2.1　CTCS-2和CTCS-3級列控系統

2.1.1　CTCS-2級列控系統

CTCS-2級列控系統在ZPW-2000軌道電路基礎上，地面加裝點式應答器、列控中心、臨時限速服務器等，動車組裝備列控車載設備，實現與車站聯鎖、行車指揮等設備的有機結合，由地面設備、車載設備、信號安全數據網共同構成完整CTCS-2級列控系統，滿足200～250km/h線路的運營要求，同時也滿足作為300～350km/h線路后備模式的運營要求[2]。

2.1.1.1　系統結構

CTCS-2級列控系統由地面和車載設備構成，如圖2-1所示。地面設備由臨時限速服務器（Temporary Speed Restriction Server，TSRS）、列控中心（Train Control Center，TCC）、ZPW-2000系列軌道電路、應答器設備等組成。車載設備由車載安全計算機（Vehicle Computer，VC）、軌道電路信息接收單元（Track Circuit Reciever，TCR）、應答器傳輸模塊（Balise Transmission Module，BTM）、列車接口單元（Train Interface Unit）、記錄單元（DataRecorderUnit，DRU）、人機界面（Driver Machine Interface，DMI）等組成。

軌道電路實現列車占用檢查，并連續向列車傳送空閑閉塞分區數量等信息。應答器向車載設備傳輸定位信息、線路參數、臨時限速等信息。列控中心具有軌道電路編碼、應答器報文儲存和調用、區間信號機點燈控制、站間安全信息（包括區間軌道電路狀態、中繼站臨時限速信息、區間閉塞和方向條件等信息）傳輸等功能，根據軌道電路、進路狀態及臨時限速等信息生成行車許可，通過軌道電路及有源應答器將行車許可傳送給列車。臨時限速服務器完成臨時限速命令的存儲、校驗、撤銷、拆分、設置和取消及臨時限速設置時機的輔助提示。

CTCS-2級列控車載設備有7種主要工作模式，包括完全監控模式（FS）、目視行車模式（OS）、引導模式（CO）、調車模式（SH）、隔離模式（IS）、待機模式（SB）以及部分監控模式（PS）[2]。

2.1.1.2　車載設備

CTCS-2級列控系統車載設備采用分布式結構，主要包括安全計算機、軌道電路傳輸模塊及天線、應答器傳輸模塊及天線、列車接口單元和數據記錄單元等。根據地面設備提供的信號動態信息、線路參數、臨時限速等信息和動車組參數，按照目標-距離模式生成控制速度，監控列車安全運行。

（1）車載安全計算機

安全計算機通過采集軌道電路和應答器的信號獲取地面信息，確定列車位置，同時采集速度信號，生成相應的運行模式曲線；確定列車行車許可界限（Limitof Movement Authority，LMA）后生成相應的制動模式曲線；當列車越過限速模式曲線時輸出制動，保證列車運行安全。

安全計算機采用硬件安全冗余結構，由功能完全相同的2個系統構成（稱為1系和2系）。各個系統具有功能相同的2個CPU（A和B），比較2個CPU各自處理結果，如不一致則說明該系故障，因此也常稱為二乘二取二結構。

（2）軌道電路傳輸模塊及天線

軌道電路傳輸模塊通過列車底部靠近鋼軌的感應接收線圈（STM天線）感應出軌道電路信號，然后通過解調和解碼輸出有效信息，將這些信息上傳至車載安全計算機，用于制動曲線的計算，同時將沒有處理的原始信號供給列車運行監控裝置（如LKJ）。

（3）應答器傳輸模塊及天線

在列車運行整個期間，應答器傳輸模塊（BTM）通過車載天線不斷向地面發送信號，當列車經過地面應答器時，地面應答器被激活并將存儲的報文信息發送給BTM主機，BTM主機將解碼后的數據傳輸給VC。

