列车控制系统的基本功能是在不干扰机车乘务员正常驾驶的前提下有效地保证列车运行安全

中国列车运行控制系统(CTCS)这个概念诞生于2002年

2002年12月，在中国召开的UIC国际大会上，铁道部宣布了发展中国列车运行控制系统(简称CTCS)的规划

系统包括地面设备和车载设备，根据系统配置按功能划分为5级

首先，我们看一下《CTCS技术规范总则》里对各级别系统怎么描述的

1. CTCS-0级为既有线的现状，由通用机车信号和运行监控记录装置构成

2. CTCS-1级由主体机车信号+安全型运行监控记录装置组成。面向160km/h以下的区段，在既有设备基础上强化改造，达到机车信号主体化要求，增加点式设备，实现列车运行安全监控功能

3. CTCS-2级是基于轨道传输信息的列车运行控制系统，面向提速干线和高速新线，采用车-地一体化设计，地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车

4. CTCS-3级是基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统，面向提速干线、高速新线或特殊线路，基于无线通信的固定闭塞或虚拟自动闭塞，地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车

5. CTCS-4级是基于无线传输信息的列车运行控制系统，面向高速新线或特殊线路，基于无线通信传输平台，可实现虚拟闭塞或移动闭塞，由RBC和车载验证系统共同完成列车定位和列车完整性检查，地面不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车

CTCS规范中各应用等级均采取目标距离式，各应用等级是根据设备配置来划分的，其主要差别在于地对车信息传输的方式和线路数据的来源

CTCS-0

自动闭塞是利用通过信号机把区间划分为若干个装设自动闭塞设备的闭塞分区，通过自动闭塞设备将列车和通过信号机的显示联系起来，信号机根据列车及有关闭塞分区状态自动变换信号显示的一种闭塞方式。在我国，自动闭塞设备还需为机车信号和超速防护系统提供准确、实时、连续的行车信息

2002年大多数线路和机车的情况就是总则中所述的CTCS-0级，车载设备采用JT-A/B通用机车信号+LKJ运行监控记录装置。地面设备为各制式自动闭塞设备(包括各制式交流计数、极频、移频自动闭塞设备)，由通用式机车信号负责接收轨道电路信息

①自动闭塞区段应装设连续式机车信号
②半自动闭塞和自动站间闭塞区段可装设接近连续式机车信号
③JT-A/B通用机车信号适用于有轨道电路信息的区段，例如自动闭塞区段、部分半自动闭塞接近区段和部分自动站间闭塞接近区段

在我国，由于既有机车信号是通过轨道电路传输信息，因此机车信号能否作为主体信号取决于地面轨道电路信号条件和车载机车信号设备是否满足主体化条件

要将机车信号作为主体信号，要解决以下三个方面

1. 自动闭塞设备

2. 电码化技术

3. 机车信号

一、自动闭塞设备

当时我国有自动闭塞线路2万余公里，其中包含交流计数、极频、移频等多种自动闭塞设备。交流计数和极频可靠性较差、信息量太少且抗干扰能力不强。而移频轨道电路又存在多种制式，他们之间难以兼容，执行电路缺乏统一设计，低频码也不统一。由于制式复杂难以构成主体化机车信号，制约了中国铁路的发展。因此发展统一的自动闭塞制式是当时主要的发展方向

1998年相关单位开始研制ZPW-2000无绝缘移频轨道电路，并于2002年通过原铁道部技术审查。ZPW-2000无绝缘移频轨道电路在保留了UM71轨道电路的全部优势的情况下，通过自主技术创新解决了UM71的全部缺点，所以其成为了中国铁路自动闭塞的统一制式

