Kavach (列車防護システム)

KAVACH（直訳すると「装甲」）は、RDSO（Research Designs & Standards Organisation）がMedha Servo Drives、Kernex Microsystems、HBL Power Systemsと共同で独自に開発した自動列車防護（ATP）システムです。^{[1] [2]当初は}列車衝突回避システム（TCAS）という名前で知られていました。 ^[3] Kavachは2020年7月に鉄道省によって国家ATPシステムとして採用されました。^[4] 

Kavachの開発は、オープンアーキテクチャシステムとして2011年に始まりました。2014年にフィールドトライアルが開始されました。旅客列車での最初のフィールドトライアル実験は2016年2月に行われました。その後、Kavachは2019年に安全度水準（SIL-4）認証を取得しました。 ^[3]これは、世界中で入手可能な最も費用対効果の高いATPシステムの1つとして宣伝されています。^[5]

インドの2022-23年度の連邦予算では、2,000kmの線路にわたるカヴァチの迅速な実施と、2027-2028年までに実施される予定の黄金の四辺形鉄道ルートの34,000kmの線路に沿ったカヴァチの実施を承認するための資金が割り当てられました。 ^[6]

Kavachは、欧州列車制御システム（ETCS）とインドの衝突防止装置（ACD）のいくつかの主要な特徴を取り入れていますが、ETCSと比較してコスト効率がかなり優れています。^{[7]さらに、ETCSとは異なり、Kavachは従来の}線路脇の信号の代わりとして機能することを意図していません。ETCSは集中化された線路脇のインフラストラクチャを必要としますが、Kavachは分散型であり、部分的な導入が可能です。また、Kavachは、ETCSの厳格な国境を越えた相互運用性要件とは異なり、他国のシステムとの相互運用性を持つことを意図していません。^[8]

Kavach を使用するには、各列車に互換性のある装置を装備するか、そのような装置を後付けする必要がある。このシステムはいくつかのコア要素で構成されており、そのうちのコンピューターと UHF/GSM 無線インフラストラクチャ (無線モデムとアンテナで構成) が駅と機関車の両方に取り付けられている。残りは走行レールの間に設置された無線周波数識別(RFID) タグである。機関車には、線路上に設置された RFID タグを読み取る RFID リーダーと、機関車のブレーキ システムを制御するインターフェイスである Kavach を提供するブレーキ インターフェイス ユニット (BIU) がある。^[8]

カヴァチは、列車の位置と方向を確認するために多くのデータ入力を使用します。タイミングデータは GPS 衛星リンクによって確認され、位置と方向は列車が RFID タグを通過するたびにリセットされる走行距離計によって測定されます。機関士には DMI 画面を通じて情報が提供されます。すべてのやり取りの記録を保持するためにイベント レコーダーが用意されています。交換される具体的なデータには、速度、方向、位置、識別子 (列車と線路に固有) が含まれます。線路に取り付けられた RFID タグの一部は、次の信号、踏切、またはカヴァチがカバーするエリアへの列車の出入りを伝達するなどの追加の目的に使用されます。^[8]

列車と線路沿いのインフラとの間のすべてのメッセージングは​​、無線通信によって処理されます。通信のためにカヴァチが使用する無線塔は、線路沿いの信号設備や鉄道駅に合わせて線路沿いに設置されており、地形全体に応じて1～5 kmの間隔で配置されています。^{[7] [9]カヴァチは、}電子連動装置（EI）とルートリレー連動装置（RRI）の両方のシステムとインターフェースし、絶対閉塞信号セクションと自動閉塞信号セクションの両方で機能する関連する信号制御ステーションと通信して、信号の側面、許可された速度、移動権限、および制限に関する情報を取得します。これらの基準は、各列車の報告された基準と継続的に自動的に照合され、DMI画面で機関士に表示されます。GSM -R無線リンクは、ネットワーク監視システム（NMS）にデータを送信して、すべての列車の動き、入力、および障害メッセージを記録するのにも使用されます。必要に応じて、障害チームに自動的に連絡して、発生した問題をリアルタイムで解決します。^[8]

システムの初期実装では極超短波（UHF）無線周波数が利用されるが、LTE-RベースのKavachバージョン（バージョン4.0）もまもなく展開される予定である。^{[7] [10] [11]また、Kavachを交通管理システム（TMS）、}電子連動システム（EIS）と統合する作業も進行中である。 ^[8]

