ETCS-2與CTCS-3在功能方面的差異性分析

張友兵 王建敏 陳志強

（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(shù)研究中心，北京 100070）

1 ETCS-2與CTCS-3的區(qū)別和聯(lián)系

中國借鑒歐洲列車控制系統(tǒng)（European Train Control System，ETCS）創(chuàng)造了中國列車控制系 統(tǒng)（Chinese Train Control System，CTCS）。ETCS系 統(tǒng) 具 備 ETCS-0、ETCS-STM、ETCS-1、ETCS-2、ETCS-3共 5個等級，CTCS系統(tǒng)具備CTCS-0、CTCS-1、CTCS-2、CTCS-3、CTCS-4 共 5個等級。目前，在中國廣泛使用的運行等級包括CTCS-2等級和CTCS-3等級。

其中，CTCS-3級列車運行控制系統(tǒng)是保障列車安全運行和提高運輸效率的關(guān)鍵技術(shù)裝備，由地面設備和車載設備組成。地面設備負責根據(jù)列車占用情況及進路狀態(tài)向所管轄列車發(fā)出行車許可和列車控制信息。車載設備負責對列車運行控制信息進行綜合處理，生成目標-距離模式曲線，控制列車按命令運行。CTCS-3級與ETCS-2級具有類似的功能。

CTCS-3與ETCS-2具有相似的功能特征，但彼此又存在一些差別。以下，將對CTCS-3級和ETCS-2級兩種列控系統(tǒng)在功能方面的差異進行分析。

2 ETCS-2與CTCS-3存在差異的功能

2.1 制動控制方式

CTCS-3級系統(tǒng)具有司機制動優(yōu)先（人控優(yōu)先）和設備制動優(yōu)先（機控優(yōu)先）的概念，ETCS-2級系統(tǒng)沒有這些概念。在ETCS-2級系統(tǒng)中，只有最大常用制動和緊急制動2個制動等級。在CTCS-3級系統(tǒng)中，存在弱常用制動、中等常用制動、最大常用制動和緊急制動4個制動等級。

在CTCS-3級系統(tǒng)中，車載設備在非完全監(jiān)控模式下一般采用人控優(yōu)先，完全監(jiān)控模式下一般采用機控優(yōu)先。在完全監(jiān)控模式下，在目標速度監(jiān)控區(qū)，當目標速度為0且允許速度低于40 km/h時，車載設備采用人控優(yōu)先。

人控優(yōu)先方式下，列車速度超過最大常用制動速度時，車載設備觸發(fā)最大常用制動，當列車速度低于允許速度時，車載設備通過DMI提示司機人工緩解最大常用制動。

機控優(yōu)先方式下，在頂棚速度監(jiān)控區(qū)，列車速度超過最大常用制動速度時，車載設備觸發(fā)最大常用制動，當列車速度低于允許速度時，車載設備自動緩解最大常用制動。

機控優(yōu)先方式下，在目標速度監(jiān)控區(qū)，存在弱常用制動（1級制動）、中等常用制動（4級制動）和最大常用制動（7級制動）3層常用制動防護。當列車速度超過弱常用制動速度時，車載設備觸發(fā)弱常用制動。列車速度繼續(xù)升高，超過中等常用制動速度時，車載設備觸發(fā)中等常用制動。列車速度繼續(xù)升高，超過最大常用制動速度時，車載設備觸發(fā)最大常用制動。施加最大常用制動后，列車速度降低，低于最大常用制動速度時，車載設備觸發(fā)中等常用制動。施加中等常用制動后，列車速度繼續(xù)降低，低于中等常用制動速度時，車載設備觸發(fā)弱常用制動。施加弱常用制動后，列車速度繼續(xù)降低，低于弱常用制動速度時，車載設備自動緩解弱常用制動。

