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、快速运行的设备。完整的列车运行控制系统应包括车载设备和地面设备。根据使用的制式不同，列控系统的车载设备包括机车信号、列车运行监控记录装置LKJ和列车超速防护设备ATP等。列控系统的地面设备包括轨道电路、应答器、车站列控中心和无线通信等。

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，也是我国列车控制技术的起点。

但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。长期以来，是利用地面联锁和闭塞设备，配合车载机车信号和监控装置，采用司机人工控车为主的列车控制模式。直到2002年，铁道部才宣布发展中国列车运行控制系统（CTCS）的规划。在第六次大提速工程中，既有线CTCS-2级列控系统逐步形成。

目前正在建设客运专线的CTCS-2级和CTCS-3级列控系统。

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一、机车信号车载设备

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。由于地面信号显示有时会受到自然环境（如雾、风沙、大雨雪等）的影响以及地形的限制，难以做到全天候连续不断地显示。这样必然会影响司机的正常驾驶，可能造成列车降速运行，甚至产生冒进信号的危险。因此，必须在司机驾驶室内加装机车信号。

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，经译码保证机车信号机能复示前方地面信号的显示。司机行车时，以列车运行的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瞭望条件。当出现风、雪、雨、雾等气候条件不良或隧道、弯道等地形条件不良时，司机往往不能在规定距离内确定信号显示，存在冒进信号的可能性更大。当机车上采用机车信号后，就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。

点式机车信号是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，用于非自动闭塞区段。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是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，广泛的用于半自动闭塞区段。

连续式机车信号能在整条线路上连续不断第反映线路状况和运行条件，用于自动闭塞区段。连续式机车信号能连续的显示列车运行条件，大大改善司机的劳动强度，保证了行车安全。

早期，机车信号按经受轨面信息的特征，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-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，自20世纪90年代在我国铁路主要干线上已迅速普及应用。

在我国铁路列车运行控制系统发展过程中，长期以来是以地面信号为主体信号的，就是说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来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，为保证行车安全，提出了机车信号主体化的要求。于是在全面总结通用式机车信号运用经验的基础上，对通用式机车信号进行大量的技术改进，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-安全时，JT1-CZ2000型机车信号可作为行车凭证使用。我国铁路正在将JT1-A/B更换为JT1-CZ2000，

二、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。随着列车运行重大事故的不断发生，在总结教训的基础上我国铁路在机车信号基础上加装列车自动停车装置ZTL。

列车自动停车装置在20世纪80年代在我国铁路活得了推广使用，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。机车上加装列车自动停车装置ZTL后，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在司机室内构成音响报警。司机应在规定时间内通过按压警惕按钮做出反应。如果司机失去警惕、精神不集中，未按压警惕按钮和采取有效制动措施，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。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。此外，自动停车装置报警时，司机在操纵列车的同时还必须兼顾按压警惕按钮，给司机的正常操作带来一定的影响。另外，列车自动停车装置ZTL功能简单，使用中并未能与列车运行中的速度控制发生关系。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，必须要开发研制列车超速防护系统（ATP）。

就在我国铁路列车超速防护系统正处于开发和探索期间，全路有多家单位研制成功了列车运行监控记录装置LKJ。1995年研制成功LKJ-93型，通过铁道部技术鉴定并在全路迅速普及。之后LKJ-93型又改进为LKJ-2000型。随着LKJ的出现，目前我国铁路列车自动停车装置ZTL已经淘汰，到20世纪90年代末，几乎所有机车都安装使用列车运行监控记录装置LKJ，范围遍及国家铁路所有运营线路。

列车运行监控记录装置LKJ的主要功能是监控列车运行速度，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“黑匣子”的作用，记录列车运行、机车运用及司机操作。列车运行讲课记录装置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，由于列车运行监控记录装置构成的列车超速防护其地面数据不是由地面实时传递，而是预先储存在机车上，随着列车运行按列车坐标提取。运行中机车要不断对标，一旦发生对标错误将危及行车安全。同时列车运行监控记录装置的监控部分不符合列车超速防护系统所要求的故障-安全原则，只能作为一个过渡设备使用。

三、列车超速防护

列车超速防护系统（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，对列车运行速度惊醒实时控制的技术。随着列车运行速度的增加，由司机去完成这一任务是十分困难的。

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200km/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，必须靠列车超速防护系统去控制列车运行。

