塞）的目標距離控制（防護）方式的列車防護目標距離（小于安全追蹤間隔距離）為：L=L0+Lz+L3，其中：L0—列控設備反映時間內走行距離;Lz—每列車的實際最大安全制動距離（列車性能好數值小，性能差數值大）；L3—列車過走防護距離。（3）基于移動閉塞的目標距離控制（防護）方式的安全追蹤間隔距離（等于列車防護目標距離）為：S= Sl+ S2+S3+S4，其中：Sl—車載設備接收地面列控信號反映時間距離；S2—列車制動響應時間距離；S3—每列車的實際最大安全制動距離；S4—過走防護距離。

比較分析：階梯速度控制（防護）和分段曲線控制（防護）方式是按照制動性能最差列車安全制動距離要求，以一定的速度等級將軌道劃分成若干固定區段，所以對制動性能好的列車其能力將不能得到充分發揮，而目標距離控制（速度—距離模式曲線控制）則由于車載設備按本車實際性能實時計算控制模式曲線，可以列車實際性能自行控制其追蹤間隔，使各個列車的性能得以充分發揮。因此，目標距離模式的運輸效率高于階梯速度方式和分段曲線控制方式。

行車許可（移動授權MA），允許列車在基礎設施限制內運行到軌道上指定的位置。

行車許可終點（EOA）是行車防護界限點，目標點與它的距離為安全距離。EOA包括：被占用閉塞分區的入口（固定閉塞或準移動閉塞）、前行列車安全后端（移動閉塞）、為進路設置的道岔警沖標等。

行車許可證原理：固定閉塞：地面設備通過檢測前車的占用，以前車所在的閉塞分區的起點向后車方向順序控制信號的開放，生成行車許可。移動閉塞：兩車追蹤的情況中，列車實時計算自身的位置，并通知地面設備，地面設備結合前行列車位置及線路狀況等信息為后行列車確定行車許可。

在固定閉塞（含準移動）的方式下，根據車地信息傳輸方式的不同，可將列控系統分為：點式、點-連式和連續式（基于通信的）列車運行控制系統。

基于輪軸的測速原理：利用車輪的周長作為“尺子”測量列車的走行距離，據測量得到的列車走行距離測算出列車運行速度，基本公式：D—車輪直徑，φ—車輪轉速

速度監控曲線：列車運行全過程的各點位置的限制速度構成的速度-距離曲線。分為頂棚速度監控區（運行時不需要考慮前方目標點，只需控制列車速度不超過該區域規定的固定限制速度）目標速度監控區（限制速度下降到較低的限制速度值或限制速度為0km/h的目標點的區域）以及安全距離區。

CTCS-3級系統：基于GSM-R無線通信實現車-地信息雙向傳輸，無線閉塞中心（RBC）生成行車許可，軌道電路實現列車占用檢查，應答器實現列車定位，并具備CTCS-2級功能的列車運行控制系統。

包括：地面設備：無線閉塞中心RBC、GSM-R通信接口設備、軌道電路、應答器、列控中心。車載設備：車載安全計算機（VC），GSM-R無線通信單元（RTU）、軌道電路信息接收單元（TCR）、應答器信息接收模塊、記錄單元、人機界面、列車接口單元。無線閉塞中心RBC：接受車載設備發送的位置和列車數據等信息；根據軌道電路、聯鎖進路等信息生成行車許可；將行車許可、線路參數、臨時限速傳輸給車載設備。

GSM-R通信接口設備：用于實現車載設備與地面設備之間連續、雙向、大容量信息傳輸。

軌道電路實現列車占用檢查；發送閉塞分區空閑信息，滿足后備系統的需要。臨時限速服務器：集中管理臨時限速命令，分別向RBC、TCC傳遞臨時限速信息。列控中心（TCC）：實現軌道電路編碼，并向RBC傳遞列車占用信息；通過軌旁電子單元以及有源應答器向C2級列控車載設備傳送限速信息和進路信息。應答器向車載設備傳輸定位和等級轉換信息；向車載設備傳送線路參數和臨時限速等信息，滿足后備系統的需要。

軌旁電子單元（LEU）根據地面設備提供的信息生成應答器所要傳輸報文的電子設備。

車載安全計算機根據與地面設備交換的信息監控列車安全運行。軌道電路信息接收單元接受軌道電路的信息 應答器傳輸模塊及應答器天線：應答器傳輸模塊通過與應答器天線連接，接收地面應答器的信息。

無線傳輸模塊通過與GSM-R車載電臺連接，實現車-地雙向信息傳輸。人機界面實現司機與車載設備之間的信息交互

列車接口單元提供安全計算機與列車相關設備之間的接口

測速測距單元接受測速傳感器等設備的信號，測量列車運行速度和運行距離。司法記錄器記錄與列車運行安全有關的數據，在需要時下載進行數據分析。C3主要工作模式：完全監控模式、目視行車模式、引導模式、調車模式、隔離模式、待機模式、休眠模式（部分監控模式、機車信號模式僅C2）

CTCS-2級是基于軌道電路和應答器傳輸列車行車許可信息并采用目標距離連續速度 控制模式監控列車安全運行的列控系統 CTCS-2級列控車載設備：由車載計算機、STM、BTM、人機接口、運行記錄單元、應答器信息接收天線、速度傳感器、列車接口單元、軌道電路信息接收天線等

列控地面設備列控中心、ZPW-2000系列無絕緣軌道電路、應答器。

C2行車許可包括目標距離：距行車許可終點的距離；目標速度：通過行車許可終點時的速度；線路數據：坡度、靜態限速、線路條件（過分相信息、等級轉換點等）；臨時限速信息。

C2軌道電路：完成列車占用檢測、向車載設備發送列車前方空閑閉塞分區數量信息以及進站道岔側向位置進路信息。

C2列控中心：綜合軌道電路、應答器信 息和動車組參數，自動生成連續速度控制模式曲線，實時監控列車安全運行。

C2應答器提供臨時限速和進路信息，線路允許速度和閉塞分區長度等。

C2與C3的地面設備構成與功能方面的差異與相同點：設備構成方面：CTCS-2級列控系統地面設備主要由車站列控中心、軌道電路和應答器構成。CTCS-3級列控系統地面設備是在CTCS-2級列控系統基礎上，主要增加了無線閉塞中心(RBC)、臨時限速服務器和GSM-R通信接口設備。功能方面：CTCS-3級列控系統的行車許可由地面設備RBC生成，行車命令由GSM_R通信接口設備傳輸，軌道電路只實現列車占用檢查功能，應答器提供列車定位和等級轉換信息的功能。與CTCS-3級列控系統相比，CTCS-2列控系統的地面設備軌道電路，除了實現列車占用檢查功能外，還需承擔向車載設備發送行車許可信息的功能；地面設備應答器，除了提供列車定位和等級轉換信息功能外，還需承擔傳輸進路狀態、臨時限速和線路參數等信息的功能。

Zpw2000A無絕緣軌道電路的組成：室內包括發送器、接收器、衰耗器、站防雷、電纜模擬網絡；室外包括屏蔽數字信號電纜、匹配變壓器、調諧單元、空心線圈、補償電容。功能：設備狀態檢查、列車占用檢查、地-車信息傳輸。

軌道電路工作狀態：調整狀態-空閑；分路狀態-占用；斷軌狀態-占用（一種是列車在鋼軌上行駛的沖擊力使鋼軌折斷，另一種是工務施工或自然災害等使鋼軌折斷。防護設備顯示軌道電路“占用”信息，禁止列車駛入本軌道電路。）。

列車分路電阻：列車分路軌道電路所形成的短路電阻分路靈敏度：當軌道電路被列車或其它導體分路，恰好使軌道電路接收設備能反映軌道占用狀態的列車分路電阻或該導體的電阻值極限分路靈敏度：軌道電路各點的分路靈敏度不同，對某一段具體軌道電路來說，該段軌道電路的極限分路靈敏度是取各點分路靈敏度的最小值。標準分路靈敏度規定的最小分路電阻,我國規定0.06歐。極性交叉：在絕緣的兩側要求軌面電壓具有不同的極性或載頻。

L5（21.3）準許規速行運行，前方7及以上閉塞分區空閑 L（11.4）準許規速行運行，前方三個空閑 LU（13.6）準許規速行運行，2空閑

UU（18）限速運行，表示列車接近的地面信號機開放經道岔側向位置進路

UUS（19.1）限速運行，表示列車接近的地面信號機開放經18號及以上道岔側向位置進路，且次一架信號機開放經道岔直向或18號及以上道岔側向位置進路 HB（24.6）表示列車接近的進站或接車進路信號機開放引導信號或通過信號機

顯示容許信號

HU（26.8）要求及時采取停車措施 H（29）要求列車采取緊急停車措施

U2（14,7）要求列車減速到規定的速度等級越過接近的地面信號機，并預告次一架地面信號機顯示兩個黃色燈光

U2S（20.2）要求列車減速到規定的速度等級越過接近的地面信號機并預告次一架地面信號機顯示一個黃色閃光和一個黃色燈光 LU2（15.8）注意運行，預告次一架顯兩黃

U（16.9）減速到規定速度等級越過接近的地面信號機，次一架顯紅

列控中心主要功能：1.根據列車進路和軌道區段狀態等信息，實現站內和區間軌道電路的載頻、低頻信息編碼和發送功能，控制軌道電路發碼方向 2.根據臨時限速設置和列車進路開通情況，實現應答器報文的實時組幀、編碼、校驗和向LEU發送的功能 3.實現TCC站間安全信息的實時傳輸4.區間運行方向和閉塞的控制5.區間信號機點燈控制6.無配線車站進出站信號機的驅動采集7.通過繼電器與異物侵限系統接口，實現異物侵限災害防護 8.向CTC設備傳輸區間閉塞分區狀態、編碼、方向和設備狀態9.具有自診斷與維護功能

應答器：基于電磁耦合原理實現的車地高速數據傳輸的點式設備，用于在特定地點從地面向列車傳送報文信息。

應答器的組成：地面應答器（應答器），軌旁電子單元（LEU），車載天線，應答器傳輸模塊（BTM）

應答器功能：有源應答器：提供臨時限速和進路信息；無源應答器：提供閉塞分區長度、線路限速和換算坡度等。應答器基本原理：應答器安裝在軌道中間軌枕上，不要求外加電源、處于休眠狀態。列車經過時地面應答器被車載天線發送的功率載波能量瞬時激活將接收到的電磁能量轉換成電能，并利用這些電能調出存儲信息經調制后循環向車載設備發送報文信號，車載天線接收應答器所發射的報文信號，經譯碼處理發送給列控車載設備安全計算機。

RBC設備采用硬件安全比較冗余結構，包括：無線閉塞單元（RBU）、協議適配器（VIA）、RBC維護終端、司法記錄器（JRU）、操作控制 終端和等設備組成。

RBC功能 1.數據配置（根據列控數據表、信號平面圖、RBC設備信息，建立內部拓撲圖）2.地面動態狀態映射（聯鎖：進路信息，TSRS：臨時限速信息等）3.列車管理（連接、注冊、斷開連接、注銷）4.MA生成5.RBC切換（雙電臺、單電臺）

RBC生成行車許可的過程（1）形成許可（MA）定位：RBC通過列車位置報告從列車獲得當前的列車位置，并且在內部拓撲圖上形成列車精確定位；（2）形成許可數據：RBC接收車站聯鎖和TSRS（臨時限速服務器）的進路和臨時限速信息，并將其映射到內部拓撲數據庫；（3）確定許可范圍：RBC根據進路狀態將列車前方盡可能多的進路分配給列車，計算進路長度，填充行車許可；（4）形成許可信息：RBC根據進路上的線路與設備特征，填充鏈接信息、坡度曲線、靜態速度曲線、等級轉換、RBC切換、臨時限速等信息，共同構成行車許可消息，發給車載設備。

映射技術：1.進路映射技術：根據來自聯鎖的進路編號和進路狀態，找到RBC內部保存的對應進路，并更新其狀態。2.臨時限速映射技術：根據來自臨時限速服務器的 臨時限速命令，按照公里標、線路號、限速值等信息將臨時限速設置到內部拓撲圖上的對應區域。

