سيستم هاي هوشمند حمل ونقل ريلي
فصل ١- کليات
۱-۱- مقدمه ........ ۱
۱-۲- اهداف مطالعه ......................... ۴
١-٢-١- ايجاد سفرهاي ايمن ، مطمئن ، کارا، حافظ محيط زيست و روان ....................... ۵
۱-۲-۲- جذب مشتري بيشتر با استفاده از بهبود خدمات و اطلاع رساني به مسافران ............................. ۵
١-٢-۳- ترکيب اطلاعات در خصوص شبکه هاي مختلف حمل ونقل ...................... ۶
۱-۲-۴- افزايش خدمات مؤثر از طريق استفاده بيشتر و بهتر از کريدورهاي مشترک  ۶
۱-۲-۵- افزايش و بهبود سفرهاي پيوسته از طريق اطلاع رساني به مشتريان .............. ۶
۱-۲-۶- کاهش آلودگي هاي زيست محيطي ................................ ۷
۱-۳- محدوديت ها و فرضيات مطالعاتي ............ ۹
۱-۴- متدولوژي و ساختار پژوهش . ۱۰ فصل ۲- بررسي ضرورت بکارگيري سيستم هاي هوشمند در حمل ونقل ريلي
۲-۱- بهبود ايمني و بازدهي سيستم حمل ونقل ... ۱۵
۲-۲- بازار سيستم هاي هوشمند حمل ونقل ......... ۱۵
۲-۳- جلوگيري از تکرار سرمايه گذاري هاي آتي  ۱۶
۲-۴- مقتضيات فراملي بودن حمل ونقل ............. ۱۶
۲-۵- ساير موارد. ۱۷ فصل ۳- معرفي و طبقه بندي سيستم هاي حمل ونقل ريلي و ريلي - جاده اي
۳-۱- سيستم هاي حفاظت از قطار.... ۲۰
۳-۱-۱- سيستم اخطار خودکار (AWS) .... ۲۱
۳-۱-۲- سيستم تذکر به راننده (DRA) ...... ۲۱
۳-۱-۳- حفاظت اتوماتيک قطار (ATP)..... ۲۱
۳-۱-۴- حفاظت قطار و سيستم هشدار دهنده (TPWS).......... ۲۲
عنوان      صفحه
۳-۱-۵- کنترل اتوماتيک قطار (ATO) ....... ۲۴
۳-۱-۶- سيگنالينگ از کابين راننده ................ ۲۴
۳-۲- تشخيص اتوماتيک عيوب واگنها.............. ۲۵
۳-۳- راهبند هوشمند....................... ۳۰
۳-۴- سيستم تشخيص اتوماتيک خروج از خط و انفصال قطار... ۳۴
۳-۵- سيستم اعلان خطر خودکار به اکيپهاي نگهداري خط ............. ۳۷
۳-۶- سيستم شناسايي خودکار وسايل نقليه ......... ۴۰
۳-۶-۱- سيستم هاي مبتني بر امواج نوري ..... ۴۱
۳-۶-۲- مبتني بر امواج راديويي (RFID L.H) ...................... ۴۲
۳-۶-۳- استفاده از امواج دريايي در فرکانس بالا........................ ۴۲
۳-۷- سيستم هاي کنترلي نوين ......... ۴۴

۱-۱- مقدمه
در مواجهه با روند افزايش سريع تقاضا براي سرعت و چگالي (ظرفيت ) بالا در حمل ونقل ريلي، صنعت حمل ونقل ريلي ناچار است به سمت هوشمند سازي سيستم هاي ريلي گام بردارد. زيرا در طول دهه هاي اخير با توسعه و گسترش زيرساخت هاي ريلي و مراحل پايه اي بکارگيري انفورماتيک، حداکثر بهره برداري ممکن با استفاده از روشهاي سنتي حاصل شده است. در کشورهاي توسعه يافته، فرآيند اطلاع رساني و نظارت در حمل ونقل ريلي به طور کامل پايان يافته است. بر اين اساس، فرآيند هوشمندسازي در حال حاضر با هدف افزايش سرعت و کارايي بالا روبه پيشرفت است. تبديل حمل ونقل ريلي به سيستم حمل ونقل هوشمند ريلي از طريق هوشمندسازي صنايع ريلي، استراتژي زيربنايي و اصلي با هدف بهبود رقابت پذيري حمل ونقل ريلي با ساير گونه هاي عمومي حمل ونقل در قرن بيست و يکم انجام خواهد گرفت. يافته هاي فراوان و پيشرفت سريع تکنولوژيهاي نوين نظير سيستم هاي هوشمند، ارتباطات و نرم افزارها يا سخت افزارهاي محاسباتي در زمينه هاي مربوطه و توسعه تکنولوژيکي صنايع راه آهن، اين امکان را فراهم آورده که توسعه حمل ونقل ريلي با سرعت بالاتر و عملکرد بهتر، احتياجات جامعه را براي " حمل ونقل ريلي نوين و مدرن " برآورده سازد.
