铁路列车运行控制系统

铁路列车运行控制系统（CTCS）

列车运行控制系统（简称列控）是铁路运输极重要的环节。随着对铁路运输要求的提高,如何改进列车控制系统,实现列车安全、快速、高效的运行是目前的主要问题。随着计算机技术、通信技术、微电子技术和控制技术的飞速发展使得无线通信传递车地大容量信息成为可能。

传统的列车运行控制系统是利用地面发送设备向运行中的列车传送各种信息，使司机了解地面线路状态并控制列车速度的设备，用以保证行车安全，同时也能适度提高行车效率。它是一种功能单一、控制分散、通信信号相对独立的传统技术。它包括机车信号、自动停车装置以及列车速度监督和控制等。依据不同的要求安装不同的设备。机车信号和自动停车装置都可单独使用，也可以同时安装。

新一代铁路信号设备是由列车调度控制系统及列车运行控制系统两大部分组成的。从技术发展的趋势看是向着数字化、网络化、自动化与智能化的方向发展。它是列车运营的大脑神经系统，直接关系保证着行车安全、提高运输效率、节省能源、改善员工劳动条件。发展中的列控系统将成为一个集列车运行控制、行车调度指挥、信息管理和设备监测为一体的综合业务管理的自动化系统。

列车运行控制系统的内容是随着技术发展而提高的，从初级阶段的机

车信号与自动停车装置，发展到列车速度监督系统与列车自动操纵系统。

随着列车速度的不断提高,随着计算机、通信和控制的等前沿科学技术发展，为通信信号一体化提供了理论和技术基础。尤其，其所依托的新技术，如网络技术与通信技术的技术标准与国外是一致的，可属于技术上借鉴。近年来,欧洲铁路公司在欧盟委员会和国际铁路联盟的推动下,为信号系统的互联和兼容问题制定了相关的技术标准,其中包括欧洲列车运行控制系统———ETCS 标准。在世界各国经验的基础上，从2002 年开始，结合我国国情、路情，已制定了统一的中国列车运行控制系统为ChineseTrainControlSystem 的缩写——CTCS （暂行）技术标准。随后，还做了相关技术标准的修订工作,2007 年颁布了《客运专线CTCS—2 级列控系统配置及运用技术原则（暂行）》文件,明确规定了CTCS—2 级列控系统运用技术原则,对CTCS—3 级列控系统提出了技术要求。

CTCS 列控系统是为了保证列车安全运行,并以分级形式满足不同线路运输需求的列车运行控制系统。CTCS 系统包括地面设备和车载设备,根据系统配置按功能划分为以下5 级:

1. C TCS—0 级为既有线的现状,由通用机车信号和运行监控记录装置构成。

2. C TCS—1 级由主体机车信号+安全型运行监控记录装置组成,面向160km/h 以下的区段,在既有设备基础上强化改造,达到机车信号主体化要求,增加点式设备,实现列车运行安全监控功能。

3. C TCS—2 级是基于轨道传输信息的列车运行控制系

统,CTCS —2级面向提速干线和高速新线，米用车一地一体化

计,CTCS —2级适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车。

4. CTCS—3 级是基于无线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—3 级面向提速干线、高速新线或特殊线路,基于无线通信的固定闭塞或虚拟自动闭塞,CTCS—3 级适用于各种限速区段,地面可不设通过信号机,机车乘务员凭车载信号行车。

5. CTCS—4 级是基于无线传输信息的列车运行控制系

统,CTCS —4级面向高速新线或特殊线路，基于无线通信传输平

台,可实现虚拟闭塞或移动闭塞,CTCS—4 级由RBC 和车载验证系统共同完成列车定位和列车完整性检查,CTCS—4 级地面不设通过信号机,机车乘务员凭车载信号行车。

我国新建200km/h〜250km/h客运专线采用CTCS —2级列控系统，300km/h〜350km/h客运专线的列控系统采用CTCS —3 级功

能,兼容CTCS—2 级功能。

客运专线的CTCS—3 列控系统包含了CTCS—2 列控系统的全部设备,并在CTCS—2 的基础上增加了铁路专用全球移动

通信系统（GSM —R）系统设备。

新型列车控制系统的核心是通信技术的应用，铁路通信是专门的通信系统，历史上是有线通信，后来是有线和无线结合，现在是先进的

无线通信是GSM-R 。

GSM-R 是一种根据目前世界最成熟、最通用的公共无线通信系统GSM 平台上的、专门为满足铁路应用而开发的数字式的无线通信系统，针对铁路通信列车调度、列车控制、支持高速列车等特点，为铁路运营提供定制的附加功能的一种经济高效的综合无线通信网络系统。所以，GSM-R网络本身不是孤立存在的，是跟铁路的各应用系统衔接在一起的，是跟信号系统、列车控制系统衔接在一起的。GSM-R 网络在应用过程当中，本身是一个载体，相当于一条为车提供行驶通道的公路。

