自主化無線閉塞中心TSI認(rèn)證解析

劉曉斌

中國高鐵作為中國高新技術(shù)的一張名片，受到越來越多國家的青睞，中國高鐵走向國際市場已經(jīng)成為國家戰(zhàn)略。列車運(yùn)行控制系統(tǒng)是高速鐵路關(guān)鍵技術(shù)之一，是列車高速安全運(yùn)行的保證。無線閉塞中心（Radio Block Center，RBC）是列車運(yùn)行控制系統(tǒng)地面的核心設(shè)備，它通過無線通信與列控車載設(shè)備交互車地信息，結(jié)合地面軌道電路、臨時(shí)限速等信息，向車載發(fā)送行車許可，控制列車安全運(yùn)行［1］。

目前我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的RBC，即自主化RBC，符合CTCS-3級列控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，而歐洲以及其他多個(gè)國家均采用ETCS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。自主化RBC與ETCS標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)互通成為高鐵列控系統(tǒng)能否“走出去”的前提條件［2-3］。本文針對自主化RBC與ETCS互聯(lián)互通的國際認(rèn)證方式—TSI認(rèn)證，通過標(biāo)準(zhǔn)梳理、標(biāo)準(zhǔn)符合性分析、差異項(xiàng)的處理和系統(tǒng)測試等，全面分析了TSI認(rèn)證的整個(gè)流程，可為鐵路信號產(chǎn)品如何進(jìn)行國際認(rèn)證提供參考。

1 TSI認(rèn)證模式

TSI（Technical Specification for Interoperability）是歐盟鐵路互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范的簡稱，是歐盟關(guān)于鐵路產(chǎn)品的技術(shù)法規(guī)。為了使鐵路零部件在所有歐盟國家都能使用，歐盟委托歐洲鐵路協(xié)會（ERA）頒布了互聯(lián)互通性技術(shù)規(guī)范TSI，只有當(dāng)鐵路系統(tǒng)的零部件滿足該標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，互聯(lián)互通性才能成為可能。ETCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1，其中RBC是ETCS-2級列控系統(tǒng)地面信號控制的核心設(shè)備，是地面信號系統(tǒng)信息及指令的收集和交互中心，根據(jù)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的進(jìn)路狀態(tài)、臨時(shí)限速、列車位置等，結(jié)合RBC配置的線路參數(shù)，生成列車行車許可等控制信息，并通過GSMR無線通信發(fā)送給車載設(shè)備，確保列車在其控制范圍內(nèi)安全、可靠、高效地運(yùn)行［4］。TSI認(rèn)證包括子系統(tǒng)和互通部件（Interoperability Constituent，IC）2種認(rèn)證方式，RBC屬于互通部件中的控制-指令和信號（Control-Command and Signalling，CCS）子系統(tǒng)中的一個(gè)部件［5-6］。歐盟規(guī)定在歐洲鐵路上道使用的RBC設(shè)備需要進(jìn)行TSI認(rèn)證，其主要的互通對象是ETCS的車載設(shè)備和地面設(shè)備中的相鄰RBC，其他的非ETCS的信號系統(tǒng)接口，歐盟并沒有相關(guān)的認(rèn)證要求。這樣做的目的是確保裝有ETCS列控系統(tǒng)的列車可以在歐盟不同的國家之間運(yùn)行，而聯(lián)鎖等其他信號系統(tǒng)則可以維持不變。

TSI認(rèn)證模塊有以下幾種分類［5-6］。

1）CA：內(nèi)部生成控制。

2）CB/SB：EC型檢驗(yàn)。

3）CC：基于內(nèi)部生產(chǎn)控制的一致性驗(yàn)證。

4）CD/SD：基于生產(chǎn)過程質(zhì)量管理體系的一致性驗(yàn)證。

5）CF/SF：基于產(chǎn)品驗(yàn)證的一致性驗(yàn)證。

6）CG/SG：單元驗(yàn)證。

7）CH/CH1/SH/SH1：基于全面質(zhì)量管理系統(tǒng)的一致性驗(yàn)證。

基于以上基本模塊的不同組合，又可能衍生出其他若干種不同的模塊。根據(jù)鐵路信號設(shè)備的特性，RBC可選擇CB+CD的組合模塊。

CB模塊認(rèn)證用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，屬于TSI認(rèn)證的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要對產(chǎn)品的功能、性能、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)、測試等各個(gè)方面進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)符合性認(rèn)證［7］。TSI符合性認(rèn)證根據(jù)ETCS相關(guān)技術(shù)規(guī)范和CCS TSI 2016/919/EU關(guān)于歐盟鐵路系統(tǒng)“控制-指令和信號”子系統(tǒng)的互操作性技術(shù)規(guī)范的要求進(jìn)行認(rèn)證。所認(rèn)證的互聯(lián)互通部件IC定義來自于CCS TSI 2016/919/EU表5.2a。另外所選用的UNISIG規(guī)范將采用CCS TSI 2016/919/EU的表A2.1中的specification#1（ETCS Baseline 3 Release 2 and GSM-R Baseline 1），目前最新版本為基線3（B3R2）版本。該版本的主要規(guī)范子集包括SUBSET-026 V3.6.0，SUBSET-037 V3.2.0，SUBSET-039 V3.2.0等。