二、电码化技术

与移频轨道电路一同发展的还有电码化技术

一般铁路车站采用的轨道电路只有占用检查功能，无法发送机车信号信息

电码化技术，也就是由轨道电路转发或叠加机车信号信息技术，能够实现列车在站内运行时能够连续的接受前方区段的信号显示

根据铁路运输需要，为满足机车在站内能够接收到连续机车信号的要求，站内轨道必须实施电码化

早期电码化采用切换方式，也就是占用发码方式，当列车驶入轨道电路区段，发码设备向轨道发码，但由于轨道继电器落下和发码继电器吸起等需要时间从而导致发码延迟和机车信号中断，且在列车通过绝缘节时也会出现信息中断

后来采用了占用叠加方式，也就是同时动作轨道电路和发码设备，但通过轨道绝缘节时仍会出现信号中断

铁路提速后，站内电码化区段机车信号掉码问题更加严重，为保证运输安全，相关单位开始研究站内电码预发码技术，并于2002年通过原铁道部技术审查，在铁路车站大规模使用。预叠加发码是指当某轨道电路被占用后，列车进路中下一轨道电路由叠加方式预先接通机车信号发码设备，并发出信息，保证列车通过绝缘节时机车信号设备收到的信息也是连续的。预叠加方式较好地解决了发送信号的电气连续性问题

为实现机车信号主体化，在预叠加电码化的基础上实施了闭环电码化，对电码化发码电路实现闭环检查，实时监测信息是否正确发送至轨道，保证列车运行安全

三、机车信号

在JT-A/B通用式机车信号的基础上，相关公司研制了JT-C主体化机车信号

2003年JT-C主体化机车信号通过原铁道部技术审查，并从第五次大提速开始装备于铁路机车上。JT-C主体化机车信号通过接受轨道电路信息向监控设备输出灯位信息、速度等级等信息

当地面设备(自动闭塞设备)能保证连续可靠地向列车提供机车信号信息时，JT-C机车信号可作为行车凭证

根据《铁路技术管理规程》，装有连续式机车信号的列车，遇通过信号机灯光熄灭，而机车信号显示允许运行的信号时，应按机车信号的显示运行

因此CTCS-0的最终形态为：JT-C主体化机车信号+LKJ-2000运行监控记录装置+ZPW-2000移频自动闭塞设备(含站内电码化设备)

JT-C主体化机车信号适用于有轨道电路信息的区段，例如自动闭塞区段、部分半自动闭塞接近区段和部分自动站间闭塞接近区段

以上在2004年已经实现

总结一下CTCS-0

地面/中心设备有

1. CTC/TDCS调度集中

2. 联锁(进出路继电联锁(6502)或CBI计算机联锁)

3. 当前新建线路车站采用25Hz相敏轨道电路预叠加ZPW-2000电码化，自动闭塞区间采用ZPW-2000轨道电路，半自动闭塞接近区段和自动站间闭塞接近区段可采用ZPW-2000轨道电路或25Hz相敏轨道电路预叠加ZPW-2000电码化，均为继电电路编码

4. 地面信号机

5. 自动站间闭塞站间为一个闭塞分区并设置计轴器(或轨道电路)

主要车载设备及功能

1. LKJ-2000运行监控记录装置

2. JT-C主体化机车信号

3. TCR天线读取轨道电路信息

4. 速度传感器进行测距定位

进一步的

• 自动闭塞区段、半自动闭塞接近区段和自动站间闭塞接近区段由轨道电路实现占用检查，自动站间闭塞站间由计轴器或轨道电路实现占用检查

• 轨道电路提供行车许可，当地面设备(自动闭塞设备)能保证连续可靠地向列车提供机车信号信息时，JT-C机车信号可作为行车凭证

• 线路数据储存在LKJ中

• 临时限速储存在IC卡中

• 通过速度传感器进行定位，并通过识别轨道电路绝缘节进行定位校正

• 道岔转撤机及站内信号机由联锁设备控制，联锁设备还负责采集站内及接近区段轨道继电器状态

再来看CTCS-1

根据总则描述，CTCS-1级由主体机车信号+安全型运行监控记录装置组成，满足主体化机车信号要求，并增加点式设备用于定位

其实CTCS-0的最终形态已经满足主体化机车信号的要求了

因此参考规范对CTCS-1的描述，CTCS-1与CTCS-0最终形态的最大区别为，CTCS-1需要在车站附近设置点式设备，主要用于向车载设备传输定位信息

不过CTCS-1目前仍处于试验研究状态。且在实际试验研究过程中，CTCS-1的形态与总则中所述不完全相同

2003年至2006年，为提升既有信号系统安全性。在兰青线、秦沈客专和渝怀线分别进行了LKJ-2000结合点式应答器的试验，以2006年渝怀线(半自动闭塞)的试验为例，实施方案如下：

