Системы блокировки сигнализации обеспечивают безопасную и эффективную работу железных дорог , предотвращая столкновения между поездами. Основной принцип заключается в том, что путь разбивается на ряд секций или «блоков». Только один поезд может занимать блок за раз, [1] и блоки имеют размер, позволяющий поезду останавливаться в них. [2] Это гарантирует, что у поезда всегда будет время остановиться, прежде чем он окажется в опасной близости от другого поезда на той же линии. Система блокировки в Великобритании называется методом работы , в США — методом эксплуатации , а в Австралии — безопасной работой .
В большинстве случаев для управления проездом поездов между блоками используется система сигналов . Когда поезд въезжает в блок, сигналы на обоих концах меняются, чтобы указать, что блок занят, обычно с помощью красных ламп или сигнальных 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, есть немного меньше длины одного блока, поэтому любой другой поезд, приближающийся к этому участку, будет иметь 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.
Системы блоков имеют тот недостаток, что они ограничивают количество поездов на определенном маршруте чем-то меньшим, чем количество блоков. Поскольку маршрут имеет фиксированную длину, увеличение количества поездов требует создания большего количества блоков, что означает, что блоки становятся короче, и поезда должны двигаться на более низких скоростях, чтобы безопасно останавливаться. [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.
Системы блокировки используются для управления поездами между станциями и сортировочными станциями, но обычно не внутри сортировочных станций, где используется какой-то другой метод. Любая система блокировки определяется связанным с ней физическим оборудованием и применением соответствующего набора правил. Некоторые системы подразумевают 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 — это заднее столкновение.
Основная проблема управления поездом — невозможность изменить курс и относительно большой тормозной путь загруженного поезда. Часто он намного больше, чем поле зрения машиниста, особенно ночью или в плохую погоду. Расстояния настолько велики, что местный рельеф может блокировать видимость поездов впереди, и даже маршрут рельсов, изгибы и т. п., могут затруднить даже определение того, где искать другой поезд.
Это приводит к возможности поломки поезда на путях, и следующий поезд внезапно натыкается на него, огибая поворот, или внезапно видит его задний сигнальный фонарь. В таких ситуациях у поезда не будет достаточно места, чтобы остановиться до столкновения. Это известно как «критерий кирпичной стены». Даже в случае двух полностью исправных поездов разница в скорости может быть достаточно большой, так что более быстрый поезд может не успеть замедлиться, чтобы сравняться со скоростью впереди идущего поезда, прежде чем он врежется в него.
Блоки позволяют избежать этих проблем, гарантируя определенное минимальное расстояние между поездами, расстояние, которое устанавливается для того, чтобы любой поезд, работающий в пределах скорости и нагрузки, имел время остановиться, прежде чем достичь поезда, идущего впереди него. Существует много способов реализации такой системы.
Большинство железнодорожных маршрутов имеют своего рода естественную блокировку, свойственную планировке железнодорожных станций . Это дает возможность реализовать набор блоков с использованием ручной сигнализации на основе этих мест. В этом случае оператор станции устанавливает флаг, указывающий на то, что поезд только что покинул станцию, и снимает его только по истечении фиксированного времени.
Поезда ходят по строгому расписанию и, таким образом, не могут покинуть станцию до назначенного времени и до прибытия других поездов, которые они должны были встретить на этой станции. Если один поезд задерживается, все поезда, которые он должен был встретить, задерживаются. Это может быстро привести к тому, что все поезда на железной дороге будут затронуты.
Этот метод не разрешен к использованию на многих железнодорожных системах с интенсивным движением, поскольку он потенциально небезопасен и крайне неэффективен.
Популярная на однопутных линиях в Северной Америке вплоть до 1980-х годов, операция Train Order была не столько системой блокировки, сколько системой определения того, какие поезда будут иметь преимущественное право проезда, когда движение поездов вступало в конфликт. Поезда использовали бы заранее определенный рабочий план, известный как расписание, которое использовало бы фиксированные места прохождения, часто называемые станциями. Поправки к рабочему плану поступали бы от диспетчера поезда в форме заказов на поезд, передаваемых поездам через посредников, известных как агенты или операторы на станциях заказа поездов.
В настоящее время этот метод не разрешен к использованию в Великобритании. Похожая система, известная как Telegraph and Crossing Order , использовалась в 19 веке, но после трех серьезных лобовых столкновений в 1870-х годах ( Menheniot , Cornwall Railway, 1873; Thorpe , Great Eastern Railway, 1874; Radstock , Somerset & Dorset Railway, 1876) ее использование было осуждено.
В Северной Америке система заказов на поезд часто внедрялась поверх других систем блокировки, когда эти системы блокировки требовалось заменить. Например, там, где внедрялась ручная или автоматическая блокировка, заказы на поезд использовались для разрешения движения в занятые блоки против потока движения или там, где поток движения не был установлен.
