Sabit Blok ve Hareketli Blok Sinyalizasyon Dilleri |
ElektrikPort Akademi

Hızlı toplu taşıma tasarımda en önemli aşama sinyal ve kontrol noktası dağılımıdır. Bu öğelerin yerleşimi ve dağılımı; minumum headway (çalışan trenler arasındaki zaman aralığı), minimum sinyalizasyon ekipmanı ve yüksek güvenlik sağlamalıdır. Geleneksel sinyalizasyon ve kontrol sistemleri sabit blok prensibine dayanırken, bu prensip günümüzde yerini çok daha avantajlı tasarım yapılmasına imkan veren hareketli blok prensibine bırakmıştır. Bu iki prensibi de tasarıma getirileri ile birlikte daha yakından inceleyelim.

A- A+

17.12.2015 tarihli yazı 12366 kez okunmuştur.

Sinyalizasyon Kontrol Tren Raylı Sistem

Otomatik Tren Kontrol Sistemi

Tren hareketini otomatize etmenin en büyük amacı, sürücünün görevini bir kontrol sistemine transfer etmektir. Tren bir istasyon kalkışında sonra hızlanmalı, izin verilen maksimum hıza ulaşmalı, ardından yavaşlamalı ve sonraki istasyonda doğru konumda (ve doğru zamanda) fren yapmalıdır. Bu aşamada kontrol sistemine; sürüşün, yavaşlamanın ve frenlemenin sürekli kontrolünü yapmasında ihtiyaç duyulmaktadır.

Tren ray üzerinde yoluna devam ederken sinyalizasyon talimatları ve coğrafi bilgileri de içeren veriler sağlanabilmeldir. Coğrafi veriler; hattın coğrafi özelliklerini, hız kısıtlamalarını, eğimleri ve hat üzerindeki istasyonların konum bilgilerini de içermektedir. Sinyalizasyon verileri ise; hat üzerindeki herhangi bir alanın doluluk durumu ve bu duruma bağlı olarak treninin harekete devam edip etmeyeceğine ilişkin bilgileri içermektedir. Bu iki veri grubu haricinde bir de özel bazı bilgileri içeren veri grubu da bulunmalıdır. Bu grup içerisinde özel durumlarda yaşanan yavaşlama ve gecikmelere ilişkin bilgiler bulunmaktadır. Bu bağlamda tren kontrol sisteminin üç altsistemden oluştuğu söylenebilir: Automatic Train Operation (ATO-Otomatik Tren Çalışması), Automatic Train Protection (ATP-Otomatik Tren Korunumu) ve Automatic Train Supervision (ATS-Otomatik Tren Denetimi).

Şekil 1: ATC’ye Ait Altsistemler ve Görevleri

►İlginizi Çekebilir: SimuX: Raylı Sistem Simülatörü

Normal çalışma şartları altında ATO’nun görevleri; trenin bir istasyondan diğer istasyona hareketini sağlamak, treni istasyonda durdurmak ve kapıların açmak/kapatmaktır. Tren hat üzerindeki seyri sırasında ATO’ya hızıyla alakalı veriler göndermektedir. Bu hız verileri, tako-jeneratöründen elde edilen hız verileriyle (gerçek hız verileri) karşılaştırılmaktadır. Bu da ATO’nun seyre devam etme ve fren yapma fonksiyonlarını regüle etmesine imkan sağlamaktadır.

ATP sistemi tren hareketini denetlemekte ve sinyalizasyon koşulları veya maksimum hızın aşılması gibi durumlarda frenleme gerçekleşmektedir. Bu sistem oldukça tedbirli olunmasını sağlayack şekilde tasarlanmıştır ve ATC ile ATS’ye kıyasla önceliği vardır. ATP hız limitlerine riayet edilmesini ve güvenli olmayan tren hareketlerinin (iki trenin aynı hat bölümüne girmesi gibi) önlenmesini garanti etmektedir. Eğer ATO sistemi doğru şekilde çalışırsa, tren hızı ATP hız limitinin altında kalmalıdır.