1. 在一接近区段前100m设置机车信号接通标志牌

2. 接近区段采用ZPW-2000移频轨道电路，站内采用25Hz相敏轨道电路预叠加ZPW-2000移频电码化设备

3. 在一接近区段入口处设置无源应答器，提供定位信息

4. 在进站信号机前20m设置有源应答器，提供进路信息

不过由于成本原因，该方案并未大规模应用

CTCS总则制定时，CTCS-0级和CTCS-1级是采取大贮存的方式把线路数据全部贮存在车载设备中，靠逻辑推断地址调取所需的线路数据，结合列车性能计算给出目标距离式制动曲线

其中线路数据(含进路数据)是在定期维护时通过USB导入LKJ，临时限速依靠出勤时乘务员携带的IC卡写入LKJ

不过这种模式有很多问题。如果线路数据和临时限速数据写入错误，将会影响行车安全。如果遇到突发性临时限速只能通过人工语音告知司机，并由司机人工控车，存在较大安全隐患。且LKJ需要人工输入支线号和股道号，人工操作流程较多，无法满足SIL4级安全要求

2015年10月9日，广铁集团K457次因株州站施工漏换LKJ车载基础数据的事故，引起总公司安监司高度重视，要求各局施工LKJ车载基础数据换装方案报安监部门备案。各铁路局也将LKJ车载基础数据错换与漏换列为安全“红线”范围管理

2016年开始在北京局京沪线进行LKJ数据地面化试验

该方案为在线路车站附近设置应答器，将LKJ线路数据改为应答器提供，解决了部分安全隐患，不过该方案并没有推广

后来涌现出了一系列CTCS-1方案，主要目标为：取消IC卡，车载设备为主控车

CTCS-1最早有源应答器和无线通信两种方案

铁总认为列控中心或LEU的造价较高，而我国的普速铁路线路超过了20万公里，站场多达2万个，如果都设置列控中心或LEU则所需费用非常庞大，因此放弃了有源应答器方案

CTCS-1无线通信方案结构如下：

新增地面&车站&中心设备包括：

• 区域数据中心(简称RDC)

• GSM-R

• 无源应答器

具体方案为：

1. 采用ATP控车

2. 轨道电路提供行车许可

3. RDC提供线路基础数据，进路信息和临时限速信息(GPRS传输)

4. 无源应答器用于定位

但铁总认为如果既有线列控改造采用CTCS-1级列控系统需要全线覆盖GSM-R网络，而既有普速铁路存在许多没有GSM-R网络覆盖的车站，全面覆盖GSM-R网络投入成本高，对既有线路改造大，实现难度大。因此CTCS-1无线通信方案仅作为技术储备

根据铁总、铁科院、通号集团、思维自动化等信号设备公司发布的专利来看，相关信号公司研制了基于无线广播的CTCS-1

CTCS-1无线广播方案结构如下：

新增地面&车站&中心设备包括：

• 车站数据服务器(简称SDS)

• 400MHz无线广播(覆盖站内及接近区段)

• TSRS临时限速服务器

• 无源应答器

系统简述：

1. 采用ATP控车

2. 轨道电路提供行车许可

3. SDS提供线路基础数据，进路信息和临时限速信息(400MHz广播传输)

4. 无源应答器用于定位及提供应答器编号

5. ①SDS根据接收到的区间方向信息、进路信息和限速信息，结合本地存储的静态线路数据，编制无线应答器报文消息；②通过无线通信设备以无线广播的方式将已加密的应答器报文消息发送给车载设备；③车载设备经过地面布置的无源应答器，根据应答器编号匹配到从无线接收的应答器报文， 使用此信息控制列车安全运行

