Автоматическое управление поездом ( ATC ) — это общий класс систем защиты поездов для железных дорог , который включает механизм управления скоростью в ответ на внешние входные сигналы. Например, система может осуществлять экстренное торможение, если машинист не реагирует на сигнал при опасности. Системы ATC, как правило, интегрируют различные технологии сигнализации кабины и используют более детализированные шаблоны замедления вместо жестких остановок, встречающихся в более старой технологии автоматической остановки поезда (ATS). ATC также может использоваться с автоматическим управлением поездом (ATO) и обычно считается критически важной для безопасности частью железнодорожной системы.
С течением времени существовало множество различных систем безопасности, называемых «автоматическим управлением поездом». Первый экспериментальный аппарат был установлен на ветке Хенли в январе 1906 года компанией Great Western Railway , [1] [2] хотя сейчас его называли бы автоматической системой оповещения (AWS), поскольку машинист сохранял полное управление торможением. Этот термин особенно распространен в Японии , где ATC используется на всех линиях Shinkansen (поезд-пуля), а также на некоторых обычных железнодорожных линиях и линиях метро в качестве замены ATS.
В отчете об аварии в Кальюбе 2006 года упоминается система УВД. [3]
В 2017 году компания Huawei заключила контракт на установку GSM-R, частично для предоставления услуг связи для автоматических систем безопасности поездов. [4]
В Японии система автоматического управления поездом (ATC) была разработана для высокоскоростных поездов, таких как Shinkansen , которые движутся так быстро, что у машиниста почти нет времени, чтобы распознать сигналы на путях. Хотя система ATC посылает сигналы AF, несущие информацию об ограничении скорости для определенного участка пути по рельсовой цепи . Когда эти сигналы принимаются на борту, текущая скорость поезда сравнивается с ограничением скорости, и тормоза автоматически применяются, если поезд движется слишком быстро. Тормоза отпускаются, как только поезд замедляется ниже ограничения скорости. Эта система обеспечивает более высокую степень безопасности, предотвращая столкновения, которые могут быть вызваны ошибкой машиниста, поэтому она также была установлена на интенсивно используемых линиях, таких как линия Яманотэ в Токио и некоторые линии метро. [5]
Хотя ATC автоматически применяет тормоза, когда скорость поезда превышает ограничение скорости, она не может контролировать мощность двигателя или положение остановки поезда при въезде на станции. Однако система автоматического управления поездом (ATO) может автоматически контролировать отправление со станций, скорость между станциями и положение остановки на станциях. Она установлена в некоторых метрополитенах. [5]
Однако у ATC есть три недостатка. Во-первых, интервал не может быть увеличен из-за времени холостого хода между отпусканием тормозов на одном пределе скорости и применением тормозов на следующем более медленном пределе скорости. Во-вторых, тормоза применяются, когда поезд достигает максимальной скорости, что означает снижение комфорта езды. В-третьих, если оператор хочет запустить более быстрые поезда на линии, все соответствующее путевое и бортовое оборудование должно быть сначала заменено. [5]
Были использованы следующие аналоговые системы:
Цифровая система ATC использует рельсовые цепи для обнаружения наличия поезда на участке, а затем передает цифровые данные с путевого оборудования на поезд о номерах рельсовых цепей, количестве свободных участков (рельсовых цепей) до следующего впереди поезда и платформе, 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. Бортовая память также сохраняет данные об уклонах пути и ограничениях скорости на кривых и стрелках. Все эти данные составляют основу для решений ATC при управлении рабочими тормозами и остановке поезда. [5]
В цифровой системе ATC схема движения создает определяет кривую торможения для остановки поезда до того, как он въедет на следующий участок пути впереди, занятый другим поездом. Сигнализация раздается, когда поезд приближается к схеме торможения, и тормоза применяются при превышении схемы торможения. Сначала тормоза применяются легко, чтобы обеспечить лучший комфорт езды, а затем сильнее, пока не будет достигнуто оптимальное замедление. Тормоза применяются легче, когда скорость поезда падает до установленной скорости ниже предельной скорости. Регулирование тормозного усилия таким образом позволяет поезду замедляться в соответствии с схемой торможения, обеспечивая при этом комфорт езды. [5]
Существует также схема экстренного торможения за пределами обычной схемы торможения, и система ATC 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 управления движением подвижных блоков , похожая на CBTC , разработанная RTRI и впервые внедренная JR East на линии Сенсеки в 2011 году, затем на линии Сайкё в 2017 году [6] и на линии Коуми в 2020 году [7]. Она считается японским эквивалентом ETCS уровня 3. [ 8]
На нескольких линиях метро в Южной Корее используется ATC, в некоторых случаях дополненный ATO.
Все линии используют ATC. Все линии улучшены с помощью ATO.
За исключением линий 1 и 2 (только вагоны MELCO), на всех линиях используется ATC. На линии 2 (вагоны VVVF), линиях 5, 6, 7 и 8 системы ATC улучшены с помощью ATO.