臨時限速是指線路固定速度以外的、具有時效性 的限制速度

RBC管理臨時限速：RBC根據臨時限速服務器的臨時限速命令，按照公里標、線路號、限速值等信息將臨時限速設置到內部拓撲圖上的對應區域；RBC為列車生成行車許可中包含臨時限速度區段時，向車載設備發送MA同時，發送臨時限速信息，包括：至限速區段的距離、限速區段長度、限速值等

等級轉換：正常的等級轉換在等級邊界（轉換區域）自動進行。等級轉換區域內的轉換命令由RBC/應答器提供

RBC切換：列車到達接近下一RBC邊界時，車載設備向RBC1報告位置；RBC1從RBC2獲得進路信息，生成延伸到RBC2管轄范圍的行車許可；列車經過切換應答器時，GSM-R車載移動電臺與RBC2建立通信；RBC切換自動完成，列車受到RBC2的控制，車載設備終止與RBC1的通信；車載設備從RBC2接收到新的行車許可。（雙電臺時：列車受到RBC1控制，根據RBC1提供的行車許可運行；RBC1命令另一個GSM-R車載電臺呼叫RBC2，與RBC2建立通信，RBC1從RBC2獲得進路信息，生成延伸到RBC2管轄范圍的行車許可；列車頭部通過切換應答器后，列車受到RBC2的控制；列車尾部通過切換應答器后，終止與RBC1的通信，完成RBC切換。列車根據RBC2提供的行車許可運行。）注：為使列車不減速越過切換邊界，RBC1提供行車許可將在RBC2管轄區域延長：一個40s正常行駛距離 + 完整制動距離的長度。

臨時限速服務器主要功能：①臨時限速命令的接收與校驗：接收來自CTC的臨時限速命令，對全線臨時限速命令進行安全存儲、校驗、撤銷、拆分、設置和取消，以及對臨時限速設置時機的輔助提示等。驗證限速命令來源的合 法性、限速數據的有效性，校核發往兩個目標系統（RBC和TCC）的臨時限速一致性。②臨時限速命令的下達：向RBC和TCC下達臨時限速命令，并檢查兩個目標系統的臨時限速執行情況，當發生一致性沖突或其他異常情況下，向目標系統發送導向安全的恢復指令，同時向操作員終端發送報警信息，提醒操作員處理。③記錄功能。

第二篇：鐵路列車運行控制系統

鐵路列車運行控制系統（CTCS）

列車運行控制系統(簡稱列控)是鐵路運輸極重要的環節。隨著對鐵路運輸要求的提高,如何改進列車控制系統,實現列車安全、快速、高效的運行是目前的主要問題。隨著計算機技術、通信技術、微電子技術和控制技術的飛速發展使得無線通信傳遞車地大容量信息成為可能。

傳統的列車運行控制系統是利用地面發送設備向運行中的列車傳送各種信息，使司機了解地面線路狀態并控制列車速度的設備，用以保證行車安全，同時也能適度提高行車效率。它是一種功能單

一、控制分散、通信信號相對獨立的傳統技術。它包括機車信號、自動停車裝置以及列車速度監督和控制等。依據不同的要求安裝不同的設備。機車信號和自動停車裝置都可單獨使用，也可以同時安裝。

新一代鐵路信號設備是由列車調度控制系統及列車運行控制系統兩大部分組成的。從技術發展的趨勢看是向著數字化、網絡化、自動化與智能化的方向發展。它是列車運營的大腦神經系統，直接關系保證著行車安全、提高運輸效率、節省能源、改善員工勞動條件。發展中的列控系統將成為一個集列車運行控制、行車調度指揮、信息管理和設備監測為一體的綜合業務管理的自動化系統。列車運行控制系統的內容是隨著技術發展而提高的，從初級階段的機車信號與自動停車裝置，發展到列車速度監督系統與列車自動操縱系統。

隨著列車速度的不斷提高,隨著計算機、通信和控制的等前沿科學技術發展，為通信信號一體化提供了理論和技術基礎。尤其，其所依托的新技術，如網絡技術與通信技術的技術標準與國外是一致的，可屬于技術上借鑒。近年來,歐洲鐵路公司在歐盟委員會和國際鐵路聯盟的推動下,為信號系統的互聯和兼容問題制定了相關的技術標準,其中包括歐洲列車運行控制系統———ETCS標準。在世界各國經驗的基礎上，從2002年開始，結合我國國情、路情，已制定了統一的中國列車運行控制系統為ChineseTrainControlSystem的縮寫——CTCS（暫行）技術標準。隨后，還做了相關技術標準的修訂工作,2007年頒布了《客運專線CTCS—2級列控系統配置及運用技術原則(暫行)》文件,明確規定了CTCS—2級列控系統運用技術原則,對CTCS—3級列控系統提出了技術要求。

CTCS列控系統是為了保證列車安全運行,并以分級形式滿足不同線路運輸需求的列車運行控制系統。CTCS系統包括地面設備和車載設備,根據系統配置按功能劃分為以下5級: 1.CTCS—0級為既有線的現狀,由通用機車信號和運行監控記錄裝置構成。2.CTCS—1級由主體機車信號+安全型運行監控記錄裝置組成,面向160km/h以下的區段,在既有設備基礎上強化改造,達到機車信號主體化要求,增加點式設備,實現列車運行安全監控功能。

3.CTCS—2級是基于軌道傳輸信息的列車運行控制系統,CTCS—2級面向提速干線和高速新線,采用車—地一體化計,CTCS—2級適用于各種限速區段,地面可不設通過信號機,機車乘務員憑車載信號行車。

4.CTCS—3級是基于無線傳輸信息并采用軌道電路等方式檢查列車占用的列車運行控制系統;CTCS—3級面向提速干線、高速新線或特殊線路,基于無線通信的固定閉塞或虛擬自動閉塞,CTCS—3級適用于各種限速區段,地面可不設通過信號機,機車乘務員憑車載信號行車。

5.CTCS—4級是基于無線傳輸信息的列車運行控制系統,CTCS—4級面向高速新線或特殊線路,基于無線通信傳輸平臺,可實現虛擬閉塞或移動閉塞,CTCS—4級由RBC和車載驗證系統共同完成列車定位和列車完整性檢查,CTCS—4級地面不設通過信號機,機車乘務員憑車載信號行車。我國新建200km/h～250km/h客運專線采用CTCS—2級列控系統, 300km/h～350km/h客運專線的列控系統采用CTCS—3級功能,兼容CTCS—2級功能。

客運專線的CTCS—3列控系統包含了CTCS—2列控系統的全部設備,并在CTCS—2的基礎上增加了鐵路專用全球移動通信系統(GSM—R)系統設備。

新型列車控制系統的核心是通信技術的應用，鐵路通信是專門的通信系統，歷史上是有線通信，后來是有線和無線結合，現在是先進的無線通信是GSM-R。

GSM-R是一種根據目前世界最成熟、最通用的公共無線通信系統GSM平臺上的、專門為滿足鐵路應用而開發的數字式的無線通信系統，針對鐵路通信列車調度、列車控制、支持高速列車等特點，為鐵路運營提供定制的附加功能的一種經濟高效的綜合無線通信網絡系統。所以，GSM-R網絡本身不是孤立存在的，是跟鐵路的各應用系統銜接在一起的，是跟信號系統、列車控制系統銜接在一起的。GSM-R網絡在應用過程當中，本身是一個載體，相當于一條為車提供行駛通道的公路。

GSM-R通信系統包括：交換機、基站、機車綜合通信設備、手機等設備組成。從集群通信的角度來看，GSM-R是一種數字式的集群系統，能提供無線列調、編組調車通信、應急通信、養護維修組通信等語音通信功能。GSM-R能滿足列車運行速度為0-500km／小時的無線通信要求，安全性好。GSM-R可作為信號及列控系統的良好傳輸平臺，正在試驗中的ETCS歐洲列車控制系統(也稱FZB)和另一種用于160公里以下的低成本的列車控制系統(FFB)，都是將GSM-R作為傳輸平臺。

以青藏鐵路為例：青藏鐵路是世界上海拔最高的鐵路線，青藏線北起青海省格爾木市，途經納赤臺、五道梁、沱沱河、雁石坪，翻越唐古拉山進入西藏自治區境內后，經安多、那曲、當雄至西藏自治區首府拉薩市，全長約1142km。絕大部分線路在高原缺氧的無人區。為了滿足鐵路運輸通信、信號及調度指揮的需要，采用了GSM-R移動通信系統。青藏線GSM-R通信系統實現了如下功能：

1、調度通信功能。調度通信系統業務包括列車調度通信、貨運調度通信、牽引變電調度通信、其他調度及專用通信、站場通信、應急通信、施工養護通信和道口通信等。

2、車次號傳輸與列車停穩信息的傳送功能。車次號傳輸與列車停穩信息對鐵路運輸管理和行車安全具有重要的意義，它可通過基于GSM-R電路交換技術的數據采集傳輸應用系統來實現數據傳輸，也可以采用GPRS方式來實現。

3、調度命令傳送功能。鐵路調度命令是調度所里的調度員向司機下達的書面命令，它是列車行車安全的重要保障。采用GSM-R系統傳輸通道傳輸調度命令無疑將加速調度命令的傳遞過程，提高工作效率。

4、列車尾部裝置信息傳送功能。將尾部風壓數據反饋傳輸通道納入GSM-R通信系統，可以方便地解決尾部風壓數據傳輸問題。

5、調車機車信號和監控信息系統傳輸功能。提供調車機車信號和監控信息傳輸通道，實現地面設備和多臺車載設備間的數據傳輸，并能夠存儲進入和退出調車模式的有關信息。

6、列車控制數據傳輸功能。采用GSM-R通信系統實現車地間雙向無線數據傳輸，提供車地之間雙向安全數據傳輸通道。

7、區間移動公務通信。在區間作業的水電、工務、信號、通信、供電、橋梁守護等部門內部的通信，均可以使用GSM-R作業手持臺，作業人員在需要時可與車站值班員、各部門調度員或自動電話用戶聯系。緊急情況下，作業人員還可以呼叫司機，與司機建立通話聯絡。

8、應急指揮通信話音和數據業務。應急通信系統是當發生自然災害或突發事件等影響鐵路運輸的緊急情況時，在突發事件現場與救援中心之間，以及現場內部采用GSM-R通信系統，建立語音、圖像、數據通信系統。

再以高速鐵路為例：2008年在世界高速鐵路大會上，與會代表就高速鐵路定義進行討論以后，最后，達成三點新的共識：一是新建的專用鐵路。強調是新建的專用鐵路，既有的鐵路線不能算；另一層，“專用”含義是單指客運，沒必要搞一個超高速度的貨運列車。二是，在新建的專用鐵路線上，開行達到運營時速250公里以上的動車組列車。三是采用了開行高速鐵路列車的運行控制系統，這種運行控制系統和普速的鐵路是完全不同的，它是一個電腦化的控制系統，這是高速鐵路最核心技術。我們知道列車運行控制系統都是機器控制和人控制相結合的。傳統普速鐵路是以人控為主，機器做輔助的；而高速鐵路是反過來，機器控制優先為主，人是輔助的。高速鐵路必須要用這樣一個先進的高鐵的運營控制系統，我們才能認定說這條線路是高速鐵路。特別時速300公里以上的高速鐵路，一些線路要采用CTCS3級列控技術，這就要利用GSM-R鐵路移動通信系統標準作為信息傳輸的一種手段。CTCS3還要求有一個無線閉塞中心，這個閉塞中心要采集一些信息，以無線GSM-R網絡向車載系統來提供信息。因為GSM-R是無線通信，無線信道是變參信道，從信道的角度講它的傳輸環境是可變的。而且，GSM-R本身是一個復雜的系統，涉及的設備運用、網絡管理因素很多，要想有效、可靠地傳輸這些信息，實際上對GSM-R網絡質量，對系統運行維護的質量就提出了非常苛刻的要求。

從以二例充分說明，21世紀以來,隨著全球鐵路跨越式的發展,越來越多的新技術被應用到鐵路——這個近代文明產物，使得鐵路包含的高科技含量也越來越多。今天的鐵路早已不是單純的以列車和鐵軌的合成工作所定義的概念。鐵路的通信系統越來越重要，它也迎來了劃時代的轉變,鐵路無線全球通信系統的GSM--R的建設和使用,表明成長中的我國鐵路正在不斷吸取國外鐵路的先進經驗和成果,努力提升自身的經濟技術結構和規模水平,加快發展步伐,爭取在較短時間內運輸能力滿足國民經濟和社會發展需要,實現主要技術裝備達到或接近國際先進水平。