GSM-R 通信系统包括：交换机、基站、机车综合通信设备、手机等设备组成。从集群通信的角度来看，GSM-R 是一种数字式的集群系统，能提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修组通信等语音通信功能。GSM-R 能满足列车运行速度为0-500km/小时的无线通信要求，安全性好。GSM-R 可作为信号及列控系统的良好传输平台，正在试验中的

ETCS 欧洲列车控制系统（也称FZB）和另一种用于160 公里以下的低成本的列车控制系统(FFB) ，都是将GSM-R 作为传输平台。

以青藏铁路为例：青藏铁路是世界上海拔最高的铁路线，青藏线北起青海省格尔木市，途经纳赤台、五道梁、沱沱河、雁石坪，翻越唐古拉山进入西藏自治区境内后，经安多、那曲、当雄至西藏自治区首府拉萨市，全长约1142km 。绝大

部分线路在高原缺氧的无人区。为了满足铁路运输通信、信号及调度指挥的需要，采用了GSM-R 移动通信系统。青藏线GSM-R 通信系统实现了如下功能：

1、调度通信功能。调度通信系统业务包括列车调度通信、货运调度通信、牵引变电调度通信、其他调度及专用通信、站场通信、应急通信、施工养护通信和道口通信等。

2、车次号传输与列车停稳信息的传送功能。车次号传输与列车停稳信息对铁路运输管理和行车安全具有重要的意义，它可通过基于GSM-R 电路交换技术的数据采集传输应用系统来实现数据传输，也可以采用GPRS 方式来实现。

3、调度命令传送功能。铁路调度命令是调度所里的调度员向司机下达的书面命令，它是列车行车安全的重要保障。采用GSM-R 系统传输通道传输调度命令无疑将加速调度命令的传递过程，提高工作效率。

4、列车尾部装置信息传送功能。将尾部风压数据反馈传输通道纳入GSM-R 通信系统，可以方便地解决尾部风压数据

传输问题。

5、调车机车信号和监控信息系统传输功能。提供调车机车信号和监控信息传输通道，实现地面设备和多台车载设备间的数据传输，并能够存储进入和退出调车模式的有关信息。

6、列车控制数据传输功能。采用GSM-R 通信系统实现车地间双向无线数据传输，提供车地之间双向安全数据传输通道。

7、区间移动公务通信。在区间作业的水电、工务、信号、通信、供电、桥梁守护等部门内部的通信，均可以使用GSM-R 作业手持台，作业人员在需要时可与车站值班员、各部门调度员或自动电话用户联系。紧急情况下，作业人员还可以呼叫司机，与司机建立通话联络。

8、应急指挥通信话音和数据业务。应急通信系统是当发生自然灾害或突发事件等影响铁路运输的紧急情况时，在突发事件现场与救援中心之间，以及现场内部采用GSM-R 通信系统，建立语音、图像、数据通信系统。

再以高速铁路为例：2008 年在世界高速铁路大会上，与会代表就高速铁路定义进行讨论以后，最后，达成三点新的共识：一是新建的专用铁路。强调是新建的专用铁路，既有的铁路线不能算；另一层，“专用”含义是单指客运，没必要搞一个超高速度的货运列车。二是，在新建的专用铁路线上，开行

达到运营时速250 公里以上的动车组列车。三是采用了开行高速铁路列车的运行控制系统，这种运行控制系统和普速的铁路是完全不同的，它是一个电脑化的控制系统，这是高速铁路最核心技术。我们知道列车运行控制系统都是机器控制和人控制相结合的。传统普速铁路是以人控为主，机器做辅助的；而高速铁路是反过来，机器控制优先为主，人是辅助的。高速铁路必须要用这样一个先进的高铁的运营控制系统，我们才能认定说这条线路是高速铁路。特别时速300 公里

以上的高速铁路，一些线路要采用CTCS3 级列控技术，这就要利

用GSM-R 铁路移动通信系统标准作为信息传输的一种手段。CTCS3 还要求有一个无线闭塞中心，这个闭塞中心要采集一些信息，以无线GSM-R 网络向车载系统来提供信息。因为GSM-R 是无线通信，无线信道是变参信道，从信道的角度讲它的传输环境是可变的。而且，GSM-R本身是

