比利時貨運公司Lineas瞄準低成本高效益ETCS

2020年初，比利時貨運公司Lineas的一臺77型柴油機車在比利時國家鐵路網上恢復正常運行。在該機車的前端駕駛室中增加了一個新的電子設備柜。該電子設備柜是新一代ETCS車載設備的試驗產品，由TSC公司開發。

TSC公司由Lineas公司支持，于2019年4月成立。Lineas計劃2025—2026年將其所屬的110臺機車均裝備新一代ETCS設備，這將為TSC的發展提供巨大支持。

1 新一代ETCS車載設備的主要特點

1.1 硬件簡化

當前的ETCS車載設備架構是基于20年前的技術設計的，其后技術發展十分緩慢。ETCS的核心——歐洲安全計算機，缺乏靈活性，無法滿足產品定制需求，給現有車輛的改造加裝造成困難，導致成本增加，并延長了ETCS車載單元的安裝、維修或升級所需的時間。

目前，要將法規框架和TSI沒有強制要求的功能特征嵌入到ETCS車載設備中十分困難。一般情況下，需要將這些特征以所謂“用戶需求”的名義，由工程團隊在施工時實施，包括GPS、遠程測量、維護系統網關、列車記錄儀、乘客信息系統等。

TSC嘗試利用數字化技術，研發軟件驅動的車載單元，盡可能簡化硬件，這也正是OCORA項目中所謂“車載參考架構”的研究方向。

TSC的車載安全計算機iEVC由嵌入式模塊組成，這些模塊堅固耐用，適用于機車車輛的安裝條件，并通過以太網通信。組件或子系統間物理接口將采用就近安裝的專用模塊實現，最大程度地減少電纜用量。

這種簡化的iEVC硬件體系架構中，某些特征功能和模塊的增加或替換是可控的，最大程度地減少了系統變更后重新認證的工作量。任何軟件升級，無論是否與安全相關，都由iEVC安全計算機模塊統一協調。模塊間盡可能采用“基本”的物理接口，并通過專用開發環境管理軟件變更，從而控制成本，降低系統復雜性。

1.2 系統升級

實際上，現有的硬件系統是基于某個基線配置的，不能輕易變動。為便于ERTMS部署，ERT?MS基線需要具備一定的穩定性。目前鐵路部門已經達成一致：2016年發布“基線3第2版”之后，至2022年系統需求規范SRS將不再更新。然而，這會造成諸如ATO之類的“游戲規則改變者”的引入延遲，而且從長遠來看，“凍結”規范會影響到ERTMS軟件的發展和更新，這也是運營商擔憂的問題。

要解決這個矛盾，可以在“軟件即服務”這一更廣泛的技術發展趨勢中找到答案。按照“軟件即服務”概念，ERTMS基線升級時，不需要進行產品重新設計，也不會引起任何重大投資，可以采用類似智能手機系統升級的方式。對于最終用戶而言，系統升級幾乎是透明的。

TSC將通過使用ERTMS Solutions（RG）項目開發的ERTMSFormalSpecs（EFS）專用建模語言實現。EFS語言已經越來越多地被信號制造商和基礎設施管理者用于系統變更和認證。EFS能生成ERTMS規范可立即執行模型，沒有任何中間代碼。這種基于模型的形式化方法，縮短了基線變更所需的時間，加快了系統變更認證過程。

目前，ERTMS Solutions項目已開發出了符合ERTMS subset-026規范的EFS模型及針對Subset-076的自動測試組件。TSC正在討論將EFS的應用許可授權給進入ETCS車載設備市場的其他公司，以促進市場競爭，使用戶受益。

1.3 集成開發

在許多國家，阻礙ERTMS大規模推廣的另一個瓶頸是具體項目復雜的工程需求，以及普遍短缺合格的技術人員。在現有機車上加裝或改裝ETCS車載設備是一項復雜的任務，任何錯誤都可能帶來災難性后果，因而需要熟練掌握安全相關技術的工程人員。

