自主化无线闭塞中心TSI认证解析
时间：2023-06-02 20:10:14 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
刘晓斌
中国高铁作为中国高新技术的一张名片，受到越来越多国家的青睐，中国高铁走向国际市场已经成为国家战略。列车运行控制系统是高速铁路关键技术之一，是列车高速安全运行的保证。无线闭塞中心（Radio Block Center，RBC）是列车运行控制系统地面的核心设备，它通过无线通信与列控车载设备交互车地信息，结合地面轨道电路、临时限速等信息，向车载发送行车许可，控制列车安全运行［1］。
目前我国具有自主知识产权的RBC，即自主化RBC，符合CTCS-3级列控系统标准规范，而欧洲以及其他多个国家均采用ETCS标准规范。自主化RBC与ETCS标准的互联互通成为高铁列控系统能否“走出去”的前提条件［2-3］。本文针对自主化RBC与ETCS互联互通的国际认证方式—TSI认证，通过标准梳理、标准符合性分析、差异项的处理和系统测试等，全面分析了TSI认证的整个流程，可为铁路信号产品如何进行国际认证提供参考。
TSI（Technical Specification for Interoperability）是欧盟铁路互联互通技术规范的简称，是欧盟关于铁路产品的技术法规。为了使铁路零部件在所有欧盟国家都能使用，欧盟委托欧洲铁路协会（ERA）颁布了互联互通性技术规范TSI，只有当铁路系统的零部件满足该标准要求时，互联互通性才能成为可能。ETCS系统结构见图1，其中RBC是ETCS-2级列控系统地面信号控制的核心设备，是地面信号系统信息及指令的收集和交互中心，根据计算机联锁的进路状态、临时限速、列车位置等，结合RBC配置的线路参数，生成列车行车许可等控制信息，并通过GSMR无线通信发送给车载设备，确保列车在其控制范围内安全、可靠、高效地运行［4］。TSI认证包括子系统和互通部件（Interoperability Constituent，IC）2种认证方式，RBC属于互通部件中的控制-指令和信号（Control-Command and Signalling，CCS）子系统中的一个部件［5-6］。欧盟规定在欧洲铁路上道使用的RBC设备需要进行TSI认证，其主要的互通对象是ETCS的车载设备和地面设备中的相邻RBC，其他的非ETCS的信号系统接口，欧盟并没有相关的认证要求。这样做的目的是确保装有ETCS列控系统的列车可以在欧盟不同的国家之间运行，而联锁等其他信号系统则可以维持不变。
TSI认证模块有以下几种分类［5-6］。
1）CA：内部生成控制。
2）CB/SB：EC型检验。
3）CC：基于内部生产控制的一致性验证。
4）CD/SD：基于生产过程质量管理体系的一致性验证。
5）CF/SF：基于产品验证的一致性验证。
6）CG/SG：单元验证。
7）CH/CH1/SH/SH1：基于全面质量管理系统的一致性验证。
基于以上基本模块的不同组合，又可能衍生出其他若干种不同的模块。根据铁路信号设备的特性，RBC可选择CB+CD的组合模块。
CB模块认证用于产品设计阶段，属于TSI认证的关键环节，需要对产品的功能、性能、设计实现、测试等各个方面进行标准符合性认证［7］。TSI符合性认证根据ETCS相关技术规范和CCS TSI 2016/919/EU关于欧盟铁路系统“控制-指令和信号”子系统的互操作性技术规范的要求进行认证。所认证的互联互通部件IC定义来自于CCS TSI 2016/919/EU表5.2a。另外所选用的UNISIG规范将采用CCS TSI 2016/919/EU的表A2.1中的specification#1（ETCS Baseline 3 Release 2 and GSM-R Baseline 1），目前最新版本为基线3（B3R2）版本。该版本的主要规范子集包括SUBSET-026 V3.6.0，SUBSET-037 V3.2.0，SUBSET-039 V3.2.0等。
CD模块主要是针对生产过程的质量管理体系评估，以确保制造出符合设计的互联互通部件［8］。审核内容包括生产企业的质量管理体系（如ISO9001∶2015）、环境管理体系（如ISO14001∶2015）和国际铁路行业标准（如ISO/TS22163∶2017）等的符合性。另外还需对生产质量管理计划、样机和硬件生产阶段流程进行审核。CD模块的审核具有一定的时效性，为确保证书的有效性，需要进行定期的监督性审核。本文主要对CB认证过程进行介绍。
TSI的CB认证是对产品设计开发的认证，依据产品的安全认证评估报告，以及产品的设计开发文档，审查产品功能与ETCS标准的符合性。其中主要的认证工作包括以下几个方面。
1）对ETCS标准的梳理，分析TSI认证所需要的标准集。
2）全面分析自主化RBC与标准集的符合性，对于不符合的内容需要进行需求及设计的变更。
3）搭建仿真测试环境，由认证机构人员进行测试确认。
2.1 标准梳理
