ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ СПОСОБ
RAILWAY SAFETY SYSTEM AND RESPECTIVE METHOD

Изобретение относится к области систем обеспечения безопасности на железной дороге, а также касается способов аварийного торможения, применяемых такими системами.
Путевая сигнализация на железной дороге содержит различные устройства сигнализации. В частности, она содержит боковые сигнальные устройства, выдающие визуальные сигналы, например светофоры, расположенные по краю пути и предоставляющие визуальную информацию для машиниста поезда.
Боковое сигнальное устройство может находиться в состоянии «проезд запрещен» (например, красный сигнал), указывающем машинисту, что он должен остановить поезд перед этим устройством и не пересекать его границу. Боковое сигнальное устройство может находиться в состоянии «проезд разрешен» (например, зеленый сигнал), указывающем машинисту, что он может осуществлять движение поезда на пределы границы сигнального устройства. Наконец, боковое сигнальное устройство может находиться в состоянии «внимание» (например, желтый сигнал), указывающем машинисту, что ближайшее боковое сигнальное устройство, которое он будет проходить, находится в состоянии «проезд запрещен». Следовательно, машинист должен начать процедуру торможения для остановки поезда на уровне ближайшего бокового сигнального устройства, находящегося в состоянии «проезд запрещен».
По различным причинам машинист может не увидеть или неправильно истолковать визуальный сигнал. Чтобы избежать таких ошибок и их последствий, согласно одному из решений, прямо на пути размещают железнодорожные устройства безопасности напротив бокового сигнального устройства, с которым они связаны. Такие устройства безопасности выполнены с возможностью включения в кабине машиниста повторения состояния, в котором находится соответствующее боковое сигнальное устройство. Повторение может, например, состоять в подаче звукового сигнала. В некоторых вариантах, когда соответствующее боковое сигнальное устройство находится в состоянии «проезд запрещен», такие устройства безопасности включают аварийное торможение поезда при прохождении границы соответствующего бокового сигнального устройства.
Примером такого железнодорожного устройства безопасности, в частности, во Франции является устройство «крокодил». Оно имеет удлиненную форму и установлено между двумя линиями рельсов напротив бокового сигнального устройства, с которым оно связано. Оно содержит контактную пластину, по которой с трением проходит щетка, закрепленная на локомотиве. Трение между пластиной и щеткой приводит к повторению в кабине сигнала, которое во Франции соответствует звонкам разного типа в зависимости от того, находится сигнальное устройство в состоянии «проезд запрещен», «проезд разрешен» или «внимание». В некоторых вариантах применения системы «крокодил», например в Люксембурге, трение контактной пластины и щетки приводит к срабатыванию аварийного торможения поезда, когда он пересекает границу бокового сигнального устройства, находящегося в состоянии «проезд запрещен». Следует отметить, что, поскольку аварийное торможение срабатывает на уровне сигнального устройства, поезд реально останавливается уже после бокового сигнального устройства, требующего остановки поезда.
Эти механические железнодорожные устройства безопасности уже отживают свой век и требуют замены.
Кроме того, различные участники железнодорожного движения в Европе определили норму ETCS (сокращение от английского выражения "European Train Control System") для развертывания европейской системы управления поездами.
Целью системы ETCS является отслеживание за управлением поезда в течение всего его пути. Для этого поезд получает информацию о топологии участка пути, по которому он должен проехать, чтобы в каждый момент оптимизировать свою скорость. Регулирование скорости поезда происходит автоматически путем отслеживания действий машиниста и в некоторых ситуациях путем его подмены.
ETCS предусматривает повторение в кабине состояния боковых сигнальных устройств согласно европейским правилам движения, общим для всех стран, позволяющим не учитывать национальные правила сигнализации. На основе этих европейских правил машинист может совершенно свободно проводить поезд от одной страны к другой, которые при этом имеют разную сигнализацию.
