Виртуальная сцепка

Виртуа́льная сце́пка поездо́в — это технология интервального регулирования движения нескольких попутно следующих поездов как единого состава без их физического соединения. При виртуальной сцепке для управления движением поездов используются цифровые системы беспроводной связи и средства автоматизированного управления. Виртуальная сцепка внедряется в качестве альтернативы вождению соединённых поездов.

Технология виртуальной сцепки предусматривает обмен информацией по радиоканалу между локомотивами попутно следующих поездов о режимах движения, местоположении и допустимой скорости.

Предпосылки создания

Наиболее распространёнными способами преодоления дефицита пропускной и провозной способности железных дорог являются сокращение межпоездного интервала и увеличение длины и массы поездов. На участках с высокой интенсивностью движения для уменьшения интервала попутного следования при автоблокировке с фиксированной длиной блок-участков иногда переходят с трёхзначной сигнализации на четырёхзначную. Этой же цели служит внедрение автоблокировки с подвижными блок-участками.

Железнодорожные составы повышенной длины формируют посредством физического соединения двух поездов, для чего локомотив второго поезда прицепляют к хвостовому вагону первого с объединением тормозных магистралей. Длина сочленённого состава может достигать 2 км. Одним из ограничений такой системы является необходимость наличия для управления соединённым поездом специально подготовленных высококвалифицированных машинистов. Для синхронной работы обоих локомотивов машинист ведущего локомотива по радиосвязи передаёт машинисту ведомого команды о режиме ведения поезда и о торможении. Оснащение локомотивов интеллектуальной системой автоведения соединённых поездов с распределённой тягой, такой, как российская система ИСАВП-РТ, помогает решить эту проблему. Однако длина сдвоенного состава обычно превышает длину станционных приемо-отправочных путей, из-за чего по прибытии на станцию поезд занимает стрелочную горловину и блокирует работу станции.

Таким образом, технология вождения длинносоставных поездов повышает провозную способность линии, но не увеличивает её пропускную способность. Виртуальная сцепка, при которой несколько поездов следуют как один состав, но раздельно, с минимальным интервалом, обеспечивающим безопасность движения, позволяет повысить одновременно и пропускную, и провозную способность линий. Технической предпосылкой появления технологии виртуальной сцепки стало развитие систем управления движением поездов, автоведения и широкополосной связи передачи данных.

Принцип действия и реализация

По условиям обеспечения безопасности в системах интервального регулирования движения поездов минимальное расстояние между попутно следующими поездами во избежание их столкновения должно быть не менее длины пути служебного торможения любого поезда на перегоне. В традиционных системах, включая автоблокировку с подвижными блок-участками и европейскую систему управления движением поездов ETCS/ERTMS, расчёт тормозной кривой каждого последующего поезда ведётся на текущую координату хвоста предшествующего поезда (с определённым защитным участком) без учёта скорости его движения, то есть, исходя из предположения, что предшествующий поезд стоит. Такой режим в литературе называется торможением по абсолютному тормозному пути. При этом межпоездной интервал остаётся больше минимально необходимого по условиям безопасности движения, поскольку предыдущий поезд находится в движении и фактическая координата его хвоста смещена вперёд по ходу поезда.

При организации движения по технологии виртуальной сцепки система управления вторым по ходу поездом (ведомым) учитывает параметры движения первого (ведущего) состава. По цифровому радиоканалу с локомотива ведущего поезда на ведомый в постоянном режиме передаётся информация, содержащая данные о местоположении, скорости движения, режиме ускорения и замедления ведущего поезда, текущем показании локомотивного светофора, текущем и перспективном режимах работы. В результате обработки этой информации, а также данных о плане и профиле пути и имеющихся ограничениях система автоведения ведомого поезда строит кривую скорости и задаёт режим движения, допускающий проследование светофора с жёлтым огнём с повышенной скоростью (более 60 км/ч).