CTCS-2

1999年，根据秦沈客运专线信号系统设计需要，铁科院通号所和北京交通大学分别研制了适用于高速铁路的点连式列控系统

其中铁科院通号所研制了LSK-2000列车运行控制系统，其利用ZP·W1-18型无绝缘移频轨道电路发送连续信息，应答器发送点式信息。通过轨道电路传输闭塞分区空闲数量(行车许可)，应答器传输线路数据、列车定位和临时限速等信息，实现连续制动曲线控制

北京交通大学研制了LCF-200列车运行控制系统。其同样利用ZP·W1-18型无绝缘移频轨道电路发送连续信息，但其点式设备采用了在既有移频轨道电路上叠加点式数字信息的方式。通过轨道电路传输闭塞分区空闲数量(行车许可)，叠加点式数字信息系统传输线路数据、临时限速等信息，实现连续制动曲线控制

2000年两种方案分别方案在环铁进行了通信信号综合试验。当然秦沈客专最终采用了TVM430列控系统。但是这两个点连式列控系统，或许就是CTCS-2的雏形

采用阶梯式控制时，只需要传输前方运行制动距离内闭塞分区空闲个数即可(或目标速度)。如果采用目标距离式连续制动曲线控制，除了需要传输闭塞分区空闲个数外，还需传输目标距离及全制动距离内的所有线路参数。因此需要传输的信息量非常大，无论是模拟轨道电路还是数字轨道电路都无法传输这么多的信息

ETCS-1采用应答器传输全部列控数据，由于应答器仅设置在闭塞分区入口，因此有信息不连续的缺点。而TVM430的全部列控数据通过UM71C数字轨道电路传输，但由于轨道电路传输数据量有限，导致只能传输就近一个闭塞分区的距离和线路参数，因此有制动曲线不连续的缺点

前面已经提到CTCS系统各等级均采取目标距离式，其中CTCS-0是把线路数据存储在车载设备及IC卡中，但其有很多安全隐患。那CTCS-2是怎么解决的呢？

根据总则描述，CTCS-2级是基于轨道传输信息的列车运行控制系统，面向提速干线和高速新线，地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车

具体的说，CTCS-2是车载设备通过接收轨道电路信息和点式设备信息控制列车运行

点式设备包括数字环线、模拟环线和应答器

与欧洲的ETCS-1和TVM430不同。CTCS-2充分利用了自主创新的ZPW-2000移频轨道电路中18个低频信息码，让轨道电路传输闭塞分区空闲个数，把线路数据这种固定的数据通过应答器进行传输，构成了点连式的列控系统。以ETCS-1的成本实现了近乎ETCS-2的性能

CTCS-2首次亮相于第六次大提速，应用于既有线200-250kph提速区段。既有线提速区段使用的CTCS-2与后来的客运专线CTCS-2不完全相同，这里可以称之为既有线CTCS-2列控系统

既有线提速区段改造前使用的CTCS-0四显示自动闭塞，为满足200kph运营进行了如下改造

1. 轨道电路码序在原四显示自动闭塞基础上增加L3、L2码，其中提速250区段还增加了L4、L5码，维持继电电路编码

2. 车站设置车站列控中心，主要用于实现对有源应答器报文的存储与控制

3. 在进站信号机处分别设置1个有源应答器和1个无源应答器的应答器组

4. 在出站信号机处分别设置1个有源应答器和1个无源应答器的应答器组

5. 区间间隔3-5km设置一组无源应答器

①轨道电路码序按TB-3060执行
②受限于既有线列控中心临时限速管辖范围，在车站发车进路、离去区段有临时限速时，列控中心需要向车站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，由联锁系统完成控制及驱动

