Жоларалық сигналдау және пойыз қауіпсіздігі жүйесі (LZB)

Кіріспе

Linienzugbeeinflussung (немесе LZB) – таңдалған неміс және австриялық теміржол желілерінде, сондай-ақ AVE және Испаниядағы кейбір қалалық теміржол желілерінде қолданылатын кабиналық сигнализация және пойызды қорғау жүйесі. Бұл жүйе Германияда және Испанияда пойыздарға белгілі бір жылдамдықтан асып түруге рұқсат етілген жағдайда міндетті болды. Ол сондай-ақ кейбір баяу теміржол және қалалық жылдам транзит желілерінде қуаттылықты арттыру үшін де қолданылады. Неміс тіліндегі Linienzugbeeinflussung сөзбе-сөз аударғанда – «үздіксіз пойызды басқару» дегенді білдіреді. Оны linienförmige Zugbeeinflussung деп те атайды. LZB ескірген және 2023-2030 жылдар аралығында Еуропалық пойызды басқару жүйесімен (ETCS) алмастырылады. Еуропалық Одақтың Теміржол агенттігі (ERA) оны Ұлттық пойызды басқаруда (NTC) B класындағы пойызды қорғау жүйесі ретінде таниды. Жүргізуші вагондары көбінесе классикалық басқару логикасын ETCS борттық құрылғыларымен (OBU) және біртұтас жүргізуші-машина интерфейсімен (DMI) алмастыруға тиіс. Жоғары өнімділік пойыздары көбінесе жарамсыз делініп, екінші деңгейдегі желілерде қайта пайдаланбағандықтан, LZB орнатуларын одан әрі қолдау үшін арнайы беріліс модульдері (STM) әзірленді.

Кабельдің сигнализациясын таңдау

1960 жылдары неміс темір жолдары кейбір темір жол желілерінің жылдамдығын арттыруды жоспарлады. Мұның бір себебі – сигнализация. Неміс сигналдары жоғары жылдамдықтағы пойыздардың арасында тоқтауға мүмкіндік бермейтіндей тым жақын орналастырылған, сондай-ақ пойыз жүргізушілері үшін жоғары жылдамдықтарда сигналдарды көру қиын болуы мүмкін. Германияда негізгі сигналдардың алдына қашықтықтан берілетін сигналдар орналастырылады. Конвенциялық тежегіштері бар пойыздар, белгілі бір деңгейде баяулап, осы қашықтықта тоқтап қалуы мүмкін. Күшті тежегіштері бар пойыздар, әдетте электромагниттік рельсті тежегіштерімен бірге, осы жылдамдықтан тоқтап, осы жылдамдықпен жүруге рұқсат етіледі. Дегенмен, тіпті күшті тежегіштердің және бірдей баяулаудың болуымен, пойыздың жылдамдығы сигнал арасындағы қашықтықты асып, тоқтау үшін қажетті тежеу жолы ұзарады. Сонымен қатар, жылдамдық артаған сайын энергияның ысырабы да артатындықтан, тежегіштерді қыздырудан сақтау үшін жоғары жылдамдықтарда баяулау деңгейін төмендету қажет болуы мүмкін, бұл тоқтау қашықтығын одан әрі ұлғайтады. Жылдамдықты арттырудың бір жолы – негізгі және қашықтықтан берілетін сигналдар арасындағы қашықтықты ұлғайту. Бірақ бұл үшін ұзын блоктар қажет болады, бұл баяу жылдамдықтағы пойыздар үшін желінің өткізу қабілетін төмендетуі мүмкін. Тағы бір шешім – көп аспектілі сигнализацияны енгізу. Пойыздың қозғалысы кезінде бірінші блоктан «160 км/сағ дейін баяулау» сигналы, ал екінші блоктан «тоқтау» сигналы көрінеді. Көп аспектілі сигнализацияны енгізу үшін қолданыстағы желілерді қайта жаңарту қажет, себебі ұзын блоктарға қосымша қашықтықтан берілетін сигналдар қосылуы керек, ал қысқа блоктарда сигналдарды қайта конфигурациялау қажет. Бұған қоса, бұл жоғары жылдамдықтағы жұмыстың тағы бір мәселесін – пойыздың жылдам өтетінінде, әсіресе жаңбыр, қар және тұман сияқты қолайсыз жағдайларда сигналдарды көру қиындығын шешпейді. Кабиналық сигнализация осы мәселелерді шешеді. Қолданыстағы желілерде оны қолданыстағы сигнализация жүйесіне, жүйеге ешқандай немесе минималды өзгерістер енгізу арқылы қосуға болады. Сигналдарды кабинаға көшіру жүргізушіге оларды оңай көруге мүмкіндік береді. Бұдан өзге, LZB кабиналық сигнализациясының бірнеше артықшылықтары бар:

