התפתחות של טביעת רכבת ואפקטים שלה על יכולת ועל ידי חישוב

מערכות אותות מודרניות שינו את פעילות הרכבות באופן יסודי, המאפשרות לרשתות להתמודד עם הרבה יותר רכבות עם בטיחות ויעילות רבה יותר.השינוי משליטה ידנית, מעקב אחר מערכות דיגיטליות, אוטומטיות פתחה הישגים שלא ניתן להעלות על הדעת לפני מאה שנים. מאמר זה בוחן כיצד טכנולוגיות אלה מגבירות את פני המחשב, מקטין את העיכובים, ולהגדיר את הבמה לביצועים גבוהים עוד יותר בעתיד.

רקע היסטורי של הרכבת Signaling

הרכבות המוקדמות ביותר שנתמכו על שיטות פשוטות של זמן: רכבת תצא רק לאחר תקופת סט שהועברה מאז הרכבת הקודמת. גישה גסה זו מוגבלת באופן חמור צפיפות תנועה ולעתים קרובות הובילה להתנגשות. עד אמצע המאה ה-19, אות חסימת ידנית הופיע, שבו התגלו חלקים של עקבות מוגנים על ידי אותות סמפיר המופעלים על ידי אותות מקומיים.

מערכות Token הוצגו לקווי מסלול יחיד, שם נהג בעל כורע פיזי (staff) היה נושא לנהג להוכיח דיקור בלעדי של חלק.שיטות אלה המשיכו להתאמן בנפרד, אך עדיין מוגבל לכדי רכבת אחת לבלוק כל 10-15 דקות.TheFLT:0absolute חוסם מערכת 1, שפותחה בבריטניה, הפכה לסטנדרט במשך עשורים רבים והייתה הבסיס לתיאום מהיר יותר, אך ורק לאחר מכן, אך ורק לאחר מכן, נותרו מגבלות מהירות ופרקות של בטיחותיות גדולות.

טכנולוגיות אותות מודרניות

מערכות האיתות של ימינו מחליפות את השיפוט האנושי עם לוגיקה אלקטרונית, תקשורת רדיו ומחשבים על גבי לוח.הטכנולוגיות הליבה נופלות לקטגוריות אחדות, כל בניין קודמו כדי לכווץ את קווי הראש הבטוחים ולהגביר את יכולת הקו.

חתימה אוטומטית (ABS)

ABS משתמש במעגלים או נגד אקסל כדי לזהות נוכחות ברכבת באופן אוטומטי.אות נקבעות על ידי המערכת עצמה ללא התערבות אנושית, ומאפשר בלוקים להיות קצרים יותר (לעתים קרובות מתחת מייל) ורכבות לעקוב אחר יותר קרוב.AB הוא הבסיס של כמעט כל אות קו הראשי המודרני.זה מקטין את הראש המינימלי מכמה דקות עד 90-120 שניות על קווי מהירות גבוהה, עלייה דרמטית דרך קידוד קיימות תשתיות.

בקרת תעבורה מרכזית (CTC)

CTC מאגד את השליטה במרכז יחיד של שיגור, שבו בקר יכול לראות את הרשת כולה על תצוגה ותוואי רכבות מרחוק.זה מבטל את הצורך של אותות מקומיים ומאפשר התאמות דינמיות להכשיר הזמנות. CTC, בשילוב עם ABS, אפשר את הקיבולת האמיתית הראשונה על מסדרונות צפופים כמו Corridor בצפון מזרח ארה"ב ו- Shinkansen במחקרים ביפן להראות כי CTC יכול להגדיל את קו הקיבולת על ידי 20–20% לבלוק ידני.

בקרת רכבת חיובית (PTC)

החל מתוקף בארצות הברית לאחר מספר התנגשויות בעלות פרופיל גבוה, PTC משתמש ב- GPS, רדיו דיגיטלי, ומחשבים על הסיפון כדי לאכוף את רשויות התנועה ואת גבולות המהירות.אם רכבת עולה על גבול המותר שלה או נכנסת לסעיף חסום, PTC באופן אוטומטי מלם את הרכבת. בעוד בעיקר מערכת בטיחות, PTC משפר גם את היכולת על ידי מתן בלוקים קצרים יותר וצמצום הצורך בשוליים ידניים שמרניים.

מערכת בקרת הרכבות האירופית (ETCS)

ETCS היא מערכת אות סטנדרטית לאיחוד האירופי, שנועדה להבטיח בין-אופרציה על פני גבולות לאומיים.זה מגיע בשלושה רמות: רמה 1 משתמשת במרפסות קבועות (טרמפוזרים) להעביר אותות למונית; רמה 2 מוסיפה תקשורת רציפה (GSM-R); 3 מסירים אותות מעקב לחלוטין, להסתמך על דוחות מיקום הרכבת ו- 3 הוא במיוחד כי מאפשר את המהירות המדויקת של המערכת מאפשרת עלייה של 50 אחוזים של קיבולת הרכבת.

