«Автоматический метрополитен»: безопасность и перспективная модель функционирования линии
С.В. КУЗНЕЦОВ, технический директор ООО «Лайтон», канд. техн. наук
А.В. ВОЛКОВ, начальник управления
Термин «автоматический» метрополитен пока не вошел в широкий обиход и вызывает много вопросов у пассажиров и специалистов в области железнодорожной автоматики. Применяемые на железных дорогах и линиях метрополитенов системы ЖАТ и АТДП являются достаточно консервативными, поскольку связаны с безопасностью. Тем не менее, сегодня появились принципиально новые технические решения и современные устройства, позволяющие реализовать в России «автоматический» метрополитен, т.е. движение поездов без машинистов.
За рубежом подобные системы внедряются достаточно активно. В мире около 95 % проектов новых и реконструируемых линий метро реализуются с использованием телекоммуникационных технологий, позволяющих перейти на режим автоведения. Функция автоведения, под которой понимается безопасное управление тягой-торможением и дверями поезда, еще 10-15 лет назад вызывала достаточно острые споры среди специалистов о необходимости ее применения. Однако накопленный российский и международный опыт показал, что при относительно небольших затратах на реализацию системы автоведения как в автономном режиме, так и в комплексном варианте обеспечивается экономия энергоресурсов (до 5 %). Кроме этого, имеется возможность применения функции прицельного торможения, которая необходима при использовании на станциях платформенных раздвижных дверей - ПРД (PSD - Passenger Screen Doors).
Системы управления движением поездов разных уровней с распределением ответственности между автоматикой и человеком, применяемые в метрополитенах, представлены в табл. 1, 2.
На большинстве метрополитенов России реализованы так называемые «простые» (Conventional) системы первого уровня с ручным управлением, оснащенные АЛС-АРС (ATP - Automatic Train Protection). При превышении допустимой скорости в них предусмотрена принудительная остановка поезда.
Отдельные линии Санкт-Петербургского, а также линия Казанского метро, оснащенные системами безопасности и автоведения, относятся к системам второго уровня (Automatic Train Operation - АТР+АТО). В них машинист контролирует прибытие и отправление поезда со станции, берет на себя управление в экстренных ситуациях. Так, в разработанной Санкт-Петербургским «НИИ Точной механики» комплексной системе «Движение» в режиме автоведения при подходе к станции он может вручную экстренно снизить скорость поезда, например в случае падения человека на пути. Машинисту также доступна функция подтверждения (разрешения) отправления со станции в непредвиденных случаях (при закрытии дверей).
На поездах систем третьего уровня Driverless Train Operation - DTO (Driverless with onboard staff - без машиниста, но с присутствием персонала на борту) зачастую нет даже рабочего места машиниста, тем не менее есть специально обученный персонал. В экстренных ситуациях специалисты вручную могут вывести поврежденный состав с линии под контролем подсистемы безопасности или без ее участия.
Последние 15 лет широкое распространение получили системы четвертого уровня. В 25 городах мира уже реализовано больше 50 проектов Unattended Train Operation - UTO (Driverless Unattended - управление движением поездов без сопровождения персоналом). Ожидается, что в ближайшие десять лет это число возрастет в пять раз.
Сегодня системы третьего и четвертого уровней в России не применяются. В 2011 г. впервые в СНГ реализована корейская система третьего уровня АТДП СВТС-класса (Communication Based Train Control - управление поездами с использованием телекоммуникационных технологий,в частности, радиоканала с Wi-Fi корпорации «Хюндай-Ротем»). Она внедрена на линии Алматинского метрополитена. Система четвертого уровня СВТС-класса французской компании «Альстом» включена в проект линии Омского метро.
Системы второго - четвертого уровней выполнены на базе современного аппаратно-программного обеспечения. Они отличаются алгоритмами использования бортовой аппаратуры безопасности и автоведения при ее неисправности.
Согласно требованиям отечественных стандартов безопасности, предъявляемым к железнодорожной автоматике, в микропроцессорных системах необходимо использовать принцип мажорирования («голосования») минимум «2v2» (два из двух). При наличии требований по отказоустойчивости, что крайне важно для транспортных систем, практически реализуется переход к использованию систем <<2v2»+«2v2» (два из двух плюс два из двух в резерве),«2v3» (два из трех) или «3v4» (три из четырех). Именно такие схемы применяются в системе МПЦ «EBILock» компании «Бомбардье Транспортейшн (Сигнал)». На их основе также функционирует стационарная (СА) и поездная (ПА) аппаратура комплексной системы «Движение».
