Группа швейцарских специалистов по железным дорогам протестировала новую систему Автоматической Эксплуатации Поездов (АЭП, Automatic Train Operation - ATO), которая может быть использована для подвижных составов и системах управления поездов.
Система GoA2, спроектированная как недорогая и простая в эксплуатации, находится в стадии апробации.
Электрифицированная ветка OeBB протяженностью 4 км от Oensingen до Balsthal идеальна для испытаний АЭП, поскольку проста в эксплуатации.
Идея разработки доступной системы для АЭП на уровне автоматизации 2 (GoA2) возникла около трех лет назад, и в декабре 2019 года получила подтверждение своей концепции.
Команда Auto-Ferrivia состояла из четырех специалистов.
Г-н Ханс-Петер Ветш - профессиональный железнодорожник, проработавший в Швейцарской федеральной железной дороге (SBB) 21 год.
В 1991 году Ветш был назначен руководителем службы безопасности и эксплуатации в AlpTransit Gotthard для проекта Gotthard Base Tunnel.
В 2014 году Ветш присоединился к сети DB; участвовал во вводе ETCS в эксплуатацию на скоростной линии Берлин - Нюрнберг. В следующем году он создал компанию Vetsch Rail Consulting.
Другими членами команды являются г-н Андре Швайцер, специалист по сигнализации, который является главой Railtool; г-н Адриан Эглофф, специалист по подвижному составу и глава подразделения Rail Systems Engineering; и г-н Маркус Шиндельхольц, генеральный директор Балтийской железной дороги Oensingen (OeBB), где проходили испытания АТО.
Кроме того, еще четыре консультанта принимали участие в реализации проекта Auto-Ferrivia ATO.
«Мы знаем, где находятся поезда, маршруты и сигнальные аспекты - вся информация там есть - нам просто нужно передавать ее поездам», - сказал Вешт.
Решение Auto-Ferrivia ATO обеспечивает простое расширение существующей железной дороги с использованием световой сигнализации и традиционного управления поездом.
Предлагаемая концепция АЭП технологически не зависит от транспортного средства и подходит для железных дорог с обычными условиями эксплуатации.
«Железная дорога предназначена для автоматизированной работы, поскольку в отличие от автомобильного, водного и воздушного транспорта поезда расположены на рельсах, и двухмерное движение (расстояние и время) позволяет контролировать и управлять», - говорит Auto-Ferrivia.
Тем не менее, до настоящего времени автоматизированное движение практически не использовалось на железных дорогах.
В 1976-1980 годами на испытательном пути Баден - Кобленц LZB курсировал поезд RABDe 8/16 (Chiquita) с АТО; в Испании на линии Мадрид Аточа - Пинар-дель-Лас-Розас с 1977 по 1979 год также курсировал аналогичный поезд.
Однако дальнейшая разработка АТО была прекращена из-за больших затрат.
ЖД эксперты неоднократно утверждали, что АЭП может быть внедрено только вместе с самыми современными технологиями в области инфраструктуры и подвижного состава.
Однако большинство железных дорог не могут обновить инфраструктуру и подвижной состав одновременно из-за разных жизненных циклов.
Поддержка драйверов.
GoA2 ATO - система, которая позволяет машинисту поезда выполнять рутинные действия: круиз-контроль, ускорение и торможение в соответствии с пороговыми значениями скорости и приближающимися остановками.
АЭП позволяет оптимизировать управление, но машинист может в любое время взять на себя управление поездом и отключить АЭП.
Поезд контролируется существующей системой управления поездом, которая работает в фоновом режиме и вмешивается, когда допустимая скорость превышается посредством автоматически инициируемого торможения.
Так как существующие системы управления движением поездов чрезвычайно надежны, во время движения поезда невозможно движение с превышением разрешенной скорости или географической границы управления движением.
Архитектура АЭП для системы Auto-Ferrivia GoA
Предлагаемая система АЭП в соответствии с GoA2 (когда ответственность несет машинист) не обязательно должна быть установлена на отказоустойчивой конструкции, например, сигнальная коробка или современная система управления поездом (ETCS Level 2), но это может быть и приложение для автоматизации или телематики.
Это упрощает утверждение, повышает гибкость и снижает затраты.
В другом случае, возможно объединение АЭП с системой управления поездов, что будет влиять на сложность и гибкость из-за затрат времени и средств на сертификацию безопасности.
АТО оказывает поддержку машинисту поезда, и владеет всей информацией, необходимой для работы поезда.
Динамическая информация о всех поездках на поездах, а именно состояние сигналов и положение поездов, записывается и обновляется в базе данных с помощью улавливающего устройства (анализатора) данных сигнальной коробки или системы управления данными.
Кроме того, в этой базе данных хранится план со статическими данными маршрута, такими как фиксированные скорости на станциях на линии и кривые скорости; остановочные пункты, в одномерной форме в виде расстояния до целевого сигнала или контрольной точки.
