城轨列车控制系统分析.doc

1、引 言城市轨道交通是城市公共交通的骨干，是解决现代城市交通拥挤、保护城市生态环境的有效途径，在世界许多国家的城市交通中得到广泛的应用。我国也有许多城市已建或筹建轨道交通，这已成为解决城市交通问题的必然发展趋势，而城市轨道交通控制系统的发展直接影响到城市轨道交通的发展。以列车运行控制系统为核心的城市轨道交通控制系统是保障列车运行安全、提高运输效率、为旅客提供最佳服务的重要技术装备。城轨列车运行控制系统ATC由ATP、ATO、ATS三个子系统组成，这三个子系统既相互独立又相互联系，组成完整的ATC系统，确保列车安全、快速、短间隔时间和有序地运行。三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制

2、与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统。本文在结构上一共分为四章，第一章介绍了城市轨道交通的发展及现状；第二章介绍了城轨列车控制系统的发展；第三章介绍了城轨列车控制系统组成、功能及原理；第四章分析了沈阳地铁2号线列车控制系统的控制功能及实现。摘要城市轨道交通是城市公共交通的骨干，是解决现代城市交通问题的主要途径。如何用最少的时间和最快的速度疏通客流量，同时又要保证乘客的安全是城市轨道交通发展时必须要重点考虑的问题。城市轨道交通控制系统正是解决这一问题的重要技术装备。本文简要介绍了国内外城市轨道交通的

3、发展及现状，分析了城轨列车控制系统的发展历程，详细分析了现代城轨列车控制系统的组成、功能、原理及实现，并对沈阳地铁2号线列车控制系统的整体控制功能 、控制理念、实现原则、列车运行模式、网络拓扑结构及总线技术等进行了深入分析。关键词：城市轨道交通 列车控制系统 ATC 网络总线控制ABSTRACTTo city track railroad train control the system carry on analysis and introduced a domestic and international city track circuit of development, city tr

4、ack railroad train control system of development, the technique of the control system of the modern city track railroad train, city track railroad train control system of characteristics and constitute and the city track railroad train control system of principle and analysis, mainly analyzed city t

5、rack railroad train among them of automatic control system and railroad train total line, and pass the control method to control the system to Chen Yangs subway No.2 line railroad train and Tuo to rush toward structure, control principle etc. to carry on thorough analysis, control system described c

6、ity track railroad train more meticulously, embodied a modern city track thus railroad train control system of technique.目 录第1章 城市轨道交通的发展- 1 -1.1 城市轨道交通的定义和分类- 1 -1.2 城市轨道交通建设的必要性- 2 -1.3 建设城市轨道交通应具备的主要条件- 3 -1.4 我国城市轨道交通发展现状与前景- 5 -第2章 城轨列车控制系统的发展- 7 -2.1 城轨列车控制系统的概念- 7 -2.2 城轨列车控制系统的发展- 7 -2.3 CBT

7、C的发展与展望- 10 -第3章 城轨列车控制系统- 12 -3.1 列车自动控制系统的概述- 12 -3.2 ATP子系统- 14 -3.3 ATO子系统- 16 -3.4 ATS子系统- 19 -3.5 列车通讯网络（TCN）- 22 -第4章 沈阳地铁2号线列车控制系统- 26 -4.1 沈阳地铁2号线的概述- 26 -4.2 沈阳地铁2号线设计原则- 28 -4.3 沈阳地铁2号线控制系统分析- 29 -4.4 通信网络描述- 34 -4.5 故障策略- 37 -第5章 心得体会- 39 -参考文献- 40 -第1章 城市轨道交通的发展1.1 城市轨道交通的定义和分类1.1.1 城市轨

8、道交通的定义城市轨道交通是使用轨道设施作为运行线路或以导向系统行驶服务于城市的交通，是城市公共交通的一个重要的组成部分。随着城市的不断发展，城市轨道交通逐渐成为城市最主要的交通工具。作为城市公共交通系统的一个重要组成部分，在中国国家标准城市公共交通常用名词术语中，城市轨道交通定义为通常以电能为动力，采取轮轨运转方式的快速大运量公共交通之总称。目前国际轨道交通已经形成市郊铁路、地铁、轻轨、单轨以及磁悬浮列车等多种类型并存与发展的状态。城市轨道交通是城市公共交通的骨干。它具有节能、省地、运量大、全天候、无污染（或少污染）又安全等特点，属绿色环保交通体系，符合可持续发展的原则，特别适应于大中城市。1

