ETCS基線3的系統(tǒng)版本管理方法

張友兵，陳志強，王建敏，于曉娜

(1.北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；2.北京市高速鐵路運行控制系統(tǒng)工程技術研究中心，北京 100070)

在歐洲，由于列車運行控制系統(tǒng)種類繁多，且各國信號制式復雜、互不兼容，為統(tǒng)一歐洲鐵路網(wǎng)，保證高速列車在歐洲鐵路網(wǎng)內(nèi)互通運行，提高運輸效率，1989年12月歐洲運輸部長會議做出決定，就歐洲大陸鐵路互聯(lián)互通中的技術問題尋找解決方案。1998年，歐洲各大信號公司組建UNISIG組織，共同制定統(tǒng)一的ERTMS技術規(guī)范。2001年歐盟通過立法形式確定ETCS成為強制性技術規(guī)范。ETCS得到歐洲各國鐵路公司和供貨商的廣泛認可。

為了拓展海外市場，亟需開發(fā)符合ETCS 基線3的車載設備，支持基線3和基線2等不同版本，既能滿足新建線路，又能兼容既有線路，實現(xiàn)廣泛的互聯(lián)互通和版本兼容。

本文主要研究ETCS基線3的系統(tǒng)版本管理功能。

1 ETCS系統(tǒng)版本

1.1 系統(tǒng)版本的定義

系統(tǒng)版本明確定義了ETCS強制性功能，確保ERTMS/ETCS車載子系統(tǒng)和軌旁子系統(tǒng)之間技術上的互聯(lián)互通。系統(tǒng)版本用于防止由ERTMS/ETCS規(guī)范的變化而導致不可接受的安全性或性能降低的情況。因此，任何有可能改變ERTMS/ETCS系統(tǒng)的行為、性能或安全性的技術變化都被視為影響系統(tǒng)版本。ERTMS/ETCS系統(tǒng)版本的演變是連續(xù)的，即現(xiàn)有版本只能進行一次直接升級，不接受分支。

ERTMS/ETCS系統(tǒng)版本由符合要求的版本號標識，每個版本號都遵守X.Y格式，其中X是1到7之間的任何數(shù)字，Y是0到15之間的任何數(shù)字。X用于區(qū)分不兼容的版本，Y表示版本X內(nèi)的兼容性。如果兩個版本的X相同，表明這些版本是兼容的，與Y無關。

1.2 變更對系統(tǒng)版本的影響

當歐洲鐵路局變更管理委員會對ERTMS/ETCS系統(tǒng)進行變更時，必須評估這些變更是否影響系統(tǒng)版本。如果影響，還需要確定是增加系統(tǒng)版本號X，還是增加系統(tǒng)版本號Y。

對一組商定的變更請求進行評估，以確定兩個連續(xù)的ERTMS/ETCS系統(tǒng)版本之間的兼容性。無論一個變更請求會影響多少個TSI附錄A中被確定為影響ERTMS/ETCS系統(tǒng)版本的規(guī)范文件，每個變更請求都應作為一個整體進行評估，就其兼容性做出單獨決定。

如果所有被評估的變更請求都被認定為是兼容的，新的ERTMS/ETCS系統(tǒng)版本被認定為與現(xiàn)有版本兼容(Y增加)。如果在一組評估后的變更請求中，即使有一個變更請求被認定為不兼容，新的ERTMS/ETCS系統(tǒng)版本也被認定為與現(xiàn)有版本不兼容(X增加)。

1.3 系統(tǒng)版本的兼容性

通過對運行一個系統(tǒng)版本的ERTMS/ETCS車載設備和運行另一個系統(tǒng)版本的ERTMS/ETCS軌旁基礎設施之間的關系進行分析，可以確定兩個連續(xù)的ERTMS/ETCS系統(tǒng)版本之間的兼容性。

