歐盟鐵路信號系統互聯互通技術規范研究

陳宇坤，李衛鋒

（中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031）

隨著我國“一帶一路”倡議的實施和高鐵“走出去”戰略的深入推進，中國鐵路走出國門已勢在必行。根據諸多鐵路項目在海外實施的經驗，海外項目多采用中國鐵路規范或歐盟鐵路規范。本文旨在介紹歐盟鐵路規范體系、互聯互通技術規范要求，分析信號系統強制技術規范，為采用歐盟鐵路規范的信號系統提供技術建議。

1 歐盟鐵路規范概述

歐盟為了確保跨歐洲高速鐵路安全可靠地實現互通性運行，建立了層次清晰、相互協調支持，充分考慮安全性、經濟性和高可靠操作性，并且內容詳盡的技術法規和規范體系。歐盟高速鐵路是基于共同規范的相互兼容的鐵路系統。歐盟鐵路規范體系如圖1所示。

圖1 歐盟鐵路規范體系Fig.1 System of EU Railway Specifications

2 互聯互通技術規范

2.1 互聯互通技術規范背景和歷史

互聯互通技術規范（Technical Specifications for Interoperability，TSI）是由歐洲鐵路管理局起草，由歐洲委員會決議通過。TSI是對鐵路系統“安全性、可靠性與可用性、健康、環境保護、技術兼容性和無障礙環境”等方面的基本要求逐級分解，形成了自上而下、逐級分配、系統配套的鐵路系統產品互聯互通性準入管理的法規體系，保證列車安全和不間斷運行，確保歐洲各國之間的鐵路系統可以互聯互通。TSI指令的演變歷史如下。

1996年：《96/48/EC High Speed Interoperability Directive》，針對于歐洲范圍內的高速鐵路出了最早的TSI規范。

2001年：《2001/16/EC-Conventional Rail Interoperability Directive》，針對歐洲范圍內的既有鐵路的更新升級項目，擴展TSI的范圍，將強制性規范推廣到40%的歐洲鐵路線路。

2004年：《2004/50/EC-Interoperability Amendment Directive》，修訂了《96/48/EC》和《2001/16/EC》，覆蓋所有的傳統鐵路路網。

2007年：《2007/32/EC》，修訂了《96/48/EC》和《2001/16/EC》。

2008年：發 布“第三包（Third Railway Package）”《2008/57/EC-Interoperability of the Rail System within the Community (Recast)》，取代了之前的TSI指令文件，整合了高速鐵路和既有鐵路，擴展了互聯互通范圍。

2009年：對《2008/57/EC》修訂，發布《Dir ective 2009/131/EC》。

2011年：對《2008/57/EC》修訂，發布《Directive 2011/18/EU》。

2013年：對《2008/57/EC》修訂，發布《Directive 2013/9/EU》。

2014年：對《2008/57/EC》修訂，發布《Recom Mendations 2014/897/EU》。

2014年：對《2008/57/EC》修訂，發布《Directive 2014/38/EU》和《Directive 2014/106/EC》。

2016年：發布《Directive 2016/797/EU》，為最新版本。

2.2 TSI體系概述

整個TSI體系是由歐盟和成員國層面共同實現的。在歐盟層面，歐盟頒布面向全歐洲經濟體的指令文件、實施規則文件、建議文件。根據歐盟層面的要求，成員國再制定自己的法律法規和實施條例。

歐盟層面，指令文件（即第一層）大體分為：TSI指令文件（TSI Directive）、安全指令文件（Safety Directive）、新方法指令（New Approach Directive）。實施規則和建議（即第二層）大體分為：TSI、用于風險評估和評估的通用安全方法（Common Safety Method for Risk Evaluation and Assessment，CSM-RA）、合格評定（Conformity Assessment）、準入許可的建議（APIS）。

1）TSI指令文件

現最新的TSI指令文件（即第一層）《Directive 2016/797》，正文內容主要包括：定義TSI范圍、定義術語、核心要求、TSI內容、TSI的制定、TSI的不足。附錄內容主要包括：歐盟鐵路構成；子系統；核心要求；子系統認證流程；相關指令的撤銷；與2008/57/EC指令對應表等。

2）TSI規則文件

TSI規則文件（即第二層）將鐵路系統劃分為8大子系統：基礎設施、能源、鐵路隧道安全、殘疾人、機車與客車、噪音、貨車、控制指揮和信號。

TSI規則文件的一般結構為：介紹（Introduction）；定義/范圍（Subsystem Definition/Scope）；核心要求（Essential Requirements）；子系統特征（Characteristics of the Subsystem）；互聯互通部件（Interoperability Constituents）；評估（Assessment of Conformity and/or Suitability for Use）；實施（Implementation）；附錄（Annexes）。