2.2 自動降級

CTCS-3級系統(tǒng)具備CTCS-3等級運行時無線超時自動降級CTCS-2等級運行的功能，ETCS-2級系統(tǒng)不具備無線超時自動降級功能。

在CTCS-3級系統(tǒng)中，在完全監(jiān)控模式下，無線超時后，CTCS-3主控單元啟動CTCS-3到CTCS-2的降級處理并輸出最大常用制動。如果一直未收到新的有效的無線消息，當列車制動10 s或列車速度低于160 km/h后，如果此時列車速度已低于CTCS-2級的允許速度，車載設備自動轉(zhuǎn)入CTCS-2等級控車并斷開與RBC的無線連接。

2.3 等級轉(zhuǎn)換

在ETCS-2級系統(tǒng)中，有些等級轉(zhuǎn)換需要確認，有些等級轉(zhuǎn)換不需要確認。對于需要確認的等級轉(zhuǎn)換，當列車最大安全前端通過等級轉(zhuǎn)換邊界后方的軌旁設備指定的位置時，要求司機確認等級轉(zhuǎn)換。如果司機在等級轉(zhuǎn)換后5 s內(nèi)還未確認，車載設備實施最大常用制動。司機確認等級轉(zhuǎn)換后，車載設備緩解制動。

在CTCS-3級系統(tǒng)中，收到地面的CTCS-2轉(zhuǎn)CTCS-3或CTCS-3 轉(zhuǎn)CTCS-2的等級轉(zhuǎn)換命令，列車越過級間轉(zhuǎn)換點后，如果滿足等級轉(zhuǎn)換的條件，車載設備自動轉(zhuǎn)入新的等級，并通過顯示文本提示司機車載設備轉(zhuǎn)入新的等級，不需要司機確認。但是，收到地面的CTCS-2轉(zhuǎn)CTCS-3等級轉(zhuǎn)換命令，在列車越過級間切換點時，車載設備判斷此時此刻是否發(fā)生無線超時，如果已經(jīng)發(fā)生無線超時，車載設備不執(zhí)行CTCS-2轉(zhuǎn)CTCS-3的級間切換命令，繼續(xù)維持CTCS-2等級運行。

2.4 人工駕駛模式

ETCS-2級系統(tǒng)的SR模式與CTCS-3級系統(tǒng)的OS模式類似。但是，CTCS-3級OS模式具備“目視警惕”功能，ETCS-2級SR模式不具備該功能。ETCS-2級系統(tǒng)允許司機修改SR速度和SR距離，CTCS-3級系統(tǒng)不允許司機進行這種修改。

在CTCS-3級OS模式下，列車每走行200 m或50 s時，車載設備提示司機進行“目視警惕”確認。如果列車走行300 m或60 s內(nèi)，司機未對“目視警惕”進行確認，車載設備輸出緊急制動停車。

在ETCS-2級系統(tǒng)中，進入SR模式時，SR速度由相應的國家值/默認值（V_NVSTFF）決定，SR距離由相應的國家值/默認值（D_NVSTFF）決定。車載設備允許司機在停車狀態(tài)下修改SR速度和SR距離。在SR模式，車載設備應采用最新的司機輸入SR速度，車載設備還應采用最新的司機輸入SR距離或RBC給出的SR距離。當司機選擇“越行”時，越行功能被激活，車載設備將刪除此前由司機輸入或軌旁設備給出的SR速度和SR距離，使用國家值/默認值監(jiān)控列車運行。

2.5 行車許可

ETCS-2級系統(tǒng)P15包中包含并使用區(qū)段定時器、危險點和保護區(qū)段，CTCS-3級系統(tǒng)P15包中包含但目前尚未使用這些信息。

MA可以包含多個區(qū)段，最后一個區(qū)段被稱為末區(qū)段。

非末區(qū)段和末區(qū)段包含“區(qū)段有效時間”（T_SECTIONTIMER）和“區(qū)段起點至區(qū)段超時停止點的距離（D_SECTIONTIMERSTOPLOC）。車載設備收到MA時，區(qū)段定時器開始計時。在區(qū)段定時器超時之前，列車越過區(qū)段超時停止點，區(qū)段定時器停止計時。在區(qū)段定時器超時后，列車還未越過區(qū)段超時停止點，超時區(qū)段被取消，車載設備將MA縮短到超時區(qū)段的起點。