CD模塊主要是針對生產(chǎn)過程的質(zhì)量管理體系評估，以確保制造出符合設(shè)計(jì)的互聯(lián)互通部件［8］。審核內(nèi)容包括生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量管理體系（如ISO9001∶2015）、環(huán)境管理體系（如ISO14001∶2015）和國際鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如ISO/TS22163∶2017）等的符合性。另外還需對生產(chǎn)質(zhì)量管理計(jì)劃、樣機(jī)和硬件生產(chǎn)階段流程進(jìn)行審核。CD模塊的審核具有一定的時(shí)效性，為確保證書的有效性，需要進(jìn)行定期的監(jiān)督性審核。本文主要對CB認(rèn)證過程進(jìn)行介紹。

2 CB認(rèn)證過程

TSI的CB認(rèn)證是對產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的認(rèn)證，依據(jù)產(chǎn)品的安全認(rèn)證評估報(bào)告，以及產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)文檔，審查產(chǎn)品功能與ETCS標(biāo)準(zhǔn)的符合性。其中主要的認(rèn)證工作包括以下幾個(gè)方面。

1）對ETCS標(biāo)準(zhǔn)的梳理，分析TSI認(rèn)證所需要的標(biāo)準(zhǔn)集。

2）全面分析自主化RBC與標(biāo)準(zhǔn)集的符合性，對于不符合的內(nèi)容需要進(jìn)行需求及設(shè)計(jì)的變更。

3）搭建仿真測試環(huán)境，由認(rèn)證機(jī)構(gòu)人員進(jìn)行測試確認(rèn)。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)梳理

ETCS標(biāo)準(zhǔn)定義了若干子集，這些子集規(guī)定了ETCS系統(tǒng)的系統(tǒng)需求、安全需求、性能需求、通信等方面的內(nèi)容。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品可以方便地接入歐洲的信號系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信號系統(tǒng)車載與地面、地面與地面的互聯(lián)互通，統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)和工程的快速實(shí)施提供了保證。

RBC參考的主要標(biāo)準(zhǔn)是ETCS的系統(tǒng)需求規(guī)范子集SUBSET-026［9］，內(nèi)容包括：基本的系統(tǒng)描述、應(yīng)用規(guī)則、模式轉(zhuǎn)換、應(yīng)用處理流程、版本管理、ERTMS/ETCS語言和消息定義。其他相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)還包括：SUBSET-037、SUBSET-039、SUBSET-098等。與RBC相關(guān)的ETCS標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 與RBC相關(guān)的ETCS標(biāo)準(zhǔn)

2.2 標(biāo)準(zhǔn)符合性分析

自主化RBC是在CTCS-3級列控系統(tǒng)規(guī)范的框架下開發(fā)的。CTCS-3級列控系統(tǒng)規(guī)范主要參考ETCS的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合我國國情，對其中的部分功能進(jìn)行了本地化的修改應(yīng)用。2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)存在一定的差異性，見表2。

2.3 差異項(xiàng)處理

差異項(xiàng)主要包括不支持的功能項(xiàng)和不一致的功能項(xiàng)。CTCS-3級列控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)是以ETCS-2級列控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)制定的，并對ETCS-2級列控系統(tǒng)中不符合我國國情的功能進(jìn)行了刪減，所以差異項(xiàng)主要是不支持的功能項(xiàng)。在TSI認(rèn)證過程中，針對不支持的功能項(xiàng)，一般采用2種處理方式：第一種是簡單地將不支持的功能項(xiàng)作為系統(tǒng)的應(yīng)用限制條件；第二種則是在現(xiàn)有的系統(tǒng)中增加功能，以滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。第一種方式可以在不修改當(dāng)前系統(tǒng)的情況下通過TSI的認(rèn)證，但在證書中則會說明系統(tǒng)的應(yīng)用限制，不利于產(chǎn)品的推廣和應(yīng)用，因此建議在認(rèn)證的過程中對不支持的功能進(jìn)行修改，盡量滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中要求的所有條款。

