CTCS是Chinese Train Control System的英文縮寫，中文意為中國列車運行控制系統。該系統有兩個子系統，即車載子系統和地面子系統。CTCS根據功能要求和設配置劃分套用等級，分為0~4級。
基本介紹
- 中文名：中國列車運行控制系統
- 外文名：Chinese Train Control System
- 分級：0~4級
- 縮寫：CTCS
系統介紹,系統概述,系統簡介,產生背景,套用等級,技術平台,級間關係,系統特點,工作模式,作用,
系統介紹
系統概述
地面子系統可由以下部分組成：應答器、軌道電路、無線通信網路（GSM-R）、列車控制中心（TCC）/無線閉塞中心（RBC）。其中GSM-R不屬於CTCS設備，但是重要組成部分。
應答器是一種能向車載子系統傳送報文信息的傳輸設備，既可以傳送固定信息，也可連線軌旁單元傳送可變信息。
軌道電路具有軌道占用檢查、沿軌道連續傳送地車信息功能，應採用UM系列軌道電路或數字軌道電路。
無線通信網路（GSM-R）是用於車載子系統和列車控制中心進行雙向信息傳輸的車地通信系統。
列車控制中心是基於安全計算機的控制系統，它根據地面子系統或來自外部地面系統的信息，如軌道占用信息、聯鎖狀態等產生列車行車許可命令，並通過車地信息傳輸系統傳輸給車載子系統，保證列車控制中心管轄內列車的運行安全。
車載子系統可由以下部分組成：CTCS車載設備、無線系統車載模組。
CTCS車載設備是基於安全計算機的控制系統，通過與地面子系統交換信息來控制列車運行。
無線系統車載模組用於車載子系統和列車控制中心進行雙向信息交換。
系統簡介
TDCS是鐵路調度指揮信息管理系統，主要完成調度指揮信息的記錄、分析、車次號校核、自動報點、正晚點統計、運行圖自動繪製、調度命令及計畫的下達、行車日誌自動生成等功能，換句話說就是原來行車調度員和車站值班員需要用筆記下的東西現在都可以由TDCS自動完成。參考歐洲ETCS規範，中國逐步形成了自己的CTCS（Chinese Train Control System）標準體系。如何吸收ETCS規範並結合中國國情更好地再創新，是值得深入研究的課題。
中國鐵路調度指揮系統
中國鐵路調度指揮系統鐵路是國民經濟的大動脈，是中國社會和經濟發展的先行產業，是社會的基礎設施，鐵路運輸部門又是國民經濟中的一個重要部門，它肩負著國民經濟各種物資運輸的重任，對中國社會主義建設事業的發展有著舉足輕重的作用。為了滿足國民對鐵路運輸的要求，進入二十一世紀以後，鐵路部門致力於高速鐵路和客運專線的建設，並取得了驕人的成績。
為了適應中國高速鐵路、客運專線的迅速發展和保證鐵路運輸安全的需要，原鐵道部有關部門研製成功了“CTCS系統”（即：鐵路列車控制系統，是Chinese Train Control System的縮寫“CTCS”）
產生背景
由於早期歐洲鐵路的列車運行控制系統種類繁多，且各國信號制式複雜、互不兼容，為有效解決各種列車控制系統之間的兼容性問題，保證高速列車在歐洲鐵路網內跨線、跨國互通運行，1982年12月歐洲運輸部長會議做出決定，就歐洲大陸鐵路互聯互通中的技術問題尋找解決方案。
2001年歐盟通過立法形式確定ETCS（European Train Control System）為強制性技術規範。ETCS的主要目標是互通互用、安全高效、降低成本、擴展市場，在規範的設計上融入了歐洲各主要列控系統的功能，制定了比較豐富的互聯互通接口。經過長期的發展，ETCS系統目前已經比較成熟，得到了歐洲各國鐵路公司和供貨商的廣泛認可。
中國人口密集，資源緊張，城市化發展非常迅速。一直處於發展中的中國鐵路，始終存在著運量與運能之間的突出矛盾。鐵路運輸至今仍相當程度地制約著國民經濟的快速發展，鐵路仍是我國國民經濟發展中的一個薄弱環節。為了緩解鐵路運輸的壓力，鐵路部門先後實行了六次大提速。
