نظام الإنذار التلقائي

تُعدّ الأقطاب الكهربائية في هذا المثال ذات صلة بالمملكة المتحدة. يُنتج المغناطيس الدائم قطبًا جنوبيًا في المملكة المتحدة. قد تستخدم دول أخرى مغناطيسًا دائمًا يُنتج قطبًا شماليًا. ويتمثل المبدأ التشغيلي الأساسي في أن المغناطيس الكهربائي يُنتج القطب المعاكس للمغناطيس الدائم.

عندما يقترب القطار من إشارة مرور، سيمر فوق مغناطيس نظام التنبيه الآلي للقطارات (AWS). سيتحول مؤشر AWS المرئي (رمز عباد الشمس) في كابينة السائق إلى اللون الأسود بالكامل . إذا كانت الإشارة التي يقترب منها القطار تُظهر حالة "مفتوحة"، فسيصدر نظام AWS نغمة جرس (تحتوي القطارات الحديثة على جهاز تنبيه إلكتروني يُصدر صوت "رنين" مميز) وسيظل رمز عباد الشمس أسود. يُعلم هذا المؤشر السائق بأن الإشارة التالية تُظهر حالة "مفتوحة" وأن نظام AWS يعمل بشكل صحيح.

إذا كانت الإشارة التالية تُظهر جانبًا تقييديًا (مثل تحذير أو خطر)، فسيصدر مؤشر نظام التنبيه الصوتي إنذارًا متواصلًا. يُمنح السائق حينها حوالي ثانيتين للضغط على زر تأكيد نظام التنبيه الصوتي ثم تحريره (إذا استمر السائق بالضغط على الزر، فلن يتم إلغاء التنبيه). ^{[ 1 ]} بعد الضغط على زر التأكيد، يتوقف المؤشر الصوتي لنظام التنبيه الصوتي عن العمل، ويتغير المؤشر المرئي إلى نمط من الخطوط السوداء والصفراء. يستمر هذا النمط الأصفر حتى يصل القطار إلى مغناطيس نظام التنبيه الصوتي التالي، ليكون بمثابة تذكير للسائق بجانب الإشارة التقييدية التي مرّ بها.

كآلية أمان ، إذا لم يضغط السائق على زر تأكيد نظام التنبيه الآلي (AWS) لتلقي إشارة تحذيرية في الوقت المناسب، فسيتم تفعيل مكابح الطوارئ تلقائيًا، مما يؤدي إلى توقف القطار. بعد التوقف، يمكن للسائق الضغط على زر تأكيد نظام التنبيه الآلي (AWS)، وسيتم تحرير المكابح تلقائيًا بعد انقضاء فترة زمنية محددة للسلامة.

يعمل نظام التنبيه الآلي للسرعة (AWS) بنفس طريقة عمل الإشارات، باستثناء وجود مغناطيس ثابت على مسافة الكبح قبل منطقة تخفيض السرعة، دون الحاجة إلى مغناطيس كهربائي. يُصدر هذا المغناطيس الثابت تنبيهًا للسائق، والذي يجب عليه الاستجابة له لتجنب تفعيل فرامل الطوارئ. كما تُشير لوحة تحذيرية على جانب السكة الحديدية إلى متطلبات السرعة في الطريق.

هذه القائمة من القيود ليست شاملة:

• يحتوي نظام الإنذار الآلي (AWS) على حالتين فقط للإخراج: إشارة واضحة وإشارة تحذيرية. في حالة الإشارات التحذيرية، لا يوفر النظام أي معلومات إضافية حول سبب التحذير، وبالتالي يعتمد على السائق لمراقبة البيئة المحيطة وتحديد سبب الإشارة التحذيرية.
• تتطلب إشارات تحذير نظام التنبيه الآلي (AWS) من السائق الضغط على زر تأكيد التنبيه. قد يضطر سائق قطار مزدحم في الضواحي إلى القيادة طوال اليوم في وضع الحذر، متجاهلاً مئات إشارات التحذير. قد يؤدي تجاهل هذه الإشارات باستمرار إلى عدم اتخاذ السائق الإجراء المناسب، مما تسبب في عدد من الحوادث المميتة .
• من الممكن أن يحدث عطل في نظام AWS في الجانب الخطأ ، وفي هذه الحالة لا يتلقى السائق أي إشارة أو يتلقى إشارة واضحة بدلاً من إشارة تحذيرية. ويشير الدليل إلى أن "نظام AWS لا يُعفي السائق من مسؤولية مراقبة إشارات ومؤشرات جانب السكة والامتثال لها". ^{[ 1 ]}
• لا توجد معاملة خاصة لإشارات التوقف. يمكن للسائق تجاوز إشارة التوقف (SPAD) إذا استجاب لتحذير نظام الإنذار الآلي (AWS). ويمكن لأنظمة حماية أخرى، مثل نظام حماية القطارات والإنذار (TPWS) ، التغلب على هذا القيد.