Для внедрения в жизнь этих принципов норма ETCS предусматривает устройство, установленное на поезде, и наземные устройства, установленные в начале каждого участка пути. Бортовое устройство содержит антенну, выполненную с возможностью приема радиосигналов небольшого радиуса действия, передаваемых наземным устройством, и блок вычисления и управления, соединенный с антенной и выполненный с возможностью обработки принятого радиосигнала и с возможностью соответствующего приведения в действие различных агрегатов поезда и, в частности, его системы торможения.
В определенной точке пути наземное устройство содержит блок LEU (сокращение английского выражения "Line Side Electronic Unit" («боковой электронный блок»)), выполненный с возможностью управления с удаленного поста управления, и пару сигнальных маяков, установленных на пути и подключенных к выходу блока LEU. Каждый блок LEU программируют на заводе, вводя в него топологические параметры участка пути, на котором его устанавливают. Эти топологические параметры содержат, например, наклон участка пути, наличие виража, максимальную безопасную скорость и т.д. Он выполнен с возможностью генерирования телеграммы, содержащей эти топологические параметры, при этом подключенные к LEU сигнальные маяки передают радиосигнал, содержащий генерированную телеграмму.
В частности, на своем уровне 1 отслеживания норма ETCS определяет работу бортового оборудования. Она будет описана ниже. Когда антенна бортового устройства проходит прямо над парой сигнальных маяков наземного устройства, происходит излучение радиосигнала, содержащего цифровую телеграмму обмена данными по специальному протоколу, определенному нормой ETCS. Эта телеграмма состоит из группы пакетов данных разного типа. Например, один тип пакета позволяет передать на бортовое устройство топологический параметр, касающийся наклона участка пути. Другой тип пакета позволяет передать максимальное значение скорости. После приема бортовым устройством топологических параметров участка пути блок вычисления и управления поездом определяет несколько кривых скорости. Затем блок вычисления и управления отслеживает действия машиниста и, в случае необходимости, подменяет его, чтобы моментальная скорость поезда следовала той или иной из кривых скорости для оптимизации скорости поезда в каждый момент.
В документе "Die Netzweite Umsetzung von ETCS in der Schweiz", ZUEND et al. (XP001 2445011SSN: 0037-4997) предусмотрено разворачивание системы ETCS, предназначенной для замены систем SIGNUM и ZUB, существующих в настоящее время в Швейцарии. На первой фазе путевые устройства SIGNUM и ZUB постепенно заменяют евромаяками ETCS, но измененными для передачи только данных, совместимых с бортовыми устройствами SIGNUM и ZUB. Следовательно, поезда необходимо оборудовать специальным интерфейсом, который может считывать данные SIGNUM и ZUB, выдаваемые евромаяками, и передавать их на бортовые устройства SIGNUM и ZUB. На второй фазе евромаяки работают, выдавая одновременно данные SIGNUM и ZUB и данные ETCS уровня 1 "Limited Supervision". Поезда, циркулирующие в сети дорог, оборудованы бортовым устройством SIGNUM и ZUB, оснащенным специальным интерфейсом, считывающим данные SIGNUM и ZUB, и/или бортовым устройством ETCS, работающим в системе ETCS уровня 1.
Если можно достаточно быстро оборудовать каждый поезд подвижного состава бортовым устройством, соблюдающим норму ETCS, то полное оборудование пути наземными устройствами, соблюдающими норму ETCS, остается проблематичным. Действительно, оборудование всего пути является исключительно дорогим и сложным:
необходимо проделать топографические съемки пути, выбрать значения локальных топологических параметров, которые дают оптимальные кривые скорости, обеспечивающие безопасность, конфигурировать на заводе каждый блок LEU в зависимости от точки его установки вдоль пути, доставить и установить блоки LEU и, наконец, провести испытания оборудованного таким образом пути. Поэтому в настоящее время пока предусматривают оснащение системой ETCS только главных железнодорожных магистралей европейской сети.
