Введение
Немецкая железнодорожная сигнальная система
PZB или Indusi — это система кабильной сигнализации с прерываниями и система защиты поездов, используемая в Германии, Австрии, Словении, Хорватии, Румынии, Израиле, Сербии, на двух линиях в Венгрии, на метро Tyne and Wear в Великобритании и ранее на линии Trillium в Канаде. Разработанная в Германии, историческое краткое название Indusi произошло от немецкого Induktive Zugsicherung («индуктивная защита поезда»). Последующие поколения системы получили название PZB (сокращение от немецкого Punktförmige Zugbeeinflussung, буквально «точечное воздействие на поезд», переводится как «прерывистая защита поезда» или официально «прерывистое автоматическое управление движением поезда»), подчеркивая, что система PZB/Indusi представляет собой семейство систем управления поездом с прерываниями, в отличие от систем непрерывного управления поездом, включая LZB (немецкий Linienzugbeeinflussung, буквально «линейное воздействие на поезд»), которые были внедрены в то же время. Изначально Indusi предоставляла предупреждения и принудительное торможение только в случае неподтверждения предупреждения (аналогично традиционной системе автоматической остановки поезда). Более поздние системы PZB обеспечивают более строгий контроль, полагаясь на бортовой компьютер поезда.
История
Эксперименты с магнитной индукцией для системы защиты поездов восходят к 1908 году. Однако все ранние прототипы требовали электроснабжения вдоль пути, которое отсутствовало на широко распространенных в то время станциях с механической централизацией. Параллельно велись исследования оборудования для оптического распознавания (German Optische Zugsicherung / OPSI), но его дальнейшая разработка была прекращена из-за нестабильности, вызванной загрязнением линз грязью и пылью. С 1931 года разработка сосредоточилась на индуктивной системе защиты поездов (Indusi), не требующей электропитания. Параллельно, в 1933 году Швейцария начала внедрение системы Integra Signum, основанной на схожих принципах. Швейцарская система не использовала резонансную частоту, а статическую намагниченность, которая могла быть обнаружена как сигнал только при достаточной скорости движения поезда. Хотя метод частотной индукции считался более эффективным, немецкая система требовала установки частотных генераторов на локомотив, что было сложной задачей в эпоху преобладания паровозов. Система Indusi была внедрена в Германии в 1934 году и распространилась на Австрию и страны бывшей Австро-Венгерской империи, имеющие общие корни с Германией в истории железнодорожного транспорта, восходящие к Германскому таможенному союзу.
I 34
Оригинальная система Indusi была развернута в Германии в 1934 году, однако она не называлась этим именем (используя полное название "induktive Zugsicherung"), а сокращение "I 34" – это также ретроспективное обозначение. Первоначальные испытания использовали только функцию автоматической остановки поезда (сигнал 2000 Гц в более поздних версиях) – к концу 1934 года уже 165 локомотивов были оснащены детекторами Indusi, а 4500 км пути были защищены индукторами. К концу Второй мировой войны система перестала функционировать, и в 1944 году оборудование 870 локомотивов и сигналы Indusi на 6700 км пути были официально выведены из строя. В 1947 году резонаторы Indusi на локомотивах были вновь активированы вместе с сетью железных дорог протяженностью 1180 км в западных оккупированных зонах.
I 54
Немецкая Бундесбан начала работу по стандартизации функционирования современной системы Indusi, что привело к спецификации Indusi I 54 в 1954 году. Это включало в себя новый генератор частот, который не требовал использования трех двигателей, а только одного транзисторного генератора частот с последующим аудио-кроссовером для одновременного излучения трех частот.
I 60
Незначительные улучшения в 1960-х годах привели к созданию системы Indusi I 60. При обнаружении индуктора частотой 1000 Гц машинист должен был подтвердить сигнал предупреждения в течение четырех секунд. Одновременно запускался таймер для проверки, снизил ли поезд скорость до установленного значения в течение заданного времени. В зависимости от типа состава, который тянул локомотив, система могла вручную переключаться между тремя режимами работы: грузовой поезд, режим низкой скорости и режим высокоскоростного пассажирского поезда. В каждом режиме система рассчитывала различную зависимость скорости от времени, основываясь на максимально допустимой скорости и тормозных характеристиках поезда. Изначальная система I 60 оказалась недостаточной в ряде случаев, поэтому она была неоднократно доработана, что в итоге привело к появлению усовершенствованного стандарта I 60R.