Таким образом, если поездная аппаратура реализована на схемах «2v2»+«2v2», «2v3», «3v4», т.е. удовлетворяет требованию устойчивости к одиночному отказу, она может входить в состав систем любого уровня, несмотря на то, что они имеют разные алгоритмы работы с поездами. Схема эксплуатации поездной аппаратуры в системах разных уровней представлена в табл. 3. Из таблицы видно, что использование одних и тех же аппаратных средств в разных алгоритмах позволяет изменять уровень системы.
В системах четвертого уровня предусмотрена возможность заблаговременного вывода поезда с линии для ремонта при повреждениях в подсистемах безопасности или автоведения. Это их ключевое отличие от систем второго и третьего уровней. Кроме того, при эвакуации поезда с линии в режиме автоведения аппаратура сохраняет свойства безопасности на уровне не ниже «2v2». Если подобное организационное решение будет применено в комплексной системе «Движение», она войдет в число систем четвертого уровня, тем более это вполне позволяет ее архитектура.
Анализируя данные таблицы, понятно, что в перспективе бортовую аппаратуру можно задействовать в схеме «3v4». По сравнению со схемами «2v2»+«2v2» и «2v3» она имеет определенные преимущества, особенно если в активных головном и хвостовом вагонах поезда используются по два из четырех комплектов.
В этом случае в зарубежных системах в основном применяют схемы «2v2»+«2v2>>. Хотя такой вариант менее экономичен, в нем упрощен монтаж и наладка оборудования.
Рассмотрев системы различных уровней, становится понятно, что «автоматический» метрополитен - это комплекс технических средств с типовыми решениями безопасности для бортовой аппаратуры, в котором реализованы функции безопасности и автоведения, используемые с организационными ограничениями.
Для применения подобных систем в России предстоит определить целесообразность и этапы переходов к системам четвертого уровня, рассчитать экономическую эффективность линии, рассмотреть проблемы, которые могут возникнуть при внедрении.
В этих системах применяются одни и те же технические средства, поэтому при переходе важна качественная подготовка квалифицированного персонала, а также решение вопросов, связанных с комплексом слаботочных систем.
«Автоматический» метрополитен, безусловно, имеет преимущества. Основной «плюс» - полный отказ от светофорной сигнализации. На линии, где даже неисправные поезда отправляются в электродепо без машиниста под управлением системы безопасности, отпадает необходимость использования светофоров.
Такой подход выгоден с экономической точки зрения. Например, в современных микропроцессорных централизациях стоимость блока управления светофором может составлять несколько десятков, а систем зарубежных производителей - сотен тысяч долларов. Кроме того, дополнительные средства нужны на эксплуатацию.
Тем не менее, при проектировании и внедрении автоматического метрополитена на территории Российской Федерации возникают объективные проблемы. Это, в первую очередь, несоответствие вводимых устройств действующим нормативным документам (Правилам технической эксплуатации, Инструкции по сигнализации, Инструкции по движению поездов и маневровой работе метрополитенов Российской Федерации, Строительным нормам и правилам и Своду правил по проектированию и строительству метрополитенов). Поэтому для каждого подобного объекта необходимо разрабатывать и утверждать Специальные технические условия (СТУ). Это обязательное условие значительно увеличивает сроки проектирования и порой становится серьезным препятствием при внедрении функций «автоматического» метрополитена, жестко регламентируя необходимость применения светофорной сигнализации.
Весь парк вспомогательных (хозяйственных) подвижных средств нужно оснастить стационарным или переносным оборудованием для приема и отработки сигналов системы безопасности. Хотя по опыту метрополитенов Москвы и Санкт-Петербурга затраты на оснащение и содержание подвижных единиц современными устройствами безопасности в 5-10 раз меньше по сравнению с расходами на строительство светофорной сигнализации.
Существенный «плюс» систем четвертого уровня - расширение возможностей оперативного управления графиком движения, в том числе при сбоях, вводе выводе подвижного состава с линии и на линию. Фактически диспетчеру предоставляется свободное управление, поскольку при организации движения не надо учитывать график работы машинистов.
