Автоматическое управление поездами ( УВД ) — это общий класс систем защиты поездов на железных дорогах , который включает в себя механизм управления скоростью в ответ на внешние воздействия. Например, система может активировать экстренное торможение, если водитель не реагирует на сигнал об опасности. Системы УВД, как правило, объединяют различные технологии сигнализации в кабине и используют более детальные схемы замедления вместо жестких остановок, которые использовались в старой технологии автоматической остановки поезда (ATS). УВД также может использоваться при автоматическом управлении поездами (АТО) и обычно считается критически важной с точки зрения безопасности частью железнодорожной системы.
Со временем появилось множество различных систем безопасности, называемых «автоматическим управлением поездом». Первое экспериментальное устройство было установлено на ветке Хенли в январе 1906 года на Великой Западной железной дороге [1] [2] , хотя теперь оно будет называться автоматической системой предупреждения (AWS), поскольку водитель сохранял полную команду торможения. Этот термин особенно распространен в Японии , где ATC используется на всех линиях Синкансэн (скоростной поезд), а также на некоторых обычных железнодорожных линиях и линиях метро в качестве замены ATS.
В отчете об аварии в Кальюбе в 2006 году упоминается система УВД. [3]
В 2017 году с компанией Huawei был заключен контракт на установку GSM-R частично для предоставления услуг связи автоматическим системам защиты поездов. [4]
В Японии система автоматического управления поездом (ATC) была разработана для высокоскоростных поездов, таких как Синкансэн , которые движутся так быстро, что у машиниста почти нет времени на подтверждение сигналов на пути. Хотя система УВД посылает сигналы AF, несущие информацию об ограничении скорости для конкретного участка пути по рельсовой цепи . Когда эти сигналы поступают на борт, текущая скорость поезда сравнивается с предельной скоростью, и тормоза включаются автоматически, если поезд движется слишком быстро. Тормоза отпускаются, как только поезд замедляется ниже разрешенной скорости. Эта система обеспечивает более высокий уровень безопасности, предотвращая столкновения, которые могут быть вызваны ошибкой водителя, поэтому ее также устанавливают на интенсивно используемых линиях, таких как линия Яманотэ в Токио и на некоторых линиях метро. [5]
Хотя система УВД автоматически задействует тормоза, когда скорость поезда превышает ограничение скорости, она не может контролировать мощность двигателя или положение остановки поезда при подъезде к станциям. Однако система автоматического управления поездами (АТО) может автоматически контролировать отправление со станций, скорость между станциями и положение остановок на станциях. Его установили в некоторых метрополитенах. [5]
Однако у ATC есть три недостатка. Во-первых, интервал нельзя увеличить из-за времени работы на холостом ходу между отпусканием тормозов на одном пределе скорости и применением тормозов на следующем, более медленном пределе скорости. Во-вторых, тормоза срабатывают, когда поезд достигает максимальной скорости, что означает снижение комфорта при поездке. В-третьих, если оператор хочет запустить на линии более быстрые поезда, сначала необходимо заменить все соответствующее придорожное и бортовое оборудование. [5]
Использовались следующие аналоговые системы:
Цифровая система УВД использует рельсовые цепи для обнаружения присутствия поезда на участке и затем передает поезду цифровые данные от припутного оборудования о номерах рельсовых цепей, количестве свободных участков (путевых цепей) следующему впереди поезду, и платформа, на которую прибудет поезд. Полученные данные сравниваются с данными о номерах рельсовых цепей, сохраненными в бортовой памяти поезда, и вычисляется расстояние до следующего впереди поезда. Встроенная память также сохраняет данные об уклонах трассы и ограничениях скорости на поворотах и точках. Все эти данные составляют основу решений диспетчера УВД при управлении рабочими тормозами и остановке поезда. [5]
