[科普中国]-列车运行控制系统

概述

列车运行控制系统简称列控，是保证列车安全、快速运行的系统。列车运行控制系统的主要作用是完成列车的间隔控制和速度控制。完整的列车运行控制系统应包括车载设备和地面设备。

机车信号、列车自动停车装置、列车无线调度电话合称为“机车三大件”。自20世纪80年代开始在我国铁路迅速普及。它们对保证行车安全，提高运输效率起到了显著作用，也是我国列车运行控制系统的起点。

但长期以来，列车运行控制系统在我国铁路并未形成技术规范．未得到系统发展，一直是利用地面联锁和闭塞设备，配合车载机车信号和列车运行监控记录装置．采用司机人工控车为主的列车控制模式。直到2003年，原铁道部才制订发展中国列车运行控制系统（Chinese Train Control System，以下简称为CTCS）的规划。2007年，在第六次大提速工程中，开始采用CTCS-2级列控系统。

伴随我国高速铁路的发展．列车运行控制系统已由以地面信号为主的机车信号、列车运行监控记录装置发展为以车载信号为主的具有超速防护功能的CTCS-2级和CTCS-3级列控系统。目前，在我国高速铁路上广泛应用了列车运行控制系统。1

机车信号我国铁路早期对列车运行的控制完全由司机根据地面信号显示人工完成。由于受到自然环境（如雾、大雨雪、风沙等）的影响以及隧道、弯道等地形条件的限制，司机难以做到全天候连续不断地在规定距离内确认地面信号显示，存在冒进信号的危险。尤其是在行车密度大、列车速度快及载重量大的区段．要求增加制动距离．发生冒进信号的可能性更大。因此，必须加装机车信号。

机车信号机设于司机驾驶室内。列车运行时，通过机车上的传感器接收列车运行前方轨面上的轨道电路信息，经译码使机车信号能复示前方地面信号的显示。司机行车时．以列车运行前方地面信号显示为主，以机车信号显示为辅。

机车信号能改善司机的嘹望条件，能较好地避免自然条件的干扰，提高司机接收信号的可靠性。

机车信号按机车接收地面信息的时机可分为点式、连续式和接近连续式三种。

点式机车信号用于非自动闭塞区段，在线路上某些固定地点，如进站信号机外方1200m和400m处通过地面设备向机车传递信息。它利用地面感应器和机车感应器间的电磁耦合作用，从地面向机车传递信息。但仅在个别地点有显示，不能有效地保证行车安全，已被淘汰，改为接近连续式机车信号。

接近连续式机车信号用于半自动闭塞区段，在车站的接近区段和站内正线接车进路及到发线股道上通过轨道电路连续地反映地面信号显示。

连续式机车信号用于自动闭塞区段，能在整条线路上连续不断地反映线路状态和运行条件。

早期，机车信号按接收轨面信息的特征，分为交流计数机车信号、移频机车信号和极频机车信号等。这些制式的机车信号主要是为了与运行在该区段内的自动闭塞或半自动闭塞区段的轨道电路信息制式相一致。

过去我国自动闭塞制式不统一，导致机车信号制式不统一，不利于机车长交路运行的实施，更不利于设备的养护和维修。为满足机车长交路的要求，研制了JT1—A型和JT1一B型通用式机车信号。该制式机车信号利用微机和数字信号处理技术，能自动识别各种制式的机车信号信息，可用于各种制式的自动闭塞和半自动闭塞区段。由于通用式机车信号的通用性和可靠性，20世纪90年代在我国铁路主要干线上已迅速普及。

长期以来，我国铁路是以地面信号为主体信号，司机主要依据地面信号显示行车，而机车信号只作为辅助信号使用。随着列车运行速度的提高，司机已无法直接凭视觉反应及时确认地面信号的变化。因此，为保证运行安全，提出了机车信号作为行车凭证的要求。于是对通用式机车信号进行了技术改进，研制出新一代JT1-CZ2000型机车信号。当地面发送设备十分可靠并满足故障一安全时，JTl一CZ2000型机车信号可作为行车凭证使用。

目前，我国铁路既有线已全部采用JTl一CZ2000型主体化机车信号。1

列车运行监控记录装置机车信号只是对地面信号的复示，并不能从根本上保证列车的运行安全。在总结列车运行事故教训的基础上，我国铁路在机车信号的基础上加装列车自动停车装置（ZTL）。

列车自动停车装置20世纪80年代在我国铁路获得了推广，并且从ZTL—1型发展到ZTL-3型。该装置与机车信号的显示发生联系，当列车运行前方地面信号显示红灯机车信号显示禁止信号时构成音响报警。司机应在规定时间内通过按压警惕按钮做出反应。如果司机未按压警惕按钮和未采取有效制动措施，当报警时间超过规定时间后。自动停车装置将打开列车制动系统内的放风阀，强迫列车自动停车。

