ETCS и автоведение
Внедрение систем ETCS и автоведения в центральной части линии Thameslink Для реконструируемой в рамках программы Thameslink станции Лондон-Бридж (London Bridge) поэтапно сдаются в эксплуатацию новые системы сигнализации, включая европейскую систему управления движением поездов ETCS уровня 2 и систему автоведения поезда (АТО). Ввод в эксплуатацию линии с высокой интенсивностью движения, пересекающей Лондон с севера на юг, запланирован на 2018 г. Программа, которая предусматривает модернизацию и развитие железнодорожной линии Thameslink, пересекающей Лондон с севера на юг, вступает в заключительную стадию. Реализация программы ускорилась после завершения работ по первому пусковому комплексу (КО1) весной 2012 г. (см. «ЖДМ», 2013, № 2, с. 54 – 57) и проведения Олимпийских и Паралимпийских игр 2012 г., и сейчас полным ходом идут работы по второму пусковому комплексу (КО2), завершение которых обеспечит с 2018 г. движение с интенсивностью 24 поезда в час по каждому пути.
КО2 представляет собой очень сложный мультидисциплинарный проект, включающий работы по гражданскому строительству, путевые работы и электрификацию наряду с продолжением реконструкции средств сигнализации и внедрением системы автоведения поездов. Центральным элементом этого этапа является полная реконструкция станции Лондон-Бридж со строительством 15 новых платформ и дополнительных главных путей для обеспечения значительно возросших размеров движения по линии Thameslink. Эти работы реализуются последовательно и
поэтапно с очень небольшими интервалами между этапами. В числе других элементов КО2 — строительство тоннеля для развязки в разных уровнях подходов к станции Лондон-Бридж со стороны Кента и Суссекса, а также ряд более мелких проектов на линии Thameslink и ее ответвлениях.
Развитие средств сигнализации В рамках этапа КО2 зона внедрения новых систем сигнализации, первоначально установленных на центральном участке линии Thameslink, расширяется от станции Лондон-Блэкфрайерс через Лондон-Бридж до Нью-КроссГейт. С северной стороны центрального участка необходимо оснастить средствами сигнализации новый двухтрубный тоннель, который связывает пути линии Thameslink на станции Сен-Панкрас-Интернешнл с узлом Бель-Айзл-Джанкшн (он расположен немного севернее станции Кингс-Кросс) на магистрали Восточного побережья (ECML). Монтаж устройств сигнализации осуществляется и в других пунктах. Наряду с проведением этих работ постепенно реализуется проект внедрения ETCS уровня 2 и АТО. Значительная часть оборудования, уже установленного на центральном участке, готова к первым
Рис. 1. Испытательный поезд ETCS серии 313 на пригородной линии Лондона и аппаратура ETCS в кабине машиниста
52 ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2015, № 12
ETCS и автоведение
комплексным испытаниям. Смонтированы почти все путевые приемоответчики, и начались опытные поездки испытательного поезда ETCS серии 313 (рис. 1), принадлежащего компании Network Rail — оператору инфраструктуры железных дорог Великобритании. На полигонах компании Siemens в Мадриде и Чиппенхеме, а также в собственном центре системной интеграции ETCS (Enif) компании Network Rail, совмещенном с проектным офисом в Саутуарке, проходят испытания центра радиоблокировки (RBC) системы ETCS. Успешно продвигаются работы по модернизации сети радиосвязи GSM-R для обеспечения ее соответствия требованиям ETCS. Более года на полигоне компании Siemens в Вильденрате (Гер мания) испытывали новые электропоезда серии 700. В августе 2015 г. первый поезд был доставлен в новое депо Три-Бриджес. Коммерческая эксплуатация этих поездов начнется весной 2016 г., причем сначала с использованием традиционных систем локомотивной сигнализации AWS и TPWS, как это было предусмотрено первоначальным проектом программы, принятым в 2009 г. Изготовитель также обеспечивает техническое обслуживание поездов в двух специально построенных депо в Три-Бриджес и Хорнси (Hornsey), первое из которых в настоящее время передано компании-оператору Govia Thameslink Railway. Восьми- и 12‑вагонные поезда серии 700 с широкими межвагонными переходами разработаны специально для линии Thameslink с упором на достижение максимальной пассажировместимости и ускоренную посадку и высадку пассажиров. Их поставляют на условиях частного финансирования под надзором Министерства транспорта Великобритании. Будучи оптимизированным для коротких поездок через центр города, этот подвижной состав предоставит более высокий
уровень комфорта при поездках на более длинные расстояния по сравнению со старыми электропоездами серии 319. Новые поезда при постройке оборудуют устройствами ETCS, ATO и встроенной системой поддержки принятия решений машинистом (DAS), которая до поставки проходит интенсивные испытания в Германии. Испытания системы ETCS на центральном участке линии Thameslink планируется начать в августе 2016 г. На станции Три-Бриджес в рамках национальной стратегии компании Network Rail построен также новый центр управления (рис. 2), в зону действия которого войдут основная часть линии Thameslink, а также протяженные участки железнодорожной сети в Кенте и Суссексе.
