CN101537847B

CN101537847B - 时速200～350公里列车运行控制系统的实现方法

Info

Publication number: CN101537847B
Application number: CN2009100821445A
Authority: CN
Inventors: 王俊峰
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2009-04-16
Filing date: 2009-04-16
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2029-04-16
Also published as: CN101537847A

Abstract

本发明公开了铁路安全运行控制技术领域中的一种时速200～350公里列车运行控制系统的实现方法。技术方案是，增加轨道电路列控信息，将CTCS-2中ZPW2000A的18个低频信息码中未使用的一个设定为L6，用于增加预告前方第8个空闲闭塞分区；改变闭塞分区设置，采用两段ZPW2000A轨道电路作为一个闭塞分区；修改限速曲线上限值，将监控曲线的紧急制动限速值由215km/h变为320km/h，常用制动限速值由205km/h变为305km/h；设置无源应答器，每个闭塞分区设置两组，每组设置2个无源应答器。本发明实现了由一套列车控制系统替代由CTCS-2和CTCS-3两套列车运行控制系统对200～350km/h列车的控制，提高了使列车控制系统数据传输的实时性和可靠性。

Description

时速200～350公里列车运行控制系统的实现方法

技术领域

本发明属于铁路安全运行控制技术领域，尤其涉及一种时速200～350公里列车运行控制系统的实现方法。

背景技术

为了满足列车提速和安全运行的需要，同时为了满足不同线路分级运输的需要，我国制定了“中国列车控制系统CTCS(Chinese Train Control System)发展规划”。该发展规划参照欧洲列车控制系统ETCS(Europen Train ControlSystem)标准并结合中国列车控制现状及未来发展需要，将中国列车控制系统分为CTCS-0至CTCS-4五级。其中CTCS-2适用于时速200～250公里的列车，CTCS-3适用于时速300～350公里的列车。第六次提速的部分线路，如胶济线和石太线等应用了CTCS-2列车控制系统；正在建设中的武广、郑西、京沪客运专线拟采用CTCS-3列车控制系统。

由于在实际铁路运输中存在跨线路运行和主控制系统出现故障的降级运行情况，为此，列车控制系统必须具备下线运行或降级运行能力，称之为列车控制系统的兼容性。CTCS-3和CTCS-2是两种不同类型的列车运行控制系统，二者在传输方式、控制原理、设备构成等方面存在很大差异。CTCS-2是一种基于轨道电路传输信息的分散式列车控制系统；CTCS-3则是一种基于GSM-R传输信息的集中式列车控制系统。CTCS-3是由ETCS-2和CTCS-2组成的双模列车控制系统，其中ETCS-2是CTCS-3正常运行模式；CTCS-2实现当ETCS-2设备故障或GSM-R通信中断时的降级运行，以及列车由CTCS-3线路到CTCS-2线路的下线运行，从而实现该系统的兼容性。

CTCS-3车载设备除增加了GSM-R无线接收模块之外，与CTCS-2组成基本相同。但是，CTCS-3地面设备与CTCS-2地面设备存在很大区别。CTCS-3地面设备的主要特征是集中设置(多个车站共用)无线闭塞中心(RBC)、GSM-R交换中心(MSC)；轨旁设置特殊用途应答器、GSM-R基站收发信终端。CTCS-2地面设备的主要特征是分散设置(每个车站一个)车站列车控制中心(TCC)、轨道电路编码设备、轨旁电子单元(LEU)、轨旁设置有源和无源应答器。CTCS-3采用以上两种地面设备叠加的方式实现系统的兼容性。这种方式不但大大增加了设备成本，增加了运营和维护工作量，而且更主要是影响系统的可靠性和实时性。

在实时性方面，CTCS-3地面设备满足两种列车控制系统需要，信息交叉传递，提高了系统对数据处理能力的要求和对硬件接口能力的要求，这就严重的影响了系统实时性。例如：CTCS-3中的联锁除了与CTC、信号微机监测、ZPW-2000A、RBC连接外，还必须同时与CTCS-2的TCC连接。列车进路信息需同时发送到CTC、RBC和TCC。对临时限速的处理也存在同样的问题，来自CTC的临时限速信息一路由RBC通过GSM-R传输到车载设备，另一路由TCC经LEU传输到有源应答器。对线路数据的传输，CTCS-3中由RBC发到车载设备，CTCS-2中需在轨旁设置大量无源应答器提供，线路的复杂性导致了数据传输缺乏实时性。

