Системы обнаружения поездов: краткий обзор

Cовременныe системы обнаружения поездов основываются на разных методах. Франц Поинтнер (Franz Pointner), руководитель отдела управления показателями безотказности, готовности, ремонтопригодности и безопасности (RAMS) в компании Frauscher, анализирует их с точки зрения пригодности для удовлетворения текущих требований.

Возможности цифровых технологий меняют концепции обнаружения поездов.Возможности цифровых технологий меняют концепции обнаружения поездов.

Каковы главные задачи систем железно- дорожной автоматики и телемеханики? Они должны обеспечивать эффективное управление эксплуатационными процессами и предотвращать столкновения и сходы подвиж- ных составов с рельсов. Для этого таким систе- мам требуется прежде всего одно – как можно более актуальная и надежная информация обо всех поездах на контролируемых ими участках пути. Здесь и приходят на помощь системы обна- ружения поездов. Они подтверждают нахождение поезда и непрерывно актуализируют данные о его положении. Таким образом системы обнаружения поездов позволяют поддерживать безопасную и эффективную эксплуатацию, а также передают важную информацию пассажирам и другим ли- цам, например, рабочим на пути.

Разнообразные требования

Исходя из практического опыта можно опреде- лить целый ряд требований к этим системам. К ним относятся, например, выполнение технических требований, чтобы можно было обнаруживать стоя- щие неподвижно и движущиеся поезда, а также их целостность согласно стандартам безопасно- сти CENELEC вплоть до SIL 4. Быстродействие си- стем обнаружения поездов тоже является важным фактором. Это особенно имеет значение в контек- сте железнодорожных переездов. Пространствен- ная точность, с которой поезда регистрируются на пункте, играет роль, например, на железнодорож- ных станциях и при маневровых работах. Возмож- ности для обнаружения и передачи сообщений об изломах рельса также приобретают все большее значение. Автоматически управляемые механиз- мы и интеллектуальные функции, которые прежде всего выполняют повторяющиеся действия, могут предотвратить человеческие ошибки. К другим ре- шающим факторам относятся высокая эксплуа- тационная готовность, простота технического об- служивания, привлекательная структура издержек и минимизация рисков для персонала.

То, какую систему в итоге выберет оператор железных дорог, всегда зависит от его стратеги- ческих требований. Поскольку с учетом много- образия факторов вряд ли можно ожидать, что одна-единственная система сможет оптимально объединить в себе все параметры. Скорее каж- дое решение отличается определенными пре- имуществами – даже если целью всех разработок должно быть удовлетворение максимального ко- личества требований.

[ср.: Марк Антони (Marc Antoni) | руководитель отдела железнодо- рожных систем, UIC: What will digitization bring for train detection? («Что принесет дигитализация в сферу контроля свободности пути?») – Доклад на форуме «Wheel Detection –2017», стр. 1–2]

Современный уровень развития технологий

На основе индуктивных датчиков колес счетчики осей обеспечивают
надежные и точные данные.На основе индуктивных датчиков колес счетчики осей обеспечивают надежные и точные данные.

В настоящий момент счетчики осей и рельсовые цепи демонстрируют современный уровень разви- тия технологий обнаружения поездов. Поскольку обе концепции уже приобрели широкое призна- ние, на данном этапе мы опустим подробное опи- сание их принципов работы. Для счетчиков осей характерна высокая эксплуатационная готовность и существенно более низкая стоимость жизнен- ного цикла в сравнении с рельсовыми цепями, благодаря чему они находят все большее распро- странение по всему миру. Таким образом, из двух технологий эту, пожалуй, можно считать более перспективной. Хотя обе системы в принципе под- ходят для формирования безопасной информа- ции о свободности/занятости участков пути, они лишь обнаруживают факт, что поезд находится на определенном фиксированном участке пути и не в состоянии осуществлять непрерывное слежение за движением поездов.

Тенденция: непрерывное слежение за поездами

Однако именно такие системы обнаружения по- ездов представляют интерес для многих операто- ров железных дорог: они позволяют реализовать более высокую частоту следования поездов и тем самым добиться лучшей загруженности участков. Ввиду этих обстоятельств уже был разработан це- лый ряд новых методов для получения и переда- чи соответствующих данных. Наряду с функцией непрерывного обнаружения поездов эти системы часто направлены на сокращение числа путевых компонентов.