בקרת רכבת מבוססת תקשורת (CBTC)

CBTC משמש נרחב במערכות המטרו העירוניות, כגון קו Jubilee של לונדון ו קו קאנרסי בניו יורק.זה משתמש בתקשורת אלחוטית רציפה בין רכבות לבין בקר מרכזי כדי לשמור על הפרדה בטוחה. CBTC מאפשר מעבר בלוקים, שבו אזור בטוח מאחורי כל רכבת מתכווץ כמו הרכבת איטית, ומאפשר כבישים מהירים כמו 90 שניות או אפילו פחות.

השפעה על יכולת הרכבת

היכולת מוגדרת כמספר המרבי של רכבות שיכולות לעבור נקודה נתונה ביחידה של זמן.מודרנית אותת ישירות על ידי צמצום הכביש המהיר המינימלי - הזמן בין רכבות מוצלחות.ההפחתה זו מגיעה ממספר מנגנונים:

חסימה קצרה יותר

בלוקים ידניים מסורתיים היו לעתים קרובות כמה קילומטרים ארוכים כדי לתת לצוותי רכבת מספיק מרחק וזמן תגובה. חישה אלקטרונית מאפשרת בלוקים להיות קצרים כמו כמה מאות מטרים, במיוחד באזורים עירוניים בעלי רגישות גבוהה. קו עם 1 מייל בלוקים יכול בדרך כלל להתמודד עם 10-12 רכבות לשעה בכל כיוון. הקטנת אורך בלוק ל-0.5 מייל יכול לדחוף עד 20 שעות, בהנחה לנסוע במהירויות דומות.

מעבר לבלוקים לעומת בלוקים קבועים

אות קבוע של בלוק מחלק את המסלול לאזורים קבועים; רק רכבת אחת יכולה לתפוס בלוק בזמן. העברת block אות (שימוש ב CBTC ו ETCS רמה 3) חישוב אזור בטוח מאחורי כל רכבת שעוברת איתו.זה מבטל את הפסולת של חלל ריק בלוקים קבועים כאשר רכבות נעות לאט.

זמן תגובה אנושי

הוראות אותת משלוחים נדרשים כדי להגדיר באופן ידני אותות ולתקשר עם צוותי רכבת, המציג עיכובים של 30 שניות עד כמה דקות לתנועה.מערכות אוטומטיות להפחית את החדירה הזו למילימטרים.בתוואי Thameslink בבריטניה, מבוא של מבצע אוטומטי (ATO) עם ETCS רמה 2 מופחתת כבישים מ 3 דקות עד 2 דקות - קיבולת של 50% על קו נסיעה כבר עסוק.

יכולת אמיתית בעולם

מספר רכבות תיעדו יכולות משמעותיות לאחר חידוש אות:

  • (FLT:0Swiss Federal Railways (SBB)IRLT) 1 משודרג ל-ETCS רמה 2 על מנהרת הבסיס גוטהרד, המאפשרת 240 רכבות ליום דרך מנהרת 57 ק"מ (עד 180 עם אות מורשת).
  • (FLT:0) מזרח יפן חברת הרכבות FLT:1 יישמה את ATC הדיגיטלי על קו ימאג', הגדלת שירות שיא שעות מ 20 עד 24 רכבות לשעה - עלייה של 20% בנוסעים דרך לוח.
  • (FLT:0) קו Jubilee LineFcioLT:1) ראה עלייה של 33% ברכבות לשעה לאחר ההתקנה של CBTC, מ 24 עד 32 רכבות לשעה במהלך תקופות שיא.

שיפור דרך ובטיחות

באמצעות חישוב – נפח התנועה הכולל של רכבת יכול לנוע לאורך זמן – מהטבות מיכולת, אך גם משיפורים באמינות ובבטיחות.מערכות אותות מודרניים להפחית עיכובים שנגרמו כתוצאה מהאירוע ומאפשרות התאוששות טובה יותר משיבושים, אשר למעשה מגבירים את יכולת השימוש באמצעות לוח.

באמצעותput Metrics

באמצעות חישוב נמדד לעתים קרובות כקילומטרים לרכבת או טונה- ק"מ בשנה.עבור רכבות מטען, שדרוגים אות יכול לאפשר רכבות ארוכות יותר ויותר כבדות לפעול עם מגורים קצרים יותר. BNSF דיווחה כי יישום PTC במסדרון הצפוני שלה אפשר עלייה של 10% במהירות הרכבת הממוצעת בשל אותות זהירות מופחתים, לתרגם גבוה יותר באמצעות ערכת תפוצה נוספת.

בטיחות נהיגה

אות אוטומטית מבטלת את הגורם הנפוץ ביותר לתאונות רכבת: שגיאות אנושיות.מערכות כמו PTC ו-ETCS לאכוף עמידה בתנאי הפסקת מרחקים, למנוע את התוספת של אותות, ובאופן אוטומטי ללם אם רכבת עולה על מהירות מוגבלת. מפעילי רשת בטיחות זו מאפשרים ללוח רכבות בשוליים הדוקים יותר, בידיעה כי כשל להאט את קצב ההאטה יותקן באופן מיידי.

