塞尔维亚信号系统与ETCS-2系统结合的应用

梁 滨

（北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070）

1 塞尔维亚铁路信号系统及欧洲铁路通道概述

截至2021 年，塞尔维亚国内运营铁路里程达到3 333.4 km，运营车站404 个，铁路通道与周边各国均有接口。塞尔维亚铁路信号系统，多数车站装备了继电联锁或者电子臂板联锁设备，全国有4 个车站装备了计算机联锁设备；区间闭塞采用三显示自动闭塞或者站间闭塞；干线铁路车站和区间装备感应式列车防护系统I60（德语：Induktive Zugsicherung I60，Indusi I60）型自动停车系统。

随着塞尔维亚境内泛欧铁路走廊10 号、11 号通道的修建，对塞尔维亚铁路信号系统提出了与欧洲其他国家互联互通的要求，需要在既有信号系统的基础上叠加欧洲列车运行控制系统（European Train Control System，ETCS）。结合匈塞铁路塞尔维亚段的建设探讨塞尔维亚信号系统与ETCS-2列控系统结合的若干问题。

2 塞尔维亚信号系统的特殊点

2.1 过走防护的处理

根据塞尔维亚信号安全设备技术规则Rulebook on Technical Requirements for Signal - Safety Devices (“Official Gazette of the Republic of Serbia”No.18/16 and 89/16)要求，列车进路末端应设置不小于50 m 的过走防护距离。塞尔维亚信号系统通常在站内采用单独的轨道区段作为保护区段，区间以及进站信号机处，采用绝缘节（或计轴磁头）设置于列车信号机内方不小于50 m 的位置来实现不小于50 m 的过走防护距离。

对于接车进路，保护区段随着选排进路选出，并采取与主进路相同的原则检查道岔位置、区段空闲、侧防条件满足等条件后锁闭进路；在主进路随着列车顺序占压完全解锁后延时90 s 自动解锁，或列车未进入，采用人工解锁进路后随主进路一并解锁。站内保护区段如图1 所示。

图1 站内过走防护示意Fig.1 Station overlap diagram

发车进路和区间闭塞分区采用闭塞分区区段末端区间信号机与绝缘节（或计轴磁头）间差置的距离作为过走防护距离，不设置独立的保护区段，如图2 所示。

图2 区间过走防护示意Fig.2 Section overlap diagram

2.2 自动停车系统

塞尔维亚采用Indusi I60 型自动停车系统作为本国列车防护系统。Indusi I60 型自动停车系统是一种点式列车防护系统，由轨旁设备和车载设备组成。Indusi 轨旁设备包括500 Hz、1 000/2 000 Hz 应答器，由电感、电容组成相应频率的谐振回路；Indusi 车载包括车载计算机、人机界面、车载天线和速度传感器。系统工作时，车载天线对外发送500 Hz、1 000 Hz、2 000 Hz 频率的信号，列车经过轨旁应答器时，车载设备通过磁通量的变化感应所经过的轨旁应答器谐振频率，从而触发车载设备采取相应的措施。

在车站、区间的列车信号机，以及站间闭塞的进站预告信号机处安装1 000/2 000 Hz 应答器，其中1 000 Hz 信号指示在规定的时间内列车速度降至某规定值（不同制动模型的时间和速度值不一致）；2 000 Hz 信号指示立即实施制动；根据防护需要在距列车信号机一定距离设置500 Hz 应答器设备，车载收到500 Hz 信号时检查列车速度，在列车运行153 m 内列车速度降至某规定值，持续监控列车速度。Indusi 系统制动模型如图3 所示。

图3 Indusi自动停车系统制动曲线示意Fig.3 Braking curve diagram of Indusi automatic stopping system

2.3 站内联锁和区间闭塞设备（APB）接口

塞尔维亚既有贝尔格莱德-旧帕佐瓦-希德（克罗地亚边境）车站站内采用西门子SpDrS-64-JŽ 型继电联锁，区间采用SpDrS64-JŽ 型自动闭塞设备，支持双线双方向自动闭塞；旧帕佐瓦-诺维萨德-苏博蒂察-克莱比奥（匈牙利边境）车站站内采用西屋CIW-WABCO-209.000-JŽ.69 型继电联锁，区间采用CIW-WABCO-210，000-JŽ.69 型自动闭塞设备，支持双线双方向自动闭塞。站内联锁设备集中设置于机械室内，区间自动闭塞设备分散设置于区间APB 房屋内，每个信号点设置一个APB 房屋，控制该信号点处双方向区间通过信号机、轨道电路以及Indusi 设备，双线区段可控制4架通过信号机及相关设备。

