نظام كتلة الإشارة
نظام الإشارات (أو نظام الكتل ) هو آلية أمان تُستخدم بشكل أساسي في خطوط السكك الحديدية لمنع تصادم القطارات. يقسم هذا النظام المسار إلى أجزاء ثابتة ("كتل") باستخدام الإشارات أو أجهزة الاستشعار أو غيرها من المعدات، ولا يُسمح إلا لقطار واحد بالتواجد في كتلة واحدة في كل مرة. [ 1 ] يضمن هذا النظام أن يكون لدى القطار دائمًا الوقت الكافي للتوقف قبل الاقتراب بشكل خطير من قطار آخر على نفس الخط. يُشار إلى نظام الإشارات في المملكة المتحدة باسم "طريقة العمل" ، وفي الولايات المتحدة باسم " طريقة التشغيل" ، وفي أستراليا باسم "العمل الآمن" .
تُستخدم أنظمة الكبح عادةً في قطارات الملاهي الكبيرة التي يمكنها تشغيل قطارين أو أكثر في وقت واحد. وتُستخدم المكابح عادةً لإيقاف قطار الملاهي عند الحاجة.
المزايا والعيوب
نظراً لمسافات التوقف الطويلة للقطارات، فإن أنظمة الإشارات تمنع بشكل آمن اصطدام قطار بآخر، من خلال ضمان وجود مسافة دنيا معينة بين القطارات.
تتجنب أنظمة الإشارات المرورية هذه المشاكل من خلال ضمان وجود مسافة دنيا محددة بين القطارات، وهي مسافة تُحدد لضمان حصول أي قطار يسير ضمن حدود السرعة والحمولة على الوقت الكافي للتوقف قبل الوصول إلى القطار الذي أمامه. وهناك طرق عديدة لتطبيق هذا النظام.
من عيوب أنظمة الإشارات أنها تحدّ من عدد القطارات على مسار معين بعدد الإشارات. ولأن المسار له طول ثابت، فإن زيادة عدد القطارات تتطلب إنشاء إشارات أكثر وأقصر، مما يستلزم تشغيل القطارات بسرعات أقل للتوقف بأمان. [ أ ] ونتيجة لذلك، يرتبط عدد الإشارات وحجمها ارتباطًا وثيقًا بالسعة الإجمالية للمسار ، ولا يمكن تغييرهما بسهولة لأن ذلك يتطلب تعديلات مكلفة على الإشارات على طول الخط.
أساليب الإشارة الكتلية
العمل وفق جدول زمني صارم
تتميز معظم خطوط السكك الحديدية بتخطيط طبيعي يشبه نظام القطاعات، وهو جزء لا يتجزأ من تصميم محطات القطارات . يتيح هذا النظام إمكانية تطبيق مجموعة من القطاعات باستخدام إشارات يدوية في هذه المحطات. في هذه الحالة، يضع مشغل المحطة علامة تشير إلى مغادرة قطار للمحطة، ولا يزيلها إلا بعد فترة زمنية محددة.
تعمل القطارات وفق جدول زمني دقيق، ولذلك لا يمكنها مغادرة المحطة إلا في وقت محدد، وبعد وصول جميع القطارات الأخرى التي كان من المقرر أن تلتقي بها في تلك المحطة. إذا تأخر قطار واحد، فإن جميع القطارات المقرر أن يلتقي بها ستتأخر أيضاً. وقد يؤدي ذلك سريعاً إلى تأثر جميع القطارات على خط السكة الحديد.
هذه الطريقة غير مصرح باستخدامها في العديد من أنظمة السكك الحديدية ذات الحركة المرورية العالية لأنها قد تكون غير آمنة وغير فعالة للغاية.
جدول المواعيد وترتيب القطارات
كان نظام أوامر القطارات شائعًا على خطوط السكك الحديدية ذات المسار الواحد في أمريكا الشمالية حتى ثمانينيات القرن الماضي، وكان أقرب إلى نظام تحديد أولوية المرور عند تعارض حركة القطارات منه إلى نظام الكتل. كانت القطارات تستخدم خطة تشغيل مُحددة مسبقًا تُعرف بالجدول الزمني، والذي يعتمد على مواقع مرور ثابتة تُسمى المحطات. وكانت التعديلات على خطة التشغيل تأتي من مُشغل القطارات على شكل أوامر، تُرسل إلى القطارات عبر وسطاء يُعرفون بالوكلاء أو المشغلين في محطات أوامر القطارات.