In the 1960s, the German railways wanted to increase the speeds of some of their railway lines. One issue in doing so is signalling. German signals are placed too close to allow high speed trains to stop between them, and signals may be difficult for train drivers to see at high speeds. Germany uses distant signals placed before the main signal. Trains with conventional brakes, decelerating at , can stop from in that distance. Trains with strong brakes, usually including electromagnetic track brakes, decelerating at can stop from and are allowed to travel that speed. However, even with strong brakes and the same deceleration, a train travelling would require to stop, exceeding the signalling distance. Furthermore, as the energy dissipated at a given acceleration increases with speed, higher speeds may require lower decelerations to avoid overheating the brakes, further increasing the distance. One possibility to increase speed would be to increase the distance between the main and distant signal. But, this would require longer blocks, which would decrease line capacity for slower trains. Another solution would be to introduce multiple aspect signalling. A train travelling at would see a "slow to 160" signal in the first block and then a stop signal in the 2nd block. Introducing multi aspect signalling would require substantial reworking for the existing lines, as additional distant signals would need to be added onto long blocks and the signals reworked on shorter ones. In addition, it wouldn't solve the other problem with high speed operation, the difficulty of seeing signals as a train rushes past, especially in marginal conditions such as rain, snow, and fog. Cab signalling solves these problems. For existing lines it can be added on top of the existing signalling system with little, if any, modifications to the existing system. Bringing the signals inside the cab makes it easy for the driver to see them. On top of these, the LZB cab signalling system has other advantages:

Жүргізуші сигнализациядағы өзгерістерді дереу біледі. Бұл сигнал жақсарған жағдайда, жүргізушіге баяулауды тоқтатуға мүмкіндік береді, энергия мен уақытты үнемдейді. Сонымен қатар, бұл басқару орталығына жолдан шығу немесе қар көшкіні сияқты қауіпті жағдайларда дереу тоқтау сигналын беруге мүмкіндік береді. Жүргізуші электронды түрде жол бойындағы қашықтықты (13 км дейін) «көре алады», бұл пойызды тегіс басқаруға мүмкіндік береді. Баяу қозғалатын пойызға ілесіп келе жатқан пойыз баяу қозғалатын пойызды алдын ала «көріп», энергияны үнемдеу үшін баяулауға немесе регенеративті тежегішті пайдалануға мүмкіндік алады. Ол әртүрлі жылдамдықтарды белгілей алады. (1960 жылдардағы конвенциялық неміс сигналдары тек бұрылысқа сигнал бере алатын. Қазіргі заманғы неміс сигналдары кез келген деңгейде сигнал бере алады, бірақ LZB тіпті дәлдеу сигнал бере алады.) Бұл қажет болған жағдайда желіні көптеген шағын блоктарға бөлуге мүмкіндік береді. Ол автоматты пойызды қорғау жүйесін жетілдіреді. Ол автоматты пойыз басқару жүйесін іске қосады. Осының барлық артықшылықтарын ескере отырып, 1960 жылдары неміс темір жолдары сигналдар арасындағы қашықтықты ұлғайту немесе аспектілерді қосудың орнына LZB кабиналық сигнализациясын таңдады.

