CTCS—2系统和CTCS—3系统分析优化研究

工作由RBC和车载验证系统共同完成，无需轨道电路；CTCS-4级无需在地面设置通过信号机，行车时只需车载信号即可。

2 CTCS-2和CTCS-3系统构成

2.1 CTCS-2系统

①地面子系统组成。

轨道电路：负责检测列车占用及检查列车完整性，不断向列车傳送控制信息；区间采用ZPW-2000系列轨道电路，车站可采用与区间同制式的轨道电路，或采用97型25Hz轨道电路叠加ZPW2000电码化设备。

点式信息设备：设置在区间闭塞分区入口、车站进出站口、到发线出站信号机处等，主要用于向车载设备传输闭塞分区长度、线路速度、线路坡度、列车定位等信息。

②车载子系统组成。

车载子系统由列车接口单元（TIU）、速度传感器、应答器信息接收模块（BTM）、轨道电路信息接收模块（STM）、车载安全计算机（VC）、运行记录单元（DRU）、轨道电路接受天线、应答器信息接收天线等部件组成。

③CTCS-2系统构成图如图1所示。

2.2 CTCS-3系统

①地面子系统组成。

无线闭塞中心（RBC）：属于地面列车间隔控制系统，采用无线通信手段。

无线通信（GSM-R）地面设备：属于系统信息传输平台，其作用是完成地-车间大容量的信息交换。

轨道电路：其作用是检测列车占用和检查列车完整性。

点式设备：负责提供列车定位信息。

②车载子系统组成。

无线通信（GSM-R）车载设备：属于系统信息传输平台，其作用是完成车-地间大容量的信息交换。

人机接口：车载设备与机车乘务员交互的接口。

车载安全计算机：综合处理各项列车运行控制信息，生成目标距离模式曲线，控制列车按命令运行。

测速模块：实时检测列车运行速度并计算列车走行距离。

点式信息接收模块：接收与处理点式信息。

设备维护记录单元：记录接收信息、系统状态和控制动作。

运行管理记录单元：将相关数据记录下来，并进行运行管理，同时规范机车乘务员驾驶。

③CTCS-3系统构成图如图2所示。

3 CTCS-2和CTCS-3系统技术原则与控制原理

3.1 CTCS-2系统技术原则

①列车正向运行最高时速250km，追踪间隔5分钟；

②闭塞方式采用四显示自动闭塞，运行按正向自动闭塞，反向自动站间闭塞方式；

③系统根据列控设备监控列车运行的联锁进路条件、线路参数、行车许可，生成一次目标距离模式曲线，以控制列车的安全运行；

④车载设备以设备制动优先；

⑤系统设备安全可靠性高。

3.2 CTCS-2系统控制原理

CTCS-2系统基本工作原理：CTCS-2级列控系统是采用目标距离模式曲线监控列车安全运行。

为了确保行车安全，车载设备根据地面设备传送的各项数据，生成一次连续目标距离控制曲线以控制列车的安全运行。生成一次连续目标距离控制曲线的方法如下：

①根据轨道电路检测的前方空闲闭塞分区是否占用及长度、线路速度、线路坡度等固定信息，通过“前方空闲闭塞分区数量”和“闭塞分区长度”信息，获得目标距离长度；

②根据线路速度、线路坡度和对应列车的制动性能等固定参数，实时计算得到速度监控曲线（图3）；

③实时监控实际驾驶曲线处于速度监控曲线下方，确保列车正常行驶。

CTCS-2系统技术平台、技术标准、功能需求基本统一，满足动车组在主要干线以及新建客运专线的跨线运输需求。

3.3 CTCS-3系统技术原则

①列车正向运行最高时速350km，追踪间隔3分钟。

②闭塞方式采用正向自动闭塞，反向自动站间闭塞的方式。

③车载设备采用目标距离连续速度控制模式、设备制动优先的方式监控列车安全运行。

④兼容CTCS-2级系统，当RBC或GSM-R故障时，CTCS-2系统作为后备系统正常运行。

⑤CTCS-3系统整个区段施行GSM-R覆盖，整个系统互联互通，RBC设备集中设置。

⑥在高速线路上，列车超速2km/h报警、超速5km/h触发常用制动、超速15km/h触发紧急制动。

⑦系统设备安全可靠性高。

3.4 CTCS-3系统控制原理

依据轨道电路、联锁进路等信息，RBC生成行车许可，然后利用GSM-R无线通信系统向CTCS-3系统车载设备传递行车许可、临时限速、线路参数等，同时利用GSM-R无线通信系统接收车载设备发送的位置和列车数据等信息。