9、.1.2 城市轨道交通的分类城市轨道交通是指在不同形式轨道上运行的大、中运量城市公共交通工具，是当代城市中地铁、轻轨（单轨）、有轨电车、自动导向、磁悬浮等轨道交通的总称。1地铁地铁是城市中修建在全封闭线路上，采用专用轨道、专用信号、独立运营的大运量城市轨道交通系统。单向高峰小时运能一般在2.5万以上人次。线路通常设在地下隧道内，有时也延伸到地面或高架桥上。2轻轨轻轨是城市中修建在全封闭或半封闭线路上，采用专用轨道，在平交路口采用“轻轨列车优先通行”的信号（或全封闭专用信号），以独立运营为主的中运量城市轨道交通系统。单向高峰小时客运能力一般在13万人次，线路一般设在地面、高架桥上，有时也延伸到地

10、下。(1)钢轮钢轨：电力索引，通常在地面、高架桥上，也可在地下，中运量13万人次/小时（上海5、6号线）。(2)单轨交通系统：是车辆在特殊的轨道上运行的系统，轨道梁不仅是车辆的承重结构，也是车辆运行的导向轨道，又分跨座式单轨，中运量13万人次/小时（如重庆）和悬挂式单轨，低运量0.81.25万人次/小时。3有轨电车有轨电车是城市中修建的独立运营或与道路上其他交通方式混合行驶的低运量城市轨道交通，单向高峰小时客运能力一般在1.5万人次以下，线路通常设在第面上。4磁悬浮列车磁悬浮列车是利用电磁相斥原理使整列车悬浮。车辆的运营靠另一套线性电机推动行驶，主要适用于郊区高架。按客运能力又分为：(1)高速

11、、中运量12.5万人次/小时。常导吸引式气隙小（10mm）德国、中国（上海）超导电动式气隙大（100mm）日本(2)中低速、中运量1.53万人次/小时，主要适用于高架。5自动导向轨道系统自动导向轨道系统以低速（V25km/h）中运量13万人次/小时，采用胶轮特制车辆，适用于高架或地下。6市域快速轨道系统市域快速轨道系统是地铁车辆或专用车辆，最高运行速度120160km/h，适用于城市域内中、长距离客运交通。1.2 城市轨道交通建设的必要性自改革开放以来，我国的城市规模和经济建设都有了飞速的发展，城市化进程在逐步加快，城市人口在急剧增加，大量流动人口涌进城市，人员出行和物资交流频繁，使城市交通面

12、临着严峻的局势。当前，全国大中城市普遍存在着道路拥挤、车辆堵塞、交通秩序混乱的现象。如何解决城市交通问题已成为全社会关注的焦电贺大众的迫切呼声。我国人口众多，目前100万人口以上的大城市已发展到34个，而50100万人口之间的大城市也达到43个。但这些城市的公共交通方式，绝大多数还是采用传统的运量不大的公共汽车和无轨电车，而现代城市在一天的客运高峰期间，旅客高度集中、流向大致相同的客流现象已很普遍，低运量的交通工具已远远不能满足民众出行的需要。这些都是造成城市交通局面越来越严峻的重要因素。城市交通是保持城市活力最主要的基础设施，是城市生活的动脉，制约着城市经济的发展。展望21世纪的城市交通事业

13、，给我们提出了更高要求。发展多层次、立体化、智能化的交通体系，将是城市建设发展中普遍追求的目标。而发展大、中、低客运量相互匹配的多种形式相结合的客运交通工具，将是实现上述远景目标的一项重大技术决策措施。为了缓和与改善城市交通紧张的局面，不是仅仅靠拓宽马路就能解决问题的。现代城市需要有一个与其现代化生活相适应的现代化交通体系，要形成一个与城市发展布局高度协调的综合交通格局。要把长远规划目标同近期调整改善结合起来。近期应做好与城市交通量基本相适应的道路网络系统，逐步改善常规公共交通的服务管理质量，有机地配合好综合交通规划，拓展空间利用条件，重点发展以轨道交通为骨干的公共交通网络，积极引入具有大、中