與此同時，高速鐵路的蓬勃發展，對鐵路的中樞神經——信號系統也提出了新的技術要求。但由於歷史及技術原因，中國鐵路存在多種信號系統，嚴重影響了運輸效率。鐵路信號系統迫切需要建立統一的技術標準，確立數位化、網路化、智慧型化、一體化發展方向，國產高速鐵路列車運行控制系統標準的制定迫在眉睫。為實現高鐵戰略，鐵道部組織相關專家開始制定適合我國國情的中國列車控制系統CTCS（Chinese Train Control System）。
在CTCS 技術規範中，根據系統配置CTCS按功能可劃分為5 級。為滿足客運專線和高速鐵路建設需求，通過對ETCS標準的引進、消化、吸收，並結合成功套用的CTCS-2級列車運行控制系統的建設和運營經驗，我國構建了具有自主智慧財產權的CTCS-3級列控系統標準。CTCS-3級列車運行控制系統是基於GSM-R無線通信的重要技術裝備，是中國鐵路技術體系和裝備現代化的重要組成部分，是保證高速列車運行安全、可靠、高效的核心技術之一。
套用等級
CTCS套用等級0(以下簡稱L0)：由通用機車信號+列車運行監控裝置組成，為既有系統。
CTCS套用等級1(以下簡稱L1)：由主體機車信號+安全型運行監控記錄裝置組成，點式信息作為連續信息的補充，可實現點連式超速防護功能。
CTCS套用等級2(以下簡稱L2)：是基於軌道傳輸信息並採用車-地一體化系統設計的列車運行控制系統。可實現行指-聯鎖-列控一體化、區間-車站一體化、通信-信號一體化和機電一體化。
CTCS套用等級3(以下簡稱L3)：是基於無線傳輸信息並採用軌道電路等方式檢查列車占用的列車運行控制系統。點式設備主要傳送定位信息。
CTCS套用等級4(以下簡稱L4)：是完全基於無線傳輸信息的列車運行控制系統。地面可取消軌道電路，由RBC和車載驗證系統共同完成列車定位和完整性檢查，實現虛擬閉塞或移動閉塞。
同條線路上可以實現多種套用級別，L2、L3和L4可向下兼容。
CTCS 0級
為了規範的一致性，將目前幹線鐵路套用的地面信號設備和車載設備定義為0級。0級由通用機車信號+列車運行監控裝置組成，對這一定義，業內尚有不同的看法。0級到底是在等級內還是在等級外不夠明確，目前的通用機車信號尚未能成為主體機車信號，列車運行監控裝置尚未能被公認為安全系統，所以稱列車運行控制系統還是不夠格的，但目前確實在運用，並起著保證安全的作用。
0級 的控制模式也是目標距離式，它在既有地面信號設備的基礎上，採取大貯存的方式把線路數據全部貯存在車載設備中，靠邏輯推斷地址調取所需的線路數據，結合列車性能計算給出目標距離式制動曲線。如能在每個進出站口增加點式設備，加強核對地址，就能大大減少邏輯推斷地址產生錯誤的可能性。
日本的數字列車運行控制系統I-ATC就是採取車載信號設備貯存電子電圖，通過每一軌道區段的地址編碼來調取所需的線路數據，這種方式可以使地-車信息傳輸的信息的需求量減少。在歐洲列車控制系統ETCS規範中也不排斥車載信號設備貯存線路數據的方式。
正因為0級尚未成為安全系統，適用於列車最高運行速度為160km/h及以下，一般自動閉塞設計仍按固定閉塞方式進行，採用四顯示自動閉塞，信號顯示具有分級速度控制的概念，其目標距離式制動曲線可作為參考。應該說這是一個過渡階段。
CTCS 1級
CTCS 1級由主體機車信號+加強型運行監控裝置組成，面向160km/h及以下的區段，在既有設備基礎上強化改造，達到機車信號主體化要求，增加點式設備，實現列車運行安全監控功能。利用軌道電路完成列車占用檢測及完整性檢查，連續向列車傳送控制信息。
1級的控制模式為目標距離式，採取大貯存的方式把線路數據全部貯存在車載設備中，靠邏輯推斷地址調取所需的線路數據，結合列車性能計算給出目標距離式制動曲線。在車站附近增加點式信息設備，傳輸定位信息，以減少邏輯推斷地址產生錯誤的可能性。
1級與0級的差別在於全面提高了系統的安全性，是對0級的全面加強，可稱為線路數據全部貯存在車載設備上的列車運行控制系統。
CTCS 2級
CTCS 2級是基於軌道電路和點式信息設備傳輸信息的列車運行控 制系統，面向提速幹線和高速新線，適用於各種限速區段，地面可不設通過信號機。是一種點-連式列車運行控制系統，功能比較齊全和適合國情。
