Vědeckotechnický sborník ČD

Transkript

1 Vědeckotechnický sborník ČD č. 22/2006

2 Ing. Aleš Krejčí 1 Finanční aspekty rozvoje české železnice pro regionální rozvoj Klíčová slova České dráhy, regionální železniční osobní doprava, veřejná služba 1. Úvod České dráhy, akciová společnost, (dále jen ČD, a.s.) jsou největším provozovatelem železniční dopravy a zároveň i největším provozovatelem železniční infrastruktury v České republice. V rámci podnikatelských subjektů z členských zemí Evropské unie zaujímají významné 5. místo podle objemu nákladní přepravy a solidní 9. místo podle počtu veřejné přepravy osob. ČD, a.s., vznikly 1. ledna 2003 na základě zákona č. 77/2002 Sb. o akciové společnosti České dráhy, státní organizaci Správa železniční dopravní cesty a o změně zákona č. 266/1994 Sb., o dráhách, ve znění pozdějších předpisů, a zákona č. 77/1997 Sb., o státním podniku, ve znění pozdějších předpisů. Společnost vznikla jako jeden z nástupnických subjektů vytvořených transformací státní organizace České dráhy. Z hlediska právní formy se jedná o akciovou společnost ve 100% vlastnictví státu. České dráhy zároveň plní roli národního dopravce v České republice a zastupují železniční sektor České republiky v několika mezinárodních organizacích a sdruženích. Železniční dopravní trh v České republice vznikl v roce 1995 na základě zákona č. 266/1994 Sb., o dráhách. V rámci transformace železničního sektoru v České republice v roce 2002 byla zákonem č. 77/2002 Sb. mimo jiné vyřešena otázka oddělení dopravních služeb od managementu infrastruktury, a to v souladu se směrnicí Evropského parlamentu a Rady 2001/12/ES. 2. Význam veřejné služby v dopravě Základním strategickým dokumentem pro sektor dopravy je Dopravní politika, která deklaruje, co stát a jeho exekutiva v oblasti dopravy musí učinit na základě mezinárodních závazků, co chce učinit z pohledu společenských potřeb a může učinit s ohledem na finanční možnosti. Globálním cílem Dopravní politiky je vytvořit podmínky pro zajištění kvalitní dopravy zaměřené na její ekonomické, sociální a ekologické dopady v rámci principů udržitelného rozvoje a položit reálné základy pro nastartování změn proporcí mezi jednotlivými druhy dopravy. Hlavními prioritami Dopravní politiky je zajištění: - rovných podmínek v přístupu na dopravní trh, - kvalitní dopravní infrastruktury umožňující hospodářský růst, - financování v sektoru dopravy, - dopravního sektoru, - podpory rozvoje dopravy v regionech. 1 Ing. Aleš Krejčí - ředitel odboru finančního GŘ ČD, a.s. 1

