Системы блокировки сигнализации обеспечивают безопасную и эффективную работу железных дорог , предотвращая столкновения поездов. Основной принцип заключается в том, что трек разбивается на ряд разделов или «блоков». Только один поезд может одновременно занимать блок [1] , а размеры блоков позволяют поезду остановиться внутри них. [2] Это гарантирует, что поезд всегда успеет остановиться, прежде чем окажется в опасной близости от другого поезда на той же линии. Блочная система в Великобритании называется методом работы , в США — методом работы , а в Австралии — безопасным трудом .
В большинстве ситуаций для контроля прохождения поездов между блоками используется система сигналов . Когда поезд входит в блок, сигналы на обоих концах меняются, указывая на то, что блок занят, обычно с использованием красных ламп или индикаторных флажков. Когда поезд впервые въезжает в блок, задняя часть того же поезда еще не покинула предыдущий блок, поэтому оба блока помечаются как занятые. Это гарантирует, что на каждом конце поезда, который помечен как занятый, будет чуть меньше одного блока длиной, поэтому у любого другого поезда, приближающегося к этому участку, будет достаточно места, чтобы вовремя остановиться, даже если первый поезд остановился на путях. Ранее занятый блок будет помечен как незанятый только тогда, когда конец поезда полностью покинет его, оставив весь блок свободным.
Блочные системы имеют тот недостаток, что они ограничивают количество поездов на определенном маршруте до значения, меньшего, чем количество блоков. Поскольку маршрут имеет фиксированную длину, увеличение количества поездов требует создания большего количества блоков, а это означает, что блоки становятся короче, и поездам приходится двигаться с более низкой скоростью, чтобы безопасно остановиться. [a] В результате количество и размер блоков тесно связаны с общей пропускной способностью маршрута и не могут быть легко изменены, поскольку потребуются дорогостоящие изменения сигналов вдоль линии.
Блочные системы используются для управления поездами между станциями и станциями, но обычно не внутри станций, где используется какой-либо другой метод. Любая блочная система определяется связанным с ней физическим оборудованием и применением соответствующего набора правил. Некоторые системы предполагают использование сигналов , а другие — нет. Некоторые системы специально разработаны для однопутных железных дорог, на которых существует опасность как лобового, так и заднего столкновения, в отличие от двухпутных , на которых основная опасность заключается в наездах сзади.
Основной проблемой управления поездом является невозможность изменения курса и относительно большой тормозной путь груженого поезда. Часто это намного дольше, чем зрение оператора, особенно ночью или в плохую погоду. Расстояния настолько велики, что местный рельеф может затруднить наблюдение за идущими впереди поездами, и даже расположение рельсов, поворотов и т. д. может затруднить даже определение того, где искать другой поезд.
Это приводит к тому, что поезд может сломаться на путях, и следующий поезд неожиданно наткнется на него при повороте или вдруг увидит его задний сигнальный фонарь. В таких ситуациях поезду не хватит места, чтобы остановиться до столкновения. Это известно как «критерий кирпичной стены». Даже в случае двух полностью работающих поездов разница в скорости может быть настолько велика, что более быстрый поезд может не успеть замедлиться, чтобы соответствовать скорости идущего впереди, прежде чем он врежется в него.
Блоки позволяют избежать этих проблем, обеспечивая определенное минимальное расстояние между поездами, расстояние, которое устанавливается для того, чтобы любой поезд, движущийся в пределах скорости и нагрузки, имел время остановиться, прежде чем достигнет поезда, идущего впереди него. Существует множество способов реализации такой системы.
Большинство железнодорожных маршрутов имеют своеобразную блочную планировку, присущую планировке железнодорожных станций . Это обеспечивает возможность реализации набора блоков с использованием ручной сигнализации на основе этих мест. В этом случае оператор станции ставит флажок, указывающий, что поезд только что покинул станцию, и снимает его только через определенное время.