自动停车装置的使用有效地消除了因司机失去警惕而造成的列车冒进信号事故。但是由于自动停车装置存在警惕按钮，司机在不清醒状态下，若通过习惯性地按压警惕按钮，仍会使自动停车装置不起作用。另外，列车自动停车装置ZTI。功能简单，使用中并未能与列车运行中的速度控制发生联系。为有效地控制列车运行速度，减少列车超速或冒进信号引起的事故，必须要研制列车超速防护系统(ATP)。

在我国铁路列车超速防护系统处于开发和探索期间，全路有多家单位研制列车运行监控记录装置（LKJ）。1995年研制成功LKJ一93型，通过原铁道部技术鉴定并在全路普及。之后LKJ一93型又改进为LKJ2000型。随着LKJ的出现，列车自动停车装置ZTL早已被淘汰，到20世纪90年代末，几乎所有机车都安装使用了LKJ，范围遍及所有运营线路。

LKJ的主要功能是防止列车冒进进站信号机和出站信号机，监控列车运行速度，在司机欠清醒或失控的情况下，对列车实施紧急制动。同时起到“黑匣子”的作用，记录列车运行、机车运用及司机操作状况。LKJ对保证列车安全，改善对司机、机车的管理发挥了积极的作用。

但是，LKJ的地面数据不是由地面实时传递的，而是预先储存在机车上，随着列车运行按列车坐标提取。运行中机车要不断地对标，一旦发生对标错误或者地面数据变化而未及时更新，将危及行车安全。同时LKJ的监控部分不符合列车超速防护系统所要求的故障一安全原则，不具备实际意义的列车超速防护功能，因此只能作为一种过渡设备使用。目前，LKJ广泛运用于160 km/h以下的线路，以及在采用CTCS一2级的线路作用后备设备使用。1

列车超速防护列车超速防护（ATP）是指列车能根据自身的运行速度和前方列车位置及线路状态对采取制动操作的时机作出逻辑判断，对列车运行速度进行实时控制的技术。随着列车运行速度的增加，完全由司机去完成控车任务是十分困难的。

当列车运行速度提高到140km/h，列车紧急制动距离为1100m；列车运行速度提高到160km/h，紧急制动距离为1400m；列车运行速度提高到200 km/h，紧急制动距离将超过2000m，而司机视觉能力对信号作出判断的最少时间为3～5s（遇到阴、雨、雪、雾判断更为困难）。随着列车速度的提高，当判断时间内列车走行距离不能小于制动距离时，便会构成不安全因素。因此，随着列车运行速度的提高，司机对信号判断的反应能力已不适应，必须由列车超速防护系统去控制列车运行。列车超速防护系统在防止列车超速运行，保证列车停车的准确性和及时调整列车运行速度方面具有较大优越性。

在列车超速防护区段一般采用轨道电路连续传递前行列车位置信息，采用应答器传递线路参数及进路信息，或者采用无线通信（简称无线）传输信息。例如，根据前方列车位置通过轨道电路编码向钢轨传递表示不同速度等级的信号电流。列车上的传感器（接收线圈）接收信号电流后，经车内信号接收器译解，获得允许的限制速度。根据车轴上的速度传感器计算出列车走行的实际速度。将允许列车运行的限制速度与列车走行的实际速度送入车载微机系统进行比较。当实际走行速度超过限制速度，则动作制动设备．如实际走行速度低于限制速度，则制动设备缓解，而运行操作仍由司机完成。1

中国列车运行控制系统2003年，铁道部制定了我国的CTCS发展装备暂行技术标准。CTCS是中国列车运行控制系统（hinese Train Control System）的英文字头。CTCS分为CTCS-0级、CTCS一1级、CTCS一2级、CTCS一3级和CTCS一4级五个等级。

CTCS-0级适用于既有线，是由通用式机车信号和列车运行监控装置组成的系统。

CTCS-1级是由主体化机车信号、安全型列车运行监控装置和点式应答器组成的系统。

CTCS-2级是基于轨道电路（模拟或数字轨道电路）传输信息的列车运行控制系统。

CTCS一3级是基于无线通信（GSM—R）传输信息，并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统。

CTCS-4级则是完全基于无线通信（GSM—R）传输信息的列车运行控制系统。

CTCS-2级以上设备具备超速防护功能。

中国铁路通过既有线提速和高速铁路新线建设的探索实践，系统掌握并创新了不同速度等级高速铁路的列控技术，相继研发了具有自主知识产权的适应时速200～250km高速铁路的CTCS一2级列控系统和适应时速300～350 km高速铁路运营需要的CTCS-3级列控系统。2