L'espansione della pista fisica è spesso proibitivamente costosa e dirompente, quindi gli operatori si rivolgono alla tecnologia per spremere più capacità dalle linee esistenti. Una delle tecnologie più collaudate ed efficaci per questo scopo è il blocco automatico dei vantaggi. Sostituendo i principi del treno manuale o interval con sistemi di controllo intelligenti e dinamici, il blocco automatico del segnale aumenta notevolmente il numero di treni che possono attraversare in modo sicuro.

Che cosa è la firma automatica del blocco?

Il blocco automatizzato di segnalazione è un sistema che divide una linea ferroviaria in sezioni contigue chiamate blocchi. Ogni blocco è protetto da segnali che mostrano automaticamente se un treno può entrare in quel blocco. La regola principale è semplice: solo un treno è consentito all'interno di un blocco in qualsiasi momento. L'automazione viene da sensori - tipicamente tracciare circuiti o contatori di asse - che rilevano la presenza di un treno e relè che le informazioni per il controllo della logica.

I sistemi di blocco fissi con gli operatori di commutazione umana hanno una capacità limitata perché le distanze di sicurezza dovevano essere abbastanza grandi da spiegare il ritardo umano. La transizione al blocco automatico di segnalazione è iniziata nel tardo XIX secolo con l'invenzione dei circuiti di binari, che ha permesso il rilevamento continuo dell'occupazione della pista.

Come funziona la segnalazione del blocco automatizzato

Divisione blocco e tecnologie di rilevamento

Una linea ferroviaria è diviso in blocchi la cui lunghezza può variare in base alla velocità, alla distanza di frenata e ai requisiti operativi. Al centro del segnale automatico dei blocchi sono due tecnologie di rilevamento principali: circuiti di traccia] e contatori di asse]]. I circuiti di traccia passano una corrente elettrica a bassa tensione attraverso le rotaie.

I sistemi moderni utilizzano spesso una combinazione di entrambe le tecnologie per fornire ridondanza perché un singolo punto di fallimento non può causare una condizione pericolosa. I segnali stessi possono essere segnali tradizionali di colore-luce posizionati pista o essere trasmessi direttamente nella cabina del treno tramite segnale della cabina.

Aspetti di segnale e Logica di occupazione del blocco

La logica di base è semplice:

  • Red:] Non entrare. Il blocco è occupato da un treno.
  • Giallo o giallo singolo:[ Attenzione. Il blocco in avanti è chiaro, ma il blocco successivo è occupato. Approccio pronto a fermarsi al segnale successivo.
  • Green:[] Proceed. Il blocco attuale e almeno il prossimo blocco avanti sono chiari.

La cascata assicura che un treno abbia sempre una distanza di frenata sufficiente per fermarsi prima di entrare in un blocco occupato, anche alla velocità massima della linea. Il numero di blocchi visualizzati come cautela (doppio giallo, lampeggiante giallo, ecc.) può essere regolato per corrispondere alle caratteristiche frenanti dei treni.

Vantaggi della firma automatica del blocco

Capacità di traccia aumentata

Il vantaggio principale è un aumento drammatico del numero di treni che possono operare su un dato pezzo di binario per unità di tempo. Riducendo il buffer di sicurezza richiesto per la reazione umana, gli operatori possono imballare più treni insieme senza compromettere la sicurezza. Ciò è particolarmente critico durante le ore di punta sulle linee dei pendolari o su rotte pesanti dove ogni treno aggiuntivo si traduce in più entrate.

Esempio:[] La linea principale [] della costa orientale nel Regno Unito è stata aggiornata dal segnale tradizionale ad un sistema di blocco automatizzato e ha visto un aumento del 40% del traffico di traffico attraverso un decennio, senza costruire un singolo binario aggiuntivo.

Sicurezza avanzata

L'errore umano è la causa principale degli incidenti ferroviari - segnali mancati, impostazione di rotta errata, e la comunicazione sbagliata. Il segnale automatico del blocco rimuove la possibilità di un segnalatore dimenticando di impostare un segnale o un driver che non legge un segnale della mano. Il sistema fa rispettare la separazione treno assoluta: un treno non può entrare in un blocco se è occupato, periodo.

Se un sensore non riesce, il sistema si prefigge di uno stato restrittivo (blocco indicato come occupato) piuttosto che di un permissivo, il design non sicuro garantisce che qualsiasi difetto porti ad una riduzione della capacità, non a una riduzione della sicurezza.

Miglioramento dell'efficienza operativa

Con sistemi automatizzati, i treni mantengono velocità ottimali perché non sono costretti ad aspettare che un operatore umano li sgomberi. Il sistema reagisce in millisecondi, permettendo ai treni di ripristinare la velocità rapidamente dopo una disgregazione. Questo riduce il tempo di abitazione, migliora l'efficienza energetica (meno frenante e accelerante), e si traduce in programmi più prevedibili.