موقعيت فعلي حمل ونقل ريلي در جهان، به ويژه در اروپا، با نوعي ناسازگاري و تناقض همراه است. با وجود آنکه کل تقاضاي حمل ونقل به طور پيوسته رو به رشد است، آمار حمل ونقل ريلي به طور کلي کاهش يافته است، در حالي که سيستم هاي ريلي نسبت به حمل ونقل هوايي و جاده اي آلودگي کمتري را جهت پاسخگويي به حجم معيني از تقاضا در حمل ونقل ايجاد مي‌کنند. در ميان دلايل کاهش تقاضاي حمل ونقل ريلي هزينه بالاي آن مطرح مي‌باشد، که بخشي از آن به علت آن است که همه عوامل هزينه ساز در ساير گونه هاي حمل ونقلي به درستي مورد محاسبه قرار نمي گيرند. هر چند لازم است به اين نکته اشاره شود که طي ۵٠ سال گذشته، استفاده از راه حل ها و روش هاي تکنيکي سنتي و قديمي به رغم هزينه هاي رو به رشد آنها در راه آهن رواج داشته است. اين در حالي است که وارد شدن و گسترش تکنولوژيهاي جديد که ارزانتر نيز مي‌باشند، امکان تقليل هزينه هاي عملياتي را ميسر مي‌سازد.
اين موضوع به ويژه براي خطوط ترافيکي با چگالي و تراکم ترافيکي پائين مطرح مي‌باشد که خيلي از آنها به علت هزينه عملياتي بالا بسته شده و مورد استفاده قرار نمي گيرند. ظرف ٢٠ سال گذشته، راه آهن موفق شده که به طور قابل ملاحظه اي اين روند کاهشي را برعکس کرده و به روش ها و تکنيکهاي سريعتر اولويت ببخشد. راه آهن ها هم اکنون بايد اين تحول و تغيير را گسترش داده و به داخل شدن تکنولوژي هاي جديد روي خوش نشان دهند، تا از اين طريق گامي ديگر نيز به جلو برداشته شده و از روند کاهشي تقاضاي حمل ونقل ريلي جلوگيري شود.
اما سؤالي که به طور قطع در ذهن مطرح مي‌شود آن است که هوشمندسازي سيستم هاي حمل ونقل به چه معناست. از آنجا که مباحث مربوط به حمل ونقل هوشمند بحث جديدي در ميان کشورها است، تاکنون تعاريف مختلفي از آن ارائه شده است. تعاريف بسيار ساده اي نظير "سيستم هاي حمل ونقل هوشمند عبارتست از بکارگيري تکنولوژيهاي شبکه و اطلاع رساني جهت ارتباط با مردم " يا "سيستم هاي حمل ونقل هوشمند به معناي شناسايي فرصتها و بهره برداري از آنها مي‌باشد" از اين جمله اند. اما شايد بتوان تعريف زير را به عنوان جامع ترين تعريف سيستم هاي حمل ونقل هوشمند ارائه نمود. سيستم هاي حمل ونقل هوشمند (ITS)  به کاربرد ترکيبي پردازش اطلاعات، ارتباطات و تکنولوژي هاي حساس به ساختار حمل ونقل و عملکرد آن به منظور دستيابي به حمل ونقل روان، کارا و ايمن اطلاق مي‌ شود.