末區(qū)段還包含末區(qū)段有效時間（T_ENDTIMER）和從末區(qū)段定時器啟動點至許可終點的距離（D_ENDTIMERSTARTLOC）。列車到達末區(qū)段定時器啟動點，末區(qū)段定時器開始計時，末區(qū)段定時器超時前，列車還未出清末區(qū)段，末區(qū)段被取消，車載設備將MA縮短到末區(qū)段的起點。

危險點可能包含：

1） 被占用的閉塞區(qū)間的入口處（如果線路按固定閉塞原理運行）；

2） 列車安全末端位置（如果線路按移動閉塞原理運行）；

3） 在與當前列車的行駛方向相沖突的方向上，為進路設置的道岔警沖標（適用于固定閉塞和移動閉塞）。

危險點信息包含從運行許可終點到危險點的距離（D_DP）和危險點的開口速度（V_RELEASEDP）。如果不存在保護區(qū)段，危險點位于列車前端可以無危險風險到達的EOA的外方，列車越過行車許可終點（EOA）后，可以低于開口速度的速度接近危險點。

保護區(qū)段包括保護區(qū)段定時器開始計時的地點至運行許可終點的距離（D_STARTOL）、保護區(qū)段的有效時間（T_OL）、運行許可終點至保護區(qū)段終點的距離（D_OL）和保護區(qū)段的開口速度（V_RELEASEOL）。列車越過保護區(qū)段定時器的計時開始位置，車載設備開啟保護區(qū)段定時器，當定時器溢出時，保護區(qū)段被撤銷，監(jiān)督點撤回到危險點或行車許可終點。

2.6 軌道條件

ETCS-2級系統(tǒng)支持的軌道條件包括無電區(qū)段（升降弓和斷主斷）、氣密、隧道、牽引換相、橋梁、禁止停車、大金屬塊、無線盲區(qū)、關(guān)閉再生制動、關(guān)閉用于常用制動的渦流制動和關(guān)閉磁靴制動。CTCS-3級系統(tǒng)支持的軌道條件包括無電區(qū)段（升降弓和斷主斷）、臨時限速。

ETCS-2級和CTCS-3級在DMI上顯示軌道條件圖標的方式也存在很大差異。以通過斷主斷過分相為例，CTCS-3級系統(tǒng)在分相區(qū)里顯示分相區(qū)圖標，ETCS-3級系統(tǒng)在進入分相區(qū)前顯示分相區(qū)預告圖標，在分相區(qū)里顯示分相區(qū)圖標，過了分相區(qū)之后顯示分相區(qū)結(jié)束圖標。

2.7 粘著系數(shù)

ETCS-2級系統(tǒng)允許司機修改粘著系數(shù)，CTCS-3級系統(tǒng)不允許司機修改粘著系數(shù)。

在ETCS-2級系統(tǒng)中，粘著系數(shù)只有光滑鋼軌（默認值：70%）和非光滑鋼軌（默認值：100%）兩種取值。軌旁設備可以按曲線型數(shù)據(jù)的形式發(fā)送并更新車載設備使用的粘著系數(shù)。如果本國規(guī)定值允許的話（Q_NVDRIVER_ADHES），也可由司機來修改粘著系數(shù)，司機修改的粘著系數(shù)將立即被采用。車載動態(tài)速度監(jiān)控功能從司機選擇的粘著系數(shù)和軌旁設備給出的粘著系數(shù)中選用限制最嚴格的粘著系數(shù)。粘著系數(shù)的默認值是最高值，即非光滑鋼軌。列車運行過程中，粘著系數(shù)可以修改。粘著系數(shù)用來調(diào)整列車的制動模型，通過在制動模型中乘上粘著系數(shù)來影響緊急制動模型和常用制動模型。

2.8 列車數(shù)據(jù)

