ETCS列控系統進路適應性功能研究

張友兵，王建敏，陳志強，張國振

(1.北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；2.北京市高速鐵路運行控制系統工程技術研究中心，北京 100070)

在歐洲的鐵路網絡中，不同線路、不同區域或不同國家的線路可能支持不同的裝載限界、牽引系統和軸重類別。列車需適應于前方線路的裝載限界、牽引系統和軸重類別，才可在前方線路上運行。否則會影響行車安全。因此，在ETCS 列控系統中，需要車載設備監控列車前方的進路適應性信息，保證行車安全。

本文系統介紹車載設備監控進路適應性的方法。

1 進路適應性

ETCS 列控系統定義了裝載限界（loading gauge）、牽引系統（traction system）、軸重類別（axle load）3 種進路適應性數據。在進路適應性改變的地方，地面設備向車載設備提供列車前方的進路適應性信息，車載設備根據進路適應性信息監控列車是否適應前方的線路，當列車不適應前方線路時，車載設備對列車進行安全防護，保證行車安全。

鐵路限界是鐵路安全行車的基本保證之一，為使機車車輛能在一定范圍的路網內通行無阻，不會因機車、車輛外形尺寸設計不當，貨物裝載位置不當，或建筑物、地面設備的位置不當而引起不安全的行車事故，必須用鐵路限界分別對機車、車輛和建筑物等地面設備的空間尺寸或空間位置加以制約。

牽引供電是指拖動車輛運輸所需電能的供電方式。牽引供電的目標就是保證電力牽引車輛不間斷地、可靠地和安全地運行。電力牽引采用電流、電壓制式，主要包括直流制、低頻單相交流制、三相交流制、工頻單相交流制4 種制式。

軸重是指每根車軸承載的重量，包括車軸自重。每一條鐵路會確定一個軸重級別，根據軸重級別設計橋梁、隧道、路基、軌道的承載能力，運行在這條線路上的機車和車輛的最大軸重也根據軸重級別進行設計。軸重越大，高速運行時列車對線路的沖擊和破壞也越大，因此高速列車最大軸重都比較輕。

進路適應性數據由地面設備發送給車載設備。車載設備收到進路適應性數據后，應對其進行監控，保證列車行車安全。列車必須滿足裝載限界、牽引系統、軸重類別等進路適應性數據，才可以在車載設備的防護下進入對應的進路。如果列車與進路不適應，車載設備應進行安全防護，對列車施加制動，將列車停在不適應的進路前。

1) 列車的裝載限界不在地面支持的裝載限界列表中；

2) 列車支持的牽引系統列表不包含線路的牽引系統；

3) 列車的軸重類別高于線路允許的軸重類別。如果存在進路不適應的情況，離列車車頭最近的進路不適應的位置將作為行車許可終點和監控點進行安全防護，并通過人機界面（Driver Machine Interface，DMI）提示司機列車前方存在進路不適應的情況。

如果列車越過了第一個進路不適應的位置，車載設備進入冒進模式。

如果地面設備沒有提供進路適應性數據，車載設備可以正常運行。車載設備不使用默認的進路適應性數據，即初始狀態為沒有進路適應性的限制。

車載設備只有在完全監控模式（FS）、有限監控模式（LS）和目視模式（OS）下監控進路適應性數據。

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2 監控進路適應性

2.1 接收數據

車載設備接收進路適應性數據流程如圖1 所示。從地面收到進路適應性數據后，首先依據等級和傳輸媒介判斷是否接受數據，然后依據模式判斷是否接受數據，最后刪除舊數據，存儲新數據，并對數據進行排序。

圖1 接收數據流程Fig.1 Data receiving flow

地面可以通過應答器或無線閉塞中心（Radio Block Center，RBC）向車載設備傳輸列車前方的進路適應性數據。車載設備需要根據當前等級和傳輸媒介（應答器、RBC）決定是否接受進路適應性數據。一般情況，在等級1，車載設備接受來自應答器的進路適應性數據；在等級2 和等級3，車載設備接受來自RBC 的進路適應性數據。但是，也存在以下特殊情況：

