Железные дороги Индии приступили к развертыванию системы автоматической локомотивной сигнализации Kavach собственной разработки с обменом информацией по радиоканалу между локомотивом и стационарным оборудованием. Для коррекции показаний бортовых устройств измерения пройденного пути используются напольные датчики радиочастотной идентификации.
Содержание
В ближайшие годы железные дороги Индии (IR) намерены внедрить АЛС Kavach, известную также под аббревиатурой TCAS (Train Collision Avoidance System — система предотвращения столкновений поездов), на всех высокозагруженных линиях страны, чтобы повысить безопасность движения поездов.
Эту систему создавали в течение последнего десятилетия под эгидой Организации по исследованиям и стандартам (RDSO) Министерства железных дорог Индии, располагающей испытательной базой и выполняющей исследования и разработки во всех сферах железнодорожного транспорта, включая системы сигнализации и связи.
Рис. 1. Министр железных дорог Индии А. Вайшно во время демонстрации работы системы Kavach в марте 2022 г. (фото: правительство Индии)
В марте 2022 г. состоялась поездка по участку на железной дороге East Central, в ходе которой два локомотива двигались по одному пути навстречу друг другу, причем в одном локомотиве находился министр железных дорог Ашвини Вайшно (Ashwini Vaishnaw, рис. 1), а в другом — глава железных дорог Индии Винай Кумар Трипатхи (Vinay Kumar Tripathi). Система Kavach предотвратила столкновение, остановив локомотивы, когда расстояние между ними сократилось до 380 м.
Развитие АЛС на железных дорогах Индии
Железные дороги Индии пытаются внедрить продвинутую АЛС с начала 2000‑х годов, чтобы снизить риск неправильного восприятия показаний напольных светофоров, превышения скорости и проезда светофоров с запрещающими показаниями. Национальная комиссия по безопасности на железных дорогах Индии в 1999 г. рекомендовала внедрить такую АЛС на линиях суммарной протяженностью 15 тыс. км, что требовало инвестиций в сумме примерно 1 млрд долл. США. Этому предшествовало лобовое столкновение пассажирского экспресса с почтовым поездом, которое повлекло за собой серьезные последствия.
В 2004 г. компания Konkan Railway — оператор железнодорожной линии, проходящей от пригородов Мумбаи на юг вдоль западного побережья страны, инициировала разработку АЛС, основанной на спутниковой навигации, но в дальнейшем эту систему признали неэффективной из‑за недостаточной точности определения местоположения поезда, особенно в станционных зонах. Недостатки данной системы стали очевидными после того, как в декабре 2012 г. произошло столкновение пассажирского поезда с одиночным локомотивом, оборудованным ее бортовым устройством.
В течение долгого времени основной системой безопасности на железных дорогах Индии оставалась точечная АЛС AWS (Auxiliary Warning System), способная передавать на локомотив сигнальные показания при помощи путевых индукторов, а также ее более развитый вариант AAWS. Такая система была внедрена в 1986 г. на пригородных линиях Мумбаи, где поезда курсируют с интервалом 3 – 4 мин. Бортовое микропроцессорное устройство контролирует скорость, направление движения и пройденный поездом путь, сопоставляя эти данные с показанием светофора.
Следующим этапом стало развертывание точечной АЛС TPWS с использованием компонентов европейской системы управления движением поездов ETCS уровня 1, таких как светофорные модули LEU, путевые приемоответчики и бортовые устройства. В 2011 г. был обнародован план, предусматривающий поэтапное развертывание TPWS к 2020 г. на участках сети общей протяженностью более 14 тыс. км и оснащение тягового подвижного состава 6800 бортовыми устройствами.
Систему TPWS установили на сети пригородных линий города Ченнаи, на одной из линий протяженностью 25 км метро Калькутты и участке длиной 200 км магистрали Нью-Дели — Калькутта. Эта АЛС способна работать на участках с четырехзначной светофорной сигнализацией при скорости движения до 160 км/ч. Одним из недостатков системы TPWS было признано снижение пропускной способности линий из‑за точечной передачи данных, не позволяющей своевременно реагировать на смену сигнального показания на более разрешающее.