3 Záměry podnikatelské činnosti Českých drah, a.s., v segmentu regionální a příměstské dopravy vychází z celospolečenského významu veřejné dopravy z důvodu: Sociálního Občan, který nemůže používat individuální automobilovou dopravu, se musí dostat do školy a školských zařízení, k lékaři, k úřadům, k soudům nebo do zaměstnání za cenu, která bude pro něj přijatelná. Prostorového Individuální automobilová doprava je prostorově náročná, zajištění tohoto prostoru, včetně dopravy v klidu, je ve městech velmi obtížný úkol. Ve městech končí často i cesty z regionu. Ekologického Veřejná doprava jako celek produkuje výrazně méně měrných emisí než individuální automobilová doprava. Pro dobrou ekologickou bilanci na jednotlivých dopravních službách ale potřebuje odpovídající přepravní proudy. Bezpečnostního Ve srovnání s použitím individuální automobilové dopravy zaznamenává veřejná doprava na přepraveného cestujícího výrazně méně nehod. Velkou roli zde hraje kolejová doprava provozovaná po zabezpečené dopravní cestě. Vlivu na vyváženost regionálního rozvoje Kvalitní veřejná doprava významně přispívá k rovnoměrnému regionálnímu rozvoji, má vliv např. na zaměstnanost, zabraňuje vysídlování venkovských oblastí. 3. Organizace železniční osobní dopravy v území Ustavení krajského uspořádání České republiky, přesun finančních kompetencí na krajskou úroveň, zavedení fondového systému financování dopravní infrastruktury (SFDI) a institucionální oddělení její správy (SŽDC) od provozování veřejné dopravy (ČD, a.s.) jsou zásadními předpoklady pro významné zlepšení kvality a organizace dopravní obsluhy území. Budoucí rozvoj veřejné osobní dopravy je úzce spojován s integrovanými dopravními systémy (IDS) objednatelů služeb ve veřejném zájmu. V cílovém stavu bude organizátor IDS zpracovávat integrovanou organizaci provozu všech druhů veřejné dopravy v rámci kompetencí kraje a obcí, vyhlašovat výběrová řízení na zajištění provozu jednotlivých linek nebo jejich skupin a dopravci se budou ucházet o realizaci veřejných služeb formou nabídek s vyčíslením ekonomicky oprávněných nákladů dopravní služby. Vybraní dopravci potom budou provozovat objednanou dopravu a vůči cestující veřejnosti budou uplatňovat jednotné přepravní podmínky a jednotný tarif stanovený objednateli služby. Atraktivnost veřejné osobní dopravy, vyjádřená přepravními výkony absolutními a v poměru k výkonům realizovaným individuální dopravou, bude úzce ovlivňována především rozsahem nabídky dopravy ve smyslu četnosti spojů a také výší tarifních cen jízdného, v neposlední řadě však také kvalitou vozového parku dopravců, což však již přesahuje rámec tohoto pojednání. Lze jen předvídat, že trend směřuje k malým a lehkým dopravním jednotkám provozovaným v krátkém intervalu. Nelze zapomenout na kapacitu dopravní cesty a smluvní vztah mezi dopravcem a provozovatelem infrastruktury železniční dopravní cesty. 2

4 4. Integrovaný dopravní systém V rámci řešení systému přemísťování osob při respektování tezí o trvale udržitelném rozvoji mobility občanů a dopravní obsluhy území lze rozvíjet celou řadu osvědčených modelů efektivního řízení a organizace veřejné dopravy, které jsou založeny na její vzájemné provozní, přepravní a tarifní integraci. V posledních desetiletích je systémová integrace veřejné hromadné dopravy všeobecně považována za nejúspěšnější konkurenceschopnou alternativu vůči rozmáhajícímu se individuálního motorismu. Pod pojmem integrované veřejné osobní dopravy přitom rozumíme jak harmonizaci provozu regionální, příměstské a městské hromadné dopravy a jejich koordinaci s dálkovou dopravou, tak integraci podsystémů veřejné hromadné osobní dopravy, jako jsou dráhy a autobusy, za pomoci časové a prostorové koordinace provozu, přestupného jednotného tarifu a multimodálních terminálů a v neposlední řadě i integraci motorizované individuální a veřejné dopravy díky např. systémům Park&Ride. Právě efektivní integrace individuálních druhů dopravy (pěší, jízdní kola, motocykly a automobily) do provozu veřejné dopravy je významnou a nedílnou součástí finančně únosného ekonomického modelu řízení a organizace dopravní obsluhy území. Obecně lze říci, že zabezpečení dopravní obsluhy libovolného místa v osídlení je jedním z předpokladů správné funkce oběhových procesů. Dopravní obsluha libovolného místa v území však není z finančních důvodů vždy optimální a v praxi je proto nutné stanovit parametry (standardy), v jakém místě a čase je žádoucí obsluhu uskutečnit, a dále zvolit druh dopravy, který bude kapacitně úměrný požadavkům na přepravu. Nelze přitom pominout ani situaci, kdy je vhodné dopravní obsluhu realizovat individuálně s následným napojením na systém veřejné dopravy. Výhody IDS pro cestující: - jednotný tarif - jednotné přepravní podmínky - společný informační systém Výhody IDS pro dopravce: - noví cestující, další příjmy - možnosti racionalizace provozu - rychlá reakce na změny poptávky - jistota postavení na trhu - hájení zájmů veřejné dopravy Výhody IDS pro územní správu: - vytvoření jednotné přepravní sítě veřejné dopravy - trvale udržitelné řešení mobility - garance mobility pro sociální skupiny - pozitivní vliv na struktury osídlení - odstranění souběhů - snížení nákladů - zvýšení přepravních tržeb - zlepšení ekonomické efektivnosti provozu 3