В цифровой системе УВД создаваемая схема движения определяет кривую торможения для остановки поезда до того, как он войдет на следующий участок пути впереди, занятый другим поездом. Когда поезд приближается к схеме торможения, звучит сигнал тревоги, а при превышении схемы торможения включаются тормоза. Тормоза сначала нажимаются слегка, чтобы обеспечить больший комфорт езды, а затем сильнее, пока не будет достигнуто оптимальное замедление. Тормоза срабатывают легче, когда скорость поезда падает до установленной скорости ниже предельной скорости. Такое регулирование тормозной силы позволяет поезду замедляться в соответствии со схемой торможения, обеспечивая при этом комфорт езды. [5]
Существует также схема экстренного торможения, выходящая за рамки обычной схемы торможения, и система УВД применяет экстренное торможение, если скорость поезда превышает эту схему экстренного торможения. [5]
Цифровая система УВД имеет ряд преимуществ:
На сегодняшний день используются следующие цифровые системы УВД:
ATACS — это система УВД с подвижным блоком , аналогичная CBTC , разработанная RTRI и впервые внедренная компанией JR East на линии Сэнсэки в 2011 году, за ней последовали линия Сайкё в 2017 году [6] и линия Коуми в 2020 году. [7] Это считается японским эквивалентом ETCS Level 3 . [8]
На нескольких линиях метро в Южной Корее используется система ATC, в некоторых случаях дополненная ATO.
Все линии используют УВД. Все линии усилены ATO.
За исключением линий 1 и 2 (только автомобили MELCO), на всех линиях используется система УВД. Системы УВД линий 2 (вагоны ВВВФ), вагонов 5, 6, 7 и 8 оснащены усовершенствованными системами УВД с помощью ATO.
Система УВД Дании (официальное обозначение ZUB 123 ) отличается от системы ее соседей. [9] С 1978 по 1987 год шведская система УВД проходила испытания в Дании, а в период с 1986 по 1988 год была внедрена новая система УВД, разработанная Siemens . В результате железнодорожной катастрофы в Сорё , произошедшей в апреле 1988 года, новая система была с начала 1990-х годов постепенно устанавливается на всех магистральных линиях Дании. Некоторые поезда (например, поезда Эресуннстог и некоторые поезда X 2000 ) оснащены как датской, так и шведской системами, [9] в то время как другие (например, десять поездов ICE-TD ) оснащены как датской, так и немецкой системой. системы. Система ZUB 123 в настоящее время считается устаревшей датской железнодорожной инфраструктурной компанией Banedanmark , и ожидается, что вся датская железнодорожная сеть будет переведена на ETCS Level 2 к 2030 году.
Однако система ZUB 123 не используется в пригородной сети S-поездов Копенгагена , где в 1975–2022 годах использовалась другая несовместимая система безопасности под названием HKT (da: Hastighedskotrol og togstop) , а также на линии Хорнбек , которая использует гораздо более упрощенную систему ATP, представленную в 2000 году. Все вышеупомянутые системы постепенно заменяются современным мировым стандартом сигнализации CBTC с 2024 года. [10]
Bane NOR — норвежское правительственное агентство по железнодорожной инфраструктуре — использует шведскую систему УВД. Таким образом, поезда обычно могут пересекать границу без каких-либо специальных модификаций. [11] Однако, в отличие от Швеции, система УВД, используемая в Норвегии, различает частичное УВД ( delvis ATC , DATC), которое гарантирует, что поезд останавливается при прохождении красного сигнала, и полное УВД (FATC), которое, кроме того, Чтобы предотвратить превышение красного сигнала, также гарантирует, что поезд не превысит максимально разрешенную скорость. На железнодорожной линии в Норвегии может быть установлен либо DATC, либо FATC, но не оба одновременно.
Впервые система УВД была опробована в Норвегии в 1979 году, после того как четырьмя годами ранее произошла катастрофа поезда Треттен , вызванная сигналом об опасности (SPAD). Впервые DATC был реализован на участке Осло S – Домбос – Тронхейм – Гронг в период с 1983 по 1994 год, а FATC был впервые реализован на линии Офотен в 1993 году. На высокоскоростной линии Гардермуэн система FATC действует с момента ее открытия в 1998 году. После Осты авария произошла в 2000 году, внедрение DATC на линии Рёрус было ускорено, и она была введена в эксплуатацию в 2001 году.