14、客运量的地铁和轻轨交通方式。这是势所必然的发展趋向。前一阶段，随着城市建设的迅猛发展，我国许多大城市都纷纷策划修建大、中运量的地铁或轻轨交通项目。近10年来，已有20多个大城市都不断投人大量人力和物力，进行了不同程度的轨道交通项目建设前期工作和可行性研究，但在项目选型、系统规模和建设标准等方面，都还存在着一定问题。随着经济的发展，计划修建轨道交通的城市将越来越多。因此，急需要提出一些导向性的建设方针政策，做到宏观调控更有科学依据，使各地的建设单位和咨询设计部门对城市轨道交通的发展目标和要求都能建立在一个相对统一认识的基础上，避免在强调建设必要性的同时出现建设标准导向失误的不良后果。1.3 建设

15、城市轨道交通应具备的主要条件城市轨道交通的建设投资都很高昂，即使是经济发达国家，在策划建设地铁或轻轨项目时，也是保持极其审慎的态度。通常认为，有50万人口以上的城市即可考虑修建轻轨交通和地铁系统。但据有的研究报告分析，若期望地铁项目产生比较理想的效果，城市人口在150万人以上则是适当的选择。我国则规定人口在100万人以上的特大城市可以考虑修建轨道交通系统，至于是地铁还是轻轨，或者两者相结合，则要看城市的经济实力和其他相关因素进行科学分析和科学评估来决定。概括地说，建设城市轨道交通，应具备的主要条件有如下四方面：1具有法定的轨道交通网络规划任何城市在没有认真做好轨道交通网络规划之前，就提出一条线

16、路方案的项目建议书，将被认为是没有根据和不合法的。因此，轨道交通项目申报立项前，必须做好综合交通规划和轨道交通专业交通规划，并被纳入城市总体规划后得到确认，才具备了法定的基本条件。2应有一定的客运量需求建设部有关文件规定，轨道交通线路近期高峰小时单向客流量达到1万人次时，可建设轻轨交通。当近期高峰小时单向客流量达到4万人次时，才可建设地铁系统，当然这只是一般的控制条件。有的特大城市，不仅需要修建地铁，而且还要修建轻轨交通加以辅助联网。而有的大城市修建了轻轨交通就已经能满足当地客运的需求，也就没有必要非得修建地铁不可。因此，根据我国城市情况分析，通常认为人口在100万200万人的大城市，高峰小时

17、形成2万3万人次的客流现象较普遍，配备中等客运量的轻轨交通系统已能满足公交客运的要求。而人口在200万人以上的特大城市，高峰小时常形成4万人次以上的高强度客流现象，这就需要采用大运量的地铁系统来承担。另一方面还要看到，虽然在选择轨道交通方式时客运量的大小是主要条件之一，但若伴随而来的其他条件还不成熟，则也不宜片面强调客运量需要而追求早建轨道交通项目，否则也将面临种种意想不到的问题，造成难以挽回的损失。3应具备一定的经济实力衡量一个城市的经济实力主要指标是国民生产总值(GDP)。据有关文献资料分析：一个城市的基础设施投资，占该城市 GDP的35是比较合适的，而公共交通包括轨道交通在内的投资比例又

18、占城市基础设施投资的1418，即公交投资约占城市GDP的0.9%，并认为这是一个合理而财力可以承受的指标。若取公文投资额的80作为轨道交通的投资份额，则每年可有0.7%左右的 GDP投资力度支持此项工程。按以上指标分析，我国城市修建地铁的投资控制应不超过每公里4亿元，而轻轨交通应不超过每公里2.5亿元。据此推算，当城市每年的 GDP达到500亿元以上时，认为有条件建设地铁，而每年的GDP达到300亿元以上时，则认为有条件建设轻轨交通。4建设标准及国产化问题城市轨道交通项目一旦立项，建设标准选择是否适当，将对后期造价有很大影响。有的项目工程概算时是一个数额，等到工程决算时造价成倍增长，这其中不乏

