Управление поездом на основе связи ( CBTC ) — это система железнодорожной сигнализации , которая использует телекоммуникации между поездом и путевым оборудованием для управления движением и контроля инфраструктуры. CBTC позволяет узнать местоположение поезда более точно, чем с помощью традиционных систем сигнализации. Это делает управление железнодорожным движением более безопасным и эффективным. Метро (и другие железнодорожные системы) способны сократить интервалы движения , сохраняя или даже повышая безопасность.
Система CBTC представляет собой «непрерывную автоматическую систему управления поездом , использующую определение местоположения поезда с высоким разрешением, независимое от рельсовых цепей ; непрерывную, высокопроизводительную двунаправленную передачу данных между поездами; а также поездные 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]
Основная цель CBTC — увеличение пропускной способности пути за счет сокращения интервала времени ( путевого движения ) между поездами.
Традиционные системы сигнализации обнаруживают поезда на отдельных участках пути, называемых « блоками », каждый из которых защищен сигналами, которые не позволяют поезду войти в занятый блок. Поскольку каждый блок представляет собой фиксированный участок пути, эти системы называются системами фиксированных блоков .
В системе CBTC с подвижным блоком защищенный участок для каждого поезда представляет собой «блок», который движется вместе с ним и следует за ним и обеспечивает непрерывную передачу точного положения поезда по радио, индуктивной петле и т. Д. [3]
В результате в феврале 2003 года Bombardier открыла первую в мире радиосистему CBTC в автоматизированном пассажирском терминале (APM) аэропорта Сан-Франциско. [4] Несколько месяцев спустя, в июне 2003 года, Alstom представила железнодорожное применение своей радиосистемы. технологии на северо-восточной линии Сингапура . Ранее CBTC возникла из систем на основе шлейфов , разработанных Alcatel SEL (ныне Thales ) для систем автоматического скоростного транспорта Bombardier (ART) в Канаде в середине 1980-х годов.
Эти системы, которые также назывались управлением поездом на основе передачи (TBTC), использовали методы передачи индуктивной петли для связи между поездами, представляя альтернативу связи на основе рельсовых цепей . Эта технология, работающая в диапазоне частот 30–60 кГц для связи поездов и придорожного оборудования, получила широкое распространение операторами метрополитена , несмотря на некоторые проблемы с электромагнитной совместимостью (ЭМС), а также другие проблемы с установкой и обслуживанием ( более подробную информацию см. в SelTrac ). информацию об управлении поездом на основе трансмиссии).
Как и при новом применении любой технологии, вначале возникли некоторые проблемы, в основном связанные с аспектами совместимости и взаимодействия. [5] [6] 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 для того, чтобы соответствовать современным решениям для требований оператора, [6] в этой статье рассматривается только новейший принцип движущегося блока (либо настоящий движущийся блок , либо виртуальный блок, поэтому не зависит от пути). обнаружение поездов) [2] Решения CBTC, использующие радиосвязь .
Системы CBTC представляют собой современные системы железнодорожной сигнализации, которые в основном могут использоваться на городских железнодорожных линиях ( легких или тяжелых ) и APM , хотя их также можно использовать 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 постоянно рассчитывают и сообщают о своем статусе по радио придорожному оборудованию, распределенному вдоль линии. Этот статус включает, среди прочих 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 пересекать другие поезда на том же пути. Эти точки передаются для того, чтобы поезда автоматически и непрерывно корректировали свою скорость, сохраняя при этом требования безопасности и комфорта ( рывок ). Таким образом, поезда постоянно получают информацию о расстоянии до предыдущего поезда и затем могут соответствующим образом регулировать свое безопасное расстояние.
С точки зрения системы сигнализации на первом рисунке показана общая занятость ведущего поезда, включая целые кварталы , на которых расположен поезд. Это связано с тем, что система не может точно знать, где на самом деле находится поезд внутри этих блоков . Таким образом, система фиксированных блоков позволяет следующему поезду двигаться только до границы последнего незанятого блока .
В системе движущихся блоков , как показано на втором рисунке, положение поезда и кривая его торможения постоянно рассчитываются поездами, а затем передаются по радио на придорожное оборудование. Таким образом, придорожное оборудование способно создавать защищенные зоны, каждая из которых называется «Ограничение движения» (LMA), вплоть до ближайшего препятствия (на рисунке хвост идущего впереди поезда). Разрешение на движение (MA) — это разрешение поезду двигаться в определенное место в пределах ограничений инфраструктуры и с контролем скорости. [7]
Конец отправления — это место, до которого поезду разрешено следовать и где заданная скорость равна нулю. Конец движения – место, до которого поезду разрешено следовать в соответствии с МА. При передаче MA это конец последней секции, указанной в MA. [7]
Важно отметить, что заполняемость, рассчитанная в этих системах, должна включать запас безопасности для неопределенности местоположения (желтый цвет на рисунке), добавленный к длине поезда. Оба они образуют то, что обычно называют «следом». Этот запас прочности зависит от точности системы одометра в поезде.
