[03-2024] Проектные решения РСУДП для ВСЖМ-1

[Admin]

Проектные решения РСУДП для ВСЖМ-1

РОЗЕНБЕРГ Ефим Наумович, АО «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте», первый заместитель генерального директора, профессор, д-р техн, наук, Москва, Россия
ОЗЕРОВ Алексей Валерьевич, АО «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте», начальник Международного управления - начальник Центра управления интеллектуальной собственностью, Москва, Россия
БАРАНОВ Андрей Григорьевич, АО «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте», начальник Центра развития и реализации комплексных систем автоматики и телемеханики, Москва, Россия

Ключевые слова: рельсовые цепи, тональные рельсовые цепи, ВСМ, РСУДП, ВСЖМ-1, АБТЦ-МШ, ETCS/ ERTMS, KTCS-2, GSM-R, FRMCS, DMR-RUS, LTE-R

Аннотация. В статье рассматриваются наиболее распространенные отечественные и зарубежные системы управления движением поездов, в которых для контроля свободности пути и целостности поезда применяются рельсовые цепи совместно с радиоканалом. Рассмотрен вариант гибридной технологии российской системы управления движением поездов РСУДП с приемом информации из рельсовой цепи и радиоканала применительно к высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва - Санкт-Петербург (ВСЖМ-1). Приведены дополнительные решения для ВСЖМ-1, повышающие надежность канала передачи данных на основе рельсовых цепей. Отмечено, что различные технические характеристики гибридного варианта РСУДП способствуют оптимизации системы управления движением поездов для последующего перехода к ERTMS (уровня 3).

Мировой опыт показывает, что на железнодорожном транспорте сегодня отсутствует эффективная альтернатива конвенциональным методам контроля свободности пути и полносоставности поездов. Наиболее распространенным и надежным способом решения этих задач по-прежнему являются рельсовые цепи [1], применяемые в большинстве стран с развитым железнодорожным сообщением, особенно на высокоскоростных магистралях [2]. Они имеют увеличенную в сравнении с обычными РЦ длину, которая в зависимости от технического решения составляет 1350-2000 м.

Следует отметить, что южнокорейские системы KTCS-2 и CTCS-2 построены как аналоги европейской системы TVM 430 и используют ту же разновидность резонансной РЦ [3]. В таблице представлены характеристики систем автоблокировки TVM 300, TVM 430 (Франция); ВАСС (Италия) и АТС (Япония), применяемых на высокоскоростных магистралях.
В качестве примера можно также привести проект создания сети ВСМ в Индии, реализуемый при участии ведущих зарубежных компаний. В его технико-экономическом обосновании, подготовленном Японским агентством международного сотрудничества в области транспорта и министерством железных дорог Индии, для контроля свободности и целостности рельсового пути рекомендуется применение тональных рельсовых цепей как наиболее надежного метода, особенно при движении со скоростью 320 км/ч и выше [4].

Как известно, устройства счета осей для этих целей применяются весьма ограниченно, только на отдельных участках скоростного движения, как например, в системе EBICAB в Испании и скандинавских странах. При этом скорость движения на таких линиях не может превышать 220 км/ч [5].
В наиболее широко внедряемой системе ETCS/ERTMS (уровень 2) контроль свободности пути и полносоставности поезда также осуществляется, как правило, посредством рельсовых цепей. Более того, в целях повышения пропускной способности активно тестируются решения по интеграции информации от устройств РЦ в систему ETCS/ERTMS (уровень 2) для организации виртуальных блок-участков. В этом случае центр радиоблокировки RBC опирается на информацию от электрической централизации (ЭЦ) о последовательном занятии/ освобождении рельсовых цепей блок-участка (о проследовании поездом, оснащенным бортовым оборудованием ETCS, границ рельсовых цепей) для расчета доверительного интервала координаты хвостового вагона поезда.
В случае потери связи с RBC такие поезда продолжают двигаться в соответствии с полученными ранее разрешениями на проследование до восстановления связи. Причем поезда, не оснащенные ETCS, следуют в обычном режиме по кодам национальной АЛС. Такое решение принято называть «гибридной системой ETCS/ERTMS (уровень 3). Похожий подход реализован в китайской CTCS-3 и южнокорейской KTCS-2 системах [6].
В документах Европейского железнодорожного агентства система ETCS/ERTMS (уровень 2/3) позиционируется как полностью автономная интероперабельная, призванная заменить все национальные системы в ЕС. Основной принцип ее работы - управление по радиоканалу GSM-R с опорой на путевые приемоответчики (бализы), устанавливаемые для
точной координатной привязки подвижных единиц. Однако на практике такая система не может безопасно функционировать без внешних устройств контроля свободности пути в виде РЦ или счетчиков осей, а также работать в штатном режиме при выходе из строя этих элементов (в этом случае система должна переключаться в режим «под ответственность машиниста»).
Предполагается, что в будущем от них можно будет отказаться за счет оснащения всего подвижного состава бортовыми устройствами ETCS, с тем чтобы центр радиоблокировки RBC мог «видеть» все поезда на участке, и бортовой системой контроля целостности поезда. Возможность построения безопасных бортовых средств контроля в рамках реализации ETCS/ ERTMS (уровень 3) с использованием спутниковых систем ГНСС, электронной карты маршрута, средств технического зрения рассматривается в многих проектах, в том числе в RAILGAP, X2RAIL-2, Sensors4Rail, CLUG и др. Вместе с этим анализируются возможности нового стандарта радиосвязи 5G/ FRMCS в части контроля и управления при реализации интервального регулирования на принципах подвижного блок-участка и виртуальной сцепки. Однако готовое к тиражированию техническое решение появится, вероятно, не ранее 2030-2035 гг. [7].

