Ускоренное расширение сети высокоскоростных линий Китая происходило параллельно с развитием китайской системы управления движением поездов (CTCS). В настоящее время разрабатывается система нового поколения на основе CTCS, в которой упор делается на автоведении поездов и использование цифровых технологий, включая искусственный интеллект.
Содержание
- Эксплуатационная эффективность
- Переход к автоведению поездов
- Интеллектуальное техническое обслуживание
Первая высокоскоростная линия в Китае открылась в 2008 г. Спустя 10 лет протяженность сети ВСМ страны достигла 26 800 км. В условиях столь быстрого развития высокоскоростного движения важно было обеспечить требуемую безопасность перевозок. С этой целью при участии зарубежных компаний была создана национальная система управления движением поездов CTCS (подробнее см. «ЖДМ», 2015, № 3, с. 67 – 71).
CTCS основана на технологиях европейской системы управления движением поездов ETCS, адаптированных к национальным условиям, включая применение рельсовых цепей как одного из каналов передачи информации с пути на поезд (наряду с радиоканалом).
В настоящее время на высокоскоростных линиях используется CTCS уровней 2 и 3. Дальнейшее развитие железнодорожной системы сигнализации Китая в течение следующих нескольких лет будет сфокусировано на интеллектуализации, интеграции, стандартизации и открытости. Его цель заключается в сокращении расходов благодаря использованию технологий, упрощающих систему при повышении уровня защищенности. Это будет содействовать росту пропускной способности и удовлетворенности пассажиров при гарантированной безопасности и надежности высокоскоростной сети, что в конечном счете сделает поездку безопасной, эффективной и не оказывающей негативного воздействия на окружающую среду.
Рис. 1. Высокоскоростные поезда на путях отстоя станции Чэнду
В 2017 г. железные дороги Китая (CRC) продемонстрировали рост объема пассажирских перевозок на 9,6 % по сравнению с 2016 г. — до 3,38 млрд чел. На конец 2017 г. протяженность высокоскоростной сети Китая составила две трети общей мировой протяженности высокоскоростных линий (рис. 1 и 2).
Рис. 2. Кабина управления высокоскоростного поезда CRH 380A
В настоящее время CRC эксплуатируют около 3000 высокоскоростных электропоездов. Всего же в Китае на электропоезда приходится 70 % парка пассажирских поездов. Высокоскоростные железные дороги стали ключевым элементом транспортной инфраструктуры страны.
Все высокоскоростные линии и электропоезда оборудованы CTCS уровней 2 или 3. Система CTCS уровня 2 используется преимущественно на линиях, предназначенных для движения со скоростью 200 – 250 км/ч, CTCS уровня 3 — на линиях со скоростью движения 250 км/ч и выше.
Эксплуатационная эффективность
В системах CTCS всех уровней предусмотрена непрерывная передача информация на поезд. В CTCS уровня 2 для непрерывной передачи разрешения на движение используются рельсовые цепи, в системе уровня 3 такое разрешение передается из центра радиоблокировки (RBC) по сети GSM-R, предусматривающей двусторонний обмен информацией с поездом.
В CTCS уровней 2 и 3 предусмотрено резервирование. В системе уровня 2 в качестве резерва используется уровень 0, в системе уровня 3 — уровень 2. Переход между зонами действия CTCS уровней 2 и 3 и их соответствующими резервными системами происходит автоматически при движении поезда без его остановки.
Информация из рельсовых цепей играет важную роль в функционировании CTCS, поскольку на всей сети высокоскоростных линий используются унифицированные рельсовые цепи. Если в CTCS уровня 2 разрешение на движение поступает по рельсовым цепям, то на уровне 3 происходит безопасное сравнение разрешений, выдаваемых из RBC по радиоканалу и рельсовыми цепями. Благодаря этому достигается системная интеграция CTCS уровней 2 и 3, повышаются готовность и безопасность CTCS уровня 3. Информация в рельсовые цепи передается по проложенным вдоль пути кабелям, что способствует повышению киберзащищенности системы управления движением поездов CTCS уровня 3.
На сети высокоскоростных линий Китая достигнута полная эксплуатационная совместимость. Это означает, что поезда могут беспрепятственно переходить с линий, оборудованных CTCS уровня 2, на линии с CTCS уровня 3 и обратно. Также обеспечена эксплуатационная совместимость бортовых устройств, построенных на разных платформах, т. е. поезда, оснащенные бортовыми устройствами разных поставщиков, могут обращаться на линиях с центрами радиоблокировки разных изготовителей.