2008年，一大批250客运专线建成，其采用了客运专线CTCS-2列控系统

与既有线CTCS-2列控系统主要有以下区别

1. 增设了临时限速服务器(2010年新增设备)

2. 增设了信号安全数据网

3. 列控中心临时限速管辖范围扩大并增加了区间信号机点灯和轨道电路编码及发码方向控制等功能

4. 每个闭塞分区设置一组无源应答器

5. 站内到发线股道出站信号机外方增设由一个有源应答器与一个无源应答器组成的应答器组

6. ZPW-2000轨道电路发送器采用1+1冗余方式

总结一下客运专线CTCS-2

地面/中心设备有

1. CTC调度集中

2. CBI计算机联锁

3. TCC列控中心

4. TSRS临时限速服务器(2010年新增设备)

5. GSM-R无线通信(单网无冗余，仅传输ATO信息)

6. 有源应答器

7. 无源应答器

8. 客货混跑C2线路车站一般采用25Hz相敏轨道电路预叠加ZPW-2000电码化，区间采用ZPW-2000轨道电路。客运专线C2线路一般采用站间一体化ZPW-2000轨道电路，大型车站可采用25Hz相敏轨道电路预叠加ZPW-2000电码化。均为TCC电子编码

9. 纯动车组线路可不设置地面通过信号机，进出站信号机常灭

主要车载设备及功能

1. 控车设备为CTCS-2级ATP(2乘2取2架构的车载安全计算机，支持CTCS-2级模式控车)

2. TCR天线接收轨道电路信息并由轨道电路读取单元进行读取

3. BTM天线接收应答器信息并由应答器读取单元进行读取

4. 速度传感器用于辅助定位

5. 可选装ATO单元，并配备独立无线通信单元及GPRS电台用于接收ATO信息

进一步的

• 轨道电路实现占用检查

• 行车许可通过移频轨道电路发送，司机以车载信号为主

• 临时限速通过有源应答器发送给列车设备

• 线路数据储存在无源应答器中，列车经过时读取。进路数据通过有源应答器发送给列车设备

• 速度传感器进行测距定位，无源应答器修正误差

• 设置区间通过信号机的线路兼容仅装配CTCS-0级车载设备(LKJ)的列车

• 可支持GoA2级自动驾驶，ATO信息通过GSM-R分组域发送，ATO功能由TSRS完成(包括站台门门控信息管理，站台门命令/状态转发，运行计划处理和转发，站间数据存储、调用、发送)，TCC负责站台门控制与安全防护

• 道岔转撤机及站内信号机由联锁设备控制，轨道电路、应答器及区间通过信号机由列控中心控制

备注：
①CTCS车载设备根据应答器链接信息修正测距误差，并对列车的位置信息进行校正，因此部分C2和所有C3级车载设备逻辑上定义了相邻应答器组之间的距离限值，当动车组按CTCS-2/3运行超过5000m没有收到应答器信息时，则会触发ATP由完全监控模式转为部分监控模式运行
②高速铁路CTCS-2+ATO与现有城际铁路CTCS-2+ATO不同

题外话

目前我国高速铁路站内信号设备和区间设备分别由联锁系统和列控中心控制。而在国外主流信号系统中，通常由联锁系统完成对站内以及区间设备的控制。因此，列控中心为我国铁路特有的设备

独立设置列控中心的原因是因为在2007年第六次大提速时，既有线既存在计算机联锁系统，又有6502电气集中联锁系统，采用叠加列控中心的系统设计，由列控中心实现临时限速处理及有源应答器报文控制，可以尽量减少对既有联锁系统的影响，保障联锁系统的安全性，在当时是一种最优的选择

随着客运专线的开通，列控中心的功能不断扩展并发展完善，实现了对有源应答器报文发送和接收、闭塞分区运行方向控制、轨道电路设备发码控制、异物侵限信息采集、区间信号机点灯控制、区间轨道电路状态采集等功能