制定TSI規則文件目的是將整個鐵路系統進行細化，針對指令文件所提出的基本要求，將整個系統劃分為8大子系統，并對接下來規范（即第三層）的制定起到指導作用。

3 信號系統TSI要求

3.1 控制指揮和信號TSI（CCS TSI）

CCS（Control Command and Signaling）TSI主要文件為《Regulation (EU) 2016/919》,以及一系列修訂文件包括《Corrigendum to Commission Regulation （EU）2016/919》,《Commission Implementing Regulation (EU) 2017/6》,《Commission Implementing Regulation 2019/776》。

CCS TSI是TSI 8大子系統中的一個，適用于歐盟鐵路信號系統的車載子系統和軌旁子系統。

歐洲鐵路運輸管理系統（European Railway Transportation Management System，ERTMS）中，由于系統的版本不同，制定了不同的基線（Baselines）的技術規范（即第三層）。CCS TSI詳細介紹不同版本基線。

ERTMS基線被分成了歐洲列車控制系統（European Train Control System，ETCS）基線和鐵路國際無線通信（Global System for Mobile Communications-Railway，GSM-R）基線。GSM-R僅存在基線1（Baseline 1，B1），ETCS有基線2（Baseline 2，B2）、維護基線3（Baseline 3 Maintenance Release 1，B3MR1）、基線3（Baseline 3 Release 2，B3R2）。因此CCS TSI下的ERTMS技術規范可分為3個版本：ETCS基線2+GSM-R基線1；ETCS維護基線3+GSM-R基線1；ETCS基線3+GSM-R基線1。

ETCS基線3+GSM-R基線1為歐盟鐵路信號系統最新的強制性規范，在采用歐盟鐵路規范的鐵路項目中需要嚴格執行，該版本包含約65項強制性規范。

3.2 ETCS維護基線3到基線3的演進

ETCS基線2從2019年1月1日起不再使用。

ETCS維護基線3到基線3的主要演進如下。

1）SUBSET-026系統需求規范（System Requirement Specification，SRS）

B3MR1版本號3.4.0，B3R2版本號3.6.0。

版 本3.6.0新 增 第9章 內 容，將SRS第1至8章的條款分類。尤其是規定了正確評估ERTMS/ETCS車載設備與SRS符合性的要求。

2）SUBSET-027 FFFIS司 法 記 錄 器（FFFIS Juridical Recorder）

B3MR1版本號3.1.0，B3R2版本號3.3.0。

版本3.3.0修改第4.2.4.2條，新增再生制動接口、電磁蹄形制動器接口、電動氣動制動接口、牽引切斷接口、行車制動接口、行車制動反饋接口的數據類型。新增4.2.4.24、4.2.4.45～4.2.4.49條目，包括RBC聯絡數據、駕駛員反應距離、駕駛員反應速度等。修改第4.3.1.1條，指出每次將與跟蹤條件有關的信息提供給ERTMS/ETCS外部功能。

3）ERA ERTMS 015560 人機界面的FIS（FIS for Man-Machine Interface）

B3MR1版本號3.4.0，B3R2版本號3.6.0。

版本3.6.0在 第5、7、8、9、11章節更新了人機界面中的圖形（Symbols）和系統聲音（Sounds）要求。

4）SUBSET-034 列車接口的FIS（FIS for the Train Interface）

B3MR1版本號3.1.0，B3R2版本號3.2.0。

版本3.2.0在第2.3和2.4節中，修改了剎車壓力值、特殊制動禁止區域的適用范圍和信息輸出、牽引供電系統切換的信息輸出、降弓無電段的信息輸出、氣密性區域的信息輸出、車站站臺的信息輸出、主電源斷電的無電段的信息輸出、允許電流變化的信息輸出。在第2.5.5節新增速度設定的輸入信息。在2.6.2節新增列車數據信息的獲取需求。

5）SUBSET-035 專用傳輸模塊FFFIS（Specific Transmission Module FFFIS）

B3MR1版本號3.1.0，B3R2版本號3.2.0。

版 本3.2.0在 第10.3.2.2,10.3.2.3,10.3.2.4,10.3.2.7,10.3.2.8節，更新了專用傳輸模塊（STM）的狀態信息定義和狀態轉換順序。第10.7.3.5和10.7.4.3更新了數據輸入程序。第11.1.1.1.1節新增了與列車接口單元（TIU）連接和傳輸的要求。第13.3.1.3.1節新增ETCS車載設備報告人機交互（DMI）信道正常狀態的要求。第13.4.6.4節更新了DMI應顯示目標速度，釋放速度，允許速度，干預速度和目標距離。

6）SUBSET-036 歐洲應答器FFFIS（FFFIS for Eurobalise）

B3MR1版本號3.0.0，B3R2版本號3.1.0。

版本3.1.0在第5.6.2.3節更新應答器安裝的側向和角向偏差要求。在第5.7.10.4.1節更新在護輪軌橫向安裝的要求。在6.7.4節更新制造商提供應答器傳輸敏感度的要求。

