歐盟鐵路信號(hào)系統(tǒng)互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范研究

陳宇坤，李衛(wèi)鋒

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031）

隨著我國(guó)“一帶一路”倡議的實(shí)施和高鐵“走出去”戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，中國(guó)鐵路走出國(guó)門已勢(shì)在必行。根據(jù)諸多鐵路項(xiàng)目在海外實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)，海外項(xiàng)目多采用中國(guó)鐵路規(guī)范或歐盟鐵路規(guī)范。本文旨在介紹歐盟鐵路規(guī)范體系、互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范要求，分析信號(hào)系統(tǒng)強(qiáng)制技術(shù)規(guī)范，為采用歐盟鐵路規(guī)范的信號(hào)系統(tǒng)提供技術(shù)建議。

1 歐盟鐵路規(guī)范概述

歐盟為了確?？鐨W洲高速鐵路安全可靠地實(shí)現(xiàn)互通性運(yùn)行，建立了層次清晰、相互協(xié)調(diào)支持，充分考慮安全性、經(jīng)濟(jì)性和高可靠操作性，并且內(nèi)容詳盡的技術(shù)法規(guī)和規(guī)范體系。歐盟高速鐵路是基于共同規(guī)范的相互兼容的鐵路系統(tǒng)。歐盟鐵路規(guī)范體系如圖1所示。

圖1 歐盟鐵路規(guī)范體系Fig.1 System of EU Railway Specifications

2 互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范

2.1 互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范背景和歷史

互聯(lián)互通技術(shù)規(guī)范（Technical Specifications for Interoperability，TSI）是由歐洲鐵路管理局起草，由歐洲委員會(huì)決議通過。TSI是對(duì)鐵路系統(tǒng)“安全性、可靠性與可用性、健康、環(huán)境保護(hù)、技術(shù)兼容性和無(wú)障礙環(huán)境”等方面的基本要求逐級(jí)分解，形成了自上而下、逐級(jí)分配、系統(tǒng)配套的鐵路系統(tǒng)產(chǎn)品互聯(lián)互通性準(zhǔn)入管理的法規(guī)體系，保證列車安全和不間斷運(yùn)行，確保歐洲各國(guó)之間的鐵路系統(tǒng)可以互聯(lián)互通。TSI指令的演變歷史如下。

1996年：《96/48/EC High Speed Interoperability Directive》，針對(duì)于歐洲范圍內(nèi)的高速鐵路出了最早的TSI規(guī)范。

2001年：《2001/16/EC-Conventional Rail Interoperability Directive》，針對(duì)歐洲范圍內(nèi)的既有鐵路的更新升級(jí)項(xiàng)目，擴(kuò)展TSI的范圍，將強(qiáng)制性規(guī)范推廣到40%的歐洲鐵路線路。

2004年：《2004/50/EC-Interoperability Amendment Directive》，修訂了《96/48/EC》和《2001/16/EC》，覆蓋所有的傳統(tǒng)鐵路路網(wǎng)。

2007年：《2007/32/EC》，修訂了《96/48/EC》和《2001/16/EC》。

2008年：發(fā) 布“第三包（Third Railway Package）”《2008/57/EC-Interoperability of the Rail System within the Community (Recast)》，取代了之前的TSI指令文件，整合了高速鐵路和既有鐵路，擴(kuò)展了互聯(lián)互通范圍。

2009年：對(duì)《2008/57/EC》修訂，發(fā)布《Dir ective 2009/131/EC》。

2011年：對(duì)《2008/57/EC》修訂，發(fā)布《Directive 2011/18/EU》。

2013年：對(duì)《2008/57/EC》修訂，發(fā)布《Directive 2013/9/EU》。

2014年：對(duì)《2008/57/EC》修訂，發(fā)布《Recom Mendations 2014/897/EU》。

2014年：對(duì)《2008/57/EC》修訂，發(fā)布《Directive 2014/38/EU》和《Directive 2014/106/EC》。

2016年：發(fā)布《Directive 2016/797/EU》，為最新版本。

2.2 TSI體系概述

整個(gè)TSI體系是由歐盟和成員國(guó)層面共同實(shí)現(xiàn)的。在歐盟層面，歐盟頒布面向全歐洲經(jīng)濟(jì)體的指令文件、實(shí)施規(guī)則文件、建議文件。根據(jù)歐盟層面的要求，成員國(guó)再制定自己的法律法規(guī)和實(shí)施條例。