Традиционные системы автоматики и телемеханики и локомотивная сигнализация В рамках пускового комплекса КО2 внедряются системы микропроцессорной централизации (МПЦ) Trackguard Westlock компании Siemens, построенные на основе такой же базовой архитектуры, что и системы пускового комплекса КО1. Они заменят устаревшие релейные системы, находившиеся в эксплуатации более 40 лет. В МПЦ используется новая версия базового программного обеспечения. Напольное оборудование включает рельсовые цепи EBITrack 400 компании Bombardier как с изолирующими стыками, так и бесстыковые, светодиодные светофоры компании Dorman и устройства локомотивной сигнализации AWS компании Vortok. Решение о внедрении АТО для повышения пропускной способности двухпутного центрального участка было принято в 2009 г. после детального моделирования, показавшего, что целевое значение пропускной способности не может
быть надежно обеспечено при ручном управлении ведением поездов. Для поддержки системы автоведения необходимо наличие системы управления движением поездов с передачей информации по радиоканалу. Директива ЕС предусматривает использование во всех новых железнодорожных проектах системы ETCS в соответствии со спецификациями TSI. В качестве компонента централизованного управления движением внедряется также система автоматического планирования расписания движения поездов (ATS). Интерфейс между напольными и бортовыми устройствами ATO/ATS реализован на основе сети радиосвязи GSM-R с использованием канала ETCS. Передаваемая информация включается в состав пакета 44, выделенного спецификацией ETCS для национальных нужд. С целью обеспечения высоких показателей качества обслуживания, пропускной способности и готовности, необходимых для поддержки передачи данных ETCS, потребовалась значительная модернизация сети GSM-R, принадлежащей Network Rail. Модернизация предусматривала установку полнодуплексной подсистемы базовых станций. Построены дополнительные соты GSM-R, чтобы обеспечить требуемую пропускную способность в наиболее напряженные пиковые периоды при сохранении соответствующих возможностей для голосовых вызовов. Для непрерывного охвата всего оснащенного ETCS участка линии использовано сочетание антенн и излучающих кабелей. Network Rail оказывает консультационную поддержку Министерству транспорта Великобритании в составлении проектов технических требований к бортовому оборудованию систем ETCS и АТО при закупке подвижного состава по программе Thameslink. Это позволило достигнуть полного понимания
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2015, № 12 53
ETCS и автоведение
Рис. 2. АРМ диспетчера, отвечающего за станцию Лондон-Бридж, в центре управления на станции Три-Бриджес
механизмов взаимодействия бортовых и стационарных систем управления в контексте более широких и жестких требований к организации движения на линии. Компания Network Rail непосредственно отвечает за закупки и поставку стационарных подсистем, включая средства сигнализации, аппаратуру ETCS, GSM-R, ATO и др. Компания Invensys Rail (вошедшая несколько лет назад в состав Siemens) получила контракт на поставку напольного оборудования ETCS и устройств централизации, что упрощает создание и поддержку интерфейсов между этими системами. В связи со сложностью технологий компания Network Rail сформировала собственную проектную команду из опытных технических специалистов, деятельность которой сфокусирована на широком спектре систем управления движением поездов.
