2.1　CTCS-2和CTCS-3级列控系统

2.1.1　CTCS-2级列控系统

CTCS-2级列控系统在ZPW-2000轨道电路基础上，地面加装点式应答器、列控中心、临时限速服务器等，动车组装备列控车载设备，实现与车站联锁、行车指挥等设备的有机结合，由地面设备、车载设备、信号安全数据网共同构成完整CTCS-2级列控系统，满足200～250km/h线路的运营要求，同时也满足作为300～350km/h线路后备模式的运营要求[2]。

2.1.1.1　系统结构

CTCS-2级列控系统由地面和车载设备构成，如图2-1所示。地面设备由临时限速服务器（Temporary Speed Restriction Server，TSRS）、列控中心（Train Control Center，TCC）、ZPW-2000系列轨道电路、应答器设备等组成。车载设备由车载安全计算机（Vehicle Computer，VC）、轨道电路信息接收单元（Track Circuit Reciever，TCR）、应答器传输模块（Balise Transmission Module，BTM）、列车接口单元（Train Interface Unit）、记录单元（DataRecorderUnit，DRU）、人机界面（Driver Machine Interface，DMI）等组成。

轨道电路实现列车占用检查，并连续向列车传送空闲闭塞分区数量等信息。应答器向车载设备传输定位信息、线路参数、临时限速等信息。列控中心具有轨道电路编码、应答器报文储存和调用、区间信号机点灯控制、站间安全信息（包括区间轨道电路状态、中继站临时限速信息、区间闭塞和方向条件等信息）传输等功能，根据轨道电路、进路状态及临时限速等信息生成行车许可，通过轨道电路及有源应答器将行车许可传送给列车。临时限速服务器完成临时限速命令的存储、校验、撤销、拆分、设置和取消及临时限速设置时机的辅助提示。

CTCS-2级列控车载设备有7种主要工作模式，包括完全监控模式（FS）、目视行车模式（OS）、引导模式（CO）、调车模式（SH）、隔离模式（IS）、待机模式（SB）以及部分监控模式（PS）[2]。

2.1.1.2　车载设备

CTCS-2级列控系统车载设备采用分布式结构，主要包括安全计算机、轨道电路传输模块及天线、应答器传输模块及天线、列车接口单元和数据记录单元等。根据地面设备提供的信号动态信息、线路参数、临时限速等信息和动车组参数，按照目标-距离模式生成控制速度，监控列车安全运行。

（1）车载安全计算机

安全计算机通过采集轨道电路和应答器的信号获取地面信息，确定列车位置，同时采集速度信号，生成相应的运行模式曲线；确定列车行车许可界限（Limitof Movement Authority，LMA）后生成相应的制动模式曲线；当列车越过限速模式曲线时输出制动，保证列车运行安全。

安全计算机采用硬件安全冗余结构，由功能完全相同的2个系统构成（称为1系和2系）。各个系统具有功能相同的2个CPU（A和B），比较2个CPU各自处理结果，如不一致则说明该系故障，因此也常称为二乘二取二结构。

（2）轨道电路传输模块及天线

轨道电路传输模块通过列车底部靠近钢轨的感应接收线圈（STM天线）感应出轨道电路信号，然后通过解调和解码输出有效信息，将这些信息上传至车载安全计算机，用于制动曲线的计算，同时将没有处理的原始信号供给列车运行监控装置（如LKJ）。

（3）应答器传输模块及天线

在列车运行整个期间，应答器传输模块（BTM）通过车载天线不断向地面发送信号，当列车经过地面应答器时，地面应答器被激活并将存储的报文信息发送给BTM主机，BTM主机将解码后的数据传输给VC。

（4）列车接口单元

列车接口单元主要是由继电器组成的单元，接收来自安全计算机的输出指令，通过继电器输出相应的信号，当各系统制动指令输出不相同时，选择输出最大的制动指令。两系中单系故障时，故障系统的常用、紧急输出产生短路，列车接口单元不再核对双系统的输出，此时正常系统的制动指令输出将作为系统的最终输出，如两系均故障，则车载设为整个系统故障，列车接口单元输出紧急制动。

（5）数据记录单元

数据记录单元记录列控车载设备的动作、状态及各种I/O信息，通过通信接口与STM、LKJ2000、VCl以及VC2相连，获取各设备的相应状态信息；将各相关设备和接点的状态存储在记录卡中，维护人员通过下载记录卡中的信息即可获知车载设备的运行信息。

（6）人机界面

人机界面（DMI）是列控车载设备的显示和操作界面，提供了车载子系统与司机之间的接口，接口通过声音、图像等方式将车载设备的状态通知司机。DMI安装在便于司机操作和观察的位置，司机可以通过DMI上的按键来切换车载设备的运行模式或输入必要的数据。