В связи с этим настоящее изобретение призвано предложить железнодорожную систему безопасности и способ аварийного торможения, позволяющие заменить классические механические железнодорожные устройства безопасности типа «крокодил» простой функцией, не являющейся частью нормы ETCS, используя при этом бортовое устройство на поезде, отвечающее норме ETCS, но отличающееся в меньшую сторону по сложности и по стоимости внедрения от полного решения контроля за поездом согласно норме ETCS.
Объектом изобретения является железнодорожная система безопасности, обеспечивающая торможение поезда, проходящего по пути во время пересечения границы бокового сигнального устройства пути, при этом состоянием указанного сигнального устройства управляют дистанционно с поста управления, содержащая: наземное устройство, содержащее кодирующее устройство, содержащее средства генерирования телеграмм, и, по меньшей мере, один сигнальный маяк, установленный на пути вблизи рассматриваемого бокового сигнального устройства, подключенный к кодирующему устройству и содержащий средства передачи радиосигнала, соответствующего телеграмме, генерированной кодирующим устройством; и бортовое устройство, отвечающее норме ETCS, содержащее антенну, выполненную с возможностью приема радиосигнала, передаваемого маяком, и блок вычисления и управления, соединенный с антенной, выполненный с возможностью обработки принятого сигнала и содержащий средства приведения в действие системы торможения поезда. Генерирующие средства кодирующего устройства выполнены с возможностью генерирования телеграммы типа «проезд запрещен», совместимой с нормой ETCS и содержащей параметр «проезд запрещен», когда бортовое устройство находится в режиме «ETCS Уровень 0» и боковое сигнальное устройство находится в состоянии «проезд запрещен», и блок вычисления и управления бортового устройства выполнен с возможностью интерпретации этого параметра «проезд запрещен» как команды на включение торможения поезда, при этом бортовое устройство остается в режиме «ETCS Уровень 0».
Уровень 0 нормы ETCS описан, например, в версии 2.3.0 документа "ETCS - System Requirements Specification (SRS) - Subset 026 System Requirement Specification" и, в частности, в параграфах 2.6.3 гл. 2 "Basic System Description" и 4.4.10 гл. 4 "Modes and transitions". Этот документ доступен на интернет-сайте ERA ("European Railway Agency" по адресу http://www.era.europa.eu/Pages/Home/aspx. Конструкторы должны неуклонно следовать спецификациям, указанным в этом документе.
Настоящая система обеспечивает функцию аварийной остановки для любого поезда, оборудованного стандартным бортовым устройством ETCS.
Согласно частным вариантам выполнения изобретения система содержит один или несколько из следующих отличительных признаков, взятых отдельно или в любых технически возможных комбинациях:
- когда бортовое устройство находится в режиме «ETCS Уровень 0» и боковое сигнальное устройство находится в состоянии «проезд запрещен», указанная телеграмма типа «проезд запрещен», совместимая с нормой ETCS, содержит в качестве параметра «проезд запрещен», по меньшей мере, один пакет типа 65 временного ограничения скорости с параметром скорости, зафиксированным на 0 км/час;
- когда бортовое устройство находится в режиме «ETCS Уровень 0» и боковое сигнальное устройство находится в состоянии «проезд запрещен», указанная телеграмма типа «проезд запрещен», совместимая с нормой ETCS, дополнительно содержит пакет типа 72 повторения в кабине сигнала с информационным сообщением для машиниста, указывающим, что граница сигнала «проезд запрещен» пройдена;
- генерирующие средства кодирующего устройства выполнены с возможностью, когда бортовое устройство находится в режиме «ETCS Уровень 0» и боковое сигнальное устройство находится в состоянии «проезд разрешен», генерирования телеграммы типа «проезд разрешен», совместимой с нормой ETCS, содержащей, по меньшей мере, один пакет типа 3 с национальными параметрами пути;
- генерирующие средства кодирующего устройства выполнены с возможностью, когда бортовое устройство находится в режиме «ETCS Уровень 0» и боковое сигнальное устройство находится в состоянии «внимание», генерирования телеграммы типа «внимание», совместимой с нормой ETCS, содержащей пакет типа 72 повторения в кабине сигнала с информационным сообщением для машиниста, указывающим, что ближайшее боковое сигнальное устройство пути находится в состоянии «проезд запрещен»;
