铁路信号基础知识第七讲 列控系统的基本概念

傅世善

（北京全路通信信号研究设计院，北京 100073）

1 列控系统的定义

现代铁路信号系统包括：列车运行调度指挥系统、列车运行自动控制系统、车站联锁系统3个主要系统。以列车运行自动控制系统为中心。

列车运行自动控制系统（ATC）就是对列车运行全过程或一部分作业实现自动控制的系统。其特征为列车通过获取的地面信息和命令，控制列车运行，并调整与前行列车之间必须保持的距离。

列车运行自动控制系统（简称列控系统）是保证列车按照空间间隔制运行的技术方法，它是靠控制列车运行速度的方式来实现的。

在城市轨道交通领域，列车运行自动控制系统ATC包括3个子系统： 列车超速防护系统（ATP），列车自动驾驶系统（ATO）和列车自动监控系统（ATS）。

2 中国铁路采用过的列控系统

目前，列控系统有很多级别和种类，中国铁路采用过的列控系统如下。

广深线采用滞后阶梯式速度监控（TVM300）系统，UM71无绝缘轨道电路能发送18个信息，采用台阶式分级速度控制模式。

秦沈客运专线采用TVM430/SEI系统，是TVM300的升级系统, UM71无绝缘轨道电路进行了数字化改造，发展成为UM2000，低频信号增加到28种，有效信息量为221个。与滞后阶梯式速度监控（TVM300）相比，一个闭塞分区内的控制曲线是连续的，所以称其为分级速度曲线控制模式。

速度250 km/h的铁路采用CTCS-2系统，是基于轨道电路加应答器传输列车运行信息的点连式系统，采用目标-距离模式监控列车安全运行。

青藏线采用ITCS系统，是基于无线通信（GSM-R）的列控系统，以无线通信（GSM-R）完成车地间双向、实时和连续的信息传输，以GPS差分定位系统实现列车定位，车站设置无线闭塞中心（RBC），用安全型逻辑控制器VHLC实现站内联锁。中小站及区间的线路旁除道岔转辙装置外，不设置信号机、轨道电路或其他信号设备，采用目标-距离模式监控列车安全运行。

京津城际铁路的列控系统采用ETCS 1加CTCS-2级方案，ETCS 1是基于应答器进行车地间信息传输的列控系统，作为高速列车运行的主要系统，CTCS-2级作为备用系统，CTCS-2级还兼用于250 km/h列车上线, 采用目标-距离模式监控列车安全运行。

速度350 km/h客运专线采用CTCS-3系统，采用无线通信方式,实现了地-车双向信息传输，构成了更完善的连续速度控制模式，实现了准移动闭塞，CTCS-3系统包含了CTCS-2系统，用于备用和速度250 km/h列车上线的兼用。

城轨交通方面更是五花八门，可谓集世界之大成，世界各大信号公司的列控系统中国都有。

3 列控系统的两大基本要素

列控系统有很多级别和种类，可根据列车运行控制模式和车-地信息传输方式两大基本要素来进行识别，而两者之间又是相互关联的。

3.1 列控系统的控制模式

列控系统的控制模式是其主要特征和性能之一，控制模式决定了闭塞方式和列车运行间隔，从而决定了运输能力，控制模式也提出了对车-地信息传输方式的基本需求。

（1）分级速度控制

分级速度控制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线路参数来确定的，所以，不同速度列车混合运行的线路采用这种模式能力要受到较大影响。

分级速度控制可分为阶梯式和分段曲线式。阶梯式分级速度控制又分为超前式和滞后式。

超前速度控制方式又称为出口速度控制方式，给出列车的出口速度值，控制列车不超过出口速度。日本ATC采取超前式速度控制方式，采用设备控制优先的方法。列车驶出每一个闭塞分区前必须把速度降至超前式速度控制线以下，否则设备自动引发紧急制动，所以超前对出口速度进行了控制，不会冒出闭塞分区。

