8 Системы интервального регулирования движения поездов с использованием цифровой радиосвязи
8.1 Западноевропейские системы интервального регулирования движения поездов
Со второй половины 1990-х годов дискуссия о путях развития систем управления и обеспечения безопасности движения поездов привела к появлению ряда перспективных технологий, лишь часть из которых подтвердила свою экономическую состоятельность:
высокий уровень концентрации управления перевозочным процессом за счет внедрения региональных диспетчерских центров;
повышение пропускной способности основной части железнодорожных сетей за счет новых способов регулирования расстояния между попутными поездами (реализация очень коротких блок-участков и дальнейшего развития системы АЛСН, разграничение поездов попутного следования так называемыми подвижными блок-участками);
диспетчерское управление работой региональных линий на базе радиосвязи;
обеспечение технической совместимости систем европейских железных дорог в рамках проекта ETCS.
Технология управления движением поездов на базе радиосвязи (FunkFahrBetrieb, FFB) была впервые сформулирована железными дорогами Германии (DBAG) в 1996 г. в форме эксплуатационно-технических требований. Эта принципиально новая технология управления движением поездов, прежде всего, предназначена для повышения эффективности эксплуатации региональных линий. Использование компьютеров и современных средств связи позволяет в значительной мере отказаться от применения дорогостоящих напольных устройств традиционных систем централизации. Компания по инфраструктуре DB Netz железных дорог Германии, принявшая решение о внедрении на линиях DBAG протяженностью 27 тыс. км сети мобильной радиосвязи европейского железнодорожного стандарта GSM-R, создала важные предпосылки для реализации технологии FFB.
После шести лет строительства в конце июля 2002 г. введена в эксплуатацию высокоскоростная линия Кёльн - Рейн/Майн, протяженностью 177 км (рис 8.1), для существующего эксплуатационного процесса.
Рис. 8.1. Высокоскоростная линия Кёльн – Рейн/Майн
Движение поездов со скоростью до 300 км/ч по этой линии позволило сократить время поездки между Кёльном и Франкфуртом-на-Майне примерно на 1 час. Одновременно железные дороги Германии первыми в мире ввели в коммерческую эксплуатацию современную систему цифровой радиосвязи GSM-R. Сеть содержит 56 базовых станций компании Nortel Networks, адаптированных для условий железнодорожного транспорта.
Система GSM-R позволяет передавать на одной частоте одновременно как речевые сообщения, так сообщения в виде данных. Линия Кёльн-Рейн/Майн стала первым этапом внедрения GSM-R в масштабе сети DBAG, после завершения которого к концу 2004 г. предусмотрено оснастить новой системой 24,5 тыс. км линий и при этом установить около 2600 базовых станций.
Первая коммерческая сеть радиосвязи GSM-R в Германии была реализована компанией Siemens Transportations Systems. При этом всю инфраструктуру поставила канадская компания Nortel Networks, которой пришлось внедрять ряд технических новшеств, поскольку до этого момента ни одной аналогичной системы не существовало. Сопряжение систем мобильной радиосвязи со специализированными оконечными устройствами (рис. 8.2 - 8.5), предназначенными для условий железнодорожного транспорта, в сочетании со сложными приложениями для решения эксплуатационных задач потребовало решения целого ряда новых проблем по минимизации ограничений.
Сотрудничество DB Telematik (ранее Агсог), дочернего предприятия компании DBAG, с Nortel Networks в строительстве сети GSM-R началось в 1999 г. Компания Nortel Networks участвовала в подготовке стандарта на систему GSM-R и поставила оборудование для испытаний, проводившихся в рамках проекта MORANE (радиосвязь с подвижными объектами для железных дорог Европы). Кроме того, она играет заметную роль в реализации проекта EIRENE (европейская интегрированная сеть радиосвязи с расширенными функциями). DBAG намерены использовать опыт, накопленный в ходе сотрудничества с Nortel Networks, при создании сети GSM-R, которая предположительно станет крупнейшей в мире. Интеграция этой сети в будущую европейскую систему управления движением поездов ETCS позволит обеспечить эксплуатационную совместимость в международных высокоскоростных железнодорожных сообщениях в Европе.