在ETCS-2級系統(tǒng)中，司機通過DMI可以輸入或修改列車車型、列車長度、制動率、最大速度、載重、氣密性等信息。在CTCS-3級系統(tǒng)中，司機通過DMI可以輸入或修改列車長度（列車編組數(shù)）。

2.9 前方軌道空閑

在ETCS-2級系統(tǒng)中，只能人工確認前方軌道空閑請求。在CTCS-3級系統(tǒng)中，如果地面軌道碼為允許碼，車載設備自動確認前方軌道空閑請求；如果地面軌道碼為非允許碼，則需人工確認前方軌道空閑請求。

在ETCS-2級系統(tǒng)中，RBC向車載設備發(fā)送無線消息前方軌道空閑請求（M34），DMI向司機顯示“前方軌道空閑”問題框，提示司機觀察前方軌道是否空閑。如果司機發(fā)現(xiàn)從列車前端到下一個信號機之間是空閑的，對問題“前方軌道空閑”進行確認，車載設備將向RBC發(fā)送無線消息前方軌道空閑確認（M149），RBC將向車載設備發(fā)送行車許可，車載設備收到行車許可后將轉(zhuǎn)入完全監(jiān)控模式。

在CTCS-3級系統(tǒng)中，車載設備從RBC收到無線消息M34，如果當前軌道碼是允許碼，車載設備向RBC回復無線消息M149，自動確認前方軌道空閑；如果當前軌道碼不是允許碼，車載設備通過DMI向司機顯示文本“確認前方軌道空閑”，要求司機人工確認前方軌道空閑。進入前方軌道空閑確認區(qū)，如果地面為紅碼，車載設備不向DMI發(fā)送無線消息M34（確認前方軌道空閑），否則，司機確認文本“確認前方軌道空閑”，車載設備收到行車許可轉(zhuǎn)入C3完全監(jiān)控模式，又因地面紅碼觸發(fā)冒進防護，轉(zhuǎn)入冒進模式。

3 ETCS-2具備而CTCS-3不具備的功能

3.1 監(jiān)控無線盲區(qū)

ETCS-2級系統(tǒng)具備監(jiān)控無線盲區(qū)功能，CTCS-3級系統(tǒng)不具備監(jiān)控無線盲區(qū)功能。

在ETCS-2級系統(tǒng)中，列車從地面收到無線盲區(qū)信息。列車進入無線盲區(qū)后，車載設備停止監(jiān)督無線鏈接丟失。在無線盲區(qū)里，車載設備與RBC的無線鏈接丟失，由于已經(jīng)停止了監(jiān)督無線鏈接丟失的功能，車載設備不觸發(fā)制動，列車正常運行。列車前端越過無線盲區(qū)終點后，車載設備重新與RBC建立無線連接，并重新啟用監(jiān)督無線鏈接丟失功能。

3.2 進路適應性

ETCS-2級系統(tǒng)具備進路適應性功能，CTCS-3級系統(tǒng)不具備進路適應性功能。進路適應性指列車對線路的適應性，用于監(jiān)督列車裝載是否超過線路限界（最大限高、限寬）要求、列車牽引類型是否適合線路供電條件（交流、直流、供電電壓）、列車軸重是否超過線路支持的最大軸重。

在ETCS-2級系統(tǒng)中，列車必須滿足進路適應性數(shù)據(jù)才被允許進入相應的進路。地面設備以曲線型數(shù)據(jù)的形式將進路適應性數(shù)據(jù)發(fā)送給車載設備。車載設備對收到的進路適應性數(shù)據(jù)進行監(jiān)督和防護，只允許與進路適應性數(shù)據(jù)一致的列車進入進路適應性數(shù)據(jù)描述的區(qū)域，如果不匹配，車載設備對列車施加制動，將列車停在進路適應性區(qū)域之外。停車后，司機可以選擇“越行”屏蔽掉進路適應性功能，允許列車按照給定的運行許可和線路描述繼續(xù)運行。