Кабельдік бұрандалар

LZB басқару орталығы пойызбен байланысты өткіш кабельдер арқылы сақтайды. Кабельдердің циклдары LZB бақылауындағы жолға кіру және шығу жерлерінде 50 метрдей қысқа немесе одан да ұзын болуы мүмкін. Егер циклдер ұзын болса, олар әр қиылыста кесіліп өтеді. Осы қиылыста сигналдың фазалық бұрышы 180°-қа өзгеріп, жол мен пойыз арасындағы электрлік кедергілерді, сондай-ақ сигналдың қашықтыққа таралуын азайтады. Пойыз осы қиылысты анықтап, өзінің орнын анықтау үшін пайдаланады. Ұзын циклдар көбінесе ұшынан емес, ортасынан қуаттандырылады. Өте ұзын циклдардың бір кемшілігі – кабельдегі кез келген үзіліс LZB байланысын бүкіл учаскеде тоқтатады. Сондықтан, жаңа LZB жүйелері, жоғары жылдамдықты барлық желілерді қоса, кабель циклдарын жеке кабельдерге бөледі. Әр кабель ретранслятордан қуат алады және учакедегі барлық кабельдер бірдей ақпаратты жібереді.

LZB маршрут орталығы (орталық контроллер)

LZB бағыттық орталығының, немесе орталық басқарушының негізгі бөлігі – 2-ден 3 компьютерлік жүйеден тұрады, онда екі компьютер шығыстарға қосылған, ал үшіншісі – резервтік режимде. Әр компьютердің жеке қуат көзі және өз алдына орнатылған корпусы бар.

LZB-ге кіру, аймақтар және мекенжай

LZB-мен бақыланатын бөлімге кірмес бұрын, жүргізуші қажетті ақпаратты жүргізушінің кірістіру блогына енгізіп, LZB-ді қосу арқылы пойызды қосуы керек. Қосылған кезде пойыз "B" белгісін жақтырады. Жолдың бақыланатын бөлігі әрқайсысы бірдей ұзындықтағы 127 аймаққа бөлінеді. Аймақтар бір бағытта 1-ден бастап саналып, қарсы бағытта 255-тен кері саналады. Пойыз LZB бақылауындағы жол учаскесіне кіргенде, әдетте "секция идентификациясын өзгерту" (BKW) телеграммасын жіберетін тұрақты контурдан өтеді. Бұл телеграмма пойызға бөлімнің идентификациялық нөмірін (1 немесе 255) және бастапқы аймақты көрсетеді. Пойыз жауап ретінде құттықтау телеграммасын жібереді. Осы кезде LZB индикациялары, соның ішінде LZB жұмыс істеп жатқанын көрсететін "Ü" белгісі қосылады. Осы сәттен бастап пойыздың орналасқан жері оны анықтау үшін пайдаланылады. Пойыз жаңа аймаққа кіргенде, ол "көлік орнын растау" хабарламасы бар жауап телеграммасын жібереді, бұл оның жаңа аймаққа өткенін көрсетеді. Орталық басқарушы одан әрі пойызға хабарласу кезінде осы жаңа аймақты пайдаланады. Осылайша, пойыздың "мекенжайы" оның бағытына байланысты, жолмен қозғала келе біртіндеп артады немесе азаяды. Пойыз жаңа аймаққа кіргенін кабельдегі кабельді ауыстыру нүктесін анықтау арқылы немесе рұқсат етілген жылдамдық пен бақылау жылдамдығы арасындағы ескерту жылдамдығына жеткенде біледі, ал ескерту жылдамдығы әдетте рұқсат етілген жылдамдықтан жоғары болады. Егер пойыз осы жылдамдықтан асып кетсе, LZB пойыз дисплейінде "G" белгісін жыпылықтатса және дабыл береді.