Если однопутная ветка является тупиком с простым челночным поездом, то достаточно одного жетона. Машинист любого поезда, входящего 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 жезла, обычно длиной 800 мм и диаметром 40 мм, и назывался жезлом поезда . Такой жезл может быть деревянным жезлом с латунной табличкой, на которой указан участок линии, на котором он действителен, или он может иметь форму ключа.
В британской терминологии этот метод работы изначально назывался « Один двигатель в паре» (OES) .
Современная вариация системы One Train Working работает без какого-либо персонала поезда. На этих линиях разрешение на контролируемый въездной сигнал на ветку является исключительным правом машиниста на ветку, и как только поезд проехал этот сигнал, блокировка будет удерживать его в состоянии «опасность» (и сигнал не может быть снят в последующий раз) до тех пор, пока обслуживающий ветку поезд на обратном пути последовательно не задействует две рельсовые цепи в начале ветки. Постоянное обнаружение поезда на ветке не требуется. Безопасность обеспечивается схемой блокировки, и если происходит отказ рельсовой цепи, то должны быть введены специальные аварийные работы пилота.
Право занимать блок предоставляется персоналу поезда путем физического владения жетоном, который приобретается таким образом, чтобы гарантировать, что на участке пути одновременно находится только один поезд.
Машинист, приближающийся к однопутному участку, получал жетон и использовал его как разрешение на въезд на блок-участок. Он сдавал жетон на другом конце участка. Это вызывало проблемы, если за одним поездом следовал другой в том же направлении, так как персонал не оказывался в нужном конце после первого поезда.
Поэтому штатный состав поезда (OTS) был расширен: если за одним поездом должен был следовать другой в том же направлении, машинисту первого поезда требовалось показать жетон, но не забирать его (теоретически он должен был физически коснуться жетона, но это не соблюдалось строго). Ему давали письменное разрешение на вход на однопутный участок, называемое билетом . Затем он мог продолжить путь, сдав билет на другом конце участка, и второй поезд мог следовать за ним, имея при себе персонал.
Разрешение занять блок передается поездам с помощью путевых сигналов, которыми вручную управляют операторы, следуя различным процедурам связи с другими блок-станциями для обеспечения разделения поездов.
Используется на многопутных участках, где прохождение поездов из одной точки в другую контролируется приборами, соединенными телеграфными проводами. В простейшем случае с тремя постами сигнализации на участке линии без стыков центральный из трех постов получит запрос на прием поезда, сигнальщик установит все соответствующие стрелки (стрелки) и сигналы и прием сигнала, а затем запросит прием следующим постом сигнализации вдоль линии. Когда поезд пройдет, сигналы за ним будут установлены на опасность, и сигнальщик сообщит следующему посту сигнализации, когда поезд покинет участок. Эти сообщения передаются телеграфными приборами с помощью клавиши, которая нажимается, чтобы зазвонить звонок на удаленном посту сигнализации. Такие системы, такие как абсолютная блокировка сигнализации , были разработаны в девятнадцатом веке и до сих пор широко используются в Великобритании и Австралии. [3]
В этой системе занятие определенного участка пути между двумя станциями согласовывается между его начальниками по телефону. Для большей безопасности могут быть дополнительные уровни защиты; например, регулирующий пост с полномочиями надзора, связанными со всеми станциями на 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 протяженность путей, контролируемых этой системой, быстро сокращается из-за ее трудоемкости и присущего ей кажущегося отсутствия безопасности, поскольку она в первую очередь опирается на человеческое общение (иногда включающее более двух начальников станций на каждом конце блока) и простые железнодорожные централизации на станциях.
В Португалии телефонная блокировка была основной системой безопасности на всей национальной железнодорожной сети до середины 1990-х годов из-за нехватки ресурсов. Таким образом, она эволюционировала, чтобы попытаться обеспечить несколько уровней безопасности на загруженных однопутных линиях с различными типами поездов, хотя и за счет высокого уровня укомплектования персоналом. В португальской системе, хотя полномочия по движению поездов на основных линиях являются исключительной ответственностью станций вдоль этих линий, регулирующий пост контролирует их и, в случае разногласий, инструктирует станции о том, как должно быть организовано движение. С другой стороны, в каждом расписании движения поездов указаны все взаимодействия с другими поездами (например, пересечения с другими поездами; поезда, которые они обгоняют; поезда, которые обгоняют их), четко обозначенные на станциях, на которых должны происходить эти взаимодействия. Любое отклонение от этого — возникающее, например, из-за задержек или дополнительных поездов — должно быть предоставлено поездным бригадам в письменной форме. Несмотря на общепринятую практику, когда два поезда пересекают дорогу, они оба останавливаются на ближайшей станции, эта система обеспечивает хорошие средние скорости для быстрых поездов, аналогичные тем, что есть на линии с автоматической сигнализацией. Однако, если происходят незначительные задержки, а затем они увеличиваются, могут возникнуть более длительные задержки, поскольку задействуется дополнительный режим безопасности системы (т. е. процесс обновления инструкций по движению поездов с большим объемом бумажной работы для отражения измененных схем пересечения). Такие задержки не будут происходить, по крайней мере, по той же причине, на линии с автоматической сигнализацией.
