Коммуникационное управление поездом

Станция Santo Amaro на линии 5 метро Сан-Паулу с частично включенным CBTC

Некоторые из 30 самых загруженных метрополитенов мира с точки зрения ежегодного пассажиропотока ^[1] используют систему CBTC.

Управление поездом на основе связи ( CBTC ) - это система железнодорожной сигнализации , которая использует телекоммуникации между поездом и путевым оборудованием для управления движением и инфраструктуры. С помощью систем CBTC точное положение поезда известно более точно, чем с помощью традиционных систем сигнализации. Это приводит к более эффективному и безопасному способу управления железнодорожным движением. Метро (и другие железнодорожные системы) могут улучшать скорость движения при сохранении или даже повышении безопасности.

Система CBTC - это «непрерывная автоматическая система управления поездом, использующая определение местоположения поезда с высоким разрешением, независимое от рельсовых цепей ; непрерывная, высокопроизводительная, двунаправленная передача данных между поездом и обочиной; а также бортовые и придорожные процессоры, способные реализовать автоматический поезд. функции защиты (ATP), а также дополнительные функции автоматического управления поездом (ATO) и автоматического наблюдения за поездом (ATS), как определено в стандарте IEEE 1474. ^[2]

Фон и происхождение [ править ]

Основная цель CBTC - увеличить пропускную способность пути за счет сокращения временного интервала ( шага ) между поездами.

Традиционные системы сигнализации обнаруживают поезда на дискретных участках пути, называемых « блоками », каждый из которых защищен сигналами, предотвращающими въезд поезда в занятый блок. Поскольку каждый блок представляет собой фиксированный участок пути, эти системы называются системами фиксированных блоков .

В системе CBTC с движущимся блоком защищенная секция для каждого поезда представляет собой «блок», который движется вместе с ним и следует за ним, и обеспечивает непрерывную передачу точного местоположения поезда по радио, индуктивной петле и т. Д. ^[3]

SFO AirTrain в аэропорту Сан-Франциско была первой радиосистемой CBTC.

В результате Bombardier открылся первый в мире радио-систему CBTC в аэропорту Сан - Франциско «ы автоматизирован людей движитель (APM) в феврале 2003 г. Несколько месяцев спустя, в июне 2003 года, Alstom вводящие железнодорожного применения его радио - технологии на Северо-восточная линия Сингапура . Ранее CBTC берет свое начало в системах на основе петель, разработанных Alcatel SEL (ныне Thales ) для систем Bombardier Automated Rapid Transit (ART) в Канаде в середине 1980-х годов. Эти системы, которые также назывались трансмиссионным управлением поездом(TBTC), в которой использовались методы индуктивной петлевой передачи для связи "путь к поезду", представляя альтернативу связи на основе рельсовых цепей . Эта технология, работающая в диапазоне частот 30–60 кГц для связи поездов и придорожного оборудования, была широко принята операторами метро, несмотря на некоторые проблемы с электромагнитной совместимостью (ЭМС), а также другие проблемы с установкой и обслуживанием (см. SelTrac для получения дополнительной информации. информация о трансмиссионном управлении поездом).

Как и в случае с новым применением любой технологии, вначале возникли некоторые проблемы, в основном из-за аспектов совместимости и взаимодействия. ^{[4] [5]} Однако с тех пор произошли соответствующие улучшения, и в настоящее время надежность систем радиосвязи значительно выросла.

Более того, важно подчеркнуть, что не все системы, использующие технологию радиосвязи , считаются системами CBTC. Таким образом, для ясности и соответствия самым современным решениям для требований оператора ^[5] эта статья охватывает только новейший принцип движущегося блока (либо истинный движущийся блок, либо виртуальный блок , поэтому он не зависит от пути обнаружение поездов) ^[2] Решения CBTC, использующие радиосвязь .

