Коммуникационное управление поездом - Communications-based train control

Развертывание CBTC в Мадридский Метро, Испания

Станция Санто Амаро на Строка 5 частично поддерживающих CBTC Сан-Паулу Метро

Некоторые из 30 самых загруженных в мире метро по годовым пассажиропотокам^[1] использовать систему CBTC

Коммуникационное управление поездом (CBTC) это железнодорожная сигнализация система, которая использует телекоммуникации между тренироваться и отслеживающее оборудование для управления движением и инфраструктуры. С помощью систем CBTC точное положение поезда известно более точно, чем с помощью традиционных систем сигнализации. Это приводит к более эффективному и безопасному способу управления железнодорожным движением. Метро (и другие железнодорожные системы) могут улучшать скорость движения при сохранении или даже повышении безопасности.

Система CBTC - это "непрерывная, автоматическое управление поездом система, использующая определение местоположения поезда с высоким разрешением, независимо от рельсовые цепи; непрерывный, высокопроизводительный, двунаправленный обмен данными между поездами; И поезд и придорожный процессоры способный реализовать автоматическая охрана поездов (ATP) функции, а также дополнительные автоматический режим движения поездов (ATO) и функции автоматического надзора за поездом (ATS) », как определено в IEEE 1474 эталон.^[2]

Предпосылки и происхождение

Основная цель CBTC - увеличить трек емкость за счет сокращения временного интервала (движение вперед ) между поездами.

Традиционные системы сигнализации обнаруживают поезда на отдельных участках пути, называемых 'блоки ', каждый из которых защищен сигналами, предотвращающими въезд поезда в занятый блок. Поскольку каждый блок представляет собой фиксированный участок пути, эти системы называются фиксированный блок системы.

В движущийся блок Система CBTC: защищенная секция для каждого поезда представляет собой «блок», который движется вместе с ним и следует за ним, и обеспечивает непрерывную передачу информации о точном местоположении поезда по радио, индуктивной петле и т. Д.^[3]

SFO AirTrain, в Сан-Франциско аэропорт, была первой радиосистемой CBTC

Как результат, Бомбардье открыла первую в мире радиосистему CBTC на Сан-Франциско: аэропорт с автоматическое перемещение людей (APM) в феврале 2003 года. Несколько месяцев спустя, в июне 2003 года, Alstom представила железнодорожное применение своей радиотехнологии на Северо-восточная линия Сингапура. Ранее CBTC берет свое начало в на основе цикла системы, разработанные Alcatel SEL (сейчас же Фалес ) для Автоматизированный скоростной транзит Bombardier (ART) системы в Канада в середине 1980-х гг. Эти системы, которые также назывались управление поездом на базе трансмиссии (TBTC), с использованием индукционная петля методы передачи для связи между поездами, представляя альтернативу рельсовая цепь общение на основе. Эта технология, действующая в 30–60 гг. кГц частота диапазон для связи поездов и придорожного оборудования, был широко принят метро операторов, несмотря на некоторые электромагнитная совместимость (ЭМС), а также другие проблемы, связанные с установкой и обслуживанием (см. SelTrac для получения дополнительной информации о Transmission-Based-Train-Control).

Как и в случае с новым применением любой технологии, вначале возникли некоторые проблемы, в основном из-за аспектов совместимости и взаимодействия.^[4][5] Однако с тех пор произошли соответствующие улучшения, и в настоящее время надежность систем радиосвязи значительно выросла.

Кроме того, важно отметить, что не все системы, использующие радиосвязь считаются системами CBTC. Итак, для ясности и соответствия уровень развития решения для требований оператора,^[5] в этой статье рассматриваются только последние движущийся блок основанный на принципе (либо истинный движущийся блок или же виртуальный блок, поэтому не зависит от обнаружения поездов по рельсам)^[2] Решения CBTC, которые используют радиосвязь.