（7）速度传感器

速度传感器一般安装在动车组两端车头的第2和第3轴上，采集的速度信号传递给车载安全计算机，用于计算动车运行速度和距离。

2.1.1.3　地面设备

（1）列控中心

列控中心（TCC）是CTCS-2级列控系统地面子系统的核心部分。根据轨道区段占用信息、联锁进路信息和线路限速信息等，生成列车行车许可命令，并通过轨道电路和有源应答器，传输给车载子系统，保证其管辖内所有列车的运行安全。后面会专门介绍列控中心的相关内容（见2.3.4）。

在CTCS-2列控系统中，车站列控中心设置在各车站机械室，是一套二乘二取二安全计算机系统，它与计算机联锁、CTC车站自律机接口，根据调度命令、进路状态、线路参数等产生进路及临时限速等相关控车信息，通过安装在进、出站口的有源应答器传送给列车。

CTC调度中心的调度员向车站自律机发送临时限速命令（包括操作员姓名、命令号、限速起点、限速终点、限速级别、线路号和预计限速时间长度等相关内容），经车站值班员签收确认后，将限速命令发送给列控中心。列控中心通过P口与自律机通信，接收来自CTC的限速命令，并对收到的数据进行有效性检查；同时通过Q口与计算机联锁系统通信，获取进路信息、股道信息、区间运行方向信息，根据这些信息和限速命令在报文存储器内检索到相应报文，通过S口发送给LEU；LEU装设在列控中心机柜内，实时接收列控中心传送的数据报文并通过应答器数据传输电缆，送给对应室外有源应答器，实时更新有源应答器的数据，实现应答器对变化数据的发送。装有列控车载设备的列车经过应答器时，收到临时限速命令报文，控制列车按限速要求运行。列控中心同时将限速命令的执行情况及时反馈给CTC。

在车站发车进路、离去区段有临时限速时，列控中心向联锁系统输出进站信号机点黄灯、接近区段轨道电路发黄码控制条件。列控中心还通过R口与集中监测系统连接，自动向车站集中监测传送列控中心设备自检信息、LEU自检信息、通信状态等监测信息。

（2）轨道电路

ZPW-2000轨道电路的制式符合CTCS-2级区段要求，但CTCS-2系统对车站正线电码化有特殊要求：接车进路和发车进路采用不同的载频（以下行正线正方向为例，若接车进路为1700Hz，则发车进路应为2300Hz）；进站信号机前方轨道电路和接车进路电码化宜采用不同的载频；反向运行时，发车进路发27.9Hz检测码，且载频与反向接车进路不同。

①电码化频率调整。下行正线正、反向接车载频为1700Hz（上行线为2000Hz），发车为2300Hz（上行线为2600Hz）。由于正方向离去区段的载频可能是同方向两个载频中的任一个，因此反方向运行时不一定满足进站信号机前后载频不同的要求。

②区间轨道电路：采用计算机编码控制的ZPW-2000（UM）系列无绝缘轨道电路，轨道电路的传输长度满足相关技术条件的要求。

③复杂大站轨道电路：正线及股道区段采用计算机编码控制的ZPW-2000（UM）系列有绝缘轨道电路，其他区段采用25Hz轨道电路。

④一般车站轨道电路：全站采用与区间同制式的、由计算机编码控制的ZPW-2000（UM）系列有绝缘轨道电路。

为避免邻线轨道电路的干扰，当站内横向相邻同方向载频的轨道电路长度超过650m（线间距不小于5m）时，应对轨道电路进行分割。

（3）应答器和LEU

应答器是一种高速数据传输设备，负责向动车组列控车载设备提供控车信息（报文）。应答器分有源应答器和无源应答器。有源应答器设置在进站口和出站口，向列车发送自LEU来的信息，当电缆断线时发送自身预存信息（默认报文）。无源应答器设置在进站口、出站口和区间，负责向列车传送地面固定信息。

无源应答器主要发送固定信息，当列车经过无源应答器上方时，无源应答器接收到车载天线发射的电磁能量后，将其转换成电能，使地面应答器中的电子电路工作，把存储在地面应答器中的数据循环发送出去，直至电能消失（即车载天线已经离去）。

有源应答器通过专门的电缆与地面电子单元（Lineside Electronic Unit，LEU）连接，可实时发送LEU传送的数据报文。当列车经过有源应答器上方时，工作方式与无源应答器类似，只不过发送的报文为LEU传输给有源应答器的数据。但当与LEU通信故障时，有源应答器变为无源应答器工作模式，发送存储的固定信息（默认报文）。

LEU通过串行通信接口与TCC设备连接，将来自TCC的报文连续向有源应答器发送，从而实现向车载设备发送可变信息。当LEU与TCC通信故障或接收的数据无效时，LEU向有源应答器发送默认报文。

在车站进站口和出站口处分别设置一台有源应答器和一台无源应答器。在进站信号机开放时，列控中心控制LEU向进站口有源应答器发送报文，直至列车完全越过进站信号机。进站口有源应答器提供正向接车进路参数，具有直股发车进路的股道同时提供直股发车进路及前方一定距离内的线路参数和临时限速信息；反向运行时提供反向站间区间临时限速、反向运行等信息，反向站间区间的线路固定信息则由进站口无源应答器提供。