استخدمت الأجهزة المبكرة وصلة ميكانيكية بين الإشارة والقاطرة. في عام 1840، جرب مهندس القاطرات إدوارد بوري نظامًا يقوم فيه ذراع على مستوى السكة، متصل بالإشارة، بإصدار صفارة القاطرة وتشغيل مصباح أحمر مثبت في كابينة القيادة. بعد عشر سنوات، طالب الكولونيل ويليام يولاند من مفتشية السكك الحديدية بنظام لا ينبه السائق فحسب، بل يقوم أيضًا بتطبيق المكابح تلقائيًا عند تجاوز إشارات الخطر، ولكن لم يتم التوصل إلى طريقة مرضية لتحقيق ذلك. ^{[ 2 ]}

في عام 1873، مُنح تشارلز ديفيدسون وتشارلز دافي ويليامز براءة اختراع بريطانية رقم 3286 لنظامٍ يقوم، في حال تجاوز إشارة الخطر، بتشغيل صفارة القاطرة بواسطة ذراع جانبي على السكة، مما يؤدي إلى تفعيل المكابح وإيقاف البخار وتنبيه الحارس. ^{[ 3 ]} تلت ذلك براءات اختراع عديدة مماثلة، لكنها جميعًا اتسمت بالعيب نفسه، وهو عدم إمكانية استخدامها بسرعات عالية خشية تلف الآلية، ولذا لم تُثمر. في ألمانيا، استخدم نظام كوفلر أذرعًا بارزة من أعمدة الإشارة لتتصل بزوج من الأذرع، أحدهما للتحذير والآخر للتوقف ، مثبتة على سقف كابينة القاطرة. ولمعالجة مشكلة التشغيل بسرعات عالية، تم توصيل قاعدة الأذرع الزنبركية مباشرةً بصندوق محور القاطرة لضمان المحاذاة الصحيحة. ^{[ 4 ]} عندما تم تزويد قطارات إس-بان في برلين بالكهرباء في عام 1929، تم في نفس الوقت تركيب نسخة مطورة من هذا النظام، حيث تم نقل أذرع الاتصال من الأسطح إلى جوانب القطارات.

اخترع فينسنت رافين من شركة سكك حديد الشمال الشرقي أول جهاز مفيد في عام 1895، وحصل على براءة اختراع رقم 23384. ورغم أن هذا الجهاز كان يُصدر تنبيهًا صوتيًا فقط، إلا أنه كان يُشير إلى السائق عند وجود نقاط تحويل أمامية لمسار مُتفرّع. وبحلول عام 1909، كانت الشركة قد ركّبته على حوالي 100 ميل من السكك الحديدية. وفي عام 1907، حصل فرانك وايت برنتيس على براءة اختراع لنظام إشارات لاسلكية يستخدم كابلًا متصلًا ممتدًا بين القضبان، ويتم تنشيطه بواسطة مولد شرارة لنقل " موجات هرتزية " إلى القاطرة. عندما تكون الموجات الكهربائية نشطة، فإنها تُسبب تكتل برادة معدنية في مُجمّع على القاطرة، مما يسمح بمرور تيار من بطارية. يتم إيقاف الإشارة إذا لم يكن المسار "خاليًا"؛ فلا يمر تيار عبر المُجمّع، ويقوم مُرحّل بتحويل ضوء أبيض أو أخضر في الكابينة إلى اللون الأحمر، ويُفعّل المكابح. ^{[ 5 ]} قامت شركة سكك حديد لندن والجنوب الغربي بتركيب النظام على خط فرع هامبتون كورت التابع لها في عام 1911، ولكنها أزالته بعد فترة وجيزة عندما تم تزويد الخط بالكهرباء . ^{[ 6 ]}

تم تطوير أول نظام تم استخدامه على نطاق واسع في عام 1905 بواسطة شركة السكك الحديدية الغربية العظمى (GWR) وتم تغطيته ببراءات الاختراع البريطانية 12661 و25955. وكانت مزاياه مقارنة بالأنظمة السابقة هي أنه يمكن استخدامه بسرعة عالية وأنه يصدر صوت تأكيد في الكابينة عند مرور الإشارة.

