ETCS列控系统进路适应性功能研究

张友兵，王建敏，陈志强，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)

在欧洲的铁路网络中，不同线路、不同区域或不同国家的线路可能支持不同的装载限界、牵引系统和轴重类别。列车需适应于前方线路的装载限界、牵引系统和轴重类别，才可在前方线路上运行。否则会影响行车安全。因此，在ETCS 列控系统中，需要车载设备监控列车前方的进路适应性信息，保证行车安全。

本文系统介绍车载设备监控进路适应性的方法。

1 进路适应性

ETCS 列控系统定义了装载限界（loading gauge）、牵引系统（traction system）、轴重类别（axle load）3 种进路适应性数据。在进路适应性改变的地方，地面设备向车载设备提供列车前方的进路适应性信息，车载设备根据进路适应性信息监控列车是否适应前方的线路，当列车不适应前方线路时，车载设备对列车进行安全防护，保证行车安全。

铁路限界是铁路安全行车的基本保证之一，为使机车车辆能在一定范围的路网内通行无阻，不会因机车、车辆外形尺寸设计不当，货物装载位置不当，或建筑物、地面设备的位置不当而引起不安全的行车事故，必须用铁路限界分别对机车、车辆和建筑物等地面设备的空间尺寸或空间位置加以制约。

牵引供电是指拖动车辆运输所需电能的供电方式。牵引供电的目标就是保证电力牵引车辆不间断地、可靠地和安全地运行。电力牵引采用电流、电压制式，主要包括直流制、低频单相交流制、三相交流制、工频单相交流制4 种制式。

轴重是指每根车轴承载的重量，包括车轴自重。每一条铁路会确定一个轴重级别，根据轴重级别设计桥梁、隧道、路基、轨道的承载能力，运行在这条线路上的机车和车辆的最大轴重也根据轴重级别进行设计。轴重越大，高速运行时列车对线路的冲击和破坏也越大，因此高速列车最大轴重都比较轻。

进路适应性数据由地面设备发送给车载设备。车载设备收到进路适应性数据后，应对其进行监控，保证列车行车安全。列车必须满足装载限界、牵引系统、轴重类别等进路适应性数据，才可以在车载设备的防护下进入对应的进路。如果列车与进路不适应，车载设备应进行安全防护，对列车施加制动，将列车停在不适应的进路前。

1) 列车的装载限界不在地面支持的装载限界列表中；

2) 列车支持的牵引系统列表不包含线路的牵引系统；

3) 列车的轴重类别高于线路允许的轴重类别。如果存在进路不适应的情况，离列车车头最近的进路不适应的位置将作为行车许可终点和监控点进行安全防护，并通过人机界面（Driver Machine Interface，DMI）提示司机列车前方存在进路不适应的情况。

如果列车越过了第一个进路不适应的位置，车载设备进入冒进模式。

如果地面设备没有提供进路适应性数据，车载设备可以正常运行。车载设备不使用默认的进路适应性数据，即初始状态为没有进路适应性的限制。

车载设备只有在完全监控模式（FS）、有限监控模式（LS）和目视模式（OS）下监控进路适应性数据。

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2 监控进路适应性

2.1 接收数据

车载设备接收进路适应性数据流程如图1 所示。从地面收到进路适应性数据后，首先依据等级和传输媒介判断是否接受数据，然后依据模式判断是否接受数据，最后删除旧数据，存储新数据，并对数据进行排序。

图1 接收数据流程Fig.1 Data receiving flow

地面可以通过应答器或无线闭塞中心（Radio Block Center，RBC）向车载设备传输列车前方的进路适应性数据。车载设备需要根据当前等级和传输媒介（应答器、RBC）决定是否接受进路适应性数据。一般情况，在等级1，车载设备接受来自应答器的进路适应性数据；在等级2 和等级3，车载设备接受来自RBC 的进路适应性数据。但是，也存在以下特殊情况：

1）在等级0、等级STM 和等级1 下，如果收到和存储着在前方转入等级2 或等级3 的等级转换命令，车载设备接受来自RBC 的进路适应性数据；否则，车载设备拒绝来自RBC 的进路适应性数据;

2）在等级2 和等级3，如果车载设备向RBC发送了列车数据，但是没有收到列车数据确认，车载设备拒绝来自RBC 的进路适应性数据；否则，车载设备接受来自RBC 的进路适应性数据;

3）在等级0、等级STM、等级2 和等级3，如果收到和存储着在前方转入等级1 的等级转换命令，车载设备接受来自应答器的进路适应性数据；否则，车载设备拒绝来自应答器的进路适应性数据。

车载设备需要根据当前模式决定是否接受进路适应性数据。

在被动调车模式、调车模式、休眠模式、非本务端模式、冒进模式、反向运行模式下，车载设备不接受进路适应性数据；在其他模式下，车载设备接受进路适应性数据。在冒后模式下，在等级1 下，车载设备拒绝进路适应性数据；在等级2 或等级3下，从地面收到“确认退出冒进模式”后，接受进路适应性数据，否则拒绝进路适应性数据。在待机模式下，当驾驶台激活且存有有效的列车数据，车载设备接受进路适应性数据。

从地面接收到进路适应性数据后，车载设备根据接收到的数据类型清除存储的对应类型的进路适应性数据。例如，如果新的进路适应性数据包含装载限界数据，车载设备清除存储的进路适应性数据里的装载限界数据；如果新的进路适应性数据包含牵引系统，车载设备清除存储的进路适应性数据里的牵引系统数据；如果新的进路适应性数据包含轴重类别，车载设备清除存储的进路适应性数据里的轴重类别数据。然后，车载设备将新的进路适应性数据存入监控列表中。由于车载设备先删除一部分旧数据，再存入新数据，可能导致监控列表中的进路适应性数据顺序混乱，车载设备需要根据距离由近及远的方式对监控列表中的进路适应性数据进行排序。