هذه الطريقة غير مصرح باستخدامها حاليًا في المملكة المتحدة. وقد تم استخدام نظام مشابه، يُعرف باسم نظام التلغراف وأوامر العبور ، في القرن التاسع عشر، ولكن بعد ثلاث حوادث تصادم خطيرة وجهاً لوجه في سبعينيات القرن التاسع عشر ( منهينوت ، سكة حديد كورنوال، 1873؛ ثورب ، سكة حديد غريت إيسترن، 1874؛ رادستوك ، سكة حديد سومرست ودورست، 1876) تم إدانة استخدامه.
في أمريكا الشمالية، كان نظام أوامر القطارات يُطبّق غالبًا فوق أنظمة الإشارات الأخرى عند الحاجة إلى استبدال تلك الأنظمة. على سبيل المثال، عند تطبيق الإشارات اليدوية أو الآلية، تُستخدم أوامر القطارات لتفويض التحركات إلى الإشارات المشغولة، أو عكس اتجاه حركة المرور، أو في حال عدم وجود اتجاه لحركة المرور.
قطار واحد يعمل
قطار واحد يعمل (مع طاقم القطار)
إذا كان خط فرعي ذو مسار واحد مسدودًا مع خدمة قطار مكوكية بسيطة، فإن رمزًا واحدًا يكفي. يجب أن يكون سائق أي قطار يدخل الخط الفرعي (أو يشغل أي جزء منه) حائزًا على الرمز، ولا يمكن حدوث تصادم مع قطار آخر. ولتسهيل تمريره، كان الرمز غالبًا على شكل عصا، طولها عادةً 800 مم وقطرها 40 مم، ويُشار إليها باسم عصا القطار . قد تكون هذه العصا خشبية عليها لوحة نحاسية تُحدد قسم الخط الذي يسري عليه استخدامها، أو قد تكون على شكل مفتاح.
في المصطلحات البريطانية، كانت طريقة العمل هذه تُعرف في الأصل باسم محرك واحد يعمل بالبخار (OES) .
قطار واحد يعمل (بدون طاقم القطار)
يعمل نظام تشغيل القطار الواحد الحديث دون وجود طاقم قطار. على هذه الخطوط، يُعدّ مرور إشارة دخول الفرع المُتحكّم بها هو التفويض الوحيد للسائق لدخول الفرع، وبمجرد مرور القطار بهذه الإشارة، يُبقي نظام التعشيق القطار في حالة "خطر" (ولا يمكن إلغاء الإشارة لاحقًا) إلى أن يقوم قطار خدمة الفرع، في رحلة عودته، بتشغيل دائرتين متتاليتين على السكة عند بداية الفرع. لا يتطلب الأمر كشفًا مستمرًا للقطارات على الفرع. يتم ضمان السلامة من خلال دوائر التعشيق، وفي حال حدوث عطل في دائرة السكة، يجب تطبيق إجراءات تشغيل طارئة خاصة بواسطة مُرشد القطار.
كتلة الرمز المميز
يتم منح الإذن بشغل جزء من المسار عن طريق الحيازة الفعلية لرمز مميز من قبل موظفي القطار، ويتم الحصول عليه بطريقة تضمن وجود قطار واحد فقط في جزء من المسار في كل مرة.
طاقم القطار العادي (OTS)
كان السائق الذي يقترب من قسم المسار الفردي يحصل على الرمز، ويستخدمه كتصريح لدخول القسم. ثم يُعيد الرمز عند الطرف الآخر من القسم. وقد تسبب هذا في مشاكل إذا تبع قطارٌ آخر في نفس الاتجاه، حيث لن يكون الموظفون في الطرف الصحيح بعد القطار الأول.
طاقم القطار العادي والتذكرة (OTST) أو (OTS&T)
لذا، تم توسيع نطاق عمل طاقم القطار العادي: فإذا كان من المقرر أن يتبع قطارٌ آخر في نفس الاتجاه، كان يُطلب من سائق القطار الأول أن يرى الرمز، دون أن يستلمه (نظريًا، كان من المفترض أن يلمس الرمز فعليًا، ولكن لم يُطبّق هذا الشرط بدقة). وكان يُمنح تصريحًا كتابيًا لدخول قسم الخط المفرد، يُشار إليه بالتذكرة . ثم يُمكنه المتابعة، وتسليم التذكرة عند الطرف الآخر من القسم، ليتبعه قطارٌ ثانٍ يحمل التذكرة.
نظام القفل اليدوي
يتم نقل سلطة احتلال جزء من السكة الحديدية إلى القطارات باستخدام إشارات جانبية يتم التحكم فيها يدويًا بواسطة مشغلين بشريين يتبعون إجراءات مختلفة للتواصل مع محطات الأجزاء الأخرى لضمان فصل القطارات.