19、盲目追求高标准的因素。建设标准是一项严肃而举足轻重的关键问题，涉及的因素很复杂。就单纯从技术角度来考虑，只要达到安全、实用、经久耐用和造价低廉的要求，就是建设控制的基本标准。而那些追求过分的装饰，处处设标志性工程，以及脱离现实的舒适度要求和贪大求全的布局，在我国经济条件还不富裕的情况下是不宜考虑的。我国城市轨道交通的发展趋势说明，在进入21世纪初叶时期，将需要大量技术先进的地铁和轻轨技术装备。但随着国外机电产品应用高新技术的发展，轨道交通的技术装备投资在整体工程造价中的比例已越来越大，现在有的项目多达60，超过了以往土建工程费用占大头的比例。出现这种现象的主要原因是，我国的一些地铁或轻轨项目在

20、初期发展阶段还需要利用国外贷款，采用了外贷，附加条件就是要购买贷款国的技术装备，造价也就随之而上升。为了改变这种状况，只有努力开拓轨道交通技术装备国产化工作，不断扩大产品国产化率，使外贷影响降到最低限度。技术装备及产品的国产化，是发展我国轨道交通的长远之计。技术装备的供应必须立足于国内是必然的趋势。从当前我国城市发展轨道交通的现状来看，迫切需要技术设备国产化的呼声已很高。但轨道交通设备国产化工作涉及面很广，技术工种繁多，尤其是设备国产化技术路线以及生产体制更需要尽快制定相关的方针政策。我们希望，我国的城市现代轨道交通从工程建设到技术装备以及管理运营都应视作一个完整的系统工程，全面加以协调的研究

21、，制订出科学合理的远近期相结合的发展战略，把我国的现代轨道交通建设水平推土一个新的台阶。国家对城市轨道交通技术装备的国产化很重视，专门成立了国产化领导小组和专家小组，加强指导，制订了国产化政策。由于上海、广州吸纳了外国政府贷款，采购了贷款国的车辆，其价格水平超过了国内城市的承受能力。车辆购置费的总额约占到整个地铁工程造价的3040，这是造成国内地铁工程造价昂贵的重要原因之一。为此，国产化政策规定各城市采购的地铁车辆的价格，国内生产部分(含外资和合资企业在国内企业生产的部分)必须超过70。目前国内有关工厂和科研单位正在联合开发新一代的地铁车辆，其水平相当于广州和上海进口车辆的水平，城市轨道交通技

22、术装备的全面国产化，必将在今后10年形成新的产业，成为国民经济的增长点。1.4 我国城市轨道交通发展现状与前景1.4.1 我国城市轨道交通发展现状早在30年代，北京、上海、天津、沈阳、大连、鞍山等城市出现过有轨电车但随后相继废止，所剩无几。1969年10月北京地铁第一期工程投入运营后，开创我国城市轨道交通新篇章。至2002年，我国在北京、天津、上海广州共建有8条地铁线路，总长约168.88km，目前正在进行城市轨道交通建设的城市还有南京、深圳、重庆、武汉等10座城市，共计13条线路总长约380km，另外还有二十几座城市在筹建和规划建设三十多条城市轨道交通路线。轻轨建设也有很大的发展，2002年

23、天津和上海分别开始快速轨道铁路建设。未来几年，北京轨道交通将以40km的速度增长，到2008年将达到300km，2020年将超过1000km，广州将建成15条线路组成、规划总长超过500km的城市交通网络。2000年，国家批准了长春、大连、武汉和重庆4个城市为首批轻轨建设示范城市。我国的城市轨道交通，经历了40多年的发展历程。总结发展过程，大致经历以下几个阶段:1.起步阶段从20世纪50年代，我国开始筹备地铁建设，规划了北京地铁网络。19651976年建设了北京地铁一期工程(54km)，当时地铁建设的指导思想更注重人防功能。随后建设了天津地铁(7.1km，现已拆除重建)、哈尔滨人防隧道等工程。