I 60R
С введением Linienzugbeeinflussung (LZB) компанией Deutsche Bundesbahn локомотивы были оснащены микропроцессорной системой контроля и защиты поездов LZB/I 80. Система могла принимать сигналы Indusi начиная с 1980 года. Опыт эксплуатации этой системы привел к разработке системы Indusi I 60R, которая требовала установки микропроцессоров на всех локомотивах. В отличие от проверки определенных скоростей в заданные моменты времени, новая система непрерывно сравнивала фактическую скорость поезда с допустимой кривой скорости во времени. Если скорость поезда превышала допустимую, торможение могло быть применено в любой момент.
PZ80
PZ80 – это самостоятельная разработка компании Geräte und Reglerwerk Teltow, базирующейся в ГДР. Deutsche Reichsbahn нуждалась в эффективных системах защиты поездов. Они стремились к независимости от технически устаревших поставок I 60 от западногерманской компании Siemens и от импорта румынской системы I 60 Icret. PZ80 поддерживала все режимы Indusi 60, дополненные рядом новых, включая регулирование скорости дискретными шагами по 10 км/ч, кривые непрерывного торможения и ограничительный режим. В 1990 году разработчик был продан компанией Treuhand компании Siemens. Эта система стала основой для последующей разработки системы PZB90.
PZB90
PZB90 – новая версия, внедрённая в середине 1990-х годов. Она была разработана в результате двух аварий и включает в себя новый "ограничительный режим". В обоих случаях поезд остановился на станции в соответствии с расписанием. Затем поезд снова начал разгоняться, несмотря на то, что светофор продолжал показывать красный сигнал. Когда поезд достиг выходного сигнала, его скорость была достаточной для столкновения с другим поездом, несмотря на автоматическое торможение, обеспечиваемое индуктором частотой 2000 Гц. Новый ограничительный режим снижает скорость движения после остановки поезда перед красным сигналом. В настоящее время скорость поездов ограничена до 45 км/ч при остановке после активного индуктора частотой 1000 Гц или до 25 км/ч при остановке после активного индуктора частотой 500 Гц.
Программное обеспечение 1.6
Обновление программного обеспечения PZB90 до версии 1.6 внесло важные изменения в кривые торможения: для большинства типов поездов целевая скорость была снижена, при этом увелился допустимый временной интервал. Это отличается от старой спецификации Indusi, которая предусматривала фиксированные интервалы. Новая версия программного обеспечения позволяет использовать неравномерные временные отметки – например, для поезда типа O теперь требуется скорость 85 км/ч через 23 секунды, в то время как ранее было указано 95 км/ч через 20 секунд. Новые кривые торможения были определены в результате обширного моделирования для достижения оптимального баланса между безопасностью и эффективностью, что позволяет оптимизировать движение поездов. Другое изменение касается функций оповещения: если ограничительный режим продлен еще на 1000 Гц, сигнал в кабине машиниста не активируется, если предыдущий предупредительный сигнал был подтвержден. При трогании с места из остановленного положения многие ограничительные режимы можно было снять (кнопкой "PZB frei"), поскольку они основывались исключительно на времени. Однако, начиная с версии 1.6, контролируется фактическая длина участка, на котором нельзя снять ограничительный режим PZB. Это повлекло за собой некоторые изменения на железнодорожных станциях, оборудованных подвижными индукторами частотой 1000 Гц.
Программное обеспечение 2.0
Обновление программного обеспечения PZB90 до версии 2.0 изменило некоторые особые случаи работы системы управления поездом. Ранее можно было снять любое ограничение, переведя реверсор из положения «вперед» в положение «назад» и обратно в положение «вперед». Начиная с версии 2.0, система будет запоминать действующее ограничение скорости. Другое изменение касается неисправности, возникающей, когда поезд останавливался непосредственно над индуктором, который можно было снять только с помощью сброса ошибки, однако это также приводило к снятию всех ограничений скорости от внешней сигнализации.