- телеграмма типа «внимание» дополнительно содержит временной параметр подтверждения, равный периоду времени, и блок вычисления и управления бортового устройства выполнен с возможностью включения аварийного торможения поезда, если машинист не подтверждает информационное сообщение в течение интервала времени, который начинается во время передачи сигнала в кабине и длина которого соответствует указанному параметру подтверждения;
- когда бортовое устройство находится в режиме «ETCS Уровень 0» и наземное устройство неисправно, сигнальный маяк выполнен с возможностью передачи радиосигнала, содержащего телеграмму типа «по умолчанию», совместимую с нормой ETCS, содержащую, по меньшей мере, один пакет типа 72 сигнала в кабине с информационным сообщением для машиниста, указывающим, что железнодорожная система безопасности не работает;
- телеграмма типа «внимание» и/или телеграмма типа «по умолчанию» дополнительно содержит(ат) пакет типа 3 с национальными параметрами пути; и
- телеграмма, генерированная генерирующими средствам кодирующего устройства, не содержит информации, связанной с топологией пути.
Объектом настоящего изобретения является также способ аварийного торможения, применяемый описанной выше системой во время прохождения бокового сигнального элемента, отличающийся тем, что, поскольку путь оборудован наземным устройством, содержащим кодирующее устройство и, по меньшей мере, один сигнальный маяк для передачи радиосигнала, кодирующее устройство соединено с линией управления состоянием бокового сигнального устройства, и поезд оборудован бортовым устройством, отвечающим норме ETCS, содержащим антенну, выполненную с возможностью приема радиосигнала, передаваемого маяком, и блок вычисления и управления, соединенный с антенной и выполненный с возможностью обработки принятого радиосигнала и содержащий средства приведения в действие системы торможения поезда, способ содержит следующие этапы:
- когда боковое сигнальное устройство находится в состоянии «проезд запрещен», при помощи кодирующего устройства генерируют телеграмму типа «проезд запрещен», совместимую с нормой ETCS, содержащую параметр «проезд запрещен»;
- при помощи сигнального маяка передают радиосигнал, соответствующий телеграмме «проезд запрещен»; и, поскольку бортовое устройство находится в режиме «ETCS Уровень 0»;
- при помощи антенны бортового устройства принимают переданный радиосигнал;
- принятый сигнал обрабатывают для извлечения из него параметра «проезд запрещен»; и
- приводят в действие систему торможения поезда, при этом бортовое устройство остается в режиме «ETCS Уровень 0».
Настоящее изобретение и его преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве примера, со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором фиг.1 представляет собой схематичный вид системы, позволяющей применять способ аварийного торможения.
Как показано на фиг.1, поезд 2 движется по железнодорожному пути 2, который содержит две линии рельсов 6 и 8. Путь 4 оборудован классической системой сигнализации, включающей, помимо всего прочего, боковые сигнальные устройства, такие как светофоры 10 и 110, установленные последовательно по краю пути 4. Светофор 10 находится напротив точки М пути 4, и светофор 110 находится напротив точки М'. Светофор 10, соответственно 110, предназначен для передачи визуального сигнала машинисту 12 поезда 2.
Светофор 10, 110 может находиться в трех разных состояниях:
- состояние «проезд запрещен», соответствующее красному сигналу, предписывающему машинисту 12 остановить поезд 2, чтобы он не прошел точку М, соответственно точку М';
- состояние «проезд разрешен», соответствующее зеленому сигналу, указывающему машинисту 12, что он может пройти точку М, соответственно точку М', и двигаться по следующему участку пути 4;
- состояние «внимание», соответствующее желтому сигналу, указывающему машинисту 12, что следующее боковое сигнальное устройство пути 4 показывает сигнал, находящийся в данный момент в состоянии «проезд запрещен». Эта информация предписывает машинисту 12 привести в действие систему торможения поезда 2 для соблюдения ближайшего сигнала «проезд запрещен».
