فيديو.. مشروع تخرج لطالبات هندسة الأزهر يعمل على الحد من حوادث القطارات

توصلت عدد من طالبات كلية الهندسة بجامعة الأزهر، إلى عدد من الحلول الذكية للحد من حواث القطارات، تم تطبيقها فى مشروع التخرج لهن ،حيث تكون فريق العمل من أسماء مصطفى شحاتة، أفنان رمضان بسيونى، إيمان إبراهيم فريد،هبة الله شوقى أصيل، سارة السيد أحمد، وذلك تحت إشراف الدكتور رجب محمد الصغير.

حادث انقلاب قطار البدرشين يوليو 2018
الدكتور رجب محمد الصغير المشرف على المشروع ،قال فى تصريحات خاصة ،أنه بالبحث فى شبكة المعلومات الدولية، وجد تعدد حوادث القطارات فى مصر بحسب الجهاز المركزى للتعبئة والإحصاء فقد وقع عدد 1234 حادث قطار فى عام 2015 وتقع أغلب الحوادث بين قطارات وسيارات أو حافلات تعبر مزلقنات السكة الحديد غير أن الأكثر دمارا هو خروج القطار عن القضبان أو عن تصادم قطارين فى نفس اتجاه السير أو إحداهما عكس الآخر.
فكرة المشروع
وأضاف أن فكرة المشروع اعتمدت على إنشاء شبكة ذكية من نظم التحكم لتلاشى تلك المخاطر تعتمد على شبكة اتصالات من الألياف الضوئية أو موجات الموبيل أو كلاهما معا تلك المنظومة من نظم التحكم يمكن من خلالها تقسيم الجمهورية إلى عدد من من نقاط التحكم الرئيسية.




شكل: الرسم التخطيط لنظم التحكم
خصائص نظام ضبط القطارات :
وأشار أن خصائص النظام تعتمد على:.
1-توفير نظام المعلومات الجغرافية(GIS) للمزلقانات على كافة مستويات التحكم
2-توفير نظام المعلومات الجغرافية(GIS) لجميع القضبان على كافة مستويات التحكم.
3-توفير نظام المعلومات الجغرافية(GIS) لنقاط التحويلات على كافة مستويات التحكم.
4-توفير نظام معلوماتى لكل قطار معرف فيه خط سيره على القضبان.
5-توفير نظام معلوماتى لكل قطار معرف فيه خط سيره على القضبان على كل تحويلة تعمل أتوماتيكيا عن قرب وصول القطار إليها.
6-توفير نظام معلوماتى لكل قطار بمسافات الأمان بينه وبين إى حاجز فى طريقه (قطار أمامه سواء فى نفس الاتجاه أو عكسه).مما يتيح له أولا: التهدئة عندما يصل الفرق بينها إلى مسافة معينة تتناسب مع سرعة القطار. ثانيا: الوقوف النهائى عندما تصل المسافة إلى النقطة الحرجة قبل التصادم.
7-التحكم فى اتجاهات السير على القضبان خلال اليوم لتحقيق أعلى انسيابية.
8-مراقبة حركة المرور المزلقانات بنظام الفوتورادار والفيديو (Photo Radar/Video) لتحقيق من غلق المزلقان قبل مدة أمان معينة تتناسب مع سرعة القطار لنادى التصادم.
9-توفير وسائل تحديد المواقع العمومية (Global System Position) المباشرة لعربات الشرطة والإسعاف والأنوناش وتحريكها مركزيا.

أهداف شبكة نظام التحكم المعلوماتى
1-ربط البيانات بين نقاط المزلقانات وحركة سير القطارات لتحقيق التنظيم والتنسيق اللازمين .
2-إمكانية وضع الخطط والسياسات والاستراتيجيات وعمل التشغيل الأمثل للمنطقة بطريقة شاملة وديناميكية على ضوء الإمكانات المتاحة.
3-تخفيض التكلفة بدرجة كبيرة فى إنشاء وربط هذه الأنظمة بالمقارنة بالنشغيل الحالى لأنظمة التحكم فى المزلقانات ثم محاولة الربط بينهما بعد ذلك .
4-سهولة تحقيق التكامل بين الأنظمة المختلفة على مختلف مستويات التحكم ما بين الفرعى والإقليمى والمركزى بأقل تكلفة.
5-توفير قنوات الاتصال المطلوبة مع نظم التحكم والاتصالات الأخرى على كافة مستويات التحكم .

مكونات وطريقة عمل نظام التحكم:
قمنا بعمل نظام يحل بشكل كبير مشكلتى المزلقانات وتصادم القطارات على النحو التالى:
اعتمدنا فى التنفيذ على مجال الأنظمة المدمجة وهو ما يعرف ب systemEmbedded. وهو عبارة عن أدوات إليكترونية ومتحكمات دقيقة يتم برمجتها ببرامج هندسية من خلال الحاسوب وهناك منها ما يتم استخدامه بدون برمجة. مثل المستخدمة فى الأجهزة والآلات والسيارات الخ..
ويتم ذلك من خلال كتابة كود برمجى يقوم بتنفيذ أوامر معينة ثم رفعه على المتحكم الدقيق الذى يقوم بإعطاء الأوامر لباقى الأجزاء الموجودة وإدارة تلك العملية.
تم استخدام نوع من أنواع الأنظمة المدمجة وهو AVR أو (Automatic Voltage Regulation) وهو يعنى التحكم اتوماتيكيا فى الفولت الداخل للمتحكم الدقيق الذى يسمى ATMEGA ،وتم اختياره بناء على سرعته، وكفاءته العالية، وسعره الذى فى متناول اليد ، وتوافره بكثرة فى السوق.

