مقدمه مقدماتی

ادغام دستگاه های اینترنت اشیا (IoT) به زیرساخت سیگنال های راه آهن اساساً تغییر شکل می دهد که چگونه شبکه های ریلی کار می کنند.با جاسازی سنسور ها، اتصال و تجزیه و تحلیل زمان واقعی در سیستم های سیگنال دهی، راه آهن از زیرساخت های استاتیک، کنترل زمان قابل تنظیم به مدیریت پویا، داده محور، این تغییر نه تنها ایمنی و قابلیت اطمینان را بهبود می بخشد، بلکه سطوح جدیدی از ظرفیت و بهره وری را باز می کند، زیرا گسترش ترافیک جهانی بدون افزایش می دهد.

سیگنال های راه آهن سنتی به سیستم های بلوک ثابت متکی هستند که بخش های مسیر تنها پس از آنکه قطار قبلی آنها را پاکسازی کرد، رزرو شده اند، در حالی که ثابت شده است، چنین سیستم ها به طور ذاتی در زمان ظرفیت و زمان پاسخ محدود هستند. IoT این پارادایم را با فعال کردن نظارت مداوم و زمان واقعی از سلامت دارایی، موقعیت قطار و شرایط محیطی تبدیل می کند.

درک IoT در سیگنال راه آهن

IoT در سیگنال راه آهن اشاره به استقرار دستگاه های متصل - سنسور، دوربین ها، پردازنده ها و ماژول های ارتباطی - یک تقاطع زیرساخت راه آهن، این دستگاه ها جمع آوری و تبادل داده ها در شبکه های امن با سیستم های کنترل مرکزی و یا گره های محاسباتی لبه، داده ها تجزیه و تحلیل، یا به صورت محلی و یا در ابر، برای تصمیم گیری خودکار در مورد سیگنال، حالت سیگنال، محدودیت های سرعت و مسیریابی.

تکنولوژی های کلیدی فعال شامل شبکه های گسترده (LPWAN)، 5G و پروتکل های رمزنگاری پیشرفته بر خلاف IoT مصرف کننده، راه آهن باید با تاخیر دقیق، قابلیت اطمینان و استانداردهای ایمنی (به عنوان مثال، SIL 4) مطابقت داشته باشد.این باعث می شود ادغام نه تنها یک ارتقاء فنی، بلکه یک تغییر در فلسفه مهندسی - از سیستم های بسته، سیستم های اختصاصی برای باز کردن، سیستم عامل های همکاری باز.

برای یک دیدگاه گسترده تر در مورد نقش IoT در راه آهن، مخابرات و سیگنال زدن به طور کلی را ببینید.

تکنولوژی های اصلی پشت سیگنال های قابل اعتماد IoT

سنسورها و قانون گذاران

پایه هر سیستم سیگنال IoT شبکه سنسور است. سنسور ردیابی لبه اندازه گیری یکپارچگی راه آهن، اثرات چرخ و دمای محیط. Axle شمارنده، یک بار صرفا الکترومکانیکی، در حال حاضر ادغام ماژول های بی سیم برای تشخیص از راه دور.دور دوربین با دید ماشین شناسایی اشیاء در مسیر، تأیید جنبه سیگنال و تعداد مسافر در ایستگاه های قانونuator، مانند ماشین های نقطه الکتریکی و سیگنال که در حال حاضر کنترل کننده های سیگنال از راه دور مجهز هستند.

پروتکل های ارتباطی

ارتباطات قابل اعتماد و کم اهمیت برای سیگنال دهی است.سیستم های میراثی که به مدارهای ردیابی و حلقه های کابلی متکی هستند. مدرن IoT استفاده می شود:

  • ] LTE-R (تکامل طولانی مدت برای راه آهن) - استاندارد اختصاصی سلولی برای ارتباطات پیش زمینه ای است.
  • ]5G [ ارائه می دهد ارتباطات فوق العاده قابل اعتماد کم (URLLC) مناسب برای سیگنال های بلوک متحرک.
  • [[ویرایش] [۱] [۱۰] [۵] و شبکه های شبکه [[۱۰] [۱۰] برای ایستگاه و مناطق ایستگاه]
  • راراWAN برای اطلاعات سنسور کم ارتفاع (به عنوان مثال، نظارت بر محیط زیست).

هر پروتکل باید در برابر مداخله الکترومغناطیسی و حملات سایبری سخت شود. ]ETSI کمیته فنی در راه آهن استانداردهایی را منتشر می کند که این پیاده سازی ها را هدایت می کند.