Изменением состояния сигнального устройства 10, 110 управляют дистанционно с поста 20 управления. Пост 20 управления соединен с сигнальным устройством 10, 110 через соответствующую электрическую линию 22, 122, по которой может быть передан электрический сигнал управления состоянием сигнального устройства 10, 110. Электрическая линия 22, соответственно 122, соединена с сигнальным устройством 10, 110 через релейную систему 24, 124, позволяющую усилить электрический сигнал для изменения состояния сигнального устройства 10, 110.
Система в соответствии с настоящим изобретением содержит наземные устройства, при этом каждое наземное устройство, связанное с боковым сигнальным устройством 10, содержит кодирующее устройство 32, входной сигнальный маяк 34 и выходной сигнальный маяк 36. Маяки 34 и 36 установлены последовательно между линиями рельсов 6 и 8 пути 4. На входе кодирующее устройство 32 соединено с релейной системой 24 связи между постом 20 управления и сигнальным устройством 10. На выходе кодирующее устройство 32 соединено с входным сигнальным маяком 34. Маяки, соответственно входной 34 и выходной 36, выполнены с возможностью передачи радиосигналов короткого радиуса действия.
Кодирующее устройство 32 принимает от релейной системы 24 вторичный электрический сигнал, соответствующий электрическому сигналу управления состоянием сигнального устройства 10. Кодирующее устройство 32 обрабатывает этот вторичный электрический сигнал и генерирует битовый фрейм, соответствующий текущему состоянию бокового сигнального устройства 10, с которым связано кодирующее устройство 32.
Фрейм представляет собой ряд битов, образующий «телеграмму» и объединяющий один или несколько пакетов данных. Телеграмма, генерируемая кодирующим устройством 32, совместима с протоколом нормы ETCS. Телеграмма может иметь разную длину и может содержать разные типы пакетов.
Фрейм передается на входной сигнальный маяк 34, выполненный с возможностью передачи радиосигнала, соответствующего фрейму, генерированному кодирующим устройством 32.
Выходной сигнальный маяк 36 выполнен с возможностью передачи радиосигнала, фрейм которого содержит постоянный блок данных. Наличие второго маяка 36 на выходе первого маяка 34 позволяет легко ориентировать путь 4 в одном направлении движения, соответствующем порядку установки входного 34, а затем выходного 36 маяков. Например, поезд, движущийся по пути, параллельному пути 4, но в противоположном направлении, не учитывает радиосигналы, передаваемые маяками 34 и 36, так как сначала он получает постоянный фрейм от выходного маяка 36, а затем фрейм от входного маяка 34.
Аналогичное описание можно представить для наземного устройства 130, связанного со светофором 110 и содержащего кодирующее устройство 132 и входной 134 и выходной 136 сигнальные маяки.
Бортовое устройство 31 содержит антенну 42, выполненную с возможностью приема радиосигналов, передаваемых сигнальными маяками 34 и 36, 134 и 136 установленными на пути 4. Антенна 42 соединена с входом блока 44 вычисления и управления. Блок 44 выполнен с возможностью обработки фрейма принимаемого радиосигнала и извлечения из него данных и с возможностью соответствующего управления различными приводными средствами поезда 2 и, в частности, его системой торможения. Кроме того, бортовое устройство 40 содержит блок 46 повторения в кабине, соединенный с выходом блока 44. Блок 46 повторения содержит экран для вывода текстовой информации, которую может прочитать машинист 12 поезда 2, а также громкоговоритель для выдачи различных предупредительных звонков.
Далее следует описание способа аварийного торможения, применяемого описанной выше системой.
Кодирующие устройства наземных устройств, которыми оборудован путь, такие как кодирующие устройства 32 и 132, являются идентичными и одинаково конфигурированы на заводе. Поэтому стоимость развертывания наземной инфраструктуры удешевляется.