当前相关公司已经完成了列控联锁一体化设备的研制并应用于CTCS-N列控系统

CTCS-3

1995年原铁道部高速办成立，相关单位统一了对京沪高速铁路列控系统的意见：采用基于数字编码轨道电路传输、一次制动模式的列控系统，首次提出中国铁路列车运行控制系统CTCS的概念

1999年欧盟组织编制的系统性的规范与标准ERTMS/ETCS发布，规范与标准详细规定了系统与子系统的功能与技术要求

2003年7月京沪高速预审前，出于对数字编码轨道电路垄断性的担忧，列控主方案转向CTCS-3级(相当于ETCS-2级)方案。铁道部决定采用基于GSM-R的无线列控系统，否定了基于数字轨道电路列控系统的技术路线。又考虑到当时基于无线的高速列控系统还没有开通应用的先例，于是提出了CTCS-2作为兼用和备用的设计方案

2004年客专设计的全面启动，设计方案延续京沪高速的思路按CTCS-2+ETCS-2考虑

根据总则描述，CTCS-3级是基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统，面向提速干线、高速新线或特殊线路，基于无线通信的固定闭塞或虚拟自动闭塞，地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车

具体的说，CTCS-3是车载设备通过无线通信传输的行车许可及线路数据控制列车运行。并由轨道电路完成占用检查。通过测速传感器与无源应答器进行自主定位，并将位置信息发送给RBC(这个位置为列车前端安全位置，包括估计前端和置信区间)

与CTCS-2列控系统最大的区别在于，通过GSM-R实现了车地大容量双向实时通信，可以传输更多信息，因此能提供最远32公里的列控信息

CTCS-3相当于欧洲的ETCS-2列控系统，且兼容了CTCS-2列控系统。首次运用于2009年开通的武广高铁

与ETCS-2不同，CTCS-3/2采用轨旁设备集中控制，而ETCS-2一般在轨旁控制对象的区域集中设置轨旁控制箱，分散安装于轨旁，采用全电子接口替代继电接口，降低了成本。且ETCS-2一般采用计轴器进行占用检查，列控联锁一体化设计，进一步降低了成本。而因为CTCS-3要把CTCS-2作为后备，而CTCS-2又由轨道电路发送行车许可，因此只能采用轨道电路进行占用检查。以上种种原因都不利于CTCS-3系统在海外推广，因此为适应海外市场，海外版CTCS-3与ETCS-2看齐，取消CTCS-2后备，采用计轴器进行占用检查，采用全电子列控联锁设备，设置轨旁控制器分散控制轨旁设备

总结一下CTCS-3

地面/中心设备有

1. CTC调度集中

2. TSRS临时限速服务器

3. RBC无线闭塞中心

4. CBI计算机联锁

5. TCC列控中心

6. GSM-R无线通信(单网冗余)

7. 采用站间一体化ZPW-2000轨道电路，均为TCC电子编码

8. 不设置地面通过信号机，进出站信号机常灭

9. 有源应答器

10. 无源应答器

主要车载设备及功能

1. 控车设备为CTCS-3级ATP(2乘2取2架构的车载安全计算机，支持CTCS-2/3级模式控车)

2. TCR天线接收轨道电路信息并由轨道电路读取单元进行读取

3. BTM天线接收应答器信息并由应答器读取单元进行读取

4. 速度传感器用于辅助定位

5. GSM-R电台用于接收列控信息

6. 可选装ATO单元，并配备独立无线通信单元及GPRS电台用于接收ATO信息

进一步的

• 轨道电路实现占用检查(列车每隔6s会向RBC发送一次的列车估计前端位置和置信区间)

• 行车许可由RBC下发

• 临时限速由RBC下发

• 线路数据由RBC下发

• 速度传感器进行测距定位，无源应答器修正误差

• 列控信息基于GSM-R电路域发送

• CTCS-2后备

• 兼容装配CTCS-2级车载设备的列车

• 可支持GoA2级自动驾驶，ATO信息通过GSM-R分组域发送，ATO功能由TSRS完成(包括站台门门控信息管理，站台门命令/状态转发，运行计划处理和转发，站间数据存储、调用、发送)，TCC负责站台门控制与安全防护