基本的に、カヴァチは移動権限の継続的な監視の原則に基づいて機能し、指定された制限内で列車の速度を維持するように設計されており、機関士が速度制限に違反した場合、または信号危険通過（SPAD）を防ぐために時間内に行動できなかった場合に、自動的にブレーキをかけて列車を減速または完全に停止させることができます。これにより、閉塞セクションや駅の走行線での衝突のリスクが軽減されます。機関士の運転室のDMI画面に次の信号の側面を表示します。この機能は高速列車の運行に役立ち、視界の悪い天候条件で機関士を支援します。^[8]

さらに、Kavach は、ブロック セクションで列車が占有している線路の長さを推定し、列車が現在いる線路を識別することで、正面衝突、追突、側面衝突からの保護を提供するなど、非信号ベースの非SIL機能をいくつか提供します。ロールバックが発生した場合、列車を検出して停止できます。踏切に近づくと自動的に警笛を鳴らし、近くのすべての列車の緊急ブレーキをトリガーする手動SOS機能を備えています。

21世紀初頭、インド鉄道は既存の混合交通路線に自動列車防護（ATP）を導入することにますます関心を寄せるようになった。 ^[8]欧州列車制御システム（ETCS）など、国際的に利用可能なシステムの広範な評価が実施されたが、最終的に、既存のATPシステムでは要件を満たすものは存在しないという結論に至った。これらの要件には、危険信号通過（SPAD）の防止、衝突防止、車内信号、踏切での自動警笛、インテリジェントなリアルタイムのヘルスモニタリング、貨物と旅客の両方の運行の速度と容量の大幅な増加などが含まれていた。^[8] ATPの追加によって部分的に追求されるもう1つの重要な目標は、インド鉄道が事故率ゼロを達成するという野心である。^[9]

インド鉄道は、既存のシステムを調達して導入する代わりに、適切なATPシステムを国内で開発するプロジェクトを進めた。^[8] 2011年には、後にKavachとなるプロジェクトの作業が開始された。このプロジェクトは当初、列車衝突回避システム（TCAS）と呼ばれていた。^{[8] [12]}初期の概念実証は2012年に作成され、システムの設計と製造の開発注文は翌年に発行された。これはオープンアーキテクチャシステムであり、衝突防止装置（ACD）の場合とは異なり、複数のベンダー間で相互運用可能であることが明示的に求められていた。^[8]

2014年には、265kmの路線区間に沿って初期試験システムの導入が開始され、カヴァチの最初の実世界評価が実施されました。^[8]

2015年から2017年にかけて、システムのフィールド試験が実施されました。^[8]これらの試験から収集されたデータと経験は仕様を改良するために使用され、2017年3月に正式化されました。^[13]システムの最終承認は2019年に発行され、正式な展開と運用開始に先立ち、鉄道従業員にKavachのトレーニングを行うことが許可されました。^[8] Kavachは、その性能を検証するために、イタリアに拠点を置く独立安全性評価機関（ISA）ITALCERTIFER SpA によって実施されたテストを受けています 。 ^[14]固定式Kavachは平均故障間隔（MTBF） 60,000時間を達成し、機関車KavachのMTBFは40,000時間です。一方、RFIDリーダー、無線モデム、GPS / GSMアンテナは100,000時間のMTBFを記録しています。報告によると、テスト中は全体的な可用性99.9％を達成しました。^[7]したがって、 EN 50126:1999（ RAMSの仕様とデモンストレーションをカバー）、EN 50128:2011（鉄道制御および保護システムのソフトウェアに関する）、EN 50129:2003（信号用電子システムの安全関連に関する）、 EN 50159:2010（伝送システムにおける安全関連通信をカバー）規格に従ってCENELEC / EN規格に準拠し、安全度水準（SIL）-4の認証を受けています。^{[2] [7] [14] [15]}

2022年3月4日、セカンデラバード管区のガラグダ駅とチットギダ駅の間で、注目を集めたカヴァチのライブデモンストレーションが行われた。インド鉄道大臣のアシュウィニ・ヴァイシュナウ氏は、一方向に走る機関車に乗っており、インド鉄道の会長兼CEOのヴィナイ・クマール・トリパティ氏は、同じ線路を反対方向に走る別の機関車に乗っていたが、カヴァチは両方の機関車が同じ線路上にあることを正常に検出し、自動的に両方の列車にブレーキをかけ、衝突を回避した。^{[16] [17]}