Условия и информация, относящиеся к поезду, периодически запрашиваются бортовым компьютером АЭП через интернет-соединение 3G или 4G. Компьютер АЭП использует эту информацию для расчета статического профиля скорости (SSP) и динамического профиля скорости (DSP) с использованием свойств поезда, таких как длина и коэффициент торможения.
Местоположение поезда определяется с помощью GPS.
Проблема использования GPS заключается в отсутствии приема сети на некоторых участках маршрута.
Поскольку поезд привязан к колее, расстояние, пройденное после потери сигнала GPS, можно относительно легко определить с помощью существующих датчиков вращения колес.
Во время тестов в качестве бортового компьютера АТО использовался ноутбук.
На компьютере было установлено тестовое программное обеспечение АЭП, содержащее все необходимые функции, а также датчик GPS и веб-камера для визуализации.
Бортовой компьютер АЭП непрерывно определяет расстояние между его положением и контрольной точкой и, таким образом, может определять текущую допустимую скорость.
Скорость движения цели передается в систему управления транспортного средства через специальный интерфейс, который зависит от типа транспортного средства, но становится более сложным при работе со старой автомобильной техникой.
Тестирование
Электрифицированная ветка OeBB протяженностью 4 км от Oensingen до Balsthal идеальна для испытаний АЭП, поскольку она имеет простые условия эксплуатации.
Пассажирские перевозки заканчиваются в 20.00, что дает достаточно времени для пробной эксплуатации.
Однако инфраструктура довольно устаревшая, а функциональность системы ограничена с точки зрения автоматизации.
Системы безопасности состоят из двух секций блоков с соответствующими сигналами и семи переездов, частично интегрированных в систему сигнализации.
Линия имеет только ручные выключатели.
Защита поезда - это стандартная система ZUB/Signum с пакетом 44 ETCS Level 1 Limited Supervision.
Только на станциях имеются отдельные свободные участки пути. Маршрут устанавливается вручную машинистом поезда с помощью радио или локальных кнопок.
Сигнальный блок OeBB основан на релейной технологии Domino.
На эту технологию был наложен бортовой компьютер АЭП, действующий аналогично системе управления.
Задним числом обрабатываются зафиксированные состояния сигналов (остановка или продолжение) в информации о маршруте и присваиваются номера поездов, согласно расписанию.
Используя этот принцип, все релейные сигнальные коробки могут быть подключены к АЭП.
В Швейцарии большинство систем безопасности до сих пор базируются на этой технологии.
При наличии данных, необходимых для АЭП, можно также взять данные из электронного сигнального ящика или системы управления, при условии, что известен соответствующий интерфейс.
Модернизированный EMU, построенный в 1991 году, был предоставлен для испытаний Ассоциацией депо и железнодорожных транспортных средств Кобленца (DSF) и компанией Rail Systems Engineering.
Поезд, используемый для тестов, был предоставлен Ассоциацией депо и железнодорожных транспортных средств Кобленца (DSF) и компанией Rail Systems Engineering.
EMU датируется 1991 годом.
Необходимо было разработать специальный интерфейс, который преобразует команды АЭП в цифровые и аналоговые сигналы для данного поезда.
Тестовые прогоны проводились с использованием ноутбука в качестве бортового компьютера АЭП.
На ноутбуке было установлено тестовое программное обеспечение АЭП со всеми необходимыми функциями, к которому были подключены GPS-датчик и веб-камера для визуализации.
Первые тестовые поездки между Оенсингеном и Бальсталем состоялись 17 декабря 2019 года. Передача данных из сигнальной коробки в поезд работала отлично, GPS местоположение оказалось стабильным и надежным.
Спецификации для управления транспортным средством, предоставленные компьютером АЭП, были реализованы интерфейсом и в целом дали удовлетворительный, но все же оптимизируемый тестовый прогон.
В частности, целевые параметры должны были быть установлены с использованием многочисленных настроек.
После нескольких точных настроек, автономные поездки были завершены в обоих направлениях без вмешательства водителя (за исключением требований запроса маршрута по радио).
Система даже контролировала двери. На каждой остановке двери отпускались на регулируемое время. После обратной связи с дверным замком поезд продолжал движение автоматически, по сигналу.
Полученные результаты
«Мы сделали 10 тестовых запусков и увидели, что система работает хорошо», - говорит Ветш.
Тестовый запуск показал, что автоматизированное движение по обычным железным дорогам возможно с относительно простыми средствами.
АЭП не должна быть совместимой, поскольку это стоит слишком дорого.
Компания Auto-Ferrivia считает, что, поскольку система АЭП может быть наложена на существующую инфраструктуру и системы поездов, инвестиции должны быть минимальными.
«Мы доказали концепцию, и проект подошел к концу», - говорит Ветш.
Теперь только практический опыт покажет, какие у автоматизации операций существуют преимущества и недостатки.