（4）列車接口單元

列車接口單元主要是由繼電器組成的單元，接收來自安全計算機的輸出指令，通過繼電器輸出相應的信號，當各系統制動指令輸出不相同時，選擇輸出最大的制動指令。兩系中單系故障時，故障系統的常用、緊急輸出產生短路，列車接口單元不再核對雙系統的輸出，此時正常系統的制動指令輸出將作為系統的最終輸出，如兩系均故障，則車載設為整個系統故障，列車接口單元輸出緊急制動。

（5）數據記錄單元

數據記錄單元記錄列控車載設備的動作、狀態及各種I/O信息，通過通信接口與STM、LKJ2000、VCl以及VC2相連，獲取各設備的相應狀態信息；將各相關設備和接點的狀態存儲在記錄卡中，維護人員通過下載記錄卡中的信息即可獲知車載設備的運行信息。

（6）人機界面

人機界面（DMI）是列控車載設備的顯示和操作界面，提供了車載子系統與司機之間的接口，接口通過聲音、圖像等方式將車載設備的狀態通知司機。DMI安裝在便于司機操作和觀察的位置，司機可以通過DMI上的按鍵來切換車載設備的運行模式或輸入必要的數據。

（7）速度傳感器

速度傳感器一般安裝在動車組兩端車頭的第2和第3軸上，采集的速度信號傳遞給車載安全計算機，用于計算動車運行速度和距離。

2.1.1.3　地面設備

（1）列控中心

列控中心（TCC）是CTCS-2級列控系統地面子系統的核心部分。根據軌道區段占用信息、聯鎖進路信息和線路限速信息等，生成列車行車許可命令，并通過軌道電路和有源應答器，傳輸給車載子系統，保證其管轄內所有列車的運行安全。后面會專門介紹列控中心的相關內容（見2.3.4）。

在CTCS-2列控系統中，車站列控中心設置在各車站機械室，是一套二乘二取二安全計算機系統，它與計算機聯鎖、CTC車站自律機接口，根據調度命令、進路狀態、線路參數等產生進路及臨時限速等相關控車信息，通過安裝在進、出站口的有源應答器傳送給列車。

CTC調度中心的調度員向車站自律機發送臨時限速命令（包括操作員姓名、命令號、限速起點、限速終點、限速級別、線路號和預計限速時間長度等相關內容），經車站值班員簽收確認后，將限速命令發送給列控中心。列控中心通過P口與自律機通信，接收來自CTC的限速命令，并對收到的數據進行有效性檢查；同時通過Q口與計算機聯鎖系統通信，獲取進路信息、股道信息、區間運行方向信息，根據這些信息和限速命令在報文存儲器內檢索到相應報文，通過S口發送給LEU；LEU裝設在列控中心機柜內，實時接收列控中心傳送的數據報文并通過應答器數據傳輸電纜，送給對應室外有源應答器，實時更新有源應答器的數據，實現應答器對變化數據的發送。裝有列控車載設備的列車經過應答器時，收到臨時限速命令報文，控制列車按限速要求運行。列控中心同時將限速命令的執行情況及時反饋給CTC。

在車站發車進路、離去區段有臨時限速時，列控中心向聯鎖系統輸出進站信號機點黃燈、接近區段軌道電路發黃碼控制條件。列控中心還通過R口與集中監測系統連接，自動向車站集中監測傳送列控中心設備自檢信息、LEU自檢信息、通信狀態等監測信息。

（2）軌道電路

ZPW-2000軌道電路的制式符合CTCS-2級區段要求，但CTCS-2系統對車站正線電碼化有特殊要求：接車進路和發車進路采用不同的載頻（以下行正線正方向為例，若接車進路為1700Hz，則發車進路應為2300Hz）；進站信號機前方軌道電路和接車進路電碼化宜采用不同的載頻；反向運行時，發車進路發27.9Hz檢測碼，且載頻與反向接車進路不同。

