ETCS-2与CTCS-3在功能方面的差异性分析

2018-01-24张友兵王建敏陈志强

铁路通信信号工程技术 2018年6期

张友兵王建敏陈志强

（1.北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070 2.北京市高速铁路运行控制系统工程技术研究中心，北京 100070）

1 ETCS-2与CTCS-3的区别和联系

中国借鉴欧洲列车控制系统（European Train Control System，ETCS）创造了中国列车控制系统（Chinese Train Control System，CTCS）。ETCS系统具备 ETCS-0、ETCS-STM、ETCS-1、ETCS-2、ETCS-3共 5个等级，CTCS系统具备CTCS-0、CTCS-1、CTCS-2、CTCS-3、CTCS-4 共 5个等级。目前，在中国广泛使用的运行等级包括CTCS-2等级和CTCS-3等级。

其中，CTCS-3级列车运行控制系统是保障列车安全运行和提高运输效率的关键技术装备，由地面设备和车载设备组成。地面设备负责根据列车占用情况及进路状态向所管辖列车发出行车许可和列车控制信息。车载设备负责对列车运行控制信息进行综合处理，生成目标-距离模式曲线，控制列车按命令运行。CTCS-3级与ETCS-2级具有类似的功能。

CTCS-3与ETCS-2具有相似的功能特征，但彼此又存在一些差别。以下，将对CTCS-3级和ETCS-2级两种列控系统在功能方面的差异进行分析。

2 ETCS-2与CTCS-3存在差异的功能

2.1 制动控制方式

CTCS-3级系统具有司机制动优先（人控优先）和设备制动优先（机控优先）的概念，ETCS-2级系统没有这些概念。在ETCS-2级系统中，只有最大常用制动和紧急制动2个制动等级。在CTCS-3级系统中，存在弱常用制动、中等常用制动、最大常用制动和紧急制动4个制动等级。

在CTCS-3级系统中，车载设备在非完全监控模式下一般采用人控优先，完全监控模式下一般采用机控优先。在完全监控模式下，在目标速度监控区，当目标速度为0且允许速度低于40 km/h时，车载设备采用人控优先。

人控优先方式下，列车速度超过最大常用制动速度时，车载设备触发最大常用制动，当列车速度低于允许速度时，车载设备通过DMI提示司机人工缓解最大常用制动。

机控优先方式下，在顶棚速度监控区，列车速度超过最大常用制动速度时，车载设备触发最大常用制动，当列车速度低于允许速度时，车载设备自动缓解最大常用制动。

机控优先方式下，在目标速度监控区，存在弱常用制动（1级制动）、中等常用制动（4级制动）和最大常用制动（7级制动）3层常用制动防护。当列车速度超过弱常用制动速度时，车载设备触发弱常用制动。列车速度继续升高，超过中等常用制动速度时，车载设备触发中等常用制动。列车速度继续升高，超过最大常用制动速度时，车载设备触发最大常用制动。施加最大常用制动后，列车速度降低，低于最大常用制动速度时，车载设备触发中等常用制动。施加中等常用制动后，列车速度继续降低，低于中等常用制动速度时，车载设备触发弱常用制动。施加弱常用制动后，列车速度继续降低，低于弱常用制动速度时，车载设备自动缓解弱常用制动。

2.2 自动降级

CTCS-3级系统具备CTCS-3等级运行时无线超时自动降级CTCS-2等级运行的功能，ETCS-2级系统不具备无线超时自动降级功能。

在CTCS-3级系统中，在完全监控模式下，无线超时后，CTCS-3主控单元启动CTCS-3到CTCS-2的降级处理并输出最大常用制动。如果一直未收到新的有效的无线消息，当列车制动10 s或列车速度低于160 km/h后，如果此时列车速度已低于CTCS-2级的允许速度，车载设备自动转入CTCS-2等级控车并断开与RBC的无线连接。