Son olarak ATS ise; tren hareketini ve performansı bir merkez tarfından düzenlenen tren tarifesine dayalı olarak izlemekte ve koordine etmektedir. Bununla birlikte ATS, ATP ve ATO’nun durumlarını da izlemektedir. Ayrıca ATS’nin diğer bir görevi de tren hizmet bilgilerini yolcu veçalışanlara göstermektir. ATS’nin diğer görevleri şu şekilde sıralanabilir: Tren rotasının tarifeye uygun şekilde atamak, trenin çalışma ve konum durumunu izlemek, tren akışını düzenlemek (enerji tüketimin azaltma amacı güderek).

Sinyalizasyon Teorisi

Belirli bir sinyalizasyon sistemini benimsemekteki önemli parametrelerden biri sistem tarafından sağlanan çarpışma önleyici korumadır. İki tren arasındaki mesafe her zaman en az trenin ani fren mesafesi kadarolmalıdır. Bir sinyalizasyon sistemi her zaman buna uymalı ve bunu zorunlu bir faaliyet haline getirmelidir. Bir diğer önemli parametre minimum sefer aralığının (headway) başarılabilmesidir (Bahsedilen trenlerin hareketinin herhangi bir sinyal tarafından kesilmediği varsayılmaktadır.). Minimum sefer aralığının (headway) karşılığı hat kapasitesidir. Hat kapasitesi, birim zamanda hat parçasından geçebilen maksimum tren sayısıdır. Buradan minumum sefer aralığının (headway) başarılmasıyla, yolcu kapasitesiin artacağı sonucuna varılabilmektedir.

Şekil 2: Sefer Aralığı (Headway)

►İlginizi Çekebilir: Raylı Sistemlerde Sinyalizasyon

Eğer iki tren arasındaki ani sefer aralığı minimum sefer aralığının altında olursa, bu iki tren sinyalizasyon yoluyla etkileşeceklerdir. Bu da ikinci trenin hızını azaltma amaçlı fren yapması ve yeni hızını tekrar izin verilene kadar koruması demektir. Trenler üzerindeki bu etki beklenmedik gecikme yaşanması durumunda da gerçekleşebilmektedir.

Şekil 3: Tren Konumlarına Bağlı Olarak Sinyal Durumları (Sabit Blok Prensibi İle)

Gecikme gibi yerel kesintiler, trenlerin sinyal yoluyla etkileşimlerine sebep olmaktadır. Minimum sefer aralığına yakın çalışan trenler bu gibi durumlardan daha fazla etkilenmektedir. Kesintileri düzeltme süresi sinyalizasyon sistemlerinde önemli bir role sahiptir. Bu süre kullanılan sinyalizasyon sisteminin tipine bağlıdır.

Sabit Blok Sinyalizasyonu

Sabit blok sinyalizasyonu geleneksel ve en yaygın olarak kullanılan sinyalizasyon tipidir. Hat belli sayıda ve aynı veya farklı uzunlukta bloklara ayrılır. Sadece bir trenin herhangi bir zamanda bir bloğu işgal etmesine izin verilmektedir. Her blok bir kod veya bloğun trafiğe açık olup olmadığını gösteren sinyal görünümü ile ilişkilidir.

Bir blok herhangi bir trence işgal edildiğinde, o blokla ilişkili olan sinyal kırmızı olur. Bir tren bloğu temizlediğinde “b(i)” ve bloğa girdiğinde “b(i+1)”, o blokla ilişkli olan sinyal değişmeden önce overlap mesafesi yeni blok içinde trence tamamlanmalıdır.