假設版本A是現(xiàn)有系統(tǒng)版本，版本B是后續(xù)系統(tǒng)版本，按以下方法確定版本A和版本B的兼容性。

運行版本A的列車可以在運行版本B的軌旁基礎設施上運行正常服務，且運行版本B的列車可以在運行版本A的軌旁基礎設施上運行正常服務，那么版本B兼容版本A。

存在技術、操作或安全相關障礙，阻止運行版本A的列車在運行版本B的軌旁基礎設施上運行正常服務，或阻止運行版本B的列車在運行版本A的軌旁基礎設施上運行正常服務，那么版本B不兼容版本A。

在基線3 ETCS系統(tǒng)中，系統(tǒng)版本號X可以為1或2，即存在1.Y（X=1）和2.Y（X=2）兩個不兼容的系統(tǒng)版本；當系統(tǒng)版本號X等于1時，系統(tǒng)版本號Y可以是0或1，即存在1.0和1.1兩個兼容的系統(tǒng)版本；當系統(tǒng)版本號X等于2時，系統(tǒng)版本號Y可以是0或1，即存在2.0和2.1兩個兼容的系統(tǒng)版本。在同一個系統(tǒng)版本X中，幾個兼容的系統(tǒng)版本Y共存，不會對部署ERTMS/ETCS車載設備和軌旁基礎設施產(chǎn)生任何約束或限制。ETCS基線3支持的系統(tǒng)版本如表1所示。

不兼容的系統(tǒng)版本允許在歐洲同時運行，由“合法運行的X版本集合”定義。該集合由多個連續(xù)的X版本組成，并在ERTMS/ETCS系統(tǒng)的整個壽命期內(nèi)進行演變。目前，在歐洲可以同時運行X=1和X=2兩個不兼容的系統(tǒng)版本，X=1和X=2就是一個合法運行的X版本集合。歐盟委員會條例EU 2016/919的附錄A給出了1.0、2.0和2.1共3個基線包含的強制性規(guī)范列表及版本，如表2所示。其中，根據(jù)SUBSET-108對基線2進行修訂，得到基線2增強版。EU 2016/919為歐盟鐵路系統(tǒng)“控制命令和信號”子系統(tǒng)互聯(lián)互通技術規(guī)范。

1.4 運行的系統(tǒng)版本

ERTMS/ETCS車載設備和地面設備可能支持多個系統(tǒng)版本，但是某一時刻只有一個系統(tǒng)版本在運行，即為運行的系統(tǒng)版本。運行的系統(tǒng)版本為設備支持的多個系統(tǒng)版本中的正在運行的那一個系統(tǒng)版本。

車載設備應至少支持兩個不兼容的系統(tǒng)版本，以便在運行不同系統(tǒng)版本X的軌旁基礎設施上運行。車載設備能夠解析來自軌旁組件的標記版本與相關軌旁基礎設施運行版本不同的信息。

車載設備運行的系統(tǒng)版本由軌旁設備決定。但是，在劃定的軌旁區(qū)域內(nèi)，運行一個系統(tǒng)版本號X.Y僅意味著運行在該區(qū)域的車載設備應按照適用于該系統(tǒng)版本號的一組要求運行，其中X是軌旁命令的版本號，Y是版本X內(nèi)車載設備運行的系統(tǒng)版本號(可能不同于軌旁命令的版本號Y)。因此，只有軌旁命令的系統(tǒng)版本號X會影響車載設備運行的系統(tǒng)版本X。在車載設備支持的系統(tǒng)版本號X中，車載設備運行的系統(tǒng)版本號Y是車載設備符合的ETCS規(guī)范中定義的最高版本號。也就是說，如果軌旁命令版本X=1且車載設備支持版本1.0和1.1，則車載設備運行的系統(tǒng)版本為1.1；如果軌旁命令版本X=2且車載設備支持版本2.0和2.1，則車載設備運行的系統(tǒng)版本為2.1。

ERTMS/ETCS基礎設施使用合法運行的X版本集合中的系統(tǒng)版本號X運行。

在軌旁區(qū)域內(nèi)運行一個系統(tǒng)版本X并不意味著所有安裝的“非RBC”軌旁組件(應答器、環(huán)線、RIU)必須傳輸標有相同版本號X的信息，在相關的軌旁區(qū)域安裝的應答器、環(huán)線或RIU可以傳輸標有不同版本號X的信息，該版本號為:在合法運行的X版本集合內(nèi)；超出了合法運行的X版本集合，并且已經(jīng)過時，但是所傳輸?shù)膱笪?消息包含車載設備能夠解釋的信息。

