KAVACH ( literalmente , " armadura " ) es un sistema de protección automática de trenes (ATP) desarrollado de forma autóctona por Indian Railways a través de Research Designs & Standards Organisation (RDSO) . [1] Inicialmente se conocía con el nombre de sistema de prevención de colisiones de trenes (TCAS). [2] Kavach fue adoptado por el Ministerio de Ferrocarriles como el sistema ATP nacional en julio de 2020. [3]
El desarrollo de Kavach comenzó en el año 2011 como un proyecto de código abierto . En 2014, comenzaron las pruebas de campo. Los primeros experimentos de prueba de campo en trenes de pasajeros se realizaron en febrero de 2016. Posteriormente, Kavach recibió la certificación de nivel de integridad de seguridad (SIL-4) en el año 2019. [2] Se está promocionando como uno de los sistemas ATP más rentables disponibles en todo el mundo. [4]
El presupuesto de la Unión de la India para el año fiscal 2022-23 asignó fondos para la rápida implementación de Kavach en 2.000 km de vías, además de sancionar su implementación a lo largo de 34.000 km de vías de la ruta ferroviaria Golden Quadrilateral , que se implementará entre 2027 y 2028. [5]
Kavach incorpora varias características clave del Sistema Europeo de Control de Trenes (ETCS), así como del Dispositivo Anticolisión (ACD) indio; sin embargo, es considerablemente más rentable en comparación con el ETCS. [2] Además, a diferencia del ETCS, Kavach no está diseñado para funcionar como un reemplazo de las señales tradicionales en la vía . Mientras que el ETCS requiere una infraestructura centralizada en la vía, Kavach está distribuido, lo que permite implementaciones fragmentadas. Kavach tampoco está diseñado para tener interoperabilidad con los sistemas de otros países, a diferencia de los rigurosos requisitos de interoperabilidad transfronteriza del ETCS. [6]
Para utilizar Kavach, cada tren debe estar construido con aparatos compatibles o someterse a una modernización de dichos aparatos. El sistema consta de unos pocos elementos básicos, de los cuales se instalan una infraestructura de radio UHF/GSM y de ordenadores (que consta de módems de radio y antenas), tanto en las estaciones como a bordo de las locomotoras; el resto son las etiquetas de identificación por radiofrecuencia (RFID), que se colocan entre los raíles de rodadura; y a bordo de las locomotoras hay lectores RFID para leer las etiquetas RFID colocadas en las vías junto con una unidad de interfaz de freno (BIU) para proporcionar a Kavach, la interfaz para controlar el sistema de frenado de la locomotora. [6]
Kavach utiliza muchos datos para determinar la ubicación y la dirección del tren. Los datos de tiempo se confirman mediante un enlace satelital GPS, mientras que la ubicación y la dirección se miden mediante un odómetro que se reinicia automáticamente cada vez que el tren pasa sobre una etiqueta RFID. Los pilotos de locomotora reciben información a través de una pantalla DMI; hay un registrador de eventos para mantener un registro de todas las interacciones. Los datos específicos intercambiados incluyen velocidad, dirección, ubicación e identificadores (individuales para el tren y las vías). Algunas de las etiquetas RFID instaladas en las vías se utilizan para fines adicionales, como comunicar una señal próxima, un paso a nivel o la entrada y salida del tren de un área cubierta por Kavach. [6]
Toda la mensajería entre los trenes y la infraestructura de la vía se gestiona mediante comunicación por radio . Las torres de radio utilizadas por Kavach para la comunicación están instaladas a lo largo de las vías, alineadas con el equipo de señalización de la vía y las estaciones ferroviarias, y se despliegan a intervalos regulares de 1 a 5 km, dependiendo del terreno general. [2] [7] Kavach se comunica con las estaciones de control de señalización pertinentes, estando interconectado con los sistemas de enclavamiento electrónico (EI) y de enclavamiento de retransmisión de ruta (RRI) , funcionando tanto en secciones de señalización de bloqueo absoluto como automático para recuperar información sobre aspectos de la señal, velocidades permitidas, autoridad de movimiento y cualquier restricción; estos criterios se verifican de forma continua y automática con los criterios informados de cada tren y se presentan al piloto de locomotora en la pantalla DMI. El enlace de radio GSM-R también se utiliza para enviar datos al sistema de monitoreo de red (NMS) para registrar todos los movimientos de trenes, entradas y mensajes de falla; cuando corresponde, se contacta automáticamente a los equipos de falla para abordar los problemas que surgen en tiempo real. [6]