軌道電路完成列車占用檢測及完整性檢查，連續向列車傳送控制信息；點式信息設備傳輸定位信息、進路參數、線路參數、限速成和停車信息。
CTCS 2級採取目標距離控制模式（又稱連續式一次速度控制）。目標距離控制模式根據目標距離、目標速度及列車本身的性能確定列車制動曲線，不設定每個閉塞分區速度等級，採用一次制動方式。
CTCS 2級 採取閉塞方式稱為準移動閉塞方式，準移動閉塞的追蹤目標點是前行列車所占用閉塞分區的始端，留有一定的安全距離，而後行列車從最高速開始一次制動曲線的計算點是根據目標距離、目標速度及列車本身的性能計算決定的。目標點相對固定，在同一閉塞分區內不依前行列車的走行而變化，而制動的起始點是隨線路參數和列車本身性能不同而變化的。空間間隔的長度是不固定的，由於要與移動閉塞相區別，所以稱為準移動閉塞。顯然其追蹤運行間隔要比固定閉塞小一些。
CTCS 3級
CTCS 3級是基於無線通信（如GSM-R）的列車運行控制系統， 它可以疊加在既有幹線信號系統上。
CTCS 3級與2級一樣，採取目標距離控制模式（又稱連續式一次速度控制）和準移動閉塞方式。由於其實現了地-車間連續、雙向的信息傳輸，所以功能更豐富些，實時性更強些。
CTCS 4級
CTCS 4級是完全基於無線通信（如GSM-R）的列車運行控制系統。由地面無線閉塞中心（RBC）和車載設備完成列車占用檢測及完整性檢查，點式信息設備提供列車用於測距修正的定位基準信息。
CTCS 4級採取目標距離控制模式，列車按移動閉塞或虛擬閉塞方式運行。
虛擬閉塞是準移動閉塞的一種特殊方式，它不設軌道占用檢查設備，採取無線定位方式來實現列車定位和占用軌道的檢查功能，閉塞分區是以計算機技術虛擬設定的。
移動閉塞的追蹤目標點是前行列車的尾部，留有一定的安全距離，後行列車從最高速開始制動的計算點是根據目標距離、目標速度及列車本身的性能計算決定的。目標點是前行列車的尾部，與前行列車的走行和速度有關，是隨時變化的，而制動的起始點是隨線路參數和列車本身性能不同而變化的。空間間隔的長度是不固定的，所以稱為移動閉塞。其追蹤運行間隔要比準移動閉塞更小一些。
等級對照
分析CTCS的套用等級劃分，發現有以下兩個特點：
① 各套用等級均採用目標距離控制模式，採取連續一次制動方式。
這是由於我國的列控系統的套用起步晚，起點高，因此一步就瞄準了比較先進的控制模式。在我國階梯式和曲線式分級速度控制都用過，取得了經驗，好在並未形成規模，CTCS推薦採用目標距離控制模式是適宜的，符合國際列控系統的發展趨勢。由於列控系統的控制模式是其主要特徵和性能之一，控制模式決定了閉塞方式和列車運行間隔，從而決定了運輸能力，所以說除移動閉塞外，各套用等級的主要功能幾乎是一樣的。
② 各套用等級是根據設備配置來劃分的，其主要差別在於地對車信息傳輸的方式和線路數據的來源。
基於國情多信息軌道電路（UM系列18信息）比較成熟，達到國產化程度，所以以它為基礎設備之一；歐標應答器通用性強，供貨廠商多，也作為基礎設備之一；軌道電纜和計軸器不準備推廣；數字軌道電路國際上唯有日本用它實現了目標距離控制模式，國內研製尚未成熟，暫不於確定，數字軌道電路的生命力將取決於其國產化程度和進度；無線通信（如GSM-R）歐洲推廣，能實現地-車間連續、雙向的大信息量傳輸，有發展趨勢，用於高等級列控系統。
線 路數據大貯存於車載資料庫靠邏輯推算來提取相應數據的方式，用於較低等級列控系統；點式信息設備傳輸線路數據的方式，增加了線路數據的實時性，用於中等級列控系統，至於採用貯存電子地圖和點式信息設備提供閉塞區段地址碼的方式將在技術發展中比選；無線通信連續、雙向信息傳輸，有大信息量和實時性的優勢，用於高等級列控系統。
為便於對照，用以下簡表歸納
套用等級 | L0 | L1 | L2 | L3 | L4 |
控制模式 | 目標距離 | 目標距離 | 目標距離 | 目標距離 | 目標距離 |
閉塞方式 | 固定閉塞或準移動閉塞 | 準移動閉塞 | 準移動閉塞 | 準移動閉塞 | 移動閉塞或虛擬閉塞 |