歐盟層面，指令文件（即第一層）大體分為：TSI指令文件（TSI Directive）、安全指令文件（Safety Directive）、新方法指令（New Approach Directive）。實(shí)施規(guī)則和建議（即第二層）大體分為：TSI、用于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和評(píng)估的通用安全方法（Common Safety Method for Risk Evaluation and Assessment，CSM-RA）、合格評(píng)定（Conformity Assessment）、準(zhǔn)入許可的建議（APIS）。

1）TSI指令文件

現(xiàn)最新的TSI指令文件（即第一層）《Directive 2016/797》，正文內(nèi)容主要包括：定義TSI范圍、定義術(shù)語(yǔ)、核心要求、TSI內(nèi)容、TSI的制定、TSI的不足。附錄內(nèi)容主要包括：歐盟鐵路構(gòu)成；子系統(tǒng)；核心要求；子系統(tǒng)認(rèn)證流程；相關(guān)指令的撤銷；與2008/57/EC指令對(duì)應(yīng)表等。

2）TSI規(guī)則文件

TSI規(guī)則文件（即第二層）將鐵路系統(tǒng)劃分為8大子系統(tǒng)：基礎(chǔ)設(shè)施、能源、鐵路隧道安全、殘疾人、機(jī)車與客車、噪音、貨車、控制指揮和信號(hào)。

TSI規(guī)則文件的一般結(jié)構(gòu)為：介紹（Introduction）；定義/范圍（Subsystem Definition/Scope）；核心要求（Essential Requirements）；子系統(tǒng)特征（Characteristics of the Subsystem）；互聯(lián)互通部件（Interoperability Constituents）；評(píng)估（Assessment of Conformity and/or Suitability for Use）；實(shí)施（Implementation）；附錄（Annexes）。

制定TSI規(guī)則文件目的是將整個(gè)鐵路系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)化，針對(duì)指令文件所提出的基本要求，將整個(gè)系統(tǒng)劃分為8大子系統(tǒng)，并對(duì)接下來規(guī)范（即第三層）的制定起到指導(dǎo)作用。

3 信號(hào)系統(tǒng)TSI要求

3.1 控制指揮和信號(hào)TSI（CCS TSI）

CCS（Control Command and Signaling）TSI主要文件為《Regulation (EU) 2016/919》,以及一系列修訂文件包括《Corrigendum to Commission Regulation （EU）2016/919》,《Commission Implementing Regulation (EU) 2017/6》,《Commission Implementing Regulation 2019/776》。

CCS TSI是TSI 8大子系統(tǒng)中的一個(gè)，適用于歐盟鐵路信號(hào)系統(tǒng)的車載子系統(tǒng)和軌旁子系統(tǒng)。

歐洲鐵路運(yùn)輸管理系統(tǒng)（European Railway Transportation Management System，ERTMS）中，由于系統(tǒng)的版本不同，制定了不同的基線（Baselines）的技術(shù)規(guī)范（即第三層）。CCS TSI詳細(xì)介紹不同版本基線。

ERTMS基線被分成了歐洲列車控制系統(tǒng)（European Train Control System，ETCS）基線和鐵路國(guó)際無(wú)線通信（Global System for Mobile Communications-Railway，GSM-R）基線。GSM-R僅存在基線1（Baseline 1，B1），ETCS有基線2（Baseline 2，B2）、維護(hù)基線3（Baseline 3 Maintenance Release 1，B3MR1）、基線3（Baseline 3 Release 2，B3R2）。因此CCS TSI下的ERTMS技術(shù)規(guī)范可分為3個(gè)版本：ETCS基線2+GSM-R基線1；ETCS維護(hù)基線3+GSM-R基線1；ETCS基線3+GSM-R基線1。

ETCS基線3+GSM-R基線1為歐盟鐵路信號(hào)系統(tǒng)最新的強(qiáng)制性規(guī)范，在采用歐盟鐵路規(guī)范的鐵路項(xiàng)目中需要嚴(yán)格執(zhí)行，該版本包含約65項(xiàng)強(qiáng)制性規(guī)范。

3.2 ETCS維護(hù)基線3到基線3的演進(jìn)

ETCS基線2從2019年1月1日起不再使用。

ETCS維護(hù)基線3到基線3的主要演進(jìn)如下。

1）SUBSET-026系統(tǒng)需求規(guī)范（System Requirement Specification，SRS）

B3MR1版本號(hào)3.4.0，B3R2版本號(hào)3.6.0。

版 本3.6.0新 增 第9章 內(nèi) 容，將SRS第1至8章的條款分類。尤其是規(guī)定了正確評(píng)估ERTMS/ETCS車載設(shè)備與SRS符合性的要求。