كتلة التلغراف
يُستخدم هذا النظام على عدة أقسام من السكة الحديدية، حيث يتم التحكم في مرور القطارات من نقطة إلى أخرى بواسطة أجهزة متصلة بأسلاك التلغراف. في أبسط الحالات، مع وجود ثلاث غرف إشارات على امتداد خط سكة حديدية بدون تقاطعات، تستقبل الغرفة المركزية طلبًا بقبول مرور قطار، فيقوم عامل الإشارات بضبط أي نقاط تحويل (مفاتيح تحويل) وإشارات ذات صلة، ثم يُرسل إشارة القبول، ويطلب القبول من غرفة الإشارات التالية على طول الخط. عند مرور القطار، تُعاد الإشارات خلفه إلى وضع الخطر، ويُبلغ عامل الإشارات غرفة الإشارات التالية بمغادرة القطار للقسم. تُنقل هذه الرسائل بواسطة أجهزة التلغراف المزودة بمفتاح يُضغط عليه لإصدار صوت جرس في غرفة الإشارات البعيدة. طُوّرت أنظمة كهذه، مثل نظام الإشارات المطلقة ، في القرن التاسع عشر، ولا تزال تُستخدم على نطاق واسع في بريطانيا وأستراليا. [ 2 ]
حجب الهاتف
في هذا النظام، يتم الاتفاق على شغل قسم معين من السكة الحديدية بين محطتين بين مديري المحطتين عبر الهاتف. ولزيادة الأمان، يمكن إضافة طبقات حماية إضافية؛ على سبيل المثال، مركز تنظيم يتمتع بصلاحيات إشرافية متصلة بجميع المحطات على الخط؛ وجدول زمني (البرتغال)؛ و/أو دعم حاسوبي (فرنسا).
لا تزال البرتغال وإسبانيا وفرنسا تستخدم هذا النظام على بعض الخطوط الرئيسية على الأقل، على الرغم من أن الطول الإجمالي للمسار الذي يحكمه هذا النظام يتناقص بسرعة بسبب كثافة العمل فيه وما ينطوي عليه من نقص متأصل في السلامة، حيث يعتمد بشكل أساسي على التواصل البشري (الذي يشمل أحيانًا أكثر من مجرد رئيسي المحطتين في كل طرف من أطراف الكتلة) وأنظمة التعشيق البسيطة للسكك الحديدية في المحطات.
في البرتغال، كان نظام الإشارات الهاتفية هو نظام السلامة الرئيسي في شبكة السكك الحديدية الوطنية حتى منتصف التسعينيات. ولذلك، تطور النظام لتوفير مستويات متعددة من السلامة على خطوط السكك الحديدية المزدحمة ذات المسار الواحد والتي تشهد أنواعًا مختلفة من القطارات، وإن كان ذلك على حساب زيادة عدد الموظفين. في النظام البرتغالي، ورغم أن مسؤولية تنظيم حركة القطارات على الخطوط الرئيسية تقع على عاتق المحطات الواقعة على طول هذه الخطوط، إلا أن هناك مركزًا تنظيميًا يشرف عليها، وفي حال وجود خلاف، يُصدر تعليمات للمحطات بشأن كيفية تنظيم حركة القطارات. من جهة أخرى، يُبين جدول مواعيد كل قطار جميع التفاعلات مع القطارات الأخرى (مثل التقاطعات مع قطارات أخرى، والقطارات التي يتجاوزها، والقطارات التي تتجاوزه) بوضوح في المحطات التي من المفترض أن تحدث فيها هذه التفاعلات. وأي انحراف عن ذلك - الناجم، على سبيل المثال، عن التأخيرات أو القطارات الإضافية - يجب إبلاغ طواقم القطارات به كتابيًا. على الرغم من الممارسة الشائعة المتمثلة في توقف القطارين عند أقرب محطة عند عبورهما، فإن هذا النظام يسمح بسرعات متوسطة جيدة للقطارات السريعة، مماثلة لتلك الموجودة على خطوط الإشارات الآلية. مع ذلك، في حال حدوث تأخيرات طفيفة وتفاقمها، قد تنشأ تأخيرات أطول نتيجة لتفعيل وضع الأمان الإضافي للنظام (أي عملية تحديث تعليمات حركة القطارات لتعكس أنماط العبور المعدلة، وهي عملية تتطلب الكثير من الإجراءات الورقية). لن تحدث مثل هذه التأخيرات، على الأقل ليس للسبب نفسه، على خطوط الإشارات الآلية.