اين سيستم ها بين رانندگان، وسايل نقليه و زيرساخت هاي حمل ونقل (جاده، ريل...) ارتباطي پويا ايجاد کرده تا به تبادل اطلاعات با هم پرداخته و در نتيجه به استراتژي هاي مديريتي بهتر و استفاده کاراتر از منابع در دسترس منجر شود. اين هماهنگي در برقراري ارتباط بين گونه هاي مختلف حمل ونقل و مراکز کنترل و استفاده کنندگان عمومي بهتر نمود مي‌يابد که نمونه اي از آن در شکل ١-١ آورده شده است.
با توجه به تعريف ارائه شده هدف از هوشمندسازي حمل ونقل ريلي، افزايش بهره وري و بازدهي ساختار و تجهيزات موجود و دستيابي به اهداف آينده با پذيرش مسؤوليت بيشتر مي‌باشد. طرح حمل ونقل هوشمند يک تعريف مشخص و پشتيباني مطمئن را جهت توسعه کاربرد و هماهنگي تکنولوژيهاي ITS، با هدف تبديل سيستم هاي حمل ونقل چند وسيله اي به نوع ايمن، کارا، پايدار و هماهنگ ارائه مي‌دهد.
 
شکل ١-١- کاربردهاي سيستم هاي حمل ونقل هوشمند در گونه هاي مختلف حمل ونقل [ ٢٥ ]
اکثر تازه ها و ابداعات ITS شامل ترکيب محصولات فن آوري است که بر روي هر يک به طور جداگانه تحقيقات فراواني صورت گرفته است. مؤلفه هاي تکنولوژيکي ITS نظير : کامپيوترها، تکنولوژي هاي ارتباطي مثل کابل هاي فيبرنوري، پروتکل هاي ارتباطي بي سيم (ارتباطات کوتاه مدت ) و سنسورها (مثل ميکروويو) همگي توسعه يافته و براي استفاده در مقاصد ديگر نيز کامل شده اند. در نتيجه، اکثر تحقيقات ITS در جهت ايجاد تمرکز بر روي يک سيستم جديد يا کاربرد توأم و ايجاد محصولات مرکب مي‌باشد تا به طور کارا با هم ارتباط برقرار کنند و به خوبي به عنوان يک سيستم واحد در کنار هم مورد استفاده قرار گيرند.
امروزه براي بکارگيري سيستم هاي حمل ونقل هوشمند در زمينه هاي مختلف از قبيل : حمل ونقل شهري، ايمني، امنيت و ايجاد امکانات و تسهيلات تجاري، موضوعات زيست محيطي و بسترسازي انجام ابداعات و نوآوري، سرمايه گذاريهاي کلاني صورت گرفته است.
