نظام متطور لإنفاذ السرعة المدنية

نظام التحكم المتقدم في السرعة المدنية ( ACSES ) هو نظام إشارات تحكم إيجابي في كابينة القيادة، طورته شركة ألستوم. [1] صُمم النظام لمنع تصادم القطارات ، والحماية ^{من السرعة الزائدة} ، وحماية فرق العمل من خلال فرض قيود مؤقتة على السرعة. تُنقل معلومات قيود السرعة الدائمة والمؤقتة إلى القطار عبر أجهزة إرسال واستقبال ( Balises ) مثبتة على السكة ، ودوائر مشفرة على السكة، وتقنية الراديو الرقمي . ^{[ 1 ]} بدأ تركيبه عام 2000 على كامل ممر أمتراك الشمالي الشرقي (باستثناء منطقة هيئة النقل الحضري) بين واشنطن وبوسطن ، وهو يعمل بكامل طاقته منذ ديسمبر 2015، ^{[ 2 ]} بعد بضعة أشهر من حادثة خروج قطار عن مساره في فيلادلفيا عام 2015، والتي كان من الممكن أن يمنعها النظام. ^{[ 2 ]}

يُوفر نظام ACSES للقطارات تطبيقًا فعالًا لقيود السرعة المدنية (المستندة إلى الخصائص الفيزيائية للخط). تراقب المكونات الموجودة على متن القطار موقعه وتحسب باستمرار منحنى الكبح الآمن الأقصى للسرعات المحددة مسبقًا. إذا تجاوز القطار منحنى الكبح الآمن، يتم تفعيل المكابح تلقائيًا.

تُجمع البيانات المتعلقة بقيود السرعة الدائمة وغيرها من المعلومات حول مسار السكة الحديدية وتكوينها على دفعات من أجهزة الإرسال والاستقبال المثبتة على السكة، وتُخزن في قاعدة بيانات داخلية. تُزود القطار بمعلومات قيود السرعة المؤقتة أثناء سيره عبر نظام بيانات لاسلكي. يتتبع الجهاز الموجود على متن القطار موقعه عن طريق عدّ دورات العجلات بين أجهزة الإرسال والاستقبال، والتي تُستخدم أيضًا كمرجع ثابت للموقع. في حال تجاوز طاقم القطار حد السرعة المسموح به، يتم تفعيل مكابح الجزاء لإيقاف القطار تمامًا ^{[ 3 ] : 350،} بنفس طريقة أنظمة التحكم الآلي بالقطارات (ATC) الحالية.

تُوفّر قيود السرعة المطلوبة لنظام الإشارات من خلال نظام إشارات الكابينة القديم ذي رمز النبض ، والذي يُستخدم في العديد من خطوط السكك الحديدية منذ ثلاثينيات القرن الماضي. تُغذّى رموز إشارات الكابينة إلى وحدة عرض الكابينة ACSES، التي بدورها تُطبّق السرعة الأكثر تقييدًا من بين السرعتين. وحدة ACSES الموجودة على متن القطار متوافقة مع الإصدارات السابقة ، ويمكنها العمل في حال وجود إشارات الكابينة فقط دون طبقة ACSES، وكذلك في الحالات التي يتوفر فيها نظام ACSES دون إشارات الكابينة. ^{[ 3 ] : 353}

يُطبّق نظام ACSES أيضًا التوقف التام عند الإشارات التي تُظهر إشارة توقف مطلق. تُمكّن معلومات جهاز الإرسال والاستقبال القطار من تتبع اقترابه من إشارة التوقف المطلق، ومن ثم تحديد ما إذا كان التوقف التام مطلوبًا بناءً على إشارة الكابينة والمعلومات المُقدّمة عبر راديو البيانات المحلي. تمت معايرة النظام لإيقاف القطار في مكان ما ضمن "منطقة التوقف التام"، والتي تمتد حتى 1000 قدم من إشارة التوقف المطلق نفسها. لتجاوز إشارة التوقف أو تحريك القطار في حال عدم وجود إشارة توقف أفضل، يجب على السائق الضغط على زر تحرير التوقف قبل تحرير المكابح. ^{[ 3 ] : 351}

نظراً للعديد من القيود التي تعتري نظام ACSES وعمليات الطوارئ المختلفة، يجب على الموظفين الإلمام بجميع قيود السرعة الدائمة والمؤقتة. يهدف نظام ACSES إلى استكمال معارف ومهارات الموظفين لا استبدالها. ^{[ 3 ] : 355}

إن الجمع بين إشارات الكابينة المستمرة ونظام ACSES يفي بتعريف نظام التحكم الإيجابي بالقطارات (PTC) من خلال توفير الحماية من التصادم، وإنفاذ جميع قيود السرعة، وإنفاذ حيازة المسار من قبل فرق الصيانة. ^{[ 4 ]}

تتألف المعدات الموجودة على متن القطار من حاسوب يخزن قاعدة بيانات خصائص المسار، ونظام فرعي لقياس المسافة لتتبع موقع القطار، ونظام فرعي للهوائيات الخاصة بالباليسات المثبتة على السكة ، ونظام فرعي لراديو البيانات للتواصل مع الأنظمة الجانبية. وفي كابينة القيادة، يمتلك السائق شاشة عرض موحدة تعرض سرعة القطار المستهدفة وفقًا لنظام ACSES، بالإضافة إلى سرعة إشارة الكابينة ومعلومات تشغيلية أخرى مفيدة.