Основные особенности

CBTC и движущийся блок

Системы CBTC - это современные системы железнодорожной сигнализации, которые в основном могут использоваться на городских железнодорожных линиях (либо свет или же тяжелый ) и APM, хотя его также можно было развернуть на пригородные линии. За основные направления, аналогичная система могла бы быть Европейская система управления железнодорожным движением ERTMS Уровень 3 (еще не полностью определен^{[когда? ]}В современных системах CBTC поезда постоянно вычисляют и передают свой статус по радио на придорожное оборудование, распределенное вдоль линии. Этот статус включает, помимо других 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 проходить другие поезда на том же пути. Эти точки сообщаются, чтобы поезда автоматически и непрерывно регулировали свою скорость, сохраняя при этом безопасность и комфорт (придурок ) требования. Таким образом, поезда постоянно получают информацию о расстоянии до предыдущего поезда, а затем могут корректировать свои безопасное расстояние соответственно.

Безопасное расстояние (безопасное тормозное расстояние) между поездами в неподвижном блоке и в системах сигнализации подвижного блока

От сигнальная система перспектива, первая цифра показывает общую занятость ведущего поезда, включая все блоки на котором находится поезд. Это связано с тем, что система не может точно знать, где фактически находится поезд в пределах этих блоки. Следовательно фиксированный блок система позволяет только следующему поезду подойти к последнему незанятому блокировать граница.

В движущийся блок системе, как показано на втором рисунке, положение поезда и его кривая торможения постоянно рассчитывается поездами, а затем передается по радио на придорожное оборудование. Таким образом, придорожное оборудование может создавать охраняемые зоны, каждая из которых называется ограничением движения (LMA), до ближайшего препятствия (на рисунке хвост идущего впереди поезда). Полномочия по перемещению (MA) - это разрешение для движения поезда в определенное место в рамках ограничений инфраструктуры и с контролем скорости.^[6] Конец полномочий - это место, к которому поезду разрешено следовать и где целевая скорость равна нулю. Конец движения - это место, к которому поезду разрешено проследовать в соответствии с MA. При передаче MA это конец последнего раздела, указанного в MA.^[6]

Важно отметить, что загруженность, рассчитываемая в этих системах, должна включать запас прочности для неопределенности местоположения (выделен желтым цветом на рисунке), добавленный к длине поезда. Оба они образуют то, что обычно называют «следом». Этот запас прочности зависит от точности одометрия система в поезде.

Системы CBTC, основанные на движущемся блоке, позволяют снизить безопасное расстояние между двумя последовательными поездами. Это расстояние меняется в зависимости от постоянных обновлений местоположения и скорости поезда, поддерживая безопасность требования. Это приводит к уменьшению движение вперед между последовательными поездами и увеличенным транспортом емкость.

Степени автоматизации

Современные системы CBTC допускают разные уровни автоматизации или Уровни автоматизации (GoA), как определено и классифицировано в IEC 62290-1.^[7] На самом деле CBTC не является синонимом "без водителя "или" автоматизированные поезда ", хотя это считается базовой технологией, способствующей достижению этой цели.

Доступные степени автоматизации варьируются от защищенной вручную операции, GoA 1 (обычно применяемой как резервный режим работы) до полностью автоматизированной операции, GoA 4 (Unattended Train Operation, UTO). Промежуточные режимы работы включают полуавтоматический GoA 2 (полуавтоматический режим работы, STO) или GoA 3 без водителя (режим без водителя, DTO).^[8] Последний работает без водителя в кабине, но требует, чтобы обслуживающий персонал сталкивался с ухудшенными режимами работы, а также направлял пассажиров в случае возникновения чрезвычайных ситуаций. Чем выше GoA, тем выше должны быть уровни безопасности, функциональности и производительности.^[8]

Основные приложения

Системы CBTC позволяют оптимально использовать железнодорожную инфраструктуру, а также достичь максимальной емкость и минимум движение вперед между действующими поездами, при сохранении безопасность требования. Эти системы подходят для новых городских линий с высокими требованиями, но также могут быть наложены на существующие линии для улучшения их характеристик.^[9]