總之，我國鐵路列車運行控制系統經過幾十年的發展，已經具備一定基礎。但還不能滿足我國鐵路客運專線和城市軌道交通的發展需求，其列控系統基本還是靠引進。國外系統雖具有先進、相對成熟的特點，但造價高和運營維護成本高，技術受制于人。為此，我國應加快發展適合于我國國情的列控系統。在鐵路交通方面，參照歐洲列控系統(ETCS)發展的中國列車運行控制系統(CTCS)，并采用專門為鐵路劃分頻段的全球移動通信系統(GSM-R)歐洲標準作為發展我國鐵路綜合數字移動通信網絡的技術標準，用以建設無線列調、無線通信業務和列車控制系統信息傳輸通道；在城市軌道交通領域參照相關國際標準，采用商用設備COTS技術發展列控系統。在消化吸收國外先進技術的同時，研究新一代基于移動通信的列控系統(CBTC)，來確保鐵路、城市軌道交通列車運行安全和提高運輸效率，迫切需要裝備性能先進、安全可靠的列車運行控制系統。由于GSM-R的網絡比較復雜，不是簡單的設備連接，或者是簡單的設備開通。它是一個大的系統，這個大的系統本身就有各個環節。而且網絡本身就受到無線信號環境以及氣候環境等諸多因素的影響。要注意ＧＳＭ－Ｒ的電磁環境，其干擾源主要一是系統內部干擾，主要是由頻率規劃和小區規劃不當等自身原因造成的同頻、鄰頻干擾等；二是外部干擾又分為來自中國移動ＧＳＭ網的干擾，ＣＤＭＡ基站下行鏈路對ＧＳＭ－Ｒ上行鏈路的干擾，全頻段或部分頻段人為故意大信號堵塞干擾等。如排除自身因素和人為因素，ＧＳＭ－Ｒ的干擾最可能來源于與其共享頻率資源的中國移動ＧＳＭ－Ｒ網絡。在如此復雜的電磁環境中，應對ＧＳＭ－Ｒ網絡進行“無線空中管制”，為列車控制系統創造無“污染”的通信天空。采用何種方案來與中國移動等單位進行協調，從而保證ＧＳＭ－Ｒ正常的無線通信環境，將是鐵路面臨的一個緊迫而重要的問題。還有無線網絡的覆蓋情況會隨著時間和地點的變化而變化。可能在我們開工的時候，網絡質量沒有問題，傳控系統也沒有問題。但是在設備的互相影響和無線信道變化的影響下，系統會發生一些變化。這就要求我們在運營維護的時候能夠通過有效手段監測到干擾，并防止干擾。換句話說，高速鐵路對整個GSM-R的無線系統和運行維護提出了很高的要求。從我國目前的GSM-R系統主要有三個設備供應商。我國的GSM-R網絡系統在剛開始的時候是按某一單線來建的，以后會過渡到將各條線逐步連在一起作為一張網來管理。從專業的角度來說，GSM-R更多的應用需要有前期認證、網絡系統建設以及應用和推廣三個階段。目前只是停留在系統建設期，基本上還沒有開始成網絡系統應用起來，還沒有到成熟應用的階段。從建設的角度來講，GSM-R一定要形成標準化，否則不同的廠商提供的產品不同，如果我們沒有一個公用的標準是連接不到一起去的。

所以，我國鐵道部這幾年一直在組織各個廠家做標準化和互聯互通方面的工作。只有在標準化這個基礎之上，才能夠做到將現在的各條鐵道線連接起來。GSM-R建設應該有一個整體全方位的規劃方案。實際上我國鐵道部一直在向這方面靠攏，在做這方面的工作。但是規劃也好，方案也好，我們畢竟是從無到有，隨著GSM-R線路越建越多，我們的經驗也會越來越豐富。整體的標準和規劃應該會隨著鐵路的發展逐漸得到完善。

第三篇：關于列車運行控制系統的分類

關于列車運行控制系統的分類

列車運行控制（簡稱列控）系統是將先進的控制技術、通信技術、計算機技術與鐵路信號技術溶為一體的行車指揮、控制、管理自動化系統。它是現代鐵路保障行車安全、提高運輸效率的核心，也是標志一個國家軌道交通技術裝備現代化水準的重要組成部分。值得注意的是，各國鐵路由于歷史、傳統術語、指示和原文意義不同等原因，對列車運行自動控制系統的名稱劃分也不盡相同，列車超速防護系統（ATP）與列車運行自動控制系統（ATC）并沒有嚴格的劃分，在城市軌道交通的信號系統ATC系統中包括列車自動防護ATP、列車自動監督ATS和列車自動駕駛ATO。

在列控系統研究方面發達國家已有較長發展歷史，比較成功的列控系統有：日本新干線ATC系統，法國TGV鐵路和韓國高速鐵路的TVM300及TVM430系統，德國及西班牙鐵路采用的LZB系統，及瑞典鐵路的EBICA900系統等。這些列車控制系統都結合本國的特點、具有本身差別的技術前提和順應規模，因此，列控系統可以分成許多類型。

如按照地車信息傳道輸送方式分類：一種為持續式列控系統，其車載設備可持續接收到地面列控設備的車-地通信信息，是列控技術應用及發展的主流。如：德國LZB系統、法國TVM系統、日本數碼ATC系統。采用持續式列車速度控制的日本新干線列車追蹤距離為5min（分 min），法國TGV北部線區間能力甚或達到3min（分 min）。

另一種為點式列控系統，其接收地面信息不持續，但對列車運行與司機把持的監視其實不間斷，因此也有較好的安全防護效能。如：瑞典EBICAB系統。

還有一種為點連著式列車運行控制系統，其軌道電路完成列車占用檢測及完整性查抄，持續向列車傳送控制信息。點點連著式信息設備傳道輸送定位信息、進路參數、路線參數、限速和停車信息。如：我國CTCS2級。

如按控制模式分為階梯控制方式和曲線速率控制方式兩類。其中階梯速度控制方式，又分有出口速率查抄方式如：法國TVM300系統；有進口速率查抄方式如日本新干線傳統ATC系統。

而按照速度-距離模式曲線控制模式，如：德國LZB系統，日本新干線數碼ATC系統

如按照閉塞方式分：有固定閉塞、移動閉塞。如按照功效、人機分工和列車運行控制系統化程度分： 一有列車運行控制(Automatic Train Stop略稱ATS)系統；ATS是一種只在停車信號(紅燈)前實施列車速度控制的裝備，是

在非速差式信號系統下的產品，歸屬列車速度控制的低級階段。國外多種ATS系統補充了簡略的速率監視功效，這種系統設備簡單，歷史悠長，在我國及世界各國鐵路直到現在廣泛采用。

二有列車超速防護(Automatic Train Protection略稱ATP)系統；列車自動防護系統（ATP）可對列車運行速度進行實時監督，當列車運行速度超過最大允許速度時，自動控制列車實施常用全制動或緊急制動，使列車停在顯示禁止信號的信號機或停車標前方。ATP系統的車載設備以儀表或數字指示方式（車內信號方式）向司機給出列車最大允許速度、目標距離和目標速度等信息，司機只要按允許速度操縱機車，就能可靠保證列車安全運行，不冒進信號。通俗地說，一般ATP系統不包含列車的自動加速和自動減速，只是起到超速防護的目的，在國內也將ATP系統叫成列車超速防護系統。ATP是根據速差式信號系統的建立而產生的，列車正常運行由司機控制，只在司機疏忽或失去控制能力且列車浮現超速時設備才發生效力，并以最大經常使用制動或緊急制動方式，強迫列車減速或停車。當列車速度已降至或到達限速要求，由司機鑒定和操作制動緩解。系統要求符合故障-安全原則。這是一種以人(司機)控為主的列車運行安全系統，在歐洲高速鐵路上遍及采用。三有列車運行控制(Automatic Train Control略稱ATC)系統；鐵路列車運行自動控制系統（ATC）可根據行車指揮命令、線路參數、列車參數等實時監督列車運行速度，通過控制列車多級常用制動，自動降低列車運行速度，保證行車安全。列車運行自動控制系統是比列車超速防護系統高一級的列車自動控制系統，它可替代司機的部分操作。通俗地說，鐵路的ATC系統可以包含列車的自動減速，該系統在日本應用較為廣泛，這種控制模式可以有效降低司機的勞動強度，并且能夠提高運輸效率，不會因為司機的水平不一樣而造成效率的降低，目前我國 200km/h的動車組引進的ATP設備可以理解為日本方式的ATC系統，即在傳統的ATP系統上加上一個設備優先控制列車制動的操作模式。ATC又稱列車運行控制系統減速系統。當列車運行超過限定速度時，列車運行控制實施正常制動，使列車降至低于限定速度的一定值后，制動閥緩解，列車接續運行。這是一種設備優先的列車運行安全控制系統，司機一部分操作由設備代替，但列車運行的正常調速仍由司機操作，系統一樣要求故障-安全原則。這種方式很適合于動車組，日本新干線高速鐵路采取這種方式。

四有列車運行(Automatic Train Operation略稱ATO)系統。ATO(又稱列控駕駛系統)。按系統預先輸入的程序，按照列車運行圖的要求，由設備代替司機舉行列車運行的加速、減速或定點停車的速度調整。一般環境下，司機除對列車開始工作操作外，只對設備的動作舉行監視，它歸屬一種非安全系統，一般疊加在ATC或ATP上，列車運行的安全防護由后者承擔。該系統已在城市地鐵中較廣泛采用，在龐大的鐵路干線上，由于運輸環境、運輸組織比較復雜、惡劣，一般只是注重ATP系統的發展和應用，關于ATS和ATO在鐵路運輸中應用難度較大，目前很少采用。

總之，雖然日本、法國及德國列控系統的名稱不同，但有一個共同點，即自動監控列車運行速度，通過車內信號直接指示列車應遵守運行速度（即允許速度）。在人機關系方面，系統能可靠的防止由于司機失去警惕或錯誤操作可能釀成的冒進信號或列車追尾等惡性事故。為便于理解，將鐵路的列車超速防護ATP系統稱為列車運行控制系統。

第四篇：先進的列車運行控制系統

先進的列車運行控制系統

2008年在世界高速鐵路大會上，與會代表就高速鐵路定義進行討論，最后提出高速鐵路有三個標準：一.新建有專用鐵路；二.開行250公里以上的動車組列車；三.必須用先進的列車運行控制系統。

先進的列車運行控制系統與信號，是高速列車安全、高密度運行的基本保證。是集微機控制與數據傳輸于一體的綜合控制與管理系統，是當代鐵路適應高速運營、控制與管理而采用的最新綜合性高技術。這種運行控制系統與普速的鐵路是完全不同的，它是一個計算機（電腦）化的控制系統，這就是高速鐵路的最核心技術。

所有列車運行控制系統說通俗點就是機器控制與人控制如何結合。傳統普速鐵路是以人控為主，機器做輔助的；而高速鐵路是反過來，優先以機器控制為主，人是輔助的。高速鐵路必須采用先進的列車運行控制系統，我們才能認定說這條線路是高速鐵路。

傳統普速鐵路將列車在區間運行過程中實現自動化的設備統稱為區間設備，包括各種閉塞設備及機車信號與自動停車裝置，其一般以地面設備為主。

在高速鐵路上，由于行車速度較高，如仍用地面的區間設備來調整列車運行，將產生很大困難。首先是地面信號的顯示距離和顯示數量不能給司機作出一個準確的速度限制，甚至模糊、不確定性極強。另外，固定的閉塞分區將影響區間的行車效率。為此，在高速鐵路的列車運行過程中，必須在實現自動化的前提下，采用新的信號區間設備。首先是取消了分散安裝在地面上，線路兩側的區間中的傳統信號設備，列車運行控制功能全集中于列車上。其次是列車位置由車上設備進行自身檢測，而地面設備是根據由車上傳送的位置信息實現間隔控制。再次是列車運行安全速度是根據地面設備傳遞的信息，由車上設備進行自動控制。還有是地面、列車之間的信息傳遞可采用查詢應達器（Transponder），多信息無絕緣軌道電路與無線傳輸信道來實現。

先進列車控制系統是鐵路在技術上的一次突破，它將使鐵路和整個國民經濟取得巨大的經濟效益。從80年代初開始，世界各國研究的先進列車控制系統,現仍處于研究、試驗與完善之中。