بشكل عام، ينص النظام على أن يكون المقطع مغلقًا؛ أي أنه يجب الحصول على إذن قبل السماح للقطار بدخول المقطع في إحدى المحطات في طريقه إلى المحطة الأخرى. مع ذلك، في فرنسا، على مسارات متعددة، يكون المقطع مفتوحًا عادةً في أقسام المسار أحادية الاتجاه. بمعنى آخر، بعد أن تتأكد المحطة من مغادرة القطار السابق للمقطع، يمكن للقطار التالي المتجه في نفس الاتجاه دخول المقطع فورًا، حيث يقوم رئيس المحطة عند المدخل بإبلاغ المحطة عند المخرج بوقت دخول القطار للمقطع.
كتلة بدون رمز
هذا نظام يُستخدم على خطوط السكك الحديدية أحادية المسار، ولا يتطلب استخدام رموز المرور أو توفير نظام كشف مستمر للقطارات عبر هذا الجزء. صُممت الإشارات بحيث تسمح إشارات التحكم بدخول قطار واحد فقط إلى الخط في أي وقت. يجب على مُشغّل الإشارات في نهاية الجزء التحقق بصريًا من مغادرة القطار بالكامل للجزء وعدم انقسامه، وذلك بالتأكد من اكتمال إضاءة المصابيح الخلفية. [ 3 ]
الإشارة التلقائية للحواجز
تستخدم أنظمة الإشارات الآلية سلسلة من الإشارات الآلية، عادةً ما تكون أضواءً أو أعلامًا، تُغير عرضها أو مظهرها بناءً على حركة القطارات أمام جهاز استشعار. وهذا هو النوع الأكثر شيوعًا لأنظمة الإشارات حتى عام 2018.،تُستخدم هذه التقنية في جميع أنواع السكك الحديدية تقريبًا، بدءًا من أنظمة النقل السريع وصولًا إلى خطوط السكك الحديدية الرئيسية. توجد أنظمة متنوعة، وإشارات أكثر تنوعًا، لكنها جميعًا تعمل بنفس الطريقة تقريبًا.
على غرار أنظمة الإشارات اليدوية المذكورة سابقًا، تقسم الأنظمة الآلية المسار إلى قطاعات ثابتة. في نهاية كل قطاع، تُركّب مجموعة من الإشارات، بالإضافة إلى مستشعر جانبي. عند مرور قطار أمام المستشعر، تُفعّل الإشارات لعرض حالة "القطاع مشغول" على الإشارات في طرفي ذلك القطاع. في معظم الأنظمة، لا تعود الإشارات فورًا إلى حالة "القطاع فارغ" عند مغادرة القطار، بل يوجد نوع من التأخير الميكانيكي الذي يُبقي حالة "القطاع مشغول"، أو في أغلب الأحيان، يعرض حالة "التقدم بحذر".
مكعبات متحركة
فيما يتعلق بضمان السلامة، فإن الاعتبار الأساسي هو مسافة توقف القطار والمسافة التي يمكنه عندها رؤية قطار آخر. لا تُطبّق الإشارات هذه الفكرة عمليًا، بل تُطبّق نظام إشارات يضمن حصول القطار الأقل أداءً على الخط على وقت كافٍ للتوقف. هذا يعني أن أي قطار يتمتع بأداء توقف أفضل يُجبر على العمل بسرعات أقل من سرعته القصوى، إلا إذا كانت جميع القطارات على خط معين متطابقة.
تكمن المشكلة الرئيسية في عدم قدرة أي قطار على رؤية قطار آخر بأمان في الوقت المناسب للتوقف. إلا أن هذا لا ينطبق على القطارات المجهزة بنظام اتصالات بين القطارات. ففي هذه الحالة، يستطيع أي قطار الحفاظ على مسافة آمنة من القطارات الأخرى، دون الحاجة إلى حواجز ثابتة. وقد شاع استخدام أنظمة الحواجز المتحركة هذه منذ ظهور التقنية اللازمة لها في سبعينيات القرن الماضي.
في هذه الأنظمة، يستطيع أي قطار على المسار استقبال إشارات من جميع القطارات الأخرى، ثم يتحرك بطريقة تضمن له مسافة كافية للتوقف. استخدمت أنظمة الإشارات المتحركة المبكرة كابلًا ممتدًا على طول خط السكة الحديدية. وكانت القطارات تستخدم الحث المغناطيسي لحقن إشارات في الخط تُشير إلى موقعها. كما كان بإمكان الكابل تحديد هذا الموقع بطرق متنوعة يمكن التقاطها بواسطة مستشعر على متن القطار. أما الأنظمة الأكثر حداثة، فقد تستخدم أنظمة تحديد المواقع الخارجية مثل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أو مؤشرات جانبية على طول السكة، وترسل البيانات بين القطارات باستخدام طرق لاسلكية مختلفة.