3.3 建立通信會話

在ETCS-2級系統(tǒng)中，車載設備和RBC都可以發(fā)起建立通信會話。在CTCS-3級系統(tǒng)中，只能由車載設備發(fā)起建立通信會話。

在ETCS-2級系統(tǒng)中，RBC發(fā)起建立通信會話的步驟如下：

1） RBC請求與車載設備建立安全連接；

2） 一旦建立安全連接，RBC立即向車載設備發(fā)送通信會話初始化消息（M155）；

3） 當車載設備接收到M155，應認為建立了通信會話，并向RBC發(fā)送通信會話已建立（M159）的報告；

4）RBC接收到該報告，應認為建立了通信會話。

3.4 協(xié)同縮短MA

ETCS-2級具備協(xié)同縮短MA的功能，CTCS-3級不具備該功能。

車載設備和RBC之間協(xié)同縮短MA的流程如下：

1） RBC向車載設備發(fā)送M9（請求縮短MA），請求把比當前運行許可終點更靠近列車的位置作為新的EOA；

2） 車載設備檢查在無制動干預的情況下列車是否能停在要求的位置。如果能，車載設備接受縮短MA，并刪除新EOA之外的線路描述和鏈接信息，向RBC回復M137（同意縮短MA的請求）；如果不能，車載設備拒絕縮短MA，向RBC回復M138（拒絕縮短MA的請求），并且先前接受的MA保持有效。

3.5 修改列車數(shù)據(jù)的方式

CTCS-3級系統(tǒng)只能通過司機修改列車數(shù)據(jù)，ETCS-2級系統(tǒng)不但可以通過司機修改列車數(shù)據(jù)，還可以通過除司機之外的其他方式修改列車數(shù)據(jù)。

在ETCS-2級系統(tǒng)中，從其他渠道收到新的列車數(shù)據(jù)有如下處理方式。

1）如果不是列車類型、軸重、牽引供電，車載設備，通知司機列車數(shù)據(jù)被修改。

2） 如果是列車類型、軸重、牽引供電，需要根據(jù)當前模式進行不同處理。如果當前模式為待機、冒后、反向運行3種模式，車載設備通知司機列車數(shù)據(jù)被修改。如果當前模式為未裝備、SN、人工駕駛、冒進4種模式，當車載設備具有行車許可和線路數(shù)據(jù)時，車載設備通知司機列車數(shù)據(jù)被修改，否則需要判斷列車是否靜止。如果當前模式為完全監(jiān)控、目視、SE 3種模式時，需要判斷列車是否靜止。

3） 在需要判斷列車是否靜止的情況下，當列車靜止時車載設備通知司機列車數(shù)據(jù)被修改。當列車不處于靜止狀態(tài)時，車載設備施加常用制動并通知司機。停車后，車載設備提示司機確認列車數(shù)據(jù)被修改。司機確認后，車載設備緩解常用制動，并接受修改后的列車數(shù)據(jù)。

3.6 越行功能

ETCS-2級系統(tǒng)具備越行功能，CTCS-3級系統(tǒng)不具備越行功能。

在ETCS-2級系統(tǒng)中，在一些特定的降級情況下鐵路部門允許列車通過運行許可的終點。例如在RBC移交時，移交RBC和接收RBC之間的連接斷開，行車許可縮短到移交邊界，車載設備停在移交邊界前。如果得到鐵路管理部門的允許，司機選擇越行，越過移交邊界（運行許可終點）而不觸發(fā)制動，進入接收RBC管轄范圍內(nèi)，車載設備可以重新與接收RBC建立無線連接，接收新的行車許可并正常運行。

