对我国列车控制系统发展的几点建议
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%A 摘要：我国通过引进、消化、吸收国外列控系统技术，研发出具有自主知识产权的无绝缘执道电路、主体机车信号、列车运行记录监控装置和超速防护设备（LSK），为适应提速发展我国列控系统莫定了基础，并正在形成中国列车控制系统（CTCS）的各级模式。CTCS0在既有线已经普及并在防“两冒一超”中发挥了重要的作用；CTCS1将填补我国既有线160km/h以下列控系统的空白；CTCS2已应用在200km/h客货混跑线路上；正在建设的客运专线将采用ETCS2＋CTCS2双模式，形成具有中国特色的CTCS3系统应是值得探索的方案。
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%A 提高列车运行速度是铁路技术发展的重要目标，保证列车运行安全是实现我国提速战略的重要保证，而列车运行控制系统（简称列控系统）是实现这一重要保证的主要技术支持手段。列控系统作为铁路信号系统中的主要技术装备，其功能就是防止列车超过线路规定的允许速度运行，防止列车冒进关闭的信号机。特别是在当前既有线提速、运行密度加大及客运专线建设中，提高既有列控系统的安全性，选择适应我国铁路要求的列控系统已成为重要的研究课题。
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%A 1 国外列控系统的发展概况
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%A 1．1日本列车自动控制系统
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%A   1964年日本开通的世界上第一条高速铁路－东海道新干线采用基于轨道电路传输的列车自动控制系统（ATC），控制方式是分级速度控制（阶梯式）。1991年日本铁路开始试验数字式ATC（亦称I- ATC），经过几年的试验取得良好效果后，才开始在东海道新干线等线路上使用。东海道新干线数字ATC与现有ATC兼容，便于新、旧系统更换。目前为适应无碴轨道，日本ATC系统地面轨道电路仍采用音频、机械绝缘方式；既有线列控系统基于地面点式设备与车载设备配合构成，轨道电路仅解决占用检查。
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%A 1．2法国列车控制系统
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%A   法国U/T系统是基于轨道传输信息，通过地面无绝缘轨道电路（原仅有18信息的UM71轨道电路，现发展到数字编码的UM2000轨道电路），向车载信号设备（原为TVM300发展到TVM430)传递信息，控制模式由阶梯式改进为分级连续式模式，是目前运用最多的高速列控系统之一。而SEI/TVM 系统是在TVM430基础上，将计算机联锁和列控系统合为一体，简化设备接口，充分发挥计算机功能。该系统已在地中海高速线、海峡一伦敦线、西班牙开通使用。在建的东部高速线选择UM2000／VM430+ETCS2的双标系统，计划2007年首先开通U／T系统，ETCS2随后将投人应用；法国既有线仍采用点式列控系统。
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%A 1．3德国LZB系统
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%A 德国LZB系统基于轨道电路或计轴设备作为列车占用检查，通过轨道电缆实现车一地间双向信息传输，向车载设备传输列控信息，是世界上第一个采用目标－距离控制模式的系统。自1965年在慕尼黑－奥斯堡首次运用LZB系统以来，目前德国铁路线已装备该系统2 000 km。1992年在西班牙马德里－塞维利亚471km高速铁路线上也采用此系统。2003年开通的科隆－法兰克福线路由于采用无碴轨道，高速列车实施磁轨制动，而且ETCS2尚不具备商业应用条件，因此采用基于环线传输的改进型LZB系统，轨道占用检查系统使用计轴设备。
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%A 1．4欧洲列车控制系统的发展
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%A   欧洲是世界轨道交通最为发达的地区，各国既有列车运行控制系统种类多达15种，而且互不兼容，有一列国际列车上曾最多装备了七套列控设备。为保证高速列车在欧洲铁路网内互通运行，需要建立统一的列车运行控制系统，即欧洲列车控制系统(ETCS）。欧洲多个国家共同参与制定ETCS技术规范，该规范从功能需求出发提出系统需求，并以分级方式实现列车在不同配置的线路上安全运行。欧洲铁路运输管理系统（ERTMS）/ETCS技术规范将ETCS分为三级，并对每级控制系统制定统一的技术标准及接口协议。
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%A   ETCSI是基于欧洲应答器（可加局部欧洲环线）与车载设备配合构成的点式列控系统，适应最高运行速度为200～250 km/h。ETCS2是基于GSM-R传输的列控系统，列车运行由无线闭塞中心（RBC）控制，列车占用检查由轨道电路或计轴器完成，列车定位采用欧洲应答器，最高允许速度为350 km/h。ETCS3是基于无线传输的列控系统，列车定位采用欧洲