Подтверждение соответствия и сертификация Для управления проектными рисками создана всеобъемлющая стратегия подтверждения
соответствия и сертификации. Кроме обычного процесса формального рассмотрения документации, на самой ранней стадии выполняется практическое подтверждение соответствия предложенных спецификаций на систему с использованием компьютерного моделирования на утвержденной модели базовых функций ETCS. Этот процесс оказался чрезвычайно полезным для модификации и корректировки технических спецификаций до выдачи их поставщику. Показателем успеха такого подхода можно считать отсутствие существенных изменений требований со стороны клиента после заключения контракта. На следующем этапе была создана лаборатория системной интеграции Enif компании Network Rail в Саутуарке. Она оснащена комплектной системой, содержащей по крайней мере по одному образцу каждого компонента, с использованием реального оборудования в автономной испытательной среде. Это оборудование дополнено имитаторами для моделирования поездной ситуации и генерирования соответствующих входных сигналов в систему. Установка для проведения всесторонних испытаний
содержит реальное бортовое оборудование ETCS и АТО, включая периферийные устройства, такие как считыватель сигналов путевых приемоответчиков ETCS, одометры, аппаратуру AWS и TPWS. К стационарному оборудованию относятся реальные устройства централизации, генерирующие фактические данные, которые используются на линии Thameslink, центр радиоблокировки и макет путевого приемоответчика ETCS, управляемого имитатором, генерирующим телеграммы для отправки бортовому устройству. Эти бортовая и стационарная подсистемы соединены между собой посредством базовых станций GSM-R и ретрансляторов, связанных с автономным эталонным оборудованием GSM-R компании Network Rail. При реализации программы Thameslink используется также Национальный объединенный полигон ETCS компании Network Rail в Хитчине, где в периоды с невысокой интенсивностью движения можно проводить опытные поездки на участке длиной 8 км, который входит в состав обходной линии Hertford, примыкающей к магистрали Восточного побережья (см. «ЖДМ», 2013, № 11, с. 57 – 59). Это позволяет проверить поведение системы в динамике при движении поездов. Первые опытные поездки проводятся с использованием испытательного поезда ETCS серии 313, затем испытания будут продолжены с поездами серии 700. Заключительный этап испытаний будет проведен ночью на центральном участке Thameslink между станциями Блэкфрайерс и СентПанкрас (рис. 3). Как и обходная линия Hertford, этот участок оборудован сигнализацией для движения в обоих направлениях по каждому пути, что даст возможность использовать один путь для пропуска поездов по расписанию, а на втором пути проводить испытания. Такой поэтапный подход даст возможность
54 ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2015, № 12
ETCS и автоведение
компаниям NR и Govia Thameslink Railway (оператор пассажирских перевозок на линии) проверить комплексные системы до начала подготовки машинистов и ввода поездов в эксплуатацию.
ETCS уровня 2 На линии Thameslink внедряется система ETCS уровня 2, накладываемая на традиционную систему сигнализации с сохранением напольных светофоров. Разделение традиционных блок-участков на два или более блок-участка ETCS в критических зонах, таких как подходы к станционным платформам и узловым станциям, позволит сократить интервалы попутного следования поездов без внесения изменений в традиционную систему сигнализации. Внедрение такого решения облегчается благодаря тому, что на этапе КО1 были устроены рельсовые цепи блок-участков ETCS, хотя их выходы первоначально были объединены в системе для формирования единых блокучастков между сигналами. При вводе в эксплуатацию ETCS более короткие рельсовые цепи будут выделены в отдельные блокучастки. Конфигурация интерфейса между устройствами автоблокировки и центром радиоблокировки будет обеспечивать передачу поезду разрешения на движение по следующему блок-участку ETCS таким образом, чтобы следующий поезд находился на минимально допустимом расстоянии от впередиидущего. Машинисту выдается информация только о расстоянии до препятствия, которое может соответствовать расстоянию до проходного светофора или до сигнального знака ETCS в конце промежуточной рельсовой цепи (рис. 4). На данном этапе ETCS уровня 2 применяется только на центральном участке линии Thameslink для обеспечения двухминутных интервалов попутного следования в
двухпутном коридоре, где объединяются поездопотоки с северного и южного направлений. За пределами центрального участка движение поездов регулируется национальной системой сигнализации, бортовое устройство ETCS работает в национальном режиме STM, а на ее дисплее на пульте машиниста выводится стандартная индикация показаний национальных систем локомотивной сигнализации AWS и TPWS. При этом специализированный модуль STM системы ETCS отвечает за получение с пути информации систем AWS и TPWS.