Минимальное расстояние между поездами, называемое длиной виртуальной сцепки, рассчитывается таким образом, чтобы при экстренном торможении ведущего поезда ведомый, применив служебное торможение, остановился, не доезжая до хвоста остановившегося перед ним состава. Разность длин тормозного пути экстренного торможения ведущего поезда и служебного торможения ведомого составляет длину относительного тормозного пути. В длину виртуальной сцепки входит также защитный участок, необходимый для компенсации погрешностей позиционирования поездов, измерения скорости, расчётов длин тормозных путей, запаздывания передачи информации.

На линиях, не оснащённых системами контроля свободности участков, поезда, следующие по технологии виртуальной сцепки, должны быть оборудованы средствами контроля целостности состава.

В России виртуальная сцепка на магистральных железных дорогах проектируется и внедряется на участках, оснащённых автоблокировкой с рельсовыми цепями. Поэтому тормозная кривая ведомого поезда рассчитывается не на хвост ведущего поезда, а на координату начала рельсовой цепи, занятой его хвостом. В результате длина виртуальной сцепки увеличивается.

Виртуальная сцепка разрабатывается, тестируется и внедряется на рельсовом транспорте разных стран. В 2018 году во время проведения выставки InnoTrans в Берлине на стенде Shift2Rail была проведена презентация виртуальной сцепки двух находящихся в Испании вагонов трамвая. По состоянию на 2026 год виртуальная сцепка в большинстве стран мира эксплуатируется, в основном, на городском рельсовом транспорте или в тестовом режиме на малодеятельных железнодорожных линиях. В Китае в 2025 году было проведено несколько испытательных поездок двух поездов, объединённых виртуальной сцепкой, а в декабре того же года состоялись экспериментальные рейсы пакета из семи углевозных поездов в режиме виртуальной сцепки.

В России технологию виртуальной сцепки впервые представили в 2019 году на Международном салоне «PRO//Движение.Экспо», где были продемонстрированы в движении два электровоза 2ЭС5К, соединённых виртуальной сцепкой. Второй электровоз, на котором отсутствовал машинист, управлялся по радиоканалу из кабины локомотива, следовавшего первым. В конце того же года в локомотивном депо Хабаровск на пяти электровозах серии 3ЭС5К, закреплённых для работы на участке Хабаровск — Находка, установили бортовую аппаратуру с функцией виртуальной сцепки, что можно считать началом постоянной эксплуатации технологии. К концу 2020 года модернизированной системой было оборудовано 300 локомотивов с расширением зоны обслуживания до станции Карымская. С середины 2021 года все новые электровозы «Ермак» поставляются на Восточный полигон железных дорог с завода полностью оснащёнными бортовой аппаратурой автоведения с функцией виртуальной сцепки. По состоянию на 2026 год Россия — единственная страна в мире, в которой технология виртуальной сцепки внедрена в постоянную эксплуатацию на магистральных железнодорожных линиях. В августе 2023 года на Дальневосточной железной дороге в режиме виртуальной сцепки провели три состава, в сентябре того же года — пакет из пяти поездов.

Обмнен данными

Существуют два варианта архитектуры виртуальной сцепки — распределённый и централизованный. При распределённой обмен данными по радиоканалу происходит непосредственно между локомотивами, и обработка информации ведётся бортовыми устройствами. При централизованной данные с локомотивов поступают в центр радиоблокировки, откуда после обработки информации на локомотивы передаются команды на управление поездами. На российских железных дорогах преимущественно используется распределённая архитектура, не требующая модернизации инфраструктуры и создания центров радиоблокировки.

В настоящее время на Восточном полигоне в режиме постоянной эксплуатации в пакет виртуально сцепленных поездов входят только два грузовых состава, которые ведут электровозы 2(3,4)ЭС5К «Ермак». Их бортовое оборудование включает аппаратуру модернизированной интеллектуальной системы автоматического ведения поезда с распределённой тягой ИСАВП-РТ-М с блоком обработки ответственной информации «Ковчег» и цифровым модемом радиосвязи между локомотивами М-ЛИНК, модифицированный блок МПД-Н для приёма телеметрических данных по шине CAN500 и передачи по защищённому каналу.