TCC能够接收轨道电路的信息，并利用联锁系统传送给RBC。此外，TCC还具有临时限速、站间安全信息传输、应答器报文储存和调用、轨道电路编码等功能，可有效满足后备系统需要。

应答器向车载设备传输信息，比如定位、等级转换等，同时为了满足后备系统需要，还向车载设备传送线路参数和临时限速等信息。要求无线传输的信息和应答器传输的信息的相关内容必须相同。

车载安全计算机参考地面设备提供的各项数据和动车组参数，采用目标距离连续速度控制模式，生成动态速度曲线，监控列车安全运行。如图4所示，车载设备同时装载CTCS-2控制单元。

4 CTCS-2与CTCS-3系统接口

根据CTCS-2系统与CTCS-3系统的工作原理，级间信息流程如图5所示。

从图5可以看出，CTCS-2系统与CTCS-3系统级间有下列接口：

①地面无线闭塞中心与-车站列控中心间的接口，主要传送车站轨道占用信息等；

②地面无线闭塞中心与中继站列控中心间的接口，主要传送区间轨道占用信息等；

③地面无线闭塞中心与联锁系统间的接口，主要传送车站进路信息等；

④地面无线闭塞中心与调度系统间的接口，主要传送临时限速信息等；

⑤GSM车载接收接口单元，主要用于与车载设备主机传输信息。

5 CTCS-3和 CTCS-2系统兼容实现

5.1 动车组车载设备

CTCS-3系统车载计算机在设计阶段，就具备CTCS-2系统的计算控制器，车载计算系统完全可以按照CTCS-2的输入数据，给出相应的控制系统。同时接收系统中保留CTCS-2系统的轨道电路及应答器接收天线的信息。

5.2 列控地面设备

从图2中可以看出CTCS-3系统的地面设备延用了CTCS2系统的地面设备，轨道电路、地面应答器与CTCS3系统设备保持统一。

5.3 系统切换

列车控制系统考虑系统兼容的同时在系统切换地点，还需要设置级间转换应答器、转换标志牌、司机确认区以及RBC切换应答器等，以满足级间转换、无线覆盖距离等条件。

6 CTCS-3和 CTCS-2系统应用优化趋势及方向

6.1 系统网络化、集成化

CTCS-3和CTCS-2系统均已接入网络，包括CTC、列控中心，RBC、TSRS、联锁、监测等，但其网络化程度和国外信号系统的应用相比还有很大差距，其大量的使用电缆既不环保，也大大增加了投资，在投标报价等环节明显处于劣势。如，长大干线按照国外的设计理念需在区间大量配置八字渡线，若按照我国的技术装备政策和理念，每个区间出岔和渡线都配置一套联锁、监测、CTC、列控中心等，以及配套的水、电、暖、通信和房屋等，大大增加了项目的投资，网络化、集成化必然是未来发展的趋势。

6.2 设备功能整合

CTCS-2和CTCS-3系统功能定义明确，即某个设备完成特定的功能。如列控中心完成轨道电路编码、区间方向、有源应答器报文等功能，联锁完成站内进路控制等功能、CTC完成调度集中等功能，临时限速服务器完成临时限速的管理功能，信号集中监测完成信号设备状态的监测。然而许多国家和地区受其国情和路情的影响，仅区分了调度和列控两个层次的设备，设备整合后其投资和维护工作量均具有较大的优势。随着计算机处理技术的发展，设备功能整合也是未來必然的趋势。

参考文献：

[1]徐啸明，等.CTCS-2级列控地面设备[M].北京：中国铁道出版社，2007.

[2]Hyunki Kim，Hyeuntae Lee， Keyseo Lee. The design and analysis of AVTMR （all voting triple modular redundancy） and dualduplex system[J]. Reliability Engineering and System Safety. 2004 （3）.

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[6]裘韧中国CTCS2级列控系统的功能及技术特点[J].铁路通信信号工程技术，2007.

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