Signaling System Gereksinimlerinde Yüksek Hızlı Raylı Üretimin Etkisi

Signaling Altyapısı Üzerine Yüksek Hızlı Rail'in Büyülü Talepleri

Yüksek hızlı tren (HSR) sistemleri, Avrupa, Asya ve Orta Doğu'daki karbon ayak izlerini azaltmanın tekrar şekillendirilmesi ve işletme hızlarının 350 km/h'nin ötesine geçtiği gibi, trenlerin güvenli bir şekilde teknik ve operasyonel zorlukla karşı karşıya kaldığı sinyal sistemleri inceler. Geleneksel sabit blok sinyali, daha yavaş karışık-traffic hatları için tasarlanmış, frenleme mesafelerini güvenilir bir şekilde destekleyemez ve modern HSR tarafından gerekli olan iletişim frekanslarını inceler.

HSR neden Radikal Farklı İşaretler talep ediyor

Yüksek Hızlar Reress Reaksiyon Windows

300 km/h bir tren ikinci başına 80 metreden fazla seyahat ediyor. Bir sürücünün bir iz için mesafeyi gözden geçirme – 1000 metreden daha az – tepki vermek ve frenleme yapmak için sadece 12 saniye sürüyor. Bu, güvenlik için kabul edilemez. Sonuç olarak, yüksek hızlı çizgiler, tamamen kontrol araçları ve yüksek çözünürlükte yetkililere doğru aktarılması gerektiği gibi, sürücüye sürekli, gerçek zamanlı hız ve frenleme talimatları vermek.

Uzun Braking Mesafeler Büyük Güvenlik Margins

Yaklaşık 160 km/h'den geleneksel bir yolcu treni frenlemesi, yaklaşık 800 metreye ihtiyaç duyuyor.Bir trenin yaklaşık 4.000 metreye girmeden önce durdurulabilmesi için, blok uzunluğu en az 350 km/h'ye kadar bu mesafe yaklaşık 5,500 metre büyür - tam olarak uzun süre boyunca sabit bloklar ve tam olarak iki-2500 metre uzunluğundaki hızlı trenler için.

Yüksek Trafik Yoğunluğu Kompleksiteyi Arttırıyor

Japonya'nın Tōkaidō Shinkansen veya Pekin-Shanghai High-Speed Railway gibi özel olarak, her rotayı saatte geçmek için onlarca trenin zorunlu olduğu anlamına gelir.Her hareket, elektromekanik röleleri aşma yeteneğinden çok daha fazla bir görev olmalıdır. Bilgisayar tabanlı interlokasyonlar ve merkezileştirilmiş trafik kontrolü (CTC) sistemleri zorunludur ve alt üst düzey aralıklarda veri alışverişi gerekir.

Signaling Architecture'daki Temel Değiştirler

Sabit Bloklardan Blokları Taşmak

Geleneksel sabit blok sinyali, sabit bölümler tanımlamak için tam pozisyon ve hızlarını sürekli olarak rapor eder. Bir trenin pozisyonu sadece blok uzunluğunın çözünürlüğüne bağlıdır.In moving-block (veya sanal-block) sinyalizasyonda, her tren sürekli olarak tam bir pozisyon ve hızlarını gerçek zamanlı olarak metrolarda kullanan merkezi bir kontrole bildirir.Bu, HSR. için tam zamanlı olarak 90 saniyeye kadar hızlara ulaşır.

Sürekli Intermittent Data Links

Yüksek hızlarda, aralıklı veri noktaları (balises, transponders) bilgi sık sık yeterince yenilemez. Örneğin, her 1000 metrede bir trenle 350 km / 2 saat arası bir tren her 10 saniyede bir - ancak düşük bant genişliği sinyalini korumak için her 2-3 saniyeye ihtiyaç duyabilir. Bu nedenle, HSR sinyallendirme görevi sürekli radyo iletişimi tren ve kontrol merkezi arasında kontrol eder. GSM-R ( GSM için demiryolu standardı) için ses ve veriler, düşük bant genişliği sinyalini kullanarak, daha yüksek çözünürlükte veya 5G'yi kullanarak daha yüksek kontrol sağlar.

