يوروباليز

اليوروباليز نوعٌ خاص من أجهزة تحديد المواقع ( الباليس ) يُركّب بين قضبان السكك الحديدية. تُعدّ اليوروباليز جزءًا من نظام التحكم الأوروبي بالقطارات (ETCS) . تُبرمج هذه الأجهزة مسبقًا وتحتوي على معلومات تقرأها هوائيات القطار. ومن وظائفها العديدة تمكين القطار من تحديد موقعه.

لا يحتاج جهاز الباليز عادةً إلى مصدر طاقة خارجي. يتم الربط بين الباليز والهوائي المثبت على المركبة عن طريق الحث المغناطيسي، ^{[ 1 ]} على غرار المحول - مع أنه يعمل بترددات نموذجية للراديو ، إلا أنه ليس نظام راديو. استجابةً لـ"التزويد بالطاقة عن بُعد" بواسطة  مجال مغناطيسي مُعدَّل بتردد 27 ميجاهرتز، يُرسله وحدة إرسال الباليز (BTM وهوائيها المرتبط) المثبتة أسفل قطار عابر، يُرسل الباليز المعلومات إلى القطار ( الوصلة الصاعدة ) بواسطة مجال مغناطيسي مُعدَّل بتردد 4.234  ميجاهرتز بتقنية FSK . تم حذف الأحكام الأصلية الخاصة باستقبال أجهزة الباليز الأوروبية للمعلومات من القطار ( الوصلة الهابطة ) من المواصفات. معدل الإرسال كافٍ لإرسال ثلاث نسخ على الأقل من "البرقية" ليتم استقبالها بواسطة قطار عابر بأي سرعة تصل إلى 500  كم/ساعة. يمكن دمج وحدة إرسال الباليز في الهوائي الموجود على متن القطار أو في وحدة إلكترونية منفصلة، ​​وفقًا لتفضيل مُورِّد النظام.

تُوضع علامات التحذير الأوروبية عادةً في أزواج على عارضتين خشبيتين في منتصف السكة. وفي نظام التحكم الأوروبي للسكك الحديدية (ETCS)، تكون المسافة بينها عادةً ثلاثة أمتار. وبفضل ترقيم علامات التحذير، يعرف القطار ما إذا كان يسير في الاتجاه الصحيح (1→2) أو الاتجاه المعاكس (2→1). ولا توجد علامات تحذير منفردة إلا عند ربطها بمجموعة علامات تحذير سابقة أو عندما تقتصر وظيفتها على تحديد الموقع بدقة. وقد يصل عدد علامات التحذير في المجموعة الواحدة إلى ثماني علامات.

تُصنّف أجهزة إرسال الإشارات (الباليز) إلى نوعين: أجهزة إرسال بيانات ثابتة ، تُرسل نفس البيانات إلى جميع القطارات، وأجهزة إرسال بيانات شفافة ، قابلة للتبديل أو التحكم ، تُرسل بيانات متغيرة. (يُرجى ملاحظة أن كلمة " ثابتة" تُشير إلى المعلومات التي تُرسلها الباليز، وليس إلى موقعها الفعلي؛ فجميع أجهزة إرسال الإشارات ثابتة).

بيانات شفافة

تتصل لوحة بيانات شفافة بوحدة إلكترونية جانبية للخط (LEU)، والتي بدورها تنقل بيانات ديناميكية إلى القطار، مثل إشارات المرور وقيود السرعة المؤقتة. وتستفيد لوحات البيانات التي تشكل جزءًا من نظام إشارات ETCS من المستوى الأول ^{[ 2 ]} من هذه الخاصية. وتتكامل الوحدة الإلكترونية الجانبية للخط مع نظام الإشارات التقليدي (الوطني) إما عن طريق الاتصال بإشارة السكة الحديدية الجانبية أو ببرج التحكم بالإشارات .

يستخدم وصلة الإرسال الهابطة تعديل السعة على  تردد 27.095 ميجاهرتز. يُستخدم هذا التردد لتشغيل أجهزة الإرسال والاستقبال السلبية (وهو القناة الوسيطة 11A في راديو CB ).