24、2.开始建设阶段20世纪80年代末至90年代初，由于城市规模限制及道路等基础设施比较薄弱，北京、上海、广州等特大城市的交通问题非常突出。以上海轨道交通1号线(21km)、北京地铁复八线(13.6km)和地铁一期工程改造、广州地铁1号线(18.5km)等建设项目为标志，我国内地真正以城市交通为目的的地铁项目开始建设。台湾省台北市也于1997年3月开通了第一条地铁线路。3.建设高潮开始阶段进入20世纪90年代，随着上海、广州地铁项目的建设，一批城市包括沈阳、天津、南京、重庆、武汉、深圳、成都、青岛等开始计划建设轨道交通项目，并进行了大量的前期工作。4.调整阶段由于各大城市要求建设的地铁项目较多，且

25、在建地铁项目的工程造价较高，1995年12月国务院发布国办60号文，暂停了地铁项目的审批，并要求做好发展规划和国产化工作。同时，国家计委开始研究制定城市轨道交通设备国产化政策。至1997年底，提出以深圳地铁1号线(19.5km)、上海轨道交通3号线(24.5km)和广州地铁2号线(23km)作为国产化依托项目，并于1998年批复了上述三个项目的立项，从此城市轨道交通建设项目重新开始启动。5.建设高潮阶段随着实施积极的财政政策以进一步扩大内需，国家于1999年开始陆续批准一批城市轨道交通项目开工建设。1999年以后，国家先后审批了深圳、上海、广州、重庆、武汉等10个城市的轨道交通项目开工建设，并

26、投入40亿元国债资金予以支持，目前包括北京、上海、广州在内，全国已建和在建轨道交通项目的城市有10个，新申请立项准备建设的城市有8个，建设速度大大超过前30年。1.4.2 我国城市轨道交通发展前景经过近10年的实践和论证，从中央到地方都一致认为发展城市轨道交通是解决中国大城市交通堵塞的主要途径。中国人口众多，目前百万人以上大城市有36座之多，50万100万人口间的大城市有43座。当前中国有很多大城市为了改善城市交通问题，都纷纷在策划修建大、中运量的地铁或轻轨交通项目。近10多年来已有20多座城市进行了不同程度的轨道交通项目建设前期工作和可行性研究。现已获得国家批准，正在进行建设的项目见表2，在

27、建工程线路总长度约386.69km(不含长春)。到2010年前中国将至少有8001000km长度的轨道交通投入商业运行。北京、上海、广州、南京、重庆、大连、鞍山、青岛、武汉、天津、长春、成都、深圳、沈阳、苏州、杭州、兰州、昆明、西安和济南等20个城市都编制了本地的城市轨道交通规划。其中前15个城市的规划总长度约为2500km。另外还有一些大、中城市，虽然尚未公布其轨道交通建设规划，但大量的前期工作正在开展。一些大城市已提出目标，未来轨道交通承担的客运量要占全市客运量的30：640：6，故我国城市轨道交通发展前景是宏大的。第2章 城轨列车控制系统的发展2.1 城轨列车控制系统的概念1.城轨列车控

28、制系统的定义城轨列车控制系统是根据城轨列车在铁路线路上运行的客观条件和实际情况，对列车运行速度及制动方式等状态进行监督、控制和调整的技术装备。2.城轨列车控制系统的分类城轨列车控制系统可以分为地面设备和车载部分两大类。地面设备主要用来产生出列车控制所需要的全部基础数据。车载部分主要是通过媒体将地面传来的信号进行信息处理，形成列车速度控制数据及列车制动模式，用来监督或控制列车安全运行。2.2 城轨列车控制系统的发展2.2.1 城轨列车控制系统的发展过程城轨列车控制系统的发展从大体上经历了由继电器控制、单片机控制、PLC控制到总线控制、ATC控制的过程。1.继电器控制起初列车控制采用的是继电器控制

29、系统，其逻辑功能由传统的继电器来完成的。继电器的动作一般与电磁有关。继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。2.单片机控制单片机是把CPU、ROM、RAM、I/O接口，以及定时器/计数器都集成在一个芯片上。它不仅使体积大大减小，而且功能大力增强。使用单片机不仅可以进行控制，而且能够进行数据处理。单片机不仅设有监控程序，还可同时驻留汇编、反汇编、高级语言以及各种函数库、子程序及图表。3.PLC控制PLC是早期的继电器逻辑控制系统与微型计算机技术相结合的产物，它吸收了微电子技术和微型计算机技术的最新成果，发