Система ATC Дании (официально обозначенная как ZUB 123 ) отличается от систем соседних стран. [9] С 1978 по 1987 год в Дании испытывалась шведская система ATC, а между 1986 и 1988 годами была внедрена новая система ATC, разработанная Siemens. В результате железнодорожной катастрофы в Сорё , которая произошла в апреле 1988 года, новая система постепенно устанавливалась на всех датских основных линиях с начала 1990-х годов. Некоторые поезда (например, те, что используются на линии Øresundståg , и некоторые поезда X 2000 ) имеют как датскую, так и шведскую системы, [9] в то время как другие (например, десять поездов ICE-TD ) оснащены как датской, так и немецкой системами. В настоящее время датская железнодорожная инфраструктурная компания Banedanmark считает систему ZUB 123 устаревшей, и ожидается, что вся датская железнодорожная сеть будет переведена на систему ETCS уровня 2 к 2030 году.
Однако система ZUB 123 не используется в пригородной сети S-train Копенгагена , где с 1975 по 2022 год использовалась другая, несовместимая система безопасности под названием HKT (da:Hastighedskontrol og togstop) , а также на линии Hornbæk , где используется гораздо более упрощенная система ATP, введенная в 2000 году. Все вышеупомянутые системы постепенно заменяются современным и всемирным стандартом сигнализации CBTC с 2024 года. [10]
Bane NOR — норвежское правительственное агентство по железнодорожной инфраструктуре — использует шведскую систему ATC. Поэтому поезда обычно могут пересекать границу без специальной модификации. [11] Однако, в отличие от Швеции, система ATC, используемая в Норвегии, различает частичную ATC ( delvis ATC , DATC), которая гарантирует остановку поезда при проезде красного сигнала, и полную ATC (FATC), которая, помимо предотвращения проезда красных сигналов, также гарантирует, что поезд не превысит максимально допустимую скорость. На железнодорожной линии в Норвегии может быть установлена либо DATC, либо FATC, но не обе одновременно.
ATC впервые была опробована в Норвегии в 1979 году после катастрофы поезда Tretten , вызванной сигналом, переданным при опасности (SPAD), произошедшей четырьмя годами ранее. DATC была впервые реализована на участке Oslo S - Dombås - Trondheim - Grong между 1983 и 1994 годами, а FATC была впервые реализована на линии Ofoten в 1993 году. Высокоскоростная линия Gardermoen имела FATC с момента ее открытия в 1998 году. После аварии Åsta, произошедшей в 2000 году, внедрение DATC на линии Røros было ускорено, и она начала работать в 2001 году.
В Швеции разработка ATC началась в 1960-х годах (ATC-1) и была официально введена в начале 1980-х годов вместе с высокоскоростными поездами (ATC-2/Ansaldo L10000). [12] По состоянию на 2008 год, 9 831 км из 11 904 км путей, обслуживаемых Шведской транспортной администрацией — шведским агентством, ответственным за железнодорожную инфраструктуру — имели установленную ATC-2. [13] Однако, поскольку ATC-2, как правило, несовместима с ERTMS / ETCS (как в случае с линией Ботния , которая является первой железнодорожной линией в Швеции, использующей исключительно ERTMS / ETCS), и с целью Trafikverket в конечном итоге заменить ATC-2 на 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 Great Western Railway в Великобритании разработала систему, известную как «автоматическое управление поездом». В современной терминологии GWR ATC классифицируется как автоматическая система оповещения (AWS). Это была система прерывистой защиты поезда, которая полагалась на электрически запитанный (или не запитанный) рельс между и выше ходовых рельсов. Этот рельс имел наклон на каждом конце и был известен как рампа ATC и соприкасался с башмаком на нижней стороне проходящего локомотива.
Пандусы были предусмотрены на дальних сигналах . Развитие конструкции, предназначенной для использования на стоп-сигналах, так и не было реализовано.
Если сигнал, связанный с пандусом, был на сигнале «осторожно», пандус не будет активирован. Пандус поднимет башмак проходящего локомотива и запустит последовательность таймера, одновременно издавая звуковой сигнал на подножке. Если машинист не подтвердит это предупреждение в течение заданного времени, будут задействованы тормоза поезда. В ходе испытаний GWR продемонстрировала эффективность этой системы, отправив экспресс-поезд на полной скорости мимо дальнего сигнала «осторожно». Поезд был благополучно доставлен на стоянку до достижения сигнала «дом».
Если сигнал, связанный с пандусом, был чистым, пандус был запитан. Запитанный пандус поднимал башмак проходящего локомотива и вызывал звон колокола на подножке.
Если система выйдет из строя, то башмак останется без питания, в состоянии «осторожно»; следовательно, он выйдет из строя в безопасном состоянии , что является основополагающим требованием ко всему защитному оборудованию. [14]
К 1908 году система была внедрена на всех основных линиях GWR, включая Паддингтон — Рединг. [14] Система использовалась до 1970-х годов, когда ее заменила Автоматическая система оповещения British Rail (AWS).
