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高速铁路与铁路信号 第二讲 寻找中国列车运行控制系统之路

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高速铁路与铁路信号 第二讲寻找中国列车运行控制系统之路 傅世善 (北京全路通信信号研究设计院有限公司,北京 1 00073) 摘要:回忆列控系统探索之路,采用基于目标~距离方式和无线通信方式是成功的选择,充分的 前期研究,借助高速铁路建设的机遇,贯彻引进、消化、创新的技术路线,最终形成了中国列控 系统。 关键词:前期;探索;基础;研究 DOI:10.3969/j.issn.1673-4440.2011.04.025 自武广350 km/h的高速铁路顺利开通,以无 线通信为车地信息传输系统的中国列车运行控制系 统CTCS-3得以成功运用。 早期的列控系统是从列车速度监督开始的, 1985年在双频点式机车信号的基础上研究了点式列 车速度监督设备,在胶济、黔桂、兰新线试验过; 其实寻找高速铁路及中国列车运行控制系统 (简称列控系统)之路是漫长的,本人有幸走过高速 铁路列控系统前期探索之路,但没能继续走完实施 之路。本文回忆了列控系统前期探索之路,个人的 回忆难免有局限性,希望从中总结出认识是如何提 1987年在三显示自动闭塞基础上研究了阶梯式列车 速度监督设备,在山海关试验过;1988年在交流计 数机车信号基础上研究了列车运行记录装置,在马 角坝试验过。 1993年铁道部从瑞典AI3B公司引进EBICAt3- 高的,观念是如何转变的,原则是如何确定的。 900型列车超速防护系统,1995年在川黔线试验成 功,此时已将应答器与连续式机车信号结合,构成 1早期的探索 列控系统是铁路信号行业一直追求的系统,自 开始提速以来,信号规范就已写上120 km/h以上 点连式列车超速防护系统。 早期的列控系统之所以不成功,主要原因有以 下2点。其一,早期的列控系统基于机车信号,由 于安全性和可靠性不理想,当时的机车信号始终未 能成为主体信号,基础不牢靠,列控系统也不可能 稳定,全路进行ZPW~2000自动闭塞改造和统一机 的铁路应装备列车运行控制系统,只是在铁路提速 阶段来不及装备。 中国的列控系统是沿着自动停车、列车速度监 督、超速防护、列车运行控制系统的路发展的,从点 式、点连式、接近式到连续式,从固定闭塞到准移 动闭塞,从分级速度控制到一次模式曲线连续控制, 从点式、轨道电路到无线传输……经历了多次的研 车信号低频信息码是列控系统成功的基础之 ;其 二,由于机车信号只有少量信息,早期的列控系统 只能采用固定闭塞方式,机车信号不稳定,就导致 闪白灯或制动,司机不满意,所以CTCS-2级和 发、试验和引进。其实寻找CTCS-2和CTCS一3 之路还是漫长的,是经济和技术发展的必然结果。 CTCS-3级列控系统都采用准移动闭塞方式。 北京全路通信信号研究设计院(以下简称通号 院)在1965年,为完成北京地铁~号线的通信信 号工程,组建专门从事地铁通信信号研究与设计的 2提速是高速的基础 1994年竣工的广深准高速铁路,采用了引进的 UM7l/TVM300系统,这是阶梯式的列车超速防护 系统,当时称其为四显示自动闭塞,这是针对地面 650设计科,那时就有列控组,从事地铁的列控系 统的研究与设计。 信号而言,实际上机车信号是按多信息自动闭塞设 铁路通信信号工程技术(RSCE)201 1年8fl,第8卷第4期 鋈 计的,除正常的绿、绿黄、黄、红四显示外,机车 秘螺0 前期研究 中明确提出:随着列车速度的提高,采 信号还有绿l、绿2、绿3之分,这就为以后速度从 160 km/h提高到200 km/h铺垫了条件。 铁科院自行开发的列车运行控制系统ZLSK和 LSK系统也在广深线投入运营。 