基線3 ETCS列控系統軌道條件指示方法

張友兵，陳志強，王建敏，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)

為解決歐洲各國鐵路互聯互通問題，降低運營成本，歐洲主要鐵路設備供應商參與制定了歐洲鐵路運輸管理系統/歐洲列車控制系統(ERTMS/ETCS)需求規范，推動歐洲鐵路運輸一體化進程。隨著該系統的不斷優化升級，依次出現了基線2、基線3發布版本1、基線3發布版本2三個合法運行的版本集合，其中基線3發布版本2是目前最新且最為完善的一個基線。

在符合基線3發布版本2的ETCS列控系統中，線路上存在各種各樣的軌道條件，比如通過斷主斷經過分相區、通過升降弓經過分相區、氣密性等。例如，從地面收到通過升降弓經過的分相區時，在進分相區前，需要車輛自動降弓或司機人工降弓。出分相區后，需要車輛自動升弓或司機人工升弓。從地面收到氣密性信息，進入氣密性區域前，需要車輛自動或司機人工關閉空調系統，出氣密性區域后，需要車輛自動或司機人工打開空調系統。

因此，車載設備從地面收到列車前方的軌道條件信息后，一方面需要將軌道條件信息傳遞給車輛，支持車輛到達指定位置時自動執行軌道條件對應的操作。另一方面，車載設備還需要將軌道條件信息發送給DMI，通過DMI將軌道條件的預告信息和指示信息顯示給司機，指導司機在準確的位置執行軌道條件對應的操作。

本文介紹ETCS列控系統的軌道條件，并闡述車載設備如何使用來自地面的軌道條件信息，以保證整個鐵路系統安全運行。

1 ETCS軌道條件介紹

在基線3發布版本2的ETCS列控系統中，定義了15種軌道條件，有用于保障列車正常工作的軌道條件，例如升降弓過分相區、斷主斷過分相區、改變當前允許的電流、改變牽引系統、關閉再生制動、關閉磁靴制動、關閉渦流制動；有用于保障列車和乘客安全的軌道條件，例如非停車區、隧道停車區、站臺；有用于保障車載設備功能正常運行的軌道條件，例如無線盲區、大金屬塊區；有用于提高乘客乘車舒適度的軌道條件，例如氣密性；有用于提醒地面人員注意列車的軌道條件，例如鳴笛。

表1 基線3 發布版本2 的ETCS列控系統軌道條件Tab.1 Track conditions of ETCS train control system of baseline 3

按照對軌道條件的執行方式分類，分為以下4類，如表1所示。

1) 需要車載設備自動執行的軌道條件：包括非停車區、隧道停車區、大金屬塊和無線盲區。

2) 需要司機人工執行的軌道條件：包括鳴笛。

3) 需要車輛自動執行的軌道條件：包括改變當前允許的電流和站臺。

4) 車輛自動執行或司機人工執行的軌道條件：包括升降弓過分相區、斷主斷過分相區、氣密性、關閉再生制動、關閉用于常用制動的渦流制動、關閉用于緊急制動的渦流制動、關閉磁靴制動和改變牽引系統。

本文介紹的軌道條件指示方法能夠滿足升降弓過分相區、氣密性、關閉再生制動、關閉磁靴制動、斷主斷過分相區、關閉用于常用制動的渦流制動、關閉用于緊急制動的渦流制動、改變牽引系統的要求，其他軌道條件的指示方法與本文介紹的方法類似，略有差別，不再贅述。

車載設備從地面收到軌道條件后，需要將處理后的軌道條件信息通過DMI顯示給司機，指導司機執行軌道條件對應的操作，包括在運行計劃區（ETCS DMI的D2/D3/D4區）顯示預告信息和在軌道條件指示區（ETCS DMI的B3/B4/B5區）顯示指示信息，如圖1所示。當軌道條件位于列車前方時，車載設備需要通過DMI顯示軌道條件預告信息。當列車進入和退出軌道條件區域時，車載設備需要通過DMI顯示軌道條件指示信息。如果車輛具備自動執行功能，軌道條件指示信息用于表示車載設備或車輛正在執行的動作或已經執行動作的狀態。如果車輛不具備自動執行功能，需要司機手動執行，軌道條件指示信息用于指導司機手動執行軌道條件指示信息對應的動作或表示已執行動作的狀態。

圖1 軌道條件處理方式Fig.1 Handling of track conditions

車載設備從地面收到軌道條件后，還需要將處理后的軌道條件信息發送給車輛，如圖1所示。從地面收到軌道條件信息后，車載設備需要實時監控列車與軌道條件的相對位置，并將列車與軌道條件的距離信息發送給車輛，如果車輛具備自動執行功能，車輛將在指定位置自動執行軌道條件對應的動作。

2 軌道條件顯示原理

車載設備從應答器或無線閉塞中心（RBC）接收到軌道條件信息，根據軌道條件信息、列車當前速度和執行動作需要的時間長度，確定開始動作指示起點（C點）、開始動作指示終點/軌道條件起點（D點）、結束動作指示起點/軌道條件終點（E點）、結束動作指示終點（G點）。C-D之間是開始動作指示區域；D-E之間是軌道條件區域，也是開始動作已完成指示區域；E-G之間是結束動作指示區域，如圖2所示。