В системе FFB взаимодействуют пространственно распределенные подсистемы центра управления и линии, а также локомотивные подсистемы на подвижном составе (рис. 8.6). В качестве среды передачи сообщений используется цифровая сеть мобильной радиосвязи GSM-R с безопасной защитой.
Центр управления FFB выполняет задачи контроля за движением поездов на участке и обеспечения их безопасного попутного следования. При этом управление движением поездов осуществляется в автоматическом режиме и по радиоканалам транслируются команды на локомотивы поездов о допустимой скорости движения. Диспетчер подключается к процессу управления только в непредвиденных программой случаях.
Рис. 8.2. Антенна сети GSM-R
Рис. 8.3. Телефонный Рис. 8.4. Встроенный
аппарат сети GSM-R локомотивный приемопередатчик
Местоположение поезда определяется локомотивными средствами по информации, получаемой от пассивных путевых приемоответчиков. Допустимая скорость контролируется непрерывно и отображается в кабине машиниста в виде заданных значений. Напольные устройства, такие как ограждающие устройства переездов, стрелки и т.д. заблаговременно переводятся в требуемое положение или состояние от управляющих команд системы FFB.
Рис. 8.5 - Блок управления локомотивного устройства цифровой радиосвязи
Рис. 8.6. Обмен информацией в системе FFB
Инициируемый поездными устройствами обмен информацией управляющим центром осуществляется при помощи установленных вдоль железнодорожной линии пунктов FFB. Между промежуточными станциями, переездами, управляемыми системой FFB, допускаются незначительные расстояния.
Для обеспечения безопасности движения поездов в маневровых районах станций в регламентированных режимах движения размещаются дополнительные ограничивающие приемоответчики. Для управления движением поездов по приказам диспетчера в непредвиденных программой случаях устанавливаются сигнальные знаки FFB. По их сигнальной информации машинисты определяют место, до которого им разрешено движение по приказу диспетчера.
Посредством необходимых локомотивных интерфейсов GSM-R осуществляется обмен сигнальной информацией с другими подсистемами FFB. В их состав входят (рис. 8.7):
Рис. 8.7. Интерфейсы поездного устройства на базе радиосвязи
дисплей FFB для отображения команд и параметров движения;
дополнительный контрольный индикатор состояния локомотивного устройства FFB;
квитирующие кнопки подтверждения ответственных команд;
импульсный колесный датчик;
радар и антенна для связи с путевыми приемоответчиками;
устройства служебного и экстренного торможения, а также отключения тяги локомотива;
устройства точечной АЛС;
прибор регистрации параметров движения и т.д.
Таким образом, сеть GSM-R позволила перевести поездную и маневровую железнодорожную радиосвязь на современную унифицированную цифровую системную платформу. Она обеспечивает оптимальное покрытие обслуживаемой зоны, высокие эксплуатационную готовность и надежность, реализует интегрированные алгоритмы для обмена информацией с любыми по скоростным показателям поездами. Это способствует беспрепятственному пересечению европейских границ международными высокоскоростными поездами.
Однако большие надежды, которые возлагались на технологию диспетчерского управления на базе радиосвязи, оправдались не в полной мере. Причины неудачи с использованием этой многообещающей концепции являются, в конечном счете, экономическими. С одной стороны, были недооценены затраты на систему радиосвязи, с другой – стало невозможно переместить затраты на компоненты СЦБ с инфраструктуры на подвижной состав вследствие реформирования железных дорог и разделения их на инфраструктурную и операторские компании. Хотя первоначально предполагалось, что будет достигнута значительная экономия на инвестициях в инфраструктуру региональных железнодорожных линий. После завершения экспериментов с FFB потребовалось разработать для региональных линий новую концепцию управления движением поездов.