塞爾維亞信號系統與ETCS-2系統結合的應用

梁 濱

（北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070）

1 塞爾維亞鐵路信號系統及歐洲鐵路通道概述

截至2021 年，塞爾維亞國內運營鐵路里程達到3 333.4 km，運營車站404 個，鐵路通道與周邊各國均有接口。塞爾維亞鐵路信號系統，多數車站裝備了繼電聯鎖或者電子臂板聯鎖設備，全國有4 個車站裝備了計算機聯鎖設備；區間閉塞采用三顯示自動閉塞或者站間閉塞；干線鐵路車站和區間裝備感應式列車防護系統I60（德語：Induktive Zugsicherung I60，Indusi I60）型自動停車系統。

隨著塞爾維亞境內泛歐鐵路走廊10 號、11 號通道的修建，對塞爾維亞鐵路信號系統提出了與歐洲其他國家互聯互通的要求，需要在既有信號系統的基礎上疊加歐洲列車運行控制系統（European Train Control System，ETCS）。結合匈塞鐵路塞爾維亞段的建設探討塞爾維亞信號系統與ETCS-2列控系統結合的若干問題。

2 塞爾維亞信號系統的特殊點

2.1 過走防護的處理

根據塞爾維亞信號安全設備技術規則Rulebook on Technical Requirements for Signal - Safety Devices (“Official Gazette of the Republic of Serbia”No.18/16 and 89/16)要求，列車進路末端應設置不小于50 m 的過走防護距離。塞爾維亞信號系統通常在站內采用單獨的軌道區段作為保護區段，區間以及進站信號機處，采用絕緣節（或計軸磁頭）設置于列車信號機內方不小于50 m 的位置來實現不小于50 m 的過走防護距離。

對于接車進路，保護區段隨著選排進路選出，并采取與主進路相同的原則檢查道岔位置、區段空閑、側防條件滿足等條件后鎖閉進路；在主進路隨著列車順序占壓完全解鎖后延時90 s 自動解鎖，或列車未進入，采用人工解鎖進路后隨主進路一并解鎖。站內保護區段如圖1 所示。

圖1 站內過走防護示意Fig.1 Station overlap diagram

發車進路和區間閉塞分區采用閉塞分區區段末端區間信號機與絕緣節（或計軸磁頭）間差置的距離作為過走防護距離，不設置獨立的保護區段，如圖2 所示。

圖2 區間過走防護示意Fig.2 Section overlap diagram

2.2 自動停車系統

塞爾維亞采用Indusi I60 型自動停車系統作為本國列車防護系統。Indusi I60 型自動停車系統是一種點式列車防護系統，由軌旁設備和車載設備組成。Indusi 軌旁設備包括500 Hz、1 000/2 000 Hz 應答器，由電感、電容組成相應頻率的諧振回路；Indusi 車載包括車載計算機、人機界面、車載天線和速度傳感器。系統工作時，車載天線對外發送500 Hz、1 000 Hz、2 000 Hz 頻率的信號，列車經過軌旁應答器時，車載設備通過磁通量的變化感應所經過的軌旁應答器諧振頻率，從而觸發車載設備采取相應的措施。

在車站、區間的列車信號機，以及站間閉塞的進站預告信號機處安裝1 000/2 000 Hz 應答器，其中1 000 Hz 信號指示在規定的時間內列車速度降至某規定值（不同制動模型的時間和速度值不一致）；2 000 Hz 信號指示立即實施制動；根據防護需要在距列車信號機一定距離設置500 Hz 應答器設備，車載收到500 Hz 信號時檢查列車速度，在列車運行153 m 內列車速度降至某規定值，持續監控列車速度。Indusi 系統制動模型如圖3 所示。

圖3 Indusi自動停車系統制動曲線示意Fig.3 Braking curve diagram of Indusi automatic stopping system

