将丹麦和德国与正确的信号系统连接起来的挑战

固定连接的铁路线是跨欧洲铁路网的一部分，连接德国费马恩岛和丹麦洛兰岛，在波罗的海费马恩带下有一条18.2公里长的隧道;因此，它将斯堪的纳维亚半岛与欧洲大陆连接起来，并提供了斯堪的纳维亚-地中海(ScanMed)走廊的重要组成部分，该走廊是欧盟9个优先网络走廊之一。

ScanMed走廊整合了前TEN-T优先项目1、11、12和20的成果，后者是“铁路接入Fehmarn带”。该走廊与斯堪的纳维亚-地中海铁路货运走廊3重叠，该走廊整合了前ERTMS走廊B。

通过隧道，丹麦和芬恩A/S公司提供了一项基础设施，具体有助于实现欧盟对铁路网络互操作性的愿景。

该走廊是欧盟内部市场的重要轴心，将斯堪的纳维亚半岛和德国北部的主要城市节点和核心港口连接到欧洲腹地，包括瑞典北部、德国南部和意大利北部的生产中心，并进一步连接到地中海的意大利港口。

即将到来的Fehmarn Belt Fixed Link由一个沉浸式隧道组成，用于铁路和公路交通的结合，该隧道由89个混凝土构件组成，在丹麦建筑工地附近的海岸建造。这些元素将被运输到海上，降低到海底并连接起来。隧道随后将安装铁路和公路系统及设备。

铁路部分由两条隧道管道组成，每条隧道管道将向一个方向输送交通。其互操作性的设计技术规范采用了欧洲标准和部分国家标准。

在运营上，这条铁路线是为混合交通设计的，最高速度为200公里/小时。设计行车时间为3分钟。列车最长可达1050米，客运列车最长可达400米。货运列车的最高运行速度设定为140公里/小时。

连接丹麦和德国之间铁路线的挑战很多，因为它不仅仅是两国之间的边界。一个重要的挑战是管理由两国交通管制中心监督的不同操作规则。

为了克服这些挑战，固定线路将配备由欧洲列车控制系统(ETCS)和铁路电信系统GSM-R组成的欧洲铁路交通管理系统(ERTMS)。ETCS将在第2级基线3实施。在无线电组中心(RBC)和列车之间传输控制命令信息是由GSM-R无线电执行的。

丹麦-德国信号接口

德国联邦铁路公司和费曼A/S公司之间的信号接口被设计在隧道的德国一侧费曼岛上。信号接口以北，即丹麦方向，列车由丹麦信号系统控制。向南的列车由德国系统控制。这意味着信号系统必须提供列车的双向切换。

另一个挑战是位于隧道到达德国海岸后不久的Fehmarn岛上的电压系统分离部分。在这一段，牵引电源在德国系统(运行于15kv和16.7 Hz)和丹麦系统(运行于25kv和50hz电源)之间变化。

这种牵引动力的变化被认为是作为列车上的自动电压切换来处理的。

因此，ETCS数据包68“跟踪条件”必须包含所有相关信息和命令，例如主电源开关关闭。数据包68可以由应答器传送，也可以由RBC通过GSM-R无线电传送。此外，列车必须允许自动装卸。

铁路的安全运行需要在每个隧道入口的入口处安装隧道保护系统。这些隧道保护系统是ETCS系统的补充，目的是及早发现可能导致脱轨的列车缺陷。

列车交接

固定线路的信号系统设计应能够实现德国和丹麦之间的列车跨境交接。与国家铁路的信号系统相比，这是一个额外的要求。交接必须在不停车的情况下，以最高线路速度，为两个方向和每条轨道提供。

为了实现有效的交接，当列车即将从一个无线电分组中心监管区域移动到相邻的无线电分组中心时，需要两个无线电分组中心之间的通信。RBC/RBC切换ERTMS/ETCS语言基于变量、包和消息。

