欧洲铁路列车控制系统及其在德国铁路的试验现状

摘要：主要介绍西门子公司为德国铁路研制生产的列车速度自动控制系统(etcs)的3种技术应用等级，以及etcs通过gsm-r传输信息的系统构成。结合etcs在德国铁路的试验现状，提出发展我国列车控制系统的几点建议。

　　由于欧洲国家多，铁路运输情况复杂，技术装备水平参差不齐，自动停车和速度监督装置的制式不统一(多达14种)，以及信号显示制式不同等问题，造成列车跨边境要进行制式转换，导致列车的运行速度受到限制，乘务员操作难度加大。为此，欧洲各国铁路机构和主要生产厂商经过共同研究，着手制定适于全欧铁路干线网的列车速度自动控制系统的技术标准。在欧盟及国际铁联(uic)的直接协调下，经过几年的努力，制订了欧洲铁路列车控制系统(简称etcs)的技术规范。etcs技术规范的问世，实现了同一列车能在不同装备水平的干线铁路上跨国运行，不用停留，从而提高了运输效率。这可以使各制造商生产的设备功能统一，技术相互兼容，也有利于产品竞争及稳定铁路市场。

　　1　　技术应用等级
　　在etcs规范中，对列车速度自动控制系统规定了3个技术应用等级，下面主要介绍西门子公司研制生产的、在德国铁路上实际应用的3种等级水平。
　　(1)水平1a。etcs中规定的一级水平概况见图1。在这一级水平中，仍以传统信号设备为主，仅仅增加了以“欧洲标准应答器”(eurobalise)为基础的点式数据传输和超速防护系统。



　　图1　　应用一级水平1a系统示意图
　　这一级发展水平的主要特点是：区间仍按传统原则划分固定闭塞分区，配备有必要的轨道电路或电子计轴器。整个区间必须设置多显示色灯信号机。在每台信号机旁及在其他必要的场合设置地面应答器eurobalise，设在信号机旁的应答器通过标准轨旁电子单元leu与信号机相连。地面应答器将信号机的显示以及区间的地理数据(如坡度、限速情况等)传给机车。在机车上必须装备有接收天线、数据处理单元、显示与记录单元以及与机车制动器相连的接口。
　　(2)水平1b。该级与水平1a的基本原理和特点相同，只是通过使用“欧洲标准环线”(euroloop)以使　eurobalise的点式数据传输方式延展为半连续传输方式。见图2。



　　图2　　应用一级水平1b系统示意图
　　其方式是用单根漏泄同轴电缆，固定在一根钢轨轨腰的内侧或外侧，列车达到euroloop区域内时，就可得到所需数据。长度要满足本区间能保证列车按绝对制动距离间隔运行，电缆最长不能超过1000　　m。
　　水平1a是标准的点式列车速度自动控制系统，用车载计算机进行信息处理，最后达到列车超速防护目的，能使列车自动安全防护。水平1b不仅能达到水平1a的功能，而且不完全受地面闭塞分区的局限，在保证列车运行安全的前提下，可以相应地提高运输效率，德国铁路认为在较繁忙区段使用意义更大。
　　(3)水平二级。该方式突破了传统的靠人为划分闭塞分区、用信号机灯光颜色来区分速度等级、靠司机瞭望信号控制车速的运输方式，见图3．



　　图3　　应用水平二级系统示意图
　　系统的特点是不采用轨道电路，而是用区间空闲检查装置，每1500　　m布置1个，按分区逐段对列车定位，并将所需信息传送到无线闭塞中心(rbc)。，控制信号设备动作；同时将检查路段的情况反送到车上和前面路段，并且不断监控路段情况，随时发送给列车，必要时进行停车。rbc具体设置的数量是根据列车密度而决定的。欧洲应答器　(eurobalises)用于列车定位。数据传输(车对地及地对车)通过铁路专用移动通信网　gsm-r，实现连续不断的传输。是否保留地面信号机可作为选择项。德国认为如考虑与既有设备的兼容和列车转线的需要也可保留部分信号机。车上设备主要有车载计算机系统、gsm-r接收器和司机——机车接口(标准液晶屏显示系统)。
　　(4)水平三级。该级水平适应高速与高行车密度干线，系统见图4。





　　图4　　应用水平三级系统示意图
　　系统特点是：连续式列车速度监控，信息通道是无线通信(gsm-r)方式，取消分散安装在线路两侧的区间传统信号设备。地面不设检查轨道状况的设备，列车运行控制功能集中于车上，实现从制动距离出发的列车间隔控制，即移动闭塞。列车具有自行定位的功能，只设一些固定地面应答器(eurobalise)用于列车定位校准。列车的位置由列车传至区间侧的无线闭塞中心(rbc)，并由rbc传送至后续列车，实现间隔控制。列车运行安全速度是根据地面设备传递的信息，由车上设备进行自动控制。在二级水平上又进一步完善司机——机车接口装置及运行记录装置。；rbc只发送命令，动作道岔。线路检查设备取消，维修工作减少。虽然列车要加装完整性检测设备，但对于高速列车ice通过总线中断可以发现列车不完整，货车不易发现，德国目前还没有一千好的解决办法。