30、展十分迅速。PLC采用微处理器作为主控制器，采用大规模集成电路作为存储器I/O接口，因而使其可靠性、功能、价格、体积都达到了比较成熟和完美的境界，并以其卓越的技术指标和优异的抗干扰能力得到了广泛的应用。PLC可进行远程I/O控制，多台PLC互相之间同位连接，并可与上位计算机进行连接，组成分布式控制系统。4.总线控制总线是用于现场仪表和控制室系统之间的一种全数字化、双向、多站的通信系统，是过程控制技术，自动化仪表技术，计算机网络技术三大技术发展的交汇点，这种技术必将带来控制系统的一大变革。总线控制系统是目前世界上最新型的控制系统，是目前自动化技术中的一个热点。总线控制系统的出现，将给自动化领域带

31、来又一次革命，其深度和广度将超过历史的任何一次，从而开创自动化的新纪元。 FCS总线是由DCS与PLC发展而来，FCS不仅具备DCS与PLC的特点，而且跨出了革命性的一步。5.ATC控制所有的地铁轻轨均离不开核心的控制设备列车运行自动控制系统ATC，它包括三个子系统：列车超速防护系统ATP；列车自动驾驶系统ATO；列车自动监控系统ATS。ATP子系统为ATC系统的安全核心，负责列车间的安全间隔、超速防护、进路控制及车门与站台门的安全监控，包括正线联锁、车载和地面设备等。ATO子系统在ATP子系统的安全防护条件下使用，负责列车车速的调整和控制列车的运行。完成牵引、惰行和制动操作，实现列车的站间运

32、行、车站的定点停车、折返控制等。它有利于行车效率的控制、列车节能、提高旅客乘坐的舒适度和减轻司机的劳动强度。ATO子系统控制的重点是进行列车运行正点控制、舒适度控制和精确度控制。ATS子系统为ATC系统的上层环节，重点管理监督、控制、协调列车运行，根据客流与实际运行情况，选定并管理执行运行图，信号系统与其他系统的接口通常通过ATS子系统来实现。ATS子系统主要由中央计算机及相关显示、控制列车记录设备以及车站ATS设备构成。2.2.2国外城轨列车控制系统的发展1.日本列车自动控制系统1964年日本开通的世界上第一条高速铁路东海道新干线。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）

33、，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IATC），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。2.法国列车控制系统法国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

34、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。3.德国LZB系统德国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

35、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。4.欧洲列车控制系统的发展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

36、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。2.2.3国内城轨列车控制系统的发展中国近几年来，对国外列车控制系统进行了较深入的研究，对列车控制模式、轨道电路信息传输、轨道电缆信息传输等方面都已取得不少的成果。在开发过程中，还可借鉴欧洲列车控制系统“功能叠加”、“滚动衔接”的经验，从保证基本安全着手，分步完成并真正达到安全、高效、舒适的目标。控制系统系统改变了传统的信号控制方式，可以连续、实时地监督列车的运行速度，自动控制列车的制动系统，实现列车的超速防

37、护。列车控制方式可以由人工驾驶，也可由设备实行自动控制，使列车根据其本身性能条件自动调整追踪间隔，提高线路的通过能力。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。它的作用是保证行车安全、提高运输效率、节省能源、改善员工劳动条件。发展中的列车控制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。1.固定闭塞（台阶式）信号系统模拟轨道电路

38、为基础的综合控制系统，通常采用计算机或继电联锁，和车载机车信号配合，装备电子调度集中CTC，国内已有成熟的技术和应用业绩，中国通号的继电联锁、计算机联锁、车载ATP、轨道电路等已形成系列配套，卡斯柯公司的CTC在国内相对较成熟。大成公司对西屋的模拟轨道电路及相关产品实现了国产化。2.准移动信号系统数字轨道电路为基础的目标距离模式控制系统，采用计算机联锁。车载装备ATC系统。国内只有部分配套技术较成熟，数字轨道电路依靠引进或国内组装生产，核心的ATP、ATO均以引进为主。计算机联锁系统、ATS部分可由国内提供。中国通号利用国家国债项目的资金支持，开发出数字化的ATP子系统已在长春使用，ATO子系