Для связи и передачи данных между входящими в сцепку локомотивами организованы основной и резервный локальный каналы связи в частотных диапазонах 2 МГц и 160 МГц по топологии «точка—точка».

При формировании пакета из трёх и более виртуально соединённых поездов связь между поездами может быть организована двумя способами:

• по топологии «точка—точка» напрямую между локомотивами соседних поездов в сцепке (первого со вторым, второго с третьим и т.д.) без использования стационарных радиостанций. По такой схеме был организован экспериментальный пропуск пяти виртуально сцепленных поездов на Дальневосточной железной дороге. Для её реализации на локомотивы устанавливают дополнительные блоки, позволяющие организовать радиосеть между несколькими абонентами;

• по топологии «точка—многоточка» с использованием базовых радиостанций для организации радиосети между несколькими абонентами посредством разделения времени приёма и передачи по тайм-слотам. Испытания подобной схемы прошли на Свердловской железной дороге в 2021 году. Для связи и передачи данных использовалась развитая на Свердловской магистрали инфраструктура цифровой радиосвязи стандарта DMR диапазона 160 МГц с базовыми станциями и бортовыми модемами на локомотивах. В качестве полигона внедрения такой технологии с использованием стационарного микропроцессорного вычислительного сервера – устройства связи с базовыми станциями (УСБС) выбраны Западно-Сибирская и Свердловская железные дороги. УСБС подключается к сети базовых станций для отслеживания зарегистрированных абонентов и формирования адресных посылок на локомотив. В соответствии с требованиями информационной безопасности все данные, передаваемые по каналу радиосвязи, защищены средствами криптографической защиты.

На первых этапах внедрения технологии виртуальной сцепки пакеты поездов формируются посредством ручного ввода машинистами ведущего и ведомого локомотивов информации о сетевом адресе для обмена данными. УСБС позволяет автоматизировать процесс формирования пакетов поездов с минимальной нагрузкой на машинистов и диспетчерский персонал. Оно в режиме реального времени отслеживает местоположение всех локомотивов, определяет их очерёдность в пакете и автоматически назначает роли ведущего и ведомого.

В зарубежных системах интервального регулирования используется радиосвязь стандартов GSM-R, LTE, а также перспективная мобильная железнодорожная связь пятого поколения FRMCS. Специалисты Германского центра авиации и космонавтики (DLR) провели испытания радиосвязи пятого поколения для использования в системах виртуальной сцепки.

Определённый потенциал использования в таких системах есть у сверхширокополосной радиосвязи (UWB). Она позволяет измерять расстояния между двумя объектами с сантиметровой точностью. Используя результаты этих измерений, можно рассчитать местоположение и скорость движения поезда. Для реализации технологии виртуальной сцепки в DLR разработаны приёмопередающие модули сверхширокополосной связи ближнего действия. В ходе испытаний на расстояниях до 350 метров точность определения расстояния между поездами составила несколько сантиметров.

Средства определения местоположения поездов на основе связи UWB в составе систем управления движением поездов по радиоканалу (CBTC) успешно испытаны в метрополитене Нью-Йорка. Мультисенсорные системы определения местоположения поездов на основе технологии UWB могут использоваться и на магистральных железных дорогах, где эксплуатируются такие системы, как ETCS/ERTMS. Они могут дополнять спутниковую навигацию в тоннелях и на других участках, где затруднён приём сигналов от навигационных спутников.