匈塞铁路建设后，正线车站采用DS6-60 全电子联锁，控制站内设备以及区间信号机点灯，与其他支线接口处（如旧帕佐瓦-希德方向），需与既有区间自动闭塞设备接口，完成改方、发车信号开放条件检查、区间条件传递等功能。

3 塞尔维亚信号系统与ETCS-2结合

3.1 匈塞ETCS-2系统概述

匈塞铁路作为泛欧10 号通道的一部分，为满足跨境列车互联互通运行的要求，匈塞铁路塞尔维亚境内采用ETCS-2 级列控系统，满足TSI CCS 规范子集#3（ETCS 基线3 发布2）中系统功能和接口规范要求，系统版本X=1，不采用ETCS-1 级系统作为后备模式。

匈塞铁路ETCS 系统支持以下15 种工作模式，分别为：完全监控模式（Full Supervision，FS）、目视模式（On Sight，OS）、人工驾驶模式（Staff Responsible，SR）、调车模式（Shunting，SH）、未装配模式（Unfitted，UN）、休眠模式（Sleeping，SL）、待机模式（Stand By，SB）、冒进模式（Trip，TR）、冒后模式（Post Trip， PT）、系统故障模式（System Failure，SF）、隔离模式（Isolation，IS）、 未上电模式（No Power，NP）、非本务模式（Non Leading，NL）、国家系统模式（National System，SN）和退行模式（Reversing，RV），系统版本X=2 支持的部分监控模式（Limited Supervision，LS）、被动调车模式（Passive Shunting，PS）可在后续系统版本升级后支持。

ETCS-2 列控系统由车载和轨旁设备构成。列控轨旁设备由无线闭塞中心（RBC）、临时限速服务器（TSRS）、安全数据网接入设备、应答器等组成。根据线路和车站规模，匈塞铁路塞尔维亚境内设置3套RBC、2 套TSRS 设备，集中设置于贝尔格莱德中心站RBC 机房内。RBC 根据区段占用、联锁进路等信息生成行车许可（MA），并通过GSM-R 无线通信系统将MA、线路参数、临时限速传输给车载设备；同时通过GSM-R 无线通信系统接收车载设备发送的位置和列车数据等信息。临时限速命令由临时限速服务器统一管理，在调度中心由CTC 操作终端进行临时限速下达和取消操作。采用计轴占用检查装置实现对列车占用区间、车站轨道区段的检查；考虑到匈塞铁路需运行既有列车，轨旁信号和Indusi 自动停车设备得到保留，计算机联锁设备通过设置于轨旁的目标控制器控制区间信号机和Indusi 设备，并将轨道区段与信号点灯状态结合送给RBC。匈塞铁路ETCS-2 系统总体结构如图4 所示。

3.2 与既有国家模式的结合

3.2.1 运输需求

基于列控车载设备考虑，将会有以下3 种列车在匈塞铁路上运行：

1）同时安装了ETCS 车载设备和既有国家模式车载设备（PZB/Indusi）的列车，或ETCS 车载设备兼容了PZB 功能，例如塞尔维亚新采购的高速列车；

2）仅安装了既有国家模式车载设备（PZB/Indusi）的列车，例如塞尔维亚既有运行的客车和货车；

3）仅安装ETCS 车载设备的列车（ETCS 车载设备不兼容PZB 功能），例如其他国家（国家模式为非PZB/Indusi 系统）的跨国列车。

对于第一种类型的列车，在ETCS 轨旁设备正常工作时，司机凭车载信号在ETCS 车载设备的监控下运行。如果ETCS 轨旁设备发生故障，在列车停车后，司机可以操作将车载设备转为SN 模式（ETCS-NTC 等级），司机按照塞尔维亚既有行车管理办法行车，以轨旁信号作为行车凭证，PZB/Indusi 系统提供一定程度的速度监控和闯红灯防护功能。

对于第二种类型的列车，司机按照塞尔维亚既有行车管理办法行车，以轨旁信号作为行车凭证，PZB/Indusi 系统提供一定程度的速度监控和闯红灯防护功能。

对于第三种类型的列车，在ETCS 轨旁设备正常工作时，司机凭车载信号在ETCS 车载设备的监控下运行。如果ETCS 轨旁设备发生故障，在列车停车后，司机可以将车载设备转为UN 模式（ETCS-0 等级），司机按照塞尔维亚既有行车管理办法行车，以轨旁信号作为行车凭证，不超过UN模式的顶棚速度运行。

