張友兵，陳志強(qiáng)，王建敏，張國(guó)振

(1．北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070；2．北京市高速鐵路運(yùn)行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070)

為解決歐洲各國(guó)鐵路互聯(lián)互通問(wèn)題，降低運(yùn)營(yíng)成本，歐洲主要鐵路設(shè)備供應(yīng)商參與制定了歐洲鐵路運(yùn)輸管理系統(tǒng)/歐洲列車控制系統(tǒng)(ERTMS/ETCS)需求規(guī)范，推動(dòng)歐洲鐵路運(yùn)輸一體化進(jìn)程。隨著該系統(tǒng)的不斷優(yōu)化升級(jí)，依次出現(xiàn)了基線2、基線3發(fā)布版本1、基線3發(fā)布版本2三個(gè)合法運(yùn)行的版本集合，其中基線3發(fā)布版本2是目前最新且最為完善的一個(gè)基線。

在符合基線3發(fā)布版本2的ETCS列控系統(tǒng)中，線路上存在各種各樣的軌道條件，比如通過(guò)斷主斷經(jīng)過(guò)分相區(qū)、通過(guò)升降弓經(jīng)過(guò)分相區(qū)、氣密性等。例如，從地面收到通過(guò)升降弓經(jīng)過(guò)的分相區(qū)時(shí)，在進(jìn)分相區(qū)前，需要車輛自動(dòng)降弓或司機(jī)人工降弓。出分相區(qū)后，需要車輛自動(dòng)升弓或司機(jī)人工升弓。從地面收到氣密性信息，進(jìn)入氣密性區(qū)域前，需要車輛自動(dòng)或司機(jī)人工關(guān)閉空調(diào)系統(tǒng)，出氣密性區(qū)域后，需要車輛自動(dòng)或司機(jī)人工打開(kāi)空調(diào)系統(tǒng)。

因此，車載設(shè)備從地面收到列車前方的軌道條件信息后，一方面需要將軌道條件信息傳遞給車輛，支持車輛到達(dá)指定位置時(shí)自動(dòng)執(zhí)行軌道條件對(duì)應(yīng)的操作。另一方面，車載設(shè)備還需要將軌道條件信息發(fā)送給DMI，通過(guò)DMI將軌道條件的預(yù)告信息和指示信息顯示給司機(jī)，指導(dǎo)司機(jī)在準(zhǔn)確的位置執(zhí)行軌道條件對(duì)應(yīng)的操作。

本文介紹ETCS列控系統(tǒng)的軌道條件，并闡述車載設(shè)備如何使用來(lái)自地面的軌道條件信息，以保證整個(gè)鐵路系統(tǒng)安全運(yùn)行。

1 ETCS軌道條件介紹

在基線3發(fā)布版本2的ETCS列控系統(tǒng)中，定義了15種軌道條件，有用于保障列車正常工作的軌道條件，例如升降弓過(guò)分相區(qū)、斷主斷過(guò)分相區(qū)、改變當(dāng)前允許的電流、改變牽引系統(tǒng)、關(guān)閉再生制動(dòng)、關(guān)閉磁靴制動(dòng)、關(guān)閉渦流制動(dòng)；有用于保障列車和乘客安全的軌道條件，例如非停車區(qū)、隧道停車區(qū)、站臺(tái)；有用于保障車載設(shè)備功能正常運(yùn)行的軌道條件，例如無(wú)線盲區(qū)、大金屬塊區(qū)；有用于提高乘客乘車舒適度的軌道條件，例如氣密性；有用于提醒地面人員注意列車的軌道條件，例如鳴笛。

表1 基線3 發(fā)布版本2 的ETCS列控系統(tǒng)軌道條件Tab.1 Track conditions of ETCS train control system of baseline 3

按照對(duì)軌道條件的執(zhí)行方式分類，分為以下4類，如表1所示。

1) 需要車載設(shè)備自動(dòng)執(zhí)行的軌道條件：包括非停車區(qū)、隧道停車區(qū)、大金屬塊和無(wú)線盲區(qū)。

2) 需要司機(jī)人工執(zhí)行的軌道條件：包括鳴笛。

3) 需要車輛自動(dòng)執(zhí)行的軌道條件：包括改變當(dāng)前允許的電流和站臺(tái)。

4) 車輛自動(dòng)執(zhí)行或司機(jī)人工執(zhí)行的軌道條件：包括升降弓過(guò)分相區(qū)、斷主斷過(guò)分相區(qū)、氣密性、關(guān)閉再生制動(dòng)、關(guān)閉用于常用制動(dòng)的渦流制動(dòng)、關(guān)閉用于緊急制動(dòng)的渦流制動(dòng)、關(guān)閉磁靴制動(dòng)和改變牽引系統(tǒng)。