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%A 应答器，列车完整性检查是依靠列车自身设备实现。因目前列车完整性检查尚无一个安全、可靠的方案，所以该系统还处于理论研究阶段。
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%A   ETCS是欧洲的统一标准，比较全面地考虑了系统的兼容和互通，系统设计正趋于完善。2005年12月德国在柏林－莱比锡线路上开通ETCS2列控系统，该线路允许最高运行速度200 km／h。为兼容既有列控系统，保留原地面列控设备，2005年意大利在罗马－那不勒斯
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%A 线路（204.6 km），2006年在都灵－米兰（125 km）线路上开通ETCS2，最高运行速度均为300 km/h。
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%A   目前已有多家系统供应商可提供符合ETCS2的系统设备，该系统采用新型无线通信和计算机控制技术，系统功能完备，其系统造价高于传统的高速列车控制系统。欧盟通过立法，将ERTMS/ETCS作为欧洲铁路强制实行的信号技术规范。欧洲铁路网内新建线路将采用ETCS系统，同时欧洲委员会已经决定拨款将欧盟各国铁路国际通道的既有信号系统升级改造为ETCS系统。预计未来10～12年内，将在欧洲铁路形成ETCS网络。
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%A 1．5各国列控系统的主要技术特征
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%A   （1)针对不同运行速度的线路，采用不同的列控系统配置。在200km/h及以下的既有线上，德国、法国、日本等国都采用点式地面应答器或其他设备与车载设备配套构成列控系统。最具代表的是ETCS1系统，并且已经在欧洲广泛使用。在高速铁路线上则采用连续式控制系统，如U/T、LZB、I-ATC及正在发展的ETCS2。
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%A   (2)各国列控系统都是在本国已有技术的基础上不断地发展，并考虑兼容既有设备，统一设备制式，以法国、日本的列控系统为代表。
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%A   (3)列车制动控制方式正由分级速度（阶梯）控制方式向目标－距离控制模式（也称为连续速度控制或一次制动模式）发展。
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%A   （4）地－车间的信息传输方式主要基于轨道电路。为满足列控系统对信息量的要求，轨道电路由模拟向数字式发展，但信息量有限，需要辅助应答器或点式环线等设备或车上存储设备；德国为实现目标－距离控制模式，利用轨道环线与车载设备进行双向传输。基于无线传输方式的信息量大，沿线轨旁设备相对较少，可满足列车控制及其他大信息量传输的要求，欧洲已把基于无线传输的ETCS2作为今后列控系统技术的发展方向。
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%A   （5）列控系统地面设备主要由连续式传输的轨道电路、环线设备提供变化信息，由应答器或点式环线构成的点式传输设备提供固定信息。
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%A 学习、借鉴国外列控系统的成熟技术，对研究、确定我国列控系统发展的技术路线有着重要的意义。
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%A 2 中国列车控制系统(CTCS)发展的思考
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%A 2．1 CTCS的提出
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%A   （1）2002年12月，在我国召开的国际铁路联盟（UIC）大会上，铁道部向世界宣布发展中国列车运行控制系统（CTCS)的规划。即：
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%A   CTCS0－机车信号＋监控装置（目前全路机车既有装备现状）；
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%A   CTCS1－主体机车信号＋安全型监控装置＋点式应答器；
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%A   CTCS2－超速防护设备；
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%A   CTCS3－基于GSM-R传输的超速防护系统设备；
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%A CTCS4－依靠列车自身实现列车完整性检查，采用应答器或卫星定位系统（GPS），无线传输列车移动命令的列控系统。
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%A   （2）2003年，铁道部向国家申报立项发展CTCS规划的专题研究，2004年，《CTCS技术规范总则及CTCS2ATP技术条件》通过铁道部审查，2005年通过科技部验收，为CTCS的发展奠定了基础。
