張友兵，王建敏，陳志強(qiáng)，張國(guó)振

(1.北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070；2.北京市高速鐵路運(yùn)行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070)

在歐洲的鐵路網(wǎng)絡(luò)中，不同線路、不同區(qū)域或不同國(guó)家的線路可能支持不同的裝載限界、牽引系統(tǒng)和軸重類別。列車需適應(yīng)于前方線路的裝載限界、牽引系統(tǒng)和軸重類別，才可在前方線路上運(yùn)行。否則會(huì)影響行車安全。因此，在ETCS 列控系統(tǒng)中，需要車載設(shè)備監(jiān)控列車前方的進(jìn)路適應(yīng)性信息，保證行車安全。

本文系統(tǒng)介紹車載設(shè)備監(jiān)控進(jìn)路適應(yīng)性的方法。

1 進(jìn)路適應(yīng)性

ETCS 列控系統(tǒng)定義了裝載限界（loading gauge）、牽引系統(tǒng)（traction system）、軸重類別（axle load）3 種進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)。在進(jìn)路適應(yīng)性改變的地方，地面設(shè)備向車載設(shè)備提供列車前方的進(jìn)路適應(yīng)性信息，車載設(shè)備根據(jù)進(jìn)路適應(yīng)性信息監(jiān)控列車是否適應(yīng)前方的線路，當(dāng)列車不適應(yīng)前方線路時(shí)，車載設(shè)備對(duì)列車進(jìn)行安全防護(hù)，保證行車安全。

鐵路限界是鐵路安全行車的基本保證之一，為使機(jī)車車輛能在一定范圍的路網(wǎng)內(nèi)通行無(wú)阻，不會(huì)因機(jī)車、車輛外形尺寸設(shè)計(jì)不當(dāng)，貨物裝載位置不當(dāng)，或建筑物、地面設(shè)備的位置不當(dāng)而引起不安全的行車事故，必須用鐵路限界分別對(duì)機(jī)車、車輛和建筑物等地面設(shè)備的空間尺寸或空間位置加以制約。

牽引供電是指拖動(dòng)車輛運(yùn)輸所需電能的供電方式。牽引供電的目標(biāo)就是保證電力牽引車輛不間斷地、可靠地和安全地運(yùn)行。電力牽引采用電流、電壓制式，主要包括直流制、低頻單相交流制、三相交流制、工頻單相交流制4 種制式。

軸重是指每根車軸承載的重量，包括車軸自重。每一條鐵路會(huì)確定一個(gè)軸重級(jí)別，根據(jù)軸重級(jí)別設(shè)計(jì)橋梁、隧道、路基、軌道的承載能力，運(yùn)行在這條線路上的機(jī)車和車輛的最大軸重也根據(jù)軸重級(jí)別進(jìn)行設(shè)計(jì)。軸重越大，高速運(yùn)行時(shí)列車對(duì)線路的沖擊和破壞也越大，因此高速列車最大軸重都比較輕。

進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)由地面設(shè)備發(fā)送給車載設(shè)備。車載設(shè)備收到進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控，保證列車行車安全。列車必須滿足裝載限界、牽引系統(tǒng)、軸重類別等進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)，才可以在車載設(shè)備的防護(hù)下進(jìn)入對(duì)應(yīng)的進(jìn)路。如果列車與進(jìn)路不適應(yīng)，車載設(shè)備應(yīng)進(jìn)行安全防護(hù)，對(duì)列車施加制動(dòng)，將列車停在不適應(yīng)的進(jìn)路前。

1) 列車的裝載限界不在地面支持的裝載限界列表中；

2) 列車支持的牽引系統(tǒng)列表不包含線路的牽引系統(tǒng)；

3) 列車的軸重類別高于線路允許的軸重類別。如果存在進(jìn)路不適應(yīng)的情況，離列車車頭最近的進(jìn)路不適應(yīng)的位置將作為行車許可終點(diǎn)和監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行安全防護(hù)，并通過(guò)人機(jī)界面（Driver Machine Interface，DMI）提示司機(jī)列車前方存在進(jìn)路不適應(yīng)的情況。

如果列車越過(guò)了第一個(gè)進(jìn)路不適應(yīng)的位置，車載設(shè)備進(jìn)入冒進(jìn)模式。

如果地面設(shè)備沒(méi)有提供進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)，車載設(shè)備可以正常運(yùn)行。車載設(shè)備不使用默認(rèn)的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)，即初始狀態(tài)為沒(méi)有進(jìn)路適應(yīng)性的限制。

車載設(shè)備只有在完全監(jiān)控模式（FS）、有限監(jiān)控模式（LS）和目視模式（OS）下監(jiān)控進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)。