Системы CBTC на основе движущегося блока позволяют сократить безопасное расстояние между двумя последовательными поездами. Это расстояние варьируется в зависимости от постоянного обновления местоположения и скорости поезда с соблюдением требований безопасности . Это приводит к сокращению интервалов между последовательными поездами и увеличению пропускной способности .
Современные системы CBTC допускают различные уровни автоматизации или степени автоматизации (GoA), как это определено и классифицировано в стандарте IEC 62290–1. [8] Фактически, CBTC не является синонимом « беспилотных » или «автоматизированных поездов», хотя он считается базовой технологией для этой цели.
Доступны четыре уровня автоматизации:
Системы CBTC позволяют оптимально использовать железнодорожную инфраструктуру, а также достигать максимальной пропускной способности и минимального интервала движения между действующими поездами, сохраняя при этом требования безопасности . Эти системы подходят для новых городских линий с высокими требованиями, а также могут быть наложены на существующие линии для улучшения их производительности. [9]
Конечно, в случае модернизации существующих линий гораздо более важными являются этапы проектирования, монтажа, испытаний и ввода в эксплуатацию. В основном это связано с проблемой развертывания вышележащей системы без нарушения работы службы доходов . [10]
Эволюция технологии и опыт, полученный в эксплуатации за последние 30 лет, означают, что современные системы CBTC более надежны и менее подвержены отказам, чем старые системы управления поездами. Системы CBTC обычно имеют меньше придорожного оборудования, а их инструменты диагностики и мониторинга были улучшены, что упрощает их внедрение и, что более важно, облегчает обслуживание. [11]
Технология CBTC развивается, используя новейшие технологии и компоненты, предлагая более компактные системы и более простую архитектуру. Например, с появлением современной электроники стало возможным обеспечить резервирование, чтобы единичные сбои не оказывали негативного влияния на эксплуатационную готовность.
Более того, эти системы обеспечивают полную гибкость с точки зрения графиков работы, позволяя операторам городских железных дорог быстрее и эффективнее реагировать на конкретные потребности в перевозках и решать проблемы заторов на дорогах. Фактически, системы автоматического управления способны значительно сократить расстояние и улучшить пропускную способность по сравнению с системами ручного управления. [12] [13]
Наконец, важно отметить, что системы CBTC оказались более энергоэффективными, чем традиционные системы с ручным управлением. [11] Использование новых функций, таких как стратегии автоматического вождения или лучшая адаптация транспортных предложений к фактическому спросу, позволяет значительно экономить энергию, снижая энергопотребление.
Основной риск электронной системы управления поездом заключается в том, что если связь между любым из поездов будет нарушена, всей или части системы может потребоваться перейти в отказоустойчивое состояние до тех пор, пока проблема не будет устранена. В зависимости от серьезности потери связи это состояние может варьироваться от временного снижения скорости транспортных средств до полной остановки или работы в ухудшенном режиме до тех пор, пока связь не будет восстановлена. Если отключение связи носит постоянный характер, необходимо предпринять какие-то действия на случай непредвиденных обстоятельств , которые могут состоять из ручного управления с использованием абсолютной блокировки или, в худшем случае, замены альтернативного вида транспорта . [14]
В результате высокая доступность систем CBTC имеет решающее значение для правильной работы, особенно если такие системы используются для увеличения транспортных мощностей и сокращения интервалов движения. Затем необходимо тщательно проверить механизмы резервирования и восстановления системы для достижения высокой надежности в работе. С увеличением доступности системы CBTC также существует необходимость в обширном обучении и периодическом обновлении операторов системы процедур восстановления . Фактически, одной из основных системных опасностей в системах CBTC является вероятность человеческой ошибки и неправильного применения процедур восстановления, если система станет недоступной.
Сбои связи могут быть вызваны неисправностью оборудования, электромагнитными помехами , слабым уровнем сигнала или перенасыщением среды связи. [15] В этом случае перерыв может привести к использованию рабочего тормоза или экстренного торможения , поскольку осведомленность о ситуации в реальном времени является критически важным требованием безопасности для CBTC, и если эти перерывы будут достаточно частыми, это может серьезно повлиять на обслуживание. Именно по этой причине исторически системы CBTC впервые реализовали системы радиосвязи в 2003 году, когда необходимая технология стала 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 скорее проблема применения CBTC к существующим транзитным системам в туннелях, которые с самого начала не были предназначены для его поддержки. Альтернативным методом повышения доступности системы в туннелях является использование негерметичного питающего кабеля, который при более высоких первоначальных затратах (материал + установка) обеспечивает более надежную радиосвязь.