　　2　　无线通信系统
　　etcs信息传递的系统图，见图5。从图中可以看出无线闭塞中心通过局域网与联锁设备、调度员、应答器、信号机等设施相连，将各种信息进行处理，所需数据通过综合业务数字网(1sdn)送到gsm-r系统，利用分布在各点的基站，依照地形，每5—12km将设置1个基站，传给调度指挥中心与无线闭塞中心。车载计算机之间提供无线数据通道，保证控制中心与机车、调度员与司机之间信息传输及时、可靠。



　　图5　　gsm—r系统结构图
　　以gsm-r为传输手段，充分利用其所具有的高可靠性、保密性，可以实现车地之间的控制信息传输，可以满足列车自动控制所要求的各项功能，并且规定etcs在gsm-　　r系统具有最高运行权。如果采用公用gsm系统就很难保证这点。

　　3　　etcs／ertms的发展及在德国铁路的应用
　　(1)etcs／ertms一级水平情况。匈牙利、保加利亚、西班牙计划修建，瑞士已中标实施，比利时初选过了。
　　(2)etcs／ertms二级水平情况。德国、西班牙、意大利(高速)、瑞士、荷兰(高速)计划修建；荷兰、瑞士、意大利、英国项目计划投标。
　　(3)etcs／ertms——2／3级水平(gsm-r)情况。在德国、西班牙、瑞士、意大利、荷兰、瑞典、英国项目都已完成，并且计划在更大范围内使用。目前，已有24个国家的32个铁路组织在采用gsm-r的谅解备忘录上签了字。
　　德国西门子公司研制的三级水平系统应用在柏林一莱比锡试验段上。试验段长140 km，双线，全线商业运行速度为200 km／h。由于考虑各种车型混跑和未装有etcs系统的机车运行的速度，信号机保留。全线共设有1000台固定应答器，3个无线闭塞中心(rbc)，外部设施均与局域网相连，全部由一个运输指挥中心控制，采用了gsm-r无线传输通道。br707型机车进行了试验，对6台高速列车进行了所有功能试验和测试，该试验段是慕尼黑一柏林一汉堡线最早装备该系统的一部分。

　　4　　体会
　　(1)点式列车速度自动控制系统的主要优点是，采用无源、高信息容量的地面应答器，结构简单，安装灵活，可靠性高，价格明显低于连续式列车速度自动控制系统，如果增加欧洲标准环线(euroloop)，可以使点式数据传输方式延展为半连续传输方式，本制式适用于最高运行速度160　　km／h的区段。
　　(2)采用二、三级列车速度自动控制系统能根据列车的制动能力，让列车以相应的允许速度高速运行(目前最高行车速度250 km／h)，其表示速度的信号显示设在司机室内，因此，能充分发挥etcs的作用。
　　(3)采用gsm-r为调度控制中心或车站数据系统与车载计算机之间提供可靠安全的无线数据通道，承担了传送安全数据的任务，确保控制中心与机车、调度员与司机之间信息传输及时可靠，确保列车运行安全。
　　(4)欧洲在发展ertms的同时，提出发展gsm—r和etcs。发展etcs的关键是要发展gsm—r。如果以gsm-r为传输手段，可以实现车地之间的控制信息传输和列车位置的确定(精度可以达到10—100 m)，不必再借助外界的硬件设备，这有利于实现最终无地面信号设备的列车控制系统。


　　(5)etcs列车控制系统的问世，将使信号联锁功能、制式发生大的改变，也有可能把进路设置功能从地面转移到机车上。未来的趋势是向着列车增添更多的智能功能，从而精简大量的地面设备。

　　5　　建议
　　(1)在我国，机车信号也同样面临着制式不统一，机车交路不能混跑等问题。虽然近年来大力推广应用通用型机车信号，但仍然存在着功能单一、可靠性不尽人意的问题。为了我国铁路列车速度自动控制系统的发展，应吸取和借鉴欧洲铁路发展的经验，及早制订中国列车控制系统(ctcs)和中国铁路运输管理系统(crtms)发展的技术政策和技术规范。
　　(2)建设我国列车控制系统试验段，在秦沈客运专线和青藏线的建设中，在其特殊环境和运行条件的要求下，能引进、消化、吸收或借鉴国外的先进技术，采用不同等级的列车控制系统，为我国列车控制系统的发展积累一定的经验。
　　(3)在研制开发设备时，要考虑相互兼容和匹配，做到标准化、通用化、模块化，在机车设备功能升级时，无需将既有设备拆除。
　　(4)随着我国铁路列车向准高速化与高速化方向发展，为保证行车安全，实现有效的人机控制和提高运输效率，急需建立一个功能更加完善、技术更加先进的铁路无线移动通信网，以实现无线方式车地信息传输，最终取代地面信号设备。
　　(5)在机车制造中，应制定有关标准，明确司机一机车接口的标准，以克服目前司机室内设备种类繁多，功能单一等问题。
　　(6)加快各系统的整合，建立中国铁路信息化技术平台，即中国铁路运输管理系统crtms。将多种mis和准备开发的有关铁路经营信息技术项目融于一个技术平台内，达到资源共享，避免系统各自独立，互不兼容，信息交叉，任务单一，应用范围有限，多头投资，维修、管理、使用三不便的问题。

作者：北方交通大学电子工程学院　　硕士研究生　　宋钢　来源：《中国铁路》2002年第9期