Основные особенности [ править ]

CBTC и движущийся блок [ править ]

Системы CBTC - это современные системы железнодорожной сигнализации, которые могут в основном использоваться на городских железнодорожных линиях ( легких или тяжелых ) и APM , хотя их также можно развернуть на пригородных линиях . Для магистральных линий аналогичной системой может быть Европейская система управления железнодорожным движением ERTMS уровня 3 (еще не полностью определена ^{[ когда? ]} ). В современных системах CBTC поезда непрерывно вычисляют и передают свой статус по радио на придорожное оборудование, распределенное вдоль линии. Этот статус включает, помимо других параметров, точное положение, скорость, направление движения и тормозной путь.. Эта информация позволяет рассчитать площадь, потенциально занимаемую поездом на пути. Это также позволяет придорожному оборудованию определять точки на линии, которые никогда не должны проходить другие поезда на том же пути. Эти моменты сообщаются, чтобы поезда автоматически и непрерывно регулировали свою скорость, сохраняя при этом требования безопасности и комфорта ( рывков ). Таким образом, поезда непрерывно получают информацию о расстоянии до предыдущего поезда и затем могут соответствующим образом регулировать свое безопасное расстояние .

С точки зрения системы сигнализации , первый рисунок показывает общую занятость ведущего поезда, включая целые блоки, на которых поезд расположен. Это связано с тем, что система не может точно знать, где фактически находится поезд в пределах этих блоков . Таким образом, система фиксированных блоков позволяет только следующему поезду продвигаться к границе последнего незанятого блока .

В системе движущихся блоков , как показано на втором рисунке, положение поезда и его кривая торможения непрерывно вычисляются поездами, а затем передаются по радио на придорожное оборудование. Таким образом, придорожное оборудование может создавать охраняемые зоны, каждая из которых называется ограничением движения (LMA), до ближайшего препятствия (на рисунке хвост идущего впереди поезда). Полномочия по перемещению (MA) - это разрешение для движения поезда в определенное место в рамках ограничений инфраструктуры и с контролем скорости. ^[6]Конец полномочий - это место, к которому поезду разрешено следовать и где целевая скорость равна нулю. Конец движения - это место, к которому поезду разрешено проследовать в соответствии с MA. При передаче MA это конец последнего раздела, указанного в MA. ^[6]

Важно отметить, что загруженность, рассчитываемая в этих системах, должна включать запас прочности для неопределенности местоположения (выделен желтым цветом на рисунке), добавленный к длине поезда. Оба они образуют то, что обычно называют «следом». Этот запас прочности зависит от точности системы одометрии в поезде.

Системы CBTC, основанные на движущемся блоке, позволяют сократить безопасное расстояние между двумя последовательными поездами. Это расстояние варьируется в зависимости от постоянных обновлений местоположения и скорости поезда с соблюдением требований безопасности . Это приводит к снижению поступательного движения между последовательными поездами и увеличением транспортной емкостью .

Степени автоматизации [ править ]

Современные системы CBTC допускают различные уровни автоматизации или степени автоматизации (GoA), как определено и классифицировано в стандарте IEC 62290-1. ^[7] На самом деле, CBTC не является синонимом « Driverless » или «автоматизированных поездов» , хотя это рассматривается как базовая технология Enabler для этой цели.

Доступные уровни автоматизации варьируются от защищенной вручную операции, GoA 1 (обычно применяемой как резервный режим работы) до полностью автоматизированной операции, GoA 4 (автоматическая эксплуатация поезда, UTO). Промежуточные режимы работы включают полуавтоматический GoA 2 (полуавтоматический режим работы, STO) или GoA 3 без водителя (режим без водителя, DTO). ^[8] Последний работает без водителя в кабине, но требует, чтобы обслуживающий персонал сталкивался с ухудшенными режимами работы, а также направлял пассажиров в случае возникновения аварийной ситуации. Чем выше GoA, тем выше должны быть уровни безопасности, функциональности и производительности. ^[8]

Основные приложения [ править ]

Системы CBTC позволяют оптимально использовать железнодорожную инфраструктуру, а также обеспечивать максимальную пропускную способность и минимальный интервал между действующими поездами при соблюдении требований безопасности . Эти системы подходят для новых городских линий с высокими требованиями, но также могут быть наложены на существующие линии для улучшения их характеристик. ^[9]