本文介紹的軌道條件指示方法能夠滿足升降弓過(guò)分相區(qū)、氣密性、關(guān)閉再生制動(dòng)、關(guān)閉磁靴制動(dòng)、斷主斷過(guò)分相區(qū)、關(guān)閉用于常用制動(dòng)的渦流制動(dòng)、關(guān)閉用于緊急制動(dòng)的渦流制動(dòng)、改變牽引系統(tǒng)的要求，其他軌道條件的指示方法與本文介紹的方法類似，略有差別，不再贅述。

車載設(shè)備從地面收到軌道條件后，需要將處理后的軌道條件信息通過(guò)DMI顯示給司機(jī)，指導(dǎo)司機(jī)執(zhí)行軌道條件對(duì)應(yīng)的操作，包括在運(yùn)行計(jì)劃區(qū)（ETCS DMI的D2/D3/D4區(qū)）顯示預(yù)告信息和在軌道條件指示區(qū)（ETCS DMI的B3/B4/B5區(qū)）顯示指示信息，如圖1所示。當(dāng)軌道條件位于列車前方時(shí)，車載設(shè)備需要通過(guò)DMI顯示軌道條件預(yù)告信息。當(dāng)列車進(jìn)入和退出軌道條件區(qū)域時(shí)，車載設(shè)備需要通過(guò)DMI顯示軌道條件指示信息。如果車輛具備自動(dòng)執(zhí)行功能，軌道條件指示信息用于表示車載設(shè)備或車輛正在執(zhí)行的動(dòng)作或已經(jīng)執(zhí)行動(dòng)作的狀態(tài)。如果車輛不具備自動(dòng)執(zhí)行功能，需要司機(jī)手動(dòng)執(zhí)行，軌道條件指示信息用于指導(dǎo)司機(jī)手動(dòng)執(zhí)行軌道條件指示信息對(duì)應(yīng)的動(dòng)作或表示已執(zhí)行動(dòng)作的狀態(tài)。

圖1 軌道條件處理方式Fig.1 Handling of track conditions

車載設(shè)備從地面收到軌道條件后，還需要將處理后的軌道條件信息發(fā)送給車輛，如圖1所示。從地面收到軌道條件信息后，車載設(shè)備需要實(shí)時(shí)監(jiān)控列車與軌道條件的相對(duì)位置，并將列車與軌道條件的距離信息發(fā)送給車輛，如果車輛具備自動(dòng)執(zhí)行功能，車輛將在指定位置自動(dòng)執(zhí)行軌道條件對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。

2 軌道條件顯示原理

車載設(shè)備從應(yīng)答器或無(wú)線閉塞中心（RBC）接收到軌道條件信息，根據(jù)軌道條件信息、列車當(dāng)前速度和執(zhí)行動(dòng)作需要的時(shí)間長(zhǎng)度，確定開(kāi)始動(dòng)作指示起點(diǎn)（C點(diǎn)）、開(kāi)始動(dòng)作指示終點(diǎn)/軌道條件起點(diǎn)（D點(diǎn)）、結(jié)束動(dòng)作指示起點(diǎn)/軌道條件終點(diǎn)（E點(diǎn)）、結(jié)束動(dòng)作指示終點(diǎn)（G點(diǎn)）。C-D之間是開(kāi)始動(dòng)作指示區(qū)域；D-E之間是軌道條件區(qū)域，也是開(kāi)始動(dòng)作已完成指示區(qū)域；E-G之間是結(jié)束動(dòng)作指示區(qū)域，如圖2所示。