В 2012 г. была сформулирована концепция системы TCAS (Train Collision Avoidance System), позднее получившей название Kavach («броня» в переводе с санскрита), способной передавать на локомотив сигнальные показания и информацию о расстоянии до препятствия, а также предотвращать проезд светофоров с запрещающим показанием. В то время технология сотовой радиосвязи стандарта 2G уже устарела, но еще не была доступна технология стандарта 4G, поэтому в RDSO предложили использовать для TCAS собственную систему радиосвязи, работающую в диапазоне 400 – 450 МГц с последующим переходом на стандарт 4G (LTE). По общей идеологии и функциям TCAS близка к системе ETCS уровня 2.
В 2012 г. по итогам предварительной проверки концепции была одобрена программа разработки системы TCAS, к которой RDSO привлекла в 2013 г. три частные индийские компании — Medha Servo Drivers, Kernex Microsystems и HBL Power Systems. После создания лабораторного образца начались интенсивные полевые испытания, в ходе которых были подтверждены заявленные параметры системы, способствующие повышению пропускной способности линий, оборудованных автоблокировкой. Это позволило RDSO известить руководство IR о том, что нет необходимости внедрять на сети железных дорог страны импортную систему АЛС.
Эксплуатационные испытания системы TCAS начались в феврале 2016 г. с использованием бортовых устройств, установленных на пассажирских поездах. В дальнейшем после проведения независимой проверки безопасности оборудование трех поставщиков получило от RDSO допуск к эксплуатации при скорости движения поездов до 110 км/ч. Последующие эксплуатационные испытания позволили сертифицировать TCAS для эксплуатации при скорости до 160 км/ч.
В ноябре 2017 г. IR приняли решение оборудовать 6000 локомотивов системой ETCS уровня 2. Находившийся в то время на посту министра путей сообщения Индии Пиюш Гоял (Piyush Goyal) заявил о планах оснастить системой ETCS уровня 2 все линии широкой колеи в стране и инвестировать в проекты по обновлению систем сигнализации 11 млрд долл. США (см. «ЖДМ», 2018, № 4, с. 15).
Тем временем развитие TCAS продолжалось, и в 2020 г. решение о массовом внедрении ETCS было пересмотрено в пользу развертывания на сети IR отечественной системы.
При этом ETCS все же планируют внедрить на строящейся скоростной пригородной линии Дели — Газиабад — Мератх протяженностью 82 км с 24 станциями. В 2021 г. подписан контракт с компанией Alstom на поставку систем сигнализации, управления движением поездов и связи, включая гибридную ETCS уровня 3 с передачей данных по сети радиосвязи LTE (см. «ЖДМ», 2021, № 8, с. 17). Alstom является также поставщиком подвижного состава для этой линии.
Структура и функции системы Kavach
Kavach является координатной системой интервального регулирования движения, в которой поезда непрерывно передают по радиоканалу информацию о своем местоположении и скорости в станционные устройства (рис. 2 и 3). В ответ станционное устройство транслирует разрешение на движение, включающее в себя расстояние до препятствия и допустимую скорость на подходе к нему, а также сведения о впередилежащем участке — уклонах и ограничениях скорости, которые необходимы для определения бортовым устройством параметров торможения. В результате Kavach обеспечивает более высокий уровень безопасности по сравнению с системами, которые ограничиваются передачей на локомотив сигнальных показаний.
Рис. 2. Структура системы Kavach
В состав Kavach входят три основные подсистемы:
- бортовое устройство TCAS;
- стационарные устройства TCAS, устанавливаемые на каждой станции;
- датчики радиочастотной идентификации RFID, которые располагают парами на станционных путях и на перегонах с интервалом 1 км.
Рис. 3. Основные компоненты системы TCAS (Kavach)
Бортовые и станционные устройства TCAS дополняют регистраторами данных, которые протоколирут все события, сопровождая их метками даты и времени.
Система способна распознавать такие инциденты, как сход с рельсов, разрыв поезда и его откат назад, выдавая соответствующие сигналы, что позволяет, в частности, предотвратить аварии на железнодорожных переездах. Кроме того, машинист локомотива и дежурный по станции могут инициировать отправку тревожного сигнала нажатием одной кнопки.