Конечно, в случае модернизации существующих линий этапы проектирования, монтажа, испытаний и ввода в эксплуатацию гораздо более важны. В основном это связано с проблемой развертывания вышележащей системы без нарушения службы доходов . ^[10]

Основные преимущества [ править ]

Развитие технологии и опыт, накопленный в эксплуатации за последние 30 лет, означает, что современные системы CBTC более надежны и менее подвержены сбоям, чем старые системы управления поездом. Системы CBTC обычно имеют меньшее количество дополнительного оборудования, а их инструменты диагностики и мониторинга были улучшены, что упрощает их внедрение и, что более важно, упрощает обслуживание. ^[8]

Технология CBTC развивается, используя новейшие методы и компоненты, чтобы предложить более компактные системы и более простые архитектуры. Например, с появлением современной электроники появилась возможность создать избыточность, чтобы единичные отказы не оказывали отрицательного воздействия на эксплуатационную готовность.

Более того, эти системы предлагают полную гибкость с точки зрения рабочих графиков или графиков, позволяя операторам городских железных дорог быстрее и эффективнее реагировать на конкретные потребности в движении и решать проблемы с заторами движения. Фактически, автоматические операционные системы могут значительно сократить интервал и улучшить пропускную способность по сравнению с ручными системами вождения. ^{[11] [12]}

Наконец, важно отметить, что системы CBTC оказались более энергоэффективными, чем традиционные системы с ручным приводом. ^[8] Использование новых функций, таких как автоматические стратегии вождения или лучшая адаптация предложения транспорта к фактическому спросу, позволяет значительно экономить энергию, снижая потребление энергии.

Риски [ править ]

Основной риск электронной системы управления поездом состоит в том, что если линия связи между любым из поездов нарушена, то вся или часть системы, возможно, придется перейти в отказоустойчивое состояние, пока проблема не будет устранена. В зависимости от серьезности потери связи это состояние может варьироваться от транспортных средств, временно снижающих скорость, до остановки или работы в ухудшенном режиме до восстановления связи. Если сбой связи является постоянным, необходимо реализовать некоторую непредвиденную операцию , которая может состоять из ручного управления с использованием абсолютного блока или, в худшем случае, замены альтернативным видом транспорта . ^[13]В результате высокая доступность систем CBTC имеет решающее значение для правильной работы, особенно если такие системы используются для увеличения пропускной способности и уменьшения скорости движения. После этого необходимо тщательно проверить механизмы резервирования и восстановления системы, чтобы обеспечить высокую надежность в работе. В связи с повышением доступности системы CBTC, также существует потребность в обширном обучении и периодическом обновлении операторов системы по процедурам восстановления. Фактически, одна из основных системных опасностей в системах CBTC - это вероятность человеческой ошибки и неправильного применения процедур восстановления, если система становится недоступной.

Сбои связи могут возникать в результате неисправности оборудования, электромагнитных помех , слабого сигнала или насыщения среды связи. ^[14] В этом случае прерывание может привести к включению рабочего или аварийного торможения, поскольку ситуационная осведомленность в реальном времени является критическим требованием безопасности для CBTC, и если эти прерывания будут достаточно частыми, это может серьезно повлиять на обслуживание. Это причина того, что исторически системы CBTC впервые внедрили системы радиосвязи в 2003 году, когда необходимая технология была достаточно зрелой для критически важных приложений.

В системах с плохой прямой видимостью или ограничениями спектра / полосы пропускания для улучшения обслуживания может потребоваться большее, чем ожидалось, количество транспондеров. Обычно это больше проблема применения CBTC к существующим транзитным системам в туннелях, которые с самого начала не были предназначены для его поддержки. Альтернативный метод повышения доступности системы в туннелях - это использование излучающего фидерного кабеля, который при более высоких начальных затратах (материал + установка) обеспечивает более надежную радиосвязь.