1995年6月铁道部决定在既有干线“提速”, 用以地面信号机为主的自动闭塞已经不能满足高速 列车运行安全,应以车载速度信号作为行车凭证。 1991年通号院开始参加京沪高速铁路的通信信 号、综合调度及信息化的前期研究和设计。1992年 完成 京沪高速铁路信号专题可行性报告)),1993 “九五”期间,铁路实现了3次较大范围的提速, “十五”期间进行了第4、5两次提速,2007年6月 年深化了可行性报告。1995年前有3家研究单位分 别做了大量分析研究工作,各自提出了总体方案报 18日铁路实施了第6次大提速。 铁路提速需要技术支撑,涉及多工种多专业, 铁路提速对铁路信号也提出了更高的要求。在6 次铁路提速中,从铁路信号技术的角度最重要几 次如下。 告,未能形成统一文件。 1995年“高速办”成立,年底主持了方案论证 会,会议建议由通号院牵头三单位组成总体组并统 一了对京沪高速铁路列控系统的意见:采用基于数 字编码轨道电路传输、一次制动模式的列控系统, 第1次提速,冲击了铁路信号的传统概念,快 速客车最高速度冲破了120 km/h的界线,推动铁 路信号向速差式信号显示和四显示自动闭塞发展, 首次提出中国铁路列车运行控制系统cT Cs的概 念。1996年完成了 京沪高速铁路预可行性研究报 告 (征求意见稿)。1997年完成《京沪高速铁路初 加速了机车信号主体化的进程。 第2次提速,速度达到160 km/h,形成了一 步设计 。从1991-2003年国家级及部级科研项目 有关通信信号的达上百多项,通号院开展的国家级 个标准速度等级,是铁路信号的一个重要里程碑, 列车最高速度超过160 km/h的铁路区段,必须采 及部级科研项目就达6O多项。 1997年通号院与法国CSEE公司就TVM430 用列车运行控制系统,以车载信号显示为主,实现 列车超速防护。 系统能否实现一次制动模式进行了合作研究,结论 基本可行,但受信息量不足的影响,只能实现简单 第6次提速,速度达到200 km/h,中国铁路 列车运行控制系统CTCS一2开始亮相。这对铁路信 号来说是一个重要的里程碑,它标志着铁路信号重 的一次模式。1998年,铁科院与日本合作,将日本 提供的数字AT C在环行道上试验,结论可行,但 采用自然衰耗方式的无绝缘轨道电路,模糊区较长 要装备水平开始进入世界先进行列。 通过提速,铁路信号基础水平提高了:全路 进行ZPW一2000四显示自动闭塞改造;全路统一 机车信号低频信息码;全路建成铁路调度指挥系统 (TDCS)。 列车速度提高到160 km/h及以下,信号显示 (日本实际使用的仍采用有绝缘数字编码方式)。 2000年,秦沈客运专线的建设为高速、客运专 线列控系统的建设积累了宝贵经验。铁道部慎重决 策,选定了以SEI/TVM430系统为核心的信号综合 系统方案,2003年l0月完成系统调试开通。 欧洲铁路网为了保证互通运营,欧盟组织编制 制度向速差式发展;列车速度提高到160 km/h以 上,以车载信号显示为主,列车运行控制系统采用 的系统性的规范与标准ERTMs/ETCS于1999年 发布,规范与标准详细规定了系统与子系统的功能 目标一距离方式,车载信号提供了连续的速度显示, 固定闭塞向准移动闭塞发展。 与技术要求。其中ETCS系统就是完成列车运行控 制系统。 以车载信号显示为主,采用目标一距离方式, 这是列车运行控制系统成功的选择。 采用国际标准,吸纳国际技术发展成果,可以 免受个别国外公司制约。铁道部组织编制中国铁路 3高速铁路信号的前期研究 1990年在“四部一委”组织的 京沪高速铁路 No.4傅世善:高速铁路与铁路信号(第二讲) 列车 冀 套 论证、试 验验证逐步形成的,是根据中国既有设备状况、 奠 :0。¨ 知彭 谚羲座 技术,参照欧州ET C S的有关标准、思路提 CTCs一2级列控系统的主要功能和可用性试验; GSM-R作为列控系统传输平台的主要功能及适用、 可靠性试验;ET C S2级列控系统的主要功能和可 出的。它的发布对中国铁路信号技术的发展起着重 要的作用。 