如果越行功能激活，以下情況下車載設備不執(zhí)行冒進防護。

1） 當處于人工駕駛模式時，車載設備收到P137（當處于人工駕駛模式時停車）；

2） 當處于人工駕駛模式時，車載設備先收到P63（SR模式的期望應答器列表），后收到不包含在P63中的應答器；

3） 當處于調(diào)車模式時，車載設備收到P132（調(diào)車危險信息）；

4） 當處于調(diào)車模式時，車載設備先收到P49（SH模式的期望應答器列表），后收到不包含在P49中的應答器。

如果越行功能激活，車載設備會抑制列車冒進防護。但是當以下情況發(fā)生時，越行功能失效。

1） 超過當激活越行功能后禁止列車冒進防護的最大時間（國家值T_NVOVTRP）；

2） 列車運行距離超過當激活越行功能后禁止列車冒進防護的運行距離（國家值D_NVOVTRP）；

3） 最小安全天線位置已經(jīng)越過了先前EoA；

4） SR模式時，列車通過了發(fā)送“當處于SR模式時停車”信息的應答器組；

5） SH模式時，列車通過了發(fā)送“當處于SH模式時停車”信息的應答器組；

6） 列車通過了發(fā)送前進信息的應答器組；

7） 在等級2和等級3，從RBC收到MA；

8） SR模式時，收到P63（SR模式的期望應答器列表）后，列車通過了不在P63中的應答器組；

9） SR模式時，收到P49（SH模式的期望應答器列表）后，列車通過了不在P49中的應答器組；

10）在選擇越行功能前，列車的估計前端超過了SR監(jiān)督距離。

如果需要繼續(xù)抑制列車冒進防護，需再次激活越行功能。簡言之，激活一次越行功能，可以抑制一次列車冒進防護。

3.7 補機模式

ETCS系統(tǒng)具備補機模式，CTCS系統(tǒng)不具備補機模式。

在ETCS系統(tǒng)中，補機模式用于管理輔助機車（非本務機車）的車載設備。補機模式用于重聯(lián)，多個機車牽引一輛列車，所有機車僅由一個司機控制，處于補機模式的車載設備不執(zhí)行列車運行監(jiān)督功能，僅由本務機車負責執(zhí)行列車運行的監(jiān)督功能。

3.8 退行模式

ETCS-2級系統(tǒng)設置有退行模式，CTCS-3級系統(tǒng)沒有退行模式。

退行模式（RV），允許司機改變列車運行方向，在同一司機室駕駛，即列車向本務機車的反方向運行。該模式只能在軌旁設備已經(jīng)標記的區(qū)域使用。軌旁設備必須預先通告退行區(qū)域，退行模式用于使列車脫離危險情況，并盡可能快地到達安全位置。地面設備通過退行區(qū)域信息（P138）給出至退行區(qū)域起點的距離（D_STARTREVERSE）和允許退行區(qū)域的長度（L_REVERSEAREA），通過退行監(jiān)督信息（P139）給出RV模式距離（D_REVERSE）和RV模式的最大速度（V_REVERSE）。車載設備根據(jù)這些信息監(jiān)控列車運行，如果反向運行超過了最大距離，則實施緊急制動。

4 CTCS-3具備而ETCS-2不具備的功能

在自主化CTCS-3級系統(tǒng)中，在車載設備的完全監(jiān)控模式下，CTCS-3主控單元根據(jù)閉塞分區(qū)平均長度、軌道電路信息所定義的空閑閉塞分區(qū)數(shù)量及控制余量，計算軌道電路信息許可，并根據(jù)列車當前位置確定軌道電路信息許可終點。如果CTCS-3級的行車許可終點位置（EOA）大于軌道電路信息許可終點，并持續(xù)5 s，則車載設備將EOA縮短至軌道電路信息許可終點處，并通過DMI播放提示語音“注意運行”，并向RBC發(fā)送無線消息行車許可請求（M132）。但是，當CTCS-2模塊故障時，車載設備將停用CTCS-3級行車許可與軌道電路信息相結(jié)合的防護功能[3]。

5 總結(jié)

中國鐵路科技工作者借鑒ETCS-2級列控系統(tǒng)，根據(jù)中國鐵路的實際情況，提出具有中國特色且符合中國鐵路運營需求的CTCS-3級列控系統(tǒng)。隨著中國高鐵的不斷建設和發(fā)展，CTCS-3級列控系統(tǒng)將不斷優(yōu)化、完善，中國特征也會更加明顯。