Поезда ходят по строгому расписанию и поэтому не могут покинуть станцию до назначенного времени и до тех пор, пока не прибудут другие поезда, которые они должны были встретить на этой станции. Если один поезд задерживается, то задерживаются все поезда, которые должны встретиться с ним. Это может быстро привести к тому, что будут затронуты все поезда на железной дороге.
Этот метод не разрешен к использованию на многих железнодорожных системах с интенсивным движением транспорта, поскольку он потенциально небезопасен и крайне неэффективен.
Популярная на однопутных линиях в Северной Америке вплоть до 1980-х годов система заказа поездов представляла собой не столько блоковую систему, сколько систему определения того, какие поезда будут иметь право проезда, когда движение поездов вступит в конфликт. Поезда будут использовать заранее определенный план работы, известный как расписание, в котором будут использоваться фиксированные места прохождения, часто называемые станциями. Поправки к оперативному плану будут поступать от диспетчера поездов в виде приказов на поезда, передаваемых поездам через посредников, известных как агенты или операторы на станциях заказа поездов.
Этот метод в настоящее время не разрешен для использования в Великобритании. Похожая система, известная как «Телеграф и порядок пересечения» , использовалась в XIX веке, но после трех серьезных лобовых столкновений в 1870-х годах ( Менхениот , Корнуоллская железная дорога, 1873 г.; Торп , Великая Восточная железная дорога, 1874 г.; Рэдсток , Сомерсет и Дорсет) . Железная дорога, 1876 г.) его использование было осуждено.
В Северной Америке система заказа поездов часто внедрялась поверх других блочных систем, когда эти блочные системы необходимо было заменить. Например, там, где была реализована ручная или автоматическая блокировка, приказы поездам будут использоваться для разрешения движения в занятые блоки против течения движения или там, где течение движения не установлено.
Если однопутная ветка является тупиком с простым маршрутным поездом, то достаточно одного жетона. Машинист любого поезда, въезжающего на ветку (или занимающего любую ее часть), должен иметь жетон, и столкновение с другим поездом невозможно. Для удобства передачи из рук в руки жетон часто имел форму посоха, обычно длиной 800 мм и диаметром 40 мм и именуемый поездным посохом . Такой посох может представлять собой деревянный посох с латунной табличкой с указанием участка линии, на котором он действителен, или может иметь форму ключа.
В британской терминологии этот метод работы изначально назывался One Engine in Steam (OES) .
Современный вариант системы One Train Working работает без участия поездного персонала. На этих линиях разрешение контролируемого сигнала входа в ветку является единственным правом машиниста въехать в ветку, и как только поезд проедет этот сигнал, блокировка будет удерживать его в состоянии «опасности» (и сигнал не может быть снят в следующий раз). до тех пор, пока служебный поезд ветки на обратном пути не будет последовательно эксплуатировать две железнодорожные цепи в начале ветки. Постоянное обнаружение поездов на ветке не требуется. Безопасность обеспечивается схемой блокировки, и в случае выхода из строя рельсовой цепи необходимо вводить специальные аварийные работы лоцмана.
Полномочия на занятие блока предоставляются персоналом поезда путем физического владения жетоном, полученным таким образом, чтобы гарантировать, что на участке пути одновременно находится только один поезд.
Машинист, приближающийся к однопутному участку, получит жетон и использует его как разрешение на въезд в блок-участок. Он сдаст жетон на другом конце секции. Это вызывало проблемы, если за одним поездом должен был следовать другой в том же направлении, поскольку персонал не находился на правильном конце после первого поезда.
Поэтому штат обычных поездов (ОТС) был расширен: если за одним поездом должен был следовать другой в том же направлении, машинисту первого поезда требовалось показать жетон, но не завладеть им (теоретически он должен был физически прикоснуться к жетону, но это строго не соблюдалось). Ему было дано письменное разрешение на вход в однолинейную секцию, называемую билетом . Затем он мог продолжить путь, сдав билет на другом конце участка, и второй поезд мог следовать за персоналом.
Они были двух размеров: большие и миниатюрные.