在可靠性方面，CTCS-3受到的影响主要表现在以下几个方面：

(1)CTCS-3、CTCS-2地面设备几乎是完全独立的两套设备，RBC、GSM-R为CTCS-3专用，TCC、ZPW-2000A为CTCS-2所用。系统硬件设备的增加，增加了设备故障的概率，降低了系统的可靠性。相同信息的交叉传输，增加了出错的概率。

(2)尽管列控系统中核心单元都采用了相应的冗余措施，如安全计算机的三取二，TCC、应答器接收单元等设备的二乘二取二，但CTCS-3中特别是地面设备的构建仍属于简单叠加或搭积木的形式，未按照系统工程理论一体化设计，单个环节的可靠性不能代表系统整体的可靠性。

(3)CTCS-3采用了部分国外设备，如：地面核心控制设备RBC、车载安全计算机等。国内信号设备需要进行配套改造，由于改造的不确定性，同一时间进行多项技术待确定的改造直接影响系统的可靠性。京津客专西门子的联锁与国内ZPW-2000A的结合过程就属此类情况，虽仅是正负逻辑转换和轨道占用检测数据采集，但实际操作中并不简单。这些改造都是无法避免的，直接影响设备的国产化率。

(4)CTCS-3车载设备和地面设备不是同一厂家生产，存在互联互通问题，为系统的可靠性埋下隐患。

(5)GSM-R通信中断对列车运行的影响是全局性的和致命性的。无论国外和国内GSM-R用于传输列车控制信息还有待时间的检验。

基于上述原因，有必要设计一种既能满足时速200～250公里，又能适应时速300～350公里的通用列车运行控制系统。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种时速200～350公里列车运行控制系统的实现方法，解决即将普遍使用的CTCS-3列车运行控制系统的地面设备结构复杂，数据传输的实时性和可靠性缺乏保障的问题。

本发明的技术方案是，一种时速200～350公里列车运行控制系统的实现方法，利用轨道电路移频自动闭塞系统ZPW2000A，将低频信息码通过频移键控方式调制到载频上进行传输，其特征是所述方法包括下列步骤：

步骤1：增加轨道电路列控信息，将CTCS-2中ZPW2000A的18个低频信息码中未使用的一个设定为L6，用于增加预告前方第8个空闲闭塞分区；

步骤2：改变闭塞分区设置，采用两段ZPW2000A轨道电路作为一个闭塞分区，每个闭塞分区的长度为2000～2400m，实现列车安全追踪间隔16000～19200m；

步骤3：采用目标距离控制模式曲线控制列车运行；并且提升限速曲线上限值，将监控曲线的紧急制动限速值由215km/h变为320km/h，常用制动限速值由205km/h变为305km/h；

步骤4：设置无源应答器，每个闭塞分区设置两组，每组设置2个无源应答器。

所述目标距离控制模式是与CTCS-2控制模式相同的6种控制模式，包括：待机模式SB、完全监控模式FS、部分监控模式PS、目视行车模式OS、调车监控模式SH和隔离模式IS。

本发明的有益效果在于，实现了CTCS-2列车运行控制系统和CTCS-3列车运行控制系统的地面设备的结合，即由一套列车运行控制系统代替由CTCS-2和CTCS-3两套列车运行控制系统对时速200～350公里的列车的控制，降低了设备建设和维护的成本，提高了列车运行控制系统数据传输的实时性和可靠性。

附图说明

图1是低频信息码的信息名称和对应频率表。

图2是无源应答器设置对照表。

图3是闭塞分区及应答器设置示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

本发明以CTCS-2列车运行控制系统普遍使用的轨道电路移频自动闭塞系统ZPW2000A作为实例，说明本发明的实现过程。ZPW2000A的作用是，通过轨道电路传输低频信息码检查列车运行前方，轨道是否被占用以及与同线前行列车的追踪距离。其中，ZPW是产品型号，Z表示自动闭塞，P表示移频，W表示无绝缘。轨道载频为1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz。

