论欧盟强制性高速公路等国铁路互联互通解决方案

论欧盟强制性高速公路等国铁路互联互通解决方案

欧洲列车管理系统（iiis）是欧盟为确保欧洲网络在欧洲的正常运行而制定的一项强制性标准。ETCS的主要目标是：互通互用，安全高效，降低成本，扩展市场由于欧洲国家众多，导致列车运行控制系统种类繁多，各国信号系统制式复杂、互不兼容，严重影响了欧洲铁路系统的运行效率。1982年，欧洲运输部长会议作出决定，就欧洲大陆铁路互联互通中的技术问题寻找解决方案。2001年欧盟通过立法形式确定ETCS成为强制性技术规范。ETCS系统技术体系已建立将近30年，随着系统的不断推广，仍有不少问题亟待解决，本文以此为出发点，探讨ETCS系统不同等级和不同版本之间如何解决列车互通互用和安全高效运行等问题。1等级描述考虑到长期发展的需要，欧盟制定了5个应用等级，分别是ETCS-0、ETCS-STM、ETCS-1、ETCS-2、ETCS-3。1.1etcs参数设置在ETCS-0级，装备了ETCS车载设备的列车可以在未装备ETCS地面设备和未装备本国信号系统的线路上运行。司机依赖于地面信号机及其他信号设备来操控列车。1.2etcs车载设备的响应面ETCS-STM级是为了适配欧洲各国复杂的本国地面信号而设定的。从原理上看，专用传输模块（SpecificTransmissionModule,STM）接口负责将从本国地面设备发送的信号转换成ETCS标准的报文传送给ETCS车载设备来处理。针对不同的国家，不需要大规模更换地面信号设备，只需对STM接口设备进行适配开发，搭配通用的ETCS车载设备，极大的降低了ETCS列车跨国运营的成本。1.3固定追踪单元等级ETCS-1级是典型的驾驶室信号系统，通过来自地面设备的信号，实时计算列车移动授权、最大运行速度、制动曲线等核心数据。该等级的特点在于：1）采用固定追踪间隔形式；2）由轨道电路或计轴检查列车占用情况和列车完整性；3）通过应答器传输数据或发送命令给列车；4）可安装Euroloop或无线注入单元。该系统主要依赖于应答器或Euroloop的点式数据传输方式，同时通过布置应答器的方式覆盖各国现有的信号系统，因此更高程度上提高了ETCS列车跨国运行的互联互通性。1.4列车运行监控在ETCS-2级中，列车在装备了无线闭塞中心（RadioBlockCenter,RBC）的线路上运行。车地之间双向通过GSM-R进行通信，列车定时自动向RBC发送位置报告信息，而RBC则实时监控列车的运行，移动授权、线路数据、限速等信息可实时传送至列车上。列车依靠应答器和感应器进行列车定位和完整性检查，通过RBC的计算来保证前后各列车的高密度运行。由于在ETCS-2级中，列车与RBC建立实时的通信连接，所有信息的收集和处理都是实时进行的，因此该系统与ETCS-1级相比，采用基于移动通信的连续数据传输方式。1.5追踪间隔约束在ETCS-3级中，靠车载设备来检查列车完整性，不再需要轨道电路和信号机等设备，可以将线路上的设备减少到最低程度，仅依赖少量点式设备和RBC来保证列车的追踪间隔。相对于ETCS-2级，ETCS-3级抛弃了固定间隔，提高了定位信息的实时性和准确性，实现了移动闭塞这一特征，能够更高效更科学的控制列车时间间隔。由于ETCS-2的广泛应用和改进升级还在持续进行中，因此ETCS-3目前仍属于开发阶段，尚未实际应用。2u2009等级转换基于各国发展程度和实际需求的差异，ETCS-0、ETCS-STM、ETCS-1、ETCS-2这4个等级的铁路运营线路长期共存且复杂交错。为满足列车在不同等级线路上运营的互联互通需求，对于具有多种等级控车功能的列车，需具备在不停车情况下的自动等级转换功能为满足不同等级线路之间的互联互通，通常在不同等级线路的边界处都会设置等级转换点。在等级转换点的设置中需遵循以下规则。1）车载获得前一等级的移动授权且延伸过等级转换点。2）车载从ETCS-0、ETCS-STM、ETCS-1进入ETCS-2、ETCS-3，需提前建立车地通信。