إدارة حركة المرور المركزية

نظام التحكم المركزي في حركة المرور ( CTC ) هو نظام إشارات سكك حديدية نشأ في أمريكا الشمالية. يجمع هذا النظام قرارات توجيه القطارات التي كانت تُتخذ سابقًا من قِبل مشغلي الإشارات المحليين أو طواقم القطارات أنفسهم. يتكون النظام من مكتب مركزي لمراقب حركة القطارات ، يتحكم في نقاط التقاطع بين خطوط السكك الحديدية وتدفقات حركة المرور في أجزاء من شبكة السكك الحديدية المُخصصة لمنطقة CTC. من أبرز سمات نظام CTC لوحة تحكم مزودة برسم بياني لخط السكة الحديدية. من خلال هذه اللوحة، يستطيع المراقب تتبع مواقع القطارات في جميع أنحاء المنطقة التي يُشرف عليها. قد تمتلك خطوط السكك الحديدية الكبيرة مكاتب متعددة للمراقبين، بل وحتى مراقبين متعددين لكل قسم تشغيلي. تقع هذه المكاتب عادةً بالقرب من أكثر الساحات أو المحطات ازدحامًا ، ويمكن تشبيه خصائصها التشغيلية بأبراج مراقبة الحركة الجوية .

يكمن جوهر مفهوم التحكم المركزي في حركة القطارات (CTC) في مفهوم التحكم في حركة القطارات كما يُطبق على خطوط السكك الحديدية في أمريكا الشمالية. لا يمكن للقطارات التي تسير في اتجاهين متعاكسين على نفس المسار أن تتجاوز بعضها البعض دون بنية تحتية خاصة، مثل المسارات الجانبية والمحولات ، التي تسمح لأحد القطارات بالانحراف عن مساره. في البداية، كانت الطريقتان الوحيدتان لتنظيم هذه التفاعلات هما التنسيق المسبق أو توفير قناة اتصال بين الجهة المسؤولة عن حركة القطارات (المُشغّل) والقطارات نفسها. وقد قامت شركات السكك الحديدية الأمريكية بإضفاء الطابع الرسمي على هاتين الآليتين للتحكم من خلال مجموعة من الإجراءات تُسمى " عملية أوامر القطارات" ، والتي أصبحت لاحقًا مؤتمتة جزئيًا باستخدام إشارات الكتل الآلية (ABS).

كانت نقطة البداية لكل نظام هي جدول مواعيد السكك الحديدية الذي يشكل خطة التوجيه المتقدمة لحركة القطارات. تعرف القطارات التي تتبع الجدول متى تسلك المسارات الجانبية، ومتى تغير مساراتها، وأي مسار تسلكه عند التقاطعات. مع ذلك، إذا لم تسر حركة القطارات كما هو مخطط لها، فإن الجدول لن يعكس الواقع، وقد تؤدي محاولة اتباع الجدول المطبوع إلى أخطاء في التوجيه أو حتى حوادث. كان هذا شائعًا بشكل خاص على الخطوط أحادية المسار التي تشكل غالبية أميال خطوط السكك الحديدية في أمريكا الشمالية. قد تؤدي "اللقاءات" المحددة مسبقًا إلى تأخيرات كبيرة إذا لم يحضر أي من القطارين، أو ما هو أسوأ، قد يتعرض قطار "إضافي" غير مدرج في الجدول لاصطدام مباشر مع قطار آخر لم يكن يتوقعه.