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%A （3）经过几年的研究和实践，CTCS各级系统的构成方案基本形成，其与ET CS的对应关系如表1所示。CTCS是结合我国既有地面和车载设备，特别是在已有统一的自动闭塞设备制式基础上，充分借鉴了欧洲逐步成熟的ETCS有关标准、设备和建设思路形成的。目前CTCS的技术框架已经得到世界铁路信号界同行的认可。
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%A 2．2应加快CTCS0向CTCS1的发展
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%A   在CTCS规划提出之前，既有自动闭塞系统难以提供超速防护所需要的信息，机务部门组织研究“利用车上存贮信息＋自动闭塞中的机车信号点灯信息＋人工介入”方式，构成具有中国特色的“超速防护”系统，即CTCS0。该模式基本覆盖全路既有自动闭塞、半自动闭塞线路，在防止列车冒进进站信号机和出站信号机、超速运行，以及第一次大提速中发挥了重要的作用。由于地面提供的信息有限，需要司机人工介入操作，一旦人工失误，将严重影响行车安全。随着列车提速、单司机值乘、交路延长，机务部门要求从地面补充相关信息，减少人工介入，消除不安全隐患。
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%A   2000年，在武广、哈大电气化改造工程中，列车运行速度超过120km/h。为执行《铁路技术管理规程》92条中提出的主体机车信号＋监控装置或超速防护的要求进行了论证，提出利用四显示自动闭塞、单红灯布置方式，车载设备采用带记录装置的双机热备型机车信号与监控装置配合，辅助点式应答器校核设备，实现提速列车运行安全控制方案。2002年，结合采用欧洲点式应答器开展主体机车信号加监控装置的试验，选择在沈阳北一皇姑屯站的进站信号机处安装有源应答器，提供接车进路信息，试验取得良好效果。通过增加点式应答器替代司机人工介人的操作，减少人为失误带来的不安全因素。
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%A   2004年5月，配合兰青线河湾一张家祠间的单线“双接近区段”试验，进行了应答器与监控装置结合控车的试验、验证工作。目前，渝怀线已经按此方式正式设计并已开通使用。2004年11月，为在大秦线取消地面信号机，在大同南一湖东站又进行主体机车信号＋监控装置＋点式应答器试验。
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%A   通过以上试验、验证，充分说明从CTCS0向CTCS1发展，在运输安全方面可解决目前全路机车信号存在的安全隐患；在技术方案上主体机车信号＋改进型监控装置十点式应答器的配置，对160 km/h以下的列车运行控制是可行的；在投资方面，仅增加点式接收设备，利用、改造既有设备是合理的。同时，利用应答器锁频方式还可解决站内电码化的邻线干扰问题。
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%A 2．3从CTCS0向CTCS1发展需要解决的问题
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%A   （1）在确定应答器的信息定义中，要统筹考虑CTCS1的应用需求。目前，既有线CTCS2应答器的信息定义通过几次试验，正逐步完善统一，在制定标准时还应统筹考虑CTCS1的
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%A 信息需要，尽量减少新的信息定义。
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%A   （2)合理划分设备维修和安全责任。我国铁路已经形成车载设备中的监控装置由机务部门负责，其他设备由电务部门负责维修的格局。应以保证列车安全为目标，完善CTCSI的系统构成方案，包括安全保障功能的划分。根据CTCS1的系统构成，建议采用仍以司机人控为主，设备监督和自动校核为辅的方式。
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%A   (3)系统研究CTCS1，填补我国既有线160km/h以下列控系统的空白。我国既有线160km/h以下的干线机车已经开始装备主体机车信号和监控装置。随着ZPW-2000系列轨道电路的推广应用、应答器的引进和国产化，以及既有线CTCS2列控系统车载ATP设备的引进，为CTCS1技术条件的制定和设备的联合开发提供了有利条件，尽早完成CTCS0向CTCS1的过渡，将进一步提高我国铁路列车运行的安全保障。
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%A 2．4完善和发展CTCS2