Enable Modern HSR Signaling

Avrupa Tren Kontrol Sistemi (ETCS)

ETCS, Avrupa HSR interoperability'in arka kemiğidir ve Çin, Güney Kore ve diğer HSR ülkelerinde kabul edilmiştir. Birkaç seviyede var:

Otomatik Tren Koruma (ATP)

Bisiklet sistemleri aşırı sürücü eylemleri eğer tren güvenli hıza ulaşır veya bir durak sinyali geçer. Bir HSR bağlamda, ATP, Almanya'daki yüksek hızlı denetimlere dayanan dinamik frenleme eğrilerini hesaplamalı, hava ve takip durumu.The German LZB (Linienzugbeeinflusung) sistemi - Almanya'daki yüksek hızlı denetimler için - yüksek hızlı denetimler için.

Otomatik Tren Operasyon (ATO) ve Sürücüsüz HSR

Çoğu HSR sistemleri güvenlik ve yolcu güvenini sağlamak için bir sürücü korurken, otomatik olarak otomasyon derecesi (GoA) 2 (GoA 4) HSR, Pekin-Shenzhen hattında ve Jakarta-Bandung HSR'da bir asansöre sahip olmak için, otomatik olarak, kıyıya doğru giden sistemlere hızlanmak zorunda kalır.

İletişime Dayalı Tren Kontrolü (CBTC)

CBTC öncelikle şehir metro sistemleri üzerinde konuşsa da, ilkeleri HSR. CBTC için uyarılır (Wi-Fi, LTE) hareket blokları oluşturmak için sürekli kablosuz iletişim (Wi-Fi, LTE). Fransız sistemi URBALIS, 1 hattında kullanılan CBTC, yüksek hızlı CBTC'ye araştırma yaptı.

HSR için Doğrulamanın Gerçek Dünya Örnekleri

Shinkansen (Japonya)

Japonya'nın Shinkansen ağı, dijital ATC (DS-ATC) sistemini, orijinal analog ATC. DS-ATC'nin bir evrimi, yüksek hızlı ortamlardaki dış tehlike algılamasını sağlar.

TGV ve LGV Ağı (Fransa)

LGV Sud-Est ve LGV Atlantique, Almanya, İspanya ve İtalya'yı takip eden sınır ötesi interoperability 2'ye ağının parçalarını satın alabilir ve bu da milyarlarca Euro'yu gerektirir ve önemli kapatmalar veya fazlamalar gerektirir.

Çin Yüksek Hızlı Rail

Çin dünyanın en büyük HSR ağı (45,000 km) işletiyor. sinyalizasyon şu anda TPCS-4'e dayanıyor ve daha yüksek otomasyon seviyelerinde bir araya geliyor.

Go Ahead Germany's DVZ Pilot (Virtual Coupling)

Sanal darbe, iki veya daha fazla HSR trenlerinin çok kısa bir kafa ile seyahat ettiği ortaya çıkan bir teknolojidir (yaklaşık 250 km / 2 saniye kadar) radyo bağlantıları üzerinden gerçek zamanlı frenleme ve hızlama verileri değiştirmek – 50 m'lerin altındaki bir hareket bloğu ve başarısız bir frenleme işlemine yol açan bir bloktur. Deutsche Bahn ve Siemens, bir test pistinde sanal darbe test etti.

Gelişmiş HSR Signaling'i Uygulamada Zorluklar

Yüksek Uygulama ve İntegra Maliyetleri

Avrupa Demiryolu Ajansı (ERA) tarafından yapılan bir rapora göre, 200 milyon Euro'ya eşitlenen ülkeler için yeni RBCs, GSM-R üssü istasyonları, yüzlerce tren için ekipmana ve geniş bir teste göre, özellikle de mevcut olan ülkelerde, 200-250 km/h.

Siber güvenlik riskleri

Sinyalleme tamamen sayısal hale gelir ve bağlantılı olarak, saldırı yüzeyi dramatik bir şekilde genişletilir. Birmingham Üniversitesi tarafından yapılan 2023 çalışması, IEC 643 ve Avrupa Demiryolu Trafik Yönetimi Sistemi (ERTMS) güvenlik özelliklerine neden olabilecek bir mesaj enjeksiyonu başlatacaktır. Herhangi bir ihlal şimdi şifreli iletişim, sertifika tabanlı kimlik doğrulama ve yönlendirme sistemleri dağıtmalıdır.