教學(xué)設(shè)計(jì)方面 在高職大學(xué)英語(yǔ)教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中，課前、課中、課后、課外四個(gè)階段都要將教學(xué)活動(dòng)同核心素養(yǎng)培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，圍繞基于核心素養(yǎng)四個(gè)要素的教學(xué)目標(biāo)展開(kāi)，保障教學(xué)活動(dòng)實(shí)施，提升高職學(xué)生英語(yǔ)語(yǔ)言應(yīng)用能力、自主學(xué)習(xí)能力等核心能力，幫助他們養(yǎng)成良好的思維品質(zhì)，樹(shù)立正確的文化意識(shí)。

2 監(jiān)控進(jìn)路適應(yīng)性

2.1 接收數(shù)據(jù)

車載設(shè)備接收進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)流程如圖1 所示。從地面收到進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)后，首先依據(jù)等級(jí)和傳輸媒介判斷是否接受數(shù)據(jù)，然后依據(jù)模式判斷是否接受數(shù)據(jù)，最后刪除舊數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)新數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序。

圖1 接收數(shù)據(jù)流程Fig.1 Data receiving flow

地面可以通過(guò)應(yīng)答器或無(wú)線閉塞中心（Radio Block Center，RBC）向車載設(shè)備傳輸列車前方的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)。車載設(shè)備需要根據(jù)當(dāng)前等級(jí)和傳輸媒介（應(yīng)答器、RBC）決定是否接受進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)。一般情況，在等級(jí)1，車載設(shè)備接受來(lái)自應(yīng)答器的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)；在等級(jí)2 和等級(jí)3，車載設(shè)備接受來(lái)自RBC 的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)。但是，也存在以下特殊情況：

1）在等級(jí)0、等級(jí)STM 和等級(jí)1 下，如果收到和存儲(chǔ)著在前方轉(zhuǎn)入等級(jí)2 或等級(jí)3 的等級(jí)轉(zhuǎn)換命令，車載設(shè)備接受來(lái)自RBC 的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)；否則，車載設(shè)備拒絕來(lái)自RBC 的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù);

2）在等級(jí)2 和等級(jí)3，如果車載設(shè)備向RBC發(fā)送了列車數(shù)據(jù)，但是沒(méi)有收到列車數(shù)據(jù)確認(rèn)，車載設(shè)備拒絕來(lái)自RBC 的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)；否則，車載設(shè)備接受來(lái)自RBC 的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù);

3）在等級(jí)0、等級(jí)STM、等級(jí)2 和等級(jí)3，如果收到和存儲(chǔ)著在前方轉(zhuǎn)入等級(jí)1 的等級(jí)轉(zhuǎn)換命令，車載設(shè)備接受來(lái)自應(yīng)答器的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)；否則，車載設(shè)備拒絕來(lái)自應(yīng)答器的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)。

車載設(shè)備需要根據(jù)當(dāng)前模式?jīng)Q定是否接受進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)。

在被動(dòng)調(diào)車模式、調(diào)車模式、休眠模式、非本務(wù)端模式、冒進(jìn)模式、反向運(yùn)行模式下，車載設(shè)備不接受進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)；在其他模式下，車載設(shè)備接受進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)。在冒后模式下，在等級(jí)1 下，車載設(shè)備拒絕進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)；在等級(jí)2 或等級(jí)3下，從地面收到“確認(rèn)退出冒進(jìn)模式”后，接受進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)，否則拒絕進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)。在待機(jī)模式下，當(dāng)駕駛臺(tái)激活且存有有效的列車數(shù)據(jù)，車載設(shè)備接受進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)。

從地面接收到進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)后，車載設(shè)備根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)類型清除存儲(chǔ)的對(duì)應(yīng)類型的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)。例如，如果新的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)包含裝載限界數(shù)據(jù)，車載設(shè)備清除存儲(chǔ)的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)里的裝載限界數(shù)據(jù)；如果新的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)包含牽引系統(tǒng)，車載設(shè)備清除存儲(chǔ)的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)里的牽引系統(tǒng)數(shù)據(jù)；如果新的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)包含軸重類別，車載設(shè)備清除存儲(chǔ)的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)里的軸重類別數(shù)據(jù)。然后，車載設(shè)備將新的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)存入監(jiān)控列表中。由于車載設(shè)備先刪除一部分舊數(shù)據(jù)，再存入新數(shù)據(jù)，可能導(dǎo)致監(jiān)控列表中的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)順序混亂，車載設(shè)備需要根據(jù)距離由近及遠(yuǎn)的方式對(duì)監(jiān)控列表中的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)進(jìn)行排序。