出站口有源应答器提供正向站间区间临时限速，提供反向接车进路参数，具有直股发车进路的股道同时提供直股发车进路及前方一定距离内的线路参数和临时限速信息。出站口无源应答器提供正向区间一定距离内的线路参数。

区间无源应答器一般按每三个闭塞分区设一台设计，提供正向运行前方一定距离的线路参数（包括应答器链接、线路坡度、静态速度曲线、轨道区段），反向运行只提供应答器链接信息。

2.1.2　CTCS-3级列控系统

CTCS-3级列控系统是在引进、消化和吸收欧洲ETCS列控系统技术体系的基础上，通过与中国铁路实际情况相结合，实现与CTCS-2级列控系统的集成创新，具有完全自主知识产权的列控系统[1]。列控系统主要由列控中心（TCC）、车载设备、应答器、无线闭塞中心（Radio Block Center，RBC）、临时限速服务器和传输网络组成；行车指挥系统由CTC中心、自律分机、传输网络、服务器系统、行调台、辅助台和电源系统组成；联锁系统由联锁设备、轨道电路、道岔转换、信号机和电源系统组成。信号集中监测通过标准接口与联锁系统、列控中心、TDCS/CTC、智能电源屏、ZPW-2000轨道电路系统、有源应答器、RBC、TSRS的信号设备连接，监测设备状态。其原理如图2-2所示。

①RBC根据地面轨道电路、联锁进路等信息生成行车许可（Movement Authority，MA），并通过GSM-R无线通信系统将行车许可、线路参数、临时限速传输给CTCS-3级车载设备；同时GSM-R无线通信系统接收车载设备发送的位置和列车数据等信息。

②TCC接收轨道电路信息，并通过联锁系统传送给RBC；同时，TCC具有轨道电路编码、应答器报文储存和调用、站间安全信息传输、临时限速等功能。

③应答器向车载设备传输定位和等级转换等信息；同时，向车载设备传送线路参数和临时限速等信息。应答器传输的信息与无线传输的信息的相关内容含义保持一致。

④车载安全计算机根据地面设备提供的行车许可、线路参数、临时限速等信息和动车组参数，按照目标距离连续速度控制模式生成动态速度曲线，监控列车安全运行。

各个系统之间通过信号系统安全数据网和CTC分散自律调度集中网络连接。列控系统的信号系统安全数据网是列控系统的重要组成部分，用于列控系统中安全设备（列控中心、联锁、临时限速服务器和无线闭塞中心）之间的数据通信。CTC调度中心和车站自律分机通过路由器组成冗余环网，并通过2 M数字专线分别与RBC和临时限速服务器通信。

从上面介绍可以看出，CTCS-3级列控系统在系统结构上与CTCS-2级列控系统相比，地面设备主要增加了RBC；与之对应，车载设备主要增加了无线传输模块（GSM-R）及GSM-R车载电台、天线。由于CTCS-2级列控系统是CTCS-3级列控系统的备用系统，所以在硬件上CTCS-3级列控系统除了上述设备，其余与CTCS-2级列控系统保持一致。归纳起来，CTCS-3级列控系统与CTCS-2级列控系统的不同之处如下。

（1）车—地控车信息传输方式不同

CTCS-3级列控系统采用GSM-R无线通信系统，实现车—地控车信息的双向实时传输[3]；CTCS-2级列控系统采用轨道电路和应答器方式，进行车—地控车信息的单向传输。

（2）行车许可（MA）的生成方法不同

CTCS-3级列控系统由RBC根据列车位置、轨道电路状态及进路信息生成MA，并将MA与线路静态速度曲线、坡度和临时限速等信息一起传送给车载设备；CTCS-2级列控系统则由车载设备根据接收的轨道电路的编码和应答器信息生成MA。

（3）临时限速传输途径不同

CTCS-3级列控系统中的临时限速命令由RBC发送给车载设备；CTCS-2级列控系统临时限速命令则由TCC通过有源应答器发送给车载设备。

（4）车载设备工作模式不同

CTCS-3级列控车载设备工作模式有完全监控（FS）、引导（CO）、目视行车（OS）、待机（SB）、调车（SH）、隔离（IS）和休眠模式（SL）；而部分监控模式（PS）和机车信号模式（CS）则是CTCS-2级列控车载设备特有工作模式。

（5）后备系统不同

装备CTCS-3级列控车载设备的动车组，其后备系统为CTCS-2级列控系统，并且在一个车载安全计算机内同时集成了CTCS-3级和CTCS-2级两个控车模块，当无线通信系统超时或由CTCS-3级区段进入CTCS-2级区段等级转换后，由CTCS-2级列控系统监控列车运行。装备CTCS-2级列控车载设备的动车组，其后备系统为列车运行监控装置（LKJ），当CTCS-2级列控车载设备故障或由CTCS-2级区段进入CTCS-0/1级区段等级转换后，由LKJ监控列车运行。