高速铁路设备系列介绍之七——列车运行控制系统的列车测速与定位
高速铁路信号控制技术
高速铁路信号控制技术随着科技的发展和人们对高速交通工具的需求不断增长，高速铁路系统成为现代社会的重要交通基础设施。
而高速铁路的安全性和可靠性则离不开高效的信号控制技术的支持。
本文将介绍高速铁路信号控制技术的原理和应用。
一、高速铁路信号控制技术概述高速铁路信号控制技术是指通过信号设备和相关系统，对高速铁路列车的运行状态进行监控和控制，确保列车的安全运行。
它包括列车位置检测、信号灯控制、列车间隔控制等多个方面的技术。
1. 列车位置检测技术高速铁路信号控制系统需要准确获得列车的位置信息，以便及时采取控制措施。
列车位置检测技术通常采用轴旋转编码器、轴位传感器等装置，通过检测车轮周围的信号变化来确定列车的位置。
2. 信号灯控制技术高速铁路信号灯控制技术是确保列车通行安全的重要手段之一。
通过设置信号灯，在不同的区段和交叉口进行信号的显示和控制，以指示列车运行状态和允许/禁止通行的信息。
3. 列车间隔控制技术高速铁路的列车间隔控制技术是实现列车安全运行和保证列车运行效率的关键技术之一。
它通过调整列车间的时间和距离，确保列车之间的安全间隔。
二、高速铁路信号控制技术的应用高速铁路信号控制技术在实际运营中发挥着重要作用，可以提高铁路运输的效率和安全性。
以下是几个常见的高速铁路信号控制技术应用的示例。
1. 自动驾驶列车控制系统自动驾驶列车控制系统是将高速铁路信号控制技术与自动驾驶技术相结合的应用。
通过利用先进的传感器和控制系统，实现列车的自动驾驶和运行控制，减少人为操作的风险，提高列车的运行效率。
2. 高速列车防护控制系统高速列车防护控制系统是通过信号控制技术和列车位置检测技术来保护列车和乘客的安全。
当列车接近隧道或桥梁等特殊区域时，系统将发送警示信号，提醒列车减速或采取其他必要措施，以防止事故发生。
3. 信号优化控制系统信号优化控制系统是利用高速铁路信号控制技术对列车运行进行优化和调度的应用。
通过分析列车运行数据和客流需求，系统可以合理设定信号灯状态和列车间隔，以提高运行效率和减少拥堵。
精选列车运行控制系统44列控地面设备CBTC地面设备
一、系统组成
ATS系统 ATS系统主要实现对列车运行的监督和指挥，辅助调度任意对全线列车进行管理，ATS包括控制中心和车站设备。 基本功能包括：列车识别和跟踪、运行图管理、列车进路办理、在线列车冲突管理、列车运行自动调整、扣车、跳车、临时限速等。
联锁系统 轨道空闲处理、进路控制、道岔控制和信号控制功能是CI子系统的主要功能。进路控制功能负责整条进路的排列、锁闭、保持和解锁。道岔控制功能负责道岔的解锁、转换、锁闭和监督。这些动作是对ATS子系统命令的响应。信号控制功能负责监督轨道旁信号机的状态，并根据进路、轨道区段、道岔和其它轨旁信号机的状态来控制信号机。 它根据来自ATS的命令设置信号机何时为停车显示。它也产生命令输出，ATC系统以此来控制列车从一个进路行驶到另一进路。
CBTC系统是指通过无线通信的方式实现列车和地面间连续通信的列车控制系统。系统的核心部分为轨旁和车载两部分。 列车通过机车上的测速传感器和线路上的应答器来得到列车的实时位置，应答器在线路的固定位置设置，列车每经过一个应答器就会在数据库中查找其位置，从而得到列车的精确位置，列车的实时速度是通过测速传感器获得的，速度对时间的积分获得列车的相对位移，每经过一个应答器的实际位置加上相对该应答器的相对位移就可以实时的获得列车的准确位置。VOBC将列车的准确位置通过WLAN发送给轨旁设备，实现列车对地面设备的通信。 轨旁的核心设备是区域控制器ZC，它负责管态（道岔、屏蔽门、紧急停车按钮、计轴区段等），向地面ATP系统发送障碍物信息及联锁的进路信息。（4）确定行车许可的计算范围。地面ATP接收到联锁的进路信息、障碍物信息，根据列车在线路上的位置信息，确定列车当前能够使用的进路范围。 如下图所示，列车运行在进路R1上，进路R2、R3均已排列，地面ATP通过线路上列车运行情况及信号机的接近区段情况判断该车为最接近进路R2和R3的受控制的列车，将进路R1、R2、R3均分配给该列车使用，这样就确定了为该列车计算行车许可需要考虑的范围。