2024年2月16日、アグラ管区でこのシステムの別の試験が実施された。午前9時30分、マトゥラとパルワルの間で試験が開始された。午後2時まで、上下両方向で全体の演習が繰り返された。試験は8両編成のヴァンデ・バーラト列車で行われた。試験中、ヴァンデ・バーラトは時速160キロで走行しており、システムは機関士がブレーキをかけなくても赤信号の10メートル手前で列車を停止させることができた。同様の試験が16両編成のヴァンデ・バーラトで間もなく実施される予定である。^[18]

2024年3月、イタリアの認証・検査サービスプロバイダーであるItalcertifer SpA   [it]は、NCRの副主任信号通信技師であるクシュ・グプタ氏の監督の下、アグラ管区のマトゥラーとパルワル区間に設置されたカヴァチシステムの4日間の独立した安全性評価試験を実施した。評価は3月19日に始まり、3月23日に終了した。WAP-5機関車と10両のLHB客車で構成される特別な試験列車を使用して、時速130〜160キロの速度で複数回の試験が実施された。^[19]

2024年9月、西中央鉄道区域のコタ管区のコタとサワイ・マドプールの間で、機関車の運転席に乗った鉄道大臣アシュウィニ・ヴァイシュナウ氏の立ち会いのもと、 KAVACH 4.0の初めての試験が実施され、成功した。時速130キロ（81マイル）で走行していた列車は、ブレーキシステムへの人間の介入なしに、赤信号のわずか50メートル（160フィート）手前で停止した。鉄道関係者によると、「列車は時速130キロで走行しており、時速120キロの恒久的な速度制限があるセクションに入った瞬間、カヴァチは速度を120キロに落とし、セクションを通過した後、時速130キロに戻した」という。このシステムは7つの異なる緊急事態でテストされており、満足のいく結果を提供している。次の状況では、列車は時速30キロ（19マイル）の速度制限のある「ループ」に入り、カヴァチはループに入る前に速度を時速130キロ（81マイル）から所定の速度まで落とすことに成功した。他の試験では、カヴァチシステムが自動的にブレーキをかけて列車を停止させたため、駅長は列車に何らかの不具合があると報告したが、別の状況では、機関士が踏切の前で警笛を鳴らさなかったため、システムは踏切の前で警笛を鳴らした。試験は30分間続いた。^{[20] [21]}

RFIDタグは、所定の間隔で線路の枕木に固定されます。これには、事前にプログラムされたデータと固有の線路識別番号 (TIN) が含まれます。機関車が RFID タグの上を通過し、機関車の RFID リーダーによってスキャンされると、RFID タグは線路情報と正確な位置データを車載の KAVACH コンピューターに転送します。

固定マスターコンピュータは、バイタルコンピュータ（電子モジュール）と無線モデムで構成されています。

バイタル コンピューターは、固定式 KAVACH ユニットの心臓部です。これは、すべてのタスクを実行するソフトウェアを備えた多数の電子モジュールで構成されています。信号システムや連動システムから情報を受信し、無線ユニットによって機関車にリアルタイムで中継されるメッセージを生成します。

KAVACH 無線ユニットは、別々のTx / Rx MIMOアンテナのペアを備えた2 つのデュプレックスUHF無線モデムで構成されています。無線モデムのチャネル帯域幅は 25 KHz、動作周波数範囲は 406～470 MHz です。機関車に搭載された KAVACH ユニットとの接続には、 TDMAおよびFDMA無線通信プロトコルを使用します。

RIU は、無線ユニットを除けば、固定マスター コンピュータと同じです。これは、駅の無線塔のカバー エリア内にあるエンド キャビン、分散連動システム、踏切、中間閉塞セクションなどのリモート信号機能を取得するために使用されます。これは、 光ファイバー ケーブル(ダーク ファイバー) を介して固定マスター コンピュータと情報を中継し、データを交換します。

SMOCIP はステーションマスターのデスクに設置され、メッセージを読むための LCD、アナログ SOS カウンター、SOSを発してメッセージを確認するためのボタンを備えています。ボタンの不要な操作や誤操作を避けるために、操作には物理的なキーが必要です。

KAVACH を搭載した機関車には、台枠の下に 2 つの RFID リーダーが取り付けられています。このリーダーは、線路に取り付けられた RFID タグをスキャンし、その情報を車載の KAVACH コンピューターに送信して処理します。