①電碼化頻率調整。下行正線正、反向接車載頻為1700Hz（上行線為2000Hz），發車為2300Hz（上行線為2600Hz）。由于正方向離去區段的載頻可能是同方向兩個載頻中的任一個，因此反方向運行時不一定滿足進站信號機前后載頻不同的要求。

②區間軌道電路：采用計算機編碼控制的ZPW-2000（UM）系列無絕緣軌道電路，軌道電路的傳輸長度滿足相關技術條件的要求。

③復雜大站軌道電路：正線及股道區段采用計算機編碼控制的ZPW-2000（UM）系列有絕緣軌道電路，其他區段采用25Hz軌道電路。

④一般車站軌道電路：全站采用與區間同制式的、由計算機編碼控制的ZPW-2000（UM）系列有絕緣軌道電路。

為避免鄰線軌道電路的干擾，當站內橫向相鄰同方向載頻的軌道電路長度超過650m（線間距不小于5m）時，應對軌道電路進行分割。

（3）應答器和LEU

應答器是一種高速數據傳輸設備，負責向動車組列控車載設備提供控車信息（報文）。應答器分有源應答器和無源應答器。有源應答器設置在進站口和出站口，向列車發送自LEU來的信息，當電纜斷線時發送自身預存信息（默認報文）。無源應答器設置在進站口、出站口和區間，負責向列車傳送地面固定信息。

無源應答器主要發送固定信息，當列車經過無源應答器上方時，無源應答器接收到車載天線發射的電磁能量后，將其轉換成電能，使地面應答器中的電子電路工作，把存儲在地面應答器中的數據循環發送出去，直至電能消失（即車載天線已經離去）。

有源應答器通過專門的電纜與地面電子單元（Lineside Electronic Unit，LEU）連接，可實時發送LEU傳送的數據報文。當列車經過有源應答器上方時，工作方式與無源應答器類似，只不過發送的報文為LEU傳輸給有源應答器的數據。但當與LEU通信故障時，有源應答器變為無源應答器工作模式，發送存儲的固定信息（默認報文）。

LEU通過串行通信接口與TCC設備連接，將來自TCC的報文連續向有源應答器發送，從而實現向車載設備發送可變信息。當LEU與TCC通信故障或接收的數據無效時，LEU向有源應答器發送默認報文。

在車站進站口和出站口處分別設置一臺有源應答器和一臺無源應答器。在進站信號機開放時，列控中心控制LEU向進站口有源應答器發送報文，直至列車完全越過進站信號機。進站口有源應答器提供正向接車進路參數，具有直股發車進路的股道同時提供直股發車進路及前方一定距離內的線路參數和臨時限速信息；反向運行時提供反向站間區間臨時限速、反向運行等信息，反向站間區間的線路固定信息則由進站口無源應答器提供。

出站口有源應答器提供正向站間區間臨時限速，提供反向接車進路參數，具有直股發車進路的股道同時提供直股發車進路及前方一定距離內的線路參數和臨時限速信息。出站口無源應答器提供正向區間一定距離內的線路參數。

區間無源應答器一般按每三個閉塞分區設一臺設計，提供正向運行前方一定距離的線路參數（包括應答器鏈接、線路坡度、靜態速度曲線、軌道區段），反向運行只提供應答器鏈接信息。

2.1.2　CTCS-3級列控系統

CTCS-3級列控系統是在引進、消化和吸收歐洲ETCS列控系統技術體系的基礎上，通過與中國鐵路實際情況相結合，實現與CTCS-2級列控系統的集成創新，具有完全自主知識產權的列控系統[1]。列控系統主要由列控中心（TCC）、車載設備、應答器、無線閉塞中心（Radio Block Center，RBC）、臨時限速服務器和傳輸網絡組成；行車指揮系統由CTC中心、自律分機、傳輸網絡、服務器系統、行調臺、輔助臺和電源系統組成；聯鎖系統由聯鎖設備、軌道電路、道岔轉換、信號機和電源系統組成。信號集中監測通過標準接口與聯鎖系統、列控中心、TDCS/CTC、智能電源屏、ZPW-2000軌道電路系統、有源應答器、RBC、TSRS的信號設備連接，監測設備狀態。其原理如圖2-2所示。

