A Transit Agency Guide to Evaluating Secondary Train Detection/Protection Systems in Communications-Based Train Control Systems (2018)

Below is the uncorrected machine-read text of this chapter, intended to provide our own search engines and external engines with highly rich, chapter-representative searchable text of each book. Because it is UNCORRECTED material, please consider the following text as a useful but insufficient proxy for the authoritative book pages.

SECTION 8  30  Work Trains  Work trains are defined as maintenance vehicles used by the transit agencies to perform inspections or  maintenance of the railroad infrastructure.   The management  of work  trains  is  driven  by  different  factors  such  as  the  age  of  the  infrastructure,  whether  the  revenue  service  is  stopped overnight,  and whether work  trains need  to  run  in between  revenue  service CBTC  trains. Another  factor  is  the  current experience of  the  transit agency; a  transit  agency with a cab signaling system that has few signals or signals only at interlockings is already used to  managing non‐equipped work trains.  Equipping work  trains  is a difficult challenge because of  the sheer number and variety of work  trains.  Fitting CBTC  equipment on  a  train  is  a  considerable  investment.  The different options, benefits,  and  consequences are presented in the following sections.  In this document  it should be understood that work trains are trains capable of being detected by the  secondary detection system. Where maintenance equipment, such as hi‐rail vehicles, may not have steel  wheel shunting sufficient for use by track circuits, or may not be able to be detected by wheel sensors  for axle counters,  following operating  rules  is  the only alternative  for CBTC projects. Equipping hi‐rail  vehicles, for example, would be a tremendous customization effort generally not worth the investment.  8.1 Not Equipping Work Trains  One option is to not equip the work trains at all. Management of the work trains depends on the type of  secondary  system, where Categories  1.A  and  1.B.1  can manage work  trains  entirely on  the  signaling  system without  relying on operating procedures. Categories 1.B.2  and 1.B.3  can manage work  trains  using a mix of the signaling system and some operating procedures, while Category 2 relies completely  on operating procedures.  Table 6: Not Equipping Work Trains  Type  Category  Sub‐category  Not equipping work trains  Systems  with  STD/PS  1.A Secondary System capable of revenue service   1.A.1  Secondary System capable of peak revenue  service  Fully supported by the  signaling system  1.A.2  Secondary System capable of off‐peak  revenue service  Fully supported by the  signaling system  1.B Secondary System designed to handle a single non‐CBTC train  1.B.1 Capable of one train per interstation  Fully supported by the  signaling system  1.B.2 Capable of one train in between two  interlockings     1.B.2.1  With secondary detection method  everywhere  Relying partially on the  signaling system and partially  on operating procedures;  Procedures are facilitated by  the knowledge of the  location of the train 

SECTION 8 – WORK TRAINS   31  Type  Category  Sub‐category  Not equipping work trains     1.B.2.2     With secondary detection method only at      interlocking  Relying partially on the  signaling system and partially  on operating procedures  1.B.3 Without territory specific headway  performance  Relying on operating  procedures facilitated by the  knowledge of the location of  the train  Systems  without  STD/PS  2  No Secondary System  Entirely relying on procedure  The  1.B.2  Category  is  divided  into  2  subcategories,  1.B.2.1  with  detection  devices  everywhere,  and  1.B.2.2 with detection devices only  at  interlockings. One of  the  reasons  for having detection devices everywhere as in 1.B.2.1 and 1.B.3 is to be able to detect non‐equipped trains with finer resolution. By  having  detection  of  non‐equipped  trains,  CBTC  can  provide  protection  for  those  trains with  smaller  separation.  8.2 Equipping Work Trains  It  is  technically  possible  to  equip  the  work  trains with  CBTC.  Each  type  of  vehicle  is  fitted with  an  onboard controller adapted for the type of vehicle. Customization of the onboard equipment to fit and  function properly on a work train requires a major design effort and may not be possible for the number  of different  types of work  trains. The customization must be done  for each  type of work  train. Major  elements of this work  include  fitting the onboard controller  in the work train, routing cables between  controller  and  other  components  and  sensors,  developing  interfaces  with  propulsion  and  braking  systems, mounting  transponder  reader and  speed  sensors, designing and preparing drawings,  testing,  and post‐implementation modifications.  To  simplify  integrating  the  onboard  controller  on  the  work  train,  it  is  possible  that  the  onboard  controller is implemented such that it has no control of the vehicle and thus no enforcement of speed or  movement authority limit. In this case, the onboard controller only reports location of the trains to the  wayside  controller which  provides  protection  from  other  CBTC  trains  and  possibly  some  interlocking  protection as well.   Another possible mitigation is to equip only part of the work train fleet or only the locomotives that pull  or push work cars. This avoids heavy  investment of equipping all work  trains but allows having CBTC  protection for most of the work trains. Since only one extremity of the work consist may be equipped,  neither  the  onboard  equipment  nor  the wayside  controller  knows  the  length  of  the work  train  and  assumptions must be made for front‐ and rear‐end protection.  The industry survey showed that there appears to be no relation between equipping work trains and the  category of CBTC project.  Some CBTC projects with off‐peak performance  (Category 1.A.2) have  fully  equipped some of their work trains, though those trains could be run without CBTC with minimal impact  in revenue service. On the other hand, agencies with no STD/PS but with night closure, have decided to  not equip the work trains at all. The influence of the night closure is more important than the capability  of the secondary system. 