5 5. Železnice jako páteřní doprava IDS V řadě krajů se úspěšně rozvíjí integrované dopravní systémy (dále jen IDS ). Tyto systémy pracují na základě kooperace několika různých dopravců, často z alespoň dvou dopravních oborů. Standardně se jedná o propojení systému městské hromadné dopravy, veřejné linkové autobusové dopravy a železniční regionální dopravy. Kromě systémové a technologické integrace (koordinace provozních procesů za účelem zajištění návazností spojů v uzlových bodech sítě, společný informační systém, společné jízdní doklady) dochází v některých krajích i k tzv. tarifní integraci, tzn. kraj vyhlásí jednotný tarif a přepravní podmínky a na tyto přistupují zúčastění dopravci. Z výše uvedeného vyplývá nutnost dělby společných tržeb z IDS. Pro tuto dělbu existuje více různých modelů, jak stanovit podíl jednotlivých dopravců. V zásadě lze hodnotit účast ČD, a.s., v IDS pozitivně, protože společně se zaintegrováním dojde i k nárůstu poptávky a tržeb z přepravy cestujících Praha a Středočeský kraj 2. Východní Čechy 3. Severní Morava 4. Jihomoravský kraj 5. Zlínský kraj 6. Tábor 7. Plzeňský kraj 8. Jihočeský kraj 2 9. Jablonec/Nisou Schéma č. 1: Mapa IDS s účastí Českých drah, a.s. Na mapě jsou znázorněny integrované dopravní systémy v České republice, ve kterých České dráhy usilují o postavení železnice v roli páteřního dopravního systému. K rozhodujícím IDS z pohledu ČD, a.s., patří Pražská integrovaná doprava, Integrovaný dopravní systém Jihomoravského kraje a Ostravský dopravní integrovaný systém. V každém systému jsou zúčastněni: kraj, obec, ČD, ostatní dopravci. 6. Státní program na reprodukci majetku Cílem státního programu na reprodukci majetku je podpora obnovy vozidlového parku železniční regionální osobní dopravy, která povede ke zlepšení kultury a kvality cestování ve veřejné dopravě a tím řešení tíživé dopravní situace na komunikacích, především pak na hlavních tazích a ve městech. Snížení průměrného stáří vozidlového parku přispívá ke zvýšení bezpečnosti a spolehlivosti systému veřejné dopravy a taktéž ke snižování emisí škodlivin do 4

6 ovzduší. V rámci obnovy vozidel je prioritou přístupnost vozidel pro osoby se zdravotním a pohybovým postižením. Zvláštní podporu pak mají vozidla s ekologickým elektrickým pohonem. Program podpory železničních vozidel byl zahájen teprve v roce Je třeba si uvědomit, že účast veřejných rozpočtů se na investicích ČD, a.s., v oblasti provozování veřejné osobní dopravy odvíjí na principiálně odlišném základě oproti ostatním subjektům na trhu. Rozhodující význam představují státní záruky České republiky na zajištění úvěrů poskytnutých ČD společností EUROFIMA za účelem financování nákupu osobních železničních vozů, elektrických lokomotiv a elektrických jednotek řady 471 pro příměstskou dopravu ve znění zákonů č. 133/2002 Sb., č. 516/2002 Sb., č. 668/2004 Sb. a č. 358/2005 Sb. Dále je vhodné připomenout, že ČD, a.s., na základě rozhodnutí Ministerstva financí ČR účtují od roku 2002 dotace z veřejných rozpočtů a dalších zdrojů na pořízení a modernizaci dlouhodobého majetku jako snížení pořizovací ceny příslušného majetku. Investiční podpora do výše pořizovací ceny činí: = 30% vozidel regionální železniční dopravy = 30%+20% u vozidel závislé trakce = 30%+20% u vozidel nízkopodlažních Nízkopodlažností se rozumí min. 35 % plochy vozidla. ŽKV musí být používáno v rámci závazku veřejné služby po dobu min. 6 let s proběhem alespoň 80 % km. Po dobu 10 let nelze ŽKV zcizit (prodejem nebo likvidací). 7. Obnova železničních kolejových vozidel Modernizovaná el. jednotka řady 560: Po modernizaci dvou jednotek v letech 2004 a 2005 realizují v letošním roce České dráhy, a.s. z vlastních prostředků modernizaci další el. jednotky. Modernizovaný motorový vůz řady 854: V polovině letošního roku byla dokončena modernizace celkem 50 vozidel řad 852 a 853 na řadu 854. Financování modernizace částečně proběhlo z vlastních zdrojů ČD, a.s. a částečně (posledních 12 vozidel) formou zpětného leasingu. 5

