Wykrywanie pociągów: W mgnieniu oak

Nowoczesne systemy wykrywania pociągów wykorzystują rozmaite koncepcje. Franz Pointner, dyrektor Frauscher RAMS, analizuje różne możliwości pod kątem ich przydatności do zaspokojenia bieżących potrzeb.

Możliwości, jakie daje digitalizacja, zmieniają sposób myślenia o wykrywaniu pociągów.Możliwości, jakie daje digitalizacja, zmieniają sposób myślenia o wykrywaniu pociągów.

Jakie są główne zadania systemów sygnalizacyjnych? Systemy te powinny zapewnić efektywne zarządzanie ruchem kolejowym oraz zapobieganie kolizjom i wykolejeniom. Do tego celu potrzeba przede wszystkim jednego: aktualnych i niezawodnych informacji o wszystkich pociągach na monitorowanych obwodach. Dostarczają ich systemy wykrywania pociągów, potwierdzając obecność pociągu i na bieżąco aktualizując dane dotyczące jego pozycji. W ten sposób umożliwiają utrzymanie bezpiecznego i wydajnego ruchu kolejowego oraz przekazywanie istotnych informacji także pasażerom i innym osobom, na przykład robotnikom pracującym na linii.

Rozmaite wymagania

Na podstawie praktycznych doświadczeń można określić cały szereg wymagań stawianych takim systemom. Zaliczają się do nich na przykład zgodność z wymogami technicznymi w zakresie wykrywania stojących i jadących pociągów, a także kompletności składów zgodnie z normą bezpieczeństwa CENELEC do poziomu SIL 4. Istotnym czynnikiem jest także sama szybkość wykrywania. Dotyczy to w szczególności przejazdów kolejowych. Dokładność danych o pozycji pociągów odgrywa ważną rolę choćby na dworcach czy przy przetaczaniu składów. Możliwość wykrywania i zgłaszania pęknięć szyn również błyskawicznie zyskuje na znaczeniu. Zautomatyzowane i inteligentne funkcje, które wykonują za pracowników powtarzalne czynności, mogą wyeliminować błędy ludzkie. Do innych decydujących czynników należą niezawodność, łatwe utrzymanie, niskie koszty i minimalizowanie ryzyka dla pracowników.

To, na jaki system ostatecznie zdecyduje się operator kolejowy, zależy także od jego wymagań strategicznych, ponieważ wobec różnorodności wielorakich czynników trudno oczekiwać, że jeden system będzie optymalnym rozwiązaniem pod każdym względem. Ponadto, choć celem wszystkich rozwiązań musi być zaspokojenie jak największej liczby potrzeb, każde z nich ma swoje mocniejsze i słabsze strony.

[Por.: Marc Antoni | Dyrektor działu Rail System Department, UIC: What will digitization bring for train detection? – artykuł z kongresu Wheel Detection Forum 2017, str. 1–2].

Najnowsze osiągnięcia techniki

Za sprawą indukcyjnych czujników koła liczniki osi dostarczają pewnych
i precyzyjnych danych.Za sprawą indukcyjnych czujników koła liczniki osi dostarczają pewnych i precyzyjnych danych.

Dostępne liczniki osi i obwody torowe są zgodne z najnowszym stanem wiedzy technicznej. Ponieważ obie koncepcje są już szeroko znane, warto dokładnie poznać sposób ich działania. Liczniki osi — dzięki swojej niezawodności i znacznie niższym kosztom utrzymania przez cały cykl eksploatacji w porównaniu obwodami torowymi — znajdują na całym świecie znacznie szersze zastosowanie. Można je więc uznać za technologię o większym potencjale. Jednak zasadniczo oba rozwiązania są odpowiednie do wydawania pewnych komunikatów o zajętości danego obwodu, choć wykrywają one pociągi jedynie na ograniczonych dystansach i nie pozwalają na stałe śledzenie składów.

Trend: stałe śledzenie pociągów

To właśnie systemy stałego wykrywania pociągów są teraz atrakcyjne dla wielu operatorów kolejowych, ponieważ umożliwiają większą częstotliwość ruchu szynowego i tym samym także lepsze rozłożenie obciążenia tras. Z tą myślą opracowano cały szereg nowych koncepcji rejestrowania i przesyłania odpowiednich danych. Oprócz funkcji stałego wykrywania pociągów systemy te często mają na celu zmniejszenie liczby komponentów montowanych na torach.

Do tych rozwiązań zalicza się program European Train Control System (ETCS), jak również inne systemy bazujące na nawigacji satelitarnej, komunikacji Train-to- -Train i detekcji za pomocą włókien szklanych oraz połączeniu tych i innych technologii.