LZB-ден кету

LZB бақылауындағы бөлімнің соңына жеткенге дейін орталық диспетчер LZB бақылауының аяқталғанын хабарлайтын телеграмма жібереді. Пойыз "ENDE" белгісін көрсетіп, жүргізуші оны 10 секунд ішінде растауы тиіс. Дисплейде әдетте бақыланатын бөлімнің соңындағы қашықтық және мақсатты жылдамдық көрсетіледі, бұл сол жердегі сигналға байланысты болады. Пойыз LZB бақылауының соңына жеткенде "Ü" және "ENDE" шамдары өшеді және стандартты Indusi (немесе PZB) жүйесі автоматты пойыз қауіпсіздігін қамтамасыз етеді.

Арнайы жұмыс режимдері

Толық LZB жүйесі қамтымайтын ерекше жағдайлар немесе іркілістер LZB-ді арнайы режимдердің біріне көшіруі мүмкін.

Қарсы жолға өту

Пойыз қарама-қарсы бағыттағы жолға өтуге жақындағанда дисплейде "E/40" жарығы жыпылықтайды. Жүргізуші көрсеткішті растайды және рұқсат етілген жылдамдық бәсеңдеу қисығы бойынша төмендейді. Өту бөлігіне жеткенде дисплейлер өшіріледі және жүргізуші өту кезінде белгіленген жылдамдықпен жүре береді.

Көру сигналы бойынша жүргізу

Неміс сигнализация жүйелерінде үш ақ шамнан тұратын үшбұрышты, бір шам жоғары орналасқан "көріп жүру" сигналы бар. "Zs 101" деп белгіленген бұл сигнал, желі бойындағы бекітілген сигналмен бірге орналастырылады және жарықтандырылған кезде, жүргізушіге бекітілген қызыл немесе істен шыққан сигналдан өтіп, бұғатталу аяғына дейін белгіленген жылдамдықпен жүруге рұқсат береді. LZB аймағында мұндай сигналға жақындағанда "E/40" шам сигналынан бұрын жанып тұрады, содан кейін "E/40" сөніп, "V40" жыпылықтайды. "V40" сигналы көріп жүру мүмкіндігін көрсетеді.

Жүгіртудің бұзылуы

Егер деректер алмасу үзілсе, пойыздың қашықтықты өлшеу жүйесі істен шықса немесе пойыз 4 немесе одан көп кабельдік ауыстыру нүктелерін анықтай алмаса, LZB жүйесі бұзылу күйіне өтеді. "Stör" индикаторы жанады, содан кейін "Ü" белгісі жыпылықтайды. Жүргізуші 10 секунд ішінде белгілерді растауы тиіс. Жүргізуші пойыздың жылдамдығын белгіленген резервтік сигнализация жүйесіне сәйкес 100 км/сағ немесе одан да төменге дейін төмендетуі керек.

Ақаулар

LZB жүйесі өте қауіпсіз және сенімді болды; LZB жүйесінің істен шығуына байланысты LZB жабдықталған желілерде ешқандай соқтығысулар болған жоқ. Дегенмен, апатқа әкелуі мүмкін болған кейбір ақаулар тіркелді. Олар: 1991 жылдың 29 маусымында, қиындықтар туғаннан кейін, пойыз машинисі LZB жүйесін өшіріп, Hannover Würzburg жоғары жылдамдықты желісіндегі Jühnde туннеліне екі пойызбен тоқтау сигналын өткізіп кетті. 2001 жылдың 29 маусымында Лейпциг-Дрезден темір жолындағы Ошац айырылысында қауіпті жағдай туды. Айырылыс жылдамдық шектеуімен бұрылысқа қойылған, бірақ LZB жүйесі шекті көрсетті. ICE 1652 пойзының машинисі бұрылыс сигналын танып, айырылысқа жеткенге дейін жылдамдығын азайта алды және пойыз жолдан шықпады. LZB компьютеріндегі бағдарламалық қате күдік тудырды. 2001 жылдың 17 қарашасында Гамбург-Гановер темір жолындағы Бьененбюттельде де осыған ұқсас жағдай болды. Бұзылған жүк пойызын өткізу үшін ICE пойызы қарсы жолға өтіп, жылдамдығы кроссовер үшін белгіленген шектен асып кетті. Күдік тудырған себеп – бұғаттау жүйесіне енгізілген өзгерістің қате орындалуы, нәтижесінде кроссовер жылдамдығы артты. Бұл жылдамдық шектеусіз, LZB жүйесі кабинадағы дисплейде жол жылдамдығын көрсетуді жалғастырды. Пойыз машинисі бұрылысқа қойылған жолдың жақтағы сигнал шамдарын байқағанда тежегіштерді қолданды және пойыз жолдан шықпады. 2002 жылдың 9 сәуірінде Ганновер-Берлин жоғары жылдамдықты темір жолында LZB желілік орталық компьютеріндегі ақау LZB басқаратын төрт пойызды тоқтатты, әр бағыттағы екі пойыз бір сигнализациялық блок ішінде тоқтады (Teilblockmodus – бөлінген блок басқару). Компьютер қайта іске қосылғаннан кейін, алдыңғы пойыздарға және келесі пойыздарға сигнал берді. Келесі пойыздардың машинистері қозғалмады, бірақ біреуі алдындағы пойызды көрді, ал екіншісі жөнелту алдында ескерткен диспетчерлік орталықпен қосымша тексеру жүргізді, осылайша екі мүмкін соқтығыс болдырмалды. Осы оқиғаның нәтижесінде екі ірі теміржол операторы (DB Cargo және DB Passenger Transport) жүргізушілеріне LZB істен шыққан кезде, жүйе бөлінген блок режимінде жұмыс істегенде ерекше сақ болуды бұйырды. Ақаудың себебі бағдарламалық қате екені анықталды.