По имеющейся информации зарубежные железнодорожные администрации не планируют в течение ближайшего десятилетия отказываться от комбинированного варианта применения радиоканала и рельсовых цепей. В
этой связи представляет интерес южнокорейский опыт развития национальной системы управления движением поездов (СУДП) на базе комбинированного варианта и применения стандарта мобильной связи LTE-R для передачи ответственных данных железнодорожного назначения. Перспективная система KTCS-2 строится как гибридная система управления, в которой используется интегрированная цифровая мобильная связь LTE-R с резервированием конвенциальными средствами технологической радиосвязи, а также рельсовые цепи. Она поддерживает автоведение поездов с уровнем автоматизации GoA2 и дает возможность повысить пропускную способность линий примерно на 20 % по сравнению с традиционными системами сигнализации.
На развернутой инфраструктуре LTE-R в Южной Корее запущен участок ВСМ Вонджу - Каннын со скоростью движения 250 км/ч. Он стал первым в мире участком ВСМ с системой управления на основе технологии LTE. Здесь реализована передача данных со скоростью до 75 Мбит/с, видеосвязь, голосовые сообщения между диспетчером и машинистом, а также возможность организации групповых вызовов.
Ассоциацией телекоммуникационных технологий Кореи (ТТА) были приняты и введены в действие такие отраслевые стандарты в области применения технологии LTE-R, как пользовательские и функциональные требования к системе железнодорожной радиосвязи на базе LTE -LTE based Railway Communication system User Requirements (ТТАК.КО 06.0370,2014 и ТТАК. К006.0369,2014). В них определено, что доставка сообщений с разрешением на проследование от центра радиоблокировки RBC до поездной радиостанции должна происходить с задержкой не более 300 мс при движении поезда со скоростью до 350 км/ч. Время установления сеанса связи должно быть менее 1 с, а вероятность его успешного установления - более 99 % при скорости до 350 км/ч.

Правительство Кореи планирует к 2025 г. увеличить протяженность сети LTE-R примерно на 5600 км при общей протяженности сети около 9400 км [8]. Причем на уже существующих участках каналы, организованные по LTE-R, рассматриваются как основные для системы управления движением, а каналы радиосвязи 150 МГц и ASTRO/TETRA - как резервные.
Учитывая зарубежные наработки, а также российский опыт применения СУДП на основе тональных рельсовых цепей, в проектных решениях РСУДП для ВСЖМ-1 заложен принцип гибридной технологии управления с приемом информации как из рельсовой цепи, так и из радиоканала. Также, как в системе KTCS-2, в качестве основного канала предусмотрено использование LTE-R, резервного -DMR-RUS (в диапазоне 160 МГц).
Относительно частот, применяемых в российский тональных рельсовых цепях (ТРЦ), наиболее близка к проектируемым ТРЦ в рамках РСУДП система сигнализации, эксплуатируемая в Японии. Она не требует установки через каждые 50 м высоковольтных конденсаторов, как для резонансных рельсовых цепей, заимствованных во Франции и применяемых на железных дорогах Китая и Южной Кореи. Однако следует подчеркнуть, что к ТРЦ, реализуемым в отечественной системе автоблокировки АБТЦ-МШ, предъявляются существенно более жесткие требования в части соблюдения условий содержания балласта и его сопротивления.