39、统已研制完毕；南京14所研制了联锁系统，并着手ATP的研制，但举步维艰；铁道科学研究院通号所、北京交大相继研制了ATP系统及计算机联锁；北京和利时公司也着手于联锁、ATP、CTC的研制，但均构不成系统产品；大成公司对西屋的数字轨道电路进行了许可证允许方式的生产。应该来说，中国通号在国内ATP、ATO、数字轨道电路这一领域的研发尚处于领先地位，当务之急是找到试验线扩大应用、争取政策扶持，需要国家扶上马、送一程。2.3 CBTC的发展与展望CBTC是基于通信的列车控制系统，目前完全被国际上少数几个公司垄断，CBTC以列车与地面的传输信息方式来划分，分无线、环线、漏缆及波导管等几种，带环线的CBTC

40、技术最成熟的是阿尔卡特，无线CBTC技术最成熟的是庞巴迪（已有较好的开通业绩）。西门子、阿尔卡特号称已有无线CBTC技术，但实际情况是：阿尔卡特刚开了一条独轨拉斯维加斯机场线无线CBTC系统，但问题较多，已停运，尚在完善之中，业主方有更换系统的意图。阿尔卡特中标的上海地铁8号线信号系统因故比原计划推迟开通一年。西门子是兼并了法国马特拉公司而拥有了CBTC技术，环线的CBTC已有业绩，无线的CBTC至今尚未开通过一个，在纽约地铁CBTC系统的改造中，进展不快。在中国国内的广州4、5号线，以及北京10号线均碰到了一些技术障碍，正在积极解决之中。此外，美国GE公司，英国西屋公司，法国CSEE公司，法

41、国AREVA公司均在CBTC领域有涉足，但形不成竞争态势。美国GE公司兼并了美国哈门公司以后开通了一条无线CBTC系统。由于使用了美国休斯公司在伊拉克沙漠风暴中的军用技术，价格昂贵，无人进一步问津。目前国内有几家单位正在对CBTC技术进行研发。北京交大和北京地铁运营公司在北京市科委立项，据说样机已试完，准备现场试验。南京14所在试验室中已取得阶段性成果，铁科通号所注重研发，中国通号正在进行核心设备的深入研究，其余公司大都停留在理论探讨阶段。列车控制系统是城市轨道交通的发展是一个关键节点，实用的是最好的，应是中国特色的发展之路之一。准移动闭塞、固定闭塞其实已能满足我国城轨目前对列控的要求，移动闭

42、塞CBTC是城轨控制的发展方向。城市轨道交通的列控技术一般领先铁路5到10年，以城轨的实践来带动铁路列控系统的发展，意义深远。建议国家有关部委对城市轨道交通列控的发展尽快制定出相应的战略，并推动、扶持肩负历史责任的单位承担研发重任，对国内选用自主知识产权的列控信号系统的项目进行政策倾斜，鼓励科技创新。呼吁城市轨道交通建设当局选用列控制式时采取稳妥的方式，以梯队结构选取合适的系统，使中国的城市轨道交通建设沿着正确的轨道前行。第3章 城轨列车控制系统3.1 列车自动控制系统的概述城轨列车控制系统是根据城轨列车在铁路线路上运行的客观条件和实际情况，对列车运行速度及制动方式等状态进行监督、控制和调整的

43、技术装备。3.1.1列车自动控制系统的构成列车自动控制系统（即ATC）是列车自动运行全过程的控制系统，它包括三个子系统：列车自动监控系统（简称ATS）、列车自动防护系统（简称ATP）、列车自动运行系统（简称ATO）。ATP、ATO、ATS三个子系统既相互独立又相互联系，组成完整的ATC系统，确保列车安全、快速、短间隔时间和有序地运行。三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统。3.1.2列车自动控制系统的分类列车自动控制系统按闭塞布点方式可分为固定式和