1）在等級0、等級STM 和等級1 下，如果收到和存儲著在前方轉入等級2 或等級3 的等級轉換命令，車載設備接受來自RBC 的進路適應性數據；否則，車載設備拒絕來自RBC 的進路適應性數據;

2）在等級2 和等級3，如果車載設備向RBC發送了列車數據，但是沒有收到列車數據確認，車載設備拒絕來自RBC 的進路適應性數據；否則，車載設備接受來自RBC 的進路適應性數據;

3）在等級0、等級STM、等級2 和等級3，如果收到和存儲著在前方轉入等級1 的等級轉換命令，車載設備接受來自應答器的進路適應性數據；否則，車載設備拒絕來自應答器的進路適應性數據。

車載設備需要根據當前模式決定是否接受進路適應性數據。

在被動調車模式、調車模式、休眠模式、非本務端模式、冒進模式、反向運行模式下，車載設備不接受進路適應性數據；在其他模式下，車載設備接受進路適應性數據。在冒后模式下，在等級1 下，車載設備拒絕進路適應性數據；在等級2 或等級3下，從地面收到“確認退出冒進模式”后，接受進路適應性數據，否則拒絕進路適應性數據。在待機模式下，當駕駛臺激活且存有有效的列車數據，車載設備接受進路適應性數據。

從地面接收到進路適應性數據后，車載設備根據接收到的數據類型清除存儲的對應類型的進路適應性數據。例如，如果新的進路適應性數據包含裝載限界數據，車載設備清除存儲的進路適應性數據里的裝載限界數據；如果新的進路適應性數據包含牽引系統，車載設備清除存儲的進路適應性數據里的牽引系統數據；如果新的進路適應性數據包含軸重類別，車載設備清除存儲的進路適應性數據里的軸重類別數據。然后，車載設備將新的進路適應性數據存入監控列表中。由于車載設備先刪除一部分舊數據，再存入新數據，可能導致監控列表中的進路適應性數據順序混亂，車載設備需要根據距離由近及遠的方式對監控列表中的進路適應性數據進行排序。

2.2 處理數據

車載設備處理進路適應性數據流程如圖2 所示。

圖2 處理數據流程Fig.2 Data processing flow

如果車載設備當前處于完全監控模式、有限監控模式或目視模式，則車載設備監控進路適應性數據；否則車載設備不監控進路適應性數據。

如果存在進路適應性數據，車載設備選擇監控列表中離列車最近的進路適應性數據作為當前需要監控的對象。

根據當前需要監控的進路適應性數據的類型，車載設備判斷列車是否適應當前正在監控的進路適應性數據。

如果列車適應當前正在監控的進路適應性數據，則車載設備刪除該條進路適應性數據，即車載設備不對適應的進路適應性數據進行額外的安全監控。

如果列車不適應當前正在監控的進路適應性數據，車載設備向DMI 發送文本消息，提示司機列車前方存在進路不適應的情況。同時，進路適應性監控模塊通知其他模塊將進路不適應的位置作為行車許可終點。在進路不適應的情況下，車載設備還需要持續判斷列車前端是否越過進路不適應的位置，如果列車前端越過了進路不適應的位置，車載設備轉入冒進模式，對列車施加緊急制動并停車。

2.3 對外輸出

如果列車不適應當前監控的進路適應性數據，車載設備應將進路不適應的位置作為行車許可終點進行監控，重新計算列車當前的緊急制動、常用制動、報警速度、允許速度、指示速度等速度曲線，根據新的速度曲線監控列車運行，保證列車安全。如果由于列車速度過高，列車越過了進路不適應的位置，車載設備將轉入冒進模式，對列車施加緊急制動并停車。