ZPW2000A采用频移键控方式将低频信息码调制到载频上，这些低频信息码即列车控制信息。图1是低频信息码的信息名称和对应频率表。图1中，18个低频信息码中除了几个特殊用途的信息码外，实际上就是对应地面信号机的显示。HU码显示红灯、UU码显示双黄灯、LU码显示绿黄灯、L码显示绿灯、其它L2码、L3码、L4码、L5码因信号灯数量限制都显示绿灯，设备可以识别。

18个低频信息码的定义如下：

L6码(预留)：表示运行前方8个及以上闭塞分区空闲(闭塞分区：区间由信号机分隔的区段)。

L5码：表示运行前方7个及以上闭塞分区空闲。

L4码：表示运行前方6个及以上闭塞分区空闲。

L3码：表示运行前方5个及以上闭塞分区空闲。

L2码：表示运行前方4个及以上闭塞分区空闲。

L码：表示运行前方3个及以上闭塞分区空闲。

LU码：表示运行前方2个闭塞分区空闲。

LU2码：表示列车运行前方2个闭塞分区空闲(不推荐使用)

U码：表示列车运行前方1个闭塞分区空闲。

U2S码：要求列车限速运行，预告列车运行前方闭塞分区为UUS码。

U2码：要求列车限速运行，预告列车运行前方闭塞分区为UU码。

UUS码：要求列车限速运行(默认限速值：80km/h)，表示列车接近的地面信号机开放经18号及以上道岔侧向位置进路，且此一架信号机开放经道岔的直向或18号及以上道岔侧向位置进路；或表示列车接近设有分歧道岔线路所的地面信号机开放经18号及以上道岔侧向位置进路。

UU码：要求列车限速运行(限速值：45km/h)，表示列车接近的地面信号机开放经道岔侧向位置的进路。

HB码：表示列车接近的进站或接车进路信号机开放引导信号或通过信号机显示容许信号。

HU码：要求及时采取停车措施。

H码：要求立即采取紧急停车措施。

CTCS-2列车运行控制系统可以实现时速200～250km/h列车运行控制信息量和列车安全追踪间隔问题。然而，350km/h高速运行状态下，列车安全追踪间隔约13500～17500m。CTCS-2中ZPW2000A可以提供18个低频信息码，其中8个表示目标距离，可以预告前方7个空闲闭塞分区，对应1200m闭塞分区的列车追踪间隔距离是8400m。显然CTCS-2不能满足350km/h列车控制要求。

本发明在CTCS-2技术条件框架基础上，通过增加轨道电路列控信息，改变闭塞分区设置等方法，解决300～350km/h列车运行控制信息量和列车安全追踪间隔问题，从而实现200～350km/h通用的列车运行控制。

本发明的具体实现过程是：

首先，增加轨道电路列控信息，将CTCS-2中ZPW2000A的18个低频信息码中未使用的一个设定为L6，用于增加预告前方第8个空闲闭塞分区。由于CTCS-2中ZPW2000A的18个低频信息码，还剩余一个没有使用，本发明中将其设定为L6，相当于9显示，可以预告前方至少有8个空闲闭塞分区数量。这是因为，在既有的列车运行控制系统中，3显示对应红、黄、绿三种信号灯亮，此时发送的是L码时，可确定前方至少有两个空闲的闭塞分区；4显示对应红、黄、绿黄、绿四种信号灯亮，此时发送的是L码时，可确定前方至少有三个空闲的闭塞分区；依次类推，增加L6后，系统可以预告前方至少有8个空闲闭塞分区数量，即相当于9显示。