La implementación inicial del sistema aprovecha las frecuencias de radio de ultra alta frecuencia (UHF), mientras que la versión basada en LTE-R de Kavach (versión 4.0) pronto se lanzará. [2] [8] [9] Además, se está trabajando para integrar Kavach con el sistema de gestión de tráfico (TMS) y el sistema de enclavamiento electrónico (EIS). [6]
En primer lugar, Kavach funciona según el principio de supervisión continua de la autoridad de movimiento y está diseñado para mantener la velocidad del tren dentro de los límites especificados y puede aplicar automáticamente los frenos para reducir la velocidad o detener por completo el tren, en caso de que el piloto de locomotora viole las restricciones de velocidad o no actúe a tiempo para evitar la señal pasada en peligro (SPAD) ; reduciendo así los riesgos de colisión en secciones de bloqueo y en líneas en funcionamiento en las estaciones. Muestra los aspectos de la señal que se aproximan en la cabina del piloto de locomotora en la pantalla DMI; esta función ayuda en la operación de trenes de alta velocidad y asiste a los pilotos de locomotora durante condiciones climáticas de baja visibilidad. [6]
Además, Kavach ofrece algunas funciones que no están basadas en la señalización y que no son SIL , como brindar protección contra colisiones frontales, traseras y laterales al estimar la longitud de la vía que ocupa el tren en una sección de bloqueo e identificar la vía en la que se encuentra el tren. Puede detectar y detener el tren en caso de que retroceda. Hace sonar la bocina automáticamente cuando se acerca a un paso a nivel y tiene una función SOS manual que activaría los frenos de emergencia de todos los trenes cercanos.
A principios del siglo XXI, los ferrocarriles indios se interesaron cada vez más en implementar la protección automática de trenes (ATP) en sus rutas de tráfico mixto existentes. [6] Se realizó una evaluación exhaustiva de los sistemas disponibles a nivel internacional, como el Sistema Europeo de Control de Trenes (ETCS); finalmente se concluyó que no existía ningún sistema ATP disponible en el mercado que cumpliera con sus requisitos. Estos requisitos incluían la prevención de casos de señal pasada en peligro (SPAD), prevención de colisiones, señalización en cabina, silbido automático en pasos a nivel, monitoreo inteligente del estado en tiempo real y facilitar aumentos sustanciales de velocidad y capacidad para operaciones de carga y pasajeros. [6] Otro objetivo clave que se perseguirá en parte mediante la incorporación de ATP es la ambición de los ferrocarriles indios de lograr una tasa de accidentes cero. [7]
En lugar de adquirir e instalar un sistema existente, Indian Railways emprendió un proyecto para desarrollar a nivel nacional un sistema ATP adecuado. [6] Durante 2011, comenzó el trabajo en lo que se convertiría en Kavach; este proyecto se tituló originalmente como Sistema de prevención de colisiones de trenes (TCAS) . [6] [10] Se produjo una prueba de concepto temprana en 2012, mientras que una orden de desarrollo para el diseño y la fabricación del sistema se emitió durante el año siguiente. Es un proyecto de código abierto , ya que había un requisito explícito para que fuera interoperable entre múltiples proveedores a diferencia del caso del dispositivo anticolisión (ACD) . [6]
Durante 2014, comenzó el despliegue de un sistema de prueba inicial a lo largo de un tramo de línea de 265 km, y se realizaron las primeras evaluaciones en el mundo real de Kavach. [6]
Entre 2015 y 2017, se llevaron a cabo pruebas de campo del sistema. [6] Los datos y las experiencias recopiladas de estas pruebas se utilizaron para refinar la especificación, que se formalizó en marzo de 2017. [11] La aprobación final del sistema se emitió en 2019, lo que permitió la capacitación de los empleados ferroviarios en Kavach antes del lanzamiento formal y el comienzo de las operaciones. [6] Kavach ha sido sometido a pruebas realizadas por un evaluador de seguridad independiente (ISA) con sede en Italia , ITALCERTIFER SpA, para validar su rendimiento. [12] El Kavach estacionario logró un tiempo medio entre fallos (MTBF) de 60.000 horas, el MTBF de Loco Kavach es de 40.000 horas, mientras que el lector RFID, los módems de radio y las antenas GPS/GSM han registrado un MTBF de 100.000 horas; según se informa, logró una disponibilidad general del 99,9% durante las pruebas. [2] En consecuencia, ha sido certificado con el Nivel de Integridad de Seguridad (SIL)-4 para el cumplimiento de las normas CENELEC / EN según las normas EN 50126:1999 (que cubre la especificación y demostración de RAMS ), EN 50128:2011 (relacionada con el software para sistemas de control y protección ferroviarios), EN 50129:2003 (relacionada con los sistemas electrónicos relacionados con la seguridad para señalización), EN 50159:2010 (que cubre la comunicación relacionada con la seguridad en sistemas de transmisión). [1] [2] [12] [13]