2.2 處理數(shù)據(jù)

車載設(shè)備處理進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)流程如圖2 所示。

圖2 處理數(shù)據(jù)流程Fig.2 Data processing flow

如果車載設(shè)備當(dāng)前處于完全監(jiān)控模式、有限監(jiān)控模式或目視模式，則車載設(shè)備監(jiān)控進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)；否則車載設(shè)備不監(jiān)控進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)。

如果存在進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)，車載設(shè)備選擇監(jiān)控列表中離列車最近的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)作為當(dāng)前需要監(jiān)控的對(duì)象。

根據(jù)當(dāng)前需要監(jiān)控的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)的類型，車載設(shè)備判斷列車是否適應(yīng)當(dāng)前正在監(jiān)控的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)。

如果列車適應(yīng)當(dāng)前正在監(jiān)控的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)，則車載設(shè)備刪除該條進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)，即車載設(shè)備不對(duì)適應(yīng)的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)進(jìn)行額外的安全監(jiān)控。

如果列車不適應(yīng)當(dāng)前正在監(jiān)控的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)，車載設(shè)備向DMI 發(fā)送文本消息，提示司機(jī)列車前方存在進(jìn)路不適應(yīng)的情況。同時(shí)，進(jìn)路適應(yīng)性監(jiān)控模塊通知其他模塊將進(jìn)路不適應(yīng)的位置作為行車許可終點(diǎn)。在進(jìn)路不適應(yīng)的情況下，車載設(shè)備還需要持續(xù)判斷列車前端是否越過(guò)進(jìn)路不適應(yīng)的位置，如果列車前端越過(guò)了進(jìn)路不適應(yīng)的位置，車載設(shè)備轉(zhuǎn)入冒進(jìn)模式，對(duì)列車施加緊急制動(dòng)并停車。

2.3 對(duì)外輸出

如果列車不適應(yīng)當(dāng)前監(jiān)控的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)，車載設(shè)備應(yīng)將進(jìn)路不適應(yīng)的位置作為行車許可終點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，重新計(jì)算列車當(dāng)前的緊急制動(dòng)、常用制動(dòng)、報(bào)警速度、允許速度、指示速度等速度曲線，根據(jù)新的速度曲線監(jiān)控列車運(yùn)行，保證列車安全。如果由于列車速度過(guò)高，列車越過(guò)了進(jìn)路不適應(yīng)的位置，車載設(shè)備將轉(zhuǎn)入冒進(jìn)模式，對(duì)列車施加緊急制動(dòng)并停車。

車載設(shè)備將進(jìn)路不適應(yīng)的位置作為行車許可終點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控的同時(shí)，還應(yīng)將調(diào)整后的行車許可發(fā)送給DMI，DMI 將新的行車許可顯示在運(yùn)行計(jì)劃區(qū)，提示司機(jī)由于進(jìn)路不適應(yīng)導(dǎo)致行車許可縮短。

3 管理進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)

3.1 模式改變對(duì)數(shù)據(jù)的影響

運(yùn)行模式發(fā)生變化時(shí)，車載設(shè)備存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可能會(huì)受到影響，包括刪除數(shù)據(jù)、重新確認(rèn)數(shù)據(jù)有效性、將數(shù)據(jù)設(shè)置為默認(rèn)值、數(shù)據(jù)不發(fā)生變化或不相關(guān)。

同樣，發(fā)生模式轉(zhuǎn)換時(shí)，車載設(shè)備存儲(chǔ)的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)也會(huì)受到影響。當(dāng)車載設(shè)備轉(zhuǎn)入完全監(jiān)控模式、有限監(jiān)控模式、目視模式或冒后模式時(shí)，存儲(chǔ)的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)保持不變；當(dāng)車載設(shè)備轉(zhuǎn)入其他模式時(shí)，刪除存儲(chǔ)的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)。刪除進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)時(shí)，車載設(shè)備還應(yīng)刪除DMI 界面上顯示的進(jìn)路適應(yīng)性相關(guān)的文本信息。

3.2 特定情況對(duì)數(shù)據(jù)的影響

關(guān)閉駕駛臺(tái)后，車載設(shè)備刪除存儲(chǔ)的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)。

當(dāng)收到縮短的行車許可、由于區(qū)段超時(shí)縮短行車許可、由于保護(hù)區(qū)段超時(shí)導(dǎo)致監(jiān)控點(diǎn)發(fā)生變化、車載設(shè)備同意協(xié)同撤銷行車許可等情況發(fā)生時(shí)，車載設(shè)備刪除新的監(jiān)控點(diǎn)以外的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)；當(dāng)執(zhí)行有條件緊急停車時(shí)，車載設(shè)備刪除有條件緊急停車的停車點(diǎn)以外的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)。