يستخدم وصل الإرسال تقنية إزاحة التردد بتردد 3.951  ميجاهرتز للقيمة المنطقية '0' و4.516  ميجاهرتز للقيمة المنطقية '1'. معدل نقل البيانات البالغ 564.48  كيلوبت/ثانية كافٍ لإرسال ثلاث نسخ من برقية إلى قطار يمر بسرعة 500  كم/ساعة. ^{[ 3 ]}

تم نقل تردد يورولوب إلى مركز يبلغ 13.54750  ميجاهرتز (نصف تردد طاقة يوروباليز بالضبط). ^{[ 4 ]}

في الإعداد العملي ، يتطلب جهاز BTM طاقة 65 واط لتشغيل أجهزة Eurobalises واستقبال البرقيات، حيث يتم تثبيت جهاز BTM على ارتفاع 21 سنتيمترًا ( 8 + 1/4 بوصة ) فوق أعلى السكة على عربة. ^{[ 5 ]} 

يتكون كل زوج من أجهزة الإرسال والاستقبال عادةً من جهاز إرسال واستقبال قابل للتبديل وآخر ثابت. يرسل جهاز الإرسال والاستقبال "رسالة" إما بحجم 1023 بت (93 × 11) أو 341 بت (31 × 11) باستخدام ترميز القناة مع 11 بت لكل رمز. يتم تقسيم كتلة بيانات المستخدم إلى رموز مستخدم بحجم 10 بت قبل عملية التشفير والتشكيل - ويبلغ حجم حمولة معلومات الإشارة الفعلية 830 بت (83 × 10) للرسالة الطويلة و210 بت (21 × 10) للرسالة القصيرة. تتكون الرسالة النهائية من

• بيانات مُشكّلة (913 بت أو 231 بت) تحتوي على الحمولة (830 أو 210 بت)
• بتات التحكم (Cb، 3 بت)
• بتات التشفير (Sb، 12 بت)
• بتات تشكيل إضافية (Esb، 10 بت)
• المجموع الاختباري (بتات التحقق، 85 بت)

تُبثّ البرقية بشكل دوري أثناء مرور القطار فوق الحاجز. ولتجنب أخطاء الإرسال، تُشفر البيانات (لتجنب أخطاء الإرسال المتتالي)، ثم تُستبدل برمز ذي مسافة هامينغ مختلفة ، ويُضاف مجموع اختباري للتحقق من صحة البيانات. ولأن المجموع الاختباري يُحسب بعد استبدال الرمز، تحتوي البرقية على بتات تشكيل إضافية لضمان ملء بتات المجموع الاختباري بحيث لا تحتوي البرقية إلا على الرموز الصحيحة لرمز القناة المُختار ، حيث يتكون كل رمز من 11 بتًا.

تتكون بيانات الحمولة من رأسية متبوعة بحزم متعددة محددة في بروتوكولات نظام إدارة حركة القطارات الأوروبي (ERTMS) . ومن أمثلة الحزم النموذجية ما يلي:

• الحزمة 5 - الربط
• الحزمة رقم 12 - تصريح الحركة
• الحزمة 21 - ملف تعريف التدرج
• الحزمة 27 - ملف تعريف السرعة الثابتة الدولية
• الحزمة رقم 255 - نهاية المعلومات

تتضمن العديد من التطبيقات حزمًا اختيارية مثل الحزمة 3 - القيم الوطنية ، والحزمة 41 - ترتيب انتقال المستوى ، والحزمة 136 - مرجع موقع التعبئة . ^{[ 6 ]} إذا تم الوصول إلى الحد الأقصى لحجم البرقية وهو 830 بت، فيمكن إرسال المزيد من الحزم في مجموعات باليس التالية من نفس مجموعة الباليس - مع ما يصل إلى 8 باليس في مجموعة باليس، يمكن أن تشمل رسالة ERTMS القصوى لكل مجموعة باليس 8 * 830 = 6640 بت (لاحظ أن كل برقية يجب أن تحتوي على رأس وحزمة التذييل 255). ^{[ 6 ]} ترسل الباليس الثابتة رسالة مستقرة يمكن أن تتضمن عادةً معلومات الربط، وملف تعريف التدرج، وملف تعريف السرعة. وقد تحتوي أيضًا على معلومات المسار مثل بيانات ملاءمة المسار لأنواع القطارات المختلفة وقيود حمولة المحور.

