欧洲铁路信号系统概述及发展趋势

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1、 欧洲铁路信号系统概述及发展趋势 （本文转自网络） 由技术交流群“地铁信号”，群号： 222723082，群主清峰整理，以享给位群友 （本文转自网络） 由技术交流群“地铁信号”，群号： 222723082，群主清峰整理，以享给位群友 欧洲是世界上铁路最发达的地区之。欧洲国家多，国土面积小，各国内部的铁路网很密集。近几年来，欧洲铁路公司和信号公司在对各自的既有信号系统进行升级或者技术改造的同时，在欧盟(EU)委员会和国际铁路联盟(UIC)的推动下，欧洲 7 大铁路信号公司，如法国的 Alstom(阿尔斯通)公司、瑞典的 Adtranz 公司、德国的 Siemens(西门子)公司、法国的 Alca

2、tel(阿尔卡特)公司、意大利的Ansaldo(安萨尔多)公司(含法国 CSEE 公司)、英国 WestingHouse(西屋)公司，以及 Invensys 公司，联合起来为信号系统的互联和兼容问题制定信号标准，并制造了相关的产品： 在较大范围内开发并应用新型计算机辅助铁路运输管理系统； 在进路控制方面，随着区域计算机联锁技术逐步取代陈旧技术，自动化系统得到广泛应用； 在列车防护和控制系统方面，研制了基于通信的列车控制系统(CBTC)； 为了欧洲铁路信号系统的互联和兼容问题，制定了统一的、开放性信号系统标准，从而实现欧洲各国铁路互通运营。 本章根据搜集到的有关欧洲铁路信号系统的论文、报道和技术

3、资料，对它们进行了归纳整理，从列车运行控制系统、欧洲统一先进的列车运行控制系统(即 ETCS)、联锁系统、行车指挥系统、高速铁路，以及磁悬浮铁路等方面介绍欧洲铁路信号系统的现状和发展，有关法国、英国和德国的铁路信号系统的详细情况在另外章节专门介绍。 第一节 列车运行控制系统 一、种类繁多的列控系统 欧洲有 7 大铁路信号公司（Alstom、Adtranz、Siemens、Invensys、Alcatel、Ansaldo、WestingHouse，它们都是 UNIFE 的成员），它们研制生产的列车运行控制系统（ATP/ATC）有十余种，如德国的 LZB 系列和 FZB 系列、法国的 TVM 系列

4、等。这些运行控制系统有的适用于中速铁路，有的适用于高速铁路。在欧洲铁路网上，各个国家的铁路部门使用各自不同的信号制式管理列车的运营。 二、基于通信的列车运行控制系统 近年来，几乎所有欧洲国家铁路都在建立列车运行管理和保证行车安全系统方面寻求新的经济有效的技术方案，其中包括地区性线路。德国铁路和 Adtranz 公司共同研究制定了无线通信管理列车运行（FFB）地区性线路运营规划，在建立的列车运行管理系统中，几乎全部通过无线通信系统来实现通信服务联系，完全不用地面信号和监督线路空闲的线路设备，保证在任何线路上的列车运行安全。基于通信的列车控制系统（CBTC）按欧洲统一的安全标准设计，系统符合欧洲

5、PrEN50129 和 PrEN50128标准设计的一体化安全要求（SIL4，安全完善度等级 4）。 三、列车控制系统向标准化、统一化发展 目前，欧洲由于种类繁多的铁路信号帛式互不兼容，影响了欧洲铁路跨国运输的效率。在欧盟（EU）和国际铁路联盟 UIC 的支持下，欧洲铁路制定了统一的列车运行管理系统 ERTMS（欧洲铁路运输管理系统），包括欧洲列车运行控制系统 ETCS（欧洲列车控制系统）、列车与地面的双向无线通信系统 GSM-R 和欧洲运输管理系统 ETMS。 第二节 欧洲列车控制系统（ETCS） 一、ETCS 的产生背景 在欧洲铁路网上，各个国家的铁路部门使用各自不同的信号制式管理列车的运