2.3 站內聯鎖和區間閉塞設備（APB）接口

塞爾維亞既有貝爾格萊德-舊帕佐瓦-希德（克羅地亞邊境）車站站內采用西門子SpDrS-64-J? 型繼電聯鎖，區間采用SpDrS64-J? 型自動閉塞設備，支持雙線雙方向自動閉塞；舊帕佐瓦-諾維薩德-蘇博蒂察-克萊比奧（匈牙利邊境）車站站內采用西屋CIW-WABCO-209.000-J?.69 型繼電聯鎖，區間采用CIW-WABCO-210，000-J?.69 型自動閉塞設備，支持雙線雙方向自動閉塞。站內聯鎖設備集中設置于機械室內，區間自動閉塞設備分散設置于區間APB 房屋內，每個信號點設置一個APB 房屋，控制該信號點處雙方向區間通過信號機、軌道電路以及Indusi 設備，雙線區段可控制4架通過信號機及相關設備。

匈塞鐵路建設后，正線車站采用DS6-60 全電子聯鎖，控制站內設備以及區間信號機點燈，與其他支線接口處（如舊帕佐瓦-希德方向），需與既有區間自動閉塞設備接口，完成改方、發車信號開放條件檢查、區間條件傳遞等功能。

3 塞爾維亞信號系統與ETCS-2結合

3.1 匈塞ETCS-2系統概述

匈塞鐵路作為泛歐10 號通道的一部分，為滿足跨境列車互聯互通運行的要求，匈塞鐵路塞爾維亞境內采用ETCS-2 級列控系統，滿足TSI CCS 規范子集#3（ETCS 基線3 發布2）中系統功能和接口規范要求，系統版本X=1，不采用ETCS-1 級系統作為后備模式。

匈塞鐵路ETCS 系統支持以下15 種工作模式，分別為：完全監控模式（Full Supervision，FS）、目視模式（On Sight，OS）、人工駕駛模式（Staff Responsible，SR）、調車模式（Shunting，SH）、未裝配模式（Unfitted，UN）、休眠模式（Sleeping，SL）、待機模式（Stand By，SB）、冒進模式（Trip，TR）、冒后模式（Post Trip， PT）、系統故障模式（System Failure，SF）、隔離模式（Isolation，IS）、 未上電模式（No Power，NP）、非本務模式（Non Leading，NL）、國家系統模式（National System，SN）和退行模式（Reversing，RV），系統版本X=2 支持的部分監控模式（Limited Supervision，LS）、被動調車模式（Passive Shunting，PS）可在后續系統版本升級后支持。

ETCS-2 列控系統由車載和軌旁設備構成。列控軌旁設備由無線閉塞中心（RBC）、臨時限速服務器（TSRS）、安全數據網接入設備、應答器等組成。根據線路和車站規模，匈塞鐵路塞爾維亞境內設置3套RBC、2 套TSRS 設備，集中設置于貝爾格萊德中心站RBC 機房內。RBC 根據區段占用、聯鎖進路等信息生成行車許可（MA），并通過GSM-R 無線通信系統將MA、線路參數、臨時限速傳輸給車載設備；同時通過GSM-R 無線通信系統接收車載設備發送的位置和列車數據等信息。臨時限速命令由臨時限速服務器統一管理，在調度中心由CTC 操作終端進行臨時限速下達和取消操作。采用計軸占用檢查裝置實現對列車占用區間、車站軌道區段的檢查；考慮到匈塞鐵路需運行既有列車，軌旁信號和Indusi 自動停車設備得到保留，計算機聯鎖設備通過設置于軌旁的目標控制器控制區間信號機和Indusi 設備，并將軌道區段與信號點燈狀態結合送給RBC。匈塞鐵路ETCS-2 系統總體結構如圖4 所示。