7）SUBSET -037歐 洲 通 信FIS（Euroradio FIS）

B3MR1版本號3.1.0，B3R2版本號3.2.0。

版本3.2.0更新了用于ETCS的分組數據傳輸的CR741。

8）SUBSET-039 RBC/RBC移 交 的FIS（FIS for the RBC/RBC Handover）

B3MR1版本號3.1.0，B3R2版本號3.2.0。

版本3.2.0在第4.3節更新了RBC移交業務。在第4.6.2節更新了RBC切換狀態表格。在5.2.1和5.5.1.2節更新了RBC移交的信息包。

9）SUBSET-041互聯互通性的性能要求（Per formance Requirements for Interoperability）

B3MR1版本號3.1.0，B3R2版本號3.2.0。

版本3.2.0在第5.2.1.4節修改了車載設備接收移動授權（MA）到授權終點（EOA/LOA）更新之間的時延。第5.2.1.5節修改了歐洲環線（Euroloop）收MA到車載EOA/LOA更新之間的時延。第5.2.1.8節修改了環線標記終點（EOLM）與解碼第一個環線信息解碼之間的時延。第5.3.1.3節修改了向軌旁設備報告速度和位置信息前的測量時限。

10）SUBSET-091 ETCS 1級和2級互聯互通安全要求（Safety Requirements for the Technical Interoperability of ETCS in Levels 1 &2）

B3MR1版本號3.4.0，B3R2版本號3.6.0。

版本3.6.0在第3.1.1.3節更新了參考文獻目錄。在第7.2.1.5節更新了ETCS容許危害率（THR）參數。在第12.1.1.3節更新了風險源附錄。

11）SUBSET-094車載參考測試設備的功能要求（Functional Requirements for An Onboard Reference Test Facilitiy）

B3MR1版本號3.0.0，B3R2版本號3.1.0。

版本3.1.0在第6.4.14.1.1節修改了請求發送標志（RTS）應在物理和邏輯層模擬至少兩個B類GSM-R移動終端。在第8.3節更新了數據結構。

12）SUBSET-092-1 ERTMS歐 洲 通 信 符 合性要求（ERTMS EuroRadio Conformance Requirements）

B3MR1版本號3.0.0，B3R2版本號3.1.0。

版本3.1.0在第6.4節新增電路域（CS域）的傳輸協議一致性要求。在第6.5節新增適用數據域（PS域）的適配層實體。在第6.6節新增PS域的傳輸協議一致性要求。在第6.10節新增車載IP通信應用程序的資源管理。

13）SUBSET-092-2 ERTMS歐洲通信測試用例安全層（ERTMS EuroRadio test cases safety layer）

B3MR1版本號3.0.0，B3R2版本號3.1.0。

版 本3.1.0在 第3.2,5.2.3,5.2.8,5.2.10,5.2.12,5.2.15,5.2.19,5.3.2-8,5.3.9,5.3.10-14,5.4.1,5.4.3-6,5.6.2節更新了錯誤用例。

14）SUBSET-058 FFFIS STM應 用 層（FFFIS STM Application Layer）

B3MR1版本號3.1.0，B3R2版本號3.2.0。

版 本3.2.0在 第7.1.1,7.1.2,7.2.7,7.2.10,7.2.16,7.2.17,7.2.19,7.2.22,7.2.25,7.2.27,7.5.2,7.5.4,7.5.5,7.8.1,7.8.2,7.8.3節更新了STM數據包要求。

15）SUBSET-137在線密鑰管理FFFIS（Online Key Management FFFIS）

為新增規范，B3R2版本號1.0.0。

版本號1.0.0規定了密鑰管理中心間以及從密鑰管理中心到認證秘鑰實體的在線分發管理的密鑰管理系統。

綜上所述，ETCS維護基線3到基線3在系統要求、司法記錄、人機交互、車輛接口、專用傳輸模塊、應答器接口、車地通信、RBC移交、秘鑰管理、互聯互通等方面均做出了技術性演進，對采用歐盟鐵路規范的信號系統的設計、制造、認證具有借鑒意義。

4 結論

研究TSI是我國高鐵信號系統在“一帶一路”倡議和中國鐵路“走出去”戰略實施的重要條件，是參與國際競爭的必備條件。

本文概述歐盟鐵路規范的分級、TSI的背景、歷史和體系，介紹TSI指令文件、規則文件，闡述了控制指揮和信號TSI在歐盟鐵路規范中的位置。通過分析ERTMS不同基線的組成和3個基線版本，研究ETCS維護基線3到基線3規范的主要演進和發展趨勢，希望能為采用歐盟鐵路規范的鐵路項目信號系統提供技術建議。