圖2 軌道條件指示原理圖Fig.2 Indication principle diagram of track conditions

當(dāng)軌道條件位于列車前方時(shí)，車載設(shè)備將軌道條件的開(kāi)始動(dòng)作預(yù)告信息和結(jié)束動(dòng)作預(yù)告信息發(fā)送給DMI，DMI將這些信息顯示在運(yùn)行計(jì)劃區(qū)。在DMI的運(yùn)行計(jì)劃區(qū)，在C點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置顯示開(kāi)始動(dòng)作預(yù)告信息，在E點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置顯示結(jié)束動(dòng)作預(yù)告信息。隨著列車向前運(yùn)行，開(kāi)始動(dòng)作預(yù)告信息和結(jié)束動(dòng)作預(yù)告信息距離列車越來(lái)越近，提示司機(jī)列車將進(jìn)入軌道條件區(qū)域范圍內(nèi)，需要車輛自動(dòng)或司機(jī)人工執(zhí)行預(yù)告信息表示的動(dòng)作。

同時(shí)，在列車進(jìn)入和退出軌道條件區(qū)域范圍時(shí)，車載設(shè)備需要在DMI的軌道條件指示區(qū)依次顯示開(kāi)始動(dòng)作指示信息、開(kāi)始動(dòng)作已完成指示信息和結(jié)束動(dòng)作指示信息。當(dāng)列車位于C-D之間時(shí)，軌道條件指示區(qū)顯示開(kāi)始動(dòng)作指示信息，指示司機(jī)人工執(zhí)行開(kāi)始動(dòng)作或提示司機(jī)車輛自動(dòng)執(zhí)行開(kāi)始動(dòng)作。當(dāng)列車位于D-E之間時(shí)，軌道條件指示區(qū)顯示開(kāi)始動(dòng)作已完成指示信息，表示開(kāi)始動(dòng)作已經(jīng)執(zhí)行完畢。當(dāng)列車位于E-G之間時(shí)，軌道條件指示區(qū)顯示結(jié)束動(dòng)作指示信息，指示司機(jī)人工執(zhí)行結(jié)束動(dòng)作或提示司機(jī)車輛自動(dòng)執(zhí)行結(jié)束動(dòng)作。

3 預(yù)告信息和指示信息同步原理

由于非停車區(qū)和隧道停車區(qū)的指示信息是否顯示與列車速度緊密相關(guān)，當(dāng)列車速度變化時(shí)，這兩種軌道條件的指示信息在顯示和不顯示之間頻繁切換，這種復(fù)雜邏輯不適于由DMI設(shè)備完成，所以由車載主機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算和通知DMI在軌道條件指示區(qū)是否顯示軌道條件的指示信息。

隨著列車的移動(dòng)，軌道條件的預(yù)告信息在DMI運(yùn)行計(jì)劃區(qū)隨之移動(dòng)。如果由車載主機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算和告知DMI在運(yùn)行計(jì)劃區(qū)顯示軌道條件的預(yù)告信息，需要車載主機(jī)頻繁向DMI發(fā)送預(yù)告信息，必然對(duì)車載主機(jī)與DMI之間的數(shù)據(jù)通信造成一定壓力，所以車載主機(jī)收到軌道條件后，將軌道條件的預(yù)告信息發(fā)送給DMI，由DMI控制預(yù)告信息在運(yùn)行計(jì)劃區(qū)的顯示。

但是運(yùn)行計(jì)劃區(qū)的預(yù)告信息和軌道條件指示區(qū)的指示信息存在邏輯關(guān)系，例如列車運(yùn)行到C點(diǎn)時(shí)，軌道條件的開(kāi)始動(dòng)作預(yù)告信息應(yīng)在運(yùn)行計(jì)劃區(qū)停止顯示，同時(shí)，軌道條件的開(kāi)始動(dòng)作指示信息應(yīng)在軌道條件指示區(qū)開(kāi)始顯示。指示信息的顯示邏輯由車載主機(jī)實(shí)現(xiàn)，預(yù)告信息的顯示邏輯由DMI實(shí)現(xiàn)，因此需要車載主機(jī)和DMI精確配合，保證指示信息和預(yù)告信息同步，避免預(yù)告信息未消失就顯示了指示信息或預(yù)告信息已消失很久才顯示了指示信息的不同步情況的發(fā)生。