3.2 與既有國家模式的結合

3.2.1 運輸需求

基于列控車載設備考慮，將會有以下3 種列車在匈塞鐵路上運行：

1）同時安裝了ETCS 車載設備和既有國家模式車載設備（PZB/Indusi）的列車，或ETCS 車載設備兼容了PZB 功能，例如塞爾維亞新采購的高速列車；

2）僅安裝了既有國家模式車載設備（PZB/Indusi）的列車，例如塞爾維亞既有運行的客車和貨車；

3）僅安裝ETCS 車載設備的列車（ETCS 車載設備不兼容PZB 功能），例如其他國家（國家模式為非PZB/Indusi 系統）的跨國列車。

對于第一種類型的列車，在ETCS 軌旁設備正常工作時，司機憑車載信號在ETCS 車載設備的監控下運行。如果ETCS 軌旁設備發生故障，在列車停車后，司機可以操作將車載設備轉為SN 模式（ETCS-NTC 等級），司機按照塞爾維亞既有行車管理辦法行車，以軌旁信號作為行車憑證，PZB/Indusi 系統提供一定程度的速度監控和闖紅燈防護功能。

對于第二種類型的列車，司機按照塞爾維亞既有行車管理辦法行車，以軌旁信號作為行車憑證，PZB/Indusi 系統提供一定程度的速度監控和闖紅燈防護功能。

對于第三種類型的列車，在ETCS 軌旁設備正常工作時，司機憑車載信號在ETCS 車載設備的監控下運行。如果ETCS 軌旁設備發生故障，在列車停車后，司機可以將車載設備轉為UN 模式（ETCS-0 等級），司機按照塞爾維亞既有行車管理辦法行車，以軌旁信號作為行車憑證，不超過UN模式的頂棚速度運行。

3.2.2 等級轉換

匈塞鐵路為既有線路更新改造，與塞爾維亞境內其他線路接口較多。考慮到匈塞鐵路列車套跑至其他線路的需求，在線路銜接處設置等級轉換點。

1）ETCS-0/NTC →ETCS-2

在ETCS-0/NTC →ETCS-2 等級轉換處，設置GSM-R 注冊、RBC 呼叫、等級轉換預告、等級轉換執行4 組應答器（應答器組由兩臺無源應答器組成），上述應答器組可與其他用途的應答器合用，也可以根據需要單獨設置，應答器組間距離根據GSM-R 網絡QoS 要求（Subset-093）以及車-地間數據通信時間綜合考慮。ETCS-0/NTC →ETCS-2 等級轉換信息由RBC 發送。

2）ETCS-2 →ETCS-0/NTC

在ETCS-2 →ETCS-0/NTC 等級轉換處，設置等級轉換預告、等級轉換執行2 組應答器，并且在等級轉換執行應答器后方設置一組應答器用于斷開RBC 連接（應答器組由兩臺無源應答器組成）。上述應答器組可與其他用途的應答器合用，也可以根據需要單獨設置。

本線列車向支線運行時，ETCS-2 →ETCS-0/NTC 等級轉換需要APB 設備向聯鎖提供區間方向、區段狀態和信號機點燈狀態，進而提供給RBC 以實現列車完全監控模式下進行等級轉換。

3）等級轉換列表

車載設備收到軌旁設備提供的等級轉換優先級列表，將選用車載設備所支持的等級中與軌旁設備的等級轉換優先級列表中最高優先級的等級，即如果車載設備支持1、0、NTC X 三種等級。軌旁設備提供優先級列表為2、NTC X、1、NTC Y，則車載會采用NTC X 等級；如果車載設備支持1、0、NTC Y 三種等級，則車載會采用1 級。

PZB/Indusi 系統作為NTC 等級的一種，歐洲鐵路局為不同國家分配了4 個NID_NTC 值（NID_NTC 即為基線2 中的NID_STM，例如給武廣CTCS-2 分配的NID_STM=45），分別是NID_NTC=6（德國、奧地利的PZB 90 系統）、NID_NTC=9（德國、奧地利、以色列的PZB/LZB 系統）、NID_NTC=27（克羅地亞、斯洛文尼亞的Indusi I60 系統）以及NID_NTC=36（羅馬尼亞的Indusi I60 系統）。2021 年初，經塞爾維亞鐵路基礎設施公司申請，歐洲鐵路局將NID_NTC=27也分配給了塞爾維亞的Indusi I60 系統。