Полномочия на занятие блока передаются поездам с помощью придорожных сигналов, которыми вручную управляют операторы, следуя различным процедурам для связи с другими блок-станциями для обеспечения разделения поездов.
Используется на нескольких участках пути, при этом движение поездов из одного пункта в другой контролируется приборами, соединенными телеграфными проводами. В простейшем случае с тремя сигнальными будками на участке пути без развязок в центральную из трех будок поступит запрос на прием поезда, сигнальщик выставит соответствующие точки (стрелки) и сигналы и прием сигналов, а затем запросите прием у следующего сигнального ящика на линии. Когда поезд пройдет, сигналы позади него снова будут переведены на опасность, и сигнальщик сообщит следующему сигнальному блоку, когда поезд покинул участок. Эти сообщения передаются телеграфными приборами с клавишей, при нажатии которой звучит звонок в удаленной сигнальной будке. Такие системы, как сигнализация абсолютной блокировки , были разработаны в девятнадцатом веке и до сих пор широко используются в Великобритании и Австралии. [3]
В этой системе занятие данного участка пути между двумя станциями согласовывается между начальниками станций по телефону. Для большей безопасности могут быть дополнительные уровни защиты; например, регулирующий пост с контролирующими полномочиями, подключенными ко всем станциям линии; расписание (Португалия); и/или компьютерная помощь (Франция).
Португалия, Испания и Франция до сих пор используют эту систему, по крайней мере, на некоторых основных линиях, хотя общая длина путей, регулируемых этой системой, быстро сокращается из-за ее трудоемкости и присущей ей кажущейся недостаточной безопасности, поскольку она полагается в первую очередь на человеческое общение. (иногда с участием не только двух начальников станций на каждом конце квартала) и простых железнодорожных узлов на станциях.
В Португалии телефонный блок был основной системой безопасности национальной железнодорожной сети до середины 1990-х годов из-за нехватки ресурсов. Таким образом, он эволюционировал, чтобы попытаться обеспечить несколько уровней безопасности на загруженных однопутных линиях с различными типами поездов, хотя и за счет большого количества персонала. В португальской системе, хотя ответственность за движение поездов на главных линиях лежит исключительно на станциях на этих линиях, регулирующий пост контролирует их и в случае разногласий дает станциям инструкции относительно того, как следует организовать движение. С другой стороны, в расписании каждого поезда указаны все взаимодействия с другими поездами (например, пересечение с другими поездами; поезда, которые они обгоняют; поезда, которые их обгоняют), четко обозначенные на станциях, на которых должно происходить такое взаимодействие. О любых отклонениях от этого, возникающих, например, из-за задержек или дополнительных поездов, необходимо сообщать поездным бригадам в письменной форме. Несмотря на общепринятую практику, согласно которой при пересечении двух поездов они оба останавливаются на ближайшей станции, эта система обеспечивает хорошую среднюю скорость для скорых поездов, аналогичную скорости на линии автоматической сигнализации. Однако, если возникают незначительные задержки, а затем их количество увеличивается, могут возникнуть и более длительные задержки, поскольку активируется дополнительный режим безопасности системы (т.е. трудоемкий процесс обновления инструкций по движению поездов с учетом измененной схемы пересечения). Таких задержек не произойдет, по крайней мере по той же причине, на линии автоматической сигнализации.
В общем, система требует, чтобы блок был закрыт; то есть разрешение должно быть получено до того, как поезду будет разрешено въехать в блок на одной станции по пути на другую. Однако во Франции на нескольких путях блок обычно открыт на однонаправленных участках пути. То есть после того, как станция подтвердит, что предыдущий поезд покинул блок, следующий поезд, следующий в том же направлении, может немедленно войти в блок, при этом начальник станции на станции входа информирует станцию выхода о времени въезда поезда в блок. блокировать.
