论ETCS不同等级和版本的互联互通

杨 韬，麻江帆

(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)

欧洲列车控制系统（Europe Train Control System，ETCS）是欧盟为保证高速列车在欧洲铁路网内互联互通运行而制定的强制性技术规范。ETCS 的主要目标是：互通互用，安全高效，降低成本，扩展市场[1]。

由于欧洲国家众多，导致列车运行控制系统种类繁多，各国信号系统制式复杂、互不兼容，严重影响了欧洲铁路系统的运行效率。1982 年，欧洲运输部长会议作出决定，就欧洲大陆铁路互联互通中的技术问题寻找解决方案。2001 年欧盟通过立法形式确定ETCS 成为强制性技术规范。

ETCS 系统技术体系已建立将近30 年，随着系统的不断推广，仍有不少问题亟待解决，本文以此为出发点，探讨ETCS 系统不同等级和不同版本之间如何解决列车互通互用和安全高效运行等问题。

1 ETCS等级概述

考虑到长期发展的需要，欧盟制定了5 个应用等级，分别是ETCS-0、ETCS-STM、ETCS-1、ETCS-2、ETCS-3。

1.1 ETCS-0级：ETCS车载设备+传统列控系统

在ETCS-0 级，装备了ETCS 车载设备的列车可以在未装备ETCS 地面设备和未装备本国信号系统的线路上运行。司机依赖于地面信号机及其他信号设备来操控列车。

1.2 ETCS-STM级：ETCS车载设备+本国信号系统

ETCS-STM 级是为了适配欧洲各国复杂的本国地面信号而设定的。从原理上看，专用传输模块（Specific Transmission Module，STM）接口负责将从本国地面设备发送的信号转换成ETCS 标准的报文传送给ETCS 车载设备来处理。针对不同的国家，不需要大规模更换地面信号设备，只需对STM 接口设备进行适配开发，搭配通用的ETCS 车载设备，极大的降低了ETCS 列车跨国运营的成本。

1.3 ETCS-1级：地面信号+应答器+轨道电路

ETCS-1 级是典型的驾驶室信号系统，通过来自地面设备的信号，实时计算列车移动授权、最大运行速度、制动曲线等核心数据。

该等级的特点在于：1）采用固定追踪间隔形式；2）由轨道电路或计轴检查列车占用情况和列车完整性；3）通过应答器传输数据或发送命令给列车；4）可安装Euroloop 或无线注入单元。

该系统主要依赖于应答器或Euroloop 的点式数据传输方式，同时通过布置应答器的方式覆盖各国现有的信号系统，因此更高程度上提高了ETCS列车跨国运行的互联互通性。

1.4 ETCS-2级：GSM-R+应答器+轨道电路

在ETCS-2 级中，列车在装备了无线闭塞中心（Radio Block Center，RBC）的线路上运行。车地之间双向通过GSM-R 进行通信，列车定时自动向RBC 发送位置报告信息，而RBC 则实时监控列车的运行，移动授权、线路数据、限速等信息可实时传送至列车上。列车依靠应答器和感应器进行列车定位和完整性检查，通过RBC 的计算来保证前后各列车的高密度运行。

由于在ETCS-2 级中，列车与RBC 建立实时的通信连接，所有信息的收集和处理都是实时进行的，因此该系统与ETCS-1 级相比，采用基于移动通信的连续数据传输方式。

1.5 ETCS-3级：GSM-R+应答器

在ETCS-3 级中，靠车载设备来检查列车完整性，不再需要轨道电路和信号机等设备，可以将线路上的设备减少到最低程度，仅依赖少量点式设备和RBC 来保证列车的追踪间隔。相对于ETCS-2级，ETCS-3 级抛弃了固定间隔，提高了定位信息的实时性和准确性，实现了移动闭塞这一特征，能够更高效更科学的控制列车时间间隔。

由于ETCS-2 的广泛应用和改进升级还在持续进行中，因此ETCS-3 目前仍属于开发阶段，尚未实际应用。

2 不同等级之间的互联互通

基于各国发展程度和实际需求的差异，ETCS-0、ETCS-STM、ETCS-1、ETCS-2 这4 个等级的铁路运营线路长期共存且复杂交错。为满足列车在不同等级线路上运营的互联互通需求，对于具有多种等级控车功能的列车，需具备在不停车情况下的自动等级转换功能[2]。

为满足不同等级线路之间的互联互通，通常在不同等级线路的边界处都会设置等级转换点。在等级转换点的设置中需遵循以下规则。

1）车载获得前一等级的移动授权且延伸过等级转换点。

2）车载从ETCS-0、ETCS-STM、ETCS-1 进入ETCS-2、ETCS-3，需提前建立车地通信。

3）车载需要提前获得等级转换点的信息（离转换点的距离、按优先级排序的一个或多个转换点、转换等级的确认区长度），如图1 所示。

4）车载在通过等级转换点前就要获得下一等级的移动授权和相关数据。

5）列车进入新等级区域时，车速不能超过下一等级的允许速度。

图1 等级转换区的常见部署情况示意Fig.1 Schematic diagram ofcommon deployment in level transition area