7 Motorová jednotka Regionova (motorový vůz přípojný vůz 914): Dokončeno je 6 jednotek, které již jsou v současné době nasazeny do provozu s cestujícími ve zlínském, královehradeckém, karlovarském a středočeském kraji. postupně budou další jednotky nasazovány i na regionálních tratích v dalších krajích V letošním roce počítají ČD v rámci uzavřené rámcové smlouvy s dodávkou 20 jednotek. Celkový počet by pak měl dosáhnout 54 dvouvozových motorových jednotek Regionova (snížení oproti původně uvažovaném počtu 100 kusů v souvislosti s objednávkou třívozových jednotek). Financování dodávek probíhá za účasti státního rozpočtu v rámci programu MD ČR Podpora pořízení a obnovy železničních kolejových vozidel. S dodávkami dalších jednotek Regionova počítají ČD i v následujících letech 2007 a Třívozová motorová jednotka Regionova ( motorový vůz vložený vůz motorový vůz 814): Ještě v letošním roce počítají ČD s vyhlášením veřejné obchodní soutěže na dodávku třívozových motorových jednotek se dvěma motorovými vozy a vloženým nízkopodlažním vozem. Prozatím se uvažuje o nákupu celkem 26 jednotek s tím, že prvních 7 by měly ČD obdržet během roku Počítá se s nasazením na některých frekvenčně silnějších tratích (Praha a středočeský kraj, v libereckém a plzeňském kraji, v olomouckém, moravskoslezském a jihomoravském kraji). Financování by mělo být zajištěno částečně z vlastních zdrojů a částečně ze státních dotací v rámci programu již zmíněného programu MD. Modernizovaný řídící vůz ř. 954: Na letošním veletrhu drážní techniky CzechRaildays 2006 v Ostravě byl představen modernizovaný řídící vůz řady 954. S těmito vozy počítají ČD do souprav spolu s modernizovanými motorovými vozy řady 854 a modernizovanými přípojnými vozy řady 054. V současné době tento vůz prochází zkouškami potřebnými pro schválení typu. Do konce letošního roku pak ČD obdrží 5 vozů této řady. S dalšími dodávkami (vždy po 5 kusech) se počítá v letech 2007 a Financování dodávek probíhá obdobně jako u motorových jednotek Regionova za účasti státního rozpočtu. Modernizovaný přípojný vůz řady 054: V letošním roce ČD obdržely první vůz této řady, který v současné době absolvuje zkušební provoz s cestujícími. Dle smlouvy s dodavatelem obdrží ČD ještě v letošním roce celkem 13 těchto modernizovaných vozů. Pro roky 2007 a 2008 uvažujeme prozatím s dodávkou 5 vozů ročně. Financování dodávek probíhá opět za účasti prostředků ze státního rozpočtu. El. jednotky řady 471: V současnosti je v provozu v příměstské dopravě na síti ČD celkem 25 těchto dvoupodlažních el. jednotek a další 6 jednotek obdrží ČD v průběhu roku Financování probíhá prostřednictvím úvěru od společnosti EUROFIMA, státního rozpočtu (jedna jednotka v roce 2006 v rámci programu MD ČR) a z vlastních zdrojů (čtyři jednotky již objednané pro rok 2007). 6

