7. Сопоставление тенденций развития зарубежных и отечественных систем безопасности

Приведенный выше обзор позволил выявить основные тенденции и направления развития современных зарубежных систем обеспечения безопасности движения поездов.

1) Все вновь создаваемые системы безопасности строятся на базе микропроцессорной техники. Это позволяет значительно уменьшить объем аппаратуры, что, в свою очередь, сокращает расходы на капитальное строительство, снижает потребление электроэнергии. Особенно наглядно это проявляется при замене релейных систем электрической централизации микропроцессорными ЭЦ.

В микропроцессорных системах многие схемные решения заменяются программно-аппаратными, что делает системы более универсальными и сокращает сроки их разработки и адаптации к условиям конкретных станций и участков.

Использование микропроцессоров в устройствах систем управления сделало их более «интеллектуальными», расширило их функциональные возможности. Вместо жестко централизованных систем появились децентрализованные системы управления, отличающиеся большей живучестью и надежностью. Эти решения широко применяются при создании систем диспетчерской централизации и систем управления сортировочными станциями.

Особое внимание при разработке микропроцессорных систем уделяется вопросам безопасности. Зарубежные фирмы применяют при этом разные решения: разрабатывают специализированные безопасные микропроцессоры и резервируют их, создавая многоканальные устройства (фирма Siemens / Германия); помещают стандартные ЭВМ в специальные контуры безопасности, являющиеся совокупностью аппаратных и программных средств (фирма Alcatel / Германия); обрабатывают одну и ту же информацию разными программами и осуществляют сравнение результатов (Westinghouse / Великобритания) и т.д.

2) Стремление повысить экономическую эффективность железнодорожных перевозок привело к появлению большого числа систем безопасности, специально предназначенных для линий с разной интенсивностью движения.

Например, для интервального регулирования на линиях с интенсивным движением используют системы АЛС непрерывного типа с применением рельсовых цепей тональной частоты. На линиях со средними размерами движения используют более дешевые средства интервального регулирования – точечные системы АЛС или счетчики осей, а на линиях с малыми размерами движения для этой же цели применяется радиосвязь. На малодеятельных станциях практически отсутствует обслуживающий персонал. Управление осуществляется диспетчерами с удаленных постов централизации. Существует также тенденция полной автоматизации железнодорожных переездов.

Кроме того, снижение эксплуатационных расходов достигается за счет максимального сокращения напольного оборудования, особенно на перегонах. При этом значительно облегчается обслуживание аппаратуры. Работоспособность удаленного оборудования контролируется при помощи систем дистанционной диагностики.

3) Поскольку железные дороги Европы тесно связаны между собой, существует тенденция применения унифицированных решений в разных странах. Так, начато широкое использование цифровой радиосвязи стандарта GSM-R. Этот стандарт используется в системах автоматического управления движением поездов, железнодорожных переездов, в диспетчерской централизации. Причем по каналам цифровой радиосвязи передается не только известительная информация, но и команды управления. Для достижения необходимого уровня безопасности и надежности при передаче команд здесь применяются различные решения: многократная передача команды, квитирование, избыточное кодирование и т.д.

Широко используются стандарты спутниковой системы глобального позиционирования – GPS. Бортовые устройства локомотивов снабжают приемниками GPS, что позволяет с высокой точностью определять координаты и скорость движения транспортных средств. Полученная информация используется машинистами для выбора оптимальных режимов ведения локомотивов. Кроме того, эти данные по каналам радиосвязи поступают в диспетчерские центры и позволяют диспетчерам с гораздо большей точностью, чем при контроле занятости блок-участков, контролировать движение поездов на участке. Установка дополнительного спутникового приемника на хвостовом вагоне поезда обеспечивает контроль полносоставности поезда.

Разработка Европейской системы управления движением поездов (ERTMS/ETCS) для скоростных магистралей, связывающих многие Европейские страны, потребовала создания универсального бортового оборудования, способного принимать сигналы от напольных устройств различных национальных систем интервального регулирования. Это устройство, получившее название EBICAB-2000, содержит необходимые индивидуальные блоки, позволяющие принимать сигналы от национальных систем АЛС и преобразовывать эти сигналы в стандарт ETCS.

4) Интенсивная интеграция России в мировое сообщество делает весьма актуальным использование зарубежного опыта в области систем безопасности. Здесь возможна и необходима одновременная реализация нескольких направлений.