The LZB system has been quite safe and reliable; so much so that there have been no collisions on LZB equipped lines because of the failure of the LZB system. However, there have been some malfunctions that could have potentially resulted in accidents. They are:

On 29 June 1991, after a disturbance, the train driver had the LZB system off and passed a stop signal with two trains in the tunnel at Jühnde on the Hanover Würzburg high speed line. On 29 June 2001, there was nearly a serious accident at the Oschatz crossover on the Leipzig Dresden railway line. The crossover was set to diverging with a speed limit but the LZB system displayed a limit. The driver of ICE 1652 recognized the diverging signal and managed to slow down to before the crossing and the train did not derail. A software error in the LZB computer was suspected as the cause. A similar near accident occurred on 17 November 2001 in Bienenbüttel on the Hamburg Hanover rail line. In order to pass a failed freight train an ICE train crossed over to the opposite track going through a crossover that was rated at The suspected cause was the faulty execution of a change to the interlocking system where the crossover speed was increased from Without that speed restriction the LZB system did continue to show the pass through line speed on the in cab display the train driver applied the brakes on recognizing the line side signal lights set to diverge and the train did not derail. On 9 April 2002 on the Hanover Berlin high speed rail line, a fault in the LZB line centre computer brought four LZB controlled trains to a stop with two trains in each line direction being halted in the same signalling block (Teilblockmodus divided block control). When the computer was rebooted it signalled to the trains in front and to the following trains. The drivers of the following trains did not proceed however one driver saw the train in front of him and the other driver double checked with the operations centre which had warned him prior to departure, so two possible collisions were averted. As a consequence of this incident, the two mainline train operators (DB Cargo and DB Passenger Transport) issued an instruction to their drivers to be especially cautious during periods of LZB outage when the system is running in divided block mode. The cause turned out to be a software error.

RENFE (Испания)

Мадрид Кордова Севилья (9 орталық / 480 км), 1992 жылдан бері жұмыс істеп келеді. 2004 жылдан бері Мадрид Аточа терминалы да LZB жүйесімен жабдықталған. 2005 жылдың қараша айында Толедоға қосымша тармақ ашылды (20 км). Cercanías Madrid C5 желісі Humanes станциясынан Мадрид Аточа арқылы Móstoles El Soto станциясына дейін 1995 жылдан бері жұмыс істеп келеді. Желінің ұзындығы 45 км, екі LZB орталығы және 76 446 сериялы вагоны бар. Euskotren Tranbia трамвайларын қоспағанда, Euskotren желісінің барлық бөлігі.