Это система для использования на однопутных железных дорогах, которая не требует ни использования жетонов, ни обеспечения непрерывного обнаружения поездов на участке. Сигнализация устроена таким образом, что управляющие сигналы позволяют одновременно въехать на линию только одному поезду. Сигнальщик в дальнем конце участка должен визуально проверить, что весь поезд покинул участок и не разделился, подтвердив, что поезд «укомплектован задним фонарем». [4]
Автоматическая сигнализация блокировки использует серию автоматических сигналов, обычно огней или флажков, которые меняют свое отображение или внешний вид в зависимости от движения поездов мимо датчика. Это, безусловно, самый распространенный тип блочной системы. По состоянию на 2018 год [update]он используется практически на всех типах железных дорог, от систем скоростного транспорта до железнодорожных магистралей. Существует большое разнообразие систем и еще большее разнообразие сигналов, но все они работают примерно одинаково.
Как и описанные выше системы ручной блокировки, автоматические системы делят маршрут на фиксированные блоки. В конце каждого блока установлен набор сигналов, а также путевой датчик. Когда поезд проходит мимо датчика, срабатывают сигналы, отображающие аспект «блок занят» на сигналах на обоих концах этого блока. В большинстве систем сигналы не возвращаются сразу к состоянию «пустой блок», когда поезд уходит, вместо этого существует своего рода механическая задержка, которая сохраняет аспект занятости блока или, что чаще, представляет аспект «действовать с осторожностью».
С точки зрения обеспечения безопасности, реальным фактором является тормозной путь данного поезда и расстояние, на котором он может обнаружить другой поезд. Блоки на самом деле не реализуют эту концепцию, они реализуют систему сигнализации, которая гарантирует, что у поезда с худшей производительностью на линии будет достаточно времени, чтобы остановиться. Это означает, что любой поезд с лучшими тормозными характеристиками вынужден двигаться со скоростью ниже максимальной, если только все поезда на определенной линии не одинаковы.
Ключевая проблема заключается в том, что данный поезд не может безопасно увидеть другой поезд и вовремя остановиться. Однако это не относится к поездам, оборудованным какой-либо системой межпоездной связи. В этом случае любой поезд может держаться на безопасном расстоянии от других поездов без необходимости использования фиксированных блоков. Эти системы подвижных блоков стали популярными с тех пор, как в 1970-х годах впервые появилась необходимая технология.
В таких системах любой поезд на маршруте может прослушивать сигналы всех других поездов, а затем двигаться таким образом, чтобы обеспечить достаточное расстояние для остановки. В ранних системах движущихся блоков использовался трос, натянутый вдоль железнодорожной линии. Поезда будут использовать магнитную индуктивность для подачи сигналов на линию, указывающих их местоположение. Кабель также может определять это местоположение различными способами, которые могут быть обнаружены датчиком в поезде. Более современные системы могут использовать внешние системы определения местоположения, такие как система глобального позиционирования или путевые указатели, и отправлять данные между поездами с использованием различных методов радиосвязи.
Преимущество систем с подвижными блоками состоит в том, что на линии нет фиксированного количества поездов, поскольку нет фиксированных блоков. Это может значительно улучшить пропускную способность маршрутов, как видно на примере Джубили-линии и Северной линии лондонского метрополитена , где модернизация к Летним Олимпийским играм 2012 года увеличила пропускную способность примерно на 50%. [5]
Первое использование блочной обработки произошло, вероятно, в 1839 году, когда телеграф Кука и Уитстона был установлен в туннеле Клэй-Кросс железной дороги Норт-Мидленд . Телеграфные приборы были заменены в 1841 году на приспособления, предназначенные для работы блоков. В 1842 году Уильям Фотергилл Кук , построивший систему Клэй-Кросс, опубликовал «Телеграфные железные дороги или однолинейная линия», в которой предложил блочную работу для общего пользования как более безопасный способ работы на одиночных линиях . Раньше разделение поездов основывалось только на строгом расписании, которое не могло учитывать непредвиденные события. [6] В 1898 году Мартин Бода описал теорию переключения для блочных систем. [7] [8]