Конечно, в случае модернизации существующих линий этапы проектирования, монтажа, испытаний и ввода в эксплуатацию гораздо более важны. В основном это связано с проблемой развертывания вышележащей системы без нарушения доход служба.^[10]

Основные преимущества

Развитие технологии и опыт, накопленный в эксплуатации за последние 30 лет, означает, что современные системы CBTC более надежны и менее подвержены сбоям, чем старые системы управления поездом. Системы CBTC обычно имеют меньшее количество дополнительного оборудования, а их инструменты диагностики и мониторинга были улучшены, что упрощает их внедрение и, что более важно, упрощает обслуживание.^[8]

Технология CBTC развивается, используя новейшие технологии и компоненты, чтобы предложить более компактные системы и более простые архитектуры. Например, с появлением современной электроники появилась возможность создать избыточность, чтобы единичные отказы не оказывали отрицательного воздействия на эксплуатационную готовность.

Более того, эти системы предлагают полную гибкость с точки зрения рабочих графиков или графиков, позволяя операторам городских железных дорог быстрее и эффективнее реагировать на конкретные потребности в движении и решать проблемы с заторами движения. Фактически, автоматические операционные системы могут значительно снизить движение вперед и улучшить пропускная способность по сравнению с системами ручного вождения.^[11][12]

Наконец, важно отметить, что системы CBTC оказались более энергоэффективными, чем традиционные системы с ручным приводом.^[8] Использование новых функций, таких как автоматические стратегии вождения или лучшая адаптация предложения транспорта к фактическому спросу, позволяет значительно экономить энергию, снижая потребление энергии.

Риски

Основной риск электронной системы управления поездом состоит в том, что если линия связи между любым из поездов будет нарушена, то вся или часть системы может оказаться в отказоустойчивый состояние, пока проблема не будет устранена. В зависимости от серьезности потери связи это состояние может варьироваться от транспортных средств, временно снижающих скорость, до остановки или работы в ухудшенном режиме до восстановления связи. Если сбой связи постоянный, какой-то операция на случай непредвиденных обстоятельств должны быть реализованы, что может состоять из ручного управления с использованием абсолютный блок или, в худшем случае, замена альтернативного вида транспорта.^[13]В результате высокая доступность систем CBTC имеет решающее значение для правильной работы, особенно если такие системы используются для увеличения пропускной способности и уменьшения скорости движения. Механизмы резервирования и восстановления системы затем должны быть тщательно проверены для достижения высокой надежности в работе. С увеличением доступности системы CBTC также существует необходимость в обширном обучении и периодическом обновлении операторов системы по процедурам восстановления. Фактически, одна из основных системных опасностей в системах CBTC - это вероятность человеческой ошибки и неправильного применения процедур восстановления, если система становится недоступной.

Сбои связи могут возникнуть в результате неисправности оборудования, электромагнитная интерференция, слабый уровень сигнала или насыщение среды связи.^[14] В этом случае прерывание может привести к срабатыванию рабочего тормоза или Аварийный тормоз Применение в качестве ситуационной осведомленности в реальном времени является критическим требованием безопасности для CBTC, и если эти прерывания будут достаточно частыми, это может серьезно повлиять на обслуживание. Это причина того, что исторически системы CBTC впервые внедрили системы радиосвязи в 2003 году, когда необходимая технология была достаточно зрелой для критически важных приложений.

В системах с плохим Поле зрения или ограничения спектра / полосы пропускания может потребоваться большее, чем ожидалось, количество ретрансляторов для улучшения обслуживания. Обычно это больше проблема с применением CBTC к существующим транзитным системам в туннелях, которые с самого начала не были предназначены для его поддержки. Альтернативный метод повышения доступности системы в туннелях - это использование излучающего фидерного кабеля, который при более высоких начальных затратах (материал + установка) обеспечивает более надежную радиосвязь.