如美國的先進列車控制系統英文寫法為AdvancedTrainControlSystems縮寫成叫ATCS，美國的另外一種先進列車控制系統叫ARES。由此推理，歐洲列車控制系統叫ETCS，法國的實時追蹤自動化系統叫ASTREE，日本的計算機和無線列車控制系統叫CARAT等等。全是英文名稱的縮寫而言。

近年來，許多國家為先進列車控制系統研制了多種基礎技術設備，如列車自動防護系統、衛星定位系統、車載智能控制系統、列車調度決策支持系統、分散式微機聯鎖安全系統、列車微機自動監測與診斷系統等。世界上許多國家如美國、加拿大、日本和西歐各國都將在20世紀末到21世紀初，已經開始分層次的實施、逐步推廣應用這些新技術。

美國的ARES系統采用全球定位衛星接收器和車載計算機，通過無線通信與地面控制中心連接起來，實現對列車的智能控制。中心計算機根據線路狀態信息和機車計算機報告的本身位置和其他列車狀態信息等，隨時計算出該采取的相對應措施，使列車有秩序地行駛，并能控制列車實現最佳的制動效果。全球定位衛星系統定位精確，誤差不超過1米，ARES并利用全球定位衛星來繪制實時地圖，使司機能在駕駛室的監視器上清楚地了解列車前方的具體情況，從而解決了夜間和雨霧天氣時的觀察困難。而ATCS列車控制系統與ARES系統最大區別，在于采用設在地面上的查詢應答器，不用全球定位衛星。

當然，ARES和ATCS的功能不限于列車自動駕駛，它們的潛力還很大。計算機還可以在30秒以內，計算出一條鐵路線的最佳運行實時計劃，以便隨時調整列車運行，達到安全效率和節能的最佳綜合指標。

除美國研制的ATCS與ARES系統外，其他各國發展高速鐵路的國家也都十分重視行車安全與控制系統的開發研究。作為世界高速鐵路發展較快的日本、法國和德國，在地面信號設備中，區間設備都采用了符合本國國情的可靠性高、信息量大、抗干擾能力強的微電子化或微機化的不同形式的自動閉塞制式。車站聯鎖正向微機集中控制方向發展。為了實現高速鐵路道岔轉換的安全，轉轍裝置也向大功率多牽引點方向發展，同時開發研究了道岔裝置的安全監測系統。在車上，世界各國的高速鐵路都積極安裝了列車超速防護和列車自動控制系統。

日本在東海道新干線采用了ATC系統，法國TGV高速線采用了TVW300和TVM430系統，德國在ICE高速線上采用了LZB系統。這些系統的共同點是新系統完全改變了傳統的信號控制方式，可以連續、實時監督高速列車的運行速度，自動控制列車的制動系統，實現列車超速防護。另外，通過集中運行控制，系統還可以實現列車群體的速度自動調整，使列車均保持在最優運行狀態，在確保列車安全的條件下，最大限度的提高運輸效率，系統進一步還可以發展為以設備控制全面代替人工操作，實現列車控制全盤自動化。這些系統的不同點主要體現在控制方式、制動模式及信息傳輸的結構方面。

德國的LZB連續式列車運行控制系統，其運營速度可達270km/h。它是目前世界上唯一采用以軌道電纜為連續式信息傳輸媒體的列車控制系統，可實現地面與移動列車之間的雙向信息傳輸，同時還可利用軌道電纜交叉環實現列車定位功能，控制方式是以人工控制為主。LZB系統首先將連續式速度模式曲線應用于高速列車的制動控制，打破了過去分段速度控制的傳統模式，可以進一步縮短列車運行的時隔時分，因此能更好地發揮硬件設備在提高線路運輸效率方面的潛在能力。

法國的TVM430型是在TVM300系統的基礎上進行數字化改造后的列車控制系統，在TGV北方線上采用，列車運行速度可達320km/h。TVM430系統的地面信息傳輸設備采用UM71型無絕緣數字式軌道電路，由地面向移動列車之間實現地對車信息的單向傳輸。信號編碼總長度為27個信息位，其中有效信息為21位。列車的定位功能也是由軌道電路完成的。

我國采用的“中國列車運行控制系統”（CTCS）。CTCS-1級，人工控制為優先，超速防護，用于傳統普速鐵路。CTCS-2級，機器控制為優先，基于軌道電路+應答器的地對車單向信息傳遞，用于250km/h客運專線，5分鐘追蹤。CTCS-3級：機器控制更為優先，基于無限數據傳輸平臺（GSM-R）車地雙向列控信息傳遞。用于350km/h客運專線，3分鐘追蹤。CTCS4級采取目標距離控制模式，列車按移動閉塞或虛擬閉塞方式運行還未實施商業應用。

根據我國的具體情況，高速鐵路要兼容既有鐵路的信號制式，特別是要滿足多種信息傳輸方式，實現傳輸系統故障時的降級需要，就必須采用車載設備智能化的方式。

高速線上運行的均為動車組，并都安裝高速列控系統的車載設備，車載設備采用先進的數字信號處理技術，兼容既有線信號系統，在分界點列車自動識別轉換模式。這樣使高速列車能下既有線運行，如有安裝有高速列控系統車載設備的動車組原在既有線上運行的，也能上高速線運行。每個車站設一個區段控制中心，通過高速鐵路數據通信廣域網絡實現各區段控制中心之間以及與綜合調度中心之間的高速、大容量的信息交換。

第五篇：基于通信的列車控制系統概述

西南交大的課件第1節 基于通信的列車控制系統概述

《列控車載設備》、《列控地面設備》徐嘯明，中國鐵道出版社，2007 《閉塞與列控》付世善，中國鐵道出版社，2006

1.CBTC的發展前提和前景

19世紀中葉出現火車之后，立即就有人研究如何控制火車安全運行問題。早期，為了保證列車的安全，所以采用人騎馬作為列車運行先導，以后又用過在一定距離設置導運人員，揮旗來表達列車可否安全前行。1930年在英國開始第一次應用橫木式帶燈光的信號機，而美國在1932年采用在柱子上掛黑球或白球來對列車指示停車或通過。1941年臂板信號才正式誕生在英國。1932年莫爾斯電報機發明后，很快就引人到鐵路。1941年英國人提出閉塞電報機專利，并于1951年在英國鐵路獲得普及應用。1976年發明了電話，又為鐵路應用構成電話閉塞，這種方法至今在特殊情況下，如地震、洪水后等應急時尚有應用。

除了上述兩種方法，還有應用路簽機和路牌機方法，1979年英國人泰爾(Tyres)發明電氣路牌機，即兩相鄰車站各有一個路牌機，它們之間有電氣聯接，兩站之間有列車運行，一定要領到一個路牌才能作為運行的憑證。而在平時，在一個時間內只允許有一個路牌從中取出，以此保證行車安全。1999年英國人韋布和湯姆森(Webb and Thomson)發明了電氣路簽機，它工作原理與電氣路牌機相似，即平時在一組路簽機中只能取出一枚路簽供運行的列車司機作為行車憑證。

從宏觀來分析，列車運行控制系統實際上包含下列幾個部分： 1.車站的列車運行控制系統

它一般以車站聯鎖來表達。在一個車站內，將車站內的道岔，進站、出站、調車信號機，車站主干線、車站股道等三大部分之間按一定聯鎖關系構成系統，為列車創造行車進路或調車進路，它既要保證行車安全，又要保證行車效率。

2.區間的列車運行控制系統

它是指列車在所有車站與車站之間運行的控制系統，其目的是保證它們的安全運行、提高行車效率和提供信息。

3.駝峰編組站運行控制系統

從邏輯控制使用來區分，上述三方面系統是各自獨立的，即它們的硬件系統和軟件系統都獨立，它們的研究開發、設計、生產、使用等可以彼此不相干。但是從信息流而言，這三者之間有著千絲萬縷的聯系，因為任何旅客列車運行，都要經過車站和區間，而貨物列車則不僅有經車站、區間之外還有駝峰編組站。

從微觀而言，人們經常把列車運行控制系統指的是區間列車運行控制系統，而且往往簡稱為列車運行控制系統，但實際上在車站范圍的列車運行控制也屬于此范疇。在TTS-R中，列車運行控制系統占有重要的地位，因為它是協調運輸中速度、密度和載重三者之間關系，它也是提供列車運行實時信息等關鍵所在。在區間列車運行控制中，最基本的問題有以下三方面：

CBTC的發展前提和背景(點擊開始播放)(1)要保證任何一個運行中的列車是安全的，即它要與前行列車保持足夠的安全距離，不撞前行車，同時也要防護本列車，使后續列車也與本列車保持一個安全距離。為此，就必須決定本列車應該按什么速度行車，安全是行車的基本要求。

(2)在保證行車安全的前提下，還要使行車有效率。業主、旅客和貨主三者都對此有共同要求，而且它也是表征一個國家經濟是否發達的標志之一。

(3)在信息社會里，有關列車運行的信息也極為重要。因為運行管理者只有知道所有列車信息，它才能統籌管理；旅客關心的是列車什么時候開，什么時候到達目的地，中間又經過什么地方，沿路有否好風景；貨主關心的是什么時候可將托運的貨物送走，運行列車現在又在哪里?它什么時候到達貨物目的地?因此，列車運行中首先要提供最原始的“3W”信息，即：

1W——When——什么時間 2W——What——什么列車 3W——Where——在哪里

有了一系列基礎信息之后，才能派生出二次、三次等多次相關信息。

基于通信的列車控制(Communications-based Train Control，CBTC)系統獨立于軌道電路，采用高精度的列車定位和連續、高速、雙向的數據通信，通過車載和地面安全設備實現對列車的控制。CBTC已在全世界范圍內發展，它不僅在地面大鐵路得到推廣應用，而且在城市軌道交通系統，包括地下鐵道或快捷運輸線路也給以青睞。

基于通信的列車控制利用先進的通信、計算機技術。突破了固定閉塞的局限，實現了移動閉塞，在技術和成本上較傳統的信號系統有明顯的優勢。該技術無需在軌道上進行固定長度、固定位置的閉塞分區，而是把每一列車加上前后的一定安全距離作為一個移動的分區，列車制動的起點和終點都是動態的。列車的安全間距是按后續列車在當前速度下所需的制動距離加上安全余量計算得出。列車的最小運行間隔在90s以內，個別條件下可實現小于60 s的間隔時間。與傳統的固定閉塞、準移動閉塞技術相比移動閉塞技術實現了車載設備與軌旁設備不間斷的信急雙向傳輸，使列車定位更精確、控制更靈活，可以安全有效地縮短列車間隔，提高列車運行的安全性與可靠性。降低列車的運營和維護成本。

CBTC技術發源于歐洲連續式列車控制系統，經過多年的發展，取得了長足的進步。包括阿爾卡特、西門子、阿爾斯通等多家列車控制系統設備提供商均開發出了自己的CBTC系統，并在溫哥華、倫敦、巴黎、香港、武漢等多個城市的軌道交通線路上運行。我國于2004年投入運營的武漢輕軌是國內第一條采用CBTC方案的城市軌道交通線路。然而對于仍在運營的軌道交通系統，如何在不影響服務的條件下應用先進的信號系統，是運營商在考慮對信號系統進行升級時必須而對的問題。

迄今為止最大的，實現不同廠商CBTC系統設備互連互通的CBTC項目正在紐約地鐵進行，并準備將該技術用于改造紐約地鐵信號系統。1999年，電氣和電子工程師協會軌道交通運輸車輛接口委員會(IEEE Rail Transit Vehicle Interface Standards Committee，IEEE RTVISC)制定并頒布了CBTC技術標準《IEEE Std 1474.1一1999 KIEEE基于通信列車控制的性能和功能要求(第一版)》(“IEEE Standard for Communications-Based Train Control(CBTC)Performance and Functional and Functional Requirements”，以下簡稱標準)。準標準詳細定義了CBTC系統的功能，并規定了CBTC系統的列車運行間隔、安全性和可用性等技術指標。

第2節 CBTC的特點

1.CBTC的特點 移動閉塞系統通過列車與地面間連續的雙向通信。實時提供列車的位置及速度等信息，動態地控制列車運行。移動閉塞制式下后續列車的最大制動目標點可比準移動閉塞和固定閉塞更靠近先行列車，因此可以縮小列車運行間隔，使運營公司有條件實現“小編組，高密度”，從而使系統可以在滿足同等客運需求條件下減少旅客候車時間，縮小站臺寬度和空間，降低基建投資。此外，由于系統采用模塊化設計，核心部分均通過軟件實現。因此使系統硬件數量大大減少，可節省維護費用。

