匈塞鐵路邊境ETCS系統貫通運行工程設計方案研究

代立疆

匈塞鐵路位于歐洲中部匈牙利和塞爾維亞境內，是中國在歐洲牽頭建設的首條高速鐵路，起點為匈牙利共和國首都布達佩斯，終點為塞爾維亞共和國首都貝爾格萊德［1-2］。線路全長約350 km，其中，匈牙利境內線路長166 km，設計速度為160 km/h；塞爾維亞境內線路長185 km，設計速度為200 km/h，匈牙利的克萊比亞站和塞爾維亞的蘇博蒂察站銜接于兩國邊境［3-4］。

由于歐洲各國列車運行控制系統種類繁多且互不兼容，為實現高速鐵路在歐洲國家間的互聯互通，歐洲鐵路聯盟及相關鐵路設備供應商研制了統一的、系列化的、標準化的歐洲列車運行控制系統（ETCS）［5-6］。為滿足列車在不同國家間運營的互聯互通需求，通常在國家線路的邊界附近，設置等級轉換點，具有多種等級控車功能的列車，在不停車情況下，在等級轉換點處自動完成等級轉換［7-8］。

匈塞兩國鐵路列控系統均采用ETCS-2級系統，為實現邊境ETCS 系統的互聯互通，本文對3 種方案研究： ETCS-2→ETCS-1→ETCS-2 （簡稱“E2→E1→E2”）等級轉換、雙方向E2貫通、E2→E1→E2等級轉換與E2貫通結合，并結合應答器的具體布置方案，分析研究列車在不同運營場景下的GSM-R網絡覆蓋范圍要求及存在的問題等。

1 匈塞邊境概況及運營要求

匈塞邊境示意見圖1。

圖1 匈塞邊境示意

1）匈牙利克萊比亞站進站信號機至塞爾維亞蘇博蒂察站進站信號機之間距離（邊境區間）為6.77 km，邊境區間未設置信號機；匈塞邊境線距克萊比亞進站信號機15 m。

2）匈牙利境內線路設計速度為160 km/h；塞爾維亞境內線路設計速度為200 km/h。

3）匈牙利、塞爾維亞兩國在各自境內規劃設置了GSM-R 系統基站，為ETCS 系統提供無線通信通道。經初步計算，匈牙利境內通信基站設置于邊境線附近時，通過提高鐵塔高度、基站發射功率等措施，GSM-R 網絡最遠可以覆蓋到塞爾維亞境內距離邊境線約4 km 左右；塞爾維亞在本國境內適當位置設置通信基站，GSM-R 網絡能夠覆蓋整個匈塞邊境區間［9-10］。

4）兩國運營商要求列車不停車通過匈塞邊境。

5）匈牙利已開通項目中，與鄰國的ETCS 系統邊境方案均采用E2→E1→E2 等級轉換方案，有已實施的工程案例；匈塞鐵路為塞爾維亞境內第1條采用歐標的E2 級鐵路，塞爾維亞方未有已實施的邊境工程案例。

2 匈塞邊境ETCS系統設計方案

2.1 雙方向E2→E1→E2等級轉換

E2→E1→E2 等級轉換方案需在線路上布置多個應答器組，包括：LTA（E2→E1 等級轉換預告）、LTO（E2→E1等級轉換執行）、NR（G網呼叫）、SM（RBC 呼叫）、TR（E1→E2 等級轉換預告）、LT（E1→E2 等級轉換執行）、BH（有源應答器，用于延伸ETCS-1的移動授權）。

ETCS 接口規范中要求NR 與SM 應答器間的距離不小于列車以最大運行速度運行40 s 的距離，匈牙利方已開通的E2 線路上（ETCS 設備廠家有西門子和泰雷茲），考慮一定的應答器間距余量，NR 與SM 應答器間的距離按照運行90 s 布置；TR與LT應答器間的距離為運行10～20 s的距離［11-12］。