لذا، استُكملت عملية تشغيل الجداول الزمنية بأوامر القطارات، التي حلت محل التعليمات الواردة في الجدول. منذ خمسينيات القرن التاسع عشر وحتى منتصف القرن العشرين، كانت أوامر القطارات تُرسل عبر التلغراف بلغة مورس من قِبل مُشغّل المحطة إلى المحطة المحلية ، حيث تُدوّن الأوامر على نماذج موحدة وتُسلّم نسخة منها إلى طاقم القطار عند مروره بتلك المحطة، لتوجيههم لاتخاذ إجراءات معينة في نقاط مختلفة أمامهم: على سبيل المثال، الانعطاف إلى خط جانبي لمقابلة قطار آخر، أو الانتظار في موقع محدد لتلقي تعليمات إضافية، أو التأخر عن الموعد المحدد، أو غيرها من الإجراءات. مع تطور نظام التحكم المباشر في حركة المرور عبر الراديو أو الهاتف بين مُشغّلي المحطة وطواقم القطارات، أصبحت أوامر التلغراف بالية إلى حد كبير غير مستخدمة بحلول سبعينيات القرن العشرين.

حيثما اقتضت كثافة حركة المرور ذلك، يمكن توفير مسارات متعددة، لكل منها تدفق مروري محدد بجدول زمني، مما يلغي الحاجة إلى التقاءات المتكررة على مسار واحد. لا تزال القطارات التي تسير عكس هذا التدفق المروري بحاجة إلى أوامر، بينما لا تحتاج القطارات الأخرى إلى ذلك. وقد تم تعزيز أتمتة هذا النظام باستخدام نظام الإشارات الآلية وأبراج التعشيق، مما يسمح بتحديد المسارات المتضاربة عند التقاطعات بكفاءة وأمان، ويحافظ على فصل القطارات المتتابعة بأمان. مع ذلك، فإن أي مسار يدعم القطارات التي تسير في كلا الاتجاهين، حتى في ظل نظام الإشارات الآلية، يتطلب حماية إضافية لتجنب اقتراب قطارين من بعضهما البعض على نفس الجزء من المسار. لا يمثل هذا السيناريو خطرًا على السلامة فحسب، بل يتطلب أيضًا من أحد القطارات تغيير اتجاهه إلى أقرب نقطة مرور .

قبل ظهور نظام التحكم المركزي في حركة القطارات (CTC)، كانت هناك عدة حلول لهذه المشكلة لا تتطلب إنشاء مسارات متعددة أحادية الاتجاه. استخدمت العديد من خطوط السكك الحديدية الغربية نظامًا آليًا يُسمى " الحجب المطلق المسموح به" (APB)، حيث يؤدي دخول القطارات إلى جزء من مسار أحادي الاتجاه إلى خفض جميع الإشارات المعاكسة بين تلك النقطة ونقطة المرور التالية إلى وضع "التوقف"، مما يمنع القطارات القادمة من الاتجاه المعاكس من الدخول. في المناطق ذات الكثافة المرورية العالية، كان يتم أحيانًا إنشاء نظام تشغيل ثنائي الاتجاه بين أبراج التحكم المأهولة . يحتوي كل قسم من المسار ثنائي الاتجاه على ذراع تحكم مروري لتحديد اتجاه حركة المرور على ذلك المسار. غالبًا ما كان يتعين على كلا البرجين ضبط أذرع التحكم المروري بنفس الطريقة قبل تحديد اتجاه السير. تُعرض إشارات الحجب في اتجاه السير وفقًا لحالة المسار، بينما تُضبط الإشارات المعاكسة لحركة المرور دائمًا على أقصى درجات التقييد. علاوة على ذلك، لا يمكن توجيه أي قطار إلى قسم من المسار عكس اتجاه حركة المرور، ولا يمكن تغيير أذرع التحكم المروري إلا بعد إخلاء قسم المسار من القطارات. سيظل كل من نظام التحكم الآلي في حركة المرور والتحكم اليدوي يتطلبان أوامر القطارات في بعض الحالات، وكلاهما يتطلبان مفاضلات بين المشغلين البشريين ودقة التحكم في التوجيه.