2.3 等级转换

在ETCS-2级系统中，有些等级转换需要确认，有些等级转换不需要确认。对于需要确认的等级转换，当列车最大安全前端通过等级转换边界后方的轨旁设备指定的位置时，要求司机确认等级转换。如果司机在等级转换后5 s内还未确认，车载设备实施最大常用制动。司机确认等级转换后，车载设备缓解制动。

在CTCS-3级系统中，收到地面的CTCS-2转CTCS-3或CTCS-3 转CTCS-2的等级转换命令，列车越过级间转换点后，如果满足等级转换的条件，车载设备自动转入新的等级，并通过显示文本提示司机车载设备转入新的等级，不需要司机确认。但是，收到地面的CTCS-2转CTCS-3等级转换命令，在列车越过级间切换点时，车载设备判断此时此刻是否发生无线超时，如果已经发生无线超时，车载设备不执行CTCS-2转CTCS-3的级间切换命令，继续维持CTCS-2等级运行。

2.4 人工驾驶模式

ETCS-2级系统的SR模式与CTCS-3级系统的OS模式类似。但是，CTCS-3级OS模式具备“目视警惕”功能，ETCS-2级SR模式不具备该功能。ETCS-2级系统允许司机修改SR速度和SR距离，CTCS-3级系统不允许司机进行这种修改。

在CTCS-3级OS模式下，列车每走行200 m或50 s时，车载设备提示司机进行“目视警惕”确认。如果列车走行300 m或60 s内，司机未对“目视警惕”进行确认，车载设备输出紧急制动停车。

在ETCS-2级系统中，进入SR模式时，SR速度由相应的国家值/默认值（V_NVSTFF）决定，SR距离由相应的国家值/默认值（D_NVSTFF）决定。车载设备允许司机在停车状态下修改SR速度和SR距离。在SR模式，车载设备应采用最新的司机输入SR速度，车载设备还应采用最新的司机输入SR距离或RBC给出的SR距离。当司机选择“越行”时，越行功能被激活，车载设备将删除此前由司机输入或轨旁设备给出的SR速度和SR距离，使用国家值/默认值监控列车运行。

2.5 行车许可

ETCS-2级系统P15包中包含并使用区段定时器、危险点和保护区段，CTCS-3级系统P15包中包含但目前尚未使用这些信息。

MA可以包含多个区段，最后一个区段被称为末区段。

非末区段和末区段包含“区段有效时间”（T_SECTIONTIMER）和“区段起点至区段超时停止点的距离（D_SECTIONTIMERSTOPLOC）。车载设备收到MA时，区段定时器开始计时。在区段定时器超时之前，列车越过区段超时停止点，区段定时器停止计时。在区段定时器超时后，列车还未越过区段超时停止点，超时区段被取消，车载设备将MA缩短到超时区段的起点。

末区段还包含末区段有效时间（T_ENDTIMER）和从末区段定时器启动点至许可终点的距离（D_ENDTIMERSTARTLOC）。列车到达末区段定时器启动点，末区段定时器开始计时，末区段定时器超时前，列车还未出清末区段，末区段被取消，车载设备将MA缩短到末区段的起点。

危险点可能包含：

1）被占用的闭塞区间的入口处（如果线路按固定闭塞原理运行）；

2）列车安全末端位置（如果线路按移动闭塞原理运行）；

3）在与当前列车的行驶方向相冲突的方向上，为进路设置的道岔警冲标（适用于固定闭塞和移动闭塞）。

危险点信息包含从运行许可终点到危险点的距离（D_DP）和危险点的开口速度（V_RELEASEDP）。如果不存在保护区段，危险点位于列车前端可以无危险风险到达的EOA的外方，列车越过行车许可终点（EOA）后，可以低于开口速度的速度接近危险点。