В связи с появлением новых услуг в открытых радиодиапазонах ISM (например, 2,4 ГГц и 5,8 ГГц) и потенциальным нарушением работы критически важных услуг CBTC международное сообщество испытывает растущее давление (см. Отчет 676 организации UITP, Резервирование частотного спектра для Критически важные приложения безопасности, предназначенные для городских железнодорожных систем), чтобы зарезервировать полосу частот специально для городских железнодорожных систем на основе радио. Такое решение поможет стандартизировать системы CBTC на рынке (растущий спрос со стороны большинства операторов) и обеспечить доступность этих критически важных систем.

Поскольку система CBTC обязана иметь высокая доступность и, в частности, с учетом постепенного снижения производительности, может быть предоставлен вторичный метод сигнализации для обеспечения некоторого уровня не ухудшенного обслуживания при частичной или полной недоступности CBTC.^[15] Это особенно актуально для реализаций на заброшенных объектах (линии с уже существующей системой сигнализации), где невозможно контролировать дизайн инфраструктуры и требуется, по крайней мере, временно, сосуществование с унаследованными системами. Например, Нью-Йорк Канарси Лайн был снабжен резервным автоматическая сигнализация блокировки система способна поддерживать 12 поездов в час (т / ч) по сравнению с 26 т / ч системы CBTC. Хотя это довольно распространенная архитектура для проектов с отказом от проекта, она может свести на нет некоторую экономию затрат CBTC, если применить ее к новым линиям. Это все еще ключевой момент в разработке CBTC (и все еще обсуждается), поскольку некоторые поставщики и операторы утверждают, что полностью избыточная архитектура системы CBTC может, тем не менее, обеспечить высокие значения доступности сама по себе.^[16]

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 работу всей системы или линии. Системы с фиксированными блоками обычно работают с распределенной логикой, которые обычно более устойчивы к таким сбоям. Следовательно, во время проектирования системы необходимо провести тщательный анализ преимуществ и рисков данной архитектуры CBTC (централизованной или распределенной).

Когда CBTC применяется к системам, которые ранее работали под полным контролем человека с операторами, работающими на виду, это может фактически привести к снижению пропускной способности (хотя и с повышением безопасности). Это потому, что CBTC работает с меньшей определенностью позиции, чем человеческое зрение, а также с большей поля для ошибки поскольку при проектировании используются наихудшие параметры поезда (например, гарантированная скорость экстренного торможения по сравнению с номинальной скоростью торможения). Например, введение CBTC в Philly's Троллейный тоннель в центре города первоначально привело к заметному увеличению времени в пути и соответствующему снижению грузоподъемности по сравнению с незащищенным ручным управлением. Это было смещение, чтобы окончательно искоренить столкновения транспортных средств, которых невозможно избежать при вождении на месте, и демонстрирует обычные конфликты между эксплуатацией и безопасностью.

Архитектура

Архитектура системы CBTC

Типичная архитектура современной системы CBTC состоит из следующих основных подсистем:

1. Придорожное оборудование, который включает блокировка и подсистемы, контролирующие каждую зону в линии или сети (обычно содержащие второстепенные АТФ и АТО функциональные возможности). В зависимости от поставщиков архитектуры могут быть централизованными или распределенными. Управление системой осуществляется центральной командой. АТС, хотя локальные подсистемы управления также могут быть включены в качестве запасного варианта.
2. Бортовое оборудование CBTC, включая АТФ и АТО подсистемы в автомобилях.
3. Подсистема связи поездов на обочину, в настоящее время на основе радиосвязи.