8 V rámci obnovy vozidel pro regionální dopravu uvažují České dráhy v souvislosti se snahou o rozšiřování integrovaných dopravních systémů především v pražské a ostravské aglomeraci o modernizaci el. jednotek řady 460 na modernizovanou řadu 461 s nízkopodlažními vloženými vozy a novým interiérem. 8. Strategie živá nádraží Celkem více než 60 nádražních budov ČD, a.s., včetně přilehlého okolí, by v následujících letech mělo projít komplexní revitalizací. Ta bude zahrnovat nejen celkové omlazení interiéru i exteriéru nádražních budov, ale především přinese zásadní zvýšení kvality odbavovacích a dalších služeb poskytovaných cestujícím na železničních stanicích ČD, a.s. Strategie, kterou České dráhy označují jako ŽIVÉ NÁDRAŽÍ, má za cíl jediné učinit z nádraží respektovanou součást městských center, kam lidé chodí rádi nejen tehdy, když někam cestují. Součástí strategie je také projekt revitalizace nádraží v Praze, Karlových Varech a Mariánských Lázních realizovaný ve spolupráci se společností GrandiStazioni a projekty rekonstrukce nádraží Praha Smíchov a Masarykovo nádraží připravované ve spolupráci s dalšími subjekty. Z pohledu cestujícího mají České dráhy tři strategické priority, které by měly jednoznačně vést ke zvyšování atraktivity cestování vlakem. Kromě modernizace vozového parku a rozvoje služeb pro cestující je třetím pilířem právě komplexní revitalizace železničních stanic. Cílem je posílit image Českých drah coby dopravce, který se dynamicky mění a cestujícím stále více nabízí služby s vysokou přidanou hodnotou. Strategie Živé nádraží se dělí do tří následujících projektových skupin: - komplexní revitalizace 58 nádraží Českých drah vybraných v rámci celé České republiky; - projekt revitalizace nádražních objektů ve stanicích Praha hlavní nádraží, Karlovy Vary a Mariánské Lázně realizovaný ve spolupráci se společností GrandiStazioni; - revitalizace stanic Praha Smíchov a Praha Masarykovo nádraží realizovaná jako speciální developerský projekt ve spolupráci s dalšími partnery. 7

9 Projekt Živá nádraží je komplexní strategií přeměny, jejímž cílem je prostředí stanic celkově oživit, nabídnout lepší služby cestujícím a především učinit z nádraží živoucí bod v centru města, kde občané nejen cestují, ale například také nakupují a tráví volný čas. Revitalizace se tudíž netýká pouze samotných budov a jejich interiérů; urbanistické řešení v mnoha lokalitách by mělo zahrnout také přednádraží a další přilehlá území. Postupně by mělo přestat platit zavedené klišé, že nádraží do center měst nepatří a že železnice městská centra rozděluje. Hlavním kritériem pro výběr jednotlivých stanic přitom byla na jedné straně frekvence pohybu cestujících; na straně druhé pak zájem místní samosprávy na realizaci revitalizace. Celkové investiční náklady na revitalizaci těchto stanic by měly dosáhnout několik miliard Kč s tím, že tyto náklady budou společně s Českými drahami sdílet partneři vybraní v rámci výběrových řízeních. Ti pak získají objekty v nádražních prostorách buď do dlouhodobého pronájmu nebo je budou spravovat společně v rámci společných podniků s ČD. Tento postup je přitom vysoce efektivní umožňuje získat finanční zdroje pro realizaci projektu a současně nikterak neomezuje společnost v dalších investičních aktivitách. Rozsah revitalizace bude různý lišit se bude jak v návaznosti na jednotlivé lokality, tak i podle rozsahu navrženého ze strany jednotlivých partnerů. V některých lokalitách, kde bude revitalizace nádraží součástí širšího urbanistického řešení se zapojením místní samosprávy, se počítá i se začleněním vlakového nádraží do celkového integrovaného přepravního terminálu (například v Sokolově). V řadě měst již nyní fungují moderní rekonstruovaná nádraží Českých drah. Ještě před přípravou strategie Živé nádraží probíhaly rekonstrukční práce v řadě stanic Českých drah a to buď jako součást výstavby železničních koridorů, nebo jako projekty financované prostřednictvím Státního fondu dopravní infrastruktury. Rekonstruovaná moderní nádraží tak mají například v Děčíně, Kladně, Chocni, České Třebové a v některých dalších městech. Tato nádraží již dnes splňují nejnáročnější požadavky na komfort cestování vlakem na začátku 21. století. 9. Regionální a příměstská železniční osobní doprava Regionální a příměstská železniční osobní doprava je v Evropské unii službou ve veřejném zájmu, kdy s regiony a státem (reprezentovaným Ministerstvem dopravy ČR) jsou uzavírány smlouvy o závazcích veřejné služby. V současnosti jsou tyto smluvní vztahy uzavírány pouze na období jednoho roku, nicméně České dráhy usilují o vývoj v této oblasti, aby se smluvní období alespoň částečně přiblížilo době ekonomické životnosti železničních kolejových vozidel. Za nezbytnou podmínkou funkčnosti regionálních a příměstských dopravních systémů je považována nabídka kvalitního jízdního řádu, podporovaná moderními kolejovými vozidly, interoperabilitou systémů a kvalitní infrastrukturou. Jedním z prostředků pro zkvalitnění v uvedené oblasti je i spolupráce s ostatními dopravci cestou vytváření nadnárodních společností. 8