تتكون الرسائل المنقولة من وإلى أنظمة القاطرات والأنظمة الأرضية من إطارات رسائل مشفرة بنظام التحكم المتقدم في القطارات (ATCS).

يبدأ النظام بأجهزة إرسال واستقبال سلبية مثبتة بين القضبان، يتم تزويدها بالطاقة الكهربائية بواسطة مجال كهرومغناطيسي عند مرور قاطرة فوقها. تنقل هذه الأجهزة معلومات تعريفها ومعلومات أخرى ذات صلة لاسلكيًا عبر هوائي مثبت على متن القاطرة، مما يسمح لها بمعرفة وصولها بدقة إلى نقطة محددة . تستخدم الأنظمة الموجودة على متن القاطرة هذه المعلومات عند الرجوع إلى قاعدة بياناتها الخاصة بقيود السرعة وخصائص المسار لحساب منحنى الكبح في الوقت الفعلي.

أثناء سير القاطرة على السكة، تتواصل أنظمتها الداخلية لاسلكيًا مع وحدات إدارة الاتصالات الأساسية (BCMs) الموجودة على جانب السكة في المنطقة، طالبةً أي قيود مؤقتة على السرعة في المناطق الثلاث التالية أو أكثر من السكة، ما يضمن تحديث قاعدة بيانات القاطرة باستمرار بأي قيود مؤقتة صادرة عن مُشغّل القطارات. تربط وحدات إدارة الاتصالات الجانبية (WCM) (أو محولات الحزم ) جميع وحدات إدارة الاتصالات الأساسية (BCMs) في المنطقة بشبكة نقل بيانات، ما يسمح لها بالتواصل مع مكتب المُشغّل وأنظمة التحكم المرتبطة به عبر بروتوكول TCP/IP. يوفر هذا التصميم للقاطرات معلومات حول قيود السرعة فور دخولها حيز التنفيذ، دون الحاجة إلى الاعتماد على الاتصالات الصوتية مع طاقم القطار.

تقوم وحدات التحكم الإضافية (أجهزة راديو البيانات) الموجودة عند نقاط التعشيق بنقل معلومات تتعلق بإشارات التوقف المطلقة وأي قيود على السرعة تخص مسار القطار عبر نقطة التعشيق. تُعرض معلومات السرعة التي يتم الحصول عليها بهذه الطريقة على شاشة قراءة السرعة في نظام التحكم الآلي في القطارات (ACSES) لتكملة أي معلومات سرعة يوفرها نظام إشارات الكابينة. ^{[ 3 ] : 350} بعد التوقف الفعلي، تقوم أجهزة راديو البيانات أيضًا بنقل معلومات تُفيد بتحرير القطار من التوقف عندما تسمح ظروف المسار بذلك. ^{[ 3 ] : 352} يتم تجميع هذه المعلومات - حول حالة إشغال المسار، وموضع المحول، وإشارة المرور، ومجموعة من المدخلات الحيوية الأخرى - بواسطة أجهزة التشفير الجانبية، مثل Safetran VIU-ACSES (انظر الصورة على اليمين)، قبل إرسالها إلى وحدات التحكم الإضافية (BCM) لنقلها إلى القاطرات.

يدعم نظام ACSES أيضًا استخدام أجهزة إرسال واستقبال ثابتة مؤقتة لفرض قيود مؤقتة على السرعة كبديل أو نسخة احتياطية لاستخدام الشبكة اللاسلكية. يُوضع جهاز إرسال واستقبال على مسافة كبح آمنة من بداية التقييد لتفعيله، ويُوضع جهاز ثانٍ في نهايته لإلغاء التقييد. ^{[ 3 ] : 357}

في المكتب الذي يتم فيه الإرسال والتحكم، يوفر النظام مؤشرًا مرئيًا للحالة الحالية للاتصالات مع جميع القاطرات بالإضافة إلى تقدير دقيق لموقع كل قاطرة حاليًا على طول المسار.

في حال الحاجة إلى صيانة أي جزء من السكة، وقبل إرسال فريق العمل أو منحه تصريحًا بالبدء، يتم إنشاء قيد سرعة مؤقت في أنظمة الحاسوب المكتبية. وبعد سلسلة من عمليات التحقق والإجراءات، يُرسل قيد السرعة المؤقت إلى نظام مكتب ACSES.