ETCS CTCS列控系统详细讲解
• 1级：基于点式信息传输 （EUROBALISE)； • 2级：基于无线信息传输 （GSM-R)＋轨道电路； • 3级：基于无线信息传输 （GSM-R)＋列车完整性
•
检查；
• STM级：专用列控模块。
ETCS 0级 ：在未安装ETCS设备的线路上运行
车载设备
轨道占用 检查设备
联锁设备
ETCS 1级
列车接口
人机接口
数据记录
ETCS
STM
安全计算机
车载设备
速度表
应答器接收 环线接收
无线接口
本国 信号系统
airgap
欧洲应答器 欧洲环线 Euroradio 无线注入设备
Euroradio
联锁设备和LEU CTC接口
RBC 1 RBC 2
ETCS地面设备
功能接口技术协议 功能接口规范
GSM-R 移动设备
互通运行（ Interoperation ）
跨国（区）互通运行在边界应满足以 下条件：
• 不更换机车 • 不更换司机 • 不停车
技术方面的互通性 （Technical interoperability）
确保列车可以从地面设备接收到必要 的信号命令并能正确理解其含义。
运用方面的互通性 （Operation interoperability）
ETCS-CTCS 列车自动控制系统
铁道科学研究院 2008年10月
目录
一、列控系统的原理和基本功能 二、ETCS技术规范 三、CTCS技术规范
一、列控系统的原理和基本功能
铁道科学研究院
列控系统是在传统自动闭塞基础上增 加列车自动控制功能的信号防护系统， 由地面设备和车载设备组成。
列控系统包含专门设计的满足信号安 全性要求的模块和功能，附加功能和 舒适性功能不要求安全设计。
列控
列控系统定义: 由列控中心、闭塞设备、地面信号设备、地车信息传输设备、车载速度控制设备构成的用于控制列车运行速度保证行车安全和提高运输能力的控制系统。
传输方式:连续式列控系统：车载设备可连续接收到地面列控设备的车-地通信信息，是列控技术发展的主流。
点式列控系统：接收地面信息不连续，但对列车运行与司机操纵的监督并不间断。
点-连式列车运行控制系统:轨道电路完成列车占用检测及完整性检查，连续向列车传送控制信息速度曲线:ATC:列车运行控制系统ATO:列车自动运行功能:（1）停车点的目标制动（2）打开车门（3）列车从车站出发（4）列车加速（5）区间内临时停车（6）限速区间（7）司机手动驾驶及由ATO系统驾驶之间可在任何时候转换（8）记录运行信息ATS:列车自动监控功能:（1）集中控制功能（2）集中显示功能（3）列车运行时刻表管理功能（4）运行数据记录与统计功能（5）仿真功能（6）监测与报警功能ATP:列车自动防护功能:（1）停车点防护（2）速度监督与超速防护（3）列车间隔控制（4）测速与测距（5）车门控制（6）其他功能：紧急停车、给出发车命令、列车倒退控制测速方法:测速电机方式、脉冲转速传感器方式、雷达测速方式等测速电机方式:测速电机包括1个齿轮和两组带有永久磁铁的线圈。
齿轮固定在机车轮轴上，随车轮转动。
线圈固定在轴箱上。
轮轴转动，带动齿轮切割磁力线，在线圈上产生感生电动势，其频率与列车速度（齿轮的转速）成正比。
这样列车的速度信息就包含在感应电动势的频率特征里。
经过频率—电压变化后，把列车实际运行的速度变换为电压值，通过测量电压的幅度得到速度值。