移動閉塞系統的安全關聯計算機一般采取三取二或二取二的冗余配置。系統通過故障安全原則對軟、硬件及系統進行量化和認證，可保證系統的可靠性、安全性和可用度。

無線移動閉塞的數據通信系統對所有的子系統透明，對通信數據的安全加密和接入防護等措施可保證數據通信的安全。由于采取了開放的國際標準，可實現子系統間邏輯接口的標準化，從而有可能實現路網的互聯互通。采取開放式的國際標準也使國內廠商可從部分部件的國產化著手，逐步實現整個系統的國產化。

在對既有點式ATP或數字軌道電路系統的改造中，移動閉塞系統能直接添加到既有系統之上。因此對于混合列車運行模式來說，移動閉塞技術是非常理想的選擇。

與傳統的基于軌道電路的列車控制系統比較，CBTC系統的優勢主要表現在以下幾點： 1.更簡潔

從硬件結構看，系統以控制中心設備為核心，車載和車站設備為執行機構，車、地列車控制設備一體化。從功能上看，聯鎖、閉塞、超速防護等功能通過軟件統一設備實現，不再分隔。因此，整個系統擺脫了積木堆疊式結構，而是一個統一的整體。系統結構更簡潔。

2.更靈活

系統不需要新增任何設備，自然支持雙向運行，而且不因為列車的反方向運行，降低系統的性能和安全。所以，CBTC系統在運營時，可以根據需要，使用不同的調度策略。此外，還表現在CBTC系統可以處理多條線路交叉，咽喉區段列車運行極其復雜的情況。另外CBTC系統內可以同時運行不同編組長度、不同性能的列車。

3.更高效

系統可以實現移動閉塞，控制列車按移動閉塞模式運行，進一步縮短列車運行間隔。另外，CBTC系統可以進一步優化列車駕駛的節能算法，提高節能效果。

CBTC目前已成為鐵路運輸及信號的技術人員和管理人員極度關注的問題，CBTC能得到如此廣泛的推廣和應用，主要和CBTC的使用特點有關系。

1.安全方面

目前TBTC系統中的控制停息流是開環的，即發送者只管發送，并不能確切知道接收者是否真正接收到所需信息，這并不能保證行車安全。

CBTC的特點(點擊開始播放)2.運輸效率方面

由于TBTC系統是固定自動閉塞系統，所有閉塞分區一經設計計算好，信號機就有固定位置，而每個閉塞分區的長度要求完全滿足最壞列車的運行安全的需要。所謂最壞列車，指它的牽引噸位是設計書中規定最重的，制動率也最低，有規定的運行速度，并且這種情況下在該地區的坡道值和彎道值條件下能夠在該閉塞分區內剎住車。這些條件顯然對于“好車”(主要是牽引噸位少、制動效率好等)有潛在的運輸效率。一旦規定了最高運行速度，在投產后，實際速度必須在規定范圍之下。因此，即使存在線路橋梁、車輛、機車有提速的可能，信號也限制了它們的發展，使得運輸效率受到限制，除非重新進行設計計算。

3.工程設計方面

在信號閉塞分區長度設計，即區間信號機的布置有嚴格的牽引計算來規定，工程設計人員必須一個閉塞區接著一個閉塞區進行設計。如果在投產后意欲提高運量，提高運行速度，加大運行密度，必須嚴格核實閉塞分區工程的可能性，這是比較費周折的。

4.信息方面

隨著信息社會的發展，對在線路上運行的列車，調度、旅客和貨主三者愈來愈希望能得到它們的實時信息，以便調度員決定要否修正運行圖，旅客能知道列車是否晚點，貨主能知道托運貨物何時能達目的地等等。

5.投資方面

在一次投資方面，希望減少因敷設電纜所需的40%的資金，并且希望新系統的性能/價格要比原有的更高；在日常維護投資開銷方面，希望提高勞動生產率來減少維護費用。

6.在天氣影響方面

希望避免晴天、雨天、下雪等影響，對原軌道電路必須經常作適當調整，以避免道碴受這些條件影響而帶來不穩定性，由此可能造成不安全性。

7.抗干擾方面

希望減少在TBTC系統中軌道電路受牽引回流帶來的干擾，以致使系統可能帶來不穩定性和不安全性。

8.維護工作方面

希望減少信號工人原來對軌道電路要沿線步行目視維護的繁重體力勞動。9.信息共享方面

希望列車的各種信息、多媒體通道等能為鐵路信號之外其他工種能共享信息，特別是機務、車輛、公安、工務、運輸等，特別希望能用多媒體信息，而且有車一地間的雙向通信。

CBTC的特點(點擊開始播放)10.改建方面

TBTC-FAS系統大部分是單向運行線路，要改為雙向運行，必須進行改建，而改建過程必定會嚴重影響運行，而且改造費用巨大。

11.與城市軌道交通共存問題

由于城市軌道交通系統一般都是客運、且運行密度大、速度中等、站間距離短和列車在站停留時間短等特點，所以它的列車運行系統在TBTC方面難以與地面大鐵路交通系統相兼容，但應用CBTC系統后，這類系統就容易相互兼顧，大交通管理同樣可以容易實現城市交通管理。12.通信媒體方面

有各種形式移動無線通信、漏泄電纜或各種漏泄波導、衛星通信、衛星定位、感應電纜等。

13.計算機方面

有各類小型、高可靠計算機，計算機控制用芯片、快速的數字信號處理芯片、各類接口芯片。

14.控制方面

有智能技術的高速發展、各類糾錯和檢錯技術來實現閉環控制、安全控制等。15.可靠性方面

有各類冗余技術、避錯技術、反饋糾錯技術、高可靠糾錯、檢錯編碼方案等。16.器材和工藝方面

小型、微型元器件的容易購買，生產工藝更趨于標準化。17.接口方面

各類接口標準及接口器材芯片的容易實現。18.認識方面

信息技術、高新技術的發展，促使鐵路信號技術提高技術水平和對這些技術的認識，感到這是發展方向，會給人們帶來進步，而且對CBTC的信賴性也在逐步增加。

基于需要與可能的結果，使CBTC在20世紀最后年份發展極為迅速，而在21下紀初期的發展勢頭將會更引人注目。

地鐵信號和列車自動保護系統(點擊開始播放)

在輪軌交通中，為保證列車運行安全，須保證列車間以一定的安全間隔運行。早期，人們通常將線路劃分為若干閉塞分區，以不同的信號表示該分區或前方分區是否被列車占用等狀態。列車則根據信號顯示運行，不論采取何種信號顯示制式，列車間都必須有一定數量的空閑分區作為列車安全間隔。

地鐵的信號原理也基于此，但由于地鐵的特殊條件對安全的要求更加嚴格。因此必須配備列車自動保護(ATP)系統。ATP通過列車間的安全間隔、超速防護及車門控制來保證列車運行的安全暢通。在固定劃分的閉塞分區中，每一個分區均有最大速度限制。若列車進入了某限速為零或被占用的分區，或者列車當前速度高于該分區限速，ATP系統便會實施緊急制動。ATP地面設備以一定間隔或連續地向列車傳遞速度控制信息。該信息至少包含兩部分：分區最高限速和目標速度(下一分區的限速)。列車根據接收到的信息和車載信息等進行計算并合理動作。速度控制代碼可通過軌道電路、軌間應答器、感應環線或無線通信等傳輸，不同的傳遞方式和介質也決定了不同列車控制系統的特點。

為了保證安全，地鐵ATP在兩列車之間還增加了一個防護區段，即雙紅燈區段防護，如下圖所示。后續列車必須停在第一個紅燈的外方，保證兩列車之間至少間隔一個閉塞分區。

圖12-3-1-1 示意

移動閉塞-基于通信列控系統(點擊開始播放)

傳統的固定閉塞制式下，系統無法知道列車在分區內的具體位置，因此列車制動的起點和終點總在某一分區的邊界。為充分保證安全.，必須在兩列車間增加一個防護區段，使得列車間的安全間隔較大，為此影響了線路的使用效率。

準移動閉塞在控制列車的安全間隔上比固定閉塞進了一步。它通過采用報文式軌道電路輔之環線或應答器來判斷分區占用傳輸信息，信息量大；可以告知后續列車繼續前行的距離，后續列車可根據這一距離合理地采取減速或制動，列車制動的起點可延伸至保證其安全制動的地點。從而可改善列車速度控制，縮小列車安全間隔，提高線路利用效率。但準移動閉塞中后續列車的最大日標制動點仍必須在先行列車占用分區的外方。因此，它并沒有完全突破軌道電路的限制。

移動閉塞技術則在對列車的安全間隔控制上更進了一步。通過車載設備和軌旁設備不間斷的雙向通信，控制中心可以根據列車實時的速度和位置動態計算列車的最大制動距離。列車的長度加上這一最大制動距離并在列車后方加上一定的防護距離，這樣便組成了一個與列車同步移動的虛擬分區，見下圖。由于保證了列車前后的安全距離，兩個相鄰的移動閉塞分區就能以很小的間隔同時前進，這使列車能以較高的速度和較小的間隔運行，從而提高運營效率。

圖12-3-2-1 移動閉塞示意

移動閉塞的線路取消了物理層次上的分區劃分，而是將線路分成了若干個通過數據庫預先定義的線路單元。每個單元長度為幾米到十幾米之間，移動閉塞分區即由一定數量的單元組成，單元的數目可隨著列車的速度和位置而變化。分區的長度也是動態變化的，線路單元以數字地圖的矢量表示。

早期的移動閉塞系統是通過在軌間布置感應環線來定位列車和實現車載計算機(VOBC)與車輛控制中心(VCC)之間的連續通信。現今，大多數先進的移動閉塞系統己采用無線通信系統實現各子系統間的通信。在采用軌旁基站的無線通信系統中，系統一般考慮100%的無線信號冗余率進行基站布置，以消除在某個基站故障時可能出現的信號盲區。

CBTC系統引人了通信子系統，建立車地之間連續、雙向、高速的通信，列車的命令和狀態可以在車輛和地面設備之間可靠交換，使系統的主體CBTC地面設備和受控對象列車緊密的連接在一起。所以，“車地通信”是CBTC系統的基礎，CBTC系統的另外一個基礎則是“列車定位”。只有確定了列車的準確位置，才能計算出列車間的相對距離，保證列車的安全間隔。也只有確定了列車的準確位置，才能保證根據線路條件，對列車進行限速或者與地面設備發生聯鎖。所以說車地通信是CBTC系統中的一條“明線”，列車定位則是CBTC系統的“暗線”，車地通信和列車定位共同構成CBTC系統的兩大支柱。

第4節 CBTC系統的原理

1.車地通信原理

2.列車定位原理

3.列車完整性檢測的原理 車地通信原理(點擊開始播放)

列車一地面間雙向通信技術，它是標志CBTC不同于TBTC的根本點。這類雙向通信方式與一般語音和數據的雙向通信在要求上又有不同，主要反映在要求高可靠性、實時性和安全可用性等多個方面，它類似于航空指揮通信。但是在實際環境方面不同，因為列車與地面之間有隧道、山區、高層建筑；它們在指揮范圍方面也有不同，因為列車經歷幾公里到幾百公里范圍內必有車站，而且區間又有多個列車在運行，車站又有不少列車停留；此外，列車又有電氣化干擾等。所以車一地之間雙向通信是比較復雜的問題。從目前已經開發應用而言，車一地之間雙向通信方式有下列幾種：

(1)查詢應答器——即如前所述，分為有源和無源兩種類型。這種方法的主要問題是只能實現點式通信，而不能實現連續式通信。

(2)軌道交叉電纜方法——它可以實現連續雙向信息。(3)漏泄波導方法——它可以實現連續雙向通信。

(4)GSM-R法——它是GSM連續無線通信系統的鐵路專用系統。

(5)擴展頻譜法(Spread Spectrum Radio)——是無線通信方式之一，早期它由軍方開發應用中具有良好抗干擾性能。擴展頻譜中“擴展”的含義是它使用比傳輸該信號所應有的頻譜更寬，一般它使用兩種方法：一種稱為跳頻(Frequency Hopping)法，另一種是直接序列法(Direct Sequence)。