制動方式 | 分級式 | 分級式 | 一次連續 | 一次連續 | 一次連續 |
軌道占用檢查 | 軌道電路 | 軌道電路 | 軌道電路 | 軌道電路 | 無線定位，應答器校正 |
地對車信息傳輸 | 多信息軌道電路+點式設備 | 多信息軌道電路+點式設備 | 多信息軌道電路+點式設備；或數字軌道電路 | 無線通信雙向信息傳輸 | 無線通信雙向通信傳輸 |
列車運行間隔 | 按固定閉塞運行，大於L | 設為對照值L | L | L | 小於L |
線路數據來源 | 大貯存於車載資料庫 | 大貯存於車載資料庫 | 應答器提供；或由數字軌道電路提供 | 無線通信提供 | 無線通信提供 |
對應ETCS級 | ETCS1級 | ETCS2級 | ETCS3級 |
技術平台
CTCS 列控系統是為了保證列車安全運行，並以分級形式滿足不同線路運輸需求的列車運行控制系統。CTCS 系統包括地面設備和車載設備，根據系統配置按功能劃分為以下5 級：
1、CTCS—0 級為既有線的現狀，由通用機車信號和運行監控記錄裝置構成。
2、CTCS—1 級由主體機車信號+安全型運行監控記錄裝置組成，面向160 km/h以下的區段，在既有設備基礎上強化改造，達到機車信號主體化要求，增加點式設備，實現列車運行安全監控功能。
3、CTCS—2 級是基於軌道傳輸信息的列車運行控制系統，CTCS—2 級面向提速幹線和高速新線，採用車—地一體化計,CTCS—2 級適用於各種限速區段，地面可不設通過信號機，機車乘務員憑車載信號行車。
4、CTCS—3 級是基於無線傳輸信息並採用軌道電路等方式檢查列車占用的列車運行控制系統；CTCS—3 級面向提速幹線、高速新線或特殊線路，基於無線通信的固定閉塞或虛擬自動閉塞，CTCS—3級適用於各種限速區段，地面可不設通過信號機，機車乘務員憑車載信號行車。
5、CTCS—4 級是基於無線傳輸信息的列車運行控制系統，CTCS—4 級面向高速新線或特殊線路，基於無線通信傳輸平台，可實現虛擬閉塞或移動閉塞，CTCS—4 級由RBC 和車載驗證系統共同完成列車定位和列車完整性檢查，CTCS—4 級地面不設通過信號機，機車乘務員憑車載信號行車。中國新建200 km/h～250 km/h，客運專線採用CTCS—2 級列控系統，300 km/h～350 km/h客運專線的列控系統採用CTCS—3級功能,兼容CTCS—2級功能。
客運專線的CTCS—3列控系統包含了CTCS—2列控系統的全部設備,並在CTCS—2的基礎上增加了鐵路專用全球移動通信系統(GSM—R)系統設備。
新型列車控制系統的核心是通信技術的套用，鐵路通信是專門的通信系統，歷史上是有線通信，後來是有線和無線結合，現在是先進的無線通信是GSM-R。
級間關係
符合CTCS規範的列車超速防護系統應能滿足一套車載設備全程控制的運用要求
系統車載設備向下兼容
系統級間轉換應自動完成
系統地面，車載配置如具備條件，在系統故障的條件下應允許降級使用
系統級間轉換應不影響列車正常運行
系統特點
首先是系統的開放性。ETCS技術規範是得到歐洲聯盟和國際鐵路聯盟承認的標準，所有ETCS的設備供應商都可以按照該標準來生產ETCS設備。
其次是互可操作性與互用性。由於所有ETCS設備均按照統一的技術規範生產，所以不同廠家的設備可以很好地組合甚至互換使用，互聯互通非常方便。
第三是兼容性。ETCS系統中5個套用等級的機車，儘管其車載設備不同，但機車可以在不同等級的線路上互通運營。
工作模式
完全監控模式（FS）：當車載設備具備列控所需的全部基本數據（包括列車數據，行車許可和線路數據等），列控車載設備生成目標距離連續速度控制模式曲線，並通過人機界面（DMI）顯示列車運行速度、允許速度、目標速度和目標距離等信息，監控列車安全運行。
調車模式（SH）：當進行調車作業時，司機按下調車按鈕，列控車載設備按固定限制速度40km/h（頂棚）監控列車前進或折返運行。當工作在CTCS-3級時，需要RBC（無線閉塞中心）給出授權，列控車載設備轉入調車模式（SH)後與RBC下線，退出調車模式（SH)後，再與RBC重新連線。