Ұлыбритания

Чилтерн желісінде LZB-нің өңделген нұсқасы Chiltern ATP ретінде қолданылады.

Негізгі емес пайдалану

Негізгі темір жолдардан өзге, LZB жүйесінің түрлері қала маңы темір жолдарында (S Bahn) және метрода да қолданылады.

Дюссельдорф, Дуйсбург, Крефелд, Мюльхайм-ан-дер-Рур

Дюссельдорф және Дуйсбург қалалық теміржолдарының (жеңіл рельстік көлік) туннельдері, сондай-ақ Мюльхайм-ан-дер-Рур аймағындағы Эссен қалалық теміржолының кейбір туннельдері LZB жүйесімен жабдықталған.

Вена (Вена)

6-жолды қоспағанда, Вена метрополитенінің барлық желісі құрылысы басталғаннан бері LZB жүйесімен жабдықталған, сондай-ақ оператор бақылауымен автоматты түрде жүргізуге қабілетті.

Мюнхен

Мюнхен метрополитені LZB басқару жүйесімен салынған. Күндізгі қалыпты жұмыс кезінде пойыздар оператор пойызды іске қосқаннан бастап автоматты түрде жүреді. Осы уақытта стационарлық сигналдар сөніп тұрады. Кешкі сағат 21:00-ден қызмет аяқталғанға дейін және сенбі күндері операторлар пойыздарды қолмен, стационарлық сигналдарға сәйкес басқарады, тәжірибесін сақтау үшін. Бос пойыздарды автоматты түрде орналастыру және қайтару жоспарлануда. Мюнхен S Bahn өзінің негізгі магистральдық туннель бөлігінде (Stammstrecke) LZB жүйесін пайдаланады.

Нюрнберг қаласы

Нюрнберг U Bahn U3 желісі толық автоматты (жүргізушісіз) жұмыс істеу үшін LZB жүйесін пайдаланады. Бұл жүйені Siemens және VAG Nürnberg компаниялары бірлесіп әзірледі, және жүргізушісіз пойыздар мен дәстүрлі пойыздар бір желі бөлігін бөлісетін алғашқы жүйе болып табылады. Қазіргі кездегі U2 желісінің пойыздары автоматты U3 желісінің пойыздарымен бірге бір сегментті пайдаланады. Қазіргі уақытта автоматты түрде жүретін пойыздарды әлі де бір қызметкер сүйемелдейді, бірақ кейіннен пойыздар өздігінен жүреді. Бірнеше жылдық кешігулерден кейін, соңғы үш айлық сынақ 2008 жылдың 20 сәуірінде сәтті аяқталды және 2008 жылдың 30 сәуірінде жұмыс істеуге лицензия берілді. Бірнеше күннен кейін жүргізушісіз пойыздар жолаушыларды тасымалдауды бастады, бастапқыда сенбі-жексенбі күндері мен мерекелерде, содан кейін жұмыс күндері ең қызу сағаттарда, және ақырында таңертеңгі сағаттардағы U2 пойыздарының тығыз кестесінен кейін. U3 желісінің ресми ашылу салтанаты 2008 жылдың 14 маусымында Бавария премьер-министрі мен Федералдық көлік министрінің қатысуымен өтті. Ал 2008 жылдың 15 маусымында кестедегі өзгерістермен бірге ресми түрде жұмыс істеу басталды. Нюрнберг U-Bahn U2 желісін шамамен бір жыл ішінде автоматты жұмысқа көшіруді жоспарлап отыр.

Лондон

Шығыс Лондондағы Доклендс жеңіл темір жолы автоматтандырылған пойызды жүргізу үшін LZB технологиясынан туындаған SelTrac технологиясын пайдаланады. Пойыздарға бір қызметкер ілесіп жүреді, ол есіктерді жабады және пойыздың келуіне сигнал береді, бірақ содан кейін ол көбінесе жолаушыларға қызмет көрсетумен және билеттерді тексерумен айналысады. Егер қандай да бір ақаулық туындаса, пойызды бортындағы қызметкер қолмен басқара алады.