Risparmio di costi

Sebbene l'installazione iniziale di segnalazione automatica di blocchi sia costosa (spesso milioni di dollari per chilometro di rotta), il risparmio di costi a lungo termine è sostanziale. Sono necessarie poche torri di segnale perché le sale di controllo centralizzate possono coprire centinaia di miglia. I costi di manutenzione diminuiscono perché i sistemi a stato solido richiedono un'ispezione meno manuale rispetto ai segnali meccanici. I costi di lavoro per i segnalatori sono ridotti o reali.

Uno studio di Railway Engineering Science[[]] ha scoperto che il rapporto tra il costo e il costo del beneficio dell'automatizzazione del segnale del blocco su un corridoio pendolari occupato ha superato 4:1 su un ciclo di vita di 30 anni, fattore di guadagni di capacità e riduzione degli incidenti.

Impatto sul trasporto ferroviario

Il segnale automatico dei blocchi è stato un cambio di gioco sia per le operazioni di trasporto passeggeri che per quelle merci. Nelle ferrovie dei pendolari, consente di effettuare le prime linee di meno di 2 minuti, rendendo la ferrovia un'alternativa valida al trasporto stradale per i pendolari urbani. Le compagnie di trasporto possono eseguire treni più lunghi e più pesanti su binari condivisi, riducendo i costi logistici e le impronte di carbonio.

Negli Stati Uniti, dopo la collisione di Chatsworth del 2008, il Congresso ha mandato il controllo ferroviario positivo (PTC) sulla maggior parte delle rotte di trasporto e passeggeri. PTC è essenzialmente un blocco automatizzato che segnala sovrapposizione che impone limiti di velocità e la conformità del segnale. Mentre l'implementazione è stata impegnativa, il risultato è stato una riduzione misurabile degli incidenti e un aumento della capacità sui corridoi chiave come il Corridoio Nord-Est.

I sistemi di transito urbano come la metropolitana di Londra e la metropolitana di New York si affidano fortemente alla segnalazione automatica del blocco per gestire le folle di ore di punta. Senza di essa, queste reti si sarebbero rapidamente bloccate. La tecnologia supporta anche il funzionamento a traffico misto di treni ad alta velocità e merci locali sulle stesse tracce, ottimizzando l'utilizzo complessivo di preziosi immobili ferroviari.

Sviluppo futuro

Mentre il tradizionale segnale automatico dei blocchi utilizza blocchi fissi, l'industria si sta muovendo verso forme più avanzate di automazione che spingono ulteriormente la capacità.

Blocco mobile e Coupling virtuale

Il sistema calcola continuamente la distanza di separazione sicura in base alla velocità, alle prestazioni di frenata e alle condizioni della linea, piuttosto che affidarsi ai confini predefiniti del blocco. Questo permette anche di tenere le testate più strette, di 60 secondi in alcuni sistemi, e consente l'accoppiamento virtuale, dove due treni della metropolitana comunicano di viaggiare come se fisicamente collegato, la condivisione dei dati di frenata e accelerazione.

Controllo dei treni positivo e comunicazioni integrate

Integrando i dati PTC con sistemi di spedizione e analisi cloud-based, le ferrovie possono implementare algoritmi predittivi che regolano gli aspetti del segnale e i limiti di velocità per prevenire la congestione prima che si forma. Ad esempio, se un treno lento è avanti, il sistema può rallentare i seguenti treni gradualmente per evitare condizioni di stop-and-go, migliorando sia la capacità che l'efficienza del combustibile [F]

Intelligenza artificiale e manutenzione preventiva

Gli algoritmi AI possono analizzare vaste quantità di dati di segnalazione per rilevare anomalie, prevedere guasti delle apparecchiature e consigliare lunghezze ottimali dei blocchi per i modelli di traffico di tempo-di giorno. I modelli di apprendimento automatico possono riconfigurare dinamicamente le lunghezze dei blocchi (utilizzando concetti virtuali o di blocco in movimento) per massimizzare il throughput durante le ore di punta e risparmiare energia durante i tempi di off-peak.

Standardizzazione globale: ETCS e oltre

Il sistema europeo di controllo dei treni (ETCS) è il principale standard mondiale per il segnale interoperabile automatizzato dei blocchi. Viene distribuito in tutta Europa, Asia e anche in alcune parti degli Stati Uniti per la ferrovia ad alta velocità. ETCS Levels 2 e 3 offrono un segnale automatico dei blocchi con segnale della cabina e una diminuzione della dipendenza dai segnali ferroviari.

Nel lungo periodo, le operazioni ferroviarie completamente autonome (ATO) si affidano a queste basi di segnalazione. Diversi sistemi di metropolitana già funzionano treni senza conducente utilizzando il controllo ferroviario basato sulle comunicazioni (CBTC), una variante di segnalazione a blocchi mobili. La conversione delle operazioni di trasporto e passeggeri di linea a standard simili è prevista nei prossimi decenni, migliorando ulteriormente la capacità e la sicurezza della pista.

Conclusioni

Il sistema, grazie alla sua capacità di espansione, aumenta la produttività e migliora l'affidabilità dei treni ferroviari, e si sviluppa in modo sicuro attraverso la tecnologia di trasporto, che consente di gestire le linee guida e di migliorare l'affidabilità dei treni ferroviari.