عندما تقوم قاطرة بإصدار استعلام عن سجلات الخدمة الفنية لمنطقة معينة، يقوم نظام إدارة الاتصالات بنقل طلب المعلومات إلى نظام المكتب عبر بروتوكول TCP/IP ويتم إرسال الرد مرة أخرى إلى القاطرة التي تقوم بتحديث قاعدة بياناتها المحلية بأي قيود.

يحتوي نظام ACSES على عدد من المكونات الاحتياطية ، بحيث يؤدي تعطل أحد الأنظمة الفرعية إلى التحويل التلقائي إلى نظام آخر. فعلى سبيل المثال، يؤدي فقدان وحدة التحكم اللاسلكية (WCM) نتيجة انقطاع التيار الكهربائي أو صاعقة إلى تولي وحدة تحكم لاسلكية احتياطية مهام الاتصال بين وحدات التحكم في المباني (BCMs) وأنظمة المكتب.

نظرًا لأن جهاز الراديو الخاص بالقاطرة قابل للاستقبال من قبل عدد من وحدات التحكم في القطارات (BCMs)، يقوم نظام إدارة الاتصالات اللاسلكية (WCM) بفحص قوة إشارة التردد اللاسلكي (RF) لكل وحدة تحكم في القطارات (BCM) استقبلت إشارة القاطرة لتحديد أقوى مسار اتصال ممكن معها. ويحتفظ نظام إدارة الاتصالات اللاسلكية (WCM) بسجل لثلاثة مسارات اتصال محتملة مع القاطرة، بحيث يتم اختيار أقوى مسار دائمًا في حال احتاج المكتب إلى التواصل معها.

أثناء تنقل القاطرة من منطقة إلى أخرى، تسجل وحدات التحكم في القطارات (BCMs) قوة إشارات الراديو ، ثم تُنقل هذه البيانات إلى وحدات التحكم في القطارات اللاسلكية (WCMs) التي تتغير. تُزال وحدات التحكم في القطارات التي تخرج عن نطاق تغطية القاطرات من مسارات الاتصال داخل وحدة التحكم في القطارات اللاسلكية، لصالح وحدات التحكم في القطارات التي تعود إلى نطاق التغطية. وبهذه الطريقة، تكون وحدة التحكم في القطارات اللاسلكية على دراية دائمة بموقع كل قاطرة، وأفضل مسار اتصال للتواصل معها. كما تُنقل هذه المعلومات إلى المكتب لكي تستفيد منها أنظمة المكتب.

في حال تعطل جميع أنظمة النسخ الاحتياطية (كما قد يحدث نتيجة انقطاع واسع النطاق للتيار الكهربائي أو انقطاع الاتصالات مع المكتب المركزي)، سيشير النظام إلى سائق القاطرة بأنه فقد القدرة على فرض قيود مؤقتة على السرعة، ولكن القيود الدائمة المُحمّلة في قاعدة البيانات الموجودة على متن القاطرة ستظل سارية. ^{[ 3 ] : 350}

أخيرًا، تُعتبر إشارات الكابينة نظامًا مستقلًا تمامًا ينقل سلسلة متواصلة من الرموز عبر القضبان بدلًا من الإرسال اللاسلكي. لن يؤثر أي عطل في طبقة ACSES على نظام إشارات الكابينة، كما أن تعطل إشارات الكابينة لن يؤثر على نظام ACSES. في حال عدم وجود إشارات الكابينة، سيستمر نظام ACSES في فرض التوقف التام عند الإشارات المطلقة، وجميع قيود السرعة الدائمة والمؤقتة، والتوقف التام عند أي إشارة عند مدخل إشارة الكابينة، باستثناء منطقة إشارات جانبية ثابتة لا تعرض عبارة "مفتوح للتقاطع التالي". ^{[ 3 ] : 354}

إذا تعذر على القاطرة استرجاع معلومات تحديد السرعة المؤقتة تلقائيًا، فسيستمر تطبيق قيود السرعة الدائمة. في حالة التعطل التام لنظام ACSES الموجود على متن القطار، يجوز للسائق اللجوء إلى نظام إشارات الكابينة دون تطبيق قيود السرعة المدنية. تتطلب كلتا الحالتين الحصول على إذن من مُشغّل القطارات، وتصاحبهما قيود إضافية على السرعة القصوى. ^{[ 3 ] : 353}

في نقاط التقاطع التي لا يكون فيها جهاز راديو البيانات (BCM) مُثبّتًا أو لا يعمل، سيُحدّد القطار ما إذا كان التوقف ضروريًا عبر نظام إشارات الكابينة. إذا كان من الضروري تجاوز إشارة التوقف بعد الحصول على إذن من المُشغّل، فسيُحدّد نظام ACSES سرعة القطار بـ 24 كم/ ساعة (15 ميلًا في الساعة) ضمن حدود نقطة التقاطع بعد استخدام زر تحرير التوقف. ^{[ 3 ] : 352} 

• إيبيكاب