١-٢- اهداف مطالعه
صنعت حمل ونقل در واقع به عنوان يکي از عناصر اصلي در توسعه اقتصادي هر کشور از مهمترين زيرساخت هاي هر جامعه مي‌باشد. در مورد کشور ايران با توجه به موقعيت جغرافيايي آن که در منطقه اي واقع شده است که پتانسيل بسيار مناسبي در زمينه حمل ونقل ترانزيت در آن وجود دارد، توجه به مسأله حمل ونقل بيش از پيش بايد مورد توجه قرار گيرد. متأسفانه در ايران به دلايل مختلف از جمله نياز به حجم بالاي سرمايه گذاري و عدم توجه به توسعه راه آهن به عنوان يکي از اصلي ترين گونه هاي حمل ونقل، حمل ونقل ريلي به صورت مناسب چه در بخش شهري و چه در بخش بين شهري مورد توجه قرار نگرفته است. ضمن آنکه به دليل بالا بودن هزينه هاي اوليه راه اندازي سيستم هاي ريلي و عدم توجه به مزاياي بهره برداري از اين سيستم ها، حمل ونقل ريلي در بسياري از موارد غيراقتصادي معرفي شده و در اين خصوص برنامه ريزي مناسبي در کشور انجام نشده است.
اين در حالي است که با پيشرفت تقاضا در خصوص افزايش سرعت و حجم بالاي جابجايي در حمل ونقل، از مدت ها قبل کشورهاي مختلف را به فکر واداشته تا با ايجاد زيرساخت ها و تجهيزات مناسب، حجم جابجايي ها تا ميزان قابل توجهي افزايش يابد.
واقعيت آن است که علي رغم افزايش زيرساخت ها در حمل ونقل، رشد تقاضا متناسب با آن پيش نرفته و در بسياري از موارد زيرساخت هاي موجود جوابگوي نياز حمل ونقل نبوده يا اينکه در برخي از موارد نگهداري و حفظ برخي از زيرساخت ها و مسيرهاي موجود با در نظر گرفتن ميزان تقاضا در آن مسير از نظر اقتصادي به هيچ عنوان مقرون به صرفه نمي باشد. به همين دليل در دهه هاي اخير بکارگيري تکنولوژي به منظور افزايش بهره وري مد نظر مديران قرار گرفته است. در کشورهاي توسعه يافته بااستفاده از فن آوري روز در طي دهه هاي اخير توانسته اند ضمن ارتقاي سطح ايمني و کارايي سيستم هاي حمل ونقل ريلي، ظرفيت بهره وري از زيرساخت هاي موجود را به ميزان قابل توجهي افزايش دهند. امروزه اين کشورها سعي دارند تا با هماهنگ ساختن و يکپارچگي اين سيستم ها حداکثر بهره برداري از زيرساخت ها را نموده و هزينه هاي مربوط به حمل ونقل ريلي را به حداقل ميزان ممکن کاهش دهند. مهمترين اهداف مورد نظر در خصوص هوشمندسازي حمل ونقل ريلي عبارتند از:
١-٢-١- ايجاد سفرهاي ايمن، مطمئن، کارا، حافظ محيط زيست و روان
علي رغم سرمايه گذارهاي کلان و ايجاد زيرساخت هاي جديد، تجربه نشان داده است که روش هاي سنتي در بسياري از موارد پاسخگوي تمامي مسايل و مشکلات حمل و نقل نبوده است. مشکلاتي از قبيل : تراکم، حوادث (تصادفات )، آلودگي هاي زيست محيطي و... همواره رو به افزايش است. از طرف ديگر برنامه هاي دولت در خصوص توسعه اقتصادي، ضرورت وجود حملي و نقلي منظم، کارا، ايمن و سريع را بيش از پيش اجتناب ناپذير مي‌سازد. بايد توجه داشت که نمي توان به نقش بخش حمل ونقل در مجموعه فعاليتهاي اقتصادي کشور توجه داشت، ولي براي نظم بخشيدن و ساماندهي عبور و مرور بهاي کمي پرداخت. واقعيت هاي موجود در تحليل وضعيت حمل ونقل کشور نشان مي‌دهد که مشکلات و ناهنجاري ها موجود