考慮到塞爾維亞干線鐵路及運營車輛均裝備了PZB/Indusi 設備，且國家模式運行的效率及安全性要高于ETCS-0，所以在ETCS-2 →ETCS-0/NTC等級轉換信息中僅配置NTC 等級，不配置ETCS-0等級，并且NTC 等級中嚴格按照歐洲鐵路局分配的NID_NTC=27 進行配置。后續如果有其他國家列車在該線路運營，可以通過修改車載設備以支持NID_NTC=27，或者修改軌旁設備增加其他NID_NTC 值。如果有不支持PZB/Indusi 設備的列車運行時，還需在等級轉換時考慮增加對ETCS-0 等級的支持。

3.2.3 行車許可的描述

1）MA 的結構

由于塞爾維亞的聯鎖進路存在過走防護（信號機內方單獨區段或利用信號機至計軸點間距離），需要對MA 中的保護區段/危險點信息進行描述。MA 中保護區段/危險點信息的示意如圖5 所示。

圖5 ETCS行車許可結構Fig.5 ETCS movement authority structure

ETCS-2/3 級MA 信息包P15 中對于保護區段/危險點的描述如表1 所示。

表1 ETCS-2行車許可關于保護區段/危險點的數據描述Tab.1 Description of data of ETCS-2 movement authority about overlap sections/danger points

對于危險點：

a. Q_DANGERPOINT 為危險點的描述，0 為無危險點信息，1 為后面有危險點信息描述，取值為1 時，后續D_DP、V_RELEASEDP 變量生效；

b. D_DP 為EoA 至危險點的距離；

c. V_RELEASEDP 為與危險點相關的開口速度。

對于保護區段：

d. Q_OVERLAP 為保護區段的描述，0 為無保護區段信息，1 為后面有保護區段信息描述，取值為1 時，后續D_STARTOL、T_OL、D_OL、V_RELEASEOL 變量生效；

e.D_STARTOL 為保護區段定時器開始計時的地點至運行許可終點的距離；

f. T_OL 為保護區段的有效時間；

g. D_OL 為EoA 至保護區段末端的距離；

h. V_RELEASEOL 為與保護區段相關的開口速度。

對于上文2.1 節中提到的塞爾維亞國內信號系統對于過走防護的處理方式，MA 中描述如下。

對于采用信號機至內方絕緣節（或計軸磁頭）間距離作為過走防護的情況，MA 中將末區段終點描述至信號機，信號機內方的絕緣節（或計軸磁頭）描述為危險點；對于采用信號機內方若干個軌道區段作為過走防護的情況，MA 中將末區段終點描述至信號機，聯鎖表中規定的若干個保護區段的總長度描述為保護區段。

2）開口速度的選取

MA 中開口速度的描述有3 種方式：指定具體開口速度值、由車載設備計算開口速度值和使用國家值。

開口速度的計算需要綜合考慮線路條件、保護區段/危險點距離、列車置信區間大小、列車反應時間等因素，由于車的參數無法獲取，由軌旁設備計算開口速度并發給車載的方式存在安全風險，故不采用指定開口速度值的方式。

由于塞爾維亞信號安全設備技術規則要求過走防護距離不小于50 m，在匈塞鐵路塞爾維亞段工程設計中，區間通過信號機及進站處的危險點通常為50 m。接車進路的保護區段由一個或若干個軌道區段組成，長度50 ～200 多m 不等。塞爾維亞ETCS 系統用戶需求規定開口速度國家值為20 km/h。如果采用國家值，對于過走防護距離較短的情況，20 km/h 的開口速度可能導致列車最小安全前端越過EoA 冒進停車后越過過走防護距離，存在安全風險；對于過走防護距離較長的情況，可以通過更高的開口速度提升列車通過效率，采用國家值會降低列車通過效率。