在跳頻法中，傳輸端按某種事先已經的人為隨機序列型式的有規則的時隙來傳送信號，而最終結者則譯出相應信息。直接序列法是在系統傳送端發送一種清楚的隨機型數據位，而接收者懂得此類形式，然后將它譯成原有信息形式。在上述兩種方法中，直接序列法應用更為廣泛。

(6)TETRA無線通信法。(7)衛星通信法。(8)其他無線電通信方法。

CBTC系統的通信子系統主要有兩種形式：一種是系統初期基于感應環線電纜的感應環線通信系統；另一種是新近發展比較快的無線通信系統。

SelTrac.S40系統采用感應環線通信系統，沿線路鋪設銅質芯線、外皮絕緣的無屏蔽電纜，即感應環線電纜。環線電纜發送端連接通信發送設備，使環線電纜中保持一定強度的恒定電流。在列車上，安裝有接收天線和發送天線，接收天線通過電磁感應，接收地面感應環線發送的信息。反過來，當車載發送天線發送信息時，地面感應環線又變成為接收天線，接收車載設備發送的信息，從而實現車地雙向通信。感應環線通信系統的有關參數如下表所列。

車地通信采用主從應答方式，地面車輛控制中心VCC為通信主站，各個車載控制器VOBC為從站。VCC按順序輪流向VOBC發送命令，并要求相應的VOBC應答。VCC和VOBC通常的輪循周期為0.5秒，并保證最長3秒鐘內，列車和地面能夠交換信息一次。一個VCC通常連接多根感應環線，列車可以運行在不同感應環線上.所以，VCC還要負責確定列車在哪根環線上，然后將對應的命令發送到相應的感應環線上。無線通信技術正在帶領CBTC系統進入新的發展階段。特別是基于IEEE 902.11標準的無線局域網技術不斷發展成熟，CBTC系統可以直接采用由第三方廠商提供的基于開放標準的無線通信平臺，提高了系統集成度，并且減少了軌旁設備，系統的可維護性進一步增強。無線局域網不僅提供物理層和數據鏈路層服務，還提供網絡層和運輸層服務(即TCP/IP協議)。這使得車地通信更加透明，只要知道車載CBTC設備的IP地址，地面CBTC設備就可以直接向通信子系統發送信息，由通信子系統負責將該信息路由傳遞至車輛。而不再像感應環線通信系統那樣，需要由VCC確定將信息發送到哪一根環線。從而進一步簡化了地面CBTC設備的軟、硬件結構。

列車定位原理(點擊開始播放)

在TBTC系統中列車的位置只是靠閉塞分區占用來粗略定位。一旦列車進人某一個閉塞分區，不論該閉塞分區的長度，甚至列車在運行中跨占有兩個閉塞分區，對TBTC系統而言，它只知道列車占用閉塞分區，而不追問列車是在閉塞分區的頭部還是尾部，所以它只是粗略地提供定位信息，因此會影響運輸效率。但在CBTC則不然，它必須提供精確的定位，即列車的頭部是在什么坐標，在已知列車長度情況后，也必然知道列車的尾部在何位置。CBTC系統中對列車提供精確定位的作用有以下兩點：

1.從保證安全出發，一旦知道列車頭部位置，CBTC系統就能計算出它現在距前方列車尾部還剩余多少距離，或在距進站信號/標志還有多少距離，從此可以計算出本列車現在應是加速前進還是減速前進，或保持恒速，是繼續前進還是制動，假如是制動，則應采用何種級別制動，是常用制動還是緊急制動等等。總之，從行車安全出發，要絕對保證不發生追尾前車或闖紅燈。

2.從提高運輸效率出發，在允許條件下計算出本列車是否還可以提速或其他操作，保證與前行列車之間的間距(Headway)達到最小。

目前已經投人實際應用的列車定位技術有：(1)用車軸轉速轉測距定位法(2)查詢一應答器法(3)軌道感應電纜法(4)GPS法

(5)無線電信號距離測量法(6)光纖陀螺法(7)多譜勒雷達法(8)漏泄波導法(9)漏泄電纜法

列車完整性檢測原理(點擊開始播放)

在原有TBTC系統中通過應用軌道電路自然而然地能完成列車完整性檢測。因為只要一旦列車在中間環節發生斷勾等而殘留一節或幾節車輛在區間，軌道電路的分路狀態立即可以檢測，但現在CBTC系統不采用軌道電路，因此必須通過其他方法來檢測列車完整性。

一種解決檢測列車完整性的最好方法是在列車尾部安裝無線發信裝置，它能發出無線電信號給本列車的機車上車載裝置。一旦該信號中斷，就可以認為列車完整性出現問題。對于客運列車，在列車尾部安裝尾部發信裝置理論上是比較容易解決，當然它也有一系列實際問題，如哪個部門來負責管理，如何確定發送的信號內容，如何不受干擾，同時它也不干擾其他裝置等等。對于貨物列車應用此法則比較困難。理論上，在我國，按鐵道部頒發的《鐵路技術管理規程》第190條規定，在貨物列車尾部須掛列尾裝置，它的目的是為安全、效率、減少調車作業量等等，在此列尾裝置中自然也可以安裝“列車完整性信息發送裝置”，但它也同樣面臨著管理、調度、維護、責任者等多方面問題。另一種解決檢測列車完整性問題方法是司機通過檢查列車制動氣管壓力是否有突變來判斷，或者通過某種電子裝置檢測其壓力變化來確定。因為在正常狀態，列車管壓力是平穩的，若發生列車車輛車鉤斷裂而分成兩部分時，壓力會立即發生異常。對這種方法，已經有人試驗過，理論上是無問題，但實際上也有一定工程技術問題需要解決，諸如：車輛制動管的漏氣，“關門車”的存在等等。

總之，在實現CBTC時，列車完整性的檢測必須得到很好的解決。

第5節 典型移動閉塞系統的系統結構

1.典型移動閉塞系統的系統結構

2.CBTC系統的功能及結構

3.CBTC系統定義與分類

4.典型CBTC系統

5.CBTC系統的可靠性

典型移動閉塞系統的系統結構(點擊開始播放)

目前，世界上諸多信號供應商如阿爾卡特、阿爾斯通、西門子、龐巴迪和西屋等，均開發出了各自的移動閉塞技術并已經在全球廣泛應用。

典型的移動閉塞線路中，線路被劃分為若干個區域，每一個區域由一定數量的線路單元組成。區域的組成和劃分預先定義，每一個區域均由本地控制器和通信系統控制。本地控制器和區域內的列車及聯鎖等子系統保持連續的雙向通信，以控制本區域內的列車運行。列車從一個控制區域進入下一個區域的移交是通過相鄰區域控制器之間的無線通信實現。當列車到達區域邊界，后方控制器將列車到達的信息傳遞給前方控制器，同時命令列車調整其通話頻率；前方控制器在接收并確認列車身份后發出公告，移交便告完成。兩個相鄰的控制區域有一定的重疊，保證了列車移交時無線通信不中斷，見下圖。

（圖中虛線表示了無線蜂窩信號的重疊，車載無線電根據信號強度決定與哪一個軌旁基站進行通信。）

圖12-5-1-1 分布式移動閉塞技術的無線傳輸示意

某一典型無線移動閉塞系統的系統結構如右圖所示。該系統以列車為中心，其主要子系統包括：區域控制器，車載控制器，列車自動監控(中央控制)，數據通信系統和司機顯示等。

圖12-5-1-2 典型無線閉塞系統的系統結構

區域控制器(ZC)也就是區域的本地計算機，與聯鎖區一一對應。通過數據通信系統保持與控制區域內所有列車的安全信急通信。ZC根據來自列車的位置報告跟蹤列車并對區域內列車發布移動授權，實施聯鎖。區域控制器采取三取二的檢驗冗余配置。

冗余結構的ATS可實現與所有列車運行控制子系統的通信，用于傳輸命令及監督子系統狀況。車載控制器(VOBC)與列車一一對應，實現列車自動保護(ATP)和列車自動運行(ATO)的功能。車載控制器也采取三取二的冗余配置。車載應答器查詢器和天線與地面的應答器(信標)進行列車定位，測速發電機用于測速和對列車定位進行校正。

司機顯示提供司機與車載控制器及ATS的接口，顯示的信息包括最大允許速度、當前測速度、到站距離、列車運行模式及系統出錯信息等。

數據通信系統實現所有列車運行控制子系統間的通信。該系統采用開放的國際標準:以902.3(以太網)作為列車控制子系統間的接口標準.，以902.11作為無線通信接口標準。這兩個標準均支持互聯網協議(TP：Internet Protocol)。

CBTC系統的功能及結構(點擊開始播放)

一、CBTC系統的基本功能

CBTC系統的基本功能與其結構有關，而該結構又決定于它的應用類別，或稱它的應用水平。例如，CBTC-半自動閉塞、CHTC-FAS、CBT-MAS等。另一方面它又與在系統中僅是應用機車信號，還是有ATP、有ATC及ATO等。以下將給出不同應用水平級的基本功能。

1．構成閉塞功能

在TBTC系統中各種水平的應用均依靠軌道電路來構成閉塞，因為閉塞是保證行車的基本方法。現在CBTC系統中，則必須同樣具有構成閉塞區段的功能。在CBTC半自動閉塞系統中，采用進/出站口的標志器、查詢/應答器或其他類似設置來表明站間閉塞的分界口，并且要達到在出站標志之后一定使用某個專用頻率來區分，用這個頻率來構成機車信號以供給司機(指最低應用水平)，或用此信號顯示供給車載設備上ATP系統(指較高一級應用水平)。CBTC中的閉塞功能可以是固定的，也可以是移動的。目前在CBTC-半自動閉塞系統中的閉塞區段長度相當于站間長度，而在CBTC-MAS系統中則為最短，其長度為本列車常用制動所需的距離附加安全距離。所以閉塞功能也是保證安全功能。

2．系統具有定位功能

在CBTC系統中定位精度愈高，則系統可使行車效率愈高。3．系統具有計算功能

CBTC系統要有能力計算出在給定最大允許列車車速條件下本列車目前最大可能達到的車速。因為在任意一個移動閉塞區間，列車只能依據各種動態和靜態參數，以及其定位值和實際速度來計算出應有速度，才能保證安全。

4．CBTC系統必須向系統的地面設施和車載設施及時地、動態地給出相應的參數和運行狀態，以備司機人為或車載設備自動地作出應有的操作。

5．CHTC系統為管轄范圍內列車及地面設施提供良好的雙向通信功能，它不僅提供運行列車的參數，而且也應提供非信號范圍內的各種有關參數，滿足信息社會所需的數據要求。

6．CBTC系統應具有良好的記錄功能，即不僅在車載設施上，而且還應在地面設施有記錄。這種記錄應起到雙重作用：(1)為改善列車運行性能，為提高運行質量分析用的記錄；

(2)發生任何車禍后，有可能從記錄設施中尋找出發生事故的原因，進行有效的分析，它類似于航空系統的“黑盒子”功能。

以上提到的大部分是基本功能，在應用技術較高等級CBTC系統，則其功能還應具有：(1)ATP系統的全功能；(2)ATC系統的全功能；(3)ATO系統的全功能。

7．遠程診斷和監測功能，用于改善CBTC系統的可靠性、可用性及安全性。因此，CBTC的車載設施、地面設施均應設計有遠程診斷的接口，允許系統在運行過程中發生故障立即發出相應信號給地面綜合診斷臺，以便及時地采取相當措施。這個功能當然是比較復雜，CBTC系統至少從一開始設計時留有余地。

CBTC的定義可以通過它的總特點來描述，即利用無線通信媒體來代替軌道電路達到車一地之間的信息傳輸，而在此基礎構成的列車運行控制系統，都可稱為CBTC系統。它涵蓋了大量不同名稱的系統，從此也可見CBTC系統并不是只有一種體系結構，或者說，CBTC的系統中所應用的技術并不是完全相同，因而它們所完成的功能也可能不是同一水平和同一內容，因此對CBTC系統就有分類的必要。但是由于通信技術的飛速發展，所以要對CBTC進行詳盡的分類實際上非常困難，以下將是根據目前技術水平進行的參考性分類。