等级转换作为ETCS 系统的关键技术，其成功实施依赖于：

1）列车性能；

2）地面设备的设置布局；

3）地面设备发送移动授权和相关数据的时机；

4）车载设备处理移动授权和相关数据的逻辑；

5）司机的配合操作。

综合考虑以上因素，合理设计等级转换方案，ETCS 各等级之间可以实现不同等级线路上不停车运营，实现不同等级线路的互联互通需求。

3 同等级内不同版本间的兼容性

ETCS-2 是目前在欧洲甚至全球被广泛接受的高速铁路运营标准。基于此，相对于其他等级，ETCS-2 存在多次版本升级，存在B2、B3MR1、B3R2 等多个基线版本。

3.1 版本升级内容

2012 年，欧盟正式官方确认ETCS 基线3 的合法性，并于2015 年发布一个规范集—基线3（B3MR1）。相对于基线2（B2），涉及437 个变更项。

其主要变更的内容包括：

1）功能增强，如有限监督，门控功能，版本管理，被动调车，道口限速和停车区，隧道停车区，应答器虚拟覆盖，RBC 移交功能完善，增加版本管理功能；

2）接口改进，如DMI，STM，TI；

3）关闭开口项，如制动曲线，DMI 人体工程学需求；

4）规范缺陷修复，如描述漏洞，规范歧义，互操作缺陷，测试规范错误等。

2016 年，欧 盟正式发布了ETCS基 线3（B3R2）。相 对 于 基 线3（B3MR1），涉及55 个变更项。

其主要变更的内容包括：

1）功能增强，如无线支持分组域，车载制动曲线模型，限速巡航，在线密钥管理，RBC 检查车载支持版本，DMI 显示更多提示内容等；

2）接口改进，如DMI，STM，JRU，TI；

3）关闭开口项，如DMI 的安全要求；

4）规范缺陷修复，如描述漏洞，规范歧义，互操作缺陷，测试规范错误等。

3.2 版本兼容原则

ETCS 系统版本是明确定义的ETCS 的强制功能集，为确保ETCS 车载和地面设备之间的互操作性，用X.Y 表示。第一位X 用于区别技术不兼容的版本，第二位Y 用来表示X 可以兼容的版本[3]。例如，1.1 和1.0 可以互相兼容。版本X 升级后，ETCS 车载必须能够保证正常在两个以上技术不兼容的版本上运行，不能因为性能或安全性的降低而影响到列车效率。

不同版本之间的兼容性通常需满足3 点[4]：

1）低版本列车可以在低版本地面设备支持下正常运行；

2）高版本列车可以在低版本地面设备支持下正常运行；

3）低版本列车可以在高版本地面设备（执行版本X=1）支持下正常运行。

如图2 所示，高等级版本地面只有在执行系统版本X=1 时，可以完全监控低版本的列车行驶。

图2 ETCS-2级各版本间的兼容性Fig.2 Compatibility between various versions of ETC-2 level

3.3 版本兼容报告

针对ETCS-2 级内部的不同版本之间的兼容性问题，EUG（ERTMS Users Group)发布了两份基线兼容性分析报告(Baseline Compatibility Assessment, BCA)，分 别 就B2 与B3MR1、B3MR1 与B3R2 之间的兼容性问题进行了分析，提出潜在的版本兼容性问题及缓解措施供项目集成方参考。

根据BCA 报告的分析，B3R2 相对于B3MR1的55 个变更项中仅有5 个变更项有潜在的版本兼容问题[5]。在针对版本兼容问题实施缓解措施后，B3R2 是完全向下兼容B3MR1 的。

B3R2 版本的列车向下兼容B3MR1 地面设备，B3R2 地面设备执行系统版本X=1（即B3R2 地面设备只使用B3MR1 的功能）时可与B3MR1 的列车兼容。

同样，根据BCA 报告[6]，B3MR1 相对于B2在采取类似的兼容问题缓解措施后，能够实现预期的版本兼容性要求。

因此，当路网中同时存在不同版本的系统时，各版本之间的兼容性可以保证性能和安全性有差异的情况下不降低列车效率。

4 互联互通工程实践

早在2014 年，西门子铁路自动化公司宣布，对ETCS 基线3 车载软件的功能和向下兼容进行了测试，证明ETCS-2 级列控系统和ETCS-1 级有限监督系统可以在既有网络上运行，同时证明基线3车载系统和基线2 地面设备之间的向下兼容性。根据西门子的报告，这次测试“几乎所有”的场景都经过了瑞士联邦铁路公司的考核，只有“微小的变更需要采取缓解措施”。这是列车第一次使用基于基线3 的系统在商用运营线路上运行，充分证明了基线3 车载软件与基线2 轨道的向下兼容性[7]。

随着欧盟铁路局在未来五年内逐步停止部署基线2，在未来至少十年内持续部署基线3 的规划，ETCS 基线3 成为目前国际社会主流认可和接受的高铁建设标准。2018 年，中国铁路通信信号股份有限公司自主研发的RBC 产品获得ETCS 基线3（B3R2）的TSI 认证证书[8]。2019 年，再次获得了ETCS 基线3（B3MR1）的TSI 认证证书。上述证书的获得，为高铁“走出去”战略提供了坚实的基础，也将印证采用高等级高版本的自主化ETCS 地面设备可以与其他等级系统实现互联互通，且完全向下兼容低等级列车。

5 结束语

欧盟在ETCS 标准的顶层设计中兼顾了不同等级之间的互联互通和不同版本之间的兼容性问题，在具体工程实践中ETCS 不同等级和版本的互联互通也经过了验证，助力ETCS 标准成为全球性认可的高铁标准。