44、移动式。固定闭塞方式中按控制方式，又可分为速度码模式（台阶式）和目标距离码模式（曲线式）；按机车信号传输方式：可分为连续式和点式；按各系统设备所处地域可分为：控制中心子系统、车站及轨旁子系统、车载设备子系统、车场子系统。1固定闭塞ATC系统固定闭塞ATC系统是指基于传统轨道电路的自动闭塞方式，闭塞分区按线路条件经牵引计算来确定，一旦划定将固定不变。列车以闭塞分区为最小行车间隔，ATC系统根据这一特点实现行车指挥和列车运行的自动控制。固定闭塞ATC系统又可分为速度码模式和目标距离码模式。（1）速度码模式（台阶式）如北京地铁和上海地铁1号线分别引进的英国西屋公司和美国GRS公司的ATC系统均属此类

45、ATC系统，该系统属7080年代的产品，技术成熟、造价较低，但因闭塞分区长度的设计受限于最不利线路条件和最低列车性能，不利于提高线路运输效率。固定闭塞速度码模式ATC是基于普通音频轨道电路，轨道电路传输信息量少，对应每个闭塞分区只能传送一个信息代码，从控制方式可分成入口控制和出口控制两种，从轨道电路类型划分可分为有绝缘和无绝缘轨道电路两种。（2）目标距离码模式（曲线式）目标距离码模式一般采用音频数字轨道电路或音频轨道电路加电缆环线或音频轨道电路加应答器，具有较大的信息传输量和较强的抗干扰能力。通过音频数字轨道电路发送设备或应答器向车载设备提供目标速度、目标距离、线路状态等信息，车载设备结合固定

46、的车辆性能数据计算出适合于列车运行的目标距离速度模式曲线，保证列车在目标距离速度模式曲线下有序运行。不仅增强了列车运行的舒适度，而且列车追踪运行的最小安全间隔缩短为安全保护距离，有利于提高线路的通过能力。2移动闭塞ATC系统移动闭塞方式的ATC系统通常采用无线通信、地面交叉感应环线、波导等媒体，向列控车载设备传递信息。列车安全间隔距离是根据最大允许车速、当前停车点位置、线路等信息计算得出，信息被循环更新，以保证列车不间断收到即时信息。移动闭塞ATC系统是利用列车和地面间的双向数据通信设备，使地面信号设备可以得到每一列车连续的位置信息，并距此计算出每一列车的运行权限，动态更新发送给列车，列车根据

47、接收到的运行权限和自身的运行状态，计算出列车运行的速度曲线，实现精确的定点停车，实现完全防护的列车双向运行模式。3点式自动列车运行控制系统点式自动列车运行控制系统在欧洲的干线铁路及城市轨道交通中应用十分广泛。其主要优点是采用无源、高信息容量的地面应答器，结果简单，安装灵活，可靠性高。点式自动列车运行控制系统组成：地面应答器道旁电子单元LEU（信号接口）车载设备。点式自动列车运行控制系统示意图(见图3-1)：图3-1 点式自动列车运行控制系统4连续式自动列车运行控制系统简介连续式自动列车运行控制系统适应高速干线与高行车密度的轨道交通。根据传输媒介可分为有线与无线两大类。 连续式自动列车运行控制系

48、统主要由3部分组成：地面控制中心，传输媒介以及车载设备。 连续式自动列车运行控制系统工作原理图（见图3-2）：图3-2 连续式自动列车运行控制系统工作原理图3.1.3 ATC的功能ATC系统包括五个功能：ATC功能、联锁功能、列车检测功能、ATC功能和PTI(列车识别)功能。1.ATS功能ATS功能是ATC的核心功能，可自动或由人工控制进路，进行行车调度指挥，并向行车调度员和外部系统提供信息。ATS功能主要由位于控制中心（OCC）内的设备实现。2.联系功能响应来自ATS功能的命令，在随时满足安全准则的前提下，管理进路、道岔和信号的控制，将进路、轨道电路、道岔和信号和状态信息提供给ATS和ATC功能。联锁功能由分布在轨旁的设备来实现。3.列车检测功能列车检测功能一般由轨道电路完成。4.ATC功能在联锁功能的约束下，根据ATS的要求实现列车运行的控制。ATC功能有三个子功能：ATP/ATO轨旁功能、ATP/ATO传输功能和ATP/ATO车载功能