В связи с появлением новых услуг в открытых радиодиапазонах ISM (например, 2,4 ГГц и 5,8 ГГц) и потенциальным нарушением работы критически важных услуг CBTC международное сообщество испытывает растущее давление (см. Отчет 676 организации UITP, Резервирование частотного спектра для Критически важные приложения безопасности, предназначенные для городских железнодорожных систем), чтобы зарезервировать полосу частот специально для городских железнодорожных систем на основе радио. Такое решение поможет стандартизировать системы CBTC на рынке (растущий спрос со стороны большинства операторов) и обеспечить доступность этих критически важных систем.

Поскольку от системы CBTC требуется высокая доступность и, в частности, возможность постепенной деградации, может быть предоставлен вторичный метод сигнализации, чтобы гарантировать некоторый уровень не ухудшенного обслуживания при частичной или полной недоступности CBTC. ^[15] Это особенно актуально для реализаций на зрелых объектах (линии с уже существующей системой сигнализации), где нельзя контролировать дизайн инфраструктуры и требуется сосуществование с унаследованными системами, по крайней мере, временно. Например, линия Канарси в Нью-Йорке была оборудована резервной автоматической системой сигнализации блокировки.Система способна поддерживать 12 поездов в час (т / ч) по сравнению с 26 т / ч системы CBTC. Хотя это довольно распространенная архитектура для проектов с отказом от проекта, она может свести на нет некоторую экономию затрат CBTC, если применить ее к новым линиям. Это все еще ключевой момент в разработке CBTC (и все еще обсуждается), поскольку некоторые поставщики и операторы утверждают, что полностью избыточная архитектура системы CBTC может, тем не менее, обеспечить высокие значения доступности сама по себе. ^[16]

В принципе, системы CBTC могут быть спроектированы с централизованными системами контроля, чтобы улучшить ремонтопригодность и снизить затраты на установку. Если это так, существует повышенный риск возникновения единой точки отказа, которая может нарушить работу всей системы или линии. Системы с фиксированными блоками обычно работают с распределенной логикой, которые обычно более устойчивы к таким сбоям. Следовательно, во время проектирования системы необходимо провести тщательный анализ преимуществ и рисков данной архитектуры CBTC (централизованной или распределенной).

Когда CBTC применяется к системам, которые ранее работали под полным контролем человека с операторами, работающими на виду, это может фактически привести к снижению пропускной способности (хотя и с повышением безопасности). Это связано с тем, что CBTC работает с меньшей уверенностью в позиционировании, чем человеческое зрение, а также с большим запасом на ошибку, поскольку при проектировании применяются наихудшие параметры поезда (например, гарантированная скорость экстренного торможения по сравнению с номинальной скоростью торможения). Например, внедрение CBTC в троллейбусном туннеле в центре Филадельфии.первоначально привело к заметному увеличению времени в пути и соответствующему снижению грузоподъемности по сравнению с незащищенным ручным управлением. Это было смещение, чтобы окончательно искоренить столкновения транспортных средств, которых невозможно избежать при вождении на месте, и демонстрирует обычные конфликты между эксплуатацией и безопасностью.

Архитектура [ править ]

Типичная архитектура современной системы CBTC состоит из следующих основных подсистем:

1. Придорожное оборудование , которое включает в себя блокировку и подсистемы, контролирующие каждую зону в линии или сети (обычно содержащее придорожные функции ATP и ATO ). В зависимости от поставщиков архитектуры могут быть централизованными или распределенными. Управление системой осуществляется центральным командным ATS , хотя локальные подсистемы управления также могут быть включены в качестве запасного варианта.
2. Бортовое оборудование CBTC , включая подсистемы ATP и ATO в транспортных средствах.
3. Подсистема придорожной связи поездов , в настоящее время основанная на радиосвязи .