El 4 de marzo de 2022, se llevó a cabo una demostración en vivo de alto perfil de Kavach entre las estaciones de tren de Gullaguda y Chitgidda en la división de Secunderabad . El ministro de Ferrocarriles de la India, Ashwini Vaishnaw, viajaba en una locomotora que viajaba en una dirección, mientras que Vinay Kumar Tripathi, presidente y director ejecutivo de Ferrocarriles de la India, viajaba en otra locomotora en la dirección opuesta en la misma vía mientras Kavach estaba en funcionamiento. Detectó con éxito que ambas locomotoras estaban en la misma vía y respondió aplicando automáticamente los frenos en ambos trenes, evitando así una colisión inminente. [14] [15]
El 16 de febrero de 2024 se llevó a cabo otra prueba del sistema en la División Agra . A las 9:30 horas comenzó la prueba entre Mathura y Palwal. Hasta las 2 de la tarde se repitió todo el ejercicio en ambas direcciones, tanto de subida como de bajada. La prueba se realizó en un tren Vande Bharat de ocho vagones . Durante la prueba, el Vande Bharat viajaba a una velocidad de 160 km/h y el sistema podía detener el tren 10 m antes de la señal roja sin que el piloto de la locomotora aplicara los frenos. Pronto se realizará una prueba similar en el Vande Bharat de 16 vagones. [16]
En marzo de 2024, el proveedor de servicios de certificación e inspección italiano Italcertifer SpA llevó a cabo una prueba de evaluación de seguridad independiente de cuatro días del sistema Kavach instalado entre la sección Mathura y Palwal en la División Agra, bajo la supervisión de Kush Gupta, ingeniero jefe adjunto de señales y telecomunicaciones de NCR . La evaluación comenzó el 19 de marzo y concluyó el 23 de marzo. Se llevaron a cabo múltiples pruebas utilizando un tren de prueba especial compuesto por una locomotora WAP-5 y 10 vagones LHB a velocidades que oscilaban entre 130 y 160 km/h. [17]
En septiembre de 2024, se realizó por primera vez una prueba exitosa de KAVACH 4.0 entre Kota y Sawai Madhopur de la División Kota en la zona ferroviaria del centro oeste , en presencia del Ministro de Ferrocarriles Ashwini Vaishnaw a bordo de la cabina de la locomotora. El tren que viajaba a una velocidad de 130 km/h (81 mph) se detuvo justo antes de 50 m (160 pies) antes de una señal roja sin interferencia humana en el sistema de frenado. Según un funcionario ferroviario, "El tren circulaba a 130 km/h y en el momento en que entró en una sección donde había una restricción de velocidad permanente de 120 km/h, el Kavach redujo su velocidad a 120 y luego, después de cruzar, recuperó la velocidad de 130 km/h". El sistema se ha probado en 7 situaciones de emergencia diferentes y ha proporcionado resultados satisfactorios. En la siguiente situación, el tren entró en un "bucle" con una restricción de velocidad de 30 km/h (19 mph) y el Kavach logró reducir la velocidad de 130 km/h (81 mph) a la velocidad deseada antes de entrar en el bucle. Durante las otras pruebas, el jefe de estación informó de algún tipo de fallos en el tren cuando el sistema Kavach aplicó automáticamente sus frenos para detenerlo, mientras que en la otra situación, el sistema accionó las bocinas antes de un paso a nivel cuando el piloto de la locomotora no lo hizo. La prueba continuó durante media hora. [18] [19]
Las etiquetas RFID se colocan en las traviesas de las vías a intervalos predeterminados. Contienen datos preprogramados y un número de identificación de vía (TIN) distintivo. La etiqueta RFID transfiere información de las vías y datos de ubicación precisos al ordenador de a bordo KAVACH cuando una locomotora pasa por encima de ellas y es escaneada por los lectores RFID de la locomotora.
La computadora maestra estacionaria consta de una computadora vital (módulos electrónicos) y módems de radio.
El ordenador vital es el corazón de las unidades estacionarias KAVACH. Está formado por una serie de módulos electrónicos con software que realiza todas las tareas. Recibe información de los sistemas de señalización y enclavamiento y genera mensajes que son transmitidos a la locomotora por la unidad de radio en tiempo real.