Кодирующие устройства не соблюдают норму ETCS в том смысле, что они не обеспечивают работу бортового устройства 31, установленного на поезде 2, в режиме «отслеживания», то есть по уровню 1 нормы ETCS. Действительно, кодирующее устройство 32, 132 не содержит параметров, связанных с топологией участка пути, начинающегося от точки М, М'.
Следовательно, когда поезд 2 движется по пути 4, бортовое устройство 31 находится в «дежурном» режиме, соответствующем уровню 0, определенному нормой ETCS.
Уровнем 0 нормы ETCS предусмотрено, чтобы бортовое устройство поезда сохраняло возможность приведения в действие системы торможения поезда, когда его моментальная скорость превысит максимальную скорость движения по пути.
Кодирующее устройство 32 программируют на заводе для осуществления следующих этапов:
- когда устройство 10 находится в состоянии «проезд разрешен», генерируют телеграмму «проезд разрешен», соответствующую норме ETCS и содержащую, по меньшей мере, один пакет типа 3 с основными параметрами пути, которые соответствуют национальным параметрам;
- когда устройство 10 находится в состоянии «проезд запрещен», генерируют телеграмму «проезд запрещен», соответствующую норме ETCS и содержащую, по меньшей мере, один пакет типа 65 временного ограничения скорости с параметром скорости, зафиксированным на 0 км/час, чтобы блок 44 вычисления и управления бортового устройства 31 включил аварийное торможение поезда; и, в случае необходимости, пакет типа 72 сигнала повторения в кабине с информационным сообщением для машиниста, указывающим о пересечении границы сигнала «проезд запрещен»;
- когда сигнальное устройство 10 находится в состоянии «внимание», генерируют телеграмму «внимание», соответствующую норме ETCS и содержащую, по меньшей мере, один пакет типа 72 сигнала повторения в кабине с информационным сообщением для машиниста, указывающим, что ближайшее боковое сигнальное устройство вдоль пути 4, в данном случае сигнальное устройство 110, находится в состоянии «проезд запрещен»; и, в случае необходимости, пакет типа 3 с национальными параметрами, относящимися к участку пути между первым боковым сигнальным элементом 10 и вторым боковым сигнальным элементом 110.
В варианте выполнения, когда состоянием бокового сигнального устройства 10 является «внимание», пакет 72 телеграммы «внимание», генерированный кодирующим устройством 32, содержит временной параметр подтверждения, равный х секундам. В этом случае машинист 12 должен подтвердить заранее определенным действием информационное сообщение, повторенное в кабине, в течение интервала времени, который начинается во время повторения сигнала в кабине (момент t1) и длина которого равно параметру подтверждения. Если машинист 12 не подтвердил информационное сообщение до конца интервала времени (момент t2), блок 44 вычисления и управления бортового устройства 31 включает аварийное торможение поезда 2.
В случае отказа, то есть в случае неисправности соединения между кодирующим устройством 32, 132 и одним из сигнальных маяков 34 и 36, соответственно 134 и 136, или между кодирующим устройством 32, 132 и постом 20 дистанционного управления, входной сигнальный маяк 34, 134 конфигурируют таким образом, чтобы передавать радиосигнал, содержащий телеграмму «по умолчанию» с соблюдением нормы ETCS, содержащую, по меньшей мере, один пакет типа 72 сигнала повторения в кабине с информационным сообщением для машиниста, указывающим что железнодорожная система безопасности не работает; и, в случае необходимости, пакет типа 3 с национальными параметрами пути.
Специалисту понятно, что представленную выше систему можно развернуть с меньшими затратами вдоль пути, предпочтительно вторичного пути, по которому должен двигаться поезд, оборудованный бортовым устройством, соблюдающим норму ETCS. Несмотря на то, что бортовое устройство работает в «дежурном режиме», то есть соответствующем уровню 0 нормы ETCS, или в не отслеживаемом режиме, наземное устройство позволяет применять функцию «остановка поезда» для повышения безопасности железнодорожного движения.