脉冲转速传感器方式:脉冲转速传感器安装在轮轴上，轮轴每转动一周，传感器输出一定数目的脉冲，这样脉冲的频率就与轮轴的转速成正比。
输出脉冲经过隔离和整形后，直接输入到微处理器进行频率测量并换算成速度和走行距离。
雷达测速方式:由于这类方法不由轮旋转获得信息，因此能有效地避免车轮空转、滑行等产生的误差，但精度受到无线电波的传播特性等素的影响。
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。
CTCS系统详细介绍
第一章列车运行控制系统在国内外发展现状近年来随着人工智能技术，计算机及其相关技术的飞速发展，世界各国都开始了用高新技术改造传统铁路运输模式的研究，目的在于提高铁路运输效率，增强铁路运营安全，提高服务质量，减少环境污染。
如作为欧洲21世纪干线铁路总统解决方案的欧洲铁路运输管理系统ERTMS，法国铁路的连续实时追踪自动化系统ASTREE，日本新干线的列车运营管理系统COMTRAC和COSMOS,北美的先进列车控制系统A TCS，列车间隔控制系统PTS和PTC，美国旧金山港湾铁路的先进列车控制系统AATC，日本的新一代列车控制系统ATACS 及计算机和无线电辅助列车控制系统CARA T等。
其中代表世界先进水平的高速铁路列控系统的如德国LZB系统：采用轨道环线电缆传送列控信息；日本DS-ATC系统：采用有绝缘的数字轨道电路传送列控信息；法国UM2000+TVM430系统：采用无绝缘数字轨道电路传送列控信息（分级控制）；但以上三种高速列控系统均采用大量专有技术，相互间不兼容，技术平台不开放。
欧洲ETCS系统：为实现欧洲铁路互联互通，欧盟组织确定了适用于高速铁路列控的标准体系，技术平台开放；基于GSM-R无线传输方式的ETCS2系统，技术先进，并已投入商业运营；欧洲正在建设和规划的高速铁路均采用ETCS列控系统，是未来高速列车控制系统的发展方向。
我国铁路地域广大、列车种类繁多、提速以后线路允许速度不统一，同为绿灯却有多种速度含义。
另外，我国铁路行车主要特点是客货混跑、高低速列车共线运行，这样必然要求客货列车均需装备ATP，从而使得我国发展ATP的难度明显大于国外。
我国铁路实行以地面信号为主、以机车信号为辅的行车方式，对列车运行实行开环控制，依靠司机严守信号保证行车安全。
因此，习惯于现有机车信号＋监控装置的控车模式。
目前，机车普遍安装的通用机车信号未达到主体化的水平。
机车信号基于轨道电路和站内电码化，但轨道电路制式繁多，有的根本不能满足“主体化”的要求，将面临淘汰。
列车运行自动控制系统..
心从CTC或TDCS获得统一时钟，并按统一时钟进行系
统管理和控制。车站列控中心设备影响时间不大于1S。 车站列控中心设备采用统一的标准，具有通用性。在 CTC或TDCS的车站车务终端上设有特定的列控中心人 机界面，包括输入、确认等，与既有车站车务终端的
相关内容进行统一。
（2）主要功能：
a：临时限速功能 b：接车进路信息预告功能
列控系统地面设备
室内设备
车站列控中心地面设备 Nhomakorabea应答器室外设备
轨道电路
学习要求
一、车站列控中心技术特点 二、应答器工作原理
三、级间切换
一.车站列控中心
（1）简介：
车站列控中心（简称TCC）是地面列车运行控制的核心， 传输车站连锁、列车超速防护系统所需要的全部地面信息，
通过驱动接口控制相应的道岔、信号机及轨旁设别。采用
（5）系统接口
1）与CTC/TDCS接口（P口）
列控中心与CTC/TDCS系统的接口属于安全通信接口，采
用标准异步RS422串行接口，与CTC/TDCS的双机之间形
成交叉互连的冗余通道。 列控中心主要功能需求 ①从TDCS、CTC中获取调度命令，包括接发车信息、临时 限速信息（起点里程、长度、速度、车次、起止时间等）、