2）SUBSET-027 FFFIS司 法 記 錄 器（FFFIS Juridical Recorder）

B3MR1版本號(hào)3.1.0，B3R2版本號(hào)3.3.0。

版本3.3.0修改第4.2.4.2條，新增再生制動(dòng)接口、電磁蹄形制動(dòng)器接口、電動(dòng)氣動(dòng)制動(dòng)接口、牽引切斷接口、行車制動(dòng)接口、行車制動(dòng)反饋接口的數(shù)據(jù)類型。新增4.2.4.24、4.2.4.45～4.2.4.49條目，包括RBC聯(lián)絡(luò)數(shù)據(jù)、駕駛員反應(yīng)距離、駕駛員反應(yīng)速度等。修改第4.3.1.1條，指出每次將與跟蹤條件有關(guān)的信息提供給ERTMS/ETCS外部功能。

3）ERA ERTMS 015560 人機(jī)界面的FIS（FIS for Man-Machine Interface）

B3MR1版本號(hào)3.4.0，B3R2版本號(hào)3.6.0。

版本3.6.0在 第5、7、8、9、11章節(jié)更新了人機(jī)界面中的圖形（Symbols）和系統(tǒng)聲音（Sounds）要求。

4）SUBSET-034 列車接口的FIS（FIS for the Train Interface）

B3MR1版本號(hào)3.1.0，B3R2版本號(hào)3.2.0。

版本3.2.0在第2.3和2.4節(jié)中，修改了剎車壓力值、特殊制動(dòng)禁止區(qū)域的適用范圍和信息輸出、牽引供電系統(tǒng)切換的信息輸出、降弓無(wú)電段的信息輸出、氣密性區(qū)域的信息輸出、車站站臺(tái)的信息輸出、主電源斷電的無(wú)電段的信息輸出、允許電流變化的信息輸出。在第2.5.5節(jié)新增速度設(shè)定的輸入信息。在2.6.2節(jié)新增列車數(shù)據(jù)信息的獲取需求。

5）SUBSET-035 專用傳輸模塊FFFIS（Specific Transmission Module FFFIS）

B3MR1版本號(hào)3.1.0，B3R2版本號(hào)3.2.0。

版 本3.2.0在 第10.3.2.2,10.3.2.3,10.3.2.4,10.3.2.7,10.3.2.8節(jié)，更新了專用傳輸模塊（STM）的狀態(tài)信息定義和狀態(tài)轉(zhuǎn)換順序。第10.7.3.5和10.7.4.3更新了數(shù)據(jù)輸入程序。第11.1.1.1.1節(jié)新增了與列車接口單元（TIU）連接和傳輸?shù)囊蟆５?3.3.1.3.1節(jié)新增ETCS車載設(shè)備報(bào)告人機(jī)交互（DMI）信道正常狀態(tài)的要求。第13.4.6.4節(jié)更新了DMI應(yīng)顯示目標(biāo)速度，釋放速度，允許速度，干預(yù)速度和目標(biāo)距離。

6）SUBSET-036 歐洲應(yīng)答器FFFIS（FFFIS for Eurobalise）

B3MR1版本號(hào)3.0.0，B3R2版本號(hào)3.1.0。

版本3.1.0在第5.6.2.3節(jié)更新應(yīng)答器安裝的側(cè)向和角向偏差要求。在第5.7.10.4.1節(jié)更新在護(hù)輪軌橫向安裝的要求。在6.7.4節(jié)更新制造商提供應(yīng)答器傳輸敏感度的要求。

7）SUBSET -037歐 洲 通 信FIS（Euroradio FIS）

B3MR1版本號(hào)3.1.0，B3R2版本號(hào)3.2.0。

版本3.2.0更新了用于ETCS的分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)腃R741。

8）SUBSET-039 RBC/RBC移 交 的FIS（FIS for the RBC/RBC Handover）

B3MR1版本號(hào)3.1.0，B3R2版本號(hào)3.2.0。

版本3.2.0在第4.3節(jié)更新了RBC移交業(yè)務(wù)。在第4.6.2節(jié)更新了RBC切換狀態(tài)表格。在5.2.1和5.5.1.2節(jié)更新了RBC移交的信息包。

9）SUBSET-041互聯(lián)互通性的性能要求（Per formance Requirements for Interoperability）

B3MR1版本號(hào)3.1.0，B3R2版本號(hào)3.2.0。

版本3.2.0在第5.2.1.4節(jié)修改了車載設(shè)備接收移動(dòng)授權(quán)（MA）到授權(quán)終點(diǎn)（EOA/LOA）更新之間的時(shí)延。第5.2.1.5節(jié)修改了歐洲環(huán)線（Euroloop）收MA到車載EOA/LOA更新之間的時(shí)延。第5.2.1.8節(jié)修改了環(huán)線標(biāo)記終點(diǎn)（EOLM）與解碼第一個(gè)環(huán)線信息解碼之間的時(shí)延。第5.3.1.3節(jié)修改了向軌旁設(shè)備報(bào)告速度和位置信息前的測(cè)量時(shí)限。