2002年l2月,在中国召开的U I C国际大会 上,铁道部向世界宣布了发展中国列车运行控制 系统(简称CT CS)的规划,明确:CT CS-2级 为既有200 km/h以下的线路采用的列控模式; CTCS-3级为基于GSM-R的超速防护系统设备主 要用于高速铁路。 2003年7月京沪高速预审前,出于对数字编码 轨道电路垄断陛的担忧,列控主方案转向CT CS-3 级(相当ETCS2级)方案。铁道部决定采用基于 GSM—R的无线列控系统,否定了基于数字轨道电 路列控系统的技术路线。 用性试验;ETCS2级与CTCS-2级兼容试验。 2005年初,既有线CTCs一2车载设备招标, 以市场换技术,通过引进国内能够掌握关键技术, 进行自我研发。 CTCS一2系统大规模应用于第6次提速工 程(200 km/h),包括京广线、京沪线等。至今 CTCS一2系统已经成为我国铁路主要的列控系统 之一。 CTCS一2系统与ETCS2系统技术规范是基 本相同的,它们仅在运行许可传输媒介上存在 着不同,CTCS一2采用轨道电路+查询应答器, ETCS2采用GSM—R无线数字移动通信网络,这 使两系统模式在同一系统设备、同一线路上共同使 用成为可能。 ETCS2的无线闭塞中心根据列车对线路轨道的 又考虑到当时基于无线的高速列控系统还没有 开通应用的先例,于是提出了CTCS-2作为兼用 和备用的设计方案,即所谓CTCS-3+CTCS-2的 双标设计方案。据此完成了 京沪高速铁路工程通 信信号、综合调度及信息化可行性研究 ,确定了 京沪高速的列控系统设计方案:列车运行控制系统 采用CTCS-3+CTCS-2双重系统,高速动车组在 高速线正常情况下采用基于无线传输的CTCS一3 占用、进路及限速等信息的处理,产生运行许可信 息,信息按两系统各自的通信协议进行编码处理后 分别通过GSM-R和轨道电路+查询应答器送到高 速线上,装置ET Cs2系统的列车通过GSM—R进 行接收,其他列车则通过轨道电路+查询应答器进 行接收。接受运行许可后两系统列控车载设备所做 的ATP超速防护监控工作是完全相同,从而实现 了两个装置不同ATP系统的列车在高速线上共线 运行。 (ETCs2)列控系统,下高速线和后备模式采用 cTCS-2列控系统;跨线动车组上高速线运行时采 用CTCS一2列控系统。 CTCS一2+ETCS2(CTCS-3)应当说是成功 的工程设计方案,当时ETCS2在欧洲试验段的进 度再推迟,而cTcs一2提速铁路上已成功运用, CTCS-3作为主用系统代表了技术方向,CTCS-2 作为兼用和备用系统是确保工程成功的法宝,既成 功解决了与既有提速铁路动车组互联互通的难题, 达到兼用的目的,又能作为CTCS-3的降级备用系 结合武广350 km/h高速铁路的建设,贯彻引 进、消化、创新、研究的技术路线,终于形成了中 国列车运行控制系统CTcS-3,CTCS-3直接融 合了CTCS-2,功能相当于ETCS2+CTCS一2。 中国铁路有了高端列车运行控制系统CT CS一3, 铁路信号重要装备水平开始进入了世界先进行列。 在CTCS-3实施过程中有很多艰难、研究和创新。 京津城际高速是例外,限于奥运会献礼,当时 成熟、有把握的唯有ETCS1,所以采用了CTCS一2 +ETCS1并预留了ETCS2方案。 (收稿日期:201 1—04—25) 统,也能防备万一CTCS-3不能同时开通的风险。 2004年客运专线设计的全面启动,设计方案延 续京沪高速的思路按CTCS-2+ETCS2考虑。 基于轨道电路和点式设备构成的列控系统是 成熟技术的组合,但毕竟也没有应用先例,2004 年初,铁道部决定在铁科院环行线进行cTcs一2 和ETCS-2的相关试验。主要试验工程内容: 铁路通信信号工程技术(RSCE)201 1年8月 

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