3.2.2 等级转换

匈塞铁路为既有线路更新改造，与塞尔维亚境内其他线路接口较多。考虑到匈塞铁路列车套跑至其他线路的需求，在线路衔接处设置等级转换点。

1）ETCS-0/NTC →ETCS-2

在ETCS-0/NTC →ETCS-2 等级转换处，设置GSM-R 注册、RBC 呼叫、等级转换预告、等级转换执行4 组应答器（应答器组由两台无源应答器组成），上述应答器组可与其他用途的应答器合用，也可以根据需要单独设置，应答器组间距离根据GSM-R 网络QoS 要求（Subset-093）以及车-地间数据通信时间综合考虑。ETCS-0/NTC →ETCS-2 等级转换信息由RBC 发送。

2）ETCS-2 →ETCS-0/NTC

在ETCS-2 →ETCS-0/NTC 等级转换处，设置等级转换预告、等级转换执行2 组应答器，并且在等级转换执行应答器后方设置一组应答器用于断开RBC 连接（应答器组由两台无源应答器组成）。上述应答器组可与其他用途的应答器合用，也可以根据需要单独设置。

本线列车向支线运行时，ETCS-2 →ETCS-0/NTC 等级转换需要APB 设备向联锁提供区间方向、区段状态和信号机点灯状态，进而提供给RBC 以实现列车完全监控模式下进行等级转换。

3）等级转换列表

车载设备收到轨旁设备提供的等级转换优先级列表，将选用车载设备所支持的等级中与轨旁设备的等级转换优先级列表中最高优先级的等级，即如果车载设备支持1、0、NTC X 三种等级。轨旁设备提供优先级列表为2、NTC X、1、NTC Y，则车载会采用NTC X 等级；如果车载设备支持1、0、NTC Y 三种等级，则车载会采用1 级。

PZB/Indusi 系统作为NTC 等级的一种，欧洲铁路局为不同国家分配了4 个NID_NTC 值（NID_NTC 即为基线2 中的NID_STM，例如给武广CTCS-2 分配的NID_STM=45），分别是NID_NTC=6（德国、奥地利的PZB 90 系统）、NID_NTC=9（德国、奥地利、以色列的PZB/LZB 系统）、NID_NTC=27（克罗地亚、斯洛文尼亚的Indusi I60 系统）以及NID_NTC=36（罗马尼亚的Indusi I60 系统）。2021 年初，经塞尔维亚铁路基础设施公司申请，欧洲铁路局将NID_NTC=27也分配给了塞尔维亚的Indusi I60 系统。

考虑到塞尔维亚干线铁路及运营车辆均装备了PZB/Indusi 设备，且国家模式运行的效率及安全性要高于ETCS-0，所以在ETCS-2 →ETCS-0/NTC等级转换信息中仅配置NTC 等级，不配置ETCS-0等级，并且NTC 等级中严格按照欧洲铁路局分配的NID_NTC=27 进行配置。后续如果有其他国家列车在该线路运营，可以通过修改车载设备以支持NID_NTC=27，或者修改轨旁设备增加其他NID_NTC 值。如果有不支持PZB/Indusi 设备的列车运行时，还需在等级转换时考虑增加对ETCS-0 等级的支持。

3.2.3 行车许可的描述

1）MA 的结构

由于塞尔维亚的联锁进路存在过走防护（信号机内方单独区段或利用信号机至计轴点间距离），需要对MA 中的保护区段/危险点信息进行描述。MA 中保护区段/危险点信息的示意如图5 所示。

图5 ETCS行车许可结构Fig.5 ETCS movement authority structure

ETCS-2/3 级MA 信息包P15 中对于保护区段/危险点的描述如表1 所示。

表1 ETCS-2行车许可关于保护区段/危险点的数据描述Tab.1 Description of data of ETCS-2 movement authority about overlap sections/danger points

对于危险点：

a. Q_DANGERPOINT 为危险点的描述，0 为无危险点信息，1 为后面有危险点信息描述，取值为1 时，后续D_DP、V_RELEASEDP 变量生效；

b. D_DP 为EoA 至危险点的距离；

c. V_RELEASEDP 为与危险点相关的开口速度。

对于保护区段：

d. Q_OVERLAP 为保护区段的描述，0 为无保护区段信息，1 为后面有保护区段信息描述，取值为1 时，后续D_STARTOL、T_OL、D_OL、V_RELEASEOL 变量生效；

e.D_STARTOL 为保护区段定时器开始计时的地点至运行许可终点的距离；

f. T_OL 为保护区段的有效时间；

g. D_OL 为EoA 至保护区段末端的距离；

h. V_RELEASEOL 为与保护区段相关的开口速度。

对于上文2.1 节中提到的塞尔维亚国内信号系统对于过走防护的处理方式，MA 中描述如下。

对于采用信号机至内方绝缘节（或计轴磁头）间距离作为过走防护的情况，MA 中将末区段终点描述至信号机，信号机内方的绝缘节（或计轴磁头）描述为危险点；对于采用信号机内方若干个轨道区段作为过走防护的情况，MA 中将末区段终点描述至信号机，联锁表中规定的若干个保护区段的总长度描述为保护区段。

