基线3 ETCS列控系统轨道条件指示方法

张友兵，陈志强，王建敏，张国振

(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)

为解决欧洲各国铁路互联互通问题，降低运营成本，欧洲主要铁路设备供应商参与制定了欧洲铁路运输管理系统/欧洲列车控制系统(ERTMS/ETCS)需求规范，推动欧洲铁路运输一体化进程。随着该系统的不断优化升级，依次出现了基线2、基线3发布版本1、基线3发布版本2三个合法运行的版本集合，其中基线3发布版本2是目前最新且最为完善的一个基线。

在符合基线3发布版本2的ETCS列控系统中，线路上存在各种各样的轨道条件，比如通过断主断经过分相区、通过升降弓经过分相区、气密性等。例如，从地面收到通过升降弓经过的分相区时，在进分相区前，需要车辆自动降弓或司机人工降弓。出分相区后，需要车辆自动升弓或司机人工升弓。从地面收到气密性信息，进入气密性区域前，需要车辆自动或司机人工关闭空调系统，出气密性区域后，需要车辆自动或司机人工打开空调系统。

因此，车载设备从地面收到列车前方的轨道条件信息后，一方面需要将轨道条件信息传递给车辆，支持车辆到达指定位置时自动执行轨道条件对应的操作。另一方面，车载设备还需要将轨道条件信息发送给DMI，通过DMI将轨道条件的预告信息和指示信息显示给司机，指导司机在准确的位置执行轨道条件对应的操作。

本文介绍ETCS列控系统的轨道条件，并阐述车载设备如何使用来自地面的轨道条件信息，以保证整个铁路系统安全运行。

1 ETCS轨道条件介绍

在基线3发布版本2的ETCS列控系统中，定义了15种轨道条件，有用于保障列车正常工作的轨道条件，例如升降弓过分相区、断主断过分相区、改变当前允许的电流、改变牵引系统、关闭再生制动、关闭磁靴制动、关闭涡流制动；有用于保障列车和乘客安全的轨道条件，例如非停车区、隧道停车区、站台；有用于保障车载设备功能正常运行的轨道条件，例如无线盲区、大金属块区；有用于提高乘客乘车舒适度的轨道条件，例如气密性；有用于提醒地面人员注意列车的轨道条件，例如鸣笛。

表1 基线3 发布版本2 的ETCS列控系统轨道条件Tab.1 Track conditions of ETCS train control system of baseline 3

按照对轨道条件的执行方式分类，分为以下4类，如表1所示。

1) 需要车载设备自动执行的轨道条件：包括非停车区、隧道停车区、大金属块和无线盲区。

2) 需要司机人工执行的轨道条件：包括鸣笛。

3) 需要车辆自动执行的轨道条件：包括改变当前允许的电流和站台。

4) 车辆自动执行或司机人工执行的轨道条件：包括升降弓过分相区、断主断过分相区、气密性、关闭再生制动、关闭用于常用制动的涡流制动、关闭用于紧急制动的涡流制动、关闭磁靴制动和改变牵引系统。

本文介绍的轨道条件指示方法能够满足升降弓过分相区、气密性、关闭再生制动、关闭磁靴制动、断主断过分相区、关闭用于常用制动的涡流制动、关闭用于紧急制动的涡流制动、改变牵引系统的要求，其他轨道条件的指示方法与本文介绍的方法类似，略有差别，不再赘述。

车载设备从地面收到轨道条件后，需要将处理后的轨道条件信息通过DMI显示给司机，指导司机执行轨道条件对应的操作，包括在运行计划区（ETCS DMI的D2/D3/D4区）显示预告信息和在轨道条件指示区（ETCS DMI的B3/B4/B5区）显示指示信息，如图1所示。当轨道条件位于列车前方时，车载设备需要通过DMI显示轨道条件预告信息。当列车进入和退出轨道条件区域时，车载设备需要通过DMI显示轨道条件指示信息。如果车辆具备自动执行功能，轨道条件指示信息用于表示车载设备或车辆正在执行的动作或已经执行动作的状态。如果车辆不具备自动执行功能，需要司机手动执行，轨道条件指示信息用于指导司机手动执行轨道条件指示信息对应的动作或表示已执行动作的状态。

图1 轨道条件处理方式Fig.1 Handling of track conditions

车载设备从地面收到轨道条件后，还需要将处理后的轨道条件信息发送给车辆，如图1所示。从地面收到轨道条件信息后，车载设备需要实时监控列车与轨道条件的相对位置，并将列车与轨道条件的距离信息发送给车辆，如果车辆具备自动执行功能，车辆将在指定位置自动执行轨道条件对应的动作。

2 轨道条件显示原理

车载设备从应答器或无线闭塞中心（RBC）接收到轨道条件信息，根据轨道条件信息、列车当前速度和执行动作需要的时间长度，确定开始动作指示起点（C点）、开始动作指示终点/轨道条件起点（D点）、结束动作指示起点/轨道条件终点（E点）、结束动作指示终点（G点）。C-D之间是开始动作指示区域；D-E之间是轨道条件区域，也是开始动作已完成指示区域；E-G之间是结束动作指示区域，如图2所示。