6、营，列车运行控制系统（ATP/ATC）多达十余种，如 LZB 系列/FZB 系列、TVM 系列等，这些信号和控制系统互不兼容。因此，跨国境运营的列车要么穿过边境抵达另一个国家后停下来更换机车，要么根据运行线路的不同装备多种不同的控制系统（最多的有 6 种），当列车穿过边境抵达另一个国家后，切换相应的运行控制系统。 因信号制式和控制方式的不同，列车无法在欧洲境内穿越国境时实现互通运营；当列车装备多种控制系统后，由于每种控制系统价格昂贵，使得列车运营及维护费用上升，同时所遇到的繁多的信号技术使得穿越边界的操作非常低效。 基于上述原因，这就产生了研制通用信号系统和新型列车控制系统的要求。这种通用信号

7、系统应能满足： 跨国境运营的列车不受限制地穿越边界，提高列车运行效率； 信号和列车控制系统界面标准化，尽可能减少不同国家的特殊要求； 通过鼓励对设备的开放市场来产生商业吸引力，从而降低设备的成本。 欧洲铁路运输管理系统 ERTMS 是欧洲铁路和欧洲信号工业在欧洲委员会的财政支持和国际铁路联盟 UIC 的支持下，经过大约 10 年的工作得到的结果。其目的是为了改善信号制式互不兼容的状况，在全欧洲范围内创立一个既可以兼容现有信号体制，又可以在各国统一推广使用的铁路信号标准，保证各国的列车在欧洲铁路网内的互通运营，提高运输效率。 二、ETCS 的组成 前已述及，欧洲铁路运输管理系统 ERTMS 包括

8、三个组成部分： 欧洲列车控制系统 ETCS（European Train Control System）；无线通信系统（GSM-R）；欧洲运输管理系统 ETMS（European Traffic Management System）。 其中，ETCS 涉及列车控制和信号方面，它包含了所有的信号技术，也就是欧洲信号一体化技术。ERTMS 的信号技术表示为 ERTMS/ETCS。 GSM-R 是基于成熟的公共无线通信网络 GSM 的技术，为铁路专用的通信网络。GSM-R 可以覆盖地面设备和车载设备，为它们提供连续的、双向的信息（包括数据和语音）传输通道。无线电技术（GSM-R是基于欧洲 EIREN

9、E 和 MORANE 的结果。ERTMS 的无线通信技术表示为 ERTMS/GSM-R。 ERTMS 中的 ETCS 是一个先进的列车自动防护（ATP）系统和机车信号（Cab Singnalling）技术规范，安装符合 ERTMS/ETCS 技术规范的列车运行控制系统，不仅能提高列车的安全性，而且使列车能够在欧洲境内穿越国境时实现互通运营。 欧洲采用 ERTMS/ETCS 的目的，不仅能保证系统的可互操作性，而且还要增强系统的性能，增加系统实现的灵活性，并降低系统的成本。 三、ETCS 等级 欧洲列车控制系统 ETCS 考虑到长期发展的需要，制定了 5 个应用等级；ERTMS/ETCS 等级

10、0、ERTMS/ETCS 等级 STM、ERTMS/ETCS 等级 1、ERTMS/ETCS 等级 2、ERTMS/ETCS 等级 3。高等级向下兼容，使得欧洲各国铁路部门可以根据各自的实际需要安装使用不同等级的信号和控制系统。 在 5 个应用等级中，ERTMS/ETCS 等级 2 和 ERTMS/ETCS 等级 3 采用移动通信网络 GSM-R 技术来实现地面与列车之间双向的信息传输（包括语音和数据），因此这两个等级属于 CBTC 的范畴。 （1）ERTMS/ETCS 等级 0 在 ERTMS/ETCS 等级 0 中，装备了 ERTMS/ETCS 的列车可以在没有装备 ERTMS/ETCS

11、地面设备或者无本国信号系统的线路上运行，或者在试运行中的 ERTMS/ETCS 线路上运行。 （2）ERTMS/ETCS 等级 STM 在 ERTMS/ETCS 等级 STM 中，装备了 ERTMS/ETCS 的列车，在装备了本国信号系统的线路上运行。 为了能够识别本国地面信号，车载设备还需另增加 STM（Specific Transmission Module，专用传输模块）接口设备。STM 把接收到的本国信号译成标准的 ETCS 报文格式，然后传送给 ETCS。 （3）ERTMS/ETCS 等级 1 在 ERTMS/ETCS 等级 1 中，装备了 ERTMS/ETCS 的列车，在装备有点式