Литература

1. Wu Q., Ge X., Han Q.-L., Liu Y. Railway Virtual Coupling: A Survey of Emerging Control Techniques, — IEEE Transactions on Intelligent Vehicles. 2023. Vol. 8. Issue 5. P. 3239 - 3255

2. Bauso D., Khaleghi A. Consensus for virtual couplings in railways. International Journal of Control. Published online: 10 Oct 2025. https://doi.org/10.1080/00207179.2025.2564448

3. Bock U., G. Bikker. Design and development of a future freight train concept «virtually coupled train formations». IFAC Proceedings Volumes. 2000. Volume 33, Issue 9, June 2000, Pages 395-400. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1474667017381764

4. Bock U., Varchmin J.-U. Enhancement of the occupancy of railroads using «virtually coupled train formations». In Proceedings of the 1999 World Congress on Railway Research (WCRR), Tokyo Japan, Oct. 19-23, 1999. https://www.rssb.co.uk/spark/sparkitem/pb011401

5. Felez J., Vaquero-Serrano M. A. Virtual Coupling in Railways: A Comprehensive Review. Machines 2023, 11, 521. https://doi.org/10.3390/machines11050521

6. Баранов Л. А., Бестемьянов П. Ф., Балакина Е. П., Пудовиков О. Е. Принципы построения и модели системы автоматического управления вторым локомотивом при виртуальной сцепке. — Автоматика на транспорте. — 2022. № 4. Т. 8. — С. 377—388, ISSN 2412-9186. DOI: 10.20295/2412-9186-2022-8-04-377-388

7. Воронин В. А., Куренков П. В., Солоп И. А., Чеботарева Е. А. Современные технологические и инновационные решения, направленные на увеличение пропускных и провозных способностей железнодорожных направлений. — Транспортные системы и технологии. — 2021.— № 2, Т. 7. С 16—23. DOI 10.17816/transsyst20217216-29

8. Осипов А. П., Медведев Д. А. Виртуальная сцепка. Подходы и реализация. Известия Транссиба.— 2024. — № 1 (57). С. 53—63. ISSN 2220-4245

9. Баранов Л. А., Бестемьянов П. Ф., Балакина Е. П., Пудовиков О. Е. Методика выбора длины виртуальной сцепки по требованиям безопасности в интеллектуальных системах управления движением поездов. —  в сборнике: Проблемы управления безопасностью сложных систем. Материалы XXX международной конференции. М: 2022, Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, С. 261—267. DOI: 10.25728/iccss.2022.39.49.039

10. Ефремов А. Применение технологии UWB для высокоточного определения местоположения поездов // Железные дороги мира. — 2023.— № 1. — С. 52—56 ISSN 0321 – 1495

11. Шаманов В. И. Системы интервального регулирования движения поездов с цифровыми радиоканалами. // Автоматика на транспорте. — 2018. — № 2. Т. 4. — С. 223—240. ISSN 2412-9186. https://cyberleninka.ru/article/n/sistemy-intervalnogo-regulirovaniya-dvizheniya-poezdov-s-tsifrovymi-radiokanalami

12. Розенберг Е. Н., Озеров А. В., Кузнецов В. И., Тихонов С. С. Сравнительная оценка параметров движения поездов для различных вариантов виртуальной сцепки. // Мир транспорта. —2023. —Т. 21, № 4 (107). — С. 30—39.   DOI: https://doi.org/10.30932/1992-3252-2023-21-4-4.

13. «Виртуальная сцепка» тестируется в пассажирском движении. [Электронный ресурс] https://tmhsmart.ru/press/news/virtualnaya-stsepka-testiruetsya-v-passazhirskom-dvizhenii/

14. Специалисты DLR проверили виртуальную сцепку с радиосвязью 5G. [Электронный ресурс] https://zdmira.com/news/spetsialisty-dlr-proverili-virtualnuyu-stsepku-s-radiosvyazyu-5g

15. MOving block and VIrtual coupling New Generations of RAIL signalling. [Электронный ресурс] CORDIS — EU research results. https://cordis.europa.eu/project/id/826347

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Виртуальная сцепка», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Виртуальная_сцепка» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».