保护区段包括保护区段定时器开始计时的地点至运行许可终点的距离（D_STARTOL）、保护区段的有效时间（T_OL）、运行许可终点至保护区段终点的距离（D_OL）和保护区段的开口速度（V_RELEASEOL）。列车越过保护区段定时器的计时开始位置，车载设备开启保护区段定时器，当定时器溢出时，保护区段被撤销，监督点撤回到危险点或行车许可终点。

2.6 轨道条件

ETCS-2级系统支持的轨道条件包括无电区段（升降弓和断主断）、气密、隧道、牵引换相、桥梁、禁止停车、大金属块、无线盲区、关闭再生制动、关闭用于常用制动的涡流制动和关闭磁靴制动。CTCS-3级系统支持的轨道条件包括无电区段（升降弓和断主断）、临时限速。

ETCS-2级和CTCS-3级在DMI上显示轨道条件图标的方式也存在很大差异。以通过断主断过分相为例，CTCS-3级系统在分相区里显示分相区图标，ETCS-3级系统在进入分相区前显示分相区预告图标，在分相区里显示分相区图标，过了分相区之后显示分相区结束图标。

2.7 粘着系数

ETCS-2级系统允许司机修改粘着系数，CTCS-3级系统不允许司机修改粘着系数。

在ETCS-2级系统中，粘着系数只有光滑钢轨（默认值：70%）和非光滑钢轨（默认值：100%）两种取值。轨旁设备可以按曲线型数据的形式发送并更新车载设备使用的粘着系数。如果本国规定值允许的话（Q_NVDRIVER_ADHES），也可由司机来修改粘着系数，司机修改的粘着系数将立即被采用。车载动态速度监控功能从司机选择的粘着系数和轨旁设备给出的粘着系数中选用限制最严格的粘着系数。粘着系数的默认值是最高值，即非光滑钢轨。列车运行过程中，粘着系数可以修改。粘着系数用来调整列车的制动模型，通过在制动模型中乘上粘着系数来影响紧急制动模型和常用制动模型。

2.8 列车数据

在ETCS-2级系统中，司机通过DMI可以输入或修改列车车型、列车长度、制动率、最大速度、载重、气密性等信息。在CTCS-3级系统中，司机通过DMI可以输入或修改列车长度（列车编组数）。

2.9 前方轨道空闲

在ETCS-2级系统中，只能人工确认前方轨道空闲请求。在CTCS-3级系统中，如果地面轨道码为允许码，车载设备自动确认前方轨道空闲请求；如果地面轨道码为非允许码，则需人工确认前方轨道空闲请求。

在ETCS-2级系统中，RBC向车载设备发送无线消息前方轨道空闲请求（M34），DMI向司机显示“前方轨道空闲”问题框，提示司机观察前方轨道是否空闲。如果司机发现从列车前端到下一个信号机之间是空闲的，对问题“前方轨道空闲”进行确认，车载设备将向RBC发送无线消息前方轨道空闲确认（M149），RBC将向车载设备发送行车许可，车载设备收到行车许可后将转入完全监控模式。

在CTCS-3级系统中，车载设备从RBC收到无线消息M34，如果当前轨道码是允许码，车载设备向RBC回复无线消息M149，自动确认前方轨道空闲；如果当前轨道码不是允许码，车载设备通过DMI向司机显示文本“确认前方轨道空闲”，要求司机人工确认前方轨道空闲。进入前方轨道空闲确认区，如果地面为红码，车载设备不向DMI发送无线消息M34（确认前方轨道空闲），否则，司机确认文本“确认前方轨道空闲”，车载设备收到行车许可转入C3完全监控模式，又因地面红码触发冒进防护，转入冒进模式。

3 ETCS-2具备而CTCS-3不具备的功能

3.1 监控无线盲区

ETCS-2级系统具备监控无线盲区功能，CTCS-3级系统不具备监控无线盲区功能。

在ETCS-2级系统中，列车从地面收到无线盲区信息。列车进入无线盲区后，车载设备停止监督无线链接丢失。在无线盲区里，车载设备与RBC的无线链接丢失，由于已经停止了监督无线链接丢失的功能，车载设备不触发制动，列车正常运行。列车前端越过无线盲区终点后，车载设备重新与RBC建立无线连接，并重新启用监督无线链接丢失功能。