可见，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。

随着列车运行速度的不断提高，铁道部对列车超速防护系统（ATP）的使用作业做出了要求。2006版《铁道技术管理规程》（简称《技规》）第95条规定“最高运行速度不超过160km/h的列车，机车信号设备与列车运行监控记录装置结合使用，或采用列车超速防护系统。最高运行速度超过160km/h的列车，应采用列车超速防护系统”。我国铁路第六次大提速，列车运行时速超过160km/h的动车组均已装备了列车超速防护系统。

在列车超速防护区段一般采用轨道电路或应答器来检查列车的占用和出清，并构成信息发送条件。机车上设有信息接收器，当礼车运行速度超过ATO装置所指示的速度时，ATP的车上设备就发出制动命令，使列车自动制动。当列车速度降至ATP所指示的速度以下时，便自动缓解，而运行操作仍由司机完成。

为此，20世纪90年代初在京广线郑武段电气化改造工程中，引进了TVM300带速度监控的机车信号，它是和UM71配套使用的列车超速防护系统。TVM300采用滞后的阶梯型分级控制模式，地面自动闭塞必须设置双红灯防护区段，列车超速防护的制动方式只能采取紧急制动。经实践检验，TVM300不适于用在我国站间间隔小、客货混运的繁忙干线区段，再加上国内工程配套存在的种种问题，在运用中出现较多问题，而不得不提停止使用。

随后，在广深准高速工程中，采用了巨涌UM71与移频制式兼容功能的ZLSK型准高速客车速度分级控制系统。基本原理与TVM300相同，但在制动模式上进行改进。她依据闭塞分区的长短、坡道，通过不同的低频信息将列车监控速度进行分级。系统为双机热备，常用制动和紧急制动分用。

2003年在秦沈客运专线上采用基于UM2000数字轨道电路的TVM430型列车运行控制系统，由UM2000提供地面信息，包含闭塞分区长度、曲线坡度、监控速度等信息，实现速度-距离模式曲线方式控制列车运行。

2006年在青藏线采用增强型列车运行控制系统ITCS。TTCS是基于无线传输的虚拟自动闭塞及超速防护系统，在较大车站采用计算机联锁，中、小车站及区间不设轨道电路和信号机，室外仅有专车及和相应的电缆。

但是，在第六次打提速前，就全国铁路而言，还没有建立起完整的列车运行控制系统。

四、CTCS

列车超速防护系统是当今世界各国普遍才用的安全技术设备。我国已具备发展列车运行控制系统的基础，在铁路快速发展的进程中，应结合既有线提速、客运专线和高速铁路建设进行总体规划，系统设计，分步实施，积极发展，逐步两成集TDCS/CTC和CTCS为一体的列车运行控制中心，对列车进行安全控制，实现行车指挥的综合现代化。

2003年，铁道部组织全路有代表性的信号控制专家组成专家组，参照ETCS欧洲列检标准，研究制定了我国的CTCS发展装备暂行技术标准，既《CTCS技术规范总则（暂行）》。CTCS就是中国列车运行控制系统（Chinese Train Control System)的英文字头。

CTCS系统分为CTCS-0级、CTCS-1级、CTCS-2级、CTCS-3级、CTCS-4级五个级别。

CTCS-0级为既有线的现状，是由通用式机车信号和列车运行监控记录装置组成的系统。

CTCS-1级是由主体化机车信号、安全型列车运行监控记录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-3级是基于无线（GSN-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空控制系统。

CTCS-4级则是完全基于无线（GSN-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。

CTCS-0级、CTCS-1级都是以地面信号作为指挥列车行车的凭证，速度慢，司机劳动量大。不同在于CTCS-0级由“机车信号+监控装置”过程，CTCS-级由“机车信号+监控装置+应答器”构成。尽早完成CTCS-0向CTCS-1的过渡，是进一步提高我国铁路运行安全的重要保障，也是加快我国铁路运行速度做好先进一步。

既有线200km/h提速改造和200-250km/h客运专线应采取CTCS-2级列控系统。CTCS-2级列控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，是采用目标距离模式曲线监控列车安全运行的列车运行控制系统。其基本原则是在既有自动闭塞系统上叠加列控系统，既满足动车组车载设备对地面信息的要求，又保证既有自动闭塞维持不变，兼容既有机车运行控制的使用。

CTCS-2级列控系统具有与列车运行监控记录装置LKJ的接口。当列车超速防护系统正常工作时，由ATP控车。当地面设备不满足CTCS-2级条件，或列车超速防护设备故障时，CTCS-2级可降级为CTCS-1级或CTCS-0级，由LKJ控车。