طوّرت شركة جنرال ريلواي سيجنال الحل الأمثل لنظام أوامر القطارات المكلف وغير الدقيق، وذلك من خلال تقنية "التحكم المركزي في حركة المرور" المسجلة كعلامة تجارية. تم تركيب أول نظام منها عام ١٩٢٧ على امتداد ٤٠ ميلاً من خط سكة حديد نيويورك المركزي بين ستانلي وتوليدو وبيرويك في ولاية أوهايو ، حيث وُضع جهاز التحكم المركزي في فوستوريا، أوهايو . ^{[ ١ ]} صُمم نظام التحكم المركزي لتمكين مُشغّل القطارات من التحكم في حركة القطارات مباشرةً، متجاوزًا بذلك المشغلين المحليين وملغيًا أوامر القطارات المكتوبة. بدلاً من ذلك، أصبح بإمكان مُشغّل القطارات رؤية مواقع القطارات مباشرةً والتحكم في حركتها بكفاءة من خلال عرض الإشارات والتحكم في المحولات. كما صُمم النظام لتعزيز السلامة من خلال إبلاغ المشغل البشري بأي حالة إشغال للمسار ( انظر دائرة المسار ) ومنع القطارات تلقائيًا من دخول المسار عكس اتجاه حركة المرور.

ما يميز أجهزة التحكم المركزي في حركة المرور (CTC) عن أجهزة التعشيق التقليدية وأنظمة منع انغلاق المكابح (ABS) هو أن مكونات التعشيق الأساسية موجودة في موقع بعيد، بينما يقتصر دور جهاز CTC على عرض حالة المسار وإرسال الأوامر إلى المواقع البعيدة. يتطلب تنفيذ أمر عرض إشارة من نظام التعشيق البعيد ضبط تدفق حركة المرور والتحقق من خلو المسار من العوائق. في حال تعذر تنفيذ الأمر بسبب منطق التعشيق، لا يتغير العرض على جهاز CTC. يوفر هذا النظام نفس مستوى المرونة الذي كان يتمتع به نظام التحكم اليدوي في حركة المرور سابقًا، ولكن دون التكلفة والتعقيد المرتبطين بتوفير مشغل في نهاية كل جزء من المسار. وينطبق هذا بشكل خاص على الخطوط قليلة الاستخدام التي لا يمكنها تبرير هذا القدر الكبير من التكاليف الإضافية .

في البداية، كانت الاتصالات تتم عبر أسلاك مخصصة أو أزواج من الأسلاك ، ولكن لاحقًا استُبدلت بأنظمة رموز النبض التي تستخدم وصلة اتصالات مشتركة واحدة وتقنية اتصالات تعتمد على المرحلات، على غرار تلك المستخدمة في مفاتيح التبديل المتقاطعة . كذلك، فبدلًا من عرض معلومات عن القطارات التي تقترب من نقاط التعشيق وتمر بها فقط ، عرض جهاز التحكم المركزي في حركة القطارات (CTC) حالة كل قسم بين نقاط التعشيق، حيث كانت هذه الأقسام تُعتبر سابقًا " منطقة مجهولة " (أي ذات حالة غير معروفة) بالنسبة للمُشغِّل. يُتيح نظام CTC إمكانية ضبط تدفق حركة المرور على أقسام متعددة من السكة بواسطة شخص واحد من موقع واحد، بالإضافة إلى التحكم في المفاتيح والإشارات عند نقاط التعشيق، والتي أصبحت تُعرف أيضًا بنقاط التحكم . ^{[ 2 ]}

بدأت أجهزة التحكم المركزي في حركة القطارات (CTC) كوحدات تحكم صغيرة في أبراج المراقبة القائمة، تُشغّل عددًا محدودًا من نقاط التعشيق القريبة، ثم توسعت لتشمل مناطق أوسع، مما سمح بإغلاق الأبراج الأقل ازدحامًا. ومع مرور الوقت، نُقلت هذه الأجهزة مباشرةً إلى مكاتب المُشغّلين، مما ألغى الحاجة إلى تواصلهم أولًا مع مُشغّلي الإشارات . وفي أواخر القرن العشرين، استُبدلت أنظمة التحكم والعرض الكهروميكانيكية بشاشات عرض تعمل بالحاسوب. ورغم تطوير آليات تحكم مماثلة في الإشارات في دول أخرى، فإن ما يُميّز نظام CTC هو نموذج حركة القطارات المستقلة بين نقاط ثابتة تحت سيطرة وإشراف سلطة مركزية.