當(dāng)由于末區(qū)段超時(shí)縮短行車許可、非鏈接應(yīng)答器組發(fā)生一致性錯(cuò)誤且列車停車后、根據(jù)鏈接反應(yīng)施加最大常用制動(dòng)且列車停車后、監(jiān)控?zé)o線安全連接施加最大常用制動(dòng)且列車停車后、當(dāng)列車類型/裝載限界/牽引系統(tǒng)/軸重類別發(fā)生變化且列車停車后、列車沒(méi)有鏈接信息且標(biāo)記為鏈接的應(yīng)答器組發(fā)生一致性錯(cuò)誤且列車停車后，車載設(shè)備刪除列車最大安全前端以外的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)。

4 典型場(chǎng)景舉例

下面以裝載限界為例，舉例說(shuō)明當(dāng)發(fā)生進(jìn)路不適應(yīng)情況后，車載設(shè)備的處理過(guò)程如圖3 所示。列車在線路上正常運(yùn)行，車載設(shè)備處于完全監(jiān)控模式，行車許可終點(diǎn)為C 點(diǎn)，車載設(shè)備速度距離監(jiān)控曲線為S1。列車運(yùn)行到位置A，接收到包含進(jìn)路適應(yīng)性信息的應(yīng)答器報(bào)文，進(jìn)路適應(yīng)性信息包含一條列車不適應(yīng)的裝載限界信息，進(jìn)路適應(yīng)性信息包括進(jìn)路適應(yīng)性信息的參考位置（A 點(diǎn)）、距進(jìn)路適應(yīng)性改變位置的長(zhǎng)度（A-B 之間距離），車載設(shè)備可以計(jì)算出進(jìn)路適應(yīng)性改變的位置（B 點(diǎn)）。車載設(shè)備發(fā)現(xiàn)列車的裝載限界不在地面支持的裝載限界列表之中，認(rèn)為列車進(jìn)路不適應(yīng)前方的線路，通過(guò)DMI 顯示文本“進(jìn)路適應(yīng)性-裝載限界”，提示司機(jī)列車不適應(yīng)前方進(jìn)路；同時(shí)，車載設(shè)備將進(jìn)路適應(yīng)性改變位置（B 點(diǎn)）作為行車許可終點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，車載設(shè)備速度距離監(jiān)控曲線為S2，DMI 運(yùn)行計(jì)劃區(qū)顯示的行車許可縮短到進(jìn)路適應(yīng)性改變位置（B 點(diǎn)）。由于行車許可縮短，車載設(shè)備實(shí)際計(jì)算的各個(gè)監(jiān)控曲線突然降低（速度距離監(jiān)控曲線從S1變?yōu)镾2），導(dǎo)致列車當(dāng)前速度超過(guò)緊急制動(dòng)干預(yù)曲線，車載設(shè)備向列車施加緊急制動(dòng)。如果施加緊急制動(dòng)后，列車減速停車，列車前端沒(méi)有越過(guò)新的行車許可終點(diǎn)（B 點(diǎn)），車載設(shè)備緩解緊急制動(dòng)，依舊處于完全監(jiān)控模式。如果施加緊急制動(dòng)后，列車減速停車，列車前端越過(guò)了新的行車許可終點(diǎn)（B 點(diǎn)），車載設(shè)備轉(zhuǎn)入冒進(jìn)模式。列車停車后，DMI 顯示需要確認(rèn)的文本消息，要求司機(jī)確認(rèn)冒進(jìn)，司機(jī)確認(rèn)后，車載設(shè)備轉(zhuǎn)入冒后模式，車載設(shè)備緩解緊急制動(dòng)。此后，司機(jī)需要聯(lián)系鐵路管理人員，根據(jù)規(guī)定操作列車運(yùn)行。

圖3 進(jìn)路適應(yīng)性監(jiān)控流程Fig.3 Monitoring process of route suitability

5 總結(jié)

本文介紹了在ETCS 列控系統(tǒng)中，車載設(shè)備如何監(jiān)控進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)，保證列車行車安全的方法。這種方法已經(jīng)應(yīng)用到符合ETCS 標(biāo)準(zhǔn)的列控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，證明可以有效管理和監(jiān)控列車前方的進(jìn)路適應(yīng)性數(shù)據(jù)，在進(jìn)路不適應(yīng)的情況下，車載設(shè)備可以對(duì)列車進(jìn)行安全防護(hù)，并通過(guò)DMI 提示司機(jī)，保證列車安全高效運(yùn)行。