در سيستم حمل ونقل آنقدرعميق است که رفع آنها و دستيابي به حمل ونقلي ايمن و سريع نيازمند مطالعات گسترده و صرف هزينه زيادي مي‌باشد، که با توجه به واقعيتهاي امروز جامعه، به طور قطع کنترل عوامل مؤثر در اين نابساماني ها با استفاده از روشهاي سنتي ميسر نخواهد بود. بررسي وضعيت حمل ونقل جاده اي نشان دهنده اين واقعيت است که تلاش ها و اقدامات انجام شده از طرف مسؤولين و دست اندرکاران حمل ونقل کشور، سرعت کمي در داشته و نتايج مورد انتظار به دست نيامده است. واقعيت هاي موجود در اين بررسي ها مشخص کرده است که روشهاي اجرايي موجود در مديريت، بهره برداري، نگهداري، نظارت و ساير عوامل مرتبط با حمل ونقل ريلي بايد مورد بازنگري جدي قرار گيرد، بطوريکه شيوه هاي موجود در بسياري موارد بازدهي لازم را ندارد.  مطالعات کشورهاي توسعه يافته نشان داده است، استفاده از تکنولوژي هاي جديد در ساماندهي وضعيت حمل ونقل، افزايش سطح ايمني، کاهش حوادث، افزايش بهره وري خطوط، کاهش آلودگي هاي زيست محيطي، بهبود مديريت ناوگان و... نقش بسيار موثري دارد[٢۶]. بنابراين از موضوعات مورد نظر در بکارگيري سيستم هاي هوشمند حمل ونقل مي‌توان به غلبه بر مشکلات اساسي حمل ونقل از قبيل تصادفات، آلودگي هاي زيست محيطي، تراکم و... اشاره نمود.
۱-۲-۲- جذب مشتري بيشتر با استفاده از بهبود خدمات و اطلاع رساني به مسافران
يکي از مهمترين موضوعاتي که اغلب در خصوص حمل ونقل ريلي به آن اشاره مي‌شود، غيراقتصادي بودن اين سيستم مي‌باشد. متأسفانه در برخي از موارد بدون توجه به همه جوانب و مزاياي بکارگيري سيستم حمل ونقل ريلي، اين روش حمل ونقل روشي گران و غيراقتصادي معرفي مي‌شود. اين در حالي است که مي‌توان با استفاده از سيستم هاي هوشمند در حمل ونقل ريلي علاوه بر افزايش بهره وري، با استفاده از سيستم هاي مديريت تعيين مسير و سيستم هاي اطلاع رساني مناسب، نقش بخش حمل ونقل ريلي را در ميزان جابجايي مسافر و بار افزايش داد و با توجه به ضريب بالاي ايمني تردد در اين روش حمل ونقل، بسياري از معضلات موجود در ساير بخش هاي حمل ونقل را نيز مرتفع نمود. از جمله خدمات قابل ارائه در اين خصوص مي‌توان به مواردي نظير: اطلاع رساني به مسافرين در مورد ساعات دقيق ورود و خروج به و از مبادي و مقاصد مورد نظر، سيستم راهنماي تعيين مسير، سيستم هاي ارتباطي مناسب در طول سفر و... اشاره نمود.
١-٢-۳- ترکيب اطلاعات در خصوص شبکه هاي مختلف حمل ونقل
يکي از مهمترين مواردي که در جذب سفر در سيستم هاي ريلي تأثيرگذار خواهد بود، تنظيم برنامه زمان بندي ورود و خروج قطارها با ساير روش هاي حمل ونقل و ترکيب اطلاعات مربوطه براي کاربران حمل ونقل ريلي مي‌باشد. در اين حالت کاربران حمل ونقل ريلي قادر خواهند بود علاوه بر تعيين مسير مربوطه، ميزان زمان توقف خود در ايستگاههاي مياني را تعيين يا در ايستگاههاي مورد نظر قادر به تغيير روش جابجايي از ريلي به اتوبوسراني، تاکسيراني و... باشند. اين روش باعث افزايش ميزان جذابيت حمل ونقل ريلي به دليل امکان کمتر در ايجاد تأخير نسبت به حمل ونقل جاده اي خواهد شد.