2.1.1 列車由蘇博蒂察開往克萊比亞

如果NR 與SM 應答器組間距離按照運行90 s布置，SM與TR應答器組間距離按照運行40 s布置（匈牙利要求SM和TR應答器組冗余設置，SM1與SM2間、TR1與TR2間的距離均為100 m），TR 與LT 應答器組間距離按照運行20 s 布置，列車運行速度按照200 km/h 考慮，則需匈牙利GSM-R 網絡覆蓋到塞爾維亞境內距離邊境線約8.5 km 左右，而匈牙利GSM-R 網絡最遠覆蓋到塞爾維亞境內距離邊境線約4 km 左右。但若將匈牙利方基站設置在塞爾維亞境內適當位置實現等級轉換，則會帶來兩國間設計、建設、投資界面劃分，審查報批主體、運維主體不明確，以及網絡安全等各方面問題。因此，為避免上述問題，考慮在4 km 的GSM-R 網絡覆蓋范圍內完成等級轉換應答器的布置，即NR 應答器組與邊境線間的距離應不大于4 km。TR 與LT 應答器組間距離按照運行20 s 布置，SM 與TR 應答器組間距離按照運行40 s布置，NR 與SM 應答器組間距離按照運行55 s 布置（小于匈牙利常規要求，但滿足歐標不小于40 s 的要求）。結合應答器間的距離要求及GSM-R 網絡覆蓋范圍計算，列車在邊境區間的最大運行速度約為120 km/h。應答器布置見圖2。

圖2 列車由蘇博蒂察開往克萊比亞應答器布置

從蘇博蒂察開往克萊比亞的列車在通過LTA和LTO 無源應答器組后，由E2 轉為E1，并將行車許可（MA）終點設置在克萊比亞進站信號機處。列車在通過NR 應答器組時，開始呼叫匈牙利方的GSM-R網絡，嘗試與GSM-R網絡建立連接；列車在通過BH1 應答器組時，車載設備收到更新后的E1行車許可，根據列車運行前方的聯鎖條件，延伸行車許可；列車在通過SM 應答器組時，開始呼叫RBC，嘗試與RBC 建立連接；列車在通過TR 應答器組時，RBC 將等級轉換應答器所在位置發送給列車；列車在通過BH2 應答器組時，車載設備再次收到更新后的E1 行車許可，根據列車運行前方的聯鎖條件，延伸行車許可；列車在通過LT 應答器組時，列控系統由E1 轉換為E2，同時收到RBC 發來的E2 行車許可，完成E2→E1→E2的等級轉換。

2.1.2 列車由克萊比亞開往蘇博蒂察

列車由克萊比亞以E2等級發車，先轉為E1等級，再轉為E2 等級進入蘇博蒂察站。NR 與SM 應答器組間距離按照運行40 s 布置，SM 與TR 應答器組間距離按照運行40 s 布置，TR 與LT 應答器組間距離按照運行20 s布置，列車在邊境區間的運行速度按照200 km/h 考慮。應答器的具體布置見圖3。

圖3 列車由克萊比亞開往蘇博蒂察應答器布置

此方案下需塞爾維亞GSM-R 網絡覆蓋到距離蘇博蒂察進站信號機5.5 km左右，塞爾維亞側通信基站可覆蓋整個邊境區間，滿足該方案對GSM-R網絡覆蓋的要求。

2.2 雙方向E2貫通

E2 貫通方案需在線路上布置NR、RA（RBC切換預告）、RT（RBC切換執行）等應答器組。

ETCS 接口規范中要求NR 與RA 應答器間的距離不小于列車以最大運行速度運行40 s 的距離，RA 與RT 應答器組間的距離不小于列車以最大運行速度運行40 s 的距離。匈牙利方已開通的E2 線路上，考慮一定的應答器間距余量，NR 與RA 應答器間的距離為列車以最大運行速度運行90 s 的距離。