В целом система диктует, что блок считается закрытым; то есть разрешение должно быть получено, прежде чем поезду будет разрешено войти в блок на одной станции по пути к другой. Однако во Франции на нескольких путях блок обычно открыт на однонаправленных участках пути. То есть после того, как станция подтверждает, что предыдущий поезд освободил блок, следующий поезд, идущий в том же направлении, может немедленно войти в блок, при этом начальник станции на входной станции информирует выходную станцию о времени входа поезда в блок.
Это система для использования на однопутных железных дорогах, которая не требует ни использования жетонов, ни обеспечения непрерывного обнаружения поезда на участке. Сигнализация спроектирована таким образом, что управляющие сигналы позволяют только одному поезду входить на линию в любой момент времени. Сигнальщик на дальнем конце участка должен визуально проверить, что весь поезд покинул участок и не разделился, подтвердив, что поезд «полностью укомплектован задним фонарем». [4]
Автоматическая блокировка сигнализации использует ряд автоматизированных сигналов, обычно огней или флажков, которые меняют свое отображение или вид в зависимости от движения поездов мимо датчика. Это, безусловно, самый распространенный тип блокировочной системы. По состоянию на 2018 год [update], 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 ручные системы блокировки, описанные выше, автоматические системы делят маршрут на фиксированные блоки. В конце каждого блока устанавливается набор сигналов вместе с датчиком на пути. Когда поезд проезжает мимо датчика, сигналы срабатывают, чтобы отобразить аспект «блок занят» на сигналах на обоих концах этого блока. В большинстве систем сигналы не возвращаются немедленно к аспекту «блок пуст» при отправлении поезда, вместо этого есть некая механическая задержка, которая удерживает аспект занятого блока или, что более распространено, представляет аспект «продолжайте движение с осторожностью».
С точки зрения обеспечения безопасности, реальным соображением является тормозной путь данного поезда и расстояние, на котором он может заметить другой поезд. Блоки на самом деле не реализуют эту концепцию, они реализуют систему сигнализации, которая обеспечивает наихудшему поезду на линии достаточно времени для остановки. Это означает, что любой поезд с лучшими тормозными характеристиками вынужден работать на скоростях ниже его максимальной скорости, если только все поезда на определенной линии не идентичны.
Ключевой проблемой является то, что данный поезд не может безопасно увидеть другой поезд вовремя, чтобы остановиться. Однако это не относится к поездам, которые оснащены какой-либо системой межпоездной связи. В этом случае любой данный поезд может удерживать себя на безопасном расстоянии от других поездов без необходимости в фиксированных блоках. Эти системы подвижных блоков стали популярными с тех пор, как требуемая технология впервые начала появляться в 1970-х годах.
В таких системах любой поезд на маршруте может прослушивать сигналы от всех других поездов, а затем двигаться таким образом, чтобы у него было достаточно расстояния для остановки. Ранние системы подвижных блоков использовали кабель, натянутый вдоль рельсовой линии. Поезда использовали магнитную индукцию для подачи сигналов в линию, указывающих их местоположение. Кабель также мог предоставлять это местоположение различными способами, которые могли быть обнаружены датчиком на поезде. Более современные системы могут использовать внешние системы определения местоположения, такие как система глобального позиционирования или путевые индикаторы, и передавать данные между поездами с помощью различных радиометодов.
Преимущество систем подвижных блоков заключается в том, что на линии нет фиксированного числа поездов, поскольку нет фиксированных блоков. Это может значительно повысить пропускную способность маршрута, как это видно на линиях Jubilee и Northern в лондонском метро , где модернизация для летних Олимпийских игр 2012 года увеличила пропускную способность примерно на 50%. [5]
Первое использование блок-работы, вероятно, произошло в 1839 году, когда телеграф Кука и Уитстоуна был установлен в туннеле Клей-Кросс на железной дороге Северного Мидленда . Телеграфные приборы были заменены в 1841 году на специальные для блок-работы. В 1842 году Уильям Фотергилл Кук , построивший систему Клей-Кросс, опубликовал работу «Телеграфные железные дороги или одиночная линия» , в которой он предложил блок-работу для общего пользования как более безопасный способ работы на одиночных линиях . Ранее разделение поездов основывалось только на строгом расписании, которое не могло учитывать непредвиденные события. [6] В 1898 году Мартин Бода описал теорию переключения для блок-систем. [7] [8]