Sınırlar (ve içeride)

Avrupa'nın birleşik bir ERTMS hedefi, birçok ulusal sinyal sistemleri (örneğin, Fransa'da, Almanya'da LZB, İtalya'da BACC) gibi, trenlerin çok fazla sayıda gemide taşınmasını gerektiriyor.

Yüksek Hızlarda Güvenilirlik ve Reddancy

350 km / ́de birkaç saniye bile sinyal kaybı, güncel bir hareket otoritesi olmadan 500 metreden fazla seyahat eden trene neden olabilir. Bu nedenle, HSR sinyali, üç basamaklı radyo bağlantıları, çift kilit bilgisayarlar ve güvenlik dışı mantık. SIL 4 (Güvenlik Dürüstlüğü Seviye 4) tehlikeli bir olaya neden olabilecek herhangi bir sistem için gereklidir.

Future Yolları HSR Signaling

5G ve Future Demiryolu Mobil İletişim Sistemi (FRMCS)

GSM-R hayatının sonuna yakın; 2.4 kbps veri oranı, Hamburg-Berlin'deki yüksek çözünürlüklü denemeler için yeterli değildir. FRMCS, 5G'ye göre, 50-100 Mbps'nin düşük gecikme oranı (10 m'ların altında), ve tren ve RBC arasında hızlarda güvenilir el geçişi sağlar.

Uydu bazlı Localization (GNSS)

ERTMS şu anda, baliseleri olmadan tren pozisyonuna güveniyor. Tam Seviye 3'e taşınmak için operatörler GNSS (GPS, Galileo, BeiDou) için bir sürü pozisyona sahip (GBAS, SBAS) ve GNSS'nin birincil konum maliyetinin düşmesi için tren pozisyon düzeltmesini sağlamak için, İngiltere'nin Rail (GINTO) projesinin onaylanması için GER hatlarında 1 metre içinde pozisyon doğruluğunu göstermiştir.

Signaling Predictive Bakım için Yapay Zeka

Modern HSR sinyallendirme büyük telgraf yaratır - günlük girişlerin günlük girişleri geçici olarak algılayabilir. AI/ML modelleri bu verileri puan makineleri, baliseler ve RBC sunucularında başarısızlıkları tahmin edebilir; örneğin, Çin HSR ağı, SIL 4 kısıtlamaları içinde anormalliği tespit etmek için derin bir öğrenme kullanır.

Sanal Coupling ve Platoning

Aşırı uçlara çok kısa kafa yollarını almak, sanal darbe iki veya daha fazla trenin yeni parçalar inşa etmeden sadece 30-50 metre uzaktaki (Virtual Coupling for Train latency iletişim ( 20 ms) ve gelişmiş frenleme algoritmaları üzerinde bir alan testi planlayın.If ticarileştirildikten sonra, sanal darbeleme yeni raylar inşa etmeden 30-50% 30-50 metreye kadar hıza kadar hız kazandırabilir.

Sonuç: Yüksek Hızlı Rail'in Enabler'ı Olarak Sinyalleme

HSR sinyalizasyonu, daha önce sabit devrelerin taşınması ve güvenlik ve esneklik arasında, miras uyumluluk ve inovasyon arasında bir hikayedir. Bugün her kilo, yüksek hızları, yoğun trafikte çalışan ve daha fazla otomasyonla çalışan, sabit bloktan 5G'ye kadar hareket etmek için daha fazla, ve balise tabanlı konumlama arasında, HSR. Operatörleri ve düzenleyicileri, daha yüksek hızlara yatırım yapan düzenleyicileri ve düzenleyicileri, daha fazla güvenlikle donatılacak sinyale sahip olacak, ancak hızlı trenler için hızlı trenler için de yüklenecek.

Daha fazla okuma için: www.mediaT:0) Avrupa Birliği Demiryolu Ajansı (ERA) ERTMS dağıtım planı), [[Üyetim ve Telekomünikasyon sayfası[[[DÜye Olmayanlar İçin Teknik Bir Bakış) ve IEEE Xplore'de yüksek hızlı tren için teknik bir genel bakış.