匈牙利方的NR與RA應答器組間距離按照90 s布置，RA 與雙方共用的RT 應答器組間距離按照運行40 s 布置；塞爾維亞方的NR 與RA 應答器組間距離按照運行40 s 布置，RA 與雙方共用的RT應答器組間距離按照運行40 s布置。如果邊境區間的列車運行速度按照設計速度200 km/h 考慮，則匈牙利方NR 和塞爾維亞方NR 應答器組間的距離約為11.67 km，邊境區間長度無法滿足應答器組間的距離要求。因此，結合應答器間的距離要求及邊境區間長度，E2 貫通方案下列車在邊境區間的運行速度約為120 km/h。應答器具體布置見圖4。

圖4 兩國采用雙方向E2貫通方案應答器布置

此方案下兩國GSM-R 網絡均需覆蓋整個邊境區間，匈牙利側通信基站無法滿足網絡覆蓋要求，需在塞爾維亞境內適當位置設置通信基站；塞爾維亞側通信基站可覆蓋整個邊境區間，滿足信號GSM-R網絡覆蓋要求。

2.3 E2→E1→E2等級轉換與E2貫通結合

當列車由蘇博蒂察開往克萊比亞單方向采用E2貫通方案時，列車運行速度按照120 km/h 考慮，NR 應答器組與區間邊境線間的距離大于4 km，需將匈牙利方的GSM-R 基站設置在塞爾維亞境內合適地點，這樣會帶來兩國間設計、建設、投資界面劃分，審查報批主體、運維主體不明確，以及網絡安全等各方面的問題，因此，列車由蘇博蒂察開往克萊比亞采用E2→E1→E2 等級轉換，應答器布置方案與雙方向E2→E1→E2 等級轉換中的應答器布置方案一致。

當列車由克萊比亞開往蘇博蒂察單方向采用E2 貫通方案時，NR 與RA 應答器組間距離按照運行40 s 布置，RA 與RT 應答器組間距離按照運行40 s 布置，列車在邊境區間的運行速度按照200 km/h 考慮，則應答器的具體布置見圖5。從圖5 可以看出，塞爾維亞GSM-R 網絡需覆蓋到距蘇博蒂察進站信號機4.5 km 左右，塞爾維亞側通信基站可覆蓋整個邊境區間，滿足信號GSM-R 網絡覆蓋要求。對比列車由克萊比亞開往蘇博蒂察采用E2→E1→E2 等級轉換方案需塞爾維亞GSM-R網絡覆蓋到距離蘇博蒂察進站信號機5.5 km 左右，E2 貫通方案塞爾維亞基站可以設置在蘇博蒂察站內，另外也無需在區間設置E1系統相關地面設備，有利于運營維護。因此，列車由克萊比亞開往蘇博蒂察采用E2貫通方案。

圖5 E2→E1→E2等級轉換與E2貫通結合方案應答器布置

3 結論

雙方向E2→E1→E2 等級轉換、雙方向E2 貫通、E2→E1→E2 等級轉換與E2 貫通結合3 種方案對于兩國的GSM-R 網絡需求和列車在邊境區間的運行速度等均有不同要求。

1）當采用雙方向E2→E1→E2 等級轉換方案時，匈牙利境內GSM-R 網絡需覆蓋到距離區間邊境線4 km 左右，塞爾維亞境內GSM-R 網絡需覆蓋到距離蘇博蒂察進站信號機5.5 km 左右，此方案下塞爾維亞方的基站設置于區間內且需在區間設置E1系統相關地面設備，存在運維不便等問題。

2） 采用雙方向E2 貫通方案時，匈牙利方GSM-R 設備需設置在塞爾維亞境內合適地點，此方案存在設計、建設、運維等方面界限不清晰，且設置于區間的塞爾維亞方基站運維不便等問題。

3）當采用E2→E1→E2 等級轉換與E2 貫通結合方案時，既能夠滿足匈塞雙方運營商要求，又無需在鄰國設置GSM-R系統設備且便于運營維護。

另外，塞爾維亞的蘇博蒂察站有很多支線口，與支線口銜接的列控系統均為ETCS-0 級，因此，當列車從支線開往匈牙利方向時，列控系統需首先從E0 級轉換為E2 級，再在區間完成E2→E1→E2等級轉換，需另行研究短時間內需切換3 次列控系統是否會增加邊境區間等級轉換失敗的風險［13］。