Первое направление - это непосредственное внедрение на Российских железных дорогах приобретаемой зарубежной техники. В качестве положительного примера можно назвать аппаратуру счета осей AzS-350 и AzS-600 производства фирмы Siemens, которая в настоящее время успешно работает на Приволжской, Куйбышевской и Забайкальской железных дорогах.

При больших объемах внедрения и долгосрочных планах более эффективным является второе направление – создание совместных предприятий, которые, продвигая зарубежную технику на отечественный рынок, занимались бы ее адаптацией к особенностям Российских железных дорог, отвечали за процесс оборудования, контролировали условия эксплуатации. Примером такого процесса является внедрение на РЖД системы микропроцессорной централизации EBILOCK (ABB Signal, Швеция), осуществляемой специально созданной для этого совместной фирмой ООО «Бомбардье Транспортейшн (Сигнал)».

Однако наиболее перспективным является третье направление – производство новых систем безопасности на отечественных предприятиях с учетом Европейских стандартов и западных технологий с целью ее совершенствования и создания новых рабочих мест, а также выхода с собственной продукцией на международный рынок (в первую очередь – рынок стран СНГ, где условия эксплуатации на железных дорогах соответствуют российским). Примером может служить Комплексное локомотивное устройство безопасности (КЛУБ-У) разработки ВНИИАС и Ижевского радиозавода, которое использует все последние достижения железнодорожной автоматики, включая спутниковую систему GPS и цифровой радиоканал (рис.П9.1). КЛУБ-У находит широкое применение как на РЖД, так и в ближайшем зарубежье (рис.П9.2).

Обязательный учет Европейских стандартов при изготовлении новых отечественных систем безопасности облегчит в дальнейшем стыковку их с зарубежными системами, в первую очередь, на скоростных магистралях Хельсинки-С.Петербург-Москва и Варшава-Минск-Москва, где планируется использование системы ERTMS/ETCS.

Европейская система управления железнодорожными перевозками ERTMS самая крупная и сложная из применяемых на сети европейских железных дорог. Она включает в себя локационные методы определения места нахождения поездов, мониторинг технического состояния подвижного состава, пути и напольных устройств, регулирование графика движения поездов.

Создание и развитие ERTMS осуществлялось в три этапа (рис.П9.3).

Первый этап:

- использование стационарных путевых устройств сигнализации;

- управление движением с помощью команд от центров управления движением по существующим каналам связи к подвижному составу;

- контроль целостности рельсового пути с использованием рельсовых цепей автоблокировки.

Второй этап:

- сокращение и ликвидация стационарных путевых устройств сигнализации;

- определение места нахождения поезда на участке с помощью локационных устройств, расположенных на пути;

- передача команд от центров управления на подвижной состав через мобильную систему радиосвязи;

- контроль целостности рельсового пути с использованием специальных путевых дистанционных устройств.

Третий этап:

- применение подвижных блоков сигнализации для интервального регулирования движением поездов;

- определение места нахождения поезда на участке с помощью локационных устройств спутниковой навигации;

- передача команд от центра управления на подвижной состав через цифровую мобильную систему радиосвязи;

- определение целостности состава поезда с использованием бортовых систем мониторинга технического состояния;

- применение бортовых и стационарных, в том числе путевых устройств на основе микропроцессорных устройств с использованием гармонизированных интерфейсов программного обеспечения;

- гармонизация правил, технологий эксплуатации и содержания обустройств, стандартизация интерфейсов взаимодействия существующего оборудования и оборудования интеллектуальной системы управления.

Вместе с тем не следует воспринимать рекламную информацию о системе ERTMS, как уже отработанные технические решения.

На рис.П9.4 показаны уровни этой системы и соответствующая им техническая оснащенность стационарных и бортовых устройств. Детальный анализ этих уровней показывает (рис.П9.5), что уровень 1 – это уже устаревшая система точечной локомотивной сигнализации, которая не может удовлетворять современным требованиям функциональной безопасности.

Уровень 2 представляет такую же систему с введением средств цифровой радиосвязи GSM-R, но со значительно более дорогой системой инфраструктуры, чем обычная GSM. Это связано с тем, что зона действия сигнала должна перекрывать двукратную расчетную зону, а на станциях необходимо иметь дорогостоящие системы управления на базе ЭВМ с криптографической защитой канала и данных.

Стоит отметить, что нигде на железных дорогах не отказались от рельсовых цепей, реализующих функции безопасности, в обмен на систему ETCS.

Приведенный на этом же рисунке вариант внедрения отечественных систем на базе АБТЦ-М с РПЦ с передачей информации в зоне станции является наиболее дешевым. Кроме того, он позволяет поэтапно наращивать функциональную безопасность и иметь в резерве дублированную передачу информации по стандартной сети поездной радиосвязи.