Таким образом, хотя архитектура CBTC всегда зависит от поставщика и его технического подхода, в типичной архитектуре CBTC обычно можно найти следующие логические компоненты:

• Бортовая система ETCS . Эта подсистема отвечает за непрерывный контроль скорости поезда в соответствии с профилем безопасности и за применение тормоза, если это необходимо. Он также отвечает за связь с придорожной подсистемой ATP для обмена информацией, необходимой для безопасной работы (отправка информации о скорости и тормозном пути, а также получение ограничений на движение для безопасной работы).
• Бортовая система АТО . Он отвечает за автоматический контроль тягового усилия и тормозного усилия, чтобы удерживать поезд ниже порога, установленного подсистемой ATP. Его основная задача - либо облегчить работу машиниста или сопровождающего, либо даже управлять поездом в полностью автоматическом режиме с соблюдением целей регулирования движения и комфорта пассажиров. Это также позволяет выбирать различные стратегии автоматического вождения, чтобы адаптировать время работы или даже снизить потребление энергии.
• Система Wayside ETCS . Эта подсистема берет на себя управление всеми коммуникациями с поездами в своем районе. Кроме того, он рассчитывает пределы полномочий движения, которые должен соблюдать каждый поезд при работе в указанной зоне. Поэтому эта задача имеет решающее значение для безопасности эксплуатации.
• Придорожная система АТО . Он отвечает за контроль назначения и цели регулирования каждого поезда. Функция придорожного ATO предоставляет всем поездам в системе их пункт назначения, а также другие данные, такие как время простоя на станциях. Кроме того, он также может выполнять вспомогательные задачи, не связанные с безопасностью, включая, например, передачу сигналов тревоги / событий и управление ими или обработку команд станции пропуска / удержания.
• Система связи . Системы CBTC объединяют цифровую сетевую радиосистему с помощью антенн или излучающего фидерного кабеля для двунаправленной связи между путевым оборудованием и поездами. 2,4 ГГц полоса обычно используется в этих системах ( такой же , как Wi - Fi ), хотя другие альтернативные частоты , такие как 900 МГц ( США ), 5,8 ГГц или другие лицензированные полосы могут быть использованы также.
• Система ATS . Система ATS обычно интегрируется в большинство решений CBTC. Его основная задача - действовать как интерфейс между оператором и системой, управляя трафиком в соответствии с конкретными критериями регулирования. Другие задачи могут включать в себя управление событиями и тревогами, а также работу в качестве интерфейса с внешними системами.
• Система блокировки . При необходимости в качестве независимой подсистемы (например, в качестве резервной системы) она будет отвечать за жизненно важный контроль над путевыми объектами, такими как переключатели или сигналы , а также за другие связанные функции. В случае более простых сетей или линий функциональные возможности блокировки могут быть интегрированы в придорожную систему ATP.

Проекты [ править ]

Технология CBTC успешно реализована (и реализуется) для различных приложений, как показано на рисунке ниже (середина 2011 г.). Они варьируются от некоторых реализаций с коротким путем, ограниченным количеством транспортных средств и несколькими режимами работы (например, APM в аэропортах в Сан-Франциско или Вашингтоне ) до сложных наложений на существующие железнодорожные сети, перевозящие более миллиона пассажиров каждый день и с более чем 100 поезда (такие как линии 1 и 6 в Мадриде метро , линия 3 в Шэньчжэнь метро , некоторые линии в Париже метро , метро Нью - Йорка и Пекина метро или сети подповерхностных в лондонском метро). ^[17]

Несмотря на трудности, в приведенной ниже таблице делается попытка обобщить и указать основные радиосистемы CBTC, развернутые по всему миру, а также те текущие проекты, которые разрабатываются. Кроме того, в таблице проводится различие между реализациями, выполненными над существующими и действующими системами ( brownfield ), и теми, которые были предприняты на совершенно новых линиях ( Greenfield ).

Список [ править ]

Этот раздел необходимо обновить . Обновите эту статью, чтобы отразить недавние события или новую доступную информацию. ( Июль 2018 г. )

Этот список можно сортировать, и изначально он отсортирован по годам. Щелкните значок справа от заголовка столбца, чтобы изменить ключ сортировки и порядок сортировки.

Примечания и ссылки [ править ]

Примечания [ править ]

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]