Présentation sur l’ATCS

1. Présentationsurl’ATCS Par Martin Lévesque http://regle105.quebectrain.com Cliquez pour faire avancer les diapositives

2. Mise en garde Les diagrammes de ce document ne sont pas à l’échelle. Ce sont des diagrammes de principe uniquement. Vous devez utiliser la barre « Espace » de votre clavier ou le bouton de gauche de votre souris pour faire apparaître certains textes.

3. Qu’est-ce que l’ATCS? • ATCS signifie Advanced Train Control System • C’est un système de transmission du code de ligne pour le contrôle d’appareils en CCC, ainsi que de positionnement de locomotives et d’unités de détection en voie

4. Qu’est-ce que l’ATCS? • De façon générale, l’ATCS ne sert pas (encore) à transmettre le positionnement des locomotives. Cette présentation ne portera donc que sur la partie de l’ATCS se rapportant à la signalisation ferroviaire.

5. Connaissances de base requises Informatique • Être capable d’installer un logiciel sous Windows • Être capable de modifier/éditer un fichier sur votre ordinateur, peu importe où il se trouve (incluant les fichiers cachés et les clés de registre) • Télécharger des fichiers de l’internet • Décompresser des fichiers • Connaissances générales des réseaux informatiques • Être capable de diagnostiquer et régler des problèmes liés à la carte de son et son driver • Excellente connaissance du logiciel Track Builder de SignalCC • Connaissances de base de certains principes de programmation,spécialement au niveau de la syntaxe.

6. Connaissances de base requises Communications radio • Avoir une connaissance de base de la transmission radio • Reconnaître les types d’antennes particulièrement les antennes omni, Yagi et dipôle recourbé • Connaître les patrons des antennes ci-haut mentionnées

7. Connaissances de base requises Électronique • Habiletés à modifier de l’équipement électronique, comme un balayeur d’ondes • Être capable de fabriquer différents modèles de connecteurs communs • Avoir accès à un fournisseur de pièces électroniques.

8. Connaissances de base requises Chemin de fer • Avoir une bonne connaissance du fonctionnement de la signalisation ferroviaire, incluant les concepts suivants; • Circuit de voie • Verrouillage d’aiguillage en CCC • Système de contrôle CCC • Libération des signaux (request) en CCC • Signification des aspects des signaux • Avoir une bonne connaissance du code de ligne en CCC

9. Équipement requis • Un ordinateur portatif muni d’une entrée ligne • Un radio capable d’extraire les données d’un signal RF (ajout d’une prise de sortie au niveau du discriminateur) • Une antenne calibrée pour la bande de 800-900 Mhz • Le logiciel ATCSMon • Un plan des voies (diagramme représentatif seulement), dessiné sur le logiciel Track Builder • Être à moins de 2 km du MCP à écouter.

10. Équipement requis Combien coûte l’équipement • 500 $ à 900 $ usagé • 300 $ à 800 $ • 50$ • 50$ • 0$ • 0$ • Total moyen: 1000$ • Ordinateur portatif • Scanneur modifié • Antenne 800 Mhz • Alimentation pour voiture • Logiciel ATCSMon • Plan des voies Track Builder

11. Équipement requis Le radio que j’utilise pour l’ATCS

12. Concepts de base Schéma des composants utilisés pour le décodage Les termes mentionnés sur ce graphique sont décrits en détail dans les pages suivantes

13. Concepts de base Code line • Le code line est une série de données échangées entre un point de base (machine CCC) et un plant (point contrôlé). • Ce code sert à modifier l’état d’un plant: position des aiguillages, signaux, fondeuses à neige, circuit de voie, intrusion, etc. • Le code sert aussi à retourner au système l’état du plant • Le code utilisé pour l’ATCS est formaté selon différents protocoles: ATCS de l’AAR, ATCS-Genisys, Genisys de US&S, Supervisory Control System (SCS-128) de Safetran et Advanced Railroad Electronics System (ARES). • Le CN utilise le format ATCS • Le CP utilise le format ATCS-Genisys