Аварийная остановка 2000 Гц
Если поезд проезжает сигнал остановки, он воздействует на индуктор частотой 2000 Гц, который немедленно активирует экстренное торможение (если не отменено, см. ниже). Безопасная остановка поезда возможна, исходя из длины пути перекрытия после сигнала остановки. Ввиду различной массы и тормозных возможностей каждого поезда, это возможно лишь при соблюдении заданной максимальной скорости в точке красного сигнала. Изначальный протокол Indusi предусматривал установку индуктора 2000 Гц у каждого визуального главного сигнала, способного показывать красный сигнал для немедленной остановки. Если машинист поезда проезжает красный сигнал, экстренное торможение срабатывает безусловно. Индуктор 1000 Гц представляет собой условное ограничение, которое обычно устанавливается у каждого предсигнального сигнала, способного показывать желтый сигнал, указывающий на последующий красный сигнал – в оригинальном протоколе Indusi машинист обязан подтвердить звуковой сигнал колокола в течение 4 секунд, иначе поезд будет автоматически остановлен. На основании желтого сигнала машинист обязан снизить скорость, чтобы обеспечить достаточную длину пути перекрытия после сигнала остановки для безопасной остановки поезда. Система Indusi с ограничителем скорости (как минимум, начиная с I60R) будет обеспечивать соблюдение максимальной скорости через определенное время в данной ситуации, причем эта максимальная скорость зависит от типа поезда. Индуктор 500 Гц обычно устанавливается вблизи железнодорожных станций или непосредственно перед главным сигналом – он активирует ограничение скорости, более низкое, чем у индуктора 1000 Гц. Поскольку визуальные сигналы могут выключаться во время движения поезда, то есть красный сигнал может исчезнуть после проезда желтого сигнала, машинист может снять ограничения скорости, нажав кнопку, позволяющую ускоряться на свободном участке пути впереди.
Защитные приспособления
Ограничения скорости выше 70 км/ч нельзя обеспечить с помощью постоянных индукторов частотой 1000 Гц, так как это привело бы к значительному снижению скорости большинства или всех поездов ниже допустимой. Поэтому для контроля соблюдения этих ограничений используются два типа устройств контроля скорости. Оба типа работают по схожему принципу: после обнаружения поезда они отключают подключенный индуктор частотой 1000 или 2000 Гц через определенное время. В зависимости от скорости поезда, он проедет индуктор в активном или неактивном состоянии. Ограничение скорости 80 или 90 км/ч: для контроля используется индуктор 1000 Гц, расположенный у проходного сигнала. Если поезд проезжает устройство контроля скорости со скоростью, превышающей скорость, указанную сигналом, на 15 км/ч (то есть 95 или 105 км/ч), он фиксирует воздействие частотой 1000 Гц, которое машинист обязан подтвердить (и затормозить до 55/70/85 км/ч). Ограничение скорости от 100 до 140 км/ч: для контроля используется индуктор 2000 Гц, расположенный в нескольких сотнях метров перед основным сигналом. Если поезд проезжает его со скоростью, превышающей скорость, указанную сигналом, на 10–20 км/ч (точное расстояние и разница зависят от скорости, указанной сигналом), устройство будет активировано. Устройство контроля скорости, независимо от его типа, официально называется Geschwindigkeitsprüfabschnitt (GPA; "секция проверки скорости") или Geschwindigkeitsüberwachungseinrichtung (GÜ, "устройство контроля скорости").
Операция
С течением времени детали работы изменились, и более поздние системы PZB обеспечивают более точные ограничения скорости. Основная часть схемы работы (нем. "Betriebsprogramm") протокола PZB90 по-прежнему использует три типа индукторов, как показано на следующем рисунке. На диаграмме представлена скорость (нем. "Geschwindigkeit" в км/ч) в зависимости от тормозного пути (нем. "Bremsweg" в метрах) до и после главного сигнала (размещенного в точке 2000 Гц). Машинист может проехать на запрещающий сигнал, если это предписано начальником станции, например, при неисправности системы, или разрешено замещающим сигналом (нем. "[[:de:Ersatzsignal) или предупреждающим сигналом (нем. "[[:de:Vorsichtsignal). Машинисту необходимо нажимать и удерживать командную кнопку (нем. "Befehlstaste") при проезде по активному индуктору 2000 Гц – пока кнопка нажата, подается постоянный звуковой сигнал (звонок и голосовое сообщение), а использование командной кнопки регистрируется на бортовом самописце. При использовании командной кнопки максимальная скорость поезда ограничивается 40 км/ч.
Германия
По немецким правилам железнодорожного транспорта EBO система PZB требуется на всех линиях, за исключением совсем незначительных. С 1998 года все тяговые транспортные средства должны быть оснащены Indusi в Германии – ранее поездам без системы защиты разрешалось использовать линии, оборудованные PZB, со скоростью до 100 км/ч. Изменение положений EBO потребовало модернизации или списания примерно 800 единиц подвижного состава бывшей Deutsche Reichsbahn.
Словения
Система Indusi I 60 используется на всех основных железнодорожных линиях в Словении.
Хорватия
Система Indusi I 60 используется на всех основных линиях в Хорватии. PZB обязательна для скоростей выше 100 км/ч.
Босния и Герцеговина
Система Indusi I 60 применяется на некоторых железнодорожных линиях в Боснии и Герцеговине. Многие путевые устройства были повреждены или украдены во время Боснийской войны 1992–1995 годов.