• 道岔转撤机及站内信号机由联锁设备控制，轨道电路、应答器及区间通过信号机由列控中心控制

①CTCS3-400系列车载设备在接收无线通信发送的行车许可的同时会参考C2轨道电路行车许可(低频信息码)

CTCS-4

根据总则描述，CTCS-4级是基于无线传输信息的列车运行控制系统，面向高速新线或特殊线路，基于无线通信传输平台，可实现虚拟闭塞或移动闭塞，由RBC和车载验证系统共同完成列车定位和列车完整性检查，地面不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车

具体的说，CTCS-4级是车载设备通过无线通信传输的行车许可及线路数据控制列车运行，且列车通过GNSS或其他设备自主完成定位，RBC通过列车发送的位置进行占用检查，车载设备完成完整性检查

而在实际理论研究中，CTCS-4级采用了以GNSS为主提供列车定位

近期国铁研究的符合CTCS-4级技术体系的西部高原山区高速铁路列控系统CTCS-T才用了应答器定位的方式，不依赖轨道电路(轨旁设备精简化)和GNSS(长大隧道较多的线路无法进行卫星定位)

CTCS-4级列控系统作为下一代列控系统，其有非常多的技术创新

1. 移动闭塞

2. 地面设备集成化(列控中心和联锁一体化设计)

3. 轨旁设备精简化(取消轨道电路并减少应答器数量)

4. 高可靠无线通信

5. 基于GNSS的列车定位

因此线路不设置轨道电路，仅设置少量无源应答器。减少了轨旁设备，降低了运维成本

但这样的话互联互通有问题，仅装备C2车载设备的动车组及无TIMS的C3动车组上不去

CTCS-2通过轨道电路发送行车许可和占用检查，CTCS-4完整性检查依靠车载设备

由于全部依赖无线通信，如果无线通信中断，RBC就无法得知列车位置，也无法发送行车许可。而且这种方案也没有后备，列车在区间发生失去通信、位置、完整性故障时会严重影响运输效率

后来铁科院提出了两种方案

1. 在CTCS-3模式下实现移动闭塞

2. 融合轨道电路的CTCS-4

一、在CTCS-3模式下实现移动闭塞

动车组增加TIMS

步骤1：RBC参照CTCS-3级列控系统既有逻辑，根据闭塞分区的占用状态计算行车许可，行车许可的终点为前方占用闭塞分区的入口处

步骤2：RBC判断前方占用闭塞分区是否均是正常通信列车(位置报告有效且列车完整性确认)， 如果是，则将行车许可终点延伸至对应前方列车的安全车尾处。

备注：
CTCS-3模式下，车载设备(仅C3列车)每隔6s向RBC发送一次列车位置信息，这个位置为列车前端安全位置(包括估计前端和置信区间)，但列车后端位置未知(无后端安全位置)，所以列车完整性未知。因此只需要在C3动车组上增加TIMS，即可在不依靠轨道电路的情况下完成完整性及占用检查

二、融合轨道电路的CTCS-4

为了使无线中断、末装备TIMS或CTCS-4级车载设备的非正常通信列车在线路上运行，将不依赖于无线通信的CTCS-2级作为后备降级功能，使非正常通信列车能够以CTCS-2级完全模式运行，以保证线路基本的运输效率

不过这两个方案都有问题

• 在CTCS-3系统下实现移动闭塞仅支持CTCS-3列车以移动闭塞，因为RBC只知道CTCS-3列车的位置和完整性信息，由于CTCS-2列车本身不依靠无线通信传输相关信息，因此CTCS-2列车就算安装了TIMS设备，也无法让RBC知道其具体位置和完整性情况，因此CTCS-2列车只能按照既有CTCS-2模式运行