TSC正在研究“安全集成開發環境（SIDE）”，以加快詳細設計過程，降低工程復雜性。通過SIDE應用將提升安全或非安全應用程序的開發，在通用ETCS車載設備上增加或修改相關功能，以滿足每個客戶的具體需求，SIDE也可供第三方軟件開發商使用。

為實現ERA提出的ETCS發展愿景，可借鑒智能手機的做法：在為各平臺分發的單個應用程序中創建一個“生態系統”。這個“生態系統”對智能手機的大規模使用起到至關重要的作用，因為如果沒有大量的應用程序，智能手機將僅限于供應商提供的有限的功能。ETCS車載設備也是如此，沒有適合各種車輛和運營需求的功能定制，它就僅僅是一個制動控制系統。通過SIDE應用可極大地增加其潛力。

B級傳統信號系統就是一個典型的例子。B級系統經常要在不同國家/地區與ETCS共用，是限制ETCS發展的另一個瓶頸，使ETCS系統更加復雜，工程費用更高，難以獲得安全機構的認證授權。

B級系統使用的歐標應答器或滿足ETCS的傳輸技術（例如TBL1+，KVB或ATC2）都可以通過軟件方式輕松實現。即使是需要使用其他傳感器和特定傳輸模塊的系統，例如德國PZB或波蘭SHP，也可以通過在車載以太網上增加傳感器模塊，并通過相關應用程序讀取該傳感器來實現。

由于有了SIDE，開發人員和集成商可以完成幾乎所有應用軟件的變更或升級，除了必要的安全計算機、速度傳感器和歐標應答器讀取器外，“無法觸及”的元素數量將減少到最低限度。

1.4 “空中”升級

由于目前基線2和基線3版本的軟件都在歐洲使用，因此需要進行版本控制，以確保所有設備均達到當前的基線標準。但事實證明，要在數量龐大、可能遍布整個歐洲大陸的列車上進行車載設備升級并非易事。

與其他供應商一樣，TSC認為“安全的軟件空中升級”是解決這個難題的答案。正如特斯拉在汽車領域采用的方法，即夜間停車時更新應用軟件。該方法能最大程度地減少車載軟件錯誤修復或更新升級需要投入的精力，有助于降低日常維護成本，而日常維護成本是目前總體成本的主要構成部分。

軟件“空中”升級也是無人駕駛地鐵系統中的最佳實踐。地鐵系統中，必須在非常有限的時間內，完成列車軟件升級。這種方式對列車遍布歐洲的私有運營商同樣具有吸引力，列車無需返回車庫即可完成系統升級，降低了成本，節省了能源。

2 項目試驗情況

TSC與Lineas簽訂的基本合同包括110臺77型柴油機車ETCS改造，將于2024—2025年交付。改造后，其中88臺將在比利時運行，其他22臺還需配置相應設備以實現德國和荷蘭的跨境運行。到2024年2月，第一臺比利時機車將進行認證。合同還包括10年期的設備維護，不限次數的基線升級和保證列車準時運行的服務協議。

2020年9月，TSC針對試驗機車進行了系統設計，并與Transurb合作，就樣機詳細設計和2024年2月的安裝達成一致。

目前，試驗機車已經完成了所有iEVC組件、來自Deuta的OPG和多普勒速度傳感器、歐洲天線及ERTMS應答器傳輸模塊的安裝。電氣柜內包含了Duagon安全計算機，Deuta防撞記憶單元，Clearsy安全繼電器，以及工業PC、GPS和4G調制解調器。

2020年3月，完成初步安全評估和認證后，該試驗機車已開始在Lineas線路上正常運行，各組件使用4G通道連續報告車載狀態和特性數據。

3 助力歐洲ETCS發展計劃

TSC將盡一切努力，支持ERTMS歐洲推廣戰略，包括車載單元的標準化、維護方式的改進，以及更高水平的模塊化，為將來輕松引入新的“游戲改變者”創造條件。

這些創新使TSC的方案與目前ETCS車載設備大不相同，至2030年TSC的新一代ETCS車載設備將會有更廣泛的市場應用前景。只有當整個行業都采用了這些改進后，才能大規模地激發出ETCS改造的需求，這也是全行業正在面臨的挑戰。