В Швеции разработка УВД началась в 1960-х годах (АТС-1) и официально была введена в начале 1980-х годов вместе с высокоскоростными поездами (АТС-2/Ansaldo L10000). [12] По состоянию на 2008 год на 9 831 км из 11 904 км путей, обслуживаемых Шведской транспортной администрацией — шведским агентством, ответственным за железнодорожную инфраструктуру, — было установлено ATC-2. [13] Однако, поскольку ATC-2, как правило, несовместим с ERTMS / ETCS (как в случае с Ботнической линией , которая является первой железнодорожной линией в Швеции, использующей исключительно ERTMS/ETCS), и с целью Trafikverket в конечном итоге заменить ATC-2 с ERTMS/ETCS в течение следующих нескольких десятилетий был разработан специальный модуль передачи (STM) для автоматического переключения между ATC-2 и ERTMS/ETCS.
В 1906 году Великая Западная железная дорога в Великобритании разработала систему, известную как «автоматическое управление поездом». В современной терминологии GWR ATC классифицируется как система автоматического оповещения (САС). Это была прерывистая система защиты поездов, которая основывалась на рельсе под напряжением (или обесточенном) между ходовыми рельсами и выше них. Этот рельс имел наклон на каждом конце и был известен как пандус УВД и контактировал с башмаком на нижней стороне проезжающего локомотива.
Пандусы были предусмотрены на дальних сигналах . Разработка конструкции, предназначенной для использования на стоп-сигналах, так и не была реализована.
Если бы сигнал, связанный с рампой, был предупреждающим, на рампу не подавалось бы питание. Пандус поднимал башмак проходящего локомотива и запускал таймер, одновременно подавая звуковой сигнал на подножке. Если машинист не подтвердит это предупреждение в течение заданного времени, поезд затормозится. В ходе испытаний GWR продемонстрировал эффективность этой системы, отправив экспресс на полной скорости мимо удаленного сигнала предупреждения. Поезд благополучно остановился, не дойдя до сигнала «домой».
Если сигнал, связанный с рампой, был чистым, на рампу было подано питание. Пандус под напряжением поднимал башмак проходящего локомотива и вызывал звуковой сигнал на подножке.
Если система выйдет из строя, башмак останется обесточенным, говорится в предупреждении; поэтому оно не обеспечило безопасность , что является фундаментальным требованием ко всему защитному оборудованию. [14]
К 1908 году система была внедрена на всех основных линиях GWR, включая Паддингтон и Ридинг. [14] Система использовалась до 1970-х годов, когда она была заменена автоматической системой предупреждения British Rail (AWS).