זמן תגובה מופחת ב-Extities

איתות מודרני מספק נתונים בזמן אמת למרכזי בקרה, המאפשרים תגובות מיידיות לעקוב אחר חדירה, תקלות בציוד או אירועי מזג אוויר. במקום לעצור באופן ידני את כל הרכבות באזור - תהליך שעלול לקחת 10-15 דקות - מערכת אוטומטית יכולה להביא רכבות לעצור בתוך שניות ולחדש את התנועה בבטחה כאשר המצב מנקה.זה מקטין את השעות העיכוב הכוללות לכל אירוע, שיפור באמצעות לוח מעל רשת.

Reliable Scheduling ו-Punctuality

כאשר רכבות לרוץ במרווחים קרובים יותר, עיכוב ברכבת אחת יכול להפיץ במהירות.מערכות אות מודרני להקל על זה עם אלגוריתמים מתקדמים לניהול תנועה אשר אופטימיזציה סדר רכבת ומהירות.לדוגמה, רשת Rail בבריטניה משתמשת במערכת ניהול התנועה (TMS) על החוף המזרחי הראשי קו כדי להתאים באופן דינמי נתיבי רכבת; זה שיפר טיהור חד-ספרתי על ידי 5–7 נקודות מאז כניסתו הגבוהה ביותר.

מגמות עתידיות ב-Sleleing

הדור הבא של אות ינף בינה מלאכותית, מיקום לוויין, ופעולות אוטונומיות לחלוטין לדחוף את היכולת עוד יותר.

אינטליגנציה מלאכותית ושליטה חיזוי

מודלים של למידת מכונות יכולים לנתח דפוסי תנועה היסטוריים, נתוני מזג אוויר, וביצועים בזמן אמת כדי לחזות את הספיגה אופטימלית ואת ניתוק של רכבות.מערכות כמו אלה שפותחו ב-FLT:0SNCFFLT דיגיטלי של זמן אמת כדי לחזות את המסלולים הבאים מתחת ל -60 שניות על קווי זיהוי גבוהים.AI יכול גם להתאים פרמטרים בזמן אמת כאשר מתרחשת, צמצום ההשפעה על ידי נפח של 8 שניות על ידי קיבולת קודמת של AI.

בקרת רכבת מבוססת לווין

אותות עתידיים עשויים להשתנות מפרויקט הרכבות של טרף למקם לוויין (GNSS) של סוכנות החלל האירופית:0Galileo Rail ProjectFLT:1 הוא לבדוק מערכת שבה רכבות קובעות את עמדתן באמצעות GPS ודווחו על כך על ידי 4/5G קישורים מאובטחים.זה מבטל את עלות ההתקנה והתחזוקה של ציוד, פתח נמוך יותר לקווים בעלי יכולת גבוהה של 120 שניות, לעומת סימן מוקדם של אותות מוקדמים של 300 שניות.

אוטומציה מלאה ופעולות ללא נהג

שילוב של אות נע עם ניתוח רכבת אוטומטית (ATO) מאפשר שירותי מטרו ללא נהג ושירותי קו הראשי.הרכבת קופנהגן מפעילה רכבות ללא נהג עם 90 שניות ראשי כבישים, ואת קו המטרו של פריז 14 פועל במרווחים של 85 שניות.על רכבות קו הראשי, רכבות משא ללא נהג נבדקות באוסטרליה ושוודיה, במטרה להפחית עלויות צוות ולבטל מגבלות אנושיות על זמן מלא.

אבטחת סייבר וחוססן

כאשר אותות הופכים ליותר דיגיטליים ומחוברים, האיום של מתקפות סייבר גדל.המערכות העתידיות חייבות לכלול נתיבי הצפנה חזקים, נתיבי תקשורת מאוישים, וזיהוי חדירה. מפעילי ראשיים כגון דויטשה באן ואמהטרק משקיעים ב-FLT: העדכונים של מסגרת אבטחה רזולוציה FLT:1 כדי להגן על רשתות האיתות שלהם.

שילוב עם Smart Mobility

מערכות אותות מתחילות ממשק עם פלטפורמות נתונים רחבות יותר של תחבורה.על ידי שיתוף עמדות רכבת בזמן אמת וקווי ראש צפויים עם מרכזי ניהול תנועה, מפעילי הרכבות יכולים לסנכרן קשרים עם אוטובוסים וחשמלות, למקסם את החלק של כל רשת התחבורה.אינטגרציה זו הופכת אות מתפקוד רכבת טהור לתוך מתאם יכולת רב-ממדית, מפתח מערכות תחבורה בר קיימא של העתיד.

מסקנה

אותות מודרניים היו הטכנולוגיה היחידה המשפיעה ביותר עבור יכולת הרכבת הגוברת ולוחץ במהלך המאה האחרונה.ממערכות בלוק אוטומטי לעבור CBTC ובקרת מבוססת לוויין, כל דור של איתות איפשר רכבות לרוץ קרוב יותר, מהר יותר, ובאופן אמין יותר.התוצאה היא כי מסלולים קיימים יכולים לשאת הרבה יותר תנועה הנדסית ללא התפשטות יקרה.