14. Concepts de base BCP • BCP signifie Base Station Protocol • Il n’y a qu’un ou deux BCP par subdivision • Un BCP transmet à haute puissance, et sert à envoyer les indications aux MCP, ainsi qu’à recevoir leur statut • Comme certains BCP ne demandent pas le statut des MCP, car les MCP les diffusent automatiquement à intervalles réguliers, l’écoute des BCP n’est pas toujours souhaitable • Les codes transmis par les BCP s’appellent Contrôles • Les BCP transmettent dans la bande de 900 mhz

15. Concepts de base MCP • MCP signifie Mobile Station Protocol • Un MCP, malgré son nom, est rarement mobile. • Un MCP peut être: un point contrôlé, un appareil de détection en voie, une locomotive, tout autre appareil que le chemin de fer juge bon d’inclure dans sa gestion du trafic • Les codes transmis par les MCP s’appellent Indications • Les MCP transmettent dans la bande de 800 mhz

16. Concepts de base mnémoniques • Un mnémonique est un code qui synthétise une série de données brutes. Par exemple, A0 43 B6 FF 78 9D 6A AA 93 71 11peut être remplacé par K11. • Un mnémonique de MCP commence, ou se termine,toujours par la lettre K. • K23 est un mnémonique. • EGK est un mnémonique. • EKG n’est pas un mnémonique. • Les mnémoniques sont normalement limités à 4 caractères. • Les mnémoniques de BCP commencent, ou se terminent par la lettre C.

17. Concepts de base mnémoniques • Les mnémoniques ne sont pas identifiés au hasard. Par exemple, • E signifie « eastbound », • G signifie « signal », • 1 signifie souvent, mais pas toujours, « voie nord ». Donc, le signal dirigeant le trafic vers l’est sur la voie nord portera le mnémonique 1EGK.

18. Concepts de base mnémoniques • Le mnémonique se décortique comme suit (par exemple K23) : • K=Indication que les chiffres qui vont suivre sont un mnémonique • 2= Deuxième octet du flux de données • 3=Troisième bit de l’octet • Les mnémoniques commencent donc à K11 (octet 1 bit 1), jusqu’à K18 (car il y a 8 bits dans un octet), puis continuent avec K21 (octet 2 bit 1) jusqu’à K28, etc. • Sur ce dessin, les mnémoniques en vert sont présents, ceux en rouge ne le sont pas

19. Où écoute-t-on de l’ATCS? • L’ATCS s’écoute sur une subdivision qui en est équipée. • Dans la grande région de Montréal, les subdivisions de Kingston, St-Hyacinthe, Drummondville, et le terminal de Montréal (Tour Wellington) du CN en sont équipés • Dans la grande région de Montréal, les subdivisions d’Adirondack, Vaudreuil, M&O et Park du CP en sont équipées. • Pour capter le signal, il faut être directement positionné dans le patron de l’antenne à écouter, et à un maximum de 4 à 5 km du MCP. Cependant, les ondes étant ce qu’elles sont, on peut parfois capter des MCP de beaucoup plus loin.

20. Où écoute-t-on de l’ATCS? Pourquoi faut-il être près du MCP à écouter? • Si le MCP n’est pas encore identifié dans vos notes, il y a une question d’interférences que nous verrons plus loin. • Il y a une raison physique. Les MCP utilisent des antennes directionnelles à basse puissance, orientées directement vers le BCP qui doit recevoir les ondes.

21. Où écoute-t-on de l’ATCS? Pourquoi faut-il être près du MCP à écouter? • Si vous êtes en dehors du patron de l’antenne (le patron est la zone grise), vos chances de capter le signal sont très minces. • Idéalement, vous devez être équipé d’une antenne omnidirectionnelle pour recevoir des données de MCP situés à des endroits différents, même si ceux-ci utilisent des antennes directionnelles.