ETCS标准定义了若干子集，这些子集规定了ETCS系统的系统需求、安全需求、性能需求、通信等方面的内容。根据标准设计的产品可以方便地接入欧洲的信号系统，实现信号系统车载与地面、地面与地面的互联互通，统一的标准为产品的设计研发和工程的快速实施提供了保证。
RBC参考的主要标准是ETCS的系统需求规范子集SUBSET-026［9］，内容包括：基本的系统描述、应用规则、模式转换、应用处理流程、版本管理、ERTMS/ETCS语言和消息定义。其他相关的标准还包括：SUBSET-037、SUBSET-039、SUBSET-098等。与RBC相关的ETCS标准见表1。
表1 与RBC相关的ETCS标准
2.2 标准符合性分析
自主化RBC是在CTCS-3级列控系统规范的框架下开发的。CTCS-3级列控系统规范主要参考ETCS的相关标准，并结合我国国情，对其中的部分功能进行了本地化的修改应用。2个标准存在一定的差异性，见表2。
2.3 差异项处理
差异项主要包括不支持的功能项和不一致的功能项。CTCS-3级列控系统标准是以ETCS-2级列控系统标准为基础制定的，并对ETCS-2级列控系统中不符合我国国情的功能进行了删减，所以差异项主要是不支持的功能项。在TSI认证过程中，针对不支持的功能项，一般采用2种处理方式：第一种是简单地将不支持的功能项作为系统的应用限制条件；
第二种则是在现有的系统中增加功能，以满足标准规范的要求。第一种方式可以在不修改当前系统的情况下通过TSI的认证，但在证书中则会说明系统的应用限制，不利于产品的推广和应用，因此建议在认证的过程中对不支持的功能进行修改，尽量满足标准规范中要求的所有条款。
依据表2中各差异项的功能要求，按照系统变更的流程开展系统软件的设计开发工作。表2中第1～6项的差异属于RBC的应用功能。其中第6项差异需要修改RBC的既有逻辑，其他则是新增加的功能。新增加的功能不会对原有的逻辑产生影响，可以通过增加新的软件模块来实现。第6项差异需要修改当前行车许可缩短的发送逻辑，在行车许可缩短前，需要增加与列车的协商过程，当列车同意行车许可缩短时，才可以进行行车许可的操作（如人工解锁进路）。第7项到第9项的差异属于RBC的车地通信功能的差异，也属于RBC的新增功能，对既有的通信功能没有影响，增加的功能可以根据实际工程的需要进行配置来决定是否启用。下面以第1项增加人工驾驶授权功能为例进行介绍。
表2 CTCS-3与ETCS-2相关标准的主要差异
人工驾驶授权是指列车在人工驾驶（SR）模式下，由于还不具备发送完全模式行车许可的条件，RBC向列车发送的一种行车凭证。列车可以根据人工驾驶授权，按照国家参数中规定的最高速度行车。人工驾驶授权通过RBC向列车发送消息Message2实现。
列车人工驾驶模式的应用场景主要有：ATP上电或重启时，由于列车无法确定位置，需要采用人工驾驶的模式行车，经过应答器后进行列车定位；
由于轨道电路故障，RBC无法给出通过该区段的完全模式行车许可，列车需要通过人工驾驶模式越过故障区段。图2为ATP上电注册，司机选择人工驾驶模式场景的消息流程图，RBC按照流程图进行相应的软件设计和实现。
图2 人工驾驶授权消息流程图
2.4 系统测试
无线闭塞中心进行TSI认证的软件应在已通过第三方独立安全评估（ISA）的软件版本上进行，如果软件做了变更升级，则测试的重点主要针对变更的部分进行回归测试，回归测试范围应包含功能测试、接口测试、性能测试和其它测试。由于RBC测试时需要配置线路数据，针对该配置数据还应进行数据测试，从而保证数据的正确性。
无线闭塞中心的TSI认证测试需搭建相应的测试环境，见图3。测试环境包括但不限于以下的组成部分：计算机联锁、CTC、ATP、GSM-R无线网络和仿真测试平台等［10］。测试环境中的设备可以采用真实设备或仿真设备，根据测试案例的要求组合搭建。测试案例按照TSI认证的要求，需要与标准规范子集的条款进行逐条对应，并根据测试的结果出具相应的测试报告。
图3 无线闭塞中心的TSI认证测试环境
根据表2，对RBC修改部分需要设计相应的测试案例。为了完成测试案例，测试环境应具备执行相应测试案例的能力，以及对执行结果进行查看和判断的功能。其中仿真车载应具备ETCS-2级ATP的功能，具有对新增的车载模式、数据消息和通信方式的处理能力。
本文对无线闭塞中心的TSI认证做了全面的解析，重点对TSI认证的模式，标准规范的子集以及与CTCS-3级列控系统的功能差异做了分析，为自主化RBC开展TSI认证提供了思路。自主化无线闭塞中心是我国自主研发的满足CTCS-3级的一个重要安全子系统，目前已通过第三方独立安全评估（ISA），并获得ISA证书。对该产品进行TSI认证，有助于我国对欧盟法规和标准的理解，掌握CTCS-3与ETCS-2级列控系统之间的差异性，进一步提升我国列控系统的相关技术水平，也能确保无线闭塞中心出口技术条款的符合性，保证产品质量，并最终达到走出去的战略部署。
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