Сербия
Система Indusi I 60 используется на всех основных линиях в Сербии, но из-за неисправностей устройств PZB на многих линиях действует ограничение скорости в 100 км/ч.
Черногория
Система Indusi I 60 используется на всех основных линиях в Черногории.
Румыния
Система Indusi I 60, идентичная немецкой, установлена на всех железных дорогах стандартной колеи в Румынии, включая линии М1 и М3 Бухарестского метрополитена. Румынский железнодорожный регулятор AFER требует, чтобы все локомотивы, электропоезда и дизель-поезда, работающие на общественной инфраструктуре, были оснащены системами Indusi.
Канада
В Оттаве, Канада, на линии O Train Trillium Line компании OC Transpo изначально использовались поезда Bombardier Talent немецкой сборки, оснащенные системой Indusi. Когда линия была модернизирована в 2013 году, новые поезда Alstom Coradia LINT также были оборудованы системой Indusi. В рамках расширения второй очереди оборудование Indusi будет демонтировано. В ходе полной модернизации системы сигнализации Siemens Mobility оснастит линию и подвижной состав новой системой непрерывного автоматического контроля поездов (ATP).
Саудовская Аравия
Indusi I 60 установлен в метро Мекки для защиты поездов в ручном (резервном) режиме.
Великобритания
Версия системы Indusi установлена на сети метро Tyne and Wear для обеспечения безопасности движения поездов; поезда, построенные в 1970-х годах, в значительной степени базировались на немецких разработках. На участке расширения метро до Сандерленда система Indusi была установлена на путях Network Rail, чтобы не создавать помех системе сигнализации TPWS, используемой Network Rail.
Израиль
Израильские железные дороги используют систему Indusi (I 60R), поставляемую компанией Thales, на всей своей сети. Начиная с 2018 года, планируется поэтапная замена системы Indusi на сигнализацию ETCS 2-го уровня.
Венгрия
PZB установлен на линиях Сопрон — Сзомбательй и Сзомбательй — Кёрменд — Сентготхард, обслуживаемых компанией GySEV. Эти линии имеют прямое сообщение с австрийской железнодорожной сетью, и, как следствие, по этим линиям могут также курсировать поезда, не оборудованные венгерскими системами EVM или EÉVB.
Аварии
Система Indusi была относительно безопасной; однако произошло две аварии, которые привели к созданию ограничительного режима PZB90. Одна из них – катастрофа на железной дороге в Рюссельсхайме 2 февраля 1990 года, когда поезд S-Bahn покинул станцию с такой скоростью, что автоматическая локомотивная сигнализация (ALS) не смогла остановить его до следующего стрелочного перевода, где в этот момент проходил другой поезд. Авария произошла в час пик, что привело к гибели 17 человек и 145 получили тяжелые ранения. Другой аварией, которая привела к внедрению системы PZB90, стало столкновение поездов в Гармиш-Партенкирхене, когда RegioExpress, следовавший из Инсбрука в Мюнхен, столкнулся с туристическим поездом, поскольку машинист RegioExpress отправился в путь с ложным разрешением на красный сигнал. После внедрения PZB90 произошла как минимум одна крупная авария – 26 июня 2000 года поезд S-Bahn покинул станцию Hannover Langenhagen на однопутный участок, где навстречу ему следовал другой поезд. PZB остановила поезд, но машинист снял торможение ("Freitaste") без повторной проверки с диспетчером. Отчет о расследовании отмечает, что до этого времени было зарегистрировано 22 аналогичных случая, когда машинист связывал остановку PZB с причиной, отличной от проезда запрещающего сигнала. В отчете делается вывод о том, что инструкцию по эксплуатации необходимо изменить, чтобы повторная проверка с диспетчером требовалась не только при проезде запрещающего сигнала, но и явно при всех остановках, вызванных PZB. Столкновение поездов в Саксонии-Анхальт в 2011 году связано с PZB тем, что участок пути не был оборудован системой автоматической остановки поезда. В программе модернизации середины 1990-х годов было сочтено достаточным устанавливать PZB90 только на участках, рассчитанных на скорость и выше. Это позволило некоторым местным железным дорогам продолжать нормальную работу, если их подвижной состав не требовал выхода на магистральные пути. После аварии Deutsche Bahn пообещала проверить все однопутные линии, чтобы они были оборудованы либо PZB, либо FFB (Funkfahrbetrieb – радиоуправление). Немецкий законодатель принял требование о модернизации большинства оставшихся второстепенных железнодорожных путей с установкой автоматической остановки поезда к 1 декабря 2014 года.