Система управления и обеспечения безопасности движения поездов ITARUS-ATC
В.И. ЗОРИН, начальник технического управления ОАО «НИИАС»
И.В. РАМБОВСКАЯ, И.П. КОВАЛЕВ, начальники отделов
В настоящее время специалисты ОАО «НИИАС», других российских предприятий и итальянской компании Ansaldo STS совместно разрабатывают комплексную российско-итальянскую систему управления и обеспечения безопасности движения поездов ITARUS-ATC
Скорость движения поездов, пропускная способность участков дорог и другие параметры, определяющие эффективность железнодорожного транспорта, в значительной степени зависят от применяемых технических средств управления и обеспечения безопасности движения. Использование современных технических средств на железнодорожном транспорте особенно актуально из-за жесткой конкуренции с другими видами транспорта.
Чтобы быть конкурентоспособными, необходимо увеличивать количество линий скоростного пассажирского движения, число тяжеловесных и длинносоставных грузовых поездов, а также формировать международные транспортные коридоры. В результате повышаются требования к эффективности, надежности и безопасности технических средств управления и обеспечения безопасности движения поездов.
В соответствии с этими требованиями на железных дорогах России идет планомерное внедрение микропроцессорных систем диспетчерской и электрической централизаций, современных систем автоблокировки и локомотивных систем обеспечения безопасности движения поездов. В то же время для передачи оперативной информации на локомотив продолжает использоваться низкочастотный канал индуктивной связи «рельсовая линия - локомотив» - канал АЛСН. В свое время он рассматривался как дополнительный источник информации для машиниста, а основной информацией были показания путевых светофоров. Три активных сигнала, используемых в АЛСН, не могут обеспечить нормальный безопасный интервал между попутно следующими поездами при трехзначной автоблокировке. Четырехзначную автоблокировку в сочетании с каналом АЛСН не имеет смысла применять, так как сигналы проходных светофоров «один зеленый огонь» и «один желтый и один зеленый огни» кодируются одинаково.
Благодаря внедрению многозначной локомотивной сигнализации АПС-ЕН можно с помощью 48 активных сигналов, при их разумном использовании, контролировать интервал попутного следования поездов даже при автоблокировке с подвижными блок-участками, но нельзя передавать данные о номере пути и маршруте следования на станции, а также другую необходимую информацию.
Этим объясняется необходимость использования радиоканала, альтернативного каналу, использующему в качестве среды передачи сигналов рельсовые линии. В России неоднократно делались попытки применять радиоканал для передачи сигналов управления и обеспечения безопасности движения поездов, но все они так и не были завершены.
На железных дорогах Европы и других стран мира в соответствии с требованиями Международного союза железных дорог (МСЖД) активно внедряется система управления и обеспечения безопасности движения поездов ERTMS (European Rail Traffic Management System), причем системы второго и третьего уровней используют радиосеть GSM-R.
Система ERTMS предназначена для обеспечения интероперабельности (совместимости) технических средств в грузовом, пассажирском и скоростном движении, а также в международных транспортных коридорах, эффективного управления движением поездов, в том числе безопасности (подсистема ETCS).
Система ERTMS предполагает несколько уровней реализации. Ее начали разрабатывать в Европейском институте железнодорожных исследований (ERRI) на базе комплекта единых стандартов. На основе этих стандартов ведущие фирмы-разработчики технических средств железнодорожной автоматики создали все компоненты ERTMS. С 2005 г. при внедрении систем ERTMS/ETCS начали осуществляться коммерческие перевозки на железных дорогах Великобритании, Дании, Италии и Испании.
Система ERTMS первого уровня предполагает сохранение существующих национальных технических средств управления и обеспечения безопасности движения поездов (рельсовых цепей, счетчиков осей, путевых светофоров, систем автоблокировки, электрической и диспетчерской централизации). Для обеспечения интероперабельности применяются следующие дополнительные каналы передачи информации на локомотив:
точечный радиопередатчик Eurobalise (рис. 1) для обмена постоянной и оперативной информацией с локомотивом в определенных точках пути;
индуктивный шлейф Euroloop для передачи на локомотив информации о показании впередистоящих светофоров или устройства радиоканала (рис. 2).
С помощью таких каналов организуют смешанное движение, когда локомотивными устройствами ERTMS оборудована только часть поездов. При этом обеспечивается контроль допустимой скорости и исключение проезда светофоров с запрещающими сигналами. Местонахождение поезда определяют по сигналам осевых датчиков скорости и пройденного пути с корректировкой по сигналам от Eurobalise.
ERTMS второго уровня (рис. 3) отличается тем, что в систему вводится непрерывный канал радиосвязи GSM-R. При этом сохраняются существующие технические средства управления и обеспечения безопасности движения поездов и нет необходимости применять индуктивный шлейф, а Eurobalise используют автономно только для передачи на локомотив информации о координате точки пути, чтобы скорректировать местонахождение поезда. Вся необходимая информация на локомотив передается по радиоканалу GSM-R через Центр радиоблокировки RBC, который может одновременно работать с 60 локомотивами в информационном режиме или с 30 локомотивами в режиме управления и обеспечения безопасности. Преимуществом применения GSM-R является непрерывность связи «путь-локомотив», высокая скорость передачи информации и интероперабельность. Наличие путевых светофоров необязательно. Местонахождение и целостность поездов контролируются внешними системами, не входящими в ERTMS.