• 而CTCS-4线路保留轨道电路违背了轨旁设备精简化的目标

总的来说如果要在既有线路和车辆上实现CTCS-4，需要对线路和车载设备进行大量改造，且为了满足C2列车和通信故障等情况下正常运行，既有CTCS-2轨旁设备可能不会被拆除，加上新增的北斗定位设备，可能会增加维护量

且相关论文表示，运行速度越高，准移动闭塞(CTCS-3)与移动闭塞(CTCS-4)的区间追踪间隔时间差距就越小

因此CTCS-4暂时不会在高速铁路上运用

不过对于部分特殊铁路来说，需要精简化和集成化的CTCS-4列控系统以减少维护成本

当前已研制出适用于低密度铁路且符合CTCS-4级技术体系的CTCS-N列控系统。现在在格库铁路新疆段进行试验，当前已经开始在和若铁路上运用，未来运用于青藏铁路替代既有ITCS列控系统

就算通信故障，由于行车密度低，对列车运行影响不大

总结一下CTCS-N列控系统

地面/中心设备有

1. CTC调度集中

2. TSRS临时限速服务器

3. RBC无线闭塞中心

4. TIS列控联锁一体化设备&OC目标控制器

5. LTE-R或GSM-R无线通信(应急条件下可采用卫星通信)

6. 区间无轨道电路，车站可设置计轴器或轨道电路进行占用检查

7. 不设置地面通过信号机，进出站信号机常灭

8. 无源应答器(或虚拟应答器)

9. 卫星差分站

主要车载设备及功能

1. 控车设备为CTCS-4级ATP(2乘2取2架构的车载安全计算机，支持CTCS-2/3/4级模式控车)(备注①)

2. 列车完整性检查设备为TIMS(固定编组列车)或HOT+EOT(非固定编组列车)，列尾无线通信电台(备注②)

3. TCR天线接收轨道电路信息并由轨道电路读取单元进行读取

4. BTM天线接收应答器信息并由应答器读取单元进行读取

5. 速度传感器用于辅助定位

6. GNSS单元负责进行卫星定位和向车载ATP触发虚拟应答器报文

7. ATP无线通信电台用于接收列控信息

8. ATO无线通信电台用于接收列尾信息

9. 可选装ATO单元，ATO信息通过ATO无线通信电台接收

进一步的

• 区间和无占用检查设备车站由RBC通过列车发送的位置信息实现占用检查，有占用检查设备车站由占用检查设备实现占用检查

• 行车许可由RBC下发，也可通过车载移动授权计算单元计算(备注③)

• 临时限速由TSRS下发

• 线路电子地图(包括轨道电子地图数据和站场数据)由TSRS下发校核更新。列车发车前从TSRS下载(无线路电子地图时)或校核线路电子地图数据版本

• GNSS进行定位，卫星差分站用于提高定位精度。长隧道采用无源应答器定位，速度传感器、惯性导航辅助定位

• 站间自动闭塞后备

• 支持虚拟自动闭塞和移动闭塞

• 可支持GoA3级自动驾驶，ATO信息通过无线通信发送，ATO功能由TSRS完成(运行计划处理和转发，站间数据存储、调用、发送)

• 道岔转撤机、站内信号机及站内占用检查设备由目标控制器进行控制。线路所、3股道以下等小站可只配置目标控制器，由邻近大站的列控联锁一体化设备通过专用数据通信网控制

备注：
①仅允许装备CTCS-4级ATP的列车在CTCS-N线路上运行，无C2/3线路运行需求的机车，可以不装备支持电路域通信的车载无线电台
②非固定编组列车完整性检查设备依靠GNSS定位信息(包括位置、速度、加速度的变化)和风压，HOT与EOT之间依靠无线通信通信
③相同运行方向的相邻列车之间可通过各自车载设备中的通信单元建立通信连接，直接获取前车的位罝、速度等信息。由各自车载设备中的移动授权计算单元实时计算移动授权。在车站接发车环节，通过车车通信、车地车通信，实现列车的精确定位，进而在进路办理环节压缩相关时间参数，提高接发车效率和车站延后利用率
④CTCS-N满足最高运行时速200kph

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