在所有等級和所有合適的位置，ERTMS/ETCS軌旁可以命令ERTMS/ETCS車載設備運行哪個系統(tǒng)版本。

1.5 ETCS軌旁組件的系統(tǒng)版本

ERTMS/ETCS軌旁組件的系統(tǒng)版本必須與車載設備運行的系統(tǒng)版本分開考慮。

盡管無線閉塞中心傳送的系統(tǒng)版本表明在無線閉塞中心區(qū)域運行的系統(tǒng)版本，但這主要意味著地面設備使用運行的系統(tǒng)版本指定的ETCS語言版本與車載設備會話。

RIU傳送的系統(tǒng)版本表示RIU使用該系統(tǒng)版本指定的ETCS語言版本編碼傳送的信息。

應答器/環(huán)線發(fā)送的報文頭/消息頭中標記的系統(tǒng)版本表明，應答器/環(huán)線使用該系統(tǒng)版本指定的ETCS語言版本編碼發(fā)送的信息。

2 確定運行的系統(tǒng)版本

基線3車載設備可以使用合法運行的系統(tǒng)版本集合中包含的任何ERTMS/ETCS系統(tǒng)版本號X。在其支持的一個系統(tǒng)版本號X內(nèi)，車載設備始終運行本版本的系統(tǒng)需求規(guī)范中定義的最高系統(tǒng)版本號Y，不受軌旁傳輸?shù)南到y(tǒng)版本號Y影響。車載設備一次只能運行一個系統(tǒng)版本，即車載設備按照適用于一個系統(tǒng)版本的整套要求運行。

2.1 適應于所有等級的場景

車載設備關閉(即進入未上電模式)時，保留當前運行的系統(tǒng)版本，并在上電時重新使用保存的系統(tǒng)版本X。

應答器組可以通過系統(tǒng)版本命令（P2）命令車載設備運行一個系統(tǒng)版本。從應答器組收到系統(tǒng)版本命令（P2）后，車載設備立即運行命令中給出的系統(tǒng)版本號X。

如果車載設備進入故障模式，重啟設備后，車載設備使用支持的最高系統(tǒng)版本X。

2.2 適應于1級的場景

在等級1，車載設備根據(jù)以下原則確定運行的系統(tǒng)版本號X:如果任何應答器、環(huán)線或RIU發(fā)送的系統(tǒng)版本號X高于車載設備當前運行的系統(tǒng)版本號X，車載設備確定應答器、環(huán)線或RIU發(fā)送的系統(tǒng)版本號X為運行的系統(tǒng)版本號；如果檢測到從應答器/環(huán)線讀取的國家或地區(qū)標識符（NID_C）與車載設備使用的一組國家值對應的標識符（NID_C）不匹配，車載設備將該應答器/環(huán)線傳輸?shù)南到y(tǒng)版本號X作為運行的系統(tǒng)版本號；如果車載設備不支持由非RBC軌旁組件或應答器組的系統(tǒng)版本命令（P2）中規(guī)定的系統(tǒng)版本號X，則車載設備不改變運行的系統(tǒng)版本。

2.3 與RBC建立通信會話

在與RBC建立通信會話的情況下，RBC的系統(tǒng)版本號X優(yōu)先于與非RBC組件（應答器、環(huán)線或RIU）相關的運行系統(tǒng)版本和從應答器組命令的系統(tǒng)版本，車載設備根據(jù)以下原則確定運行的系統(tǒng)版本號X。

如果車載設備處于0級、NTC或1級，與RBC建立了通信會話，則當執(zhí)行向2/3級的等級轉換時，車載設備運行RBC系統(tǒng)版本號X。

如果SoM過程，車載設備處于2/3級，與RBC建立了通信會話，則立即運行RBC系統(tǒng)版本號X。

在2/3級，在RBC/RBC移交過程中，如果車載設備與接收RBC建立了通信會話，一旦列車最大安全前端通過RBC/RBC邊界位置，車載設備運行接收RBC系統(tǒng)版本號X。

