Концепция перехода к ETCS уровня 3

На Международной конференции по системам управления движением поездов и железнодорожным коммуникационным системам (CCRCC 2015), проходившей в Лилле (Франция) под эгидой Европейского железнодорожного агентства (ERA) осенью 2015 г., представители сразу нескольких европейских железных дорог сообщили о планах перехода к ETCS уровня 3 в долгосрочной перспективе. Железные дороги Великобритании в рамках программы Digital Railway намерены к 2024 г. внедрить ETCS уровня 3 в сочетании с системой автоведения на значительной части сети. Предварительно по заказу Министерства транспорта Великобритании в 2010 г. Лабораторией транспортных исследований TRL было проведено исследование, в ходе которого анализировались риски и преимущества перехода к ETCS уровня 3, а также была предложена стратегия такого перехода. Железные дороги Нидерландов (NS), которые уже располагают рядом линий с ETCS уровней 1 и 2 (рис. 1), планируют к 2022 г. завершить оснащение всего парка тягового подвижного состава бортовыми устройствами ETCS, а к 2028 г. оснастить ETCS уровня 2 наиболее загруженные линии сети.

Новая грузовая линия Betuwe в Нидерландах, оборудованная системой ETCS уровня 2

Рис. 1. Новая грузовая линия Betuwe в Нидерландах, оборудованная системой
ETCS уровня 2

На эти цели предусмотрено выделить 2,57 млрд евро. В дальнейшем планируется завершить оснащение бортовыми устройствами ETCS всего парка поездов и приступить к внедрению ETCS уровня 3. Железные дороги Италии (FS) рассчитывают уже в 2018 г. внедрить на подходах к Риму и Милану систему ETCS уровней 2 и 3, способную обеспечить контроль полносоставности поездов, виртуальные блок-участки и межпоездной интервал 2 мин 30 с. На опытном полигоне на о. Сардиния в 2017 г. намечено приступить к эксплуатации ETCS уровней 2 и 3 с использованием спутниковой навигации. ETCS уже стала зрелой технологией, широко представленной на рынке. Однако железнодорожные администрации, заявляя о стремлении к увеличению пропускной способности существующей железнодорожной инфраструктуры за счет модернизации устройств сигнализации, не готовы на практике отказаться от существующей релейной техники до истечения ее срока службы. В связи с этим группа экспертов компании ProRail (оператор инфраструктуры железных дорог Нидерландов) совместно со специалистами консалтингового агентства Arcadis и компаний Alstom, Bombardier, Siemens и Thales в течение трех лет изучала потенциальные достоинства ETCS уровня 3 и возможности экономического эффективного перехода к этой системе.

Стратегия перехода к ETCS уровня 3

Отличительной особенностью ETCS уровня 3 является контроль местоположения поездов исключительно бортовыми средствами, что предполагает наличие на поезде системы мониторинга его полносоставности. Существующее напольное оборудование ETCS уровня 2 может быть адаптировано к условиям, когда поезд будет самостоятельно определять свое местоположение и полносоставность. С увеличением числа поездов с бортовыми системами мониторинга полносоставности появляется возможность наращивать пропускную способность без модернизации напольных устройств контроля свободности пути. В дальнейшем можно постепенно отказываться от этих устройств, снижая таким образом эксплуатационные расходы. При таком подходе многие из проблем, связанных с переходом к ETCS, смягчаются и открывается возможность уже на раннем этапе реализовать функции ETCS уровня 3, используя технологию виртуальных укороченных блок-участков. На рис. 2 показан процесс перехода к ETCS уровня 3, состоящий из четырех этапов.