Одной из важных особенностей системы Kavach является возможность прямого обмена информацией между бортовыми устройствами, находящимися на расстоянии не более 3 км друг от друга, на перегонах и станциях. Это позволяет, в частности, предотвратить столкновения между поездами на протяженных перегонах, где возможна потеря связи со станционными устройствами. При этом канал прямой связи между бортовыми устройствами не является безопасным.
Рис. 4. Безопасный бортовой компьютер системы TCAS (фото: HBL Power Systems)
В состав локомотивного устройства входят центральный компьютер (рис. 4), модуль радиосвязи, считыватель информации с путевых датчиков RFID и прибор индикации и управления на пульте машиниста (рис. 5).
Рис. 5. Изображение на дисплее системы TCAS на пульте машиниста (источник: RDSO)
Датчики RFID (рис. 6) устанавливают на пути попарно, они содержат данные о своем местоположении и используются для коррекции показаний бортового устройства измерения пройденного пути и скорости, а также для определения направления движения. Кроме того, в этих датчиках записано расстояние до следующего светофора и уникальный идентификационный номер пути.
Рис. 6. Датчик RFID и его монтаж на шпале (фото: RDSO)
Путевые датчики RFID работают в диапазоне частот 865 – 867 МГц и рассчитаны на надежное считывание информации при скорости движения поездов не менее 200 км/ч. Они имеют степень защиты IP 68 и допускают программирование не менее 128 бит пользовательских данных (включая циклический избыточный код).
При трогании поезда направление его движения считается неопределенным до проезда локомотивом пары путевых датчиков RFID. После определения абсолютного местоположения поезда бортовое устройство TCAS передает данные о координате его головы, длине и скорости по радиоканалу в стационарное устройство TCAS, которое получает таким образом сведения о местоположении хвоста поезда.
Стационарные устройства TCAS размещают на каждой станции. Центральный процессор стационарного устройства (рис. 7) увязан с системой централизации для получения в реальном времени данных об установленных маршрутах и занятости рельсовых цепей. Стационарное устройство TCAS обменивается по радиоканалу данными с поездами, находящимися в его зоне действия. Стационарные радиостанции системы имеют зону покрытия радиусом 5 – 6 км. Дополнительные стационарные устройства устанавливают на блок-постах или переездах (если эти переезды не подключены к станционным системам централизации). Через интерфейсные модули они передают данные о состоянии и принимают команды управления от систем централизации.
Рис. 7. Стационарное устройство TCAS (фото: HBL Power Systems)
В центральном процессоре стационарного TCAS имеется база данных со статической информацией о зоне его действия, включая данные о местоположении и параметрах напольных датчиков RFID, ограничениях скорости и сигнальных показаниях. На основе отправленной поездами информации о местоположении и скорости, а также полученных от системы централизации сигнальных показаниях, установленных и замкнутых маршрутах, положении стрелок и состоянии рельсовых цепей стационарные устройства TCAS формируют и непрерывно обновляют разрешения на движение. Все эти данные контролируются независимо, и при возникновении конфликтов между ними на светофоры выводятся более запрещающие показания, а на поезда отправляются разрешения на движение с наибольшими ограничениями.
Дежурный по станции может вводить в стационарное устройство TCAS определенные команды (например, команду SOS) при помощи прибора управления и индикации (см. рис. 3).
Бортовое устройство TCAS использует разрешение на движение, данные об ограничениях скорости и другие сведения для расчета кривой скорости, в том числе при торможении на подходе к станции. На дисплее машиниста отображаются фактическая и разрешенная скорость, расстояние до препятствия и сигнальное показание.
Если машинист превышает разрешенную скорость, автоматически инициируется торможение поезда. Если система обнаруживает, что два поезда следуют навстречу друг другу по пути с одним и тем же идентификационным номером, стационарное устройство TCAS генерирует и отправляет в бортовые устройства этих поездов аварийный сигнал SOS, по которому инициируется их автоматическое торможение до полной остановки.
Система радиосвязи работает в полосе частот 406 – 470 МГц дециметрового диапазона. Управление ключами шифрования осуществляется по процедурам, характерным для сетей GSM. Для связи стационарного устройства с поездами динамически выделяется пара частот. При этом бортовые устройства TCAS могут коммуницировать друг с другом напрямую на фиксированной частоте, которая выделена для занятых ими блок-участков, передавая информацию о местоположении и скорости, что позволяет снизить риск лобовых столкновений или крушений вследствие нагона одного поезда другим.
