匈塞铁路边境ETCS系统贯通运行工程设计方案研究

2024-04-16代立疆

铁道通信信号 2024年4期

代立疆

匈塞铁路位于欧洲中部匈牙利和塞尔维亚境内，是中国在欧洲牵头建设的首条高速铁路，起点为匈牙利共和国首都布达佩斯，终点为塞尔维亚共和国首都贝尔格莱德［1-2］。线路全长约350 km，其中，匈牙利境内线路长166 km，设计速度为160 km/h；塞尔维亚境内线路长185 km，设计速度为200 km/h，匈牙利的克莱比亚站和塞尔维亚的苏博蒂察站衔接于两国边境［3-4］。

由于欧洲各国列车运行控制系统种类繁多且互不兼容，为实现高速铁路在欧洲国家间的互联互通，欧洲铁路联盟及相关铁路设备供应商研制了统一的、系列化的、标准化的欧洲列车运行控制系统（ETCS）［5-6］。为满足列车在不同国家间运营的互联互通需求，通常在国家线路的边界附近，设置等级转换点，具有多种等级控车功能的列车，在不停车情况下，在等级转换点处自动完成等级转换［7-8］。

匈塞两国铁路列控系统均采用ETCS-2级系统，为实现边境ETCS 系统的互联互通，本文对3 种方案研究： ETCS-2→ETCS-1→ETCS-2 （简称“E2→E1→E2”）等级转换、双方向E2贯通、E2→E1→E2等级转换与E2贯通结合，并结合应答器的具体布置方案，分析研究列车在不同运营场景下的GSM-R网络覆盖范围要求及存在的问题等。

1 匈塞边境概况及运营要求

匈塞边境示意见图1。

图1 匈塞边境示意

1）匈牙利克莱比亚站进站信号机至塞尔维亚苏博蒂察站进站信号机之间距离（边境区间）为6.77 km，边境区间未设置信号机；匈塞边境线距克莱比亚进站信号机15 m。

2）匈牙利境内线路设计速度为160 km/h；塞尔维亚境内线路设计速度为200 km/h。

3）匈牙利、塞尔维亚两国在各自境内规划设置了GSM-R 系统基站，为ETCS 系统提供无线通信通道。经初步计算，匈牙利境内通信基站设置于边境线附近时，通过提高铁塔高度、基站发射功率等措施，GSM-R 网络最远可以覆盖到塞尔维亚境内距离边境线约4 km 左右；塞尔维亚在本国境内适当位置设置通信基站，GSM-R 网络能够覆盖整个匈塞边境区间［9-10］。

4）两国运营商要求列车不停车通过匈塞边境。

5）匈牙利已开通项目中，与邻国的ETCS 系统边境方案均采用E2→E1→E2 等级转换方案，有已实施的工程案例；匈塞铁路为塞尔维亚境内第1条采用欧标的E2 级铁路，塞尔维亚方未有已实施的边境工程案例。

2 匈塞边境ETCS系统设计方案

2.1 双方向E2→E1→E2等级转换

E2→E1→E2 等级转换方案需在线路上布置多个应答器组，包括：LTA（E2→E1 等级转换预告）、LTO（E2→E1等级转换执行）、NR（G网呼叫）、SM（RBC 呼叫）、TR（E1→E2 等级转换预告）、LT（E1→E2 等级转换执行）、BH（有源应答器，用于延伸ETCS-1的移动授权）。

ETCS 接口规范中要求NR 与SM 应答器间的距离不小于列车以最大运行速度运行40 s 的距离，匈牙利方已开通的E2 线路上（ETCS 设备厂家有西门子和泰雷兹），考虑一定的应答器间距余量，NR 与SM 应答器间的距离按照运行90 s 布置；TR与LT应答器间的距离为运行10～20 s的距离［11-12］。

2.1.1 列车由苏博蒂察开往克莱比亚

如果NR 与SM 应答器组间距离按照运行90 s布置，SM与TR应答器组间距离按照运行40 s布置（匈牙利要求SM和TR应答器组冗余设置，SM1与SM2间、TR1与TR2间的距离均为100 m），TR 与LT 应答器组间距离按照运行20 s 布置，列车运行速度按照200 km/h 考虑，则需匈牙利GSM-R 网络覆盖到塞尔维亚境内距离边境线约8.5 km 左右，而匈牙利GSM-R 网络最远覆盖到塞尔维亚境内距离边境线约4 km 左右。但若将匈牙利方基站设置在塞尔维亚境内适当位置实现等级转换，则会带来两国间设计、建设、投资界面划分，审查报批主体、运维主体不明确，以及网络安全等各方面问题。因此，为避免上述问题，考虑在4 km 的GSM-R 网络覆盖范围内完成等级转换应答器的布置，即NR 应答器组与边境线间的距离应不大于4 km。TR 与LT 应答器组间距离按照运行20 s 布置，SM 与TR 应答器组间距离按照运行40 s布置，NR 与SM 应答器组间距离按照运行55 s 布置（小于匈牙利常规要求，但满足欧标不小于40 s 的要求）。结合应答器间的距离要求及GSM-R 网络覆盖范围计算，列车在边境区间的最大运行速度约为120 km/h。应答器布置见图2。