Принципы сигнализации При внедрении ETCS не предус матриваются какие‑либо существенные изменения действующих На Бедфорд
в Великобритании принципов сигнализации. Так, при использовании светофоров и локомотивной сигнализации информация, предоставляемая машинисту средствами локомотивной сигнализации, всегда соответствует показаниям напольных сигналов. Разрешающее показание обычно действует до следующего светофора с запрещающим показанием, причем ETCS работает как бортовой повторитель сигнальных показаний, которые наблюдает машинист. Системы централизации сконфигурированы с отключением некоторых функций, которые обычно используются при регулировании движения поездов, не оборудованных устройствами ETCS. К числу таких функций относится, например, контроль приближения для
На Кембридж и Питерборо
ВестХемпстед
ФинсбериПарк
КентишТаун СентПанкрас
Кингс-Кросс Фаррингдон Ливерпуль-стрит Сити
Блэкфрайерс
Пэддингтон
Лондон-Бридж Элефантэнд-Касл
Ватерлоо
ЛафбороДжанкшн Линия Thameslink Линия Crossrail Тоннельные участки Линии Network Rail
N Херн-Хилл
Лондонский метрополитен Городская железная дорога
0
5 км
Уимблдон
На Саттон
На Кройдон
Рис. 3. Линия Thameslink
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2015, № 12 55
ETCS и автоведение
ограничения скорости движения по стрелкам. В этой функции нет необходимости при наличии ETCS, непрерывно контролирующей скорость, а ее отключение может дать некоторый выигрыш в эксплуатационной деятельности благодаря предотвращению необоснованной остановки поезда при приближении к светофору, ограждающему стрелку. Если система централизации получает подтверждение приближения к такому светофору поезда, контролируемого ETCS, сигнальное показание будет соответствовать разрешению на движение с допустимой скоростью. Если поезд получает разрешение на движение по короткому блокучастку ETCS, расположенному за светофором, красный огонь на котором сигнализирует о занятости следующего короткого блок-участка ETCS и традиционного блокучастка в целом, на этом светофоре загорится один желтый огонь («Следовать с осторожностью») при условии, что система централизации получит подтверждение о приближении поезда, контролируемого ETCS. Учитывая высокую интенсивность движения поездов по центральному участку линии Thameslink, важно минимизировать негативное влияние любых отказов оборудования. Сохранение напольных сигналов и средств локомотивной
сигнализации AWS и TPWS означает, что при отказе радиоканала любой поезд может продолжать движение в центральной зоне без остановки в режиме национальной STM (см. рис. 4). Точно так же в режим национальной STM может перейти поезд с неисправными компонентами бортового устройства ETCS.
Система автоведения поезда Предлагаемая для использования линии Thameslink технология автоведения сравнительно проста и хорошо отработана. Оборудование АТО, поставляемое компанией Siemens для поездов серии 700, широко используется в метрополитенах многих стран. Однако его интеграция с ETCS осуществляется впервые. Автоведение будет доступно только при работе ETCS в эксплуатационном режиме полного контроля (FS). После включения машинистом система АТО будет управлять тягой и тормозами таким образом, чтобы точность остановки на следующей станции или в конце разрешенного участка составляла ±500 мм. Такая точность будет достигнута благодаря соответствующему размещению путевых приемоответчиков и одометров на поездах. После остановки на станции поезд по радиоканалу ETCS посылает в систему ATS сообщение о прибытии. ATS посылает в ответ сообщение об
Минимально допустимое расстояние сближения попутных поездов без ETCS
Минимально допустимое расстояние сближения поездов с ETCS
Разрешение на движение в ETCS
Защитный участок в ETCS
Рис. 4. Применение коротких блок-участков ETCS
отправлении, содержащее два ключевых параметра: продолжительность стоянки на данной станции и время следования до следующей станции. Таймер обратного отсчета времени стоянки показывает машинисту, когда следует закрывать двери и нажимать кнопку пуска. Далее по встроенным в АТО алгоритмам рассчитывается наиболее энергоэффективный режим ведения поезда для своевременного прибытия на следующую станцию.
Система поддержки принятия решений машинистом Для облегчения управления поездами, приближающимися к центральному участку за пределами зоны действия АТО, предусмотрена система поддержки принятия решения машинистом (DAS). Система DAS использует тот же дисплей пульта машиниста, что и ATO, и ее функции доступны при выключенной системе АТО. На мониторе отображается оптимальная целевая скорость в любой данный момент времени, позволяющая прибыть в следующий пункт контроля времени при соблюдении наиболее энергоэффективного режима движения. Фактически это вариант системы АТО, в котором машинист является элементом контура управления. Как и АТО, система DAS функционирует на основе бортовой базы данных, описывающей путевую инфраструктуру, включая уклоны и местоположение пунктов остановки и контроля времени, а также данные базового расписания, позволяющие системе контролировать движение поезда. Центральный сервер DAS, который рассылает обновления расписания на поезда, оснащенные системой поддержки принятия решений DAS, внедряется компанией Siemens в рамках выполнения контракта на поставку подвижного состава. Хотя администрирование этого сервера будет возложено на службу
56 ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2015, № 12
ETCS и автоведение
подвижного состава, предусмотрена его стыковка с системой диспетчерского управления движением поездов Notwork Rail, благодаря чему любые корректировки расписания будут автоматически поступать в систему DAS. Все поезда, расписание движения которых должно быть откорректировано, получат новые данные, загруженные через сети мобильной связи общего пользования, в результате чего бортовые устройства DAS смогут немедленно выполнить перерасчет своей рекомендательной информации. При невозможности соединения бортовых устройств с сервером DAS в качестве резервного варианта используются данные расписания, хранящиеся в бортовой базе.