ERTMS третьего уровня (рис. 4) является самостоятельной, функционально законченной системой управления и обеспечения безопасности движения поездов без наложения на традиционные напольные устройства СЦБ. Местонахождение поездов и занятость путей определяются в центрах RBC по информации, передаваемой с поездов. Бортовая аппаратура контролирует также целостность поездов. При этом нет необходимости использовать рельсовые цепи и путевые светофоры, что позволяет реализовать алгоритмы подвижных блок-участков или организовать координатное регулирование движения поездов. Таким образом, обеспечивается повышение пропускной способности линий и оптимизируется управление движением.
В системе ERTMS есть и другие уровни реализации, но основные рассмотрены ранее.
В настоящее время специалисты ОАО «НИИАС», других российских предприятий и итальянской компании Ansaldo STS совместно разрабатывают комплексную российско-итальянскую систему управления и обеспечения безопасности движения поездов ITARUS-АТС, структурная схема которой показана на рис. 5.
Предполагается, что система ITARUS-ATC по реализуемым функциям будет максимально соответствовать системе ERTMS второго уровня, но технически исполнена иначе. В системе ERTMS второго уровня местонахождение поезда определяется по показаниям одометра и корректируется от путевых приемопередатчиков Eurobalise. Для обеспечения необходимой точности требуется устанавливать два-три приемопередатчика на каждый километр перегона или приемо-отправочный путь станции, что приводит к значительным капитальным затратам и эксплуатационным расходам.
При формировании концепции ITARUS-ATC российские специалисты предложили для определения местонахождения поезда вместо приемопередатчика Eurobalise использовать спутниковые навигационные системы ГЛОНАСС/GPS, которые в аппаратуре КЛУБ-У успешно применяются на российских железных дорогах в течение 10 лет.
ITARUS-ATC предполагает следующую классификацию:
линии с низкой интенсивностью поездов (в России малодеятельные участки менее 8 пар поездов в сутки), LTL;
линии со средней интенсивностью движения (интенсивное движение более 24 пар поездов в сутки на однопутных участках и более 50 пар поездов на двухпутных участках), MTL;
линии с особо интенсивным движением (более 48 пар поездов на однопутных участках и более 100 на двухпутных), HTL;
линии высокоскоростного движения (скоростное движение выше 140 км/ч), HSL.
Техническая оснащенность железнодорожных линий в соответствии с концепцией ITARUS-ATC должна однозначно определяться их категорией.
Подобно системе ERTMS второго уровня на участках железных дорог, оборудованных ITARUS-ATC, сохраняются существующие технические средства автоматики и телемеханики. Центр RBC через соответствующие устройства собирает информацию от средств автоматики и телемеханики и на ее основе осуществляет построение поездной модели участка обслуживания. На основании этой модели формируются и через канал GSM-R передаются на локомотивы сообщения о показании впередистоящего светофора, местах ограничений скорости и другая информация, необходимая для управления движением поездов и обеспечения безопасности. На локомотивах устанавливают российские локомотивные устройства безопасности, специально адаптированные для работы в составе ITARUS-ATC. Для взаимодействия КЛУБ-У с радиомодемом GSM-R используют специальный блок AIRBS.
Стандарт GSM-R разработан специально для решения задач управления движением поездов. Он полностью основан на стандарте GSM сетей общего пользования. МСЖД в 1995 г. произвел сравнительный анализ стандартов TETRA и GSM, по результатам которого в качестве базового принят GSM. Для
GSM-R выделены международные полосы частот 876-880 МГц и 921-925 МГц. Специальные требования к GSM-R следующие:
непрерывный обмен информацией без пауз на скорости до 500 км/ч;
эффективное использование полосы частот 4 МГц; покрытие сигналом 95 % предусмотренной области охвата в течение 95 % времени с уровнем не хуже 90 dBm;
результативность передачи выше 99,55 %; высокий уровень готовности; улучшенное покрытие сигналом на станциях, перегонах и внутри туннелей.
Работы по созданию ITARUS-ATC запланированы на 2009-2011 гг. В начале февраля 2010 г. в офисе компании Ansaldo STS (г. Генуя, Италия) состоялось стартовое совещание совместной российско-итальянской рабочей группы, которая в ближайшее время приступит к интеграции российских и итальянских компонентов системы ITARUS-ATC.
Эксплуатационные испытания системы планируются на перегоне Хоста - Мацеста Северо-Кавказской дороги, где в декабре 2009 г. совместная российско-итальянская рабочая группа провела предпроектное обследование. После завершения эксплуатационных испытаний центр RBC планируется установить на станции Адлер, а после адаптации системы ITARUS-ATC к условиям олимпийской транспортной системы «Сочи-2014» управление движением поездов во время зимних олимпийских игр 2014-го года на участках Адлер - Альпика-Сервис, Адлер - Имеретинский курорт, Адлер - Аэропорт и Адлер -Веселое будет осуществляться с использованием системы ITARUS-ATC.