图2 列车由苏博蒂察开往克莱比亚应答器布置

从苏博蒂察开往克莱比亚的列车在通过LTA和LTO 无源应答器组后，由E2 转为E1，并将行车许可（MA）终点设置在克莱比亚进站信号机处。列车在通过NR 应答器组时，开始呼叫匈牙利方的GSM-R网络，尝试与GSM-R网络建立连接；列车在通过BH1 应答器组时，车载设备收到更新后的E1行车许可，根据列车运行前方的联锁条件，延伸行车许可；列车在通过SM 应答器组时，开始呼叫RBC，尝试与RBC 建立连接；列车在通过TR 应答器组时，RBC 将等级转换应答器所在位置发送给列车；列车在通过BH2 应答器组时，车载设备再次收到更新后的E1 行车许可，根据列车运行前方的联锁条件，延伸行车许可；列车在通过LT 应答器组时，列控系统由E1 转换为E2，同时收到RBC 发来的E2 行车许可，完成E2→E1→E2的等级转换。

2.1.2 列车由克莱比亚开往苏博蒂察

列车由克莱比亚以E2等级发车，先转为E1等级，再转为E2 等级进入苏博蒂察站。NR 与SM 应答器组间距离按照运行40 s 布置，SM 与TR 应答器组间距离按照运行40 s 布置，TR 与LT 应答器组间距离按照运行20 s布置，列车在边境区间的运行速度按照200 km/h 考虑。应答器的具体布置见图3。

图3 列车由克莱比亚开往苏博蒂察应答器布置

此方案下需塞尔维亚GSM-R 网络覆盖到距离苏博蒂察进站信号机5.5 km左右，塞尔维亚侧通信基站可覆盖整个边境区间，满足该方案对GSM-R网络覆盖的要求。

2.2 双方向E2贯通

E2 贯通方案需在线路上布置NR、RA（RBC切换预告）、RT（RBC切换执行）等应答器组。

ETCS 接口规范中要求NR 与RA 应答器间的距离不小于列车以最大运行速度运行40 s 的距离，RA 与RT 应答器组间的距离不小于列车以最大运行速度运行40 s 的距离。匈牙利方已开通的E2 线路上，考虑一定的应答器间距余量，NR 与RA 应答器间的距离为列车以最大运行速度运行90 s 的距离。

匈牙利方的NR与RA应答器组间距离按照90 s布置，RA 与双方共用的RT 应答器组间距离按照运行40 s 布置；塞尔维亚方的NR 与RA 应答器组间距离按照运行40 s 布置，RA 与双方共用的RT应答器组间距离按照运行40 s布置。如果边境区间的列车运行速度按照设计速度200 km/h 考虑，则匈牙利方NR 和塞尔维亚方NR 应答器组间的距离约为11.67 km，边境区间长度无法满足应答器组间的距离要求。因此，结合应答器间的距离要求及边境区间长度，E2 贯通方案下列车在边境区间的运行速度约为120 km/h。应答器具体布置见图4。

图4 两国采用双方向E2贯通方案应答器布置

此方案下两国GSM-R 网络均需覆盖整个边境区间，匈牙利侧通信基站无法满足网络覆盖要求，需在塞尔维亚境内适当位置设置通信基站；塞尔维亚侧通信基站可覆盖整个边境区间，满足信号GSM-R网络覆盖要求。

2.3 E2→E1→E2等级转换与E2贯通结合

当列车由苏博蒂察开往克莱比亚单方向采用E2贯通方案时，列车运行速度按照120 km/h 考虑，NR 应答器组与区间边境线间的距离大于4 km，需将匈牙利方的GSM-R 基站设置在塞尔维亚境内合适地点，这样会带来两国间设计、建设、投资界面划分，审查报批主体、运维主体不明确，以及网络安全等各方面的问题，因此，列车由苏博蒂察开往克莱比亚采用E2→E1→E2 等级转换，应答器布置方案与双方向E2→E1→E2 等级转换中的应答器布置方案一致。

当列车由克莱比亚开往苏博蒂察单方向采用E2 贯通方案时，NR 与RA 应答器组间距离按照运行40 s 布置，RA 与RT 应答器组间距离按照运行40 s 布置，列车在边境区间的运行速度按照200 km/h 考虑，则应答器的具体布置见图5。从图5 可以看出，塞尔维亚GSM-R 网络需覆盖到距苏博蒂察进站信号机4.5 km 左右，塞尔维亚侧通信基站可覆盖整个边境区间，满足信号GSM-R 网络覆盖要求。对比列车由克莱比亚开往苏博蒂察采用E2→E1→E2 等级转换方案需塞尔维亚GSM-R网络覆盖到距离苏博蒂察进站信号机5.5 km 左右，E2 贯通方案塞尔维亚基站可以设置在苏博蒂察站内，另外也无需在区间设置E1系统相关地面设备，有利于运营维护。因此，列车由克莱比亚开往苏博蒂察采用E2贯通方案。