在2/3級，如果列車最大安全前端通過RBC/RBC邊界位置，并且沒有與接收RBC建立會話，車載設備再次運行與非RBC組件相關的系統(tǒng)版本，并再次考慮應答器組命令的系統(tǒng)版本。

如果車載設備從2/3級切換到另一個等級，車載設備再次運行與非RBC組件相關的系統(tǒng)版本，并再次考慮應答器組命令的系統(tǒng)版本。

以上5個場景均與2/3級相關，第1個場景為從其他等級進入2/3級，第5個場景為從2/3級進入其他等級，其他3個場景為2/3級下的場景。

3 與系統(tǒng)版本相關的軌旁數(shù)據(jù)的處理

由應答器發(fā)送的每一個報文，以及由歐洲環(huán)線和RIU發(fā)送的每一條消息，應僅包含與一個系統(tǒng)版本相關的數(shù)據(jù)。應答器、歐洲環(huán)線和RIU不允許傳輸與多個系統(tǒng)版本相對應的數(shù)據(jù)。RBC傳輸?shù)乃邢瑑H與一個系統(tǒng)版本相關的數(shù)據(jù)。車載設備先檢查系統(tǒng)版本，然后再對數(shù)據(jù)進行一致性檢查等，因為這些檢查受系統(tǒng)版本影響。

3.1 對RBC或RIU無線消息的版本檢查

車載設備檢查任何連接的RBC(包括RBC移交)或任何連接的RIU首次發(fā)送的ERTMS/ETCS系統(tǒng)版本號X（消息M32）。

對于僅與車載設備支持的最高系統(tǒng)版本號X相差Y的軌旁信息，車載設備不將未知數(shù)據(jù)包/消息的接收視為消息數(shù)據(jù)一致性錯誤，并應在以下情況下忽略未知數(shù)據(jù)包/消息的內(nèi)容：與較高系統(tǒng)版本相關的應答器報文/環(huán)線報文中包含的未知數(shù)據(jù)包；來自運行更高系統(tǒng)版本的RBC或RIU的未知無線消息；來自運行較高系統(tǒng)版本的RBC或RIU的未知數(shù)據(jù)包，包含在一條消息中，其中可以根據(jù)車載運行的版本添加一個或多個可選數(shù)據(jù)包。

3.2 對應答器報文的版本檢查

車載設備檢查任何應答器發(fā)送的ERTMS/ETCS系統(tǒng)版本號X:在所有級別上，如果系統(tǒng)版本號X等于0，車載設備忽略應答器信息；在所有級別上，如果該系統(tǒng)版本號X不等于0，并且低于車載設備支持的最低系統(tǒng)版本號X，則該系統(tǒng)版本號X應能夠解析應答器信息，如果車載設備無法解析該應答器信息，認為發(fā)生信息一致性錯誤；在所有級別上，如果該系統(tǒng)版本號X在其支持的版本中，車載設備應能夠解析應答器信息；在等級1、2和3中，如果該系統(tǒng)版本號X大于車載設備支持的最高版本號X，則應忽略來自該應答器的信息，列車轉入冒進模式，并向列車司機發(fā)出指示；在等級0和NTC中，如果該系統(tǒng)版本號X大于車載設備支持的最高版本號X，則忽略來自該應答器的信息，且不施加任何反應。

3.3 對環(huán)線信息的版本檢查

在1級，車載設備檢查歐洲環(huán)線傳輸?shù)腅RTMS/ETCS系統(tǒng)版本號X:如果該系統(tǒng)版本號X低于車載設備支持的最低系統(tǒng)版本號X，則該系統(tǒng)版本號X應能夠解析環(huán)線信息，如果車載設備無法解析該環(huán)線信息，則認為發(fā)生信息一致性錯誤；如果該系統(tǒng)版本號X在其支持的版本中，車載設備應能解析環(huán)線信息；如果該系統(tǒng)版本號X大于車載設備支持的最高版本號X，則不施加任何反應，并且忽略來自該環(huán)線的信息。