В связи с появлением услуг в открытых радиодиапазонах ISM (т. е. 2,4 ГГц и 5,8 ГГц) и потенциальным сбоем в работе критически важных служб CBTC растет давление со стороны международного сообщества (см. отчет 676 организации UITP, Резервирование частотного спектра для Приложения критической безопасности, предназначенные для городских железнодорожных систем) для резервирования полосы частот специально для городских железнодорожных систем на базе радиосвязи. Такое решение поможет стандартизировать системы CBTC на рынке (растущий спрос со стороны большинства операторов) и обеспечить доступность этих критически важных систем.
Поскольку система CBTC должна иметь высокую доступность и, в частности, обеспечивать плавное ухудшение качества, может быть предусмотрен вторичный метод сигнализации для обеспечения определенного уровня обслуживания без ухудшения качества при частичной или полной недоступности CBTC. [16] Это особенно актуально для существующих проектов (линий с уже существующей системой сигнализации), где проектирование инфраструктуры невозможно контролировать и требуется, по крайней мере, временное сосуществование с устаревшими системами. [17]
Например, линия Канарси в Нью-Йорке была оснащена резервной автоматической системой сигнализации блокировки , способной поддерживать скорость 12 поездов в час (т/ч) по сравнению с 26 т/ч системы CBTC. Хотя это довольно распространенная архитектура для проектов смены сигнализации, она может свести на нет некоторую экономию средств CBTC, если применить ее к новым линиям. Это по-прежнему является ключевым моментом в развитии CBTC (и все еще обсуждается), поскольку некоторые провайдеры и операторы утверждают, что полностью резервированная архитектура системы CBTC, однако, может сама по себе достичь высоких показателей доступности. [17]
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 обслуживание всей системы или линии. Системы с фиксированными блоками обычно работают с распределенной логикой, которая обычно более устойчива к таким сбоям. Поэтому во время проектирования системы необходимо провести тщательный анализ преимуществ и рисков конкретной архитектуры CBTC (централизованной или распределенной).
Когда CBTC применяется к системам, которые ранее работали под полным контролем человека с операторами, работающими на месте, это может фактически привести к снижению производительности (хотя и с повышением безопасности). Это связано с тем, что CBTC работает с меньшей уверенностью в позиционировании, чем человеческое зрение, а также с большей погрешностью, поскольку при проектировании применяются параметры поезда наихудшего случая (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 пропускной способности по сравнению с незащищенным ручным вождением. Это было сделано для того, чтобы окончательно искоренить столкновения транспортных средств, которых невозможно избежать при вождении на месте, и продемонстрировать обычные конфликты между работой и безопасностью.
Типичная архитектура современной системы CBTC включает следующие основные подсистемы:
Таким образом, хотя архитектура CBTC всегда зависит от поставщика и его технического подхода, в типичной архитектуре CBTC обычно можно найти следующие логические компоненты:
Технология CBTC была (и применяется) успешно внедрена для различных приложений, как показано на рисунке ниже (середина 2011 г.). Они варьируются от некоторых реализаций с короткими путями, ограниченным количеством транспортных средств и небольшим количеством режимов работы (например, APM в аэропортах Сан-Франциско или Вашингтона ) до сложных наложений на существующие железнодорожные сети, перевозящие более миллиона пассажиров каждый день и с более чем 100 пассажирами. поезда (например, линии 1 и 6 в мадридском метро , линия 3 в метро Шэньчжэня , некоторые линии в парижском метро , метро Нью-Йорка и метро Пекина или подземная сеть в лондонском метро ). [18]
Несмотря на сложность, в приведенной ниже таблице делается попытка обобщить и сослаться на основные радиосистемы CBTC, развернутые по всему миру, а также на те текущие разрабатываемые проекты. Кроме того, в таблице различаются внедрения, выполненные на существующих и действующих системах ( brownfield ), и реализованные на совершенно новых линиях ( Greenfield ).
[позиция видео 1:56]Поезда смогут ходить каждые 1 минуту 55 секунд вместо нынешнего ограничения в две с половиной минуты. [2:19]Когда монтаж будет завершен по всей линии в 2019 году, это позволит увеличить мощность на целых 25%. [2:33]УВД будет подключено к сети на всей линии 1 поэтапно к концу 2019 года, начиная с части линии 1 между станциями Spadina и Wilson и с расширения линии 1 до
региона Йорк
, которое откроется в конце этого года. .