تحتوي جميع أنواع الحزم تقريبًا على مُعامل يُشير إلى ما إذا كانت معلوماتها مُناسبة للاتجاه "الاتجاهي" أو "الاتجاه العكسي" (أو كليهما). إذا رأى القطار الباليز رقم 1 قبل الباليز رقم 2، فإنه يمر فوق المجموعة في الاتجاه "الاتجاهي". ونتيجةً لذلك، قد يتجاهل برنامج التطبيق الخاص بجهاز الاستقبال بعض الحزم إذا لم تكن مُخصصة للاتجاه المُناسب. يحتوي رأس حزمة ERTMS، المُكوّن من 50 بت، على إصدار ETCS، والعدد الحالي والعدد الإجمالي للباليزات ضمن مجموعة باليزات (حتى 8 باليزات)، وعلامة تُشير إلى ما إذا كانت نسخة (حتى 4 نسخ) مما يزيد من فرص رؤية جهاز الاستقبال لرسالة الباليز في المجموعة، ورقم تسلسلي يُشير إلى ما إذا كانت الرسالة قد تغيرت مؤخرًا، ومُعرّف دولة مُكوّن من 10 بتات بالإضافة إلى مُعرّف مجموعة باليزات مُكوّن من 14 بتًا، مما يسمح بمعرفة فريدة لكل مجموعة باليزات. تُحدد معلومات الربط المسافة إلى مجموعة الباليس التالية (حزمة ربط واحدة لكل اتجاه) ورد فعل القطار المطلوب في حال تفويت مجموعة الباليس التالية (مثل إيقاف القطار). تُحدد حزمة تصريح الحركة السرعة القصوى المسموح بها لمسافة قصوى ووقت أقصى محددين - سيؤدي ضبط السرعة القصوى على الصفر إلى إيقاف القطار. قد يكون لملف تعريف الانحدار طول متغير بناءً على أزواج طول المقطع (قيمة عددية ورقم بالنظام المتري) وانحدار المقطع (علامة صعود/هبوط ونسبة  مئوية). وبالمثل، يُعطى ملف تعريف السرعة الثابتة الدولي بعدد متغير من أجزاء المقطع، حيث يُشير كل جزء إلى طول المقطع (رقم بالأمتار - يُعطى المقياس مرة واحدة فقط في بداية الحزمة لجميع المقاطع)، والسرعة القصوى (رقم مضروب في 5  كم/ساعة - الأرقام المسموح بها من 0 إلى 120، أي توجد بعض القيم الاحتياطية)، وعلامة تُشير إلى ما إذا كان تقييد السرعة ينطبق على مقدمة القطار أو مؤخرته (مما قد يسمح بحدوث تأخير). تحتوي حزمة البيانات الأخيرة فقط على معرّف الحزمة الخاص بها بدون أي معلمات، حيث يساوي 255 حالة جميع البتات المُفعّلة في حقل معرّف الحزمة ذي 8 بتات (11111111). ^{[ 6 ]}

شهد تاريخ نظام التحكم الأوروبي للقطارات (ETCS ) تأسيس اتحاد صناعة الإشارات (UNISIG) عام 1998 بهدف تعزيز تطوير النظام. وكان الأعضاء المؤسسون هم: ألستوم ، أنسالدو ، بومباردييه ، إنفنسيس ، سيمنز ، وتاليس . وقد ضمن هذا الاتحاد إمكانية تصنيع أجهزة يوروباليز من قبل عدة شركات مختلفة؛ فمع اختلاف تفاصيلها، إلا أنها تُصنع وفقًا للمعايير نفسها. وينتمي المصنّعون الرئيسيون لأجهزة يوروباليز إلى مجموعة ^{[ 7 ]} تضم سبع شركات ( ألستوم ، أنسالدو إس تي إس ، بومباردييه ، إنفنسيس ، سيمنز ، سيجما -ديجيتك ، وتاليس ) ضمن اتحاد موردي السكك الحديدية (UNIFE ). وقد تعاونت هذه المجموعة في وضع مواصفات أجهزة يوروباليز ^{[ 3 ] [ 8 ]} . وتخضع مواصفات أجهزة يوروباليز لإشراف الوكالة الأوروبية للسكك الحديدية ^{[ 9 ]} .

لا تقتصر استخدامات أجهزة يوروباليز على نظام حماية القطارات ETCS/ERTMS، بل توجد تطبيقات بديلة تستخدم بنية البرقية لترميز أنواع معينة من الحزم وإضافة معلومات محددة. تُستخدم "الحزمة 44" كحزمة بيانات عامة لهذه التطبيقات غير التابعة لنظام ETCS. يمكن لقطارات ETCS فك تشفير البرقيات وترجمتها، تمامًا كأي معلومات إشارات من الفئة B. من الممكن أيضًا أن يرسل جهاز يوروباليز برقيات لأنظمة مختلفة، مما يسمح بمرحلة انتقالية بين الأنظمة المختلفة، كما هو الحال عند التحويل من نظام حماية قطارات وطني إلى نظام ETCS.