依據(jù)表2中各差異項(xiàng)的功能要求，按照系統(tǒng)變更的流程開展系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)工作。表2中第1～6項(xiàng)的差異屬于RBC的應(yīng)用功能。其中第6項(xiàng)差異需要修改RBC的既有邏輯，其他則是新增加的功能。新增加的功能不會對原有的邏輯產(chǎn)生影響，可以通過增加新的軟件模塊來實(shí)現(xiàn)。第6項(xiàng)差異需要修改當(dāng)前行車許可縮短的發(fā)送邏輯，在行車許可縮短前，需要增加與列車的協(xié)商過程，當(dāng)列車同意行車許可縮短時(shí)，才可以進(jìn)行行車許可的操作（如人工解鎖進(jìn)路）。第7項(xiàng)到第9項(xiàng)的差異屬于RBC的車地通信功能的差異，也屬于RBC的新增功能，對既有的通信功能沒有影響，增加的功能可以根據(jù)實(shí)際工程的需要進(jìn)行配置來決定是否啟用。下面以第1項(xiàng)增加人工駕駛授權(quán)功能為例進(jìn)行介紹。

表2 CTCS-3與ETCS-2相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的主要差異

人工駕駛授權(quán)是指列車在人工駕駛（SR）模式下，由于還不具備發(fā)送完全模式行車許可的條件，RBC向列車發(fā)送的一種行車憑證。列車可以根據(jù)人工駕駛授權(quán)，按照國家參數(shù)中規(guī)定的最高速度行車。人工駕駛授權(quán)通過RBC向列車發(fā)送消息Message2實(shí)現(xiàn)。

列車人工駕駛模式的應(yīng)用場景主要有：ATP上電或重啟時(shí)，由于列車無法確定位置，需要采用人工駕駛的模式行車，經(jīng)過應(yīng)答器后進(jìn)行列車定位；由于軌道電路故障，RBC無法給出通過該區(qū)段的完全模式行車許可，列車需要通過人工駕駛模式越過故障區(qū)段。圖2為ATP上電注冊，司機(jī)選擇人工駕駛模式場景的消息流程圖，RBC按照流程圖進(jìn)行相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

圖2 人工駕駛授權(quán)消息流程圖

2.4 系統(tǒng)測試

無線閉塞中心進(jìn)行TSI認(rèn)證的軟件應(yīng)在已通過第三方獨(dú)立安全評估（ISA）的軟件版本上進(jìn)行，如果軟件做了變更升級，則測試的重點(diǎn)主要針對變更的部分進(jìn)行回歸測試，回歸測試范圍應(yīng)包含功能測試、接口測試、性能測試和其它測試。由于RBC測試時(shí)需要配置線路數(shù)據(jù)，針對該配置數(shù)據(jù)還應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)測試，從而保證數(shù)據(jù)的正確性。

無線閉塞中心的TSI認(rèn)證測試需搭建相應(yīng)的測試環(huán)境，見圖3。測試環(huán)境包括但不限于以下的組成部分：計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、CTC、ATP、GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)和仿真測試平臺等［10］。測試環(huán)境中的設(shè)備可以采用真實(shí)設(shè)備或仿真設(shè)備，根據(jù)測試案例的要求組合搭建。測試案例按照TSI認(rèn)證的要求，需要與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范子集的條款進(jìn)行逐條對應(yīng)，并根據(jù)測試的結(jié)果出具相應(yīng)的測試報(bào)告。

圖3 無線閉塞中心的TSI認(rèn)證測試環(huán)境

根據(jù)表2，對RBC修改部分需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的測試案例。為了完成測試案例，測試環(huán)境應(yīng)具備執(zhí)行相應(yīng)測試案例的能力，以及對執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行查看和判斷的功能。其中仿真車載應(yīng)具備ETCS-2級ATP的功能，具有對新增的車載模式、數(shù)據(jù)消息和通信方式的處理能力。

3 結(jié)語

本文對無線閉塞中心的TSI認(rèn)證做了全面的解析，重點(diǎn)對TSI認(rèn)證的模式，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的子集以及與CTCS-3級列控系統(tǒng)的功能差異做了分析，為自主化RBC開展TSI認(rèn)證提供了思路。自主化無線閉塞中心是我國自主研發(fā)的滿足CTCS-3級的一個(gè)重要安全子系統(tǒng)，目前已通過第三方獨(dú)立安全評估（ISA），并獲得ISA證書。對該產(chǎn)品進(jìn)行TSI認(rèn)證，有助于我國對歐盟法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的理解，掌握CTCS-3與ETCS-2級列控系統(tǒng)之間的差異性，進(jìn)一步提升我國列控系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)水平，也能確保無線閉塞中心出口技術(shù)條款的符合性，保證產(chǎn)品質(zhì)量，并最終達(dá)到走出去的戰(zhàn)略部署。