第一節　概述

一、列車運行控制系統的發展

列車運行控制系統經歷了地面人工信號、地面自動信號、機車信號、自動停車、自動速度防護等階段，未來將向自動駕駛方向發展。通過廣泛運用3C（Computer、Communication、Control）技術，列車運行控制系統實現了以下5個轉變：

（1）由面向地面固定信號顯示的控制到面向移動列車的直接控制的轉變；

（2）由只是對信號顯示控制而不能控制列車執行與否的開環控制到列車必須按要求執行信號命令的閉環控制；

（3）由車站分散控制到調度集中統一指揮控制的轉變；

（4）由調度單一指揮行車到行車指揮、進路控制和臨時限速等綜合操控的轉變；

（5）由廣播式簡單通信到點對點和點對多點的多功能移動通信轉變。

二、列車運行控制系統的組成

按設備所在的區域劃分，列車運行控制系統由四個子系統構成：一是中央運行控制子系統，也稱調度系統，位于調度中心；二是地面運行控制子系統，包括車站設備、軌旁設備，其設備通常沿鐵路線路分布；三是車載運行控制子系統，位于機車或者動車組上；四是通信網絡子系統，包括有線網絡和車地通信網絡，是連接中央運行控制子系統、地面運行控制子系統和車載運行控制子系統的紐帶。列車運行控制系統的分層結構如圖1-1所示。

列車運行控制系統的各個層次之間通過網絡和通信等技術有機結合，實現地面控制與列車控制結合、本地控制與中央控制結合，構成一個以安全設備為基礎，集行車指揮、運行調整、列車運行速度自動控制、集中監測等功能為一體的集中指揮、分散控制的綜合性、閉環控制系統。

中央運行控制子系統，通常也稱為調度集中系統（CTC），由調度中心和所轄區段沿線信號室中的CTC站機共同組成。中央運行控制子系統根據列車運行狀態、沿線行車設備狀態及維修作業情況的實時信息，按照列車運行計劃統一指揮全區段的列車運行。中央運行控制子系統的主要功能包括：

（1）監視線路狀態和列車運行狀態；

（2）發布調度命令、臨時限速命令，指揮列車運行。

地面運行控制子系統的設備分布在車站信號樓內和鐵路沿線（俗稱軌旁設備），通常包括控制列車進路的聯鎖設備、實現自動列車間隔的閉塞設備、生成列車行車許可的無線閉塞中心/區域控制器、實現列車定位基準的應答器等。地面運行控制子系統的主要功能包括：

（1）控制列車運行進路和運行間隔；

（2）生成列車行車許可；

（3）向車載設備提供線路數據（包括坡度、固定限速和臨時限速等）；

（4）管理列車及其運行狀態。

車載運行控制子系統安裝在列車或者動車組上，根據地面運行控制子系統提供的行車許可、線路數據，以及車載設備存儲的信息實時生成速度-距離模式曲線，監控列車安全運行；同時，向地面運行控制子系統報告列車運行狀態。車載運行控制子系統的主要功能包括：

（1）根據靜態速度曲線實時生成動態速度曲線；

（2）實時測量列車位置和運行速度，確保列車不超速運行、不超過行車許可終點；

（3）向地面運行控制子系統報告列車狀態信息（位置、速度和設備狀況等）。

通信網絡子系統包括有線網絡和車地通信網絡。有線網絡實現中央控制子系統、地面運行控制子系統之間的信息交互，也實現中央運行控制系統內部設備間、地面運行控制子系統內部設備間的連接；車地通信網絡實現地面—列車之間雙向、大容量的信息傳輸。通信網絡子系統的主要功能包括：

（1）有線網絡實現地面設備之間的信息安全、可靠、實時傳輸，涵蓋了中央運行控制子系統內部的設備之間通信、地面運行控制子系統內部的設備之間的通信、中央運行控制子系統與地面運行控制子系統之間的通信；

（2）車地通信網絡實現地面固定設備與列車移動設備之間的信息安全、可靠、實時傳輸。

列車運行控制系統不僅是一個分布式系統，而且是一個復雜系統，主要體現在每個子系統均由多種類型的設備組成。以我國高速鐵路的列車運行控制系統為例，CTCS-3級列車運行控制系統構成如圖1-2所示，是一個典型的分布式、復雜系統。

CTCS-3級列控系統各設備之間的信息交互如圖1-3所示。由此可見，網絡技術和通信技術是將復雜、分布的列車運行控制系統有機結合的橋梁和紐帶，在列車運行控制系統中，安全信息傳輸呈現如下的特點：

（1）數據通信方式：各子系統/設備之間交互的信息均為數據類型；

（2）網絡通信方式：中央控制設備與地面控制設備（含車站設備和軌旁設備）通過有線網絡連接；地面控制設備與車載控制設備通過車地通信網絡交換信息，形式包括無線通信、軌道電路和應答器感應方式等。