其次，改变闭塞分区的设置。虽然通过增加轨道电路列控信息，使得可预告的空闲闭塞分区的数量达到8个或者8个以上，但是在既有的CTCS-2列车控制系统中，空闲闭塞分区对应的距离是1200m，8个空闲闭塞分区只能达到9600m，依然无法满足300～350km/h列车对安全追踪间隔距离13500～17500m的要求。这时，通过改变闭塞分区的设置，采用两段ZPW2000A轨道电路作为一个闭塞分区，每个闭塞分区的长度为2000～2400m，实现300～350km/h列车安全追踪间隔的要求。改变闭塞分区的设置后，8个空闲闭塞分区的距离能够达到16000～19200m，完全可以满足300～350km/h列车安全追踪间隔的要求。

由于已经将CTCS-2列车运行控制系统改造成满足300～350km/h列车安全运行的控制系统，为了配合列车的高速运行，还要考虑选定目标距离控制模式曲线控制列车运行，并提升限速曲线上限值。采用CTCS-2列车运行控制系统既有的目标距离控制模式曲线控制列车运行即可满足要求。CTCS-2有6种控制模式，包括：待机模式SB、完全监控模式FS、部分监控模式PS、目视行车模式OS、调车监控模式SH和隔离模式IS。另外，提升限速曲线上限值，即修改紧急制动限速值和常用制动限速值。还要将监控曲线的紧急制动限速值由215km/h变为320km/h，常用制动限速值由205km/h变为305km/h。如果不改变限速曲线上限值，当列车行驶速度达到205km/h时，列车设备将自动实施常用制动，无法达到300km/h行驶速度的要求。同理，如果不改变紧急制动限速值，列车行驶速度达到215km/h时，会实施紧急制动。

最后，要使无源应答器适应改造后的列车运行控制系统的需要。图2是无源应答器设置对照表，图2中，原来的CTCS-2列车运行控制系统中，客运专线每2个闭塞分区设置2个无源应答器，既有线路每2～3个闭塞分区设置1个无源应答器。而满足300～350km/h列车运行控制的CTCS-3系统，每个闭塞分区设两组无源应答器，每组设置2个。按照以上两个系统技术条件的设置，本发明的时速200～350公里列车运行控制系统，结合两段轨道电路为一个闭塞分区的特点，参考前两个系统确定每个闭塞分区设两组无源应答器，每组设置2个无源应答器。

图3是闭塞分区及应答器设置示意图。图2中，ZPW2000A的18个低频信息码中未使用的一个被设定为L6，用于预告前方至少有8个空闲闭塞分区数量。同时，采用两段ZPW2000A轨道电路作为一个闭塞分区，每个闭塞分区的长度为2000～2400m，8个空闲闭塞分区的距离能够达到16000～19200m。运行列车301通过轨道电路获知与前行列车302的追踪间隔距离。无源应答器303采用每个闭塞分区设置两组，每组设置2个的形式。标志牌304用于标志闭塞分区的起始位置。

本发明提供的时速200～350公里列车运行控制系统的实现方法，使现行的CTCS-3列车运行控制系统不再使用两种地面设备，只利用现有的CTCS-2列车运行控制系统的设备即可满足300～350km/h列车运行控制的要求，从而实现了对时速200～350公里列车的通用的运行控制。本发明在保证CTCS-3兼容CTCS-2的前提下，使地面设备线路布设更加简单，传输速度更快，进而解决了数据传输实时性的问题；另外，硬件的减少也避免了数据的交叉传输，保证了数据传输的可靠性。同时，本发明还使得列车运行控制系统的国产化率大大提高，降低了由于国内外不同系统整合产生的额外成本。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种时速200～350公里列车运行控制系统的实现方法，利用轨道电路移频自动闭塞系统ZPW2000A，将低频信息码通过频移键控方式调制到载频上进行传输，其特征是所述方法包括下列步骤：

步骤3：采用目标距离控制模式曲线控制列车运行；并且提升限速曲线上限值，即将监控曲线的紧急制动限速值由215km/h变为320km/h，常用制动限速值由205km/h变为305km/h；

2.根据权利要求1所述的一种时速200～350公里列车运行控制系统的实现方法，其特征是所述目标距离控制模式是与CTCS-2控制模式相同的6种控制模式，包括：待机模式、完全监控模式、部分监控模式、目视行车模式、调车监控模式和隔离模式。