休眠模式（SL）：該模式用於非本務端列控車載設備。在這種模式下，列控車載設備仍執行列車定位，測速測距，記錄等級轉換機及RBC切換信息等功能。列車立折，非本務端升為本務端後，車載設備可自動進入正常工作狀態。
待機模式（SB）：車載設備上電，執行自檢和外部設備測試正確後自動進入的模式。此時車載設備禁止列車移動。當司機開啟駕駛台後，列控車載設備中的DMI投入正常使用。
部分監控模式（PS）：該模式僅用於CTCS-2級列車運行控制系統。在CTCS-2級中，當車載設備接收到軌道電路允許行車的信息，而缺少應答器提供的線路數據時，列控車載設備產生一定範圍內的固定限制速度，監控列車運行。
機車信號模式（CS）：該模式同樣僅用於CTCS-2級列車運行控制系統。當列車運行到地面設備未裝備CTCS-3/CTCS-2級列控系統的區段時，根據行車管理辦法（含調度命令），經司機操作後，列控車載設備按固定限制速度80km/h監控列車運行，並顯示機車信號。當列車越過禁止信號後觸發緊急制動。
引導模式（CO）：當引導信號機或出站信號機開放且列車前端距離出站信號機較遠（大於250m)發車時，列控車載設備生成目標距離連續速度控制曲線，並通過DMI顯示列車運行速度、允許速度、目標速度和目標距離等。車載設備按照固定限速40km/h監控列車運行，由司機負責檢查軌道占用情況.。
作用
在DMIS 基礎上，調度集中應具備列車運行計畫人工、自動調整、實際運行圖自動描繪，行車日誌自動生成、儲存、列印，調度命令傳送，車次號校核等功能。 在 DMIS 基礎上，調度中心具備向車站、機務段調度、乘務室等部門發布調度命令以及經調度命令無線傳送系統向司機下達調度命令（含許可證、調車作業通知單等）的功能。 系統依據列車運行調整計畫，《技規》、《行規》、《站細》等規定，以及相關聯鎖技術條件對列車、調車作業進行分散自律安全控制（漢分散自律控制模式下的中心、車站人工直接操作）。
對違反分散自律安全條件的人工操作，系統應能進行安全提示。 系統對於影響正常運用的故障，如信號故障關閉（或滅燈及燈絲斷絲）時應具有報警、提示、記錄等功能。 與調度命令無線傳送系統配合具有解車進路信息自動預告功能。 進行調車作業時不需要控制權轉換。 不影響既有的平面調車區集中聯鎖功能。 具有部分非正常條件下接發列車功能以及降級處理措施。 具有本站及相鄰各兩個車站的列車運行調整計畫顯示功能。 具有本站及相鄰各兩個車站的站間透明功能。 具有人工辦理排進路功能，為進路指令的執行做好準備。 具有自我診斷、運行日誌保存、查詢和列印等功能，並逐步實現系統維護智慧型化。 對所有的人工操作具有完整的記錄、查詢、回放和列印功能。實時監控電源狀態，停電時應自動保存列車、調車作業等重要信息。
在保證網路安全的條件下可與其他相關係統聯網，實現數據資源共享。 列車作業 調度集中控制範圍內的列車作業，以列車運行調整計畫自動控制為基本方式，以調度中心人工控制為輔助方式。 列車計畫管理 日班計畫 調度集中應具有接收日班計畫或者單獨制定日班計畫的功能。系統可按要求時間將日班計畫以運行圖或車次時刻表的方式提供給調度員，同時以調度命令的方式下達到有關站段。 調度集中應具有以日班計畫為依據，人工和自動調整列車運行計畫以及中間站甩掛調車作業計畫的功能，經批准後實施下達到車站自律機執行。
調整列車運行計畫應遵循單一指揮，按圖行車，確保重點等原則，正確合理地使用車站正線、到發線，組織和完成列車在車站的到開、會讓、越行、通過等性車作業。 調整列車運行計畫應根據運行圖，通過壓縮停站時間、調整列車區間運行時分、變更越行站和會讓站等方法完成。 對於有特殊要求的列車由調度員依照相關管理規定特別設定（超限列車、專列等特殊列車應有明顯的標記），並產生相應的列車運行調整計畫。 調度員可隨時查詢、調整列車運行調整計畫的內容（含計畫使用股道信息）；車站值班員可隨時查詢計畫和進路內容。 系統在列車調整計畫下達前必須通過合法性、時效性、完整性和無衝突性的檢查。