La unidad de radio KAVACH consta de dos módems de radio UHF dúplex que tienen un par separado de antenas MIMO Tx / Rx . Los módems de radio tienen un ancho de banda de canal de 25 KHz y un rango de frecuencia de trabajo de 406–470 MHz. Utiliza protocolos de comunicación por radio TDMA y FDMA para conectarse con la unidad KAVACH a bordo de la locomotora.
La RIU es idéntica a la computadora maestra estacionaria, sin la unidad de radio. Se utiliza para recuperar funciones de señalización remota, como las de las cabinas finales, los sistemas de enclavamiento distribuido, los pasos a nivel y las secciones de bloques intermedios que entran en el área de cobertura de la torre de radio de la estación. Retransmite información e intercambia datos con la computadora maestra estacionaria a través de cables de fibra óptica ( fibra oscura ).
SMOCIP se instala en el escritorio del Jefe de Estación y cuenta con una pantalla LCD para leer mensajes, un contador de SOS analógico y botones para generar SOS y reconocer mensajes. Requiere una llave física para operar y evitar la operación no deseada y accidental de los botones.
Una locomotora equipada con KAVACH tiene dos lectores RFID montados debajo del chasis. Escanea las etiquetas RFID adheridas a la vía y transmite la información al ordenador KAVACH de a bordo para su procesamiento.
La unidad de radio a bordo es similar a la unidad de radio estacionaria KAVACH.
Además de los 2 pares de antenas Tx/Rx UHF MIMO , en la locomotora se instalan una antena GSM / GPRS y GPS / GNSS adicionales.
KAVACH utiliza la red GSM-R (a partir de la versión 3.2) para comunicar mensajes de falla al Sistema de Monitoreo de Red (NMS) y para transferir claves de autenticación con la unidad TCAS estacionaria así como con cualquier unidad TCAS Loco cercana.
Tanto el GPS como NavIC se utilizan para actualizar la ubicación en vivo de la locomotora y también para sincronizar la hora del GPS con la hora de la CPU de la computadora KAVACH a bordo.
El ordenador de a bordo es el principal centro de procesamiento de datos del sistema KAVACH. Supervisa el movimiento del tren intercambiando y sincronizando la información recogida de otros equipos de a bordo, unidades KAVACH estacionarias y también de otras locomotoras cercanas equipadas con KAVACH.
El DMI, también conocido como Panel de indicación y operación del piloto de locomotora (LP-OCIP) , consta de una pantalla táctil TFT a color y botones. Utiliza elementos audiovisuales para mostrar advertencias e información. Cuenta con un botón de SOS y un botón de reconocimiento para el uso de los pilotos de locomotora.
BIU proporciona a KAVACH una interfaz con el sistema de frenos de la locomotora y supervisa su estado general. Prioriza la demanda de frenado más alta entre la iniciada manualmente por los pilotos de la locomotora y la iniciada por KAVACH y aplica los frenos en consecuencia.
El NMS a través de la red OFC (interfaz E1) centraliza la monitorización de los trenes y estaciones equipados con Kavach. Se encarga de la resolución de problemas de errores , la simulación fuera de línea y la monitorización en tiempo real de Loco-Kavach. Tanto las unidades estacionarias como las Loco-Kavach envían mensajes de avería al NMS; mientras que las unidades Loco-Kavach están conectadas exclusivamente al NMS a través del enlace GSM-R ; las unidades estacionarias de Kavach están conectadas a través de Ethernet ( cables OFC ) y del enlace GSM-R. Un servidor central en la sala de control de la división registra toda la información retransmitida y los paquetes de radio intercambiados entre estaciones y locomotoras, a los que se puede acceder a través del NMS.
KMS es un servidor que comparte claves de autenticación secretas con unidades estacionarias y Loco-Kavach para garantizar la integridad y autenticidad de los mensajes durante la comunicación por radio . Estas claves protegen los mensajes de modificaciones y suplantaciones y se comparten después de autenticar el Loco-Kavach mediante una contraseña de un solo uso . KMS se implementa en un servidor de Internet seguro y las unidades Loco-Kavach solicitan periódicamente estas claves para la comunicación por radio. Los módulos GSM-R en la grabadora de eventos del tren conectan el Loco-Kavach a GPRS . KMS utiliza cifrado AES-128 para la comunicación entre unidades estacionarias y Loco-Kavach y transfiere claves a través de GSM-R. Un servidor KMS central en la sede central administra la distribución de claves, y todos los ID de Kavach y números SIM se proporcionan a RailTel para actualizaciones. La comunicación se realiza actualmente en GPRS, pero cambiará a LTE-R con Kavach-4.0.