European Train Control System ETCS

Poziomy 1 i 2 systemu ETCS stanowią połączenie urządzeń montowanych w pociągach z instalacjami torowymi. Na poziomie 3 te ostatnie
mają zostać wyeliminowane.Poziomy 1 i 2 systemu ETCS stanowią połączenie urządzeń montowanych w pociągach z instalacjami torowymi. Na poziomie 3 te ostatnie mają zostać wyeliminowane.

Program ETCS obejmuje trzy poziomy, które ze względu na wieloletnie stosowanie można zaliczyć do uznanych metod wykrywania pociągów. Bazują one na połączeniu innowacyjnych urządzeń montowanych w pociągach z komunikacją za pośrednictwem sieci radiowej.

Każdy pojazd szynowy korzystający z ETCS potrzebuje anteny do łączności radiowej: do wymiany danych z balisami lub pętlami, a także do mierników odległości, np. systemów odometrycznych czy radarów dopplerowskich. Ponadto pociągi są wyposażane we własny komputer — European Vital Computer (EVC). Oblicza on profile prędkości, zapisuje dane dotyczące pociągów i tras oraz kontroluje ruch. Zgromadzone informacje udostępnia maszyniście za pomocą interfejsu Driver Machine Interface (DMI).

Balisy przekazują informacje do przejeżdżających pociągów.Balisy przekazują informacje do przejeżdżających pociągów.

Systemy ETCS wymagają zastosowania balis. Są one montowane na szynach i przekazują zarejestrowane dane przejeżdżającym pociągom. Na każdy sygnał potrzebne są zawsze dwie balisy, aby rozpoznać kierunek jazdy. Ponadto system wymaga masztów do komunikacji z centralą Radio Block Centre (RBC) za pośrednictwem sieci GSM-R.

Podczas gdy na poziomie 1 i 2 systemu ETCS są stosowane także inne systemy bezpieczeństwa na torach, takie jak liczniki osi, celem poziomu 3 jest zminimalizowanie liczby poszczególnych komponentów. Wykorzystanie pozycjonowania satelitarnego umożliwia ponadto zastosowanie balis wirtualnych. Dzięki nim ma się zmniejszyć liczba fizycznych eurobalis na torach.

Stałe bloki mają zostać zastąpione przez tzw. Moving Blocks, które pełnią płynną kontrolę nad odstępami między pociągami i w ten sposób — przynajmniej teoretycznie — umożliwiają jazdę w odstępach bezwzględnych pozwalających na bezpieczne hamowanie. Za pośrednictwem RBC każdy pociąg przekazuje informację o swojej pozycji i uzyskuje komunikat o lokalizacji pociągu przed nim. Daje to możliwość zoptymalizowanego sterowania hamowaniem i przyspieszaniem. Interfejs DMI wyświetla oddalenie od kolejnego punktu hamowania, prędkość i dynamicznie obliczaną redukcję prędkości.

Systemy satelitarne

Pociągi lokalizowane satelitarne są wyposażone w dodatkowe urządzenia, które przekazują informacje o ich aktualnej pozycji do centrali
Traffic Control Centre.Pociągi lokalizowane satelitarne są wyposażone w dodatkowe urządzenia, które przekazują informacje o ich aktualnej pozycji do centrali Traffic Control Centre.

Często komentowaną wadą programu ETCS są koszty wyposażenia pociągów. Wobec rosnącego zapotrzebowania na niedrogie alternatywy dla stałego wykrywania pociągów nawet Unia Europejska wspierała takie projekty badawcze jak choćby SATLOC. Jest to rozwiązanie do lokalizowania pociągów bazujące na globalnym systemie nawigacji satelitarnej (GNSS) i publicznych sieciach komórkowych, które było i wciąż jest opracowywane z myślą o trasach z uproszczonymi warunkami ruchu. System ten stanowi połączenie dwóch central: Radio Block Centre (RBC) znanej z programu ETCS oraz Control Centre, z którego powstała centrala Traffic Control Centre (TCC).

Pojazdy szynowe same się lokalizują za pomocą GNSS, drogomierza i balis i przekazują odpowiednie dane do centrali za pośrednictwem publicznej sieci komórkowej. Przez to dotychczasowe systemy wykrywania pociągów i urządzenia sygnałowe stają się mocno przestarzałe. Komunikacja odbywa się za pomocą modemu telefonii komórkowej z funkcją Dual- SIM, co umożliwia wykorzystanie dwóch sieci i zapewnia w ten sposób niezawodność.