2.2 处理数据

车载设备处理进路适应性数据流程如图2 所示。

图2 处理数据流程Fig.2 Data processing flow

如果车载设备当前处于完全监控模式、有限监控模式或目视模式，则车载设备监控进路适应性数据；否则车载设备不监控进路适应性数据。

如果存在进路适应性数据，车载设备选择监控列表中离列车最近的进路适应性数据作为当前需要监控的对象。

根据当前需要监控的进路适应性数据的类型，车载设备判断列车是否适应当前正在监控的进路适应性数据。

如果列车适应当前正在监控的进路适应性数据，则车载设备删除该条进路适应性数据，即车载设备不对适应的进路适应性数据进行额外的安全监控。

如果列车不适应当前正在监控的进路适应性数据，车载设备向DMI 发送文本消息，提示司机列车前方存在进路不适应的情况。同时，进路适应性监控模块通知其他模块将进路不适应的位置作为行车许可终点。在进路不适应的情况下，车载设备还需要持续判断列车前端是否越过进路不适应的位置，如果列车前端越过了进路不适应的位置，车载设备转入冒进模式，对列车施加紧急制动并停车。

2.3 对外输出

如果列车不适应当前监控的进路适应性数据，车载设备应将进路不适应的位置作为行车许可终点进行监控，重新计算列车当前的紧急制动、常用制动、报警速度、允许速度、指示速度等速度曲线，根据新的速度曲线监控列车运行，保证列车安全。如果由于列车速度过高，列车越过了进路不适应的位置，车载设备将转入冒进模式，对列车施加紧急制动并停车。

车载设备将进路不适应的位置作为行车许可终点进行监控的同时，还应将调整后的行车许可发送给DMI，DMI 将新的行车许可显示在运行计划区，提示司机由于进路不适应导致行车许可缩短。

3 管理进路适应性数据

3.1 模式改变对数据的影响

运行模式发生变化时，车载设备存储的数据可能会受到影响，包括删除数据、重新确认数据有效性、将数据设置为默认值、数据不发生变化或不相关。

同样，发生模式转换时，车载设备存储的进路适应性数据也会受到影响。当车载设备转入完全监控模式、有限监控模式、目视模式或冒后模式时，存储的进路适应性数据保持不变；当车载设备转入其他模式时，删除存储的进路适应性数据。删除进路适应性数据时，车载设备还应删除DMI 界面上显示的进路适应性相关的文本信息。

3.2 特定情况对数据的影响

关闭驾驶台后，车载设备删除存储的进路适应性数据。

当收到缩短的行车许可、由于区段超时缩短行车许可、由于保护区段超时导致监控点发生变化、车载设备同意协同撤销行车许可等情况发生时，车载设备删除新的监控点以外的进路适应性数据；当执行有条件紧急停车时，车载设备删除有条件紧急停车的停车点以外的进路适应性数据。

当由于末区段超时缩短行车许可、非链接应答器组发生一致性错误且列车停车后、根据链接反应施加最大常用制动且列车停车后、监控无线安全连接施加最大常用制动且列车停车后、当列车类型/装载限界/牵引系统/轴重类别发生变化且列车停车后、列车没有链接信息且标记为链接的应答器组发生一致性错误且列车停车后，车载设备删除列车最大安全前端以外的进路适应性数据。

4 典型场景举例

下面以装载限界为例，举例说明当发生进路不适应情况后，车载设备的处理过程如图3 所示。列车在线路上正常运行，车载设备处于完全监控模式，行车许可终点为C 点，车载设备速度距离监控曲线为S1。列车运行到位置A，接收到包含进路适应性信息的应答器报文，进路适应性信息包含一条列车不适应的装载限界信息，进路适应性信息包括进路适应性信息的参考位置（A 点）、距进路适应性改变位置的长度（A-B 之间距离），车载设备可以计算出进路适应性改变的位置（B 点）。车载设备发现列车的装载限界不在地面支持的装载限界列表之中，认为列车进路不适应前方的线路，通过DMI 显示文本“进路适应性-装载限界”，提示司机列车不适应前方进路；同时，车载设备将进路适应性改变位置（B 点）作为行车许可终点进行监控，车载设备速度距离监控曲线为S2，DMI 运行计划区显示的行车许可缩短到进路适应性改变位置（B 点）。由于行车许可缩短，车载设备实际计算的各个监控曲线突然降低（速度距离监控曲线从S1变为S2），导致列车当前速度超过紧急制动干预曲线，车载设备向列车施加紧急制动。如果施加紧急制动后，列车减速停车，列车前端没有越过新的行车许可终点（B 点），车载设备缓解紧急制动，依旧处于完全监控模式。如果施加紧急制动后，列车减速停车，列车前端越过了新的行车许可终点（B 点），车载设备转入冒进模式。列车停车后，DMI 显示需要确认的文本消息，要求司机确认冒进，司机确认后，车载设备转入冒后模式，车载设备缓解紧急制动。此后，司机需要联系铁路管理人员，根据规定操作列车运行。

图3 进路适应性监控流程Fig.3 Monitoring process of route suitability

5 总结

本文介绍了在ETCS 列控系统中，车载设备如何监控进路适应性数据，保证列车行车安全的方法。这种方法已经应用到符合ETCS 标准的列控系统开发中，经过试验，证明可以有效管理和监控列车前方的进路适应性数据，在进路不适应的情况下，车载设备可以对列车进行安全防护，并通过DMI 提示司机，保证列车安全高效运行。