3）车载需要提前获得等级转换点的信息（离转换点的距离、按优先级排序的一个或多个转换点、转换等级的确认区长度），如图1所示。4）车载在通过等级转换点前就要获得下一等级的移动授权和相关数据。5）列车进入新等级区域时，车速不能超过下一等级的允许速度。等级转换作为ETCS系统的关键技术，其成功实施依赖于：1）列车性能；2）地面设备的设置布局；3）地面设备发送移动授权和相关数据的时机；综合考虑以上因素，合理设计等级转换方案，ETCS各等级之间可以实现不同等级线路上不停车运营，实现不同等级线路的互联互通需求。3受的铁路运营标准ETCS-2是目前在欧洲甚至全球被广泛接受的高速铁路运营标准。基于此，相对于其他等级，ETCS-2存在多次版本升级，存在B2、B3MR1、B3R2等多个基线版本。3.1u2009dpsa新技术2012年，欧盟正式官方确认ETCS基线3的合法性，并于2015年发布一个规范集——基线3(B3MR1）。相对于基线2(B2），涉及437个变更项。其主要变更的内容包括：1）功能增强，如有限监督，门控功能，版本管理，被动调车，道口限速和停车区，隧道停车区，应答器虚拟覆盖，RBC移交功能完善，增加版本管理功能；2）接口改进，如DMI,STM,TI;3）关闭开口项，如制动曲线，DMI人体工程学需求；4）规范缺陷修复，如描述漏洞，规范歧义，互操作缺陷，测试规范错误等。2016年，欧盟正式发布了ETCS基线3(B3R2）。相对于基线3(B3MR1），涉及55个变更项。其主要变更的内容包括：1）功能增强，如无线支持分组域，车载制动曲线模型，限速巡航，在线密钥管理，RBC检查车载支持版本，DMI显示更多提示内容等；2）接口改进，如DMI,STM,JRU,TI;3）关闭开口项，如DMI的安全要求；4）规范缺陷修复，如描述漏洞，规范歧义，互操作缺陷，测试规范错误等。3.2u3000x的兼容ETCS系统版本是明确定义的ETCS的强制功能集，为确保ETCS车载和地面设备之间的互操作性，用X.Y表示。第一位X用于区别技术不兼容的版本，第二位Y用来表示X可以兼容的版本不同版本之间的兼容性通常需满足3点1）低版本列车可以在低版本地面设备支持下正常运行；2）高版本列车可以在低版本地面设备支持下正常运行；3）低版本列车可以在高版本地面设备（执行版本X=1）支持下正常运行。如图2所示，高等级版本地面只有在执行系统版本X=1时，可以完全监控低版本的列车行驶。3.3版本兼容容性问题针对ETCS-2级内部的不同版本之间的兼容性问题，EUG(ERTMSUsersGroup)发布了两份基线兼容性分析报告(BaselineCompatibilityAssessment,BCA)，分别就B2与B3MR1、B3MR1与B3R2之间的兼容性问题进行了分析，提出潜在的版本兼容性问题及缓解措施供项目集成方参考。根据BCA报告的分析，B3R2相对于B3MR1的55个变更项中仅有5个变更项有潜在的版本兼容问题B3R2版本的列车向下兼容B3MR1地面设备，B3R2地面设备执行系统版本X=1（即B3R2地面设备只使用B3MR1的功能）时可与B3MR1的列车兼容。同样，根据BCA报告因此，当路网中同时存在不同版本的系统时，各版本之间的兼容性可以保证性能和安全性有差异的情况下不降低列车效率。4地面设备横向兼容性测试早在2014年，西门子铁路自动化公司宣布，对ETCS基线3车载软件的功能和向下兼容进行了测试，证明ETCS-2级列控系统和ETCS-1级有限监督系统可以在既有网络上运行，同时证明基线3车载系统和基线2地面设备之间的向下兼容性。根据西门子的报告，这次测试“几乎所有”的场景都经过了瑞士联邦铁路公司的考核，只有“微小的变更需要采取缓解措施”。这是列车第一次使用基于基线3的系统在商用运营线路上运行，充分证明了基线3车载软件与基线2轨道的向下兼容性随着欧盟铁路局在未来五年内逐步停止部署基线2，在未来至少十年内持续部署基线3的规划，ETCS基线3成为目前国际社会主流认可和接受的高铁建设标准。2018年，中国铁路通信信号股份有