Na trasie testowej z dobrymi warunkami do wykrywania pojazdów szynowych za pomocą satelitów i komunikacji przez sieć komórkową udało się już wykonać z pozytywnym skutkiem pierwsze przejazdy. System jest zgodny z systemem European Rail Traffic Management System (ERTMS) i obsługuje wymagane tryby ETCS i telegramy ETCS.

Zredukowanie liczby komponentów obecnych na torach jest również celem technologii „Train Integrated Safety Satellite System” 3InSat. Przykładowo zastosowanie infrastruktury SatNav i SatCom ma wyeliminować dużą część fizycznych balis. Zamiast nich ma powstać rozwiązanie śledzenia pociągów bazujące na komunikacji satelitarnej, które można będzie zintegrować z systemami ERTMS. Mają one być bardziej przystępne — specjalnie z myślą o mniej uczęszczanych liniach, takich jak koleje lokalne i regionalne czy połączenia towarowe.

Prezentacja Ansaldo STS na kongresie Wheel Detection Forum 2017 w Wiedniu poświęcona temu zagadnieniu pokazała, jak daleko rozwinięte są już te koncepcje.

Komunikacja Train-to-Train za pośrednictwem sieci 5G

Wydajne sieci 5G umożliwiają nawiązywanie połączeń między poszczególnymi pociągami.Wydajne sieci 5G umożliwiają nawiązywanie połączeń między poszczególnymi pociągami.

5G to nowy standard w telefonii komórkowej, skierowany do nowych rynków z nowymi potrzebami. Celem jest wykorzystanie wyższych częstotliwości w porównaniu z 4G i jej poprzednikami, czas opóźnienia poniżej 1 milisekundy, kompatybilność z maszynami i urządzeniami oraz obniżenie zużycia energii na każdy przesłany bit.

Gęsta sieć połączeń ma przy tym umożliwić jednoczesną komunikację między poszczególnymi punktami w sieci lub nawet ze wszystkimi innymi dostępnymi punktami. W ten sposób można nawiązywać wysokowydajną łączność między jadącymi pociągami. Umożliwia to przekazywanie informacji o prędkości, pozycji i przyspieszeniu do następnych pociągów. Wiążą się z tym dodatkowe opcje wykorzystujące koncepcję Moving Blocks na poziomie 3 programu ETCS, na przykład na mocno uczęszczanych trasach ekspresowych.

Można również w wydajny sposób generować dane o ewentualnych źródłach zagrożeń. Uzyskuje się je i bezpośrednio przekazuje dalej za pomocą komunikacji Train-to-X — czyli komunikacji pociągów z dowolnymi obiektami. Może istotnie poprawić optymalizację sposobu jazdy i ruchu kolejowego.

Największe wyzwania związanie z wprowadzeniem sieci 5G polegają na zwiększeniu przepustowości danych, zmniejszeniu latencji i — co dla kolei kluczowe — zapewnieniu maksymalnej niezawodności i bezpieczeństwa.

Technologia włókna szklanego

Systemy wykrywania pociągów oparte na włóknach szklanych redukują specjalne wyposażenie pociągów do minimum.Systemy wykrywania pociągów oparte na włóknach szklanych redukują specjalne wyposażenie pociągów do minimum.

W przeciwieństwie do wcześniej opisywanych rozwiązań, które skupiają się na wyeliminowaniu komponentów montowanych na torach, systemy wykorzystujące technologię włókna szklanego stawiają na minimalizację wyposażenia pojazdów szynowych. Producent, konstrukcja i oprzyrządowanie pociągów nie grają tutaj żadnej roli, ponieważ ich wykrywanie odbywa się wyłącznie za pomocą przewodu z włókna szklanego biegnącego wzdłuż szyn. Wystarczy, że poszczególne włókna tego przewodu odbiorą impulsy laserowe. Światło impulsów jest odbijane w licznych punktach wewnątrz włókna szklanego, co rejestruje nadajnik.

Jeśli do włókna dotrą drgania lub fale dźwiękowe, odbijane światło zmieni się w minimalnym stopniu. Tak powstaje sygnatura, którą za pomocą odpowiednich algorytmów poddaje się analizie, aby przyporządkować określone zdarzenia do konkretnego miejsca. Umożliwia to wykrywanie pojazdów szynowych wzdłuż monitorowanego odcinka oraz uzyskiwanie licznych informacji. Ponadto rozwiązanie to redukuje do minimum liczbę potrzebnych systemów i komponentów do stałego wykrywania pociągów oraz znacznie podnosi wydajność ruchu i interoperacyjność.