К таким решениям относятся программа Ев- ропейской системы управления движением по- ездов (ETCS), а также другие системы, которые основываются на спутниковой навигации, связи «поезд-поезд» или обнаружении с помощью воло- конной оптики, а также на комбинации этих и дру- гих технологий.

Европейская система управления движением поездов (ETCS)

Уровни 1 и 2 ETCS сочетают в себе бортовое и путевое оборудование. С уровнем 3 необходимость в путевом оборудовании
должна отпасть.Уровни 1 и 2 ETCS сочетают в себе бортовое и путевое оборудование. С уровнем 3 необходимость в путевом оборудовании должна отпасть.

ETCS объединяет три уровня оснащения, каждый из которых основывается на давно проверенном методе обнаружения поезда. Эти уровни строятся на комбинации из инновационного бортового обо- рудования для поездов и передачи данных между различными компонентами действующей системы через радиосети.

При использовании ETCS на каждой подвижной единице должны быть установлены антенны радио- связи – это нужно для передачи данных с помощью евробализов или евролупов, а также для приборов, измеряющих расстояние, например, одометриче- ских систем или доплеровских радиолокационных станций. Кроме того, каждый поезд оснащается своим собственным компьютером, европейским безопасным компьютером (EVC). Он рассчитывает кривые контроля скорости, хранит данные о поез- де и участках пути, а также управляет эксплуатаци- онным процессом. Вся информация, необходимая машинисту, отображается на интерфейсе «маши- нист-машина» (Driver Machine Interface, DMI).

Бализы передают информацию проезжающим поездам.Бализы передают информацию проезжающим поездам.

Необходимыми компонентами напольного обо- рудования системы ETCS являются приемоот- ветчики (евробализы). Они устанавливаются на пути и передают сохраненные на них данные проезжающим поездам. На каждый сигнал всег- да требуются две евробализы для распознавания направления. К тому же для работы системы не- обходимы радиоантенные передающие мачты для обмена радиосигналами по стандарту GSM-R с цен- тром радиоблокировки (Radio Block Centre, RBC).

Если для системы ETCS 1-го и 2-го уровней еще используются и другие путевые устройства СЦБ, такие как счетчики колес, то целью разработки 3-го уровня является отказ от соответствующих компонентов. Интеграция системы спутникового позиционирования позволяет к тому же внедрить виртуальные бализы. Таким образом должно со- кратиться число физических евробализ на пути.

ны быть заменены так называемыми подвижными блок-участками, которые обеспечивают возмож- ность непрерывного контроля за расстоянием между поездами и вместе с тем – во всяком случае в теории – движения на расстоянии, равном абсо- лютной длине тормозного пути. Через RBC каж- дый поезд передает данные о своем положении и взамен получает сведения о текущем положении поезда перед ним. Это обеспечивает возможность оптимизированного управления торможением и ускорением. Через DMI отображается расстояние до конца маршрута движения по разрешению, а также рассчитанная динамическая кривая контро- ля скорости.

Спутниковые системы

Поезда с определением местоположения с помощью спутниковой системы снабжены дополнительным бортовым оборудованием
и передают данные о своем текущем положении в центр управления движением.Поезда с определением местоположения с помощью спутниковой системы снабжены дополнительным бортовым оборудованием и передают данные о своем текущем положении в центр управления движением.

Программу ETCS часто критикуют за высокие из- держки на соответствующее оснащение поездов. В связи с ростом спроса на экономически выгод- ные альтернативные системы непрерывного обна- ружения поездов ЕС, например, продвигал также такие исследовательские проекты, как SATLOC. Речь идет о решении для определения место- расположения поездов, основанном на исполь- зовании глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) и сетей мобильной радиосвязи об- щего пользования, которое разрабатывалось и все еще разрабатывается для участков с облегченны- ми эксплуатационными условиями. В этой системе знакомые нам по ETCS компоненты – центр ра- диоблокировки (RBC) и центр управления (Control Centre) – объединены в центр управления движе- нием (Traffic Control Centre, TCC).

Определение местонахождения рельсового подвижного состава осуществляется автоматиче- ски с помощью GNSS, счетчика пройденного пути и бализ, и соответствующие данные передаются в центр управления по сетям мобильной радиосвя- зи общего пользования. Таким образом, системы обнаружения поездов и устройства железнодо- рожной автоматики и телемеханики становятся по большому счету неактуальными. Передача данных осуществляется через модем мобильной радио- связи с двумя SIM-картами, что позволяет исполь- зовать две сети, а следовательно, обеспечивает более высокую эксплуатационную готовность.