22. Où écoute-t-on de l’ATCS? Pourquoi faut-il être près du MCP à écouter? • Le MCP se trouve toujours au point contrôlé. • Comment savoir où est le BCP, afin d’être localisé entre ce dernier et le MCP pour une réception maximale? C’est en faisant des essais… et des erreurs! 

23. Antennes 144-176 Mhz Communications 896-930 Mhz ATCS Antenne sur un MCP (type dipôle recourbé) Antenne omnidirectionnelle pour base (maison) Antennes mobiles

24. Modification du radio Qu’est-ce qu’un discriminateur? • Pour vulgariser, un discriminateur et une « trieuse à données » • On peut transmettre de la voix, ou des données (impulsion représentant des « 0 » et des «1») sur une fréquence radio. • Si les données se rendent au haut-parleur de votre radio, ils produiront un son inintelligible, très aigu, et pouvant endommager l’étage audio du radio. • Le travail du discriminateur est de séparer efficacement les données de la voix, pour ne laisser passer que cette dernière. • Les données sont envoyées à une autre sortie du discriminateur, vers un circuit qui les « absorbe ». • Pour écouter le signal ATCS, on doit modifier le radio pour avoir accès à la sortie du discriminateur sur laquelle sont envoyées les données.

25. Modification du radio Qu’est-ce qu’un discriminateur? • Pour obtenir les données sur un signal audio, il faut ouvrir le boîtier du radio • Il faut trouver le discriminateur (orange sur le schéma), qui est en fait une puce électronique. Des plans sur le web existent pour la plupart des radio • Il faut souder un fils sur la sortie de donnée, et autre sur la mise à la terre du radio • Il faut percer un trou dans le côté de radio et installer un connecteur, puis venir y souder les fils

26. C’est un départ! Une fois compris les différents principes que nous avons vus jusqu’ici,et l’équipement prêt, nous pouvons entrer dans le vif du sujet!

27. Schéma de principe ATCS • Généralement, il y a une ou deux tours BCP par subdivision • Il y a toujours une tour MCP par point contrôlé • Dans l’exemple ci-bas, chaque bout de la voie d’évitement est un point contrôlé. La zone où se situe la tour, l’armoire à relais, l’aiguillage et les signaux contrôlés se nomme le plant. • Pour l’écoute ATCS, le mieux est d’écouter les MCP, puisqu’ilstransmettent la position des signaux, aiguillages et circuits de voie

28. Logiciel • Les données sont transmises en binaire / hexadécimal • Le système radio capte et filtre (sortie du discriminateur) les données • Le signal est converti en signal audio de ligne • Le signal audio (niveau de ligne) est envoyé à un ordinateur par son entrée « son » • Les données hexadécimales sont converties en ATCS, puis les mnémoniques sont extraits du message • L’opérateur doit lui-même indiquer au logiciel comment convertir lesmnémoniques bruts en mnémoniques identifiables • Puis, il ne reste qu’à scripter le tout avec Track Builder pour que lesmnémoniques fassent allumer les bons éléments sur l’écran

29. Comment se déroule une séance ATCS? • Les prochaines captures d’écran vous montrent la progression d’un train dans un enclenchement. Par la suite, nous reviendrons sur la logique qui a permis de décoder les mnémoniques.

30. Comment se déroule une séance ATCS? Évidemment, une des premières étapes et de savoir quel mnémonique on écoute. Pour ce faire, il faut se positionner le plus près possible du MCP, avec une antenne volontairement mal tunée, ou avec un très faible gain (dans certains cas, on enlève carrément l’antenne du radio). Ceci empêche de capter plusieurs MCP et de les confondre entre eux. Puis il faut regarder attentivement le type de message reçu, comme le montre l’écran ci-dessous.