تتمثل ميزة أنظمة المقاطع المتحركة في عدم وجود عدد ثابت من القطارات على الخط، لعدم وجود مقاطع ثابتة. وهذا من شأنه أن يحسن سعة المسار بشكل كبير، كما هو الحال في خطي جوبيلي ونورثرن في مترو أنفاق لندن ، حيث أدت التحديثات التي أُجريت استعدادًا لدورة الألعاب الأولمبية الصيفية لعام 2012 إلى تحسين السعة بنحو 50%. [ 4 ]
تاريخ
ربما كان أول استخدام لنظام القطارات المقسمة عام 1839، عندما تم تركيب جهاز تلغراف من نوع كوك وويتستون في نفق كلاي كروس التابع لسكك حديد نورث ميدلاند . استُبدلت أجهزة التلغراف عام 1841 بأجهزة خاصة بنظام القطارات المقسمة. وفي عام 1842، نشر ويليام فوثرجيل كوك ، الذي بنى نظام كلاي كروس، كتابه " سكك حديد التلغراف أو الخط المفرد"، حيث اقترح فيه استخدام نظام القطارات المقسمة بشكل عام كطريقة أكثر أمانًا للعمل على الخطوط المفردة . في السابق، كان فصل القطارات يعتمد على جداول زمنية صارمة فقط، مما لم يكن يسمح بمراعاة الأحداث غير المتوقعة. [ 5 ] وفي عام 1898، وصف مارتن بودا نظرية تحويل لأنظمة القطارات المقسمة. [ 6 ] [ 7 ]
انظر أيضاً
ملحوظات
- ↑ هذا بافتراض أن القطارات نفسها لن تتغير. ومن الأمثلة المضادة قطار الركاب المتقدم ، الذي صُمم خصيصًا بمكابح قوية لكي يعمل بسرعات عالية ضمن ما كان يُعتبر تخطيطًا منخفض السرعة نسبيًا.
مراجع
- ^ كيتشينسايد وويليامز 2008 ، ص 73-88.
- ↑ "نشرة". الجمعية التاريخية للسكك الحديدية الأسترالية. مارس 1961. الصفحات 43-51 .
- ↑ "معيار مجموعة السكك الحديدية GK/RT0051" (ملف PDF) . RGSOnline.co.uk . صفحة D1. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 20-11-2008.
- ↑ ميليوس، أندرو (9 أكتوبر 2003). "إشارات الكتل المتحركة تُفعّل أخيرًا على خط جوبيلي" . المهندس المدني الجديد .
- ↑ كييف، جيفري ل.، التلغراف الكهربائي: تاريخ اجتماعي واقتصادي ، ص 33-34، ديفيد وتشارلز، 1973 OCLC 655205099 .
- ^ بودا ، مارتن (1898). "Die Schaltungstheorie der Blockwerke" [ نظرية التبديل لأنظمة الكتل ] . Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens in technischer Beziehung – Fachblatt des Vereins deutscher Eisenbahn-Verwaltungen (بالألمانية). نيو فولج الخامس والثلاثون ( 1 - 7). فيسبادن، ألمانيا: CW Kreidel's Verlag: 1– 7، 29– 34، 49– 53، 71– 75، 91– 95، 111– 115، 133– 138.(ملاحظة: أعيد نشر هذه السلسلة المكونة من سبع مقالات في كتاب من 91 صفحة عام 1899 مع مقدمة بقلم جورج باركهاوزن .)
- ↑ كلير، جورج جيري (مايو 1972). "رموز مرجعية للفصل 1". مقدمة في منهجية دوائر التبديل ( الطبعة الأولى). بينغامتون، نيويورك، الولايات المتحدة الأمريكية: دار ليتون للنشر التعليمي / شركة دي. فان نوستراند . ص 19. ISBN 0-442-24463-0. LCCN 72-181095 . C4463-000-3. (xvi+573+1 صفحة)
مصادر
- كيتشنسايد، جيفري؛ ويليامز، آلان (2008). قرنان من إشارات السكك الحديدية ( الطبعة الثانية المنقحة). شركة أكسفورد للنشر. ISBN 978-0-86093-672-5.
- فانز، مايكل أ. (2012). "ثورة الإشارات في سبعينيات القرن التاسع عشر". الإشارات في عصر البخار . abc ( الطبعة الثانية). هيرشام، سري، المملكة المتحدة: إيان آلان. ISBN 978-0-7110-3536-2.
- أنظمة إشارات السكك الحديدية