Data Analytics و Edge Computing

داده های سنسور خام بدون تفسیر بی معنی است.سیستم های سیگنال IoT از محاسبات لبه برای پردازش داده ها در نزدیکی منبع، کاهش تأخیر و پهنای باند نیاز استفاده می کنند.به عنوان مثال، یک گره لبه می تواند ارتعاشات را از یک قطار عبور تجزیه و تحلیل شکسته در عرض یک ثانیه تجزیه و تحلیل فوری تجزیه و تحلیل مرکزی تجزیه و تحلیل کند، سپس داده ها را در سراسر شبکه جمع آوری کند تا روند، بهینه سازی زمان بندی و پیش بینی پنجره های تعمیر و نگهداری کند.

مدل های یادگیری ماشین، آموزش دیده در الگوهای شکست تاریخی، می توانند پیش بینی کنند که چه زمانی یک موتور نقطه احتمالا شکست می خورد و اجازه می دهد جایگزین در ساعات خاموش شود.این سطح اتوماسیون نیاز به خط لوله داده قوی و اقدامات امنیت سایبری دارد، بعدا بحث شد.

برنامه های کلیدی و مزایای

ردیابی قطار در زمان واقعی و اجتناب از مهاجرت

ردیابی قطار مبتنی بر IoT فراتر از سنسورهای GPS است که همراه با خوانندگان و واحدهای اندازه گیری بی سابقه، داده های مکان ثابت، دستکاری را فراهم می کند.این امر سیگنال های بلوک متحرک را فعال می کند، که در آن هر قطار یک "بلوک مجازی" را حمل می کند که با آن حرکت می کند. سیستم سیگنال دهی به طور مداوم مسافت های ترمز ایمن را بر اساس سرعت، گرادیان و آب و هوا محاسبه می کند، اجازه می دهد تا قطارها بدون افزایش ظرفیت، به سرعت نزدیک تر شوند.

پیش بینی تعمیر و نگهداری از Track and Signals

تعمیر و نگهداری سنتی در فواصل ثابت انجام می شود، که منجر به کار غیر ضروری یا خطاهای از دست رفته است. سنسورهای IoT بر لرزش، دما، قرعه کشی فعلی و انتشار گازهای گلخانه ای تجهیزات سیگنال دهی نظارت می کنند.با تجزیه و تحلیل روند، تیم های تعمیر و نگهداری می توانند اجزایی را درست قبل از شکست جایگزین کنند.

برای نگهداری پیش بینی شده در راه آهن، با ویژگی های تکنولوژی (FLT:0) در تعمیر و نگهداری IoT مشورت کنید.

افزایش ظرفیت و مدیریت ترافیک

با داده های زمان واقعی از قطارهای متعدد و زیرساخت ها، کنترل ترافیک مرکزی می تواند به طور پویا مسیرها و پروفایل های سرعت را تنظیم کند. IoT کنترل دانه را فعال می کند: به جای تنظیم یک محدودیت سرعت برای یک بخش کامل، سیگنال ها می توانند در هر مسیر متفاوت باشند، به عنوان مثال، این مصرف انرژی را بهینه می کند و کاهش می دهد.

بهره وری انرژی

سیستم های سیگنالینگ خود انرژی مصرف می کنند، به ویژه هنگامی که با استفاده از لامپ های نازک یا منطق رله میراث استفاده می کنند، سیگنال های LED فعال IoT با کنترل کننده های شبکه می تواند کاهش یابد زمانی که هیچ قطار نزدیک به آن نیست و مصرف انرژی را گزارش می دهد، علاوه بر این، با صاف کردن جریان مشاوره و کاهش سرعت / سرعت، سیگنال های IoT، سیگنال های انرژی کلی را کاهش می دهد.

پیاده سازی های واقعی جهانی

سیستم کنترل قطار اروپا (ETCS) و IoT

ETCS، هسته سیستم مدیریت ترافیک راه آهن اروپا (ERTMS) در حال حاضر یک سیستم سیگنال دهی دیجیتال است، با این حال، سطوح اولیه ETCS به مراکز ردیابی و بلوک های رادیویی وابسته است که سنسورهای IoT را به زیرساخت های ETCS اضافه می کند - مانند نظارت از راه دور از راه دور از سیگنال، سوئیچ ها و سیگنال ها - قابلیت های آن را به طور فعال به جمع آوری داده های بهداشتی آن، ارائه می دهد.