في النسخة النهائية من نظام GWR، زُوِّدت القاطرات بصمام يعمل بملف لولبي داخل أنبوب تفريغ القطار، ويُحافظ على إغلاقه بواسطة بطارية. عند كل إشارة بعيدة، وُضِعَ منحدر طويل بين القضبان. يتكون هذا المنحدر من شفرة معدنية مستقيمة مثبتة على حافتها، شبه موازية لاتجاه السير (كانت الشفرة منحرفة قليلاً عن التوازي حتى لا تُحدث تآكلاً في أحذية التلامس الخاصة بالقاطرات في وضعها الثابت)، مثبتة على دعامة خشبية. عندما تمر القاطرة فوق المنحدر، يرتفع حذاء تلامس زنبركي أسفل القاطرة، وتُفصل دائرة البطارية التي تُبقي صمام الفرامل مغلقًا. في حالة الإشارة الواضحة، يمر تيار من بطارية جانبية تُغذي المنحدر (ولكن بقطبية معاكسة) إلى القاطرة عبر التلامس، ويُبقي صمام الفرامل مغلقًا، مع رنين جرس في كابينة القيادة بسبب التيار ذي القطبية المعكوسة. لضمان عمل الآلية في الوقت المناسب أثناء سير القاطرة بسرعة عالية، وبالتالي توفير التيار الخارجي للحظة واحدة فقط، تم استخدام "مرحل بطيء التحرير" لإطالة فترة التشغيل وتزويد الطاقة من المصدر الخارجي بتيار من بطارية القاطرة. كانت كل إشارة بعيدة مزودة ببطارية خاصة بها تعمل بجهد 12.5  فولت أو أكثر؛ إذ اعتُبرت المقاومة كبيرة جدًا في حال وصول الطاقة مباشرة من صندوق التحكم بالإشارات (حيث تتطلب معدات القاطرة 500 مللي أمبير ). لذا، تم استخدام دائرة كهربائية بجهد 3 فولت من مفتاح في صندوق الإشارات لتشغيل مرحل.  في صندوق البطارية. عندما تكون الإشارة على وضع "الحذر" أو "الخطر"، يتم فصل بطارية المنحدر، وبالتالي لا يمكنها تعويض تيار بطارية القاطرة: عندها يتم تحرير صمام الملف اللولبي للفرامل، مما يؤدي إلى دخول الهواء إلى أنبوب قطار التفريغ عبر صفارة إنذار تصدر تحذيرًا صوتيًا، بالإضافة إلى تطبيق فرامل القطار ببطء. كان من المتوقع أن يقوم السائق بعد ذلك بإلغاء التحذير (إعادة النظام إلى حالته الطبيعية) وتطبيق الفرامل تحت سيطرته الخاصة - إذا لم يفعل ذلك، فسيظل صمام الملف اللولبي للفرامل مفتوحًا، مما يؤدي إلى فقدان كل التفريغ وتطبيق الفرامل بالكامل بعد حوالي 15 ثانية. يتم إلغاء التحذير عن طريق ضغط السائق على ذراع تبديل زنبركي على جهاز التحكم الآلي في القطارات في الكابينة. صُممت المفاتيح والدوائر الكهربائية بحيث يعود ذراع التحكم إلى وضعه الطبيعي بعد الضغط عليه، وليس الضغط عليه، لإعادة ضبط النظام. كان الهدف من ذلك منع تجاوز النظام من قِبل السائقين الذين يضغطون على الذراع في الوضع السفلي، أو أن يعلق الذراع في هذا الوضع عن طريق الخطأ. في الاستخدام العادي، تتعرض بطارية القاطرة لاستنزاف مستمر يُبقي الصمام في أنبوب تفريغ الهواء مغلقًا، ولتقليل هذا الاستنزاف إلى أدنى حد، تم دمج مفتاح فصل تلقائي يفصل البطارية عندما لا تكون القاطرة قيد الاستخدام وينخفض ​​مستوى التفريغ في أنبوب تفريغ الهواء. ^{[ 7 ]}