一、從閉塞分區實現來分類

從閉塞分區進行分類可以有下列幾種：(1)基于通信的固定自動閉塞運行控制系統；

(2)移動自動閉塞運行控制系統。基于通信的固定自動閉塞運行控制系統(CBTC——Fixed Autoblock System—CBTC-FAS)表示閉塞分區是固定不變的，它像TBTC-FAS一樣，閉塞分區是通過區間牽引計算來求得其長度，而CBTC-FAS與TBTC-FAS的根本區別是前者采用雙向通信技術來達到車一地之間信息交換。

在每個閉塞分區的始端可以沒有固定信號機作為防護，它的信號顯示是依據控制中心在計算基礎上給定。下圖是全部用移動無線通信的CBCT-FAS系統，它經過調制的無線頻率RF使移動列車與控制中心相聯系，車站控制中心則依據區間各列車的實際分布，計算出保護信號機可以給出的信號，通過無線中繼設備與保護信號機線路設備LI/O相連，后者經譯碼后給出信號顯示。它同時也返回收到的信息及狀態顯示送給無線中繼設備轉控制中心，由此構成信息流的閉環。與此同時，運行中的列車也隨時與線路設備LI/O相聯絡，報告它的定位與其狀態信息等，以構成車一地之間的雙向通信。

圖12-5-3-1 CBTC-FAS示意1 應該指出，在上圖所示的CBTC-FAS中，可以仍然保留軌道電路。但是它的作用不是為了構成閉塞系統的調節環節，而僅是為了檢測列車的存在及其完整性。正因如此，軌道電路長度要短一些，并不希望增長，它的長度可縮短到系統造價不要由于電纜的存在而占有重要成分。因為軌道電路縮短后，在運輸效率方面可以獲得提高。

上圖無線方法在FAS中應用也可以保留，它是CBTC-FAS的標志。在CBTC-FAS系統中還有用軌道間交叉感應電纜。下圖是示意圖：

圖12-5-3-2 CBTC-FAS示意2 移動自動閉塞運行控制系統(CBTC——Moving Autoblock System，CBTC-MAS)表示這類系統也有閉塞分區，但此時閉塞分區有下列特點：

(1)閉塞分區長度是可變的，它是依據列車本身參數及其所在地段參數實時計算出米的。

(2)閉塞分區隨列車運行而移動。(3)在CBTC-MAS中閉塞分區已經不再應用地面信號，而且也不需要地面信號，它在車載設備系統顯示屏上，指示出本車距前行列車尚有多少距離，或距離進站的距離等等。

CBTC系統定義及分類1(點擊開始播放)

二、根據CBTC中車一地之間通信方式不同來分類 CBTC的種類又可以分為：

(1)采用全程移動無線通信方式，例如目前在歐洲廣泛應用的GSM-R方式。(2)采用軌道交叉電纜方式，見下圖(3)采用漏泄電纜或漏泄波導方式。

(4)采用查詢一應答器方式，即在每個信號機處在相應一側或軌道間設有雙方向作用的應答器，而所有地面應答器之間均有電纜相聯。應答器取得通過列車的車速等信息，它向下一個應答器給出前來列車信息，下一個應答器由此給出相應信號顯示。當然在這種系統中，一方面列車設有超速防護系統(ATP)，另一方面還應設有連續式無線移動通信系統，同時應與車站聯鎖相聯以及與調度集中系統相聯。這種系統僅在列車密度較小、車速較低范圍內應用。

采用衛星通信系統，用它構成列車運行間隔控制系統。下圖是其示意圖。這種系統在1990年日本鐵路試用過，衛星在東經150'的靜止軌道上運行，它距地面約37000 km，它是一個通用型通信衛星。在地面的先行列車將自己列車編號、列車速度、列車位置等信息通過衛星給后續列車，后者經運算后決定自己可以走行的最高速度。出于安全，這類系統只在低速、低密度、小運量地區才能應用，因為它缺少安全保障。除非另外增加其他設備。

圖12-5-3-3 CBTC-FAS示意3 CBTC系統定義及分類2(點擊開始播放)

三、根據CBTC應用控制技術水平的高低可以進行分類(1)無線半自動閉塞的一種方式如下圖所示。這類應用技術水平較低級別的CBTC系統一般適應在新線、運量較少或速度較低，或該地區人煙稀少，生活困難地區，因為所有小車站的設備均可以采用遙測和遙控來指揮，所以可減少鐵路信號技術人員或工作人員。

(2)采用CBTC應用技術水平較高的系統，例如，用CBTC-MAS系統等。

圖12-5-3-4 無線半自動閉塞示意

CBTC系統定義及分類3(點擊開始播放)

四、根據應用CBTC后區間閉塞方式來分類 根據應用CBTC后區間閉塞方式來分類，可以有： 1.CBTC半自動閉塞方式 這種閉塞的特征是：

① 兩站之間區間只允許有一列車在運行；

② 任意車站要向區間發車，發車站必須同時與接車站協同操作辦理閉塞手續，即接車站同意接車條件下才能辦理發車；

③ 發車站要發車，其先決條件是必須檢查到區間確實是空閑無車，否則是不安全的，不得發車；

④ 發車站在辦理好協同發車手續后才能人工開放出站信號機。當列車出發后，出站信號機立即自動關閉，在未再次辦理發車手續前，該出站信號機不得再次開放；

⑤ 區間運行的列車到達前方接車站后，并由車站管理人員確認列車是完整后，該接車站立即關閉進站信號機，并辦理解除兩站間閉塞手續，使兩站間的區間恢復空閑等待狀態。

在該CBTC-半自動閉塞系統中，無線通信的作用使出發站給機車司機發出無線機車信號，而發出該信號的顯示是與發出出站信號機顯示相互關聯的。即前者只是在出站信號機允許發車的顯示下才能獲得機車信號，此時無線機車信號可以有記錄為憑。此外，區間列車到達接車站前同樣可以獲得進站信號一樣顯示的無線機車信號顯示，以避免司機在目視路旁信號機時遇到困難，這些顯示也都記錄在案。所以，CBTC-半自動閉塞要比TBTC-半自動閉塞更為方便、清楚、有責任感和安全感。

2.CBTC-自動站間閉塞方式

這種方法與CBTC-半自動閉塞相類似，只是其辦理手續是自動的。具體而言是：發車站與接車站均有區間是否占用的檢查設備，因此發車站要發車，區間占用檢查設備自動檢查它實屬空閑，兩站自動辦理閉塞手續，并自動開放出站信號機。在列車到達接車站并自動檢查列車完整性后立即自動關閉進站信號機。CBTC自動站間閉塞也同樣有無線機車信號，它與CBTC-半自動閉塞方式相似。CBTC自動站間閉塞的最大優點是：

① 它可以集中遙控閉塞手續，不一定在每個站都要有車站值班人員來檢查區間是否空閑、列車是否已完整地到達等人工檢測作用，提高勞動生產率。

② 由于一切手續和檢測是自動的，它可節省辦理閉塞手續的時間，從而可以提高整個區段的通過能力。當然，在CBTC-自動站間閉塞方式情況下必須投人相應設備，特別需要有冗余設備，用以提高系統的可用性、可靠性與安全性。

3.CBTC-電子路簽閉塞方式

區間閉塞方式的路簽閉塞是100年前就開始應用，中國鐵路在建國初期也有大量應用。從20世紀90年代中開始，在計算機技術、電子網絡技術及通信技術的推動下，鐵路的路簽閉塞方式發展為電子路簽閉塞方式，即不存在路簽實物，而是存在電子路簽(軟件)，它在有關計算機及網絡中按一定的軟件協議運行。

采用無線數據電臺進行列車與車站之間雙向通信來構成CBTC的低級系統——CBTC-半自動閉塞系統。例如圖9-13所示。其中列車與車站控制均有無線數據通信設備，但它們作用的距離有限，例如列車接近車站的4~5km范圍內才能構成雙向無線數據通信。在這類CBTC-半自動閉塞系統中，為了構成半自動閉塞系統，并保證區間只允許存在一個列車運行，所以必需設置類似計軸器之類設備，如圖9-13中用符號T/T所示，它是用來檢查兩站之間運行列車完整性，以確保運行安全。因為發車站的計軸器計數到列車軸數后，可用有線通知前方站。當計軸器T接收到同樣軸數的列車后表示列車已完整地撤離兩站之間區間，始發站才可能再發出下一列車。為了保證CBTC系統中數據電臺的正常工作，所以在線路上還輔助設置應答器A、B、C，其中應答器A提供列車信息：列車已進入到區間，它的工作頻率將變更到新頻率，例如原來為頻率F，則現在將是頻率F，這是為了防止無線干擾。應答器B提供信息，通知經過的列車已進入雙向數據傳輸信息范圍，列車應收到接受車站發來的機車信號信息，這是為了保證行車安全用。各應答器也同時提供列車接近車站的精確里程標。應答器C告訴通過列車本車站準備了哪個股道接車，運行速度上限值為多少等有關信息。在該系統中，列車經過應答器B之后，車站與列車上的無線數據通信電臺就反復雙向通信，其中包括列車告知車站來者列車編號、時速、去向等等信息，而車站告知列車應以何種速度進站或站前停車，進站內何股道，是停車還是通過等等有關信息。

典型的CBTC系統IEEE CBTC標準列舉了典型的CBTC系統的功能框圖，如右圖所示。

圖12-5-4-1 典型的CBTC系統的功能框圖示意

整個系統包括“CBTC地面設備”和“CBTC車載設備”，地面和車載設備通過“數據通信網絡”連接起來，構成系統的核心。功能框圖中還單獨列出了“聯鎖”功能模塊，該功能模塊與CBTC地面設備連接。考慮到不同的線路長度可能需要多套的CBTC地面設備，所以在典型框圖中還列出了“相鄰的CBTC地面設備”模塊。最后，在CBTC設備的基礎上，增加ATS模塊，用于實現系統的ATS功能。以上列舉的是CBTC系統的典型結構，實際的系統可能由于不同的設備提供商、不同的工程需要而有所差異。但是，所有CBTC系統均采用數據通信網絡，連接CBTC地面和車載設備，實現ATP功能，控制列車安全運行。

阿爾卡特SelTrac.S40系統

武漢軌道交通一號線一期工程采用了阿爾卡特公司提供的SelTrac.S40列車控制系統，這是國內第一套投人運行的基于通信的列車控制系統。

SelTrac.S40系統結構如下圖所示。

圖12-5-4-2 SelTrac 系統示意

系統分為管理層、運算層和執行層三個層次。車輛控制中心VCC(Vehicle Control Center)是整個列車控制系統的核心。VCC運行系統控制軟件，負責列車安全間隔、列車允許速度和進路聯鎖等邏輯運算。VCC的運算結果以通信報文的形式通過通信子系統發送給執行單元。

執行單元包括車載控制器VOBC(Vehicle On-Board Controller)和車站控制器STC(Station Controller)。VOBC安裝在列車上，它通過感應環線通信子系統，接收VCC發送來的目標距離和允許速度等命令，然后根據這些命令安全地控制列車運行。同時，VOBC還根據VCC的要求，按時向VCC發送列車實際運行速度、位置等信息。執行單元的另一部分是車站控制器STC，它負責按照VCC的命令，扳動道岔并鎖閉在要求位置。STC也須要根據VCC的要求，向VCC報告道岔狀態。STC和VCC之間通過單獨的冗余通信通道連接。

從上面的介紹可以看出，SelTrac.S40系統以VCC為“大腦”，STC和VOBC為“智能”的“手和“腳”，通過感應環線通信子系統這根“神經”連接起來，構成一個有機的整體，系統結構比較簡單。

另外，為了實現列車運行圖自動調整、人機界面等 ATS功能，系統設有管理層一系統管理中心SMC(System Management Center)。SMC與VCC連接，將人機命令、調度請求等發送給VCC，由VCC驗證、執行這些命令，控制列車運行。

一、利用馬爾可夫模型分析CBTC安全可靠性

CBTC具有可維修性，并且對系統的安全性會產生重要影響。在建立模型分析系統安全性時應考慮系統的這一特點。馬爾可夫過程是分析可維修系統的常用工具。為此，需假定組成系統的各單個壽命分布及維修分布均服從指數分布。馬爾可夫模型的缺點是狀態個數隨器件個數呈指數增長。例如，描述一個由20個器件組成的系統需要10個狀態，而40個器件組成的系統需要10個狀態描述。CBTC是一個由大量器件、子系統組成的大系統，系統的組件可能上千個，必須很好地解決狀態空間激增問題，才能利用馬爾可夫過程分析系統的安全性。