На испытательном участке с хорошими усло- виями для обнаружения подвижных составов с помощью спутниковой навигации и связи через мобильные сети были уже успешно пущены по- езда. Система работает в соответствии с Евро- пейской системой управления железнодорожным движением (ERTMS) и поддерживает необходимые ETCS-режимы и ETCS-телеграммы.

Интегрированная спутниковая система без- опасности на железных дорогах 3InSat (проект «Train Integrated Safety Satellite System») тоже при- звана сократить количество путевых компонентов. При этом, к примеру, благодаря использованию спутниковой навигации и спутниковой связи долж- на отпасть необходимость в большой части фи- зических бализ. Вместо этого должно получиться решение по слежению за поездами, основанное на использовании спутниковых технологий, которое можно интегрировать в системы ERTMS. Так эти системы должны стать более доступными, в част- ности, для линий с меньшей интенсивностью дви- жения, например, для железных дорог местного и регионального значения, а также для грузовых же- лезнодорожных линий.

Компания Ansaldo STS в своей презентации на форуме «Wheel Detection – 2017» в Вене дала пред- ставление о том, как далеко продвинулись эти технологии.

Связь «поезд-поезд» через радиосеть 5G

Мощные радиосети по стандарту 5G обеспечивают возможность передачи данных между поездами.Мощные радиосети по стандарту 5G обеспечивают возможность передачи данных между поездами.

5G – это новый стандарт мобильной радиосвязи, который ориентирован на новый рынок с новыми требованиями. Его целевыми характеристиками яв- ляются, например, использование более высоких диапазонов частоты по сравнению с 4G и другими предшественниками, время задержки менее 1 мил- лисекунды, совместимость с машинами и устрой- ствами, а также снижение энергопотребления на каждый бит переданных данных.

Основной принцип тесно сплетенных связей при этом позволяет одновременно соединять от- дельные пункты в коммуникационной сети с не- сколькими или потенциально со всеми остальными доступными точками. Так можно устанавливать высокоэффективные соединения между движу- щимися поездами. Это позволяет передавать ин- формацию о скорости, положении и ускорении последующим поездам. В результате появляются дополнительные возможности для вышеописан- ного подхода с подвижными блок-участками ETCS уровня 3, например, на высокоскоростных участ- ках с большой интенсивностью движения.

Также возможно эффективное предоставле- ние данных о потенциальных источниках опасно- сти. Они поступают через связь «поезд-X» (связь поезда с любым объектом) и передаются прямым способом. Таким образом можно в значительной степени оптимизировать характеристики движения и эксплуатацию в целом.

Самые большие сложности с введением стан- дарта 5G связаны с повышением пропускной спо- собности средств передачи данных, уменьшением времени задержки и – что для железнодорожной от- расли особенно важно – обеспечением максималь- ной эксплуатационной готовности и безопасности.

Волоконная оптика

При использовании волоконно-оптических систем для обнаружения поездов затраты на оснащение поездов дополнительным
оборудованием сводятся к минимуму.При использовании волоконно-оптических систем для обнаружения поездов затраты на оснащение поездов дополнительным оборудованием сводятся к минимуму.

В отличие от описанных выше решений, призван- ных сократить количество путевых компонентов, волоконно-оптические системы рассчитаны на ми- нимизацию затрат на оснащение рельсовых под- вижных составов дополнительным оборудованием. Происхождение, конструкция и технический инвен- тарь подвижного состава не имеют значения для обнаружения, поскольку сам процесс осуществля- ется исключительно через оптоволоконный кабель, проложенный вдоль пути. Для этого по одной- единственной жиле этого кабеля должны подавать- ся лазерные импульсы. В стекловолокне световые волны импульсов многократно отражаются, и отра- женные лучи улавливаются передатчиком.

Если на волокно попадают вибрационные или звуковые волны, то это приводит к минималь- ным изменениям отраженных световых лучей. Так образуется измеряемый след сигнала обратно- го рассеяния (сигнатура), который с помощью со- ответствующих алгоритмов можно обработать и сопоставить с определенными событиями в кон- кретном месте. Благодаря такому обнаруже- нию подвижных составов вдоль контролируемого участка можно получать самую разную информа- цию. Таким образом количество требуемых систем и компонентов для непрерывного обнаружения по- ездов сводится к минимуму, а эксплуатационная эффективность и функциональная совместимость существенно повышаются.