12、传输设备欧洲应答器Eurobalise 的线路上运行，地面向列车传输的信息完全依靠 Eurobalise，轨道电路只完成轨道区段的空闲/占用检查和列车的完整性检查。 为了增加信息传输的覆盖范围，线路上可以安装欧洲环线 Euroloop 或者无线注入单元。 因此 ERTMS/ETCS 等级 1 分成带注入信息和不带注入信息两种类型。 （4）ERTMS/ETCS 等级 2 在 ERTMS/ETCS 等级 2 中，装备了 ERTMS/ETCS 的列车，在由无线闭塞中心控制的、并且装备了Eurobalise 和 Euroradio 的线路上运行。 车地之间的双向信息通信由 GSM-R 提供传输通道，由

13、 Eurobalise 提供列车定位信息，地面设备完成列车完整性检查。 （5）ERTMS/ETCS 等级 3 在 ERTMS/ETCS 等级 3 中，装备了 ERTMS/ETCS 的列车，在由无线闭塞中心控制的、并且装备了Eurobalise 和 Euroradio 的线路上运行。 车地之间的双向信息通信由 GSM-R 提供传输通道，列车定位和列车完整性检查由车载设备实现。 Eurobalise 只提供 ETCS 等级转换命令。 四、ETCS 的特点 1、ETCS 的结构特点 ETCS 在结构上具有以下特点： 模块化结构。模块化结构便于系统的维护和管理。 接口标准化。在欧洲联盟 EU 和国际铁

14、路联盟 UIC 的支持下，欧洲所有信号公司共同组建了UNISIG 工作组，共同制定了统一的 ERTMS 标准，即 ERTMS 技术规范。该规范对设备的功能、设备间连接的接口、数据通信协议与格式等制定了统一的标准、不同的应用等级。针对欧洲各国铁路信号制式的差异和运输需要的不同，定义了 5 个应用等级。5 个等级的系统按模块方式构成，为 ERTMS/ETCS 的用户提供了极大的灵活性。低等级系统升级方便，不同等级可以互通运营。 显示界面一致性。不但不同厂家设备的显示界面一致，而且在不同的应用等级中，显示界面的布局相同，只是显示内容有所差别。 设备的操作方法相同。不同厂家设备的操作方式相同，只要熟悉

15、一个厂家的设备，就会使用其他厂家的设备。 设备的维护方法相同。 设备研制与生产依据相同的安全设计规范和生命周期规范。 2、ETCS 的技术特点 ETCS 在技术上具有以下特点： 系统的开放性：是指对相关标准的一致性、公开性，强调对标准的共识与遵从。一个开放系统，是指它可以与世界上任何地方遵守相同标准的其他设备或系统连接。通信协议公开，不同厂家的设备之间可实现信息交换。ETCS 技术规范是得到欧洲联盟和国际铁路联盟承认的标准，而且该标准是公开的。所有 ETCS 的设备供应商都可以按照标准设备生产 ETCS 设备。 互可操作性与互用性：互可操作性是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通；而互用性

16、则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可实现相互替换。由于所有的 ETCS 的设备供应商均按照统一的ETCS 技术规范来设备生产，所以不同厂家的 ETCS 设备可以任意组合、任意互换使用。 兼容性：ERTMS/ETCS 的 5 个应用等级的机车尽管其设备的车载设备不同，但机车可以在不同等级的线路互通运营。 可升级：ERTMS/ETCS 的低等级系统在原有设备的基础上，增加一些新的设备（模块）就能方便地升级到更高的等级，原有的列车运行控制车载设备在高等级的系统中继续使用。 第三节 联锁系统 近十多年来，欧洲联锁设备经历了从继电器联锁技术到电子计算机联锁技术、再到区域计算机联锁技术的历程，取得了令人瞩目的发展。计算机联锁系统主要用以下方式实现故障安全： 硬件冗余表决： 软件冗余表决（具有相异性的不同版本软件比较）； 动态信息及接口技术。 一、硬件冗余表决技术 目前欧洲联锁系统普遍采用以下三种硬件冗余结构： 结构核查方法。如阿尔卡特公司联锁装置，采用两台计算机分别按两种不同设计的程序工作，一台计算机按输入指