تعتمد أنظمة الحماية الآلية التالية للقطارات على نظام يوروباليز:

• نظام التحكم الأوروبي للقطارات (ETCS) – نظام حماية القطارات على مستوى أوروبا
• نظام التحكم بالقطارات الصيني، الإصدارين CTCS-2 و CTCS-3، المستخدمان على خطوط السكك الحديدية عالية السرعة في الصين
• يورو-سيغنوم – نسخة معدلة من نظام حماية القطارات السويسري السابق إنتغرا-سيغنوم
• يورو-زوب – نسخة معدلة من نظام حماية القطارات السويسري السابق زوب 121
• نظام SCMT - نظام حماية القطارات الإيطالي
• TBL 1+ – نظام حماية القطارات المستخدم في بلجيكا
• نظام GNT – نظام التحكم في القطارات المائلة في ألمانيا
• ZBS – نظام جديد للتحكم في النقل السريع لقطارات إس-بان برلين
• ZSI-127 - نظام حماية مُحسّن لسكك الحديد الضيقة في سويسرا، مبني على أساس أجهزة ETCS

تُستخدم أجهزة يوروباليز على خطوط محددة في ألمانيا (GNT) وبريطانيا العظمى (TASS - نظام ترخيص ومراقبة الميل) لنقل تعليمات الميلان عند المنعطفات إلى القطارات المائلة، مع الحفاظ على نظام حماية القطارات التقليدي. استخدم نظام GNT الأصلي ( Geschwindigkeitsüberwachung Neigetechnik ) من شركة سيمنز ملفات اقتران خاصة في عام 1992 (ZUB 122)، ثم تم استبداله بأجهزة يوروباليز في عام 2005 (ZUB 262). أُضيفت أنواع حزم بيانات التلغراف الإضافية الخاصة بالقطارات المائلة إلى سلسلة Baseline 3 من نظام التحكم الأوروبي للقطارات (ETCS).

تُعدّ أجهزة الإنذار الضوئية (balises) في نظام حماية القطارات Ebicab السلف المباشر لأجهزة Eurobalises. طُوّر نظام Ebicab في السويد (والنرويج) بواسطة شركتي LMEricson وSRT. وجاء تطويره عقب حادث تصادم في النرويج عام 1975 (تريتن). بدأت التجارب التشغيلية عام 1979، وفي النرويج، دخل أول خط مجهز بالكامل بالنظام حيز التشغيل عام 1983. أما النسخة الفرنسية من نظام Ebicab فهي نظام KVB، الذي طُوّر بعد حادث تصادم عام 1985، ونُشر في أوائل التسعينيات على الخطوط الفرنسية. مع ذلك، كان اسم أجهزة الإنذار الضوئية "balise" مستخدمًا في نظام Ebicab في أواخر السبعينيات.

في نفس الفترة تقريبًا، طُرحت فكرة تطوير نظام حماية مشترك للقطارات في أوروبا، مما أدى إلى إصدار التوجيه 91/440/EEC في 29 يوليو 1991. ومنذ عام 1993، وُضع الإطار التنظيمي لنشر معايير TSI . وقد أتاح ذلك وضع المسودات الأولى للتكنولوجيا الجديدة، ومنذ عام 1996، تم اختبار عناصرها من قبل ستة مشغلين للسكك الحديدية انضموا إلى مجموعة مستخدمي نظام إدارة حركة القطارات الأوروبي (ERTMS).

استخدمت تقنية Ebicab بالفعل  تردد الموجة الحاملة 27 ميجاهرتز، بالإضافة إلى وضع الإشارات في منتصف المسار. ^{[ 10 ]} مع Ebicab، كانت إرسالية الباليز الواحدة تحتوي على 12 بت فقط، لكنها سمحت بوجود 2 إلى 5 باليزات في مجموعة باليز، مما يوفر من 24 إلى 80 بت من معلومات الإشارة. معظم براءات الاختراع المتعلقة بهذا التشفير مملوكة لشركة GEC Alsthom. ثم تولت شركة ABB ^{[ a ]} مهمة زيادة حجم البرقية من 12 بت في EBICAB 700 إلى 180 بت في EBICAB 900 (بعد تشفير 255 بت) ^{[ 11 ]} كما هو مستخدم في ممر البحر الأبيض المتوسط ​​في إسبانيا. في ذلك الوقت، اعتمدت شركة Ansaldo نوع الباليز للتطور الرقمي لشبكة SCMT الإيطالية ، وأصبحت أيضًا موردًا ثانيًا لهذا النوع من الباليز لخطوط سكك حديدية أخرى. أُطلق على هذه الأنواع من الباليز لاحقًا اسم باليز KER نسبةً إلى استخدامها في KVB وEbicab وRSDD (Ripetizione Segnali Discontinua Digitale). ^{[ 3 ]}