搭載無線ユニットは、固定式の KAVACH 無線ユニットと同様です。

2 組の Tx/Rx UHF MIMOアンテナに加えて、追加のGSM / GPRSおよびGPS / GNSSアンテナが機関車に取り付けられています。

KAVACH は、ネットワーク監視システム (NMS) に障害メッセージを伝達し、固定 TCAS ユニットおよび近くの Loco TCAS ユニットと認証キーを転送するために、 GSM-Rネットワーク (バージョン 3.2 以降) を使用します。

GPSとNavIC は両方とも、機関車のライブ位置を更新するために使用され、またGPS 時間と搭載された KAVACH コンピューターのCPU 時間を同期するためにも使用されます。

車載コンピュータは、KAVACH システムの主要なデータ処理センターです。他の車載機器、固定 KAVACH ユニット、および近くにある他の KAVACH 搭載機関車から収集した情報を交換および同期することで、列車の動きを監視します。

DMI は機関士操作兼表示パネル (LP-OCIP)とも呼ばれ、カラーTFTタッチスクリーン ディスプレイとボタンで構成されています。オーディオ ビジュアルを使用して警告と情報を表示します。機関士が使用するためのSOSボタンと確認ボタン を備えています。

BIU は、KAVACH に機関車のブレーキ システムへのインターフェイスを提供し、全体的な状態を監視します。機関車の操縦士が手動で開始したブレーキと KAVACH が開始したブレーキの要求のうち、最も要求が高いものを優先し、それに応じてブレーキをかけます。

OFC ネットワーク(E1 インターフェイス)上の NMS は、Kavach を装備した列車と駅の監視を集中管理します。Loco -Kavach のエラー トラブルシューティング、オフライン シミュレーション、リアルタイム監視を処理します。固定式と Loco-Kavach の両方が NMS に障害メッセージを送信します。Loco-Kavach ユニットはGSM-Rリンクを介してのみ NMS に接続されますが、固定式 Kavach ユニットはEthernet ( OFC ケーブル) と GSM-R リンクの両方を介して接続されます。部門制御室の中央サーバーは、駅と機関車の間で交換されたすべての中継情報と無線パケットを記録し、NMS を介してアクセスできるようになります。

KMS は、無線通信中にメッセージの整合性と信頼性を確保するために、固定ユニットおよび Loco-Kavach ユニットと秘密の認証キーを共有するサーバーです。これらのキーは、メッセージの改ざんやなりすましを防ぎ、ワンタイム パスワードで Loco-Kavach を認証した後に共有されます。KMS は安全なインターネット サーバーに展開され、Loco-Kavach ユニットは無線通信のために定期的にこれらのキーを要求します。列車イベント レコーダーのGSM-Rモジュールは、 Loco-Kavach をGPRSに接続します。KMS は、固定ユニットと Loco-Kavach ユニット間の通信にAES-128暗号化を使用し、GSM-R を介してキーを転送します。本社の中央 KMS サーバーがキーの配布を管理し、すべての Kavach ID とSIM番号が更新用にRailTelに提供されます 。通信は現在GPRSで行われていますが、Kavach-4.0 ではLTE-Rに移行します。

TSRMS はKavach-4.0 で新たに導入されました。これは、一時的な速度制限をトラック プロファイル データ パケットに供給するために使用される専用サーバーです。NMS と同様に、各 Stationary-Kavach ユニットも、専用の E1 インターフェイスを介してTSRMS OFC ネットワークに接続されます。ネットワークは、Stationary-Kavach ユニットと TSRMS サーバー間のデータ パケットの交換にEthernetプロトコルを使用し、Loco-Kavach との認証キー交換にLTE-R を使用します。

KAVACH の機関車操作モードとその機能は、 インド鉄道の標準操作手順には適用できないため KAVACH に含まれていないいくつかのモードを除き、欧州列車制御システム (ETCS)のものと同等です。KAVACH に存在するモードは次のとおりです。

カヴァチは世界で最も費用対効果の高いATPシステムの一つである。線路への設置費用は、機器を含めて路線1キロメートルあたり50万ルピー（6万米ドル）、機関車1台に機器を取り付けるのに70万ルピー（ 8万4千米ドル）である。これに対し、世界中で入手可能な同等のATPシステムを設置するには約2千万ルピー（24万米ドル）かかる。^{[5] [23] [24]}