كان من الممكن لقاطرات شركة السكك الحديدية الغربية العظمى (GWR) المجهزة خصيصًا العمل على خطوط مشتركة مكهربة بنظام السكة الثالثة ( سوق سميثفيلد ، وبادينغتون سابربان، وأديسون رود ) . عند مدخل الأجزاء المكهربة، كان منحدر تلامس مرتفع ( 110 مم بدلًا من 64 مم ) يرفع حذاء التلامس الخاص بالقاطرة حتى يتعشق مع آلية تروس على الهيكل. وكان منحدر مرتفع مماثل في نهاية الجزء المكهرب يحرر آلية التروس. ومع ذلك، وُجد أن تيار الجر العالي قد يعيق التشغيل الموثوق للمعدات الموجودة على متن القاطرة عند عبور هذه المسارات، ولهذا السبب، في عام 1949، لم يتم اختيار نظام GWR "المثبت فعاليته" كمعيار وطني (انظر أدناه). ^{[ 7 ] [ 8 ]}      

على الرغم من الجهد الكبير المبذول في صيانة خطوط السكك الحديدية وبطاريات القاطرات، قامت شركة السكك الحديدية الغربية العظمى (GWR) بتركيب المعدات على جميع خطوطها الرئيسية. ولسنوات عديدة، زُوّدت قاطرات المنطقة الغربية (التي خلفت شركة GWR) بنظامي التحكم الآلي في القطارات (ATC) التابعين لشركة GWR ونظام الإنذار الآلي للسكك الحديدية البريطانية (BR AWS).

بحلول ثلاثينيات القرن العشرين، بدأت شركات سكك حديدية أخرى، تحت ضغط من وزارة النقل ، بدراسة أنظمة خاصة بها. وتم تفضيل طريقة لا تلامسية تعتمد على الحث المغناطيسي ، للتخلص من المشاكل الناجمة عن تساقط الثلوج والتآكل اليومي للموصلات، والتي تم اكتشافها في الأنظمة القائمة. استخدم نظام ستروجر-هود، الذي ابتكره ألفريد إرنست هود ( حوالي 1883-1958 ) ، زوجًا من المغناطيسات، أحدهما مغناطيس دائم والآخر مغناطيس كهربائي، يعملان بالتتابع عند مرور القطار فوقهما. حصل هود على براءة اختراع لاختراعه وعرضه للتطوير على شركة تصنيع الهواتف الأوتوماتيكية في ليفربول (وهي شركة تابعة لشركة ستروجر لمقاسم الهاتف الأوتوماتيكية في شيكاغو، إلينوي). ^{[ 9 ] [ 10 ]} تم اختبار النظام من قبل سكة حديد الجنوب ، وسكة حديد لندن والشمال الشرقي ، وسكة حديد لندن وميدلاند واسكتلندا، لكن هذه التجارب لم تُثمر. 

في عام 1947، قام هود، الذي كان يعمل آنذاك لدى شركة السكك الحديدية البريطانية (LMS)، بتجهيز خط لندن وتيلبوري وساوثيند ، التابع لشركة LMS، بنظامه. ^{[ 11 ]} بعد تأميم السكك الحديدية البريطانية وإنشاء هيئة السكك الحديدية البريطانية (BR) في عام 1948، استمر العمل التجريبي. وُضعت متطلبات لحل موحد لنظام الإنذار الآلي (AWS) يكون مناسبًا للتطبيق في جميع أنحاء شبكة السكك الحديدية البريطانية، ويعمل في جميع الظروف الجوية، ويتوافق مع جميع أنواع الإشارات وأنظمة الجر المستخدمة آنذاك، بما في ذلك الخطوط المكهربة. ^{[ 11 ]} وكجزء من "خطة التحديث" التي نُشرت في ديسمبر 1954، خصصت لجنة النقل البريطانية (BTC) مبلغ 20 مليون جنيه إسترليني لتطوير نظام الإنذار الآلي (AWS)، بهدف نشره على امتداد ستة خطوط رئيسية بين عامي 1957 و1962. ^{[ 11 ]}

لم تعتمد شركة السكك الحديدية البريطانية (BR) نظام ستروجر-هود دون تعديل؛ بل أُعيد تصميم الآلية لتضمين مؤشر مرئي في كابينة القيادة يُظهر حالة الإشارة الأخيرة التي تم تجاوزها. ^{[ 11 ]} خلال عام 1956، قيّمت وزارة النقل أنظمة GWR وLTS وBR، وبعد ذلك اختارت النظام الذي طورته BR ليكون النظام القياسي لسكك حديد بريطانيا. جاءت هذه الخطوة استجابةً لحادثة هارو وويلدستون عام 1952. ^{[ 8 ]} بحلول منتصف عام 1959، تم نشر نظام AWS جزئيًا، حيث أصبح يعمل بين كينغز كروس ويورك، وإيوستون وراغبي، وإدنبرة وغلاسكو. ^{[ 11 ]}