3.2 进路适应性

ETCS-2级系统具备进路适应性功能，CTCS-3级系统不具备进路适应性功能。进路适应性指列车对线路的适应性，用于监督列车装载是否超过线路限界（最大限高、限宽）要求、列车牵引类型是否适合线路供电条件（交流、直流、供电电压）、列车轴重是否超过线路支持的最大轴重。

在ETCS-2级系统中，列车必须满足进路适应性数据才被允许进入相应的进路。地面设备以曲线型数据的形式将进路适应性数据发送给车载设备。车载设备对收到的进路适应性数据进行监督和防护，只允许与进路适应性数据一致的列车进入进路适应性数据描述的区域，如果不匹配，车载设备对列车施加制动，将列车停在进路适应性区域之外。停车后，司机可以选择“越行”屏蔽掉进路适应性功能，允许列车按照给定的运行许可和线路描述继续运行。

3.3 建立通信会话

在ETCS-2级系统中，车载设备和RBC都可以发起建立通信会话。在CTCS-3级系统中，只能由车载设备发起建立通信会话。

在ETCS-2级系统中，RBC发起建立通信会话的步骤如下：

1） RBC请求与车载设备建立安全连接；

2）一旦建立安全连接，RBC立即向车载设备发送通信会话初始化消息（M155）；

3）当车载设备接收到M155，应认为建立了通信会话，并向RBC发送通信会话已建立（M159）的报告；

4）RBC接收到该报告，应认为建立了通信会话。

3.4 协同缩短MA

ETCS-2级具备协同缩短MA的功能，CTCS-3级不具备该功能。

车载设备和RBC之间协同缩短MA的流程如下：

1） RBC向车载设备发送M9（请求缩短MA），请求把比当前运行许可终点更靠近列车的位置作为新的EOA；

2）车载设备检查在无制动干预的情况下列车是否能停在要求的位置。如果能，车载设备接受缩短MA，并删除新EOA之外的线路描述和链接信息，向RBC回复M137（同意缩短MA的请求）；如果不能，车载设备拒绝缩短MA，向RBC回复M138（拒绝缩短MA的请求），并且先前接受的MA保持有效。

3.5 修改列车数据的方式

CTCS-3级系统只能通过司机修改列车数据，ETCS-2级系统不但可以通过司机修改列车数据，还可以通过除司机之外的其他方式修改列车数据。

在ETCS-2级系统中，从其他渠道收到新的列车数据有如下处理方式。

1）如果不是列车类型、轴重、牵引供电，车载设备，通知司机列车数据被修改。

2）如果是列车类型、轴重、牵引供电，需要根据当前模式进行不同处理。如果当前模式为待机、冒后、反向运行3种模式，车载设备通知司机列车数据被修改。如果当前模式为未装备、SN、人工驾驶、冒进4种模式，当车载设备具有行车许可和线路数据时，车载设备通知司机列车数据被修改，否则需要判断列车是否静止。如果当前模式为完全监控、目视、SE 3种模式时，需要判断列车是否静止。

3）在需要判断列车是否静止的情况下，当列车静止时车载设备通知司机列车数据被修改。当列车不处于静止状态时，车载设备施加常用制动并通知司机。停车后，车载设备提示司机确认列车数据被修改。司机确认后，车载设备缓解常用制动，并接受修改后的列车数据。