提高常用制动减压量控制精度；制动缸压力信号 主要在机车单机运行时作为状态记录依据。 ⑦指针式速度指示：采用ZL型或EQG3/8型双针 速度表，双针速度表的实际速度与限制速度指 针依靠装置主机驱动。双针速度表照明电源采 用机车照明电源。
课后思考
1、了解LKJ2000型监控装置发展概述。 2、掌握系统方框图的组成？各起什么作用？
②屏幕显示器：有屏幕显示器和数码显示器，屏幕显示器以 屏幕滚动方式显示实际运行速度轨迹曲线及模式限制速度 曲线，以图形、符号和文字形式显示地面信号机的位置、 种类以及运行线路的曲线、坡道、桥梁、隧道及道口信息。
郑列车运行控制系统原理PPT课件.ppt
– ERTMS/ETCS等级2——装备了ERTMS/ETCS的列车，在由无线闭塞中 心控制的、并且装备了Eurobalise和Euroradio的线路上运行。由地面设备 提供列车定位功能和列车完整性检查。
行的速度变换为电压值，通过测量电压的幅度得到速度值。 -------低速列车使用
脉冲转速传感器方式：脉冲转速传感器安装在轮轴上，轮轴每 转动一周，传感器输出一定数目的脉冲，这样脉冲的频率就与 轮轴的转速成正比。输出脉冲经过隔离和整形后，直接输入到 微处理器进行频率测量并换算成速度和走行距离。
------数字化处理，精度高，
列车运行控制系统原理
.阶梯控制方式
阶梯控制方式，在一个闭塞分区内只控制一个速度等级， 不需要距离信息，只要在最高速度与停车信号间增加若干个速 度信号，列车从最高速度停车分段降速，直至停车。分为出口 检查方式和入口检查方式。
列车运行控制系统原理
分段速度-距离控制方式
速度-距离模式曲线是根据目标速度、线路参数、列车参数、制 动性能等确定的反映列车允许速度与目标距离间关系的曲线。反映 各点允许速度值。
➢多普勒雷达 ✓测量列车速度
✓不受列车空转打滑影
响
列车运行控制系统原理
测速电机方式：测速电机包括—个齿轮和两组带有永久磁铁的线 圈。齿轮固定在机车轮轴上，随车轮转动。线圈固定在轴箱上。轮 轴转动，带动齿轮切割磁力线，在线圈上产生感生电动势，其频率 与列车速度（齿轮的转速）成正比。这样列车的速度信息就包含在 感应电动势的频率特征里。经过频率一电压变化后，把列车实际运
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高速铁路设备系列介绍之七——列车运行控制系统的列车测速与定位：
2008年在世界高速铁路大会上,与会代表在最后讨论中，达成一个新的共识。
就是把高速铁路定义为：必须新建的专用铁路并在这个线路上开行运营时速达到250公里以上的动车组和采用了专用的列车控制系统的铁路。
也就是说高速铁路有了三个标准。
一是新建的专用铁路。
所谓的“专用”含义就是新建客运的专用铁路。
既有的铁路线跑的客车速度达到也不能算。
当然也没必要、没可能在铁路线上要开行超高速度的货运列车。
二是开行250公里以上的动车组列车。
三是高速铁路最核心、关键的技术是铁路信号设备的新功能——列车的运行控制系统。
我们知道，铁路信号原先比喻为是火车的眼睛，经过上百年的历史发展，为保证列车开行的安全和效率，铁路信号早已开始做到由机器控制和人控制相结合，已比喻成为是火车的神经系统了。
但这火车的神经系统，普速铁路仅是以人控为主,机器做辅助。
而高速铁路是一个电脑化的控制系统，与普速铁路相比是反过来了,机器控制优先为主,人是辅助。
只有高速铁路必须要用这样一个最先进的高速列
车运行控制系统,最后才能认定，这条线路是高速铁路。
列车运行控制技术关键技术之一是列车的测速与定位。