TSRMS se introdujo recientemente en Kavach-4.0 . Es un servidor dedicado que se utiliza para introducir restricciones de velocidad temporales en el paquete de datos del perfil de la vía. Al igual que en el caso de NMS, cada unidad Stationary-Kavach también está conectada a la red OFC de TSRMS a través de su propia interfaz E1 dedicada. La red utiliza el protocolo Ethernet para intercambiar paquetes de datos entre las unidades Stationary-Kavach y el servidor TSRMS, y utiliza LTE-R para el intercambio de claves autenticadas con Loco-Kavach.
Los modos de funcionamiento de las locomotoras y sus funciones en KAVACH son comparables a los del Sistema Europeo de Control de Trenes (ETCS), con la excepción de unos pocos modos que no se incluyeron en KAVACH porque no eran aplicables a los procedimientos operativos estándar de los Ferrocarriles de la India . Los modos que están presentes en KAVACH son los siguientes:
El sistema Kavach es uno de los sistemas ATP más rentables del mundo. El costo de instalarlo en las vías, incluido el equipo, es de 50 lakh de rupias (60 000 dólares estadounidenses) por kilómetro de ruta y 70 lakh de rupias (84 000 dólares estadounidenses) para instalar el equipo en una locomotora; en comparación con los 2 millones de rupias (240 000 dólares estadounidenses) que cuesta la instalación de otros sistemas ATP equivalentes disponibles en todo el mundo. [4] [21] [22]
Los fabricantes de equipos originales (OEM) que fabrican los equipos Kavach incluyen Medha Servo Drives , HBL Power Systems y Kernex Microsystems . Otras empresas que han estado compitiendo por la aprobación para ser proveedores son: GGTronics , Quadrant Future Tek , Areca Embedded Systems, Lotus Wireless Technologies y la estatal BHEL . [23] [24] Las empresas multinacionales como KYOSAN de Japón y SIEMENS de Alemania también están trabajando en Kavach. [25]
KEC International y RailTel se han asociado con Kernex Microsystems y Quadrant FutureTek respectivamente como "integrador de sistemas" para la rápida implementación del sistema Kavach. [26] [27] [28] [29]
A partir de septiembre de 2024, la tecnología Kavach de la asociación RailTel – Quadrant FutureTek ha sido aprobada por la Organización de Normas y Diseño de Investigación (RDSO). [30]
A partir de abril de 2022, Kavach se ha implementado en 144 locomotoras, 1.445 km de ruta y 134 estaciones en la zona ferroviaria del centro sur , mientras que la implementación en 1200 km está en marcha. [10] [31] [2] Se realizarán actualizaciones a Kavach para que pueda manejar trenes a velocidades de hasta 160 kmph antes de su implementación en 3000 km de vía, incluida la mayoría de la línea principal Nueva Delhi-Mumbai y la línea principal Howrah-Delhi . [10] como parte del proyecto ''Misión Raftar'' que está llevando a cabo Indian Railways. [11]
El presupuesto de la Unión de la India para el año fiscal 2022-23 asignó fondos para la rápida implementación de Kavach a lo largo de 2000 km de vía, al tiempo que sancionó su implementación posterior a lo largo de 34 000 km de vía de la ruta ferroviaria Golden Quadrilateral. [32] Los comentaristas indios han afirmado que si Kavach se hubiera implementado en el lugar de la colisión ferroviaria de Odisha de 2023 , el sistema habría evitado que ocurriera el accidente. [33] [34]
En junio de 2023, el dos por ciento de todos los trenes indios habían sido equipados con aparatos Kavach. [35]
Según un informe de The Times of India de julio de 2024, se está tramitando el proceso de licitación para implementar el sistema Kavach en dos rutas de la línea Howrah-Nagpur-Mumbai y la línea Howrah-Prayagraj-Mumbai (a través de Itarsi ). Esta será la primera ruta con el sistema Kavach en la zona ferroviaria central . [2]
En la estimación presupuestaria del año fiscal 2024-25 , se han asignado ₹ 1,08 lakh crore (US$ 13 mil millones) para implementar el sistema Kavach 4.0 en la red. A partir de agosto de 2024, [36] [37] [38] [39]
La licitación para la primera fase de implementación, por un valor de ₹ 7200 millones (US$ 860 millones), se lanzará el 19 de septiembre de 2024. [30]
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