Данные выводы подтверждаются печатными зарубежными материалами и дискуссиями специалистов.

Во второй половине 1990-х годов в специализированных журналах Германии развернулась дискуссия о путях развития систем управления и обеспечения безопасности движения поездов. При этом обсуждались следующие технологии:

• Высокий уровень концентрации управления перевозочным процессом за счет внедрения региональных диспетчерских центров;

• Повышение пропускной способности основной части железнодорожной сети за счет новых способов регулирования расстояния между попутными поездами;

• Диспетчерское управление работой региональных линий на базе радиосвязи;

• Обеспечение технической совместимости систем АЛС европейских железных дорог в рамках проекта ETCS.

Утверждение, что пропускную способность линий основной части сети железных дорог Германии можно увеличить при помощи средств СЦБ таким образом, что это станет реальной альтернативой строительству дополнительных путей, вызвало большие споры. Идея состояла в реализации очень коротких блок-участков (менее длины поезда). Расчеты, которые должны были подтвердить это предположение, либо игнорировали базовые взаимосвязи между временем запирания маршрута и структурой графика движения, либо основывались на несерьезных сравнениях с устаревшими техническими средствами. После оснащения пилотной линии в Германии работы над внедрением этой технологии были прекращены.

Больше надежд возлагалось на технологию диспетчерского управления на базе радиосвязи (FFB). Предполагалось, что будет достигнута значительная экономия на инвестициях в инфраструктуру железнодорожных линий. Неудача в реализации этой концепции была связана с недооценкой затрат на систему радиосвязи и с невозможностью перемещения затрат на компоненты СЦБ с инфраструктуры на подвижной состав вследствие реформирования железных дорог и разделения их на инфраструктурную и операторские компании.

Жизнеспособными и перспективными оказались концепции централизации управления поездов и гармонизации систем АЛС европейских железных дорог. При этом важнейшим инструментом управления эксплуатационным процессом являются системы централизации, обеспечивающие установку и безопасность маршрутов, а также представляющие данные для АЛС.

В настоящее время наблюдается тенденция к интеграции автоматизированных систем планирования перевозочного процесса с системами управления и обеспечения безопасности движения поездов. В результате модуль построения расписанием движения станет составной частью системы управления, а задача диспетчерского регулирования будет сведена к окончательной настройке расписания для адаптации к текущему состоянию перевозочного процесса.

Цель при этом состоит в создании сквозной информационно-управляющей цепи от рабочего места составителя расписания через уровень диспетчерского регулирования до установки стрелочных маршрутов на уровне системы централизации.

Наряду с усилением связи между составлением расписания и диспетчерским регулированием необходимо интегрировать функции автоматизированного построения графиков движения непосредственно в уровень диспетчерского регулирования. Это обусловлено тем, что при существующей практике и структуре коммерческих ниток графика почти не выделяются свободные нитки для грузовых поездов, курсирующих нерегулярно. Такие перевозки осуществляются в настоящее время преимущественно поездами особого назначения. Нитки этих поездов уже сейчас можно заказывать за несколько часов до планируемого отправления поезда. Они закладываются в график не инструментами составления расписания, а непосредственно в диспетчерских центрах при помощи АСУ диспетчерского регулирования, которые изначально для этих целей не предназначались.

Традиционные системы автоматизированного диспетчерского контроля не располагали достаточной точностью по сравнению с системами составления расписаний. Поэтому сейчас в системы диспетчерского регулирования интегрируются системы, способные контролировать бесконфликтность ниток на основе не только диаграммы время-путь, но и дополнительных параметров, не уступая в этом отношении специализированным системам составления расписаний.

После прекращения работ над проектом FFB было необходимо срочно найти экономически приемлемое техническое решение для региональных линий. В результате появилась очень прагматичная система на основе технологии диспетчерского управления с напольными сигналами (SZB), уже длительное время реализованной средствами релейной техники.

SZB представляет собой усовершенствованную технологию диспетчерского управления, при которой линию оснащают упрощенной системой сигнализации и путевой блокировкой. При этом разрешение на движение выдается поездным диспетчером по поездной радиосвязи даже при наличии открытого основного сигнала. Если система SZB дополняется устройствами индикации номеров поездов с протоколирующим принтером, в нормальном режиме эксплуатации допускается отказ от обязательной передачи поездным персоналом речевых сообщений о проследовании поездом раздельных пунктов.