مصدر آخر لهذه التقنية هو عائلة سيمنز ZUB 100، حيث استخدمت ملفات اقتران على جانبي القضبان لتعزيز نظام حماية القطارات الحالي بإشارات إضافية. كانت منارة ZUB 111 الأولى تدعم 21 حالة فقط (باستخدام ترددين من أصل 7). ثم تحولت منارة ZUB 122 اللاحقة إلى استخدام برقية رقمية مُعدَّلة على تردد  حامل 850 كيلوهرتز. ^{[ 10 ]} استُخدمت هذه البرقية لأول مرة في منارة ZUB 121 لسويسرا منذ عام 1992، وفي منارة ZUB 123 للدنمارك منذ عام 1992. تتوافق أنواع البرقيات في هذه الأنظمة مع مواصفات ORE A46 لبرقيات LZB الألمانية (حوالي 83 بت).

نشرت شركة سيمنز تقريرًا يُبيّن مزايا تقنية الباليز في عمليات السكك الحديدية عام 1992، وفي خريف عام 1995، سلّمت نماذج أولية من باليز سيمنز من طراز S21 يوروباليز. ^{[ 12 ]} كما تعاونت شركات ABB وألستوم وأنسالدو في تطوير هذه التقنية، وخضعت باليز S21، إلى جانب نماذج أولية أخرى من يوروباليز، للاختبار من يوليو إلى أكتوبر 1996 في حلبة اختبار السكك الحديدية في فيليم ومختبر اختبار السكك الحديدية النمساوي (مركز أرسنال للأبحاث والاختبارات). ^{[ 13 ]}

تم إدخال مواصفات واجهة الوظائف الملائمة للشكل (FFFIS) الخاصة بنظام Eurobalise إلى مجموعة مواصفات ERMTS تحت مسمى SUBSET-036. ويشير مقدمتها إلى أن هذه المواصفات تستند إلى نتائج اتحاد EUROSIG (الذي يضم شركات ACEC Transport وAdtranz Signal و ^{Alcatel SEL و GE} Alsthom Transport وAnsaldo Trasporti وCSEE Transport وSASIB Railway وSiemens وWestinghouse Signal) والذي حصل على دعم مالي من المفوضية الأوروبية. وقد تأسس اتحاد EUROSIG بعد مشروع Eurobalise/Euroloop الأولي 92/94، والذي أدى إلى مشروع ERTMS/EUROSIG الحالي 95/98، المدعوم بمشروع EMSET الموازي 96/00 (الذي اختبر مواصفات Eurocab). ^{[ 3 ]}

عندما انتهى مشروع EUROSIG، لم يكن نظام التحكم الأوروبي للقطارات (ETCS) جاهزًا للتطبيق العملي. لذا ، شهد عام 1998 تأسيس UNISIG (اتحاد صناعة الإشارات)، الذي ضم شركات ألستوم ، وأنسالدو ، وسيمنز ، وبومباردييه ، ^{وإنفنسيس} ، ^{وتاليس ،} والتي تولت مهمة وضع الصيغة النهائية للمعيار. ^{[ 14 ]} وقد اختُبرت المواصفات الأساسية الأولى من قِبل ست شركات سكك حديدية منذ عام 1999 كجزء من النظام الأوروبي لإدارة حركة السكك الحديدية. ^{[ 15 ]} وحددت شركات السكك الحديدية بعض المتطلبات الموسعة التي أُضيفت إلى نظام ETCS، بما في ذلك أنواع حزم البرقيات لتسليم RBC ومعلومات ملف تعريف المسار، ثم نُشرت مواصفات الفئة 1 الإصدار 2.0.0 لنظام ETCS في أبريل 2000.

• "المجموعة الفرعية 026: مواصفات متطلبات النظام" . وكالة الاتحاد الأوروبي للسكك الحديدية. 15-06-2016.. وصف لأنواع البرقيات / الحزم المختلفة التي يمكن أن ترسلها أجهزة Eurobalises.
• "المجموعة الفرعية 036: مواصفات عربات اليوروباليس" (ملف PDF) . وكالة الاتحاد الأوروبي للسكك الحديدية. 15-06-2016.(1.12 ميجابايت)
• "مجموعة المواصفات رقم 1: خط الأساس 2 لنظام التحكم الأوروبي للقطارات وخط الأساس 1 لنظام GSM-R" . وكالة الاتحاد الأوروبي للسكك الحديدية. 2016-07-01.