پروژه های راه آهن هوشمند در آسیا

شبکه شینکانسن ژاپن از سیستم های IoT مانند برای دهه ها استفاده می کند، با شبکه های سنسور گسترده در آهنگ ها و قطارها.در حال حاضر، راه آهن با سرعت بالا چین بیش از 100،000 سنسور IoT را در هر 1000 کیلومتر مسیر قرار می دهد، نظارت بر همه چیز از دمای راه آهن تا سیگنال قدرت، هند "دور حمل و نقل هوایی معتبر" شامل سیگنال های IoT فعال برای دستیابی به 110 کیلومتر / سرعت با حداقل پروژه های حمل و نقل و نقل و نقل و نقل و نقل و نقل و نقل و نقل و نقل و نقل و انتقال است که نشان می دهد واقعیت فعلی است.

چالش های Overcome

آسیب پذیری های امنیت سایبری

اتصال دستگاه های سیگنال دهی به شبکه های IP سطوح حمله را باز می کند. سنسور به خطر افتاده می تواند داده های کاذب را ارسال کند که منجر به جنبه های سیگنال نادرست در سال 2022 می شود، یک راه آهن بزرگ اروپایی یک حمله باج افزار را تجربه کرد که برنامه های قطار را مختل کرد، اگرچه سیگنال دادن خود را به دلیل نسخه برداری مکانیکی امن باقی می ماند، با این وجود این صنعت باید معماری های صفر اعتماد را اتخاذ کند، امن، بوت، ارتباطات رمزگذاری شده و تست نفوذ منظم مانند چارچوب IEC برای IEC صنعتی.

قابلیت متقابل و استاندارد

راه آهن از نظر تاریخی با سیستم های اختصاصی کار می کند.ت.آی.م.ت.م.ت.م.م.ت.م.ت.م.ت.م.ت.م.ت.م.اس.ت.م.اس.ت.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس

زیرساخت ها و سرمایه گذاری

استقرار هزاران سنسور، ارتقاء برج های ارتباطی و نصب واحدهای محاسباتی لبه نیاز به سرمایه قابل توجهی دارد. بسیاری از راه آهن ها بر بودجه های تنگ و چرخه عمر طولانی دارایی (30 + سال برای سیگنال دهی) کار می کنند.تنها سازی هزینه های جلو نیاز به تجزیه و تحلیل سرمایه گذاری روشن دارد، اغلب با استفاده از پروژه های آزمایشی و دولت های رول و بانک های توسعه به طور فزاینده ای سیگنال های مبتنی بر IoT را به عنوان ابتکارات حمل و نقل پایدار تامین می کند.

آینده IoT در سیگنال راه آهن

با نگاه به جلو، همگرایی IoT با هوش مصنوعی و دوقلوهای دیجیتال شبکه های سیگنال دهی خود بهینه سازی را ایجاد می کند. قطارها اهداف خود را ارتباط می دهند و برای شکاف های ردیابی بدون دخالت انسان مذاکره می کنند. Edge AI اجازه می دهد تشخیص نقص زمان واقعی را ایجاد کند، در حالی که بلاکچین ممکن است یکپارچگی داده ها را برای مسیرهای حسابرسی امن کند.

محققان در معاملاتIEEE بر سیستم های حمل و نقل هوشمند به طور منظم پیشرفت در کنترل راه آهن مبتنی بر IoT را منتشر می کنند، زیرا 5G بالغ و 6G ظهور می کنند، محدودیت های تاخیر و ظرفیت حل می شوند و حتی سناریوهای سیگنال سازی پیچیده تر را امکان پذیر می کنند.

نتیجه گیری

ادغام دستگاه های IoT به زیرساخت سیگنال راه آهن نه تنها یک ارتقاء تدریجی است - این یک تغییر بنیادی است.با استفاده از سنسورها، شبکه های ارتباطی پیشرفته و تجزیه و تحلیل زمان واقعی، راه آهن به سطوح بی سابقه ایمنی، ظرفیت و بهره وری در حال رشد اپراتورهای سیگنال دهی و قابلیت همکاری باقی مانده است، مسیر روشن است: IoT به عنوان سیگنال های یکپارچه برای خود و ردیابی برای توسعه تهدیدات در حال حاضر در حال توسعه، سیگنال های تلفن های مبتنی بر زمان، در حال توسعه، و سیگنال دادن زمان، در حال توسعه، در حال توسعه، در حال توسعه، در حال توسعه تهدیدات در حال توسعه، و سیگنال دهی، در حال توسعه، در حال توسعه، سیگنال های سیگنال های سیگنال های سیگنال های سیگنال های سیگنال دهی، و سیگنال های سیگنال دهی، در حال توسعه، سیگنال دهی آینده است.