滞后速度控制方式又称为入口速度控制方式，给出列车的入口速度值，监控列车在本闭塞分区不超过给定的入口速度值，采取人控优先的方法，控制列车不超过下一闭塞分区入口速度值。法国TVM-300列控系统采用人控优先的方法，进行滞后速度控制。因为在每一个闭塞分区列车速度只要不超过给定的入口速度值，就不会碰滞后式速度控制线。考虑万一列车失控，在本闭塞分区的出口即下一闭塞分区的入口处的速度超过了给定的入口速度值，碰撞了滞后式速度控制线，此时触发设备自动引发紧急制动，列车必然会越过第一红灯进入下一闭塞分区，因此，必须增加一个闭塞分区作为安全防护区段，俗称双红灯防护。

曲线式分级速度控制根据列车运行的速度分级，每一个闭塞分区给出一段速度控制曲线，对列车运行进行速度控制。列控设备给出分段的制动速度控制曲线是根据每一个闭塞分区的线路参数和列车自身的性能计算而定，闭塞分区的线路参数可以通过地对车信息实时传输，也可以事先在车载信号设备中存储通过核对取得。因为制动速度控制曲线是分段给出的，每次只需一个闭塞分区线路参数。

（2）目标-距离速度控制

目标-距离速度控制采取的制动模式为连续式一次制动速度控制的方式，根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线。连续式一次速度控制模式，若以前方列车占用的闭塞分区入口为追踪目标点，则为准移动闭塞；若以前方列车的尾部为追踪目标点，则为移动闭塞。

中国列车运行自动控制系统CTCS-2和CTCS-3级，采用目标-距离一次制动模式曲线方式。

车载设备根据地面传送的移动许可和线路数据，车载信号设备根据列车性能计算出列车运行速度，若列车接近前方减速点时，即刻生成目标-距离一次制动模式曲线。目标-距离一次制动模式曲线缩短了制动距离，并可根据列车性能给出不同的模式曲线，提高了运输效率。

目标-距离速度控制与分级速度控制的比较如图1所示。

图1中由外至内，粗实线为目标-距离一次制动模式的紧急制动曲线，点虚线为目标-距离一次制动模式的常用制动曲线，阶梯式细实线为滞后阶梯式速度监控曲线，点划虚线为分级曲线式监控曲线。

3.2 车-地信息传输系统

列控系统采用的车-地信息传输系统是其主要的技术特征，决定了系统的构成和技术水平，也决定了列控系统能采用的控制模式。

车-地信息传输系统的主要技术指标是信息量的大小和单、双向信息传输方式。

轨道电路方式信息量有限，模拟信号的UM71只有18个，只能构成台阶式控制模式的列控系统，数字化的UM2000有2指数，能构成连续式分级控制式的列控系统。两者均属固定闭塞。

CTCS-2级采用应答器+轨道电路方式，只能地对车单向信息传输，构成了连续速度控制模式，实现了准移动闭塞。

CTCS-3级采用无线通信方式,地与车能双向信息传输，构成了更完善的连续速度控制模式，实现了准移动闭塞。

列控系统往往以车地信息传输方式命名，例如，基于轨道电路的列控系统、基于无线通信的列控系统。

4 列控系统各种控制模式比较

控制模式决定了闭塞方式和列车运行间隔，分级速度控制对应的是固定闭塞，目标-距离速度控制对应的是准移动闭塞，固定闭塞发展到准移动闭塞是一个重要的里程碑。

经过比较可以看出，目标-距离速度控制的优越性如下。

目标-距离速度控制模式制动的起始点是车载信号设备根据列车性能计算的，不是由闭塞分区分界来决定的，所以称其为准移动闭塞，其列车运行间隔要小于固定闭塞。

目标-距离速度控制模式适用于不同性能的列车混合运输，而固定闭塞的最小闭塞分区长度是由性能最差的列车来决定的，其对性能良好的列车是一种损失。

目标-距离速度控制模式司机能知道从最高速到目标点（停车点或限速点）全程的平滑速度曲线（含速度和距离），所以司机采用一次制动，与分级速度控制相比，减少了制动-缓解，再制动-缓解的过程，司机驾驶轻松，旅客舒适度好，全制动过程短，提高了旅行速度。

目标-距离速度控制模式（准移动闭塞）的能力与闭塞分区长度关系不大，所以，闭塞分区原则上可以等长划分，可以充分利用轨道电路的最大长度，节省设备，减小设计工作量，便于施工。

列控系统各种控制模式比较如表1所示。

表1 列控系统各种控制模式比较表