31. Comment se déroule une séance ATCS? • Lorsque le MCP est bien identifié (chaque MCP porte un numéro unique au monde), il faut dresser un plan des voies. Pas besoin d’empiéter sur l’emprise pour effectuer cette tâche, puisqu’un diagramme montrant l’emplacement des aiguillages et signaux est suffisant. • Une bonne connaissance du fonctionnement du code de ligne en CCC vous aidera à dresser le plan des circuits de voie. • Une fois le diagramme complété, l’écouter du MCP pour y décoder les mnémonique peut commencer. • L’écoute se fait en observant les données défiler sur l’écran principal du logiciel ATCS Mon. • La page suivante vous montre à quoi ressemble cet écran.

32. Comment se déroule une séance ATCS? Écran du logiciel ATCSMon

33. Comment se déroule une séance ATCS? Comme les données défilent sur cet écran (page précédente), et que plusieurs MCP peuvent s’y afficher en même temps, le logiciel dispose d’une fonction graphique qui permet de ne voir qu’un seul MCP à la voie, et de tracer un historique de ses transmissions dans le temps. On appelle cet historique un datagram. Les pages suivantes vous montrent la progression d’un train dans un MCP pour vous donner une idée de ce qui se passe avec les mnémoniques. Le diagramme des voies de l’endroit couvert par le MCP va comme suit :

34. Comment se déroule une séance ATCS? Analyse d’un datagram. Dans cet exemple, un train passe un MCP situé sur un territoire en voie double. Le train circulera sur la voie nord (la voie du haut) en direction ouest (de droite à gauche).

35. Comment se déroule une séance ATCS? Les mnémoniques K18 et K15 sont les deux liaisons doubles du plant. K12 représente un autre aiguillage situé plus loin sur la voie nord. Jusqu’à 13:56, rien ne se passe, et la présence de K18 et K15 nous indique que les deux liaisons sont en position normale. Si une liaison avait été renversée, nous aurions, par exemple, K17 et K15.

36. Comment se déroule une séance ATCS? À 13:56, le CCF libère le signal en direction ouest de la voie nord. Cette action provoque les événements suivants : K16, K13 et K28 apparaissent. Ce sont les verrous d’aiguillages. K22 et K23 apparaissent. Ce sont les indications de libération du signal (1LGK signifie mnémonique (K) du signal (G) vers la gauche (L) du plant, voie nord (1).

37. Comment se déroule une séance ATCS? 13:59. Le train se présente, depuis la droite vers la gauche (en direction ouest). K34 apparaît, 1RAK. Ce mnémonique (K) représente le signal d’approche (A) de droite (R) de la voie nord (1). Puis, alors que le train poursuit sa route, K36 apparaît, 1TK. K36 est le mnémonique (K) du circuit de voie de l’enclenchement (T) de la voie nord (1).

38. Comment se déroule une séance ATCS? Juste avant que le train n’atteigne l’enclenchement et fasse apparaître K36, l’interface avec le diagramme des voies ressemble à ceci.

39. Comment se déroule une séance ATCS? Au moment où K36 apparaît, notez que K22 et K23 disparaissent. K22 et K23 sont les mnémoniques qui indiquent que le signal est libéré. Comme le train en maintenant dans l’enclenchement, il faut remettre tous les signaux à leur aspect le plus restrictif, ce qui cause la disparition de K22 et K23. Comme le circuit de voie de l’enclenchement n’est pas très long, K37 1LAK, le mnémonique (K) du circuit de voie d’approche (A) de gauche (L) de la voie nord (1) apparaît peu de temps après.

40. Comment se déroule une séance ATCS? À 14:09, le train quitte l’enclenchement (K36). La pratique de la signalisation en CCC veut qu’on libère toutes les possibilités de route dès qu’il est sécuritaire de le faire. Donc, dès que le train quitte la zone enclenchée, les verrous d’aiguillages (K16, K13 et K28) sont libérés afin de permettre aux pointes de se déplacer pour une autre route au besoin. À 14:11 le train quitte le dernier circuit de voie et le système reprend sa position initiale.