Şekil 4: Hat Üzerinde Overlap Kavramının Açıklanması

İki sinyal görünümlü düzenlemede sinyal kırmızıdan yeşile direkt olarak değişirken, çoklu sinyal görünümlü düzenlemede sinyal kırmızıdan yeşile değişmeden önce sarıya ve çifte sarıya dönüşmektedir.

Şekil 5: Sabit Blokta Sinyal Çeşitleri

Hareketli Blok Sinyalizasyonu

Genellikle CBTC (Communication-Based Train Control) olarak anılan hareketli blok sinyalizasyon sistemi, sabit blok sinyalizasyon sisteminin aksine sabit blok hat devresine ihtiyaç duymamaktadır. Bunun yerine, her kontrollü tren ve yol boyundaki kontrol merkezleri arasındaki iki yönlü sürekli dijital iletişime dayanmaktadır.

Hareketli blok sistemi ile donatılmış bir demiryolu üzerinde, hat genellikle alanlara veya bölgelere ayrılmıştır. Her bölge bilgisayarın kontrolü altındadır ve her biri kendi rayo iletim sistemine sahiptir. Her tren kimliğini, konumunu, yönünü ve hızını güvenli tren mesafesi için gerekli hesaplamaları yapan ve bu hesaplamaları sonraki trene gönderen bölge bilgisayarına iletmektedir.

Şekil 6: Hareketli Blok Sinyalizasyonu

Her tren ve bölge bilgisayarı arasındaki radyo bağlantısı süreklidir; bu sayede bilgisayar herhangi bir zamanda kendi bölgesindeki tüm trenlerin konumunu bilmektedir. Bu radyo bağlantıları her trene önündeki treninin konumunu iletmekte ve trene eğrisini vererek önündeki trene ulaşmadan durmasını sağlamaktadır. Sonuç olarak, bu bir dinamik distance-to-go sistemdir.

Her tren önündeki ile aynı hızda seyrettiği sürece, tüm trenler aynı frenleme kabiliyetine sahip olmaktadır. Yani teoride, birbirlerine çok yakın mesafelerde çalışabildiklerinin göstergesidir. Bu durum –tabii ki- demiryolları güvenlik ilkelerine aykırı olacaktır. Sabit blok sinyalizasyonunda trenler arası tam frenleme mesafesi gereksinimi ile bu güvenlik şartı korunmuş olmaktadır. Tekrar hareketli blok sinyalizasyonuna döndüğümüzde, radyo bağlantısının kaybolması durumunda sonraki trende yerleşik olarak tutulan veriler trenler birbirine ulaşmadan önce durdurulmalarını sağlamaktadır.

Görülebildiği gibi hareketli blok sinyalizasyonu ile sabit blok sinyalizasyonunu birbirlerinden ayıran şey; blokların konumları, uzunlukları, ve hareketli/sabit olmasıdır.

Şekil 7: Sabit Blok ve Hareketli Blok Sinyalizasyonlarının Karşılaştırılması

Sinyalizasyonun Geleceği

Gelecekte sinyalizasyon ve tren kontrol sistemi çok büyük olasılıkla; sürekli şekilde trenin konumunu, hızını ve hareket yönünü takip etmek için güvenli kablosuz veri iletişi ağı kullanan, radyo tabanlı hareketli bir sinyalizasyon sistemi olacaktır.

Alt sistem ise; veri güvenliğini ve birlikte çalışılabilirliği sağlamak için kanıtlanmış bir haberleşme teknolojilerini kullanmak zorunda olacaktır. Sistem aynı zamanda yüksek radyo trafiği ve elektromanyetik gürültüler içeren olumsuz ortamda dahi robust bir performans sunmalıdır.

Bununla birlikte gelecekteki sinyalizasyon ve tren kontrol sistemi düşük toplam maliyet sunmakta ve var olan sistem ile kolaylıkla değiştirilebilecektir.

Kaynak:

►Behesti, M. T. H., & Baygi, M. H. M. (2003)
►gumuskaya.com/research/railwaysignalling