تم توسيع نطاق AWS لاحقًا ليشمل إصدار تحذيرات بشأن؛ ^{[ 12 ]}

• إشارة ضوئية ملونة تعرض لونًا أصفر مزدوجًا (ثابتًا أو وامضًا)، أو لونًا أصفرًا مفردًا، أو لونًا أحمر.
• تخفيض السرعة المسموح بها
• تحديد السرعة بشكل مؤقت أو طارئ
• معبر حاجز آلي مراقب محليًا (ABCL)، أو معبر مفتوح آلي مراقب محليًا (AOCL)، أو معبر مفتوح (OC).

استند نظام AWS إلى نظام طُوِّر عام 1930 بواسطة ألفريد إرنست هود ^{[ 9 ]} وسُوِّق باسم نظام "ستروجر-هود". وقد استُبدل نظام اتصال سابق، مُثبَّت على خط سكة حديد غريت ويسترن منذ عام 1906 ويُعرف باسم نظام التحكم الآلي بالقطارات (ATC)، تدريجيًا بنظام AWS داخل المنطقة الغربية من السكك الحديدية البريطانية .

• ابتداءً من عام 1971، تم تركيب مغناطيس دائم لنظام الإنذار الآلي (AWS) أمام مؤشر التحذير عندما تنخفض السرعة المسموح بها للخط بأكثر من الثلث. ^{[ 14 ]} كانت هذه توصية من لجنة التحقيق في حادثة خروج القطار عن مساره في موربيث في 7 مايو 1969.
• ابتداءً من عام 1977، تم تركيب مغناطيس دائم محمول لنظام الإنذار الآلي للسرعة (AWS) أمام لوحة التحذير عند الاقتراب من مناطق تحديد السرعة المؤقتة (TSRs). جاء ذلك بناءً على توصية التحقيق في حادثة خروج القطار عن مساره في نونيتون في 6 يونيو 1975، والتي وقعت عندما لم ينتبه السائق إلى لوحة تحذير تحديد السرعة المؤقتة بسبب انطفاء أضوائها.
• ابتداءً من عام 1990، تم تركيب مغناطيسات دائمة لنظام الإنذار الآلي (AWS) مباشرةً قبل إشارات التوقف "عالية الخطورة"، كإجراء للحد من ظاهرة التوقف المفاجئ (SPAD) . وكان يتم تعطيل هذا المغناطيس الإضافي لنظام الإنذار الآلي عندما تُظهر الإشارة المرتبطة به إشارة "المرور". ومنذ إدخال نظام حماية القطارات والإنذار (TPWS)، لم يعد استخدام نظام الإنذار الآلي لهذا الغرض ممارسة شائعة. ^{[ 15 ] [ 16 ]} كما تم استخدام مؤشرات التوقف المفاجئ .

• دايموند، أ. و. ج. (1948)، "أربعون عامًا من التحكم الآلي في القطارات - نظام غريت ويسترن"، مجلة مؤسسة مهندسي القاطرات ، 39 (207)، مؤسسة المهندسين المدنيين : 3-52 ، doi : 10.1243/JILE_PROC_1949_039_007_02
• كوري، جيه إتش (1959)، "التحكم الآلي في القطارات - نظام السكك الحديدية البريطانية"، مجلة مؤسسة مهندسي القاطرات ، 49 (267)، مؤسسة المهندسين المدنيين: 104-126 ، doi : 10.1243/JILE_PROC_1959_049_013_02
• فانز، مايكل أ. (1997)، تاريخ مصور للإشارات ، دار نشر إيان آلان ، رقم ISBN 0-7110-2551-7
• سيمونز، جاك؛ بيدل، جوردون (1997)، موسوعة أكسفورد لتاريخ السكك الحديدية البريطانية ، مطبعة جامعة أكسفورد ، رقم ISBN 0-19-211697-5
• سبوارت، إف إم (مارس 2015). "نظام AWS - مقدمة، تصميم، تثبيت واختبار" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 31 ديسمبر 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 يناير 2018 .