Начиная с 2017 года, Комиссия по транзиту Торонто начала внедрение ATC на линии 1 Yonge–University стоимостью 562,3 млн долларов. Заключив контракт с Alstom в 2009 году, TTC сможет сократить интервал между поездами на линии 1 в часы пик и увеличить количество поездов, работающих на линии 1. [15] Однако работа не начнется до поставки совершенно новых поездов с совместимостью с ATC и вывода из эксплуатации старого подвижного состава , который не был совместим с новой системой. ATC вводилась поэтапно, начиная с испытания 4 ноября 2017 года во время регулярного обслуживания между станциями Dupont и Yorkdale . Впервые она была введена на постоянной основе с открытием расширения метро Toronto–York Spadina 17 декабря 2017 года между станциями Vaughan и Sheppard West . [16] [17] Внедрение системы на оставшейся части линии было выполнено во время выходных и ночных работ, когда метро закрывалось. Были задержки в проекте, при этом сроки полного преобразования линии 1 несколько раз переносились до 2022 года. [18] Преобразование ATC было завершено на станции Finch 24 сентября 2022 года. [17] Преобразование всей линии 1 в ATC потребовало установки 2000 маяков, 256 сигналов и более миллиона футов кабеля. [ 17] ATC также планируется использовать на скоро открывающейся линии 5 Eglinton , однако, в отличие от линии 1, система на линии 5 будет поставляться Bombardier Transportation с использованием ее технологии Cityflo 650 . [19] TTC планирует в будущем переоборудовать линию 2 Bloor-Danforth и линию 4 Sheppard в ATC, при условии наличия финансирования и возможности заменить текущий парк несовместимых с ATC поездов на линии 2 поездами, совместимыми с ATC, с предполагаемой датой завершения к 2030 году. [20]
Системы ATC в Соединенных Штатах почти всегда интегрированы с существующими системами непрерывной сигнализации кабины . ATC исходит от электроники в локомотиве, которая реализует некоторую форму управления скоростью на основе входных данных системы сигнализации кабины. [21] Если скорость поезда превышает максимально допустимую скорость для этого участка пути, в кабине звучит сигнал тревоги о превышении скорости. Если машинист не снижает скорость и/или не применяет тормоза для снижения скорости, автоматически применяется штрафное торможение. [21] Из-за более чувствительных проблем с управлением и контролем североамериканских грузовых поездов ATC применяется почти исключительно к пассажирским локомотивам как в междугороднем, так и в пригородном сообщении, причем грузовые поезда используют сигналы кабины без управления скоростью. Некоторые пассажирские железные дороги с большим объемом перевозок, такие как Amtrak , Metro North и Long Island Rail Road, требуют использования управления скоростью на грузовых поездах, которые работают по всем или части их систем. [21]
Хотя технология сигнализации и контроля скорости в кабинах существовала с 1920-х годов, принятие ATC стало проблемой только после ряда серьезных аварий несколько десятилетий спустя. Железная дорога Лонг-Айленда внедрила свою систему автоматического контроля скорости на своей территории сигнализации в 1950-х годах после пары смертельных случаев, вызванных игнорированием сигналов. После катастрофы на подъемном мосту в заливе Ньюарк штат Нью-Джерси законодательно узаконил использование контроля скорости на всех основных операторах пассажирских поездов в пределах штата. Хотя контроль скорости используется на многих пассажирских линиях в Соединенных Штатах, в большинстве случаев он был принят добровольно железными дорогами, которым принадлежат линии.
Только три грузовые железные дороги, Union Pacific , Florida East Coast и CSX Transportation , приняли какую-либо форму ATC в своих собственных сетях. Системы как на FEC, так и на CSX работают в сочетании с импульсно-кодовыми сигналами кабины , которые в случае CSX были унаследованы от железной дороги Richmond, Fredericksburg and Potomac на ее единственной главной линии. Union Pacific была унаследована на участках Чикагской и Северо -Западной главной линии с востока на запад и работает в сочетании с ранней двухсторонней системой сигнализации кабины, разработанной для использования с ATC. На CSX и FEC более ограничивающие изменения сигналов кабины требуют от машиниста инициировать минимальное применение тормозов или столкнуться с более строгим применением штрафа, которое приведет к остановке поезда. Ни одна из систем не требует явного контроля скорости или соблюдения кривой торможения. [22] Система Union Pacific требует немедленного применения тормозов, которые не могут быть отпущены, пока скорость поезда не будет снижена до 40 миль в час (64 км/ч) (для любого поезда, движущегося выше этой скорости). Затем скорость поезда должна быть снижена до значения не более 20 миль в час (32 км/ч) в течение 70 секунд после первоначального отключения сигнала кабины. Неприменение тормозов для этих снижений скорости приведет к применению штрафа. [23]
Все три системы ATC для грузовых перевозок предоставляют машинисту определенную степень свободы в применении тормозов безопасным и надлежащим образом, поскольку неправильное торможение может привести к сходу с рельсов или потере управления. Ни одна из систем не эффективна в сложных или горных условиях.