①RBC根據地面軌道電路、聯鎖進路等信息生成行車許可（Movement Authority，MA），并通過GSM-R無線通信系統將行車許可、線路參數、臨時限速傳輸給CTCS-3級車載設備；同時GSM-R無線通信系統接收車載設備發送的位置和列車數據等信息。

②TCC接收軌道電路信息，并通過聯鎖系統傳送給RBC；同時，TCC具有軌道電路編碼、應答器報文儲存和調用、站間安全信息傳輸、臨時限速等功能。

③應答器向車載設備傳輸定位和等級轉換等信息；同時，向車載設備傳送線路參數和臨時限速等信息。應答器傳輸的信息與無線傳輸的信息的相關內容含義保持一致。

④車載安全計算機根據地面設備提供的行車許可、線路參數、臨時限速等信息和動車組參數，按照目標距離連續速度控制模式生成動態速度曲線，監控列車安全運行。

各個系統之間通過信號系統安全數據網和CTC分散自律調度集中網絡連接。列控系統的信號系統安全數據網是列控系統的重要組成部分，用于列控系統中安全設備（列控中心、聯鎖、臨時限速服務器和無線閉塞中心）之間的數據通信。CTC調度中心和車站自律分機通過路由器組成冗余環網，并通過2 M數字專線分別與RBC和臨時限速服務器通信。

從上面介紹可以看出，CTCS-3級列控系統在系統結構上與CTCS-2級列控系統相比，地面設備主要增加了RBC；與之對應，車載設備主要增加了無線傳輸模塊（GSM-R）及GSM-R車載電臺、天線。由于CTCS-2級列控系統是CTCS-3級列控系統的備用系統，所以在硬件上CTCS-3級列控系統除了上述設備，其余與CTCS-2級列控系統保持一致。歸納起來，CTCS-3級列控系統與CTCS-2級列控系統的不同之處如下。

（1）車—地控車信息傳輸方式不同

CTCS-3級列控系統采用GSM-R無線通信系統，實現車—地控車信息的雙向實時傳輸[3]；CTCS-2級列控系統采用軌道電路和應答器方式，進行車—地控車信息的單向傳輸。

（2）行車許可（MA）的生成方法不同

CTCS-3級列控系統由RBC根據列車位置、軌道電路狀態及進路信息生成MA，并將MA與線路靜態速度曲線、坡度和臨時限速等信息一起傳送給車載設備；CTCS-2級列控系統則由車載設備根據接收的軌道電路的編碼和應答器信息生成MA。

（3）臨時限速傳輸途徑不同

CTCS-3級列控系統中的臨時限速命令由RBC發送給車載設備；CTCS-2級列控系統臨時限速命令則由TCC通過有源應答器發送給車載設備。

（4）車載設備工作模式不同

CTCS-3級列控車載設備工作模式有完全監控（FS）、引導（CO）、目視行車（OS）、待機（SB）、調車（SH）、隔離（IS）和休眠模式（SL）；而部分監控模式（PS）和機車信號模式（CS）則是CTCS-2級列控車載設備特有工作模式。

（5）后備系統不同

裝備CTCS-3級列控車載設備的動車組，其后備系統為CTCS-2級列控系統，并且在一個車載安全計算機內同時集成了CTCS-3級和CTCS-2級兩個控車模塊，當無線通信系統超時或由CTCS-3級區段進入CTCS-2級區段等級轉換后，由CTCS-2級列控系統監控列車運行。裝備CTCS-2級列控車載設備的動車組，其后備系統為列車運行監控裝置（LKJ），當CTCS-2級列控車載設備故障或由CTCS-2級區段進入CTCS-0/1級區段等級轉換后，由LKJ監控列車運行。