Kavach機器を製造しているOEM（相手先ブランド製造会社）には、 Medha Servo Drives 、 HBL Power Systems 、 Kernex Microsystems などがある。ベンダー承認を争っている他の企業としては、GGTronics、Quadrant Future Tek、Areca Embedded Systems 、 Lotus Wireless Technologies、国営のBHELなどがある。^{[25] [26]} 日本のKYOSANやドイツのSIEMENSなどの多国籍企業も Kavach に取り組んでいる。^[27]

KECインターナショナルとRailTelは、 Kavachシステムの迅速な導入のために、それぞれKernex MicrosystemsとQuadrant FutureTekと「システムインテグレーター」として提携した。 ^{[28] [29] [30] [31]}

2024年9月現在、RailTelとQuadrant FutureTekのパートナーシップによるKavach技術は、研究設計標準化機構（RDSO）によって承認されています。^[32]

2022年4月現在、カヴァチは南中央鉄道区域の144両の機関車、1,445kmの路線、134の駅に導入されており、1,200kmでの導入が進行中である。^{[12] [33] [34]カヴァチは}、ニューデリー・ムンバイ本線とハウラー・デリー本線の大部分を含む3,000kmの線路に導入される前に、最高時速160kmの列車を扱えるようにアップグレードされる予定である。^{[12] これ}はインド鉄道が実施している「ミッション・ラフター」プロジェクトの一環である。^[13]

インドの2022-23年度の連邦予算では、2000kmの線路に沿ってカヴァチを迅速に導入するための資金が割り当てられ、その後、黄金の四角形鉄道ルートの34,000kmの線路にわたって導入されることも承認された。^{[35]インドの評論家は、} 2023年のオリッサ列車衝突事故の現場にカヴァチが配備されていれば、事故の発生を防げたはずだと主張している。^{[36] [37]}

2023年6月までにインドの全列車の2％にカヴァチ装置が装備される予定である。^[38]

タイムズ・オブ・インディアの2024年7月の報道によると、ハウラー・ナグプール・ムンバイ線とハウラー・プラヤーグラージ・ムンバイ線（イタルシ経由）の2路線にカヴァチシステムを導入するための入札手続きが進行中である。これは中央鉄道区域でカヴァチシステムを導入する最初の路線となる。^[34]

2024-25年度の予算見積もりでは、ネットワークにKavach 4.0システムを導入するために1.08万クローレ（ 130億米ドル）が割り当てられている。2024年8月現在、^{[39] [40] [41] [42]}

• 南中央鉄道の1,456 km、つまり全鉄道網の3%と144台の機関車にカヴァチが装備されています。
• 2025～26年度以降、カヴァチは年間5,000～5,500kmのネットワークで実施される予定です。
• 機関車に関しては、システムの導入は複数の段階に分けて計画されています。
  • 第一段階では、10,000台（50%）の機関車にKavachを装備するための入札が開始されます。機関車1台あたりのKavachのコストは約72万ルピー（86,000米ドル）で、第一段階のプロジェクトは約7,200クローレ（8億6,000万米ドル）になります。第一段階の入札は2024年10月までに締め切られる予定です。この段階では、ネットワークの9,000ルートkmにKavach 4.0バージョンを装備することも含まれます。第一段階の承認は確保されています。
  • 第 2 フェーズでは、残りの 10,000 台の機関車にこのシステムを導入します。新しく製造されるWAG-9HH機関車とVande Bharat 列車セットには、Kavach 4.0 装置が搭載されます。
• 8,000駅の調査作業は2024年12月までに完了する予定。機関車全台にカワチを装備するには4年かかる。路線については、ニューデリー・ムンバイ幹線とハウラー・デリー幹線が最初にカバーされ、その総延長は3,000km。その後、デリー・チェンナイとムンバイ・チェンナイの路線が3,300kmに及ぶ。その後、全自動信号区間5,000Rkmに拡大される。

実施の第一段階の入札は7,200クローレ（8億6,000万米ドル）相当で、2024年9月19日に開始される予定である。[ ^32]

• 列車警報システム

• 列車衝突回避システム（TCAS）ハンドブック - 独自の ATP システム
• KAVACH で使用されるさまざまな種類の通信技術に関するハンドブック
• カヴァチ - 鉄道省