Дополнительные функции ETCS ETCS используется также для выполнения ряда дополнительных функций, включая управление селективным открытием дверей с учетом расположения платформ на станциях, где приемник системы спутниковой навигации GPS не может обеспечить правильное позиционирование из‑за плохого покрытия или недостаточной точности. Эти зоны включают все станции на центральном участке и некоторые станции на других участках Thameslink. Система ETCS также будет инициировать переключение между системами тягового электроснабжения переменного тока напряжением 25 кВ и частотой 50 Гц и постоянного тока напряжением 750 В на участке двойного питания между станциями Фаррингдон и Сити. Все эти функции реализованы с использованием путевых приемоответчиков, которые запрограммированы для передачи специальными сообщениями в составе пакета 44 для гарантированной передачи информации на поезда вне зависимости от эксплуатационного режима ETCS.
Ход модернизации В 2015 г. новая система сигнализации была введена в эксплуатацию на целом ряде объектов, включая реконструированные тупиковые станционные пути станции Лондон-Бридж. В течение следующих двух лет предстоит запустить большое число объектов, включая модернизированные системы в зонах со значительным изменением путевого развития. Тем временем продолжается разработка функций ETCS, интенсивное тестирование которых будет выполнено после приемки системы в эксплуатацию в первой половине 2016 г. В настоящее время проектная группа формирует необходимые данные для систем централизации, центра радиоблокировки и путевых приемоответчиков. В Чиппенгеме тестируется новая версия центра радиоблокировки с более широким набором функций ETCS, необходимых для линии Thameslink, после чего начнутся окончательные испытания в центре системной интеграции Enif. После завершения приемки стационарных компонентов системы ETCS и до начала подготовки машинистов потребуется длительный период динамической интеграции с бортовыми устройствами на поездах серии 700. Движение поездов под контролем ETCS по линии Thameslink должно начаться в конце 2017 г. После тщательного анализа воздействия системы ETCS на эксплуатационный процесс совместно с операторами пассажирских перевозок разработан новый свод эксплуатационных правил и процедур. Существующий свод правил Великобритании содержит блок по ETCS, составленный на основе технических требований к первой системе ETCS, внедренной на сети Cambrian Lines в Уэльсе, где не используются проходные светофоры. Поэтому в декабре 2015 г. в обновленный свод правил
будут внесены некоторые изменения и введены дополнительные правила для поддержки комплексных испытаний и обучения машинистов, которые начнутся в 2016 г. После заключения в июле 2015 г. контракта с Hitachi Rail Europe начался этап детальной разработки функционала управления движением, необходимого для поддержки АТО. Создание соответствующего комплекса в центре управления на станции ТриБриджес должно быть завершено в декабре 2018 г., но некоторые функции будут доступны раньше. Наряду с внедрением новых систем СЦБ в 2015 г. проведен большой объем работ по подготовке к вводу в эксплуатацию новых поездов. Выполнен детальный анализ совместимости нового подвижного состава с существующими рельсовыми цепями на участках с электротягой переменного и постоянного тока. Установлены новые информационные табло, совершенствуется навигация для пассажиров на станциях. Станционные платформы адаптируют для людей с ограниченной мобильностью. Программа Thameslink стала одной из самых сложных и ответственных программ реконструкции инфраструктуры, предпринимавшихся когда‑либо компанией Network Rail и ее партнерами. Сейчас проектная группа подходит к наиболее важному этапу — приемке систем ETCS и ATO и вводу в эксплуатацию нового подвижного состава. Внедрение новых систем в масштабах всей линии Thameslink потребует, несомненно, значительных усилий, однако Network Rail рассчитывает, что в 2018 г. модернизированная линия будет окончательно введена в эксплуатацию. P. Booth. Railway Gazette International, 2015, № 9, p. 33 – 37; материалы компаний Network Rail (www.networkrail.co.uk), Siemens (www. siemens.com) и программы Thameslink (www.thameslinkprogramme.co.uk).
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2015, № 12 57