В случае нештатной остановки поезда вследствие, например, его схода с рельсов сигнал SOS отправляется всем поездам, находящимся в радиусе 3 км, включая те, которые движутся по соседнему пути. Это позволяет предотвратить аварии, подобные крушению в августе 2015 г., когда в результате схода одного поезда был загорожен соседний путь и пострадал двигавшийся по этому пути другой поезд.
В системе TCAS предусмотрена возможность подключения стационарных устройств к вышестоящей системе сетевого мониторинга NMS, серверы которой находятся в центральных офисах региональных дирекций железных дорог Индии. Система сетевого мониторинга контролирует состояние станционного оборудования и бортовых устройств. Информация, накопленная системой сетевого мониторинга, может использоваться также для генерации и лабораторного тестирования специфических данных о конкретных участках, загружаемых в стационарные устройства TCAS.
Внедрение системы Kavach
После завершения разработки системы состоялось ее первое внедрение на пилотном участке протяженностью 265 км железной дороги South Central, входящей в состав IR. Этот участок расположен на юге Индии в штатах Телингана и Карнатака.
В дальнейшем системой были оборудованы еще две линии к западу от Хайдарабада, столицы штата Телингана. Здесь бортовые устройства системы установили на 20 электровозах и 20 тепловозах. Допустимая скорость движения поездов при использовании системы составляет 110 км/ч.
Были также подписаны контракты с тремя компаниями на оснащение системой Kavach 1200 км линий железной дороги South Central. Проект охватывает продление на 241 км в северном направлении пилотного участка и коридор протяженностью 959 км, проходящий с севера с юг между городами Манмад в штате Махараштра и Гунтакал в штате Андхра-Прадеш. По состоянию на август 2022 г. система эксплуатировалась на участках железной дороги South Central общей протяженностью почти 1100 км.
В 2022/23 финансовом году IR намерены развернуть систему Kavach на участках протяженностью 2000 км, а в последующие годы внедрять ее с темпом не менее 4000 км ежегодно. На оснащение этой системой наиболее загруженных и интенсивно используемых линий суммарной длиной 24 тыс. км выделено 250 млрд рупий (примерно 3,2 млрд долл. США). Приоритетными станут при этом магистральные линии так называемого золотого четырехугольника, соединяющие Нью-Дели с Мумбаи и Калькуттой, которые планируют модернизировать с повышением максимально допустимой скорости до 160 км/ч. Так, в третьем квартале 2022 г. входящая в состав IR железная дорога Eastern заключила контракт с консорциумом во главе с индийской компанией HBL Power Systems и с участием Siemens на оборудование системой Kavach 120 локомотивов и более 260 км путей на участке Прадханкханта — Ховрах магистрали Нью-Дели — Калькутта. Стоимость контракта составила 2,867 млрд рупий (около 35 млн долл. США), в том числе доля HBL Power Systems — 2,059 млрд рупий, Siemens — 0,808 млрд рупий. Срок исполнения контракта — 700 дней. Одновременно HBL Power Systems подписала еще один контракт на поставку в период с ноября 2022 г. по июль 2023 г. бортовых устройств Kavach для 46 скоростных электропоездов Vande Bharat, которые строит компания Integral Coach Factory (ICF) по заказу железных дорог Индии.
По данным IR, стоимость развертывания напольного оборудования системы Kavach составляет от 2 до 2,5 млн рупий (примерно 25 – 30 тыс. долл. США) на 1 км пути, а бортового оборудования — 5 – 6 млн рупий (60 – 73 тыс. долл. США), что значительно ниже по ставнению с европейской системой управления движением поездов ETCS уровня 2.
Цель IR состоит во внедрении Kavach на сети линий длиной более 68 тыс. км к концу 2028 г.
А. Ефремов
В статье использованы матералы справочника по системе TCAS (Handbook on Train Collision Avoidance System (TCAS) — An Indigenous ATP System, доступен на сайте RDSO: https://rdso.indianrailways.gov.in), сайта подразделения Electronics Group компании HBL Power Systems (www.hblelectronics.com), Railway Gazette International, 2022, № 4, pp. 18 – 21.
Эта статья опубликована в журнале «Железные дороги мира», 2022, № 12.