車載設備將進路不適應的位置作為行車許可終點進行監控的同時，還應將調整后的行車許可發送給DMI，DMI 將新的行車許可顯示在運行計劃區，提示司機由于進路不適應導致行車許可縮短。

3 管理進路適應性數據

3.1 模式改變對數據的影響

運行模式發生變化時，車載設備存儲的數據可能會受到影響，包括刪除數據、重新確認數據有效性、將數據設置為默認值、數據不發生變化或不相關。

同樣，發生模式轉換時，車載設備存儲的進路適應性數據也會受到影響。當車載設備轉入完全監控模式、有限監控模式、目視模式或冒后模式時，存儲的進路適應性數據保持不變；當車載設備轉入其他模式時，刪除存儲的進路適應性數據。刪除進路適應性數據時，車載設備還應刪除DMI 界面上顯示的進路適應性相關的文本信息。

3.2 特定情況對數據的影響

關閉駕駛臺后，車載設備刪除存儲的進路適應性數據。

當收到縮短的行車許可、由于區段超時縮短行車許可、由于保護區段超時導致監控點發生變化、車載設備同意協同撤銷行車許可等情況發生時，車載設備刪除新的監控點以外的進路適應性數據；當執行有條件緊急停車時，車載設備刪除有條件緊急停車的停車點以外的進路適應性數據。

當由于末區段超時縮短行車許可、非鏈接應答器組發生一致性錯誤且列車停車后、根據鏈接反應施加最大常用制動且列車停車后、監控無線安全連接施加最大常用制動且列車停車后、當列車類型/裝載限界/牽引系統/軸重類別發生變化且列車停車后、列車沒有鏈接信息且標記為鏈接的應答器組發生一致性錯誤且列車停車后，車載設備刪除列車最大安全前端以外的進路適應性數據。

4 典型場景舉例

下面以裝載限界為例，舉例說明當發生進路不適應情況后，車載設備的處理過程如圖3 所示。列車在線路上正常運行，車載設備處于完全監控模式，行車許可終點為C 點，車載設備速度距離監控曲線為S1。列車運行到位置A，接收到包含進路適應性信息的應答器報文，進路適應性信息包含一條列車不適應的裝載限界信息，進路適應性信息包括進路適應性信息的參考位置（A 點）、距進路適應性改變位置的長度（A-B 之間距離），車載設備可以計算出進路適應性改變的位置（B 點）。車載設備發現列車的裝載限界不在地面支持的裝載限界列表之中，認為列車進路不適應前方的線路，通過DMI 顯示文本“進路適應性-裝載限界”，提示司機列車不適應前方進路；同時，車載設備將進路適應性改變位置（B 點）作為行車許可終點進行監控，車載設備速度距離監控曲線為S2，DMI 運行計劃區顯示的行車許可縮短到進路適應性改變位置（B 點）。由于行車許可縮短，車載設備實際計算的各個監控曲線突然降低（速度距離監控曲線從S1變為S2），導致列車當前速度超過緊急制動干預曲線，車載設備向列車施加緊急制動。如果施加緊急制動后，列車減速停車，列車前端沒有越過新的行車許可終點（B 點），車載設備緩解緊急制動，依舊處于完全監控模式。如果施加緊急制動后，列車減速停車，列車前端越過了新的行車許可終點（B 點），車載設備轉入冒進模式。列車停車后，DMI 顯示需要確認的文本消息，要求司機確認冒進，司機確認后，車載設備轉入冒后模式，車載設備緩解緊急制動。此后，司機需要聯系鐵路管理人員，根據規定操作列車運行。

圖3 進路適應性監控流程Fig.3 Monitoring process of route suitability

5 總結

本文介紹了在ETCS 列控系統中，車載設備如何監控進路適應性數據，保證列車行車安全的方法。這種方法已經應用到符合ETCS 標準的列控系統開發中，經過試驗，證明可以有效管理和監控列車前方的進路適應性數據，在進路不適應的情況下，車載設備可以對列車進行安全防護，并通過DMI 提示司機，保證列車安全高效運行。