一个复杂的系统，涉及的设备运用、网络管理因素很多，要想有效、可靠地传输这些信息，实际上对GSM-R 网络质量，对系统运行维护的质量就提出了非常苛刻的要求。

从以二例充分说明，21 世纪以来,随着全球铁路跨越式的发展,越来越多的新技术被应用到铁路——这个近代文明产物，使得铁路包含的高科技含量也越来越多。今天的铁路早已不是单纯的以列车和铁轨的合成工作所定义的概念。铁路的通信系统越来越重要，它也迎来

了划时代的转变,铁路无线全球

通信系统的GSM--R 的建设和使用,表明成长中的我国铁路

正在不断吸取国外铁路的先进经验和成果,努力提升自身的

经济技术结构和规模水平,加快发展步伐,争取在较短时间内运输能力满足国民经济和社会发展需要,实现主要技术装备达到或接近国际先进水平。

总之，我国铁路列车运行控制系统经过几十年的发展，已经具备一定基础。但还不能满足我国铁路客运专线和城市轨道交通的发展需求，其列控系统基本还是靠引进。国外系统虽具有先进、相对成熟的特

点，但造价高和运营维护成本高，技术受制于人。为此，我国应加快发展适合于我国国情的列控系统。在铁路交通方面，参照欧洲列控系统(ETCS) 发展的中国列车运行控制系统(CTCS) ，并采用专门为铁路划分频段的全球移动通信系统(GSM-R) 欧洲标准作为发展我国铁路综合数字移动通信网络的技术标准，用以建设无线列调、无线通信业务和列车控制系统信息传输通道；在城市轨道交通领域参照相关国际标准，采用商用设备COTS 技术发展列控系统。在消化吸收国外先进技术的同时，研究新一代基于移动通信的列控系统(CBTC) ，来确保铁路、城市轨道交通列车运行安全和提高运输效率，迫切需要装备性能先进、安全可靠的列车运行控制系统。

由于GSM-R 的网络比较复杂，不是简单的设备连接，或者是简单的设备开通。它是一个大的系统，这个大的系统本身就有各个环节。而且网络本身就受到无线信号环境以及气候环境等诸多因素的影响。要注意GSM-R的电磁环境，其干扰源主要一是系统内部干扰，主要是由频率规划和小区规划不当等自身原因造成的同频、邻频干扰等；二是外部干扰又分为来自中国移动GSM网的干扰,CDMA基站下行链路对GSM-R上行链路的干扰，全频段或部分频段人为故意大信号堵塞干扰等。如排除自身因素和人为因素，GSM —R的干扰最可能来源于与其共享频率资源的中国移动G SM-R网络。在如此复杂的电磁环境中，应对GSM-R 网络进行“无线空中管制”，为列车控制系统创造无“污染”的通信天空。采用何种方案来与中国移动

等单位进行协调，从而保证GSM-R正常的无线通信环境，将是铁路面临的一个紧迫而重要的问题。还有无线网络的覆盖情况会随着时间和地点的变化而变化。可能在我们开工的时候，网络质量没有问题，传控系统也没有问题。但是在设备的互相影响和无线信道变化的影响下，系统会发生一些变化。这就要求我们在运营维护的时候能够通过有效手段监测到干扰，并防止干扰。换句话说，高速铁路对整个GSM-R 的无线系统和运行维护提出了很高的要求。

从我国目前的GSM-R 系统主要有三个设备供应商。我国的GSM-R 网络系统在刚开始的时候是按某一单线来建的，以后会过渡到将各条线逐步连在一起作为一张网来管理。从专业的角度来说，GSM-R 更多的应用需要有前期认证、网络系统建设以及应用和推广三个阶段。目前只是停留在系统建设期，基本上还没有开始成网络系统应用起来，还没有到成熟应用的阶段。从建设的角度来讲，GSM-R 一定要形成标准化，否则不同的厂商提供的产品不同，如果我们没有一个公用的标准是连接不到一起去的。

所以，我国铁道部这几年一直在组织各个厂家做标准化和互联互通方面的工作。只有在标准化这个基础之上，才能够做到将现在的各条铁道线连接起来。GSM-R建设应该有一个整

体全方位的规划方案。实际上我国铁道部一直在向这方面靠拢，在做这方面的工作。但是规划也好，方案也好，我们毕竟是从无到有，随着GSM-R线路越建越多，我们的经验也会越来越丰富。整体的标准和规划应该会随着铁路的发展逐渐得到完善。