نظام التحكم في بوابات المزلقانات
بالنسبة لأول مشكلة وهى مشكلة البوابة تم عمل بوابة إليكترونية تفتح وتغلق أتوماتيكياً، وكانت فكرتها التى تم تنفيذها على نموذج مصغر لقطار أطفال واختبار مدى كفاءتها وإمكانية تنفيذها على أرض الواقع، يهدف النظام إلى عمل مزلقان إلكترونى يغلق عند اقتراب القطارمنها ويفتح عند عبور القطار البوابة بمسافة معينة.

شكل: حوادث المزلقانات
شكل: نظام التحكم في بوابات المزلقانات

شرح الفكرة وكيفية العمل :
يتم وضع الحساسان على جانبى البوابة (المزلقان) على بعد مسافة معينة تتوقف على سرعة القطار وطوله ،وعند البوابة يتم تثبيت المزلقان فى ريشة الموتور الذى سوف نضبطه على الحركة بزاوية 0,90. عند مرور القطار من أمام حساس الأشعة تحت الحمراء IR sensor فإنه يرسل للمتحكم الدقيق إشارة بأن القطار قد مر من أمامه فيقوم المتحكم الدقيق بإرسال أمر إلى الموتور أن يتحرك بزاوية من 90:0 فتتم غلق البوابة وتمنع العربات والناس من المرور ، وتتم كتابة جملة "البوابة مغلقة "على الشاشة .
وعند مرور القطار أمام الحساس الموجود على الطرف الآخر للبوابة يبعث الحساس إشارة للمتحكم الدقيق فيبعث أمر للموتور المثبت عليه المزلقان فيتحرك بزاوية من 0:90 ويتم فتح البوابة ويكتب على الشاشة جملة "البوابة مفتوحة" وهكذا فى كل مرة .

حل مشكلة تصادم القطارات
بالنسبة للسبب الآخر للحوادث وهو تواجد القطاران على مسار واحد .
فكرنا فى عمل نظام ذكى ينبه بوجود قطاران على نفس المسار وذلك من خلال الآتى :
يتم استخدام نفس المتحكم الدقيق السابق ولكن يختلف الكود البرمجى، ويتم وضع مكون اليكترونى يسمى ( RFID Radio Frequency Identification): وهو عبارة عن جزئين جزء يوضع على القضبان ويسمى قارئ ويعطى له رقم تعريف خاص به ويوضع عدد منه بطول القضبان وكلهم لهم نفس الرقم التعريفى، والجزء الآخر يوضع فى القطار الذى يمشى على هذا المسار ويكون على علم بالرقم الموجود فى الجزء الآخر المتواجد على القضبان.
وكل مسار يكون له رقم مختلف عن الآخر،عندما يمر القطار على المكون الموجود على القضبان فإن جزء المكون الموجود فى القطار يقارن الرقم الذى مر عليه القطار بالرقم الموجود عليه، ومن ثم إذا تطابق الرقمان فإن القطار يمشى على المسار الصحيح فلا داعى لاتخاذ أى اجراء ،وإذا لم يتطابقا فبالتالى إذا كانت سرعة القطارالخلفي أكبرمن سرعة القطار الأمامى، فهناك احتمال حدوث تصادم من الخلف ويجب إيقاف القطار،إذا كانت سرعة القطار الخلفي أقل من سرعة القطارالأمامي، فلا يوجد احتمال لحدوث اصطدام على الرغم من أن القطارين على نفس المسار، إذا كان هذا هوالحال ،فلا داعى لاتخاذ أى إجراء آخر،حيث يتم وضع نظام GPS (Global position satellite) مثل الموجود فى الهواتف المحمولة هذا النظام يقوم بتحديد دوائر العرض وخط الطول وسرعة القطارو يبعث بهم للمتحكم الدقيق ليقوم بإعلام القطارات الموجودة على نفس المسار بهذه المعلومات وذلك زيادة فى وسائل الأمان ،فيكون كل القطارات الموجودة على نفس المسار على علم بالمعلومات الخاصة ببعضها من حيث السرعة ومكان التواجد والذى تظهر على شاشة أمام سائق القطار ويتم تجديد هذه المعلومات كل ثانية وبهذا نتفادى الحوادث بشكل كبير .


شكل: دائرة التحكم فى عدم تصادم القطارات
الكلية ورؤية مصر 2030
واختتم المشرف العام على مشروع التخرج الدكتور رجب الصغير ،أن كلية الهندسة تحت قيادة الدكتور محمود علوانى، وهى تسعى لتحقيق أهداف رؤية مصر 2030، من حيث "مصر مجتمع مبدع ومبتكر ومنتج للعلوم والتكنولوجيا والمعارف، يتميز بوجود نظام متكامل يضمن القيمة التنموية للابتكار والمعرفة، ويربط تطبيقات المعرفة ومخرجات الإبتكار بالأهداف والتحديات الوطنية" ،وتتفق أيضا من خطي الدكتور يوسف عامر نائب رئيس الجامعة لشئون التعليم والطلاب لتذليل العقبات ضد معوقات ربط سياسة التعليم بالأهداف الوطنية وخدمة المجتمع المدنية.