10）SUBSET-091 ETCS 1級(jí)和2級(jí)互聯(lián)互通安全要求（Safety Requirements for the Technical Interoperability of ETCS in Levels 1 &2）

B3MR1版本號(hào)3.4.0，B3R2版本號(hào)3.6.0。

版本3.6.0在第3.1.1.3節(jié)更新了參考文獻(xiàn)目錄。在第7.2.1.5節(jié)更新了ETCS容許危害率（THR）參數(shù)。在第12.1.1.3節(jié)更新了風(fēng)險(xiǎn)源附錄。

11）SUBSET-094車載參考測(cè)試設(shè)備的功能要求（Functional Requirements for An Onboard Reference Test Facilitiy）

B3MR1版本號(hào)3.0.0，B3R2版本號(hào)3.1.0。

版本3.1.0在第6.4.14.1.1節(jié)修改了請(qǐng)求發(fā)送標(biāo)志（RTS）應(yīng)在物理和邏輯層模擬至少兩個(gè)B類GSM-R移動(dòng)終端。在第8.3節(jié)更新了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

12）SUBSET-092-1 ERTMS歐 洲 通 信 符 合性要求（ERTMS EuroRadio Conformance Requirements）

B3MR1版本號(hào)3.0.0，B3R2版本號(hào)3.1.0。

版本3.1.0在第6.4節(jié)新增電路域（CS域）的傳輸協(xié)議一致性要求。在第6.5節(jié)新增適用數(shù)據(jù)域（PS域）的適配層實(shí)體。在第6.6節(jié)新增PS域的傳輸協(xié)議一致性要求。在第6.10節(jié)新增車載IP通信應(yīng)用程序的資源管理。

13）SUBSET-092-2 ERTMS歐洲通信測(cè)試用例安全層（ERTMS EuroRadio test cases safety layer）

B3MR1版本號(hào)3.0.0，B3R2版本號(hào)3.1.0。

版 本3.1.0在 第3.2,5.2.3,5.2.8,5.2.10,5.2.12,5.2.15,5.2.19,5.3.2-8,5.3.9,5.3.10-14,5.4.1,5.4.3-6,5.6.2節(jié)更新了錯(cuò)誤用例。

14）SUBSET-058 FFFIS STM應(yīng) 用 層（FFFIS STM Application Layer）

B3MR1版本號(hào)3.1.0，B3R2版本號(hào)3.2.0。

版 本3.2.0在 第7.1.1,7.1.2,7.2.7,7.2.10,7.2.16,7.2.17,7.2.19,7.2.22,7.2.25,7.2.27,7.5.2,7.5.4,7.5.5,7.8.1,7.8.2,7.8.3節(jié)更新了STM數(shù)據(jù)包要求。

15）SUBSET-137在線密鑰管理FFFIS（Online Key Management FFFIS）

為新增規(guī)范，B3R2版本號(hào)1.0.0。

版本號(hào)1.0.0規(guī)定了密鑰管理中心間以及從密鑰管理中心到認(rèn)證秘鑰實(shí)體的在線分發(fā)管理的密鑰管理系統(tǒng)。

綜上所述，ETCS維護(hù)基線3到基線3在系統(tǒng)要求、司法記錄、人機(jī)交互、車輛接口、專用傳輸模塊、應(yīng)答器接口、車地通信、RBC移交、秘鑰管理、互聯(lián)互通等方面均做出了技術(shù)性演進(jìn)，對(duì)采用歐盟鐵路規(guī)范的信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、認(rèn)證具有借鑒意義。

4 結(jié)論

研究TSI是我國(guó)高鐵信號(hào)系統(tǒng)在“一帶一路”倡議和中國(guó)鐵路“走出去”戰(zhàn)略實(shí)施的重要條件，是參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的必備條件。

本文概述歐盟鐵路規(guī)范的分級(jí)、TSI的背景、歷史和體系，介紹TSI指令文件、規(guī)則文件，闡述了控制指揮和信號(hào)TSI在歐盟鐵路規(guī)范中的位置。通過分析ERTMS不同基線的組成和3個(gè)基線版本，研究ETCS維護(hù)基線3到基線3規(guī)范的主要演進(jìn)和發(fā)展趨勢(shì)，希望能為采用歐盟鐵路規(guī)范的鐵路項(xiàng)目信號(hào)系統(tǒng)提供技術(shù)建議。