为确实保证列车距离与速度的安全控制，首要是及时获取列车运行中的速度与位置，测速和定位的正确程度从根本上制约着列车运行控制系统的控制正确程度，测速测距的正确程度过低，不仅会增加列车的不安全因素，并且会造成列控系统预留的安全防护距离过大，从而影响运输效率。
目前有多种列车测速方式。
按照速度信息获取的来历，可以把测速方式分成两大类，一类是利用轮轴旋转信息获取列车速度的测速方法。
轮轴旋转测速方法又有机电测速方式和脉冲转速传感器方式之分。
有机电测速方式正处于被逐步淘汰过程中，不介绍了。
脉冲转速传感器方式，其脉冲转速传感器安装在轮轴上，轮轴每转一周，传感器输出一定目标的脉冲，保证脉冲的频率与轮轴的每转速度完成正比。
输出脉冲经过断绝和整形后，直接输入到微处置惩罚器进行频率测量并换算成速度和走行距离。
轮轴脉冲转速传感器将成为作为主要部件。
由于列车在运
行过程中存在空转、滑行现象，为此，以轮轴旋转推算速度必然会产生一定偏差。
二类是随着卫星测速、雷达测速等无线技术的发展和应用，开始提出的，并逐步受到重视。
由于无线测速与定位已不能分开并利用外加信号直接测量车体的速度和位置，因此又称为外部信号法。
目前提出的有雷达测速方式和卫星定位方式等。
由于这种方法不从车轮旋转中获取信息，因此能有效地避免车轮空转、滑行等产生的偏差，虽然其正确、精密程度还受到无线电波的传播特性等因素的一定影响，但比较利用轮轴旋转信息获取列车速度的测速方法改进多了，将成为未来列车测速的首选。
雷达测速就是利用多普勒效应原理，向移动体上发射一定频率的电磁波，反射波与入射波之间会产生频差，这个频差与移动体的速度成正比，这就是多普勒效应。
在列车头上安装雷达，它始终向轨面发射电磁波，由于列车和轨面之间有相对运动，因此在发射波和反射波之间产生频差，通过测量频勉强可以以计较出列车的运行速度，并累计求出走行距离。
再说说列车定位，有许多方法可以使列车定位。
如：当了解了初始点，利用列车测速信息可以获取列车位置信息，采用GPS技术不仅可以获得列车速度也能够获取列车位置信息，通过地面设备向列车输送传播信息时，地面设备的位置也能够使列车获取位置信息。
GPS测速定位方式。
GPS(全球定位系统)是美军70年代在子午仪(Transit)系统上发展起来的全球性卫星导航系统，它是目前技术上最成熟并应用于现场的一种卫星导航和定位系统，能在全球规模内，在任何时刻、天气前提下为用户提供持续不断的高精度程度的三维位置、速度和时间信息。
列车定位还可以综合采用几种方法获取，并互相误正融合以计算出相对精确的列车位置信息。
前边所述的轮轴传感方法也可以获取列车位置信息，可是由于列车的车轮空转、滑行等因素，必然性的会产生累计偏差，因此，一般列控系统采用地面固定的设备来对累计偏差举行纠正，这些个地面固定安置的设备称为地面绝对信标，可以作为地面绝对信标的定位方法包括：有轨道电路绝缘节定位方法，是利用闭塞分区的分界点，即在线路上固定位置的绝缘节，其两边输送传道的信息差别，通过列车接收信息的变化相识过绝缘节的机会，把绝缘节的物理位置作为绝对信标来获取列车位置信息。
有计轴器定位方法，与轨道绝缘节设置相同，计轴传感器安置也是固定的，通过计轴器检测的列车占用或者出清对应计轴区段也能够获取列车位置信息。
有查询应答器方法，其不仅物理安装位置固定，它还可以直接向通过的列车发送本应答器所处的公里坐标。
还有轨道环线定位方法，轨道感应环线的两根电缆每隔1个轨道长度(100m)要相互交织一次，交织回线将交变电信号送到沿线路铺设的交织回线上，在回线上产生交变电磁力场,车载设备在经过每个交织时可以检测到信号相位的变化,当列车驶过1个交织点时，利用信号相位的变化引发地址码加1，由车载计算机按照地址码计较出列车的具体位置，就能够用绝对地址信息对机车里程计产生的定位记载举行偏差修正，减少由于车轮滑行及空转造成的位置偏差。