Wnioski

Każda z opisanych koncepcji ma potencjał — jako rozwiązanie indywidualne lub w połączeniu z innymi technologiami — by zwiększyć częstotliwość ruchu na określonych odcinkach tras. Zależnie od właściwości i kosztów poszczególne rozwiązania nadają się do zastosowania w różnych segmentach, np. w korytarzach transportu towarowego, na mocno uczęszczanych liniach czy na trasach bocznych o niewielkim ruchu.

Jednak zwłaszcza na peryferiach obszarów krytycznych, takich jak przejazdy kolejowe czy stacje, gdzie bezpośrednio obok siebie przebiega kilka toków szynowych, istnieje jeszcze wiele kwestii do rozstrzygnięcia w przypadku wszystkich opisanych tutaj opcji. Głównym wyzwaniem jest bezpieczeństwo, którego poziom określają obowiązujące normy. Należy jednak także spełnić wymagania związane z redundancją, precyzją i niezawodnością. Opracowywanie nowych systemów wykrywania pociągów rodzi jeszcze cały szereg wyzwań.

Jednak szczególnie z wyniku postępującej digitalizacji sektora kolejowego postępy w tym zakresie już teraz są bardzo wyraźne. Nieraz czerpią one także spoza przemysłu kolejowego, czego przykładem jest wykorzystanie nowych możliwości rejestrowania, a w szczególności przesyłania danych.

W efekcie takiej dynamiki i różnorodności tematów zrodzi się duże zapotrzebowanie na operatorów i integratorów systemów. Ich zadaniem będzie analiza zalet i wad poszczególnych rozwiązań lub — jak w przypadku programu ETCS — ich poziomów zaawansowania z uwzględnieniem wymogów związanych z bezpieczeństwem i opłacalnością. W ten sposób będą mogli zgodnie z indywidualnym potrzebami, realną lub planowaną częstotliwością pociągów, stanem i infrastrukturą szyn, uwarunkowaniami geograficznymi i innym kryteriami zdecydować, jaka koncepcja najlepiej sprawdzi się w danym przypadku.

Ścisła współpraca między producentami komponentów, integratorami systemów i operatorami kolejowymi zyska przy tym jeszcze większą wagę niż do tej pory. Tylko w ten sposób będzie można rozwiązać złożone kwestie związane z możliwościami technicznymi, obowiązującymi normami i indywidualnymi parametrami.

Franz Pointner

Franz Pointner

07.03.2018

2539 słów

17 czas czytania

Wykrywanie pociągów: W mgnieniu oak Wykrywanie pociągów: W mgnieniu oak Wykrywanie pociągów: W mgnieniu oak Wykrywanie pociągów: W mgnieniu oak Wykrywanie pociągów: W mgnieniu oak Wykrywanie pociągów: W mgnieniu oak Wykrywanie pociągów: W mgnieniu oak

Powiązane artukuły

Jak komunikuj ą się systemy

Technologie

Jak komunikuj ą się systemy

Stefan Lugschitz | 29.06.2017 | 1580 słów | 11 czas czytania

Funkcja wymaga komunikacji: interfejsy zapewniają optymalne powiązanie elementów infrastruktury kolejowej.

Czytaj więcej
Łączone technologie zapewniające więcej informacji

Technologie

Łączone technologie zapewniające więcej informacji

Mayank Tripathi | 27.06.2017 | 1751 słów | 12 czas czytania

Inteligentne łączenie zapewniające rzeczywiste korzyści dodatkowe: o połączeniu Distributed Acoustic Sensing (DAS) z licznikami osi i indukcyjnymi czujnikami koła można wygenerować wartościowe informacje o zastosowaniach kolejowych.

Czytaj więcej
„Ściśile według protokołu”

Aplikacje

„Ściśile według protokołu”

Fabian Schwarz | 28.06.2017 | 1180 słów | 8 czas czytania

Zastosowania kolejowe są coraz bardziej złożone. Melanie Kleinpötzl, Frauscher Product Management, wyjaśnia w wywiadzie, w jaki sposób wydajne protokoły oprogramowania zapewniają niezbędną bezzakłóceniową komunikację między systemami.

Czytaj więcej
Wykrywanie pociągów: Lokalizacja w czasie rzeczywistym

Aplikacje

Wykrywanie pociągów: Lokalizacja w czasie rzeczywistym

Mayank Tripathi | 03.09.2016 | 513 słów | 4 czas czytania

Frauscher Tracking Solutions FTS to kompletny system wykrywania pociągów, który umożliwia niewyobrażalne dotychczas zastosowania i pomysły z zakresu zarządzania pociągami i eksploatacją.

Czytaj więcej