При сравнении «автоматических» линий европейских метрополитенов с «неавтоматическими» по таким условным критериям, как регулярность и надежность движения, эксплуатационная готовность и надежность оборудования, отмечено преимущество «автоматических» линий.
Кроме того, возможен переход на обслуживание приборов безопасности и автоведения «по состоянию», поскольку бортовая аппаратура имеет встроенные подсистемы диагностики. Заметно сокращается численность персонала службы подвижного состава. Количество «Сопровождающих» (staff - стюардов), которые в экстренных случаях могут в ручном режиме с ограничением скорости вывести подвижной состав с линии и управлять поездами в «неавтоматической» части электродепо, в несколько раз меньше машинистов поездов, курсирующих на линиях, оснащенных системами первого, второго и третьего уровней. В результате высвобождаются комнаты отдыха машинистов, медпункты и другие помещения на станциях.
Из-за отсутствия в России опыта эксплуатации систем четвертого уровня, очевидно, при их внедрении во внимание будут приниматься только положительные моменты - оптимизация численности персонала и сокращение площадей для новых линий метро (табл. 4).
Вместе с тем следует учесть и особенности «автоматических» метрополитенов. Например, линия, по которой составы отправляют в депо для отстоя или ремонта, фактически становится малодеятельным участком. Поэтому здесь систему управления целесообразно строить на основе действующих нормативных документов.
Безусловно, при внедрении автоматических линий в России следует ориентироваться на отработанные комплексные системы, имеющие уровень безопасности SIL3 и SIL4, прошедшие европейскую или российскую сертификации. Однако следует помнить, что при прохождении этой процедуры системы, как правило, комплектуются определенными типами технических средств - стрелочными электроприводами, оборудованием рельсовых цепей и светофоров. Для испытания в составе такой системы отечественных стрелочных электроприводов, например СП-6БМ, потребуются дополнительные время и средства.
При централизованном автоведении на станции необходимо установить дополнительное оборудование: точки доступа с резервированными сетями передачи данных, электропитания и антеннами; отдельные датчики типа «бализ», RFID-меток, пассивных инфракрасных ответчиков; устройства для управления линией или ее отдельной зоной; АРМы контроля и мониторинга и др.
Хотя в «автоматических» метрополитенах поездной диспетчер имеет возможность с помощью системы видеонаблюдения контролировать зону перед поездом, он не в состоянии отследить прибы-тие-убытие всех поездов. Поэтому для безопасности пассажиров на новых линиях необходима система управления ПРД (PSD), увязанная с системой АТДП.
Кроме того, больше времени требуется для пусконаладочных работ при вводе новых технических средств в эксплуатацию. В этот период проверяется функционирование каждой слаботочной смежной с АТДП системы, а также ее работоспособность в комплексе с другими.
Значительно расширяются функции поездных диспетчеров. Они могут вести переговоры с пассажирами, наблюдать за ситуацией в вагонах, контролировать состояние ПРД (PSD) и др.
На некоторых зарубежных линиях с высшим уровнем автоматизации технологических процессов функции дежурных по станциям переложены на линейных диспетчеров и автоматику. В связи с этим очень важно, чтобы персонал - диспетчеры, «сопровождающие», дежурные по станциям - был хорошо подготовлен.
В системах четвертого уровня ведущих зарубежных производителей приоритет отдан безопасности движения, спокойствию пассажиров и комфортному труду диспетчеров. В то же время предусмотрены и другие аспекты эксплуатации. Например, с рабочего места любого линейного диспетчера можно экстренно отключить напряжение с контактного рельса. Благодаря увязке системы радиосвязи стандарта ТЕТРА с бортовыми устройствами обеспечиваются переговоры диспетчеров с пассажирами, оповещение их по громкоговорящей связи.
Между поездом и пунктами управления движением организованы каналы обмена данными. Они предназначены для приема-передачи сигналов автоматической пожарной сигнализации из подсистемы диагностики аппаратуры на поездах и передачи изображений с установленных в вагонах видеокамер в диспетчерский центр на станцию.
«Автоматический» метрополитен - очевидная и близкая реальность. Причем поэтапный или единовременный переход возможен с применением отечественных сертифицированных по безопасности комплексных систем, без модернизации технических средств. Для строительства таких линий на территории Российской Федерации требуется корректировка действующих нормативных документов по проектированию, строительству и эксплуатации метрополитенов.