图2 轨道条件指示原理图Fig.2 Indication principle diagram of track conditions

当轨道条件位于列车前方时，车载设备将轨道条件的开始动作预告信息和结束动作预告信息发送给DMI，DMI将这些信息显示在运行计划区。在DMI的运行计划区，在C点对应位置显示开始动作预告信息，在E点对应位置显示结束动作预告信息。随着列车向前运行，开始动作预告信息和结束动作预告信息距离列车越来越近，提示司机列车将进入轨道条件区域范围内，需要车辆自动或司机人工执行预告信息表示的动作。

同时，在列车进入和退出轨道条件区域范围时，车载设备需要在DMI的轨道条件指示区依次显示开始动作指示信息、开始动作已完成指示信息和结束动作指示信息。当列车位于C-D之间时，轨道条件指示区显示开始动作指示信息，指示司机人工执行开始动作或提示司机车辆自动执行开始动作。当列车位于D-E之间时，轨道条件指示区显示开始动作已完成指示信息，表示开始动作已经执行完毕。当列车位于E-G之间时，轨道条件指示区显示结束动作指示信息，指示司机人工执行结束动作或提示司机车辆自动执行结束动作。

3 预告信息和指示信息同步原理

由于非停车区和隧道停车区的指示信息是否显示与列车速度紧密相关，当列车速度变化时，这两种轨道条件的指示信息在显示和不显示之间频繁切换，这种复杂逻辑不适于由DMI设备完成，所以由车载主机实时计算和通知DMI在轨道条件指示区是否显示轨道条件的指示信息。

随着列车的移动，轨道条件的预告信息在DMI运行计划区随之移动。如果由车载主机实时计算和告知DMI在运行计划区显示轨道条件的预告信息，需要车载主机频繁向DMI发送预告信息，必然对车载主机与DMI之间的数据通信造成一定压力，所以车载主机收到轨道条件后，将轨道条件的预告信息发送给DMI，由DMI控制预告信息在运行计划区的显示。

但是运行计划区的预告信息和轨道条件指示区的指示信息存在逻辑关系，例如列车运行到C点时，轨道条件的开始动作预告信息应在运行计划区停止显示，同时，轨道条件的开始动作指示信息应在轨道条件指示区开始显示。指示信息的显示逻辑由车载主机实现，预告信息的显示逻辑由DMI实现，因此需要车载主机和DMI精确配合，保证指示信息和预告信息同步，避免预告信息未消失就显示了指示信息或预告信息已消失很久才显示了指示信息的不同步情况的发生。

下面通过预告信息和指示信息的显示过程介绍这两种信息的同步原理。

假设列车在A点收到地面轨道条件信息，车载主机向DMI发送轨道条件信息的开始动作预告信息和结束动作预告信息，DMI在运行计划区显示该轨道条件信息的开始动作预告信息和结束动作预告信息。开始动作和结束动作的预告信息均包括预告信息编号、预告信息初始位置、预告信息停止显示的位置条件。其中，预告信息停止显示的位置条件是指以列车最大安全前端、列车估计前端、列车最小安全前端三者中哪个位置越过预告信息初始位置作为在运行计划区停止显示预告信息的判定条件。

列车前端越过C点，运行计划区不再显示轨道条件信息的开始动作预告信息，继续显示结束动作预告信息，轨道条件指示区显示开始动作的指示信息，提示司机列车接近轨道条件起点，需要司机执行开始动作，或车载主机将自动执行开始动作。由于C点位置确定，运行计划区停止显示开始动作预告信息的位置条件与轨道条件指示区开始显示开始动作指示信息的位置条件（最大安全前端、估计前端、最小安全前端）相同，当运行计划区的开始动作预告信息停止显示后，轨道条件指示区的开始动作指示信息开始显示，实现开始动作的预告信息和指示信息在不同显示区的无缝衔接。

列车前端越过D点，运行计划区继续显示结束动作预告信息，轨道条件指示区显示开始动作已完成指示信息，提示司机开始动作已经执行完成。

列车前端越过E点，运行计划区停止显示结束动作预告信息，轨道条件指示区显示结束动作的指示信息，提示司机列车前端越过轨道条件终点，需要司机执行结束动作，或车载主机将自动执行结束动作。同样，E点位置确定，当运行计划区的结束动作预告信息停止显示后，轨道条件指示区的结束动作指示信息开始显示，实现结束动作的预告信息和指示信息在不同显示区的无缝衔接。

列车前端越过G点，轨道条件指示区停止显示结束动作的指示信息，提示司机列车越过轨道条件区域，并完成所有操作。

4 总结

本文介绍车载设备使用轨道条件的原理和方法，这些方法已经应用到符合基线3发布版本2的ETCS列控系统的研究和开发中，并经过实验室测试证明这套方法的正确性和有效性。车载设备和DMI分工协作，共同实现轨道条件指示信息和预告信息的同步原理，不但可以保证系统功能的正确，而且降低了系统复杂度和设备之间数据传输量。