2007年4月第六次大提速，200km/h区段装备了CTCS-2级列控系统，CTCS-2区段延展里程5500km，其中860km延展里程满足提速至250km/h的要求。铁道部已确定200km/h～250km/h客运专线采用CTCS-2级列控系统。当然，用于客运专线的CTCS-2级和既有线的CTCS-2级列控系统有所区别，它们的车站列控中心功能有所不同，前者将轨道电路纳入控制，并取消了站内电码化。用于客运专线的CTCS-2级已在合宁客运专线等使用。

300km/h～350km/h客运专线应采用CTCS-3级列控系统.CTCS-3级列控系统是时速300km/h～350km/h客运专线的重要技术装备，是我国铁路技术体系和装备现代化的重要组成部分，是保证高速列车运行安全、可靠、高效的核心技术之一。CTCS-3级列控系统是基于GSM-R无线通信实现车-地信息双向传输、无线闭塞中心生成行车许可的列控系统。CTCS-2级作为CTCS-3级的后备系统，在无线闭塞中心或无线通信故障时，由CTCS-2级列控系统控制列车运行。目前，CTCS-3级列控系统已确定总体技术方案，正在积极研制，不久将在武广、郑西等客运专线上使用。

我国第一条高速铁路-----京津城际客运专线采用ETCS-2列控系统，CTCS-2作为后备模式。

五、站内轨道电路电码化

轨道电路是机车信号和列车超速防护的地面设备。

在自动闭塞区段，区间采用移频轨道电路，机车信号车载设备能直接接受移频信息。而站内采用25Hz相敏轨道电路或交流连续式轨道电路不能发送移频信息，当列车在站内运行时机车信号将中断工作。为了保证行车安全和提高工作效率，使机车信号在站内也能连续显示，需在站内原轨道电路的基础上进行电码化。

所谓站内轨道电路电码化，指的是非电码的轨道电路能根据运行前方信号机的显示发送各种电码。

电码化范围起初只包括正线（接车进路、股道和发车进路），在出现了危及行车安全的事故后，扩大到侧线，但是侧线轨道电路电码化范围仅仅的股道。

电码化起初采用切换方式。切换方式电码化是在被占用时转为发送移频信息，列车占用下一相邻轨道电路区段后恢复原轨道电路，既原轨道电路和电码化电路切换使用。

最初采用固定切换方式，既本轨道电路区段被占用实现电码化时，起转换开关作用的轨道发码继电器固定在励磁状态，向轨道发送移频信息，待列车压入下一相邻轨道电路区段后，本区段的轨道发码继电器才落下，恢复原轨道电路。此种方式存在着在某些正常的调车作业或列车折返时已移频化的股道轨道电路不能自动恢复的缺点。

为此，改为采用脉动切换方式的轨道电路电码化。既某一轨道区段电码化时，使传输继电器处于脉动状态，当其励磁时向轨道发送移频信息，失磁时将原轨道电路设备接向钢轨，列车出清时轨道电路自动恢复。此方式不仅克服了上述缺点，而且可以做到移频化电路与车站联锁电路之间的联系最少，从而使各种车站的电码化电路做到基本统一。

在列车提速的情况下，当列车以较高速度通过站内较短的轨道电路区段时，由于传输继电器有0.6s的落下时间而造成“掉码”，使机车信号不能连续工作，不利于行车安全。因此又出现了叠加方式的站内电码化。

叠加方式是在被占用时原轨道电路和电码化电路同时起作用，列车占用下一相邻轨道电路区段后恢复原轨道电路，即原轨道电路和电码化电路叠加起来使用，两种电路由隔离器隔离而互不影响。预叠加方式是提前在列车占用前一相邻轨道电路区段时电码化就叠加使用，可提前一个区段发码，能保证机车信号及时接收移频信息，不会造成”掉码“。

站内轨道电路电码化原为开环系统，即地面只有发送设备，各轨道电路区段是否有移频信息，不得而知。站内轨道电路电码化闭环检测系统具有检测功能，设有检测盘，对各轨道电路区段移频信息进行检测，发现某区段未有发码信息即予以报警，构成闭环检测系统。

电码化方式，目前正线多采用预叠加方式，侧线采用叠加方式。在主要干线正线则推广闭环方式。

客运专线站内采用与区间相同的轨道电路，就不需要电码化了。