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%A   2003年初，在胶济、郑徐、浙赣等线路的电气化改造工程设计方案中，明确将既有线改造后的最高运行速度提高到200km/h，选择配套的列车运行控制系统是实现200 km/h速度目标值的关键。根据铁道部确定的采用“先进、成熟、经济、适用、可靠”的技术原则和发展CTCS的规划，结合既有线电气化改造工程的特点，提出采用欧洲ETCS1系统设备与我国轨道电路结合的方式，利用轨道电路传输连续信息，应答器提供线路参数、允许速度和进路信息，采用目标－距离控制模式，即CTCS2。该方案的列控系统叠加在既有自动闭塞系统上，这样既满足动车组的车载设备对地面信息的要求，同时又维持既有自动闭塞不变，不影响既有机车的运行控制。根据运输要求临时限速通过设备自动控制，在实施方案中增加车站列控中心；为利用应答器传输临时限速命令，将LEU与应答器的并口传输改为串口的透明传输；根据既有线的特点，减化应答器的布置。2005年初，通过国际招标，引进技术，实现以市场换技术，使我国企业能够掌握关键技术进行自我研发和建设CTCS2。经过几年的努力，目前既有线CTCS2已通过试验，基本达到了预定的功能要求，实现了通过设备对列车运行进行完全监控，即超速防护系统。目前超速防护系统已经在第六次大提速工程中装备，并将通过第六次大提速工程的实际应用进一步验证、完善。铁道部已经确定在200km/h客货混跑线路上采用CTCS2系统，并根据既有线的应用情况进行优化。
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%A   建议在应答器的布置上，要通过增加应答器数量，保证区间线路数据的连续覆盖；同时要在车站等特殊地点增设应答器，以补充既有轨道电路的信息量，为车载设备提供更多的信
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%A 息，提高车载ATP控车的安全性和准确性，充分发挥动车组提速快的特点。在临时限速方面，按照闭塞分区设置临时限速的长度；在应答器信息量允许的条件下，利用增加应答器数量，扩大临时限速的覆盖范围，实现通过应答器对动车组的临时限速控制，替代进站信号机降黄灯方式，减少对普通列车的影响；根据客运专线均采用调度集中的特点，要进一步研究提高临时限速命令传输的安全性，从系统出发合理确定调度集中和列控中心在临时限速命令传输与执行中的安全功能划分，可采用增加命令的传输返回确认等环节。
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%A   CTCS2是由车、地设备组成的一个完整系统，为充分发挥新增点式应答器的作用，应深人研究ETCS1的成功应用经验，结合我国既有自动闭塞的优势，进一步优化和完善CTCS2。
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%A 2 ．5我国客运专线列控系统的选择
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%A   经过十多年的研究，我国已经对300km/h客运专线列控系统的基本要求形成共识，即应采用目标－距离（或称连续速度）制动模式，适应200km/h 及以上不同速度列车混跑的要求；应满足双方向运行要求，正向追踪间隔应不大于3min；应与既有线信号系统有良好的兼容性；应采用成熟、可靠的技术、设备，这也是我国客运专线列控系统集成的基本技术要求。
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%A   目前，利用ZP W-2000A轨道电路中的18信息加点式应答器构成的CTCS2，尚未在于300km/h的列控应用。因此，必须选择一个成熟的列控系统作为我国客运专线工程设计方
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%A 案的支撑。以成熟技术、满足我国列控基本要求为目的，采用ETCS2应是值得探索的方案。因ETCS2的地面设备是由轨道电路和应答器等设备组成，它与CTCS2的主要地面设备组成
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%A 相同。建议以CTCS2地面设备为基础，叠加ETCS2，按不同速度等级，在200 km/h线路上运行的动车组车载设备采用CTCS2单模式；在300km／h线路上运行的动车组采用ETCS2＋CTCS2的双模式配置，形成具有中国特色的双模式列控系统即CTCS3。这样既有一个完整、成熟系统保证工程可靠实施，同时也解决了既有线动车组上高速线行驶的问题，增加了
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%A 动车组运行的灵活性。如果CTCS2在300 km/h列控试验取得成功，也可作为基于无线传输的ETCS2的冗余系统，使我国300 km/h的客运专线的运行安全保障系统更加安全可靠。
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%A   我国在建的客运专线是铁路快速客运通道，也是整个铁路网的重要干线组成部分，能否解决好与既有信号系统的兼容，是CTCS3能否成功的关键。特别要根据我国的需求引进
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%A ETCS2关键技术，同时要处理好与CTCS2的结合及地面设备共用问题。相信根据我国铁路的需求，以采用“先进、成熟、经济、适应、可靠”技术为原则，通过系统集成创新，一定能为我国客运专线的列车运行控制提供一个安全、可靠的技术保障方案。
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%A （作者：李国斌：铁道部工程设计鉴定中心，高级工程师）
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