SECTION 8 – WORK TRAINS   32  8.3 Using a CBTC Equipped Trailer  To avoid equipped maintenance vehicles, some transit agencies use a trailer equipped with CBTC which  is then attached to the maintenance vehicle. The trailer reports location of one end of the consist to the  wayside  controller which  provides  protection  from  other  CBTC  trains  and  possibly  some  interlocking  protection  as well,  such  as  locking  switches based on  the  location of  the  trailer  and  its  vehicle.  This  option is described in Case Study 1, AirTrain JFK.  8.4 Using a Separate Tracking System  As  discussed  in  previous  options,  locating  the  maintenance  vehicles  is  a  major  concern  for  transit  agencies. Considering that work trains usually operate at  low speed, there may not be a need to have  the complete CBTC ATP functions active, where the continuous speed control is not necessary for trains  already running at low speed. However, protection of the work train from other CBTC revenue service is  important and is possible only by knowing the work train location. Therefore, it is possible to use other  creative methods of train  localization  integrated with the CBTC system to allow protection from other  trains.  These  creative  methods  may  be  using  Radio  Frequency  Identification  (RFID)  or  a  Global  Navigation  Satellite  System  (GNSS),  such  as  the  United  States  Global  Positioning  System  (GPS),  for  outdoor areas. Protection of the work train could be automatic if the tracking system is linked to CBTC  or manually performed by  the ATS operator  knowing  the  location of  the work  train by  the  separate  tracking system. Only a few projects have used such methods. Though their level of safety is lower than  track circuit and axle counter, this is a possibility worth mentioning.  8.5 Minimum Non‐Equipped Train Length Issue  The train length topic results in different issues:  • Train length needs to be determined to provide some or all of the CBTC protections. For instance, if a trailer or a CBTC equipped  locomotive  is used, the train  length must be known. Train  length may be: o Assumed to be the maximum possible length for a work train o Captured by an operator and input into the CBTC system o Determined by the CBTC system automatically, for instance using axle counters • For  projects  in  Categories  1,  the  train  initialization  process  into  the  CBTC  system  needs  an assumption  regarding  the  minimum  non‐equipped  train  length.  This  assumption  is  used  by  the wayside controller to confirm that there  is no non‐equipped train  in front of the CBTC train before calculating the movement authority  limit. The  longer the minimum train  length, the easier  it  is for the  wayside  controller  to  determine  that  there  is  no  non‐equipped  train  between  the  CBTC equipped trains. The main  impact  is the maximum speed at which the determination may happen. The principle involves calculating the difference between the location of the front of the train to the next vacant track circuit or axle counter block. If this difference is smaller than the minimum length of a non‐equipped  train,  then  the wayside controller can conclude  that  there  is no non‐equipped train  in  front of  the  initializing  train. For projects  in Categories 1,  this  issue  is  important because performance  of  train  initialization  in  the  system,  especially  after  a  system  failure,  impacts  how quickly the train can resume CBTC operation.

SECTION 8 – WORK TRAINS   33  8.6 CBTC Work Zone Function  CBTC systems include a function to enhance safety of roadway workers at work sites. This function can  create a restriction on the mode of operations and/or speed of CBTC trains  in a particular area of the  track. The restriction can be,  for  instance, to  inhibit automatic mode operation. Because not all trains  might be CBTC trains, other protections in the field such as flags and lanterns are still used.   This function provides protection for a specific zone which is captured at the control center on the ATS  system. Though  it  is a powerful  function,  it does not solve  the problem of  transferring  the work  train  from the storage area to the work site and then back to the storage area. Work Zones may be set based  on train movement, blocking an entire area when the train is moving based on location reported by the  crew on the work train, but  it  is not practical since  it requires a  lot of coordination between the crew  and the control center.   Similar  to  the Work Zone  function,  the CBTC  system  includes a  function  that  limits only  the  speed of  CBTC trains over a specified area. This is usually used in cases of degraded track conditions or on tracks  adjacent to work zones.