Стратегия перехода к ETCS уровня 3

Рис. 2. Стратегия перехода к ETCS уровня 3

На начальном этапе А линия оборудована традиционной светофорной сигнализацией и движение поездов контролируется национальной системой АЛС. Этап B демонстрирует переход к ETCS уровня 2 с сохранением прежнего разделения на блок-участки и существующей напольной аппаратуры контроля свободности пути. Пропускная способность при этом никак не увеличивается по сравнению с этапом А. На этапе C часть поездов оборудуют системой мониторинга полносоставности (Train Integrity Monitoring System — TIMS) и реализуют виртуальные укороченные блок-участки, не внося изменений в напольное оборудование. Существующие напольные устройства контроля свободности пути позволяют регулировать движение по линии поездов, у которых нет бортовых систем мониторинга полносоставности или система TIMS неисправна, и содействуют быстрому восстановлению перевозочного процесса при потере информации о местоположении поездов. В случае отказа напольных устройств контроля свободности пути поезда, оборудованные TIMS, смогут продолжать движение, если их полносоставность подтверждена. На этапе D достигается цель перехода — напольное оборудование контроля свободности пути, достигшее завершения срока службы, демонтируется, а вместо него устанавливается значительно меньшее количество нового напольного оборудования. Условиями для этого являются высокая готовность и отлаженные режимы эксплуатации новой системы, а также оснащение достаточного числа обращающихся на линии поездов аппаратурой TIMS.

Технологии

Технология виртуальных укороченных блок-участков может быть реализована вне зависимости от существующей версии системы ETCS уровня 2. После добавления функции виртуальных укороченных блок-участков путем обновления программного обеспечения стационарной части системы ETCS уровня 2 рост пропускной способности определяется только числом курсирующих по линии поездов, оборудованных бортовой системой мониторинга полносоставности. Как только доля поездов с TIMS станет достаточно большой, появится возможность увеличить пропускную способность без значительных инвестиций в инфраструктуру. При дальнейшем росте доли поездов с TIMS можно регулировать пропускную способность линии, настраивая или добавляя виртуальные укороченные блок-участки в программном обеспечении системы. Когда напольные устройства контроля свободности пути достигнут завершения срока службы, возможны три сценария действий при наличии ETCS с виртуальными укороченными блок-участками:

• замена на оборудование того же объема;

• замена на оборудование в меньшем объеме;

• отказ от напольного оборудования контроля свободности пути и переход к полноценной ETCS уровня 3.

Первый сценарий — наиболее дорогостоящий, но он станет необходимым, если на линии обращается слишком мало поездов с TIMS. Третий сценарий является самым экономически эффективным и может быть реализован в случае оснащения всех поездов бортовыми системами мониторинга полносоставности TIMS. Однако он рассчитан в первую очередь на второстепенные линии с невысокой интенсивностью движения поездов и непригоден для высокозагруженных магистралей со смешанным движением пассажирских и грузовых поездов, где отказ бортового устройства ETCS одного из поездов может повлечь за собой серьезные сбои в перевозочном процессе. В связи с этим оптимальным выбором с точки зрения устойчивости перевозочного процесса и создания экономически привлекательной системы сигнализации является второй сценарий, при котором напольные устройства контроля свободности пути устанавливают, например, перед стрелочными зонами крупных станций и узлов. В случае развертывания ETCS с виртуальными укороченными блок-участками в масштабах всей национальной железнодорожной сети возможно применение всех трех сценариев в зависимости от местных условий. Например, в Нидерландах или Великобритании, где железнодорожные сети представляют собой сочетание высокозагруженных магистралей и множества региональных линий, ETCS уровня 3 может повысить пропускную способность транспортных узлов в городских зонах и снизить расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание второстепенных участков. В существующих экономических условиях многие железные дороги ищут способы увеличить производительность своих сетей без строительства новых линий или со строительством минимально необходимого числа новых участков. Ключевое значение для достижения этой цели имеет сокращение межпоездных интервалов, достигаемое при использовании ETCS уровня 2. Однако обновлению систем сигнализации обычно сопутствует большой объем работ по замене кабельной сети и модификации или обновлению напольного оборудования контроля свободности пути. Внедрение виртуальных укороченных блокучастков дает возможность сократить расходы на эти работы за счет уменьшения числа устройств контроля свободности пути и уменьшить, таким образом, в дальнейшем частоту отказов этих устройств.