3.6 越行功能

ETCS-2级系统具备越行功能，CTCS-3级系统不具备越行功能。

在ETCS-2级系统中，在一些特定的降级情况下铁路部门允许列车通过运行许可的终点。例如在RBC移交时，移交RBC和接收RBC之间的连接断开，行车许可缩短到移交边界，车载设备停在移交边界前。如果得到铁路管理部门的允许，司机选择越行，越过移交边界（运行许可终点）而不触发制动，进入接收RBC管辖范围内，车载设备可以重新与接收RBC建立无线连接，接收新的行车许可并正常运行。

如果越行功能激活，以下情况下车载设备不执行冒进防护。

1）当处于人工驾驶模式时，车载设备收到P137（当处于人工驾驶模式时停车）；

2）当处于人工驾驶模式时，车载设备先收到P63（SR模式的期望应答器列表），后收到不包含在P63中的应答器；

3）当处于调车模式时，车载设备收到P132（调车危险信息）；

4）当处于调车模式时，车载设备先收到P49（SH模式的期望应答器列表），后收到不包含在P49中的应答器。

如果越行功能激活，车载设备会抑制列车冒进防护。但是当以下情况发生时，越行功能失效。

1）超过当激活越行功能后禁止列车冒进防护的最大时间（国家值T_NVOVTRP）；

2）列车运行距离超过当激活越行功能后禁止列车冒进防护的运行距离（国家值D_NVOVTRP）；

3）最小安全天线位置已经越过了先前EoA；

4） SR模式时，列车通过了发送“当处于SR模式时停车”信息的应答器组；

5） SH模式时，列车通过了发送“当处于SH模式时停车”信息的应答器组；

6）列车通过了发送前进信息的应答器组；

7）在等级2和等级3，从RBC收到MA；

8） SR模式时，收到P63（SR模式的期望应答器列表）后，列车通过了不在P63中的应答器组；

9） SR模式时，收到P49（SH模式的期望应答器列表）后，列车通过了不在P49中的应答器组；

10）在选择越行功能前，列车的估计前端超过了SR监督距离。

如果需要继续抑制列车冒进防护，需再次激活越行功能。简言之，激活一次越行功能，可以抑制一次列车冒进防护。

3.7 补机模式

ETCS系统具备补机模式，CTCS系统不具备补机模式。

在ETCS系统中，补机模式用于管理辅助机车（非本务机车）的车载设备。补机模式用于重联，多个机车牵引一辆列车，所有机车仅由一个司机控制，处于补机模式的车载设备不执行列车运行监督功能，仅由本务机车负责执行列车运行的监督功能。

3.8 退行模式

ETCS-2级系统设置有退行模式，CTCS-3级系统没有退行模式。

退行模式（RV），允许司机改变列车运行方向，在同一司机室驾驶，即列车向本务机车的反方向运行。该模式只能在轨旁设备已经标记的区域使用。轨旁设备必须预先通告退行区域，退行模式用于使列车脱离危险情况，并尽可能快地到达安全位置。地面设备通过退行区域信息（P138）给出至退行区域起点的距离（D_STARTREVERSE）和允许退行区域的长度（L_REVERSEAREA），通过退行监督信息（P139）给出RV模式距离（D_REVERSE）和RV模式的最大速度（V_REVERSE）。车载设备根据这些信息监控列车运行，如果反向运行超过了最大距离，则实施紧急制动。

4 CTCS-3具备而ETCS-2不具备的功能

在自主化CTCS-3级系统中，在车载设备的完全监控模式下，CTCS-3主控单元根据闭塞分区平均长度、轨道电路信息所定义的空闲闭塞分区数量及控制余量，计算轨道电路信息许可，并根据列车当前位置确定轨道电路信息许可终点。如果CTCS-3级的行车许可终点位置（EOA）大于轨道电路信息许可终点，并持续5 s，则车载设备将EOA缩短至轨道电路信息许可终点处，并通过DMI播放提示语音“注意运行”，并向RBC发送无线消息行车许可请求（M132）。但是，当CTCS-2模块故障时，车载设备将停用CTCS-3级行车许可与轨道电路信息相结合的防护功能[3]。