С 2003 г., когда впервые была предложена общая архитектура CTCS, непрерывно ведутся научно-исследовательские работы, направленные на совершенствование системы, ее испытания и анализ опыта эксплуатации. Соответствующие спецификации охватывают технические и эксплуатационные требования, интерфейсы, процедуру испытаний и подтверждение соответствия, техническое обслуживание, стандарты качества и оценку безопасности.
Эффект от стандартизации системы заключается в унификации ее построения вне зависимости от поставщика оборудования. Это способствовало поддержанию больших темпов строительства высокоскоростной сети и достижению эксплуатационной совместимости различных линий, а также снижению уровней рисков безопасности движения при внедрении и эксплуатации CTCS.
В процессе строительства и за время эксплуатации сети высокоскоростных линий накоплены большой инженерный опыт и огромный объем данных: только в 2017 г. суммарный пробег высокоскоростных электропоездов составил около 1 млрд км. Это дает возможность строить системы Big Data и углубленного анализа данных.
Переход к автоведению поездов
По мнению CRC, будущее высокоскоростного движения — это переход к автоведению поездов (АТО), позволяющему повысить пропускную способность, сократить потребление энергоресурсов и уменьшить нагрузку на машинистов поездов. Система CTCS уровня 2 в сочетании с АТО (рис. 3) была введена в эксплуатацию в марте 2016 г. на обслуживающей провинцию Гуандун междугородной линии с максимально допустимой скоростью движения 200 км/ч. CTCS уровня 3 в сочетании с АТО будет работать на новой высокоскоростной линии Пекин — Чжанцзякоу, строящейся к зимним Олимпийским играм 2022 г., которые будут проходить в Китае.
Рис. 3. Эталонная архитектура системы автоведения поверх CTCS уровня 2
Разработана система диспетчерского управления движением поездов на высокоскоростных линиях, основанная на применении искусственного интеллекта. Она обладает новыми функциями, включая интеллектуальное динамическое диспетчерское управление и интеллектуальную диагностику отказов. Система оптимизирует диспетчерское управление движением поездов на всей сети, автоматизирует процесс принятия и исполнения решений при нарушениях перевозочного процесса, а также способствует повышению эффективности работы сети и уровня удовлетворенности пассажиров.
Интеллектуальное техническое обслуживание
Комплексная система управления ресурсами, основанная на таких современных технологиях, как Big Data, углубленное обучение, прогнозное управление техническим обслуживанием (PHM) и дополненная реальность, позволяет оптимально обслуживать разнообразное оборудование, включая рельсовые цепи, обеспечивая сокращение стоимости жизненного цикла и рост эффективности и безопасности перевозок.
В системе управления движением поездов нового поколения в качестве основы будет использована CTCS, адаптированная к развертыванию новых технологий и внедрению дополнительных функций.
Исследования китайских специалистов в области системы управления движением поездов нового поколения получили признание во многих странах. Использование спутниковых систем позиционирования в сочетании с технологиями радиосвязи на основе IP-протоколов позволит точно определять местоположение поездов, усовершенствовать обмен данными между стационарными и бортовыми системами, сократить количество напольного оборудования, оптимизировать структуру комплекса систем управления движением поездов, еще более повысить эффективность эксплуатации сети высокоскоростных линий, сократить стоимость требуемого оборудования и затраты на техническое обслуживание.
Для тестирования будущих систем управления движением поездов разработаны технологии достоверного имитационного моделирования поездных ситуаций при различной топологии пути, позволяющие заранее, до начала пассажирских перевозок, оценить эффективность железнодорожной линии с точки зрения как эксплуатации, так и экономики. Дальнейшее развитие таких технологий даст возможность моделировать более сложные сценарии, разработать интеллектуальные методы моделирования, позволяющие тщательно проверять обновления программного обеспечения CTCS и минимизировать объем полевых испытаний.
Перераспределение и оптимизация функций напольного оборудования создадут условия для реализации интегрированного распределенного управления станциями и перегонами. Это приведет к упрощению архитектуры системы и снижению стоимости производства и технического обслуживания. Размещение объектных контроллеров рядом с напольными устройствами (стрелками и светофорами) позволяет снизить расход кабеля. Ставится цель максимально сократить использование релейной техники за счет перехода на электронную аппаратуру.
Кроме того, CRC приступили к оценочной проверке безопасности систем сигнализации высокоскоростных линий и отдельных приложений с привлечением независимых сторонних организаций.
Материалы Первой всемирной конференции по сигнализации (эволюция системы ERTMS), Милан (Италия), 26 – 28 марта 2018 г.; International Railway Journal, 2018, № 7, pp. 32 – 35.
Эта статья опубликована в журнале «Железные дороги мира», 2018, № 10.