2）开口速度的选取

MA 中开口速度的描述有3 种方式：指定具体开口速度值、由车载设备计算开口速度值和使用国家值。

开口速度的计算需要综合考虑线路条件、保护区段/危险点距离、列车置信区间大小、列车反应时间等因素，由于车的参数无法获取，由轨旁设备计算开口速度并发给车载的方式存在安全风险，故不采用指定开口速度值的方式。

由于塞尔维亚信号安全设备技术规则要求过走防护距离不小于50 m，在匈塞铁路塞尔维亚段工程设计中，区间通过信号机及进站处的危险点通常为50 m。接车进路的保护区段由一个或若干个轨道区段组成，长度50 ～200 多m 不等。塞尔维亚ETCS 系统用户需求规定开口速度国家值为20 km/h。如果采用国家值，对于过走防护距离较短的情况，20 km/h 的开口速度可能导致列车最小安全前端越过EoA 冒进停车后越过过走防护距离，存在安全风险；对于过走防护距离较长的情况，可以通过更高的开口速度提升列车通过效率，采用国家值会降低列车通过效率。

综合考虑安全、效率，开口速度采用由车载设备计算的方式。在后续工程的实际测试中，列车接近EoA 时开口速度在5 ～35 km/h 不等。

3）保护区段计时的问题

塞尔维亚联锁用户需求规定列车完全进入股道后，接车进路解锁；带中岔的股道为列车出清中岔进入最后一个无岔区段后，接车进路解锁；保护区段解锁时机为列车完全进入股道（或进路内最后一个无岔区段）后90 s，即进路解锁后保护区段延时90 s 解锁。

对于ETCS 系统，OVERLAP 计时如果与联锁不一致，可能会出现以下情况：联锁保护区段已经解锁，但MA 中OVERLAP 还存在，导致列车可能越过EoA 压入正在转动的道岔，造成行车安全风险；联锁保护区段还未解锁，但MA 中OVERLAP已撤销，导致列车无法靠近信号机对标停车，影响效率。

基于上述原因，OVERLAP 计时应与联锁中保护区段解锁时间一致。但是在MA 结构中，开始计时的地点变量D_STARTOL 为该点距EoA 的距离，每条进路只能描述一个固定的长度，列车的最大安全前端越过该点时开始计时；而联锁中保护区段解锁计时的开始条件为车尾进入股道，两者不能完全吻合，变量D_STARTOL 只能写入具体数值而不能加入车长的计算。所以结合上述对安全和效率的影响综合考虑，并且通常情况下列车压入股道后90 s 能停稳到期望的位置，所以ETCS 系统中OVERLAP 比联锁提前解锁基本不存在影响效率的问题。所以在工程实践中，OVERLAP 的保持时间T_OL 取值与联锁解锁时间一致的90 s，计时起点D_STARTOL 为列车压入股道，即D_STARTOL 取值为股道长度。

4）进一步探讨

上述MA 的处理方式中，ETCS 系统中OVERLAP 撤销时间比联锁中保护区段解锁时间提前了一个车长，车载设备在删除部分线路数据后，会再次向RBC 请求MA。这个时候联锁中的保护区段尚未解锁，向RBC 发送的进路状态保持不变，RBC 将带保护区段的MA 再次发给车载，车载收到MA 后判断保护区段延时已经结束，可能会再次删除保护区段的数据，导致RBC 循环发送MA，直至保护区段解锁或者列车停稳。

如果RBC 在收到原因为删除数据的MA 请求（基线2 的M132 中Q_TRACKDEL=1 或基线3 的M132 中Q_MARQSTREASON=x1xxx）时，向车载发送MA 中删除OVERLAP（Q_OVERLAP=0），这样能使车地一致性更好。需要考虑对RBC 处理MA 的方式、RBC 与联锁接口，联锁对保护区段的处理方式进行修改。

4 结语

匈塞铁路是中国自主研发列车运行控制系统落地欧洲的第一个项目。塞尔维亚段的建设开通，对中国高铁技术装备“走出去”提出了一些思考。

首先，充分调研目标国的铁路技术规范、用户需求和互联互通需求，系统设计需要考虑与既有国家模式的结合，对系统进行适配性开发或定制化改造，及时取得产品层面的目标国准入认证。

其次，注重工程的认证评估工作，系统层面对国家规范、互联互通、安全性的符合性认证工作贯穿整个工程的需求定义、设计、集成、调试和运营全过程，及时做好技术储备。

同时也可以在国外工程建设过程中吸取一些新的技术和理念，为后续中国高铁技术的持续发展进步以及技术装备更好地“走出去”夯实基础。