Таким образом, хотя архитектура CBTC всегда зависит от поставщика и его технического подхода, в типичной архитектуре CBTC обычно можно найти следующие логические компоненты:

• Бортовая система ETCS. Эта подсистема отвечает за непрерывный контроль скорости поезда в соответствии с профилем безопасности и за применение тормоза, если это необходимо. Он также отвечает за связь с придорожной подсистемой ATP для обмена информацией, необходимой для безопасной работы (отправка информации о скорости и тормозном пути, а также получение ограничений на движение для безопасной работы).
• Бортовая система АТО. Он отвечает за автоматический контроль тягового усилия и тормозного усилия, чтобы удерживать поезд ниже порога, установленного подсистемой ATP. Его основная задача - либо облегчить работу машиниста или сопровождающего, либо даже управлять поездом в полностью автоматическом режиме с соблюдением целей регулирования движения и комфорта пассажиров. Это также позволяет выбирать различные стратегии автоматического вождения, чтобы адаптировать время работы или даже снизить потребление энергии.
• Система Wayside ETCS. Эта подсистема берет на себя управление всеми коммуникациями с поездами в своем районе. Кроме того, он рассчитывает пределы полномочий движения, которые должен соблюдать каждый поезд при работе в указанной зоне. Поэтому эта задача имеет решающее значение для безопасности эксплуатации.
• Система Wayside ATO. Он отвечает за контроль назначения и цели регулирования каждого поезда. Функция придорожного ATO предоставляет всем поездам в системе их пункт назначения, а также другие данные, такие как время пребывания на станциях. Кроме того, он также может выполнять вспомогательные и не связанные с безопасностью задачи, включая, например, передачу сигналов тревоги / событий и управление ими или обработку команд станции пропуска / удержания.
• Система связи. Системы CBTC объединяют цифровое сетевое радио система с помощью антенны или же негерметичный питатель кабель для двусторонней связи путевого оборудования и поездов. 2,4ГГц группа обычно используется в этих системах (так же, как Вай фай ), хотя другая альтернатива частоты например 900 МГц (нас ), 5,8 ГГц или другие лицензированные диапазоны также могут использоваться.
• Система ATS. Система ATS обычно интегрируется в большинство решений CBTC. Его основная задача - действовать как интерфейс между оператором и системой, управляя трафиком в соответствии с конкретными критериями регулирования. Другие задачи могут включать в себя управление событиями и тревогами, а также работу в качестве интерфейса с внешними системами.
• Блокировка система. При необходимости в качестве независимой подсистемы (например, в качестве резервной системы) она будет отвечать за жизненно важный контроль над путевыми объектами, такими как переключатели или же сигналы, а также другие сопутствующие функции. В случае более простых сетей или линий функциональные возможности блокировки могут быть интегрированы в придорожную систему ATP.

Проекты

Технология CBTC успешно реализована (и реализуется) для различных приложений, как показано на рисунке ниже (середина 2011 года). Они варьируются от некоторых реализаций с короткой дорогой, ограниченным количеством транспортных средств и несколькими режимами работы (например, в аэропорту APM в Сан-Франциско или же Вашингтон ), до сложных перекрытий на существующих железнодорожных сетях, перевозящих более миллиона пассажиров каждый день и с более чем 100 поездами (например, линии 1 и 6 в Мадридский Метро, строка 3 в Шэньчжэнь Метро, некоторые строки в Парижское метро, Метро Нью-Йорка и Пекинское метро, или сеть Sub-Surface в Лондонское метро ).^[17]

Радиоуправляемые проекты CBTC по всему миру. Проекты классифицируются по цветам в зависимости от поставщика; подчеркнутые уже работают с CBTC^{[примечание 1]}

Несмотря на трудности, в приведенной ниже таблице делается попытка обобщить и указать основные радиосистемы CBTC, развернутые по всему миру, а также те текущие проекты, которые разрабатываются. Кроме того, в таблице различаются реализации, выполняемые над существующими и действующими системами (Brownfield ) и предпринятые по совершенно новым направлениям (Гринфилд ).

Список

Этот раздел должен быть обновлено. Обновите эту статью, чтобы отразить недавние события или новую доступную информацию. (Июль 2018 г.)

Этот список можно сортировать, и изначально он отсортирован по годам. Нажать на значок справа от заголовка столбца, чтобы изменить ключ сортировки и порядок сортировки.

Примечания и ссылки

Примечания

Рекомендации

дальнейшее чтение