下面通過(guò)預(yù)告信息和指示信息的顯示過(guò)程介紹這兩種信息的同步原理。

假設(shè)列車在A點(diǎn)收到地面軌道條件信息，車載主機(jī)向DMI發(fā)送軌道條件信息的開(kāi)始動(dòng)作預(yù)告信息和結(jié)束動(dòng)作預(yù)告信息，DMI在運(yùn)行計(jì)劃區(qū)顯示該軌道條件信息的開(kāi)始動(dòng)作預(yù)告信息和結(jié)束動(dòng)作預(yù)告信息。開(kāi)始動(dòng)作和結(jié)束動(dòng)作的預(yù)告信息均包括預(yù)告信息編號(hào)、預(yù)告信息初始位置、預(yù)告信息停止顯示的位置條件。其中，預(yù)告信息停止顯示的位置條件是指以列車最大安全前端、列車估計(jì)前端、列車最小安全前端三者中哪個(gè)位置越過(guò)預(yù)告信息初始位置作為在運(yùn)行計(jì)劃區(qū)停止顯示預(yù)告信息的判定條件。

列車前端越過(guò)C點(diǎn)，運(yùn)行計(jì)劃區(qū)不再顯示軌道條件信息的開(kāi)始動(dòng)作預(yù)告信息，繼續(xù)顯示結(jié)束動(dòng)作預(yù)告信息，軌道條件指示區(qū)顯示開(kāi)始動(dòng)作的指示信息，提示司機(jī)列車接近軌道條件起點(diǎn)，需要司機(jī)執(zhí)行開(kāi)始動(dòng)作，或車載主機(jī)將自動(dòng)執(zhí)行開(kāi)始動(dòng)作。由于C點(diǎn)位置確定，運(yùn)行計(jì)劃區(qū)停止顯示開(kāi)始動(dòng)作預(yù)告信息的位置條件與軌道條件指示區(qū)開(kāi)始顯示開(kāi)始動(dòng)作指示信息的位置條件（最大安全前端、估計(jì)前端、最小安全前端）相同，當(dāng)運(yùn)行計(jì)劃區(qū)的開(kāi)始動(dòng)作預(yù)告信息停止顯示后，軌道條件指示區(qū)的開(kāi)始動(dòng)作指示信息開(kāi)始顯示，實(shí)現(xiàn)開(kāi)始動(dòng)作的預(yù)告信息和指示信息在不同顯示區(qū)的無(wú)縫銜接。

列車前端越過(guò)D點(diǎn)，運(yùn)行計(jì)劃區(qū)繼續(xù)顯示結(jié)束動(dòng)作預(yù)告信息，軌道條件指示區(qū)顯示開(kāi)始動(dòng)作已完成指示信息，提示司機(jī)開(kāi)始動(dòng)作已經(jīng)執(zhí)行完成。

列車前端越過(guò)E點(diǎn)，運(yùn)行計(jì)劃區(qū)停止顯示結(jié)束動(dòng)作預(yù)告信息，軌道條件指示區(qū)顯示結(jié)束動(dòng)作的指示信息，提示司機(jī)列車前端越過(guò)軌道條件終點(diǎn)，需要司機(jī)執(zhí)行結(jié)束動(dòng)作，或車載主機(jī)將自動(dòng)執(zhí)行結(jié)束動(dòng)作。同樣，E點(diǎn)位置確定，當(dāng)運(yùn)行計(jì)劃區(qū)的結(jié)束動(dòng)作預(yù)告信息停止顯示后，軌道條件指示區(qū)的結(jié)束動(dòng)作指示信息開(kāi)始顯示，實(shí)現(xiàn)結(jié)束動(dòng)作的預(yù)告信息和指示信息在不同顯示區(qū)的無(wú)縫銜接。

列車前端越過(guò)G點(diǎn)，軌道條件指示區(qū)停止顯示結(jié)束動(dòng)作的指示信息，提示司機(jī)列車越過(guò)軌道條件區(qū)域，并完成所有操作。

4 總結(jié)

本文介紹車載設(shè)備使用軌道條件的原理和方法，這些方法已經(jīng)應(yīng)用到符合基線3發(fā)布版本2的ETCS列控系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)中，并經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試證明這套方法的正確性和有效性。車載設(shè)備和DMI分工協(xié)作，共同實(shí)現(xiàn)軌道條件指示信息和預(yù)告信息的同步原理，不但可以保證系統(tǒng)功能的正確，而且降低了系統(tǒng)復(fù)雜度和設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸量。