Заключение

Каждая из описанных здесь технологий имеет по- тенциал повышения частоты следования поездов на определенном участке – в качестве самостоя- тельного решения или в комбинации с другими технологиями. В зависимости от характеристик и издержек отдельные концепции подходят для применения в различных сегментах, например, в грузовых коридорах, на линиях с высокой интен- сивностью движения или второстепенных линиях с низким объемом трафика.

В частности на периферии чувствительных зон, например, на железнодорожных переездах или же- лезнодорожных станциях, путевое развитие кото- рых состоит из нескольких параллельных путей, для всех описанных здесь технологий необходи- мо прояснить различные моменты. Особенно это имеет значение в отношении действующих стан- дартов по безопасности. Также должны выпол- няться требования к резервированию, точности и эксплуатационной готовности. Таким образом, пе- ред разработчиками новых систем обнаружения поездов стоит целый ряд сложных задач.

Не в последнюю очередь из-за возрастающей дигитализации железнодорожного сектора техно- логический прогресс уже сейчас весьма ощутим. При этом стимулы поступают и извне железнодо- рожной индустрии, например, за счет новых воз- можностей для сбора данных и в особенности – для передачи данных.

С учетом этой динамики и разнообразия тем операторы и системные интеграторы в будущем столкнутся с большими сложностями. Ввиду рас- ходящихся приоритетов, таких как критерии без- опасности и экономической эффективности, они должны целенаправленно рассмотреть преимуще- ства и недостатки отдельных технологий или, как в случае с ETCS, уровни оснащения. Так в зависи- мости от индивидуальных требований, реальных и целевых показателей частоты следования поез- дов, состояния и статуса путевой инфраструктуры, географических условий и прочих факторов они должны решить, какая технология является для них оптимальной.

Тесное сотрудничество между производителями компонентов, системными интеграторами и опера- торами железных дорог в будущем будет важно, как никогда. Поскольку только так можно успеш- но решить сложные задачи в условиях ограниче- ний, налагаемых техническими возможностями, нормативными требованиями и индивидуальными параметрами.

Franz Pointner

Franz Pointner

07.03.2018

Технологии

2111 слов

15 минут чтения

Системы обнаружения поездов: краткий обзор Системы обнаружения поездов: краткий обзор Системы обнаружения поездов: краткий обзор Системы обнаружения поездов: краткий обзор Системы обнаружения поездов: краткий обзор Системы обнаружения поездов: краткий обзор Системы обнаружения поездов: краткий обзор

Статьи по теме

Системы слежения за движением поездов: определение местоположения в реальном времени

Приложения

Системы слежения за движением поездов: определение местоположения в реальном времени

Mayank Tripathi | 03.09.2016 | 432 слов | 3 минут чтения

С появлением решений Frauscher Tracking Solutions FTS становится доступна комплексная система слежения за движением поездов, которая открывает прежде невообразимые возможности применения и позволяет осуществлять самые смелые идеи в области управления движением поездов и диспетчерского управления.

Читать дальше
Новое поколение систем слежения в реальном времени

Технологии

Новое поколение систем слежения в реальном времени

Martin Rosenberger | 01.09.2016 | 774 слов | 6 минут чтения

Технология будущего: распределенное акустическое зондирование (DAS) использует волоконно-оптические кабели как своего рода виртуальные микрофоны. Этот метод открывает огромный потенциал в области контроля эксплуатации и инфраструктуры железных дорог.

Читать дальше
Инновационные решения Frauscher Tracking Solutions FTS

Технологии

Инновационные решения Frauscher Tracking Solutions FTS

Christian Pucher | 02.09.2016 | 654 слов | 5 минут чтения

Лучшее из двух миров: Сочетание технологии Frauscher Acoustic Sensing (FAS) со счетчиками осей и системами регистрации прохода колес открывает новые горизонты для железнодорожной отрасли.

Читать дальше
«Строго по протоколу»

Приложения

«Строго по протоколу»

Fabian Schwarz | 28.06.2017 | 1013 слов | 7 минут чтения

Железнодорожные приложения становятся все более сложными. Мелани Кляйнпётцль, от дел управления продукцией Frauscher, объясняет в интервью, как высокопроизводительные программ ные протоколы обеспечивают необходимую безот казную связь между системами.

Читать дальше