Вместе с тем при создании РСУДП для ВСЖМ-1 разработаны некоторые дополнительные решения, повышающие надежность канала на основе рельсовых цепей. Например, введена двухчастотная сигнализация в рельсовой цепи канала многозначной АЛС-ЕН. Это способствует не только рас
ширению значности системы, но и исключению промежуточных стыков на границе станций и перегонов. Ведь при высокой скорости движения промежуточные стыки являются наиболее ненадежным элементом рельсовой цепи.
Необходимо отметить, что кодирование рельсовых цепей при высокой значности имеет признаки адресности (номер рельсовой цепи), что может служить гарантией фиксации координат подвижной единицы даже при подавлении системы ГЛОНАСС/Beidou или при выключении и повторном включении бортового устройства безопасности. При этом средства контроля в составе бортового устройства позволяют повысить безопасность обработки информации из радиоканала и рельсовой цепи и снизить требования к количеству и стоимости базовых станций радиосвязи (исключение дублирования мачт для двойного перекрытия зоны).
Стендовые испытания канала рельсовой цепи стандартной аппаратуры АБТЦ-МШ показали устойчивость приема информации на скорости до 400 км/ч с приемлемым для высокоскоростного движения временем обработки информации от 0,8 до 1,6 с. Это дает возможность сопоставлять информацию из рельсовой цепи и радиоканала на локомотиве путем ее безопасной обработки.
Структура с распределением концентраторов информации через 6-8 км обеспечивает резерв контроля рельсовой линии даже при отказе одиночной рельсовой цепи за счет встроенной функции логической реконфигурации (функция отрабатывается на МЦК). Кроме того, с учетом наличия канала ВОЛС и установки на концентраторе камер видеофиксации появляется возможность контроля прохождения хвоста поезда по его заданному изображению с достаточной достоверностью.
В процессе эксплуатационных испытаний на опытном полигоне и специальном стенде АО «НИИАС» будет проверена работоспособность канала DMR-RUS на предельных скоростях движения поездов 400 км/ч (на данный момент хорошая работоспособность подтверждена на скорости 200 км/ч на участке Москва - Нижний Новгород).
В целом, с помощью таких технических решений удастся сохранить устойчивость графика движения поездов при отказах рельсовой цепи путем снижения ограничения скорости поезда до 200 км/ч, а не до 40 км/ч, как принято в системах управления ВСМ только по радиоканалу, а при отказе радиоканала LTE установить после испытания на опытном полигоне диапазон снижения скоростей от 200 до 300 км/ч. Кроме того, данная структура позволит оптимизировать систему управления поездами для последующего перехода к аналогу ERTMS (уровня 3), который в том числе зависит от результатов испытаний систем диагностики верхнего строения пути и уровня надежности применяемых технических средств.

СПИСОК источников

1. A network method for identifying the root cause of high-speed rail faults based on text data / Yang L. etc // Energies. 2019. Vol. 12, № 10. P. 1908 p.
2. Railway signalling and interlocking / ed. by G. Theeg, S. Vlasenko. 3rd ed. Hamburg: PMC Media House, 2020.553 p.
3. Розенберг E.H., Озеров А.В. Построение систем управления и обеспечения безопасности движения поездов на ВСМ // Железнодорожный транспорт. 2018. № 3. С. 34-41.
4. Joint feasibility study for Mum-bai-Ahmedabad high speed railway corridor: final report/Japan International Cooperation Agency (JICA), Ministry of Railways, Republic of India(MOR), Japan International Consultants for Transportation Co., Ltd., Oriental Consultants Global Co., Ltd., Nippon Koei Co., Ltd. Final Report. Vol. 3. 2015. 355 p. URL: https:// nhsrcl.in/sites/default/files/technical-de-tails/2019-07/ELCR15137_Vol-3.pdf.
5. Озеров А.В., Куроптева А.П. Система управления и обеспечения безопасности движения высокоскоростных поездов // Интеллектуальные транспортные системы : материалы II Международной научно-практической конференции, Москва, 25 мая 2023 года. Москва : Российский университет транспорта, 2023. С. 614-619.
6. Озеров А.В. Мировые тренды развития систем управления движением поездов // Наука и технологии железных дорог. 2022. Т. 6, № 4 (24). С. 10-14.
7. Розенберг Е.Н., Перспективы развития систем интервального регулирования движения поездов с применением технологической радиосвязи // Вестник Института проблем естественных монополий: Техника железных дорог. 2023. № 4 (64). С. 44-47.
8. Андреев В.Е., Озеров А.В. Южнокорейский опыт внедрения железнодорожных систем управления на основе радиосвязи И Наука и технологии железных дорог. 2023. Т. 7, № 2 (26). С. 17-22.