الإشارات والنقاط الخاضعة للتحكم

يستخدم نظام التحكم المركزي في حركة القطارات (CTC) إشارات السكك الحديدية لنقل تعليمات المُشغّل إلى القطارات. وتتخذ هذه التعليمات شكل قرارات توجيهية عند نقاط مُتحكّم بها، تُصرّح للقطار بالمرور أو التوقف. ويُحدّد منطق الإشارات المحلي الإشارة المناسبة التي يجب عرضها بناءً على حالة إشغال المسار أمام القطار والمسار الذي يجب أن يسلكه، وبالتالي فإنّ المدخلات الوحيدة المطلوبة من نظام CTC هي أمر المرور أو التوقف.

تُصنّف الإشارات في مناطق نظام التحكم المركزي للقطارات إلى نوعين: إشارة مطلقة ، يتحكم بها مُشغّل القطارات مباشرةً وتُساعد في تحديد حدود نقطة التحكم، أو إشارة وسيطة ، تُتحكم بها تلقائيًا وفقًا لحالة المسار في نطاق تلك الإشارة وحالة الإشارة التالية. لا يستطيع مُشغّلو القطارات التحكم المباشر في الإشارات الوسيطة، ولذلك فهي تُستبعد عادةً من شاشة التحكم الخاصة بهم، باستثناء كونها مرجعًا ثابتًا.

معظم نقاط التحكم مزودة بمفاتيح تحكم تعمل بالطاقة الكهربائية ويتم التحكم بها عن بُعد. غالبًا ما تكون هذه المفاتيح ثنائية التحكم ، حيث يمكن التحكم بها عن بُعد بواسطة مُشغّل القطارات أو يدويًا عن طريق تشغيل ذراع أو مضخة على آلية المفتاح نفسها (مع العلم أنه يلزم عادةً الحصول على إذن من مُشغّل القطارات للقيام بذلك). قد تؤدي هذه المفاتيح إلى مسار جانبي للتجاوز ، أو قد تكون على شكل تقاطع يسمح بالانتقال إلى مسار مجاور، أو "مفترق طرق" يوجه القطار إلى مسار بديل.

على الرغم من أن بعض خطوط السكك الحديدية لا تزال تعتمد على شاشات إلكترونية قديمة وبسيطة وأجهزة تحكم يدوية، إلا أن المشغلين في التطبيقات الحديثة يعتمدون على أنظمة محوسبة مشابهة لأنظمة التحكم الإشرافي وجمع البيانات ( SCADA ) لعرض مواقع القطارات وحالة الإشارات. عادةً، تمنع هذه الأنظمة المشغل من منح قطارين صلاحيات متضاربة دون الحاجة إلى فشل الأمر أولاً عند نقطة التعشيق البعيدة. تعرض أنظمة الحاسوب الحديثة نموذجًا مبسطًا للغاية للمسار، يوضح مواقع الإشارات والمسارات الجانبية. يُعرض إشغال المسار بخطوط عريضة أو ملونة فوق شاشة المسار، بالإضافة إلى علامات لتحديد القطار (عادةً رقم القاطرة الأمامية). تُعرض الإشارات التي يمكن للمشغل التحكم بها إما كإشارة توقف (عادةً باللون الأحمر) أو "معروضة" (عادةً باللون الأخضر). الإشارة المعروضة هي التي لا تُظهر إشارة توقف، ولا يتم إبلاغ المشغل بالحالة التي يراها الطاقم.

• نظام التحكم المتقدم بالقطارات (ATCS)
• نظام التحكم الإيجابي في القطارات