圖2 軌道條件指示原理圖Fig.2 Indication principle diagram of track conditions

當軌道條件位于列車前方時，車載設備將軌道條件的開始動作預告信息和結束動作預告信息發送給DMI，DMI將這些信息顯示在運行計劃區。在DMI的運行計劃區，在C點對應位置顯示開始動作預告信息，在E點對應位置顯示結束動作預告信息。隨著列車向前運行，開始動作預告信息和結束動作預告信息距離列車越來越近，提示司機列車將進入軌道條件區域范圍內，需要車輛自動或司機人工執行預告信息表示的動作。

同時，在列車進入和退出軌道條件區域范圍時，車載設備需要在DMI的軌道條件指示區依次顯示開始動作指示信息、開始動作已完成指示信息和結束動作指示信息。當列車位于C-D之間時，軌道條件指示區顯示開始動作指示信息，指示司機人工執行開始動作或提示司機車輛自動執行開始動作。當列車位于D-E之間時，軌道條件指示區顯示開始動作已完成指示信息，表示開始動作已經執行完畢。當列車位于E-G之間時，軌道條件指示區顯示結束動作指示信息，指示司機人工執行結束動作或提示司機車輛自動執行結束動作。

3 預告信息和指示信息同步原理

由于非停車區和隧道停車區的指示信息是否顯示與列車速度緊密相關，當列車速度變化時，這兩種軌道條件的指示信息在顯示和不顯示之間頻繁切換，這種復雜邏輯不適于由DMI設備完成，所以由車載主機實時計算和通知DMI在軌道條件指示區是否顯示軌道條件的指示信息。

隨著列車的移動，軌道條件的預告信息在DMI運行計劃區隨之移動。如果由車載主機實時計算和告知DMI在運行計劃區顯示軌道條件的預告信息，需要車載主機頻繁向DMI發送預告信息，必然對車載主機與DMI之間的數據通信造成一定壓力，所以車載主機收到軌道條件后，將軌道條件的預告信息發送給DMI，由DMI控制預告信息在運行計劃區的顯示。

但是運行計劃區的預告信息和軌道條件指示區的指示信息存在邏輯關系，例如列車運行到C點時，軌道條件的開始動作預告信息應在運行計劃區停止顯示，同時，軌道條件的開始動作指示信息應在軌道條件指示區開始顯示。指示信息的顯示邏輯由車載主機實現，預告信息的顯示邏輯由DMI實現，因此需要車載主機和DMI精確配合，保證指示信息和預告信息同步，避免預告信息未消失就顯示了指示信息或預告信息已消失很久才顯示了指示信息的不同步情況的發生。

下面通過預告信息和指示信息的顯示過程介紹這兩種信息的同步原理。

假設列車在A點收到地面軌道條件信息，車載主機向DMI發送軌道條件信息的開始動作預告信息和結束動作預告信息，DMI在運行計劃區顯示該軌道條件信息的開始動作預告信息和結束動作預告信息。開始動作和結束動作的預告信息均包括預告信息編號、預告信息初始位置、預告信息停止顯示的位置條件。其中，預告信息停止顯示的位置條件是指以列車最大安全前端、列車估計前端、列車最小安全前端三者中哪個位置越過預告信息初始位置作為在運行計劃區停止顯示預告信息的判定條件。

列車前端越過C點，運行計劃區不再顯示軌道條件信息的開始動作預告信息，繼續顯示結束動作預告信息，軌道條件指示區顯示開始動作的指示信息，提示司機列車接近軌道條件起點，需要司機執行開始動作，或車載主機將自動執行開始動作。由于C點位置確定，運行計劃區停止顯示開始動作預告信息的位置條件與軌道條件指示區開始顯示開始動作指示信息的位置條件（最大安全前端、估計前端、最小安全前端）相同，當運行計劃區的開始動作預告信息停止顯示后，軌道條件指示區的開始動作指示信息開始顯示，實現開始動作的預告信息和指示信息在不同顯示區的無縫銜接。

列車前端越過D點，運行計劃區繼續顯示結束動作預告信息，軌道條件指示區顯示開始動作已完成指示信息，提示司機開始動作已經執行完成。

列車前端越過E點，運行計劃區停止顯示結束動作預告信息，軌道條件指示區顯示結束動作的指示信息，提示司機列車前端越過軌道條件終點，需要司機執行結束動作，或車載主機將自動執行結束動作。同樣，E點位置確定，當運行計劃區的結束動作預告信息停止顯示后，軌道條件指示區的結束動作指示信息開始顯示，實現結束動作的預告信息和指示信息在不同顯示區的無縫銜接。

列車前端越過G點，軌道條件指示區停止顯示結束動作的指示信息，提示司機列車越過軌道條件區域，并完成所有操作。

4 總結

本文介紹車載設備使用軌道條件的原理和方法，這些方法已經應用到符合基線3發布版本2的ETCS列控系統的研究和開發中，并經過實驗室測試證明這套方法的正確性和有效性。車載設備和DMI分工協作，共同實現軌道條件指示信息和預告信息的同步原理，不但可以保證系統功能的正確，而且降低了系統復雜度和設備之間數據傳輸量。