Начиная с 2017 года Транзитная комиссия Торонто начала внедрение УВД на линии 1 Йонг – Университет стоимостью 562,3 миллиона долларов. Заключив контракт с Alstom в 2009 году, TTC сможет сократить интервал между поездами на линии 1 в часы пик и позволить увеличить количество поездов, курсирующих на линии 1. [15] Однако работы не начнутся до тех пор, пока поставка совершенно новых поездов, совместимых с УВД, и вывод из эксплуатации старого подвижного состава , несовместимого с новой системой. УВД вводилось поэтапно, начиная с испытаний 4 ноября 2017 года во время регулярного сообщения между станциями Дюпон и Йоркдейл . Впервые он был введен на постоянной основе с открытием продолжения метро Торонто-Йорк Spadina 17 декабря 2017 года между станциями Vaughan и Sheppard West . [16] [17] Внедрение системы на оставшейся части линии осуществлялось во время закрытия выходных и работы в ночное время, когда закрывалось метро. Реализация проекта задерживалась: сроки полного преобразования линии 1 несколько раз переносились до 2022 года. [18] Преобразование УВД на станцию Финч было завершено 24 сентября 2022 года. [17] Требуется преобразование всей линии 1 в УВД. установка 2000 маяков, 256 сигналов и более миллиона футов кабеля. [17] УВД также планируется использовать на линии 5 «Эглинтон» , которая вскоре откроется , однако, в отличие от линии 1, система на линии 5 будет поставлена компанией Bombardier Transportation с использованием технологии Cityflo 650 . [19] TTC планирует в будущем преобразовать линию 2 «Блур-Данфорт» и линию 4 «Шеппард» в систему УВД при условии наличия финансирования и возможности заменить текущий парк, не совместимый с УВД, на линии 2 поездами, которые, по оценкам, срок завершения к 2030 году. [20]
Системы УВД в США почти всегда интегрированы с существующими системами непрерывной сигнализации в кабине . УВД происходит от электроники локомотива, которая реализует некоторую форму контроля скорости на основе входных сигналов системы сигнализации кабины. [21] Если скорость поезда превышает максимальную скорость, разрешенную для данного участка пути, в кабине звучит сигнал превышения скорости. Если инженеру не удается снизить скорость и/или затормозить для снижения скорости, автоматически производится штрафное торможение. [21] Из-за более чувствительных проблем с управлением и контролем грузовых поездов Северной Америки, УВД почти исключительно применяется к пассажирским локомотивам как в междугороднем, так и в пригородном сообщении, причем грузовые поезда используют сигналы кабины без контроля скорости. Некоторые пассажирские железные дороги с большим объемом перевозок, такие как Amtrak , Metro North и Long Island Rail Road, требуют использования контроля скорости на грузовых поездах, которые курсируют по всем или части их систем. [21]
Хотя технология сигнализации в кабине и контроля скорости существует с 1920-х годов, внедрение УВД стало проблемой только после ряда серьезных аварий, произошедших несколько десятилетий спустя. Железная дорога Лонг-Айленда внедрила систему автоматического контроля скорости на территории, где сигнализируют кабины, в 1950-х годах после пары смертельных аварий, вызванных игнорированием сигналов. После катастрофы на подъемном мосту в заливе Ньюарк штат Нью-Джерси законодательно разрешил использование контроля скорости всем крупным операторам пассажирских поездов в штате. Хотя контроль скорости используется на многих пассажирских линиях в Соединенных Штатах, в большинстве случаев он был принят добровольно железными дорогами, владеющими линиями.
Только три грузовые железные дороги, Union Pacific , Florida East Coast и CSX Transportation , внедрили какую-либо форму УВД в своих собственных сетях. Системы как на FEC, так и на CSX работают совместно с сигналами кабины с импульсным кодом , которые в случае CSX были унаследованы от железной дороги Ричмонд, Фредериксбург и Потомак на ее единственной магистральной линии. Система Union Pacific была унаследована на участках главной линии восток-запад Чикаго и Северо-запада и работает в сочетании с ранней двухсторонней системой сигнализации в кабине, разработанной для использования с УВД. На CSX и FEC более строгие изменения сигналов кабины требуют, чтобы машинист инициировал минимальное торможение, иначе ему грозит более суровое наказание, которое приведет к остановке поезда. Ни одна из систем не требует явного контроля скорости или соблюдения кривой торможения. [22] Система Union Pacific требует немедленного торможения, которое нельзя отпустить до тех пор, пока скорость поезда не снизится до 40 миль в час (64 км/ч) (для любого поезда, движущегося со скоростью выше этой скорости). Затем скорость поезда необходимо дополнительно снизить до не более 20 миль в час (32 км/ч) в течение 70 секунд после первоначального пропадания сигнала в кабине. Неиспользование тормозов при таком снижении скорости приведет к наложению штрафа. [23]
Все три системы УВД для грузовых перевозок предоставляют инженеру определенную свободу действий в безопасном и правильном торможении, поскольку неправильное торможение может привести к сходу с рельсов или сходу с рельсов. Ни одна из систем не работает на труднопроходимой или гористой местности.