根據CBTC特點，采用系統分解及模型壓縮的方法解決狀態空間的激增問題。由于在CBTC中不同類型設備的故障在導致行車事故方面相互并不影響，例如：道岔的故障對任何機車設備的故障是沒有影響的。所以，可以為彼此獨立的一類設備分別建立子模型，單獨分析各類設備故障對系統安全性的影響，再組合各子模型的結果獲得系統的故障率。此外，CBTC的一些子系統具有對稱特性，例如，CBTC中一個道岔的子模型中含有100個道岔，假定每一個道岔的故障對系統安全產生的影響相同，在對該子模型進行分析時就沒有必要區分具體是哪一個道岔發生故障，而只需要區分有幾個道岔發生故障。因此，該子模型有101個狀態，即0個道岔發生故障，1個道岔發生故障、??，100個道岔發生故障，根據子模型的這一特點，可以忽略一些出現概率極低、對系統安全性影響很小的事件，對子模型進一步簡化。

CBTC中的一些設備發生失效將導致系統降級工作，此時系統暴露在人為失誤之中，對應地需要分析人為因素對系統安全性的影響。一些設備發生失效將導致系統進入故障一安全狀態，對應地需要分析設備故障覆蓋率對系統安全性的影響。

二、人員因素的分析

現有列控系統是以人觀察信號，控制列車加速、制動，以形成對列車的閉環控制。人在現有列控系統中代表一個單點故障，即在任何時間、地點都有可能因為人為失誤而導致事故發生。從以往鐵路行車事故的統計數字來看很大一部分是由人為失誤造成的。CBTC中由硬件實現對列車的閉環控制。操作人員發出錯誤指令時，硬件將發現、提示并制止其在系統內的進一步傳播。如果硬件失效，系統降級為由人員控制，則系統將暴露于人為失誤之中。由于CBTC的人機交互特性，在馬爾可夫模型中應同時包含人和硬件的因素。C BTC的一個簡單模型如下圖所示。

圖12-5-5-1 CBTC簡單模型

上圖中，.N為設備的故障率和修復率；H為導致事故的人為差錯率；μ為人的“修復率”

狀態1：硬件、人員正常工作； 狀態2：硬件故障;狀態3：系統處于危險狀態。狀態3的微分表達式為：

dP(t)/dt = H P(t)-μ P（t）（t）..................9.1 假定人員隨機地以固定差錯率引入錯誤，故不同于硬件設備的是人具有“瞬時修復”特性。即在犯下一次錯誤前不需要“修復”。當P(t)約為一個很小的正數時，則P(t)的導數為一個很大的負數，P(t)約迅速變為0。系統進入狀態3后立即轉移回狀態2。狀態3是一個“虛擬狀態”，刪除狀態3對狀態

1、狀態2的穩態概率沒有影響。用一個“虛擬轉移”來捕捉人員的“瞬時修復”特性。修改上圖如下圖所示。

圖12-5-5-2 修改后的示意

利用事故率衡量系統的安全性，則人為因素引發事故的概率： A= H * P(t)......................9.2 由于狀態2存在降低了系統暴露于人為錯誤的時間，使得系統的安全性提高。

三、設備的故障覆蓋率

設備的故障覆蓋率為設備發生可測故障的概率與設備發生故障的概率的比值。如果設備僅由非涉安單元組成，CBTC系統將檢測到設備故障，設備的故障覆蓋率為1。如果設備包含涉安單元，涉安單元的雙機發生共因失效，則比較功能喪失，可能輸出合理危險的結果，導致行車事故，設備的故障覆蓋率小于1。假定設備由一涉安單元（雙機比較）和一非涉安單元（單機）組成，將單元失效劃分為獨立失效和共因失效。獨立失效是指非涉安單元失效或涉安單元中的一單機失效。共因失效是指共同的應力作用下，雙機比較單元的雙機同時一致地發生了失效，比較功能喪失。根據比較輸出結果對系統安全性的影響，將共因失效劃分為安全共因失效和危險共因失效。該設備的狀態轉移圖如下圖所示。其中效率、狀態及狀態轉移有如下解釋：

下圖中，λ，λ為非涉安、涉安單元獨立失效率；λ，λ 為涉安單元安全、危險共因失效率。

狀態1：兩個單元均正常工作。

狀態2：系統降級工作或進入故障一安全狀態。狀態3：系統處于危險狀態。

狀態1→狀態2：當單機單元或雙機比較單元發生獨立失效或雙機單元發生安全共因失效（雙機比較功能喪失，比較輸出不合理結果），系統將檢測到設備失效，系統降級工作或進入故障安全狀態。

狀態1→狀態3：:雙機比較單元發生危險共因失效(雙機比較功能喪失，比較輸出合理結果，保守地認為這種情況都將導致事故發生)系統處于危險狀態。

該設備的故障覆蓋率為：

C = P/(P + P)............................9.3

圖12-5-5-3 設備狀態轉意圖

子模型的狀態轉移圖

根據CBTC中設備失效對系統的影響將其分為兩類。一類是設備發生失效后，系統進入故障一安全狀態，稱此類設備為故障一安全型設備，需要考慮設備故障覆蓋率對系統安全性的影響。例如，道旁設備由于WIU發生獨立失效，系統進入故障一安全狀態，ROC發布命令，控制列車在相應道岔前停車，由司機與調度員確認道岔方向后，駕駛列車通過該道岔。保守地認為，WIU發生危險共因失效將引發行車事故。另一類是設備發生失效將導致系統降級操作，此時系統暴露于人為失誤之中，稱此類設備為故障一降級型設備，需要考慮人為因素的影響。例如，車載設備的通信單元發生獨立失效將導致ROC無法獲取列車的位置、速度信急或車載設備無法接收ROC的控制命令。此時調度員只有通過無線列調(語音)與受影響列車的司機保持聯系，控制列車運行至故障解除。這段時間內調度員和司機的失誤都可能引發事故。如果無線列調設備也發生故障，則相應列車必須停車等待故障單元被修復。車載設備的命令執行單元發生危險不可測失效將引發行車事故。在此，分別為兩類設備建立子模型，分析其對系統安全性的影響。假定系統由100個同類故障一降級型設備和故障一安全型設備組成，每個設備均由一個涉安單元和一個非涉安單元構成。每種設備對系統安全性的影響是相互獨立的，分別為兩種設備建立子模型，其狀態轉移圖示如上圖所示。

圖中，λ、μ、，C分別為設備的失效率、修復率、故障覆蓋率。狀態i = 0，1，2，3分別表示0，1，2，3個設備發生故障。每個設備失效將使系統暴露在調度員和一個司機的人為錯誤之中。

假定3個以上的設備發生故障的概率極低，可安全地忽略這些事件對系統安全性的影響。故障一降級型設備對系統安全性的影響為：

.................................................9.4 圖中，λ、μ、，C分別為設備的失效率、修復率、故障覆蓋率。狀態j= 0，1，2表示0，1，2個設備發生故障。

假定2個以上的設備發生故障的概率極低，可安全地忽略這些事件對系統安全性的影響。故障一安全型設備對系統安全性的影響為：

......................9.5

圖12-5-5-4 圖一

圖12-5-5-5 圖二

CBTC communication based train control system ：自從通信技術特別是無線電技術飛速發展以后，人們就開始研究以通信技術為基礎的列車運行控制系統。它的特點是用無線通信媒體來實現列車和地面的雙向通信，用以代替軌道電路作為媒體來實現列車運行控制。CBTC的突出優點是有車——地雙向通信，而且傳輸信息量大，傳輸速度快，很容易實現移動自動閉塞系統，大量減少區間敷設電纜，減少一次性投資及減少日常維護工作，可以大幅度提高區間通過能力，靈活組織雙向運行和單向連續發車，容易適應不同車速、不同運量、不同類型牽引的列車運行控制等等。在CBTC中不僅實現列車運行控制，而且可以綜合成為運行管理，因為雙向無線通信系統，既可以有安全類信息雙向傳輸，也可以雙向傳輸非安全類星系，例如車次號、乘務員班組號、車輛號、運轉時分、機車狀態、油耗參數等等大量機車、工務、電務等有關信息。利用CBTC既可以實現固定自動閉塞系統(CBTC-FAS)，也可以實現移動自動閉塞系統(CBTC-MAS)。在CBTC應用中的關鍵技術是雙向無線通信系統、列車定位技術、列車完整性檢測等。在雙向無線通信系統中，在歐洲是應用GSM-R系統，但在美洲則用擴頻通信等其他種類無線通信技術。列車定位技術則有多種方式，例如車載設備的測速-測距系統、全球衛星定位、感應回線等。

基于通訊的列車控制(CBTC)系統的發展 李毓璋

摘要

通訊式列車控制(CBTC)系統是一個連續、自動化的列車控制系統，是利用高解析技術偵測列車位置，是一不受道旁控制迴路支配的；是一個連續的、高容量且雙向作用（從列車到軌道邊）的數據通訊系統，而列車運輸及軌道旁處理程序有執行自動列車保護功能之能力，也可以有自動列車操作與自動列車監督等功能。臺北大眾捷運系統於2003年6月，由臺北市政府捷運工程局機電系統承包商加拿大龐巴迪交通運輸集團，引進此種先進技術取代舊有木柵線及新建內湖線的號誌通訊系統。

一、緣起

傳統列車的保護系統受到只能對已存在的軌道旁控制迴路作列車位置的確定、列車操作指令被限制在幾個方向上的道旁設備的信號指示或是駕駛室內少數的速度指令等限制。因而有逐步朝一個連續自動化列車控制系統，利用高解析測定列車的位置，能不受軌道電路的支配、有連續的高容量、雙向作用（從列車到道旁邊）的數據通訊及具有執行列車運轉及道旁處理能力之方向發展。

由各種研究與實際的操作經驗顯示，當將通訊式列車控制(CBTC)系統與其他較傳統的號誌系統作比較時，應用通訊式列車控制(CBTC)系統提供了較低的開辦以及營運成本、較高的容量及在沒有犧牲操作速度之下縮短距離、更高的可靠性、更大的安全性而且增強了遠距離列車操作的監視與控制之優點。

位於紐約市的公園大道上的電機電子工程師協會(IEEE)，擁有超過二十多種有關控制、設計、鐵路電車之建造與鐵路控制系統等規格標準。也對CBTC系統方面訂定有兩項標準：一個是一九九九年的IEEE1474.1標準，係關於CBTC性能與功能的規定；另一個是在2003年晚期發佈的IEEE1474.2標準，那是對於CBTC系統用戶界面之規定。

在IEEE1474標準裡的CBTC定義：為列車的位置、速度及方位，是藉由一個連續的雙向通訊環節，從車輛電腦到道旁電腦來傳遞的。同樣地，也在IEEE1474裡有解釋，CBTC系統不需要道旁電路來偵察列車。

然現今在使用的大部分CBTC系統，均是利用近場電磁感應的環形線路(IL)來傳送。以無線電頻率(RF)傳送為基礎的較新的CBTC系統正在浮現而且是這個工業的趨勢。

幾個RF-CBTC計畫正在發展中，如舊金山機場捷運的龐巴迪Flexiblok自動列車控制技術（現以改名為CITYFLO 650自動列車控制技術）以及新加坡東北地鐵線的阿爾斯通URBALIS 300（現在稱為MASTRIA）兩個，現在已完全營運了。費城的Surface Torlley地鐵線預期在2004年起用，而拉斯維加斯單軌電車的RF-CBTC系統已在2004年的七月起用。西門子現在正在為紐約地鐵卡那西線、巴塞隆納及巴黎大眾運輸網路（RATP）升級它的Meteor IL-CBTC技術（首先展開的是RATP的新14線）到RF。同樣地，阿爾卡特也正在替RATP 13線、香港及南韓升級它的Seltrac技術從IL到RF。

CBTC系統在全世界至少有八個鐵路系統在使用它（包含舊金山市政鐵路以及底特律都會大眾運輸）；至少有八個系統目前正在架構中（包括舊金山市區BART捷運、舊金山新的大眾運輸以及紐約甘乃迪國際機場捷運）；一個CBTC系統正在紐約大都會捷運局/長島鐵路計畫中；另目前至少有七家不同的賣主正在積極的提供CBTC系統，