4 常見場景

4.1 場景一

列車在 L0/ NTC/ L1 等級運行。

收到系統(tǒng)版本為1.0的應答器報文，車載設備運行的系統(tǒng)版本為1.1。

從地面應答器收到會話管理包P42，車載設備與RBC建立通信會話，其中無線消息M32包含的系統(tǒng)版本為2.0，此時車載設備運行的系統(tǒng)版本依舊為1.1。

列車越過等級轉換點，車載設備進入L2/L3等級，根據(jù)需求“如果車載設備處于0級、NTC或1級，與RBC建立了通信會話，則當執(zhí)行向2/3級的等級轉換時，車載設備運行RBC系統(tǒng)版本號X”和“在其支持的一個系統(tǒng)版本號X內(nèi)，車載設備始終運行本版本的系統(tǒng)需求規(guī)范中定義的最高系統(tǒng)版本號Y”，車載設備運行的系統(tǒng)版本變?yōu)?.1。

從地面應答器收到系統(tǒng)版本為1.0的應答器報文，根據(jù)需求“在與RBC建立通信會話的情況下，RBC的系統(tǒng)版本號X優(yōu)先于與非RBC組件（應答器、環(huán)線或RIU）相關的運行系統(tǒng)版本和從應答器組命令的系統(tǒng)版本”，車載設備運行的系統(tǒng)版本依舊為2.1。

4.2 場景二

車載設備以L2/L3等級運行，此時運行的系統(tǒng)版本為1.1。

車載設備從系統(tǒng)版本為2.0的應答器收到等級轉換命令，要求轉入L1等級。

轉入L1等級后，根據(jù)需求“如果車載設備從2/3級切換到另一個等級，車載設備再次運行與非RBC組件相關的系統(tǒng)版本，并再次考慮應答器組命令的系統(tǒng)版本”，車載設備運行的系統(tǒng)版本變?yōu)?.1。

從地面應答器收到系統(tǒng)版本命令P2包（系統(tǒng)版本為1.1），根據(jù)需求“從應答器組收到系統(tǒng)版本命令（P2）后，車載設備立即運行命令中給出的系統(tǒng)版本號X”，車載設備運行的系統(tǒng)版本變?yōu)?.1。

從地面應答器收到系統(tǒng)版本為2.0的P5包，根據(jù)需求“如果任何應答器、環(huán)線或RIU發(fā)送的系統(tǒng)版本號X高于車載設備當前運行的系統(tǒng)版本號X，車載設備確定應答器、環(huán)線或RIU發(fā)送的系統(tǒng)版本號X為運行的系統(tǒng)版本號”，車載設備運行的系統(tǒng)版本變?yōu)?.1。

4.3 場景三

車載設備當前運行的系統(tǒng)版本為2.1。

車載設備收到系統(tǒng)版本為1.0應答器報文，應答器攜帶的NID_C與車載設備使用的NID_C不同，根據(jù)需求“如果檢測到從應答器/環(huán)線讀取的國家或地區(qū)標識符（NID_C）與車載設備使用的一組國家值對應的標識符（NID_C）不匹配，車載設備將該應答器/環(huán)線傳輸?shù)南到y(tǒng)版本號X作為運行的系統(tǒng)版本號”，車載設備運行的系統(tǒng)版本變?yōu)?.1。

5 總結

本文介紹了ETCS基線3系統(tǒng)管理系統(tǒng)版本的原理和方法。ETCS基線3車載設備對系統(tǒng)版本進行有效管理，可以在不同系統(tǒng)版本的軌旁區(qū)域內(nèi)運行，并根據(jù)地面設備命令切換運行的系統(tǒng)版本，保證列車可以在不同版本的線路上暢通運行，提高系統(tǒng)的兼容性，進而在保障安全的前提下，提高系統(tǒng)的運行效率。同時， ETCS基線3的系統(tǒng)版本管理方法，對CTCS列控系統(tǒng)的系統(tǒng)版本管理具有借鑒意義。