Экономические и организационные аспекты

Если технические препятствия для перехода к ETCS уровня 3 в принципе преодолимы, то организационные и экономические вопросы решить значительно сложнее. Технология виртуальных укороченных блок-участков, позволяющая повысить пропускную способность линии, внедряется путем обновления программного обеспечения стационарного оборудования в течение ночного окна в движении поездов. Значительно сложнее обстоят дела с подвижным составом. Владельцы подвижного состава должны инвестировать в оснащение его бортовой аппаратурой ETCS и компонентами TIMS либо обновить свой парк, закупив поезда со встроенными системами ETCS и TIMS. Они могут воспринять это как угрозу своим бизнес-проектам перехода к ETCS, поскольку рост пропускной способности будет достигнут только при наличии достаточно большого числа поездов с TIMS. Переход к ETCS уровня 3 ускоряет процесс смещения средств сигнализации от инфраструктуры на поезда. В этих условиях необходима тесная кооперация между операторами инфраструктуры, владельцами подвижного состава и перевозочными компаниями для справедливого перераспределения расходов и доходов, связанных с внедрением систем TIMS. С внедрением ETCS в сочетании с виртуальными короткими блокучастками на владельцев и операторов поездов возлагается более высокая ответственность за обеспечение пропускной способности линий и поддержание эксплуатационной готовности системы сигнализации (рис. 3). Ей сопутствуют и преимущества для операторов поездов, которым для получения дополнительной пропускной способности будет достаточно договориться с оператором инфраструктуры об обновлении ПО в стационарном оборудовании ETCS.

Пользовательский интерфейс машиниста в системе ETCS

Рис. 3. Пользовательский интерфейс машиниста в системе ETCS

Опыт метрополитенов

Тенденция к успешной передаче на подвижной состав все большего числа функций сигнализации и управления движением уже длительное время наблюдается на метрополитенах и в других городских транспортных системах. Почти все проекты обновления средств сигнализации на метрополитенах предусматривают отказ от большинства напольных сигналов. Системы управления движением поездов на базе радиосвязи (CBTC) способны сократить межпоездные интервалы до предельно низкого уровня. Практически те же функции выполняет система ETCS с виртуальными укороченными блок-участками при их динамическом назначении, т. е. использовании подвижных блок-участков. На метрополитенах системы CBTC используют в сочетании со счетчиками осей, которые реализуют резервный уровень контроля свободности, если полносоставность поезда не подтверждена. Введение системы управления движением поездов с подвижными блок-участками могло бы способствовать достижению оптимальной пропускной способности высокозагруженных магистралей, но на изменение сложившихся представлений о принципах сигнализации на магистральных железных дорогах потребуется определенное время. Переход к ETCS уровня 2 с виртуальными укороченными блок-участками станет заметным и логически обоснованным шагом в этом направлении. Основная проблема состоит в разработке резервных сценариев, определяющих поведение системы в случае деградации ее функций, например при отказе системы мониторинга полносоставности поезда или выходе из строя радиоканала. Такие сценарии уже сформулированы для систем CBTC на городском рельсовом транспорте и могут быть использованы при проектировании ETCS с виртуальными укороченными блок-участками.

Перспективы

Для формирования детальной стратегии перехода к ETCS с виртуальными укороченными блок- участками и ETCS уровня 3 необходимо решить целый ряд вопросов, определяемых в том числе местной и национальной спецификой. В частности, необходимо решить, в каком порядке следует вводить функцию виртуальных укороченных блок-участков и систему мониторинга полносоставности поезда TIMS, когда целесообразно приступать к демонтажу или обновлению напольных устройств контроля свободности пути, следует ли стимулировать оборудование системами TIMS международных поездов и т. п. Железнодорожная промышленность уже сейчас располагает техническими решениями, необходимыми для реализации новых систем и технологий. Успешное их внедрение определяется прежде всего координацией действий операторов железнодорожной инфраструктуры и подвижного состава.

M. Zweers et al. Railway Gazette International, материалы Международной конференции CCRCC 2015, Министерства инфраструктуры и окружающей среды Нидерландов и британской Лаборатории транспортных исследований.