綜合考慮安全、效率，開口速度采用由車載設備計算的方式。在后續工程的實際測試中，列車接近EoA 時開口速度在5 ～35 km/h 不等。

3）保護區段計時的問題

塞爾維亞聯鎖用戶需求規定列車完全進入股道后，接車進路解鎖；帶中岔的股道為列車出清中岔進入最后一個無岔區段后，接車進路解鎖；保護區段解鎖時機為列車完全進入股道（或進路內最后一個無岔區段）后90 s，即進路解鎖后保護區段延時90 s 解鎖。

對于ETCS 系統，OVERLAP 計時如果與聯鎖不一致，可能會出現以下情況：聯鎖保護區段已經解鎖，但MA 中OVERLAP 還存在，導致列車可能越過EoA 壓入正在轉動的道岔，造成行車安全風險；聯鎖保護區段還未解鎖，但MA 中OVERLAP已撤銷，導致列車無法靠近信號機對標停車，影響效率。

基于上述原因，OVERLAP 計時應與聯鎖中保護區段解鎖時間一致。但是在MA 結構中，開始計時的地點變量D_STARTOL 為該點距EoA 的距離，每條進路只能描述一個固定的長度，列車的最大安全前端越過該點時開始計時；而聯鎖中保護區段解鎖計時的開始條件為車尾進入股道，兩者不能完全吻合，變量D_STARTOL 只能寫入具體數值而不能加入車長的計算。所以結合上述對安全和效率的影響綜合考慮，并且通常情況下列車壓入股道后90 s 能停穩到期望的位置，所以ETCS 系統中OVERLAP 比聯鎖提前解鎖基本不存在影響效率的問題。所以在工程實踐中，OVERLAP 的保持時間T_OL 取值與聯鎖解鎖時間一致的90 s，計時起點D_STARTOL 為列車壓入股道，即D_STARTOL 取值為股道長度。

4）進一步探討

上述MA 的處理方式中，ETCS 系統中OVERLAP 撤銷時間比聯鎖中保護區段解鎖時間提前了一個車長，車載設備在刪除部分線路數據后，會再次向RBC 請求MA。這個時候聯鎖中的保護區段尚未解鎖，向RBC 發送的進路狀態保持不變，RBC 將帶保護區段的MA 再次發給車載，車載收到MA 后判斷保護區段延時已經結束，可能會再次刪除保護區段的數據，導致RBC 循環發送MA，直至保護區段解鎖或者列車停穩。

如果RBC 在收到原因為刪除數據的MA 請求（基線2 的M132 中Q_TRACKDEL=1 或基線3 的M132 中Q_MARQSTREASON=x1xxx）時，向車載發送MA 中刪除OVERLAP（Q_OVERLAP=0），這樣能使車地一致性更好。需要考慮對RBC 處理MA 的方式、RBC 與聯鎖接口，聯鎖對保護區段的處理方式進行修改。

4 結語

匈塞鐵路是中國自主研發列車運行控制系統落地歐洲的第一個項目。塞爾維亞段的建設開通，對中國高鐵技術裝備“走出去”提出了一些思考。

首先，充分調研目標國的鐵路技術規范、用戶需求和互聯互通需求，系統設計需要考慮與既有國家模式的結合，對系統進行適配性開發或定制化改造，及時取得產品層面的目標國準入認證。

其次，注重工程的認證評估工作，系統層面對國家規范、互聯互通、安全性的符合性認證工作貫穿整個工程的需求定義、設計、集成、調試和運營全過程，及時做好技術儲備。

同時也可以在國外工程建設過程中吸取一些新的技術和理念，為后續中國高鐵技術的持續發展進步以及技術裝備更好地“走出去”夯實基礎。