移交程序包括三个步骤。每个步骤都由一个专用的ETCS数据包发起，该数据包可以通过应答器传输，也可以通过GSM-R无线电传递RBC。

第一步是登记到列车行驶的邻近GSM-R网络。这必须在列车仍连接到出站网络时进行。此步骤由ETCS包45 '无线网络注册'发起。同时连接到外网和相邻无线网络需要列车上的第二个GSM-R数据移动设备。一次网络注册尝试可能需要40秒(UNISIG子集093)。可能会有第二次尝试，因此GSM-R网络注册可能需要80秒。设计线速度为200km/h，这里需要4.4km的距离，以保证及时正确的信号处理。

交接过程中的第二步是与相关的接受RBC建立会话。这是由ETCS数据包42触发的。这个过程需要40秒(UNISIG子集037)，对应2.2公里的距离。如果此会话建立失败，列车必须能够在通过RBC交接位置之前停止。这需要1.8公里的制动距离。

第三步确保当列车通过德国和丹麦之间信号接口的RBC交接位置时，列车正在接近的接受RBC接管列车。这部分交接由ETCS数据包131“RBC过渡命令”发起。切换完成后，关闭与正在交接的RBC的会话，终止与传出的GSM-R网络的连接。

这三个步骤加在一起，发起网络注册的位置点到RBC实际切换位置的总距离必须至少为8.4km。因此，信号接口的北侧和南侧都必须提供这个距离。简而言之，这意味着隧道设计必须处理:

• 德国和丹麦GSM-R无线电网络至少覆盖南北8.4公里的信号接口
• 德国和丹麦RBC之间的数据通信
• 德、丹联锁数据通信。

安全检测系统

先进的系统计划用于早期发现可能导致列车脱轨的缺陷。在检测到缺陷后，列车将在进入隧道前被信号系统拦截。这一措施防止了严重的事故，并在一般情况下增加了固定链路的安全性。

潜在脱轨的一个指标是由缺陷引起的axel箱和制动器的高温。因此，路侧热轴箱检测系统(HABD)扫描通过列车的相关温度是整个隧道安全系统的重要组成部分。如果轴箱或刹车温度超过预先设定值，则会产生报警信息，列车可以停止。脱轨探测器(DDs)也将作为隧道保护系统的补充。如果脱轨车轮通过检测点，DDs将触发警报。

来自这些系统的警报消息被发送到信号系统，在那里它被处理。警报的处理可以由授权的铁路人员手动进行，也可以由信号系统自动进行。因此，将向检测到缺陷的列车发送停止命令。该订单可以通过GSM-R语音呼叫进行口头交付，以培训人员，也可以通过GSM-R数据自动发送书面订单。

自动告警处理具有告警处理延时短的优点，是针对固定链路设计的解决方案。当收到警报时，信号系统会向列车发送ETCS文本信息，以确保列车减速并在指定位置停车。

确定隧道安全系统位置的主要准则如下:

• 列车停靠位置必须在隧道外，如果可能的话，在直线轨道上
• 检测点与列车停止位置之间的距离(停止距离)必须允许通过使用制动启动和中等减速来安全停车。这最大限度地降低了突然停车引起的脱轨风险。

每列驶近隧道的列车均须遵守上述停站距离。因此，最坏的情况必须通过考虑关键参数来阐述:

• 通过固定干线的列车类别。货运列车和客运列车都被考虑在内
• 各列车类别的列车最高速度(v)
• 每个列车类别的最大列车长度(l)。在最坏的情况下，最后一个轮对触发警报
• 告警处理过程中的时延(t)。假设该参数为常数
• 各列车类别出现热轴箱报警和脱轨报警时的平均减速率(d)。

停车距离由列车长度、报警处理时通过的距离和列车制动距离组成。计算公式为:

考虑到货运列车和客运列车以及热箱报警和脱轨报警事件，出现了四种情况。每种情况都会导致一个单独的停车距离。为了确保在所有事件中安全停车，应用的最远推导距离约为4公里。

ERTMS在Fehmarn固定线路上的预期效益

与丹麦和德国目前使用的现有信号系统相比，ERTMS在传递跨界信息方面显然更加灵活。实施ERTMS的其他好处包括:

• RBC之间高效的切换通信
• 通过更快速和更灵活的列车运行，提高准点率和运力
• 较少的轨道旁设备导致较少的故障和操作中断
• 降低运维成本。