41. Comment se déroule une séance ATCS? Le graphique des datagrams est utile, mais l’écran principal du logiciel ATCSMon l’est bien plus, puisqu’elle permet de voir plusieurs MCP à la fois. Cette vision, ajoutée à ce qu’on entend sur les ondes radio, permet de voir venir les trains à l’avance, et donc de déduire encore plus efficacement les mnémoniques du MCP que nous écoutons.

42. Comment décoder un mnémonique? • On doit se rendre à proximité du MCP à décoder, et avoir une vue sur au moins un côté des signaux (ceux faisant à l’ouest, ou ceux faisant face à l’est). • On ouvre la radio,on syntonise la fréquence du signal MCP, et on regarde les mnémoniques changer sur l’écran. On peut se servir de l’écran du datagram du logiciel pour voir rapidement quel mnémonique a changé. • On attend la venue d’un train. • Dès qu’un signal change de restrictif à permissif, ou qu’un aiguillage bouge, ou qu’un circuit de voie s’active, il faut noter les mnémoniques qui ont changés. • Puis on émet des hypothèses. Est-ce que l’apparition de K11 (rise K11) pourrait être le circuit de voie d’approche du plant de l’ouest? On attend la venue d’un autre train dans le secteur, et on valide, ou non, l’hypothèse. • Faut-il que chaque possibilité de route soit rencontrée? Idéalement oui. Plus on a de certitudes sur certains mnémoniques, plus il est facile de déduire les mnémoniques manquants.

43. Comment se déroule une séance ATCS? Sur cette capture d’écran, on peut voir que le MCP transmet un message de statut contenant 16 bits. Dans cet exemple, nous n’avons pas encore trouvé de mnémonique pour ce MCP.

44. Comment se déroule une séance ATCS? Sur cette capture d’écran: • Les mnémoniques en bleus ont été trouvés par observations sur le site. Par exemple, LAK représente le circuit d’Approche de gauche (L) du MCP. • Les mnémoniques en noirs autres que KXX sont des présomptions. • Les mnémoniques en noirs dans le format KXX ne sont probablement pas utilisés • Les mnémoniques en rouges n’ont pas encore été trouvés par observations

45. Comment se déroule une séance ATCS? Il est à noter que la quantité de mnémonique envoyé par un MCP est variable d’un MCP à l’autre. Certains en envoi que 16, alors que d’autres peuvent en envoyé jusqu’à 128, et parfois plus. Tout dépend de la complexité de l’enclenchement. Une voie double avec plusieurs liaisons à haute vitesse, munit de cœurs de croisement mobiles, et où il y a des branchements et un pont levi transmettra énormément de mnémoniques. De plus, il peut y avoir des bits d’indication qui change sans que rien ne bouge dans le champ. Ce sont souvent des bits « request ».

46. Où se procure-t-on des territoires ATCS tout fait, et tout décodé? Ces territoires existent, mais sont très rares. Il en vient quelques-uns avec le logiciel, évidemment des territoires américains. Pourquoi cette rareté? • Parce que décoder une subdivision complète demande énormément de temps (quelques années, la plupart du temps), et être présent sur les lieux, avec les dépenses de carburant que cela suppose. • Dans ce contexte, la plupart des hobbyiste d’ATCS s’échangent des fichiers entre eux, grosso modo décodés à parts égales. • Par contre, il existe un groupe de discussions et des ressources sur le web qui vous aideront dans vos premières expériences, et ça, c’est facilement accessible. • La plupart des hobbyistes trouvent leur plaisir dans le décodage des informations.

47. C’est la fin! En espérant que cette présentation sur l’ATCS vous a plu! L’ATCS est un hobby moderne, qui demande patience et esprit dedéduction, mais qui très motivant! Martin Lévesque http://regle105.quebectrain.com