10 10. Strategické cíle Regionální a příměstské dopravy V regionální a příměstské osobní dopravě je cílem ČD, a.s., nabídnout služby pod vlastní značkou. Usilujeme o navázání úzké spolupráce s regiony cestou vytvoření dceřiných společností s účastí regionů a rovněž usilujeme o spolupráci se silnými strategickými partnery. Naším záměrem je dosáhnout takového postavení železniční dopravy v regionech (či euroregionech), aby železnice tvořila páteřní dopravní systém. V uvedeném segmentu trhu je jednou z cest pro zkvalitnění služeb i integrace s ostatními druhy dopravy cestou vytváření integrovaných dopravních systémů. 11. Závěr V rámci své investiční rozvojové politiky hledají ČD, a.s., cesty k financování nákupu nových ŽKV, případně modernizaci starších řad vozidel. Možnosti alokace finančních prostředků ze zisku osobní dopravy jsou navzdory dikci zákona o dráhách v panující praxi nedofinancované ztráty vyloučené, a proto se ČD, a.s., snaží získávat jiné zdroje. Příkladem jsou realizované nákupy s pomocí společnosti EUROFIMA. Obnova vozidlového parku v osobní dopravě je také závislá na podpoře státu (v minulosti ve formě státních záruk za bankovní úvěry na nákup a modernizaci vozidel). Pozitivní v této oblasti je vznik nového programu Ministerstva dopravy Program podpory pořízení a obnovy železničních kolejových vozidel v regionální osobní dopravě, který rokem 2006 napravuje dlouholetou diskriminaci železniční dopravy proti dopravě silniční, kde obdobný program funguje už delší dobu. ČD, a.s., zvažují rovněž další eventuální zdroje financí, jako jsou financování prostřednictvím Public Private Partnership (tedy sdružování kapitálu soukromého a veřejného sektoru), využití některých forem leasingu nebo fondů EU. Právě nové programovací období Evropské unie na léta by mohlo otevírat novou možnost spolufinancovat obnovu a modernizaci vozidlového parku z peněz z evropských fondů na základě národních pozičních dokumentů Operační program doprava a Regionální operační programy. Problematiku lepšího fungování systému veřejné osobní dopravy jako celku by mohl vyřešit Zákon o veřejné osobní dopravě, který by po vzoru německy mluvících zemí upravoval vzájemné kompetence, práva a povinnosti mezi objednavatelem dopravy ve veřejném zájmu a dopravcem (a to jak železničním, tak autobusovým). Jedno z nutných kritérií vyrovnaného hospodaření v této oblasti je, aby ČD, a.s., byly schopny dostatečně prokázat svoje náklady vzniklé z provozování osobní dopravy ve veřejném zájmu. Systémové problémy financování osobní dopravy spočívají v nejednoznačnosti již zmíněné Vyhlášky MD ČR č. 241/2005 Sb., o prokazatelné ztrátě ve veřejné drážní dopravě a o vymezení souběžné osobní dopravy. Tato vyhláška stanovuje pouze obecně, co lze považovat za náklady dopravce, a po odečtení realizovaných tržeb vyjde výsledek, kterým je ztráta dopravce. ČD, a.s., tedy náklady vykazují podle ministerské vyhlášky, což ovšem pro mnohé kraje není dostačující. Objem finančních prostředků na úhradu závazku veřejné služby je dán zákonem o státním rozpočtu (v případě státu) a zákonem o rozpočtovém určení daní č. 243/2000 Sb., v platném znění (v případě krajů). Poslední změnou zákona o rozpočtovém určení daní došlo k výraznému přesunu pravomocí směrem do regionů a tento zákon již neurčuje krajům, jak velikou částku mají investovat do zajištění základní dopravní obslužnosti železniční dopravou. 9

11 V důsledku výše uvedených problémů dochází k nesouladu mezi rozsahem objednávky vlakové dopravy a zdrojovými možnostmi objednavatelů. Jejich výsledkem je pak každoroční ztráta ČD, a.s., z provozování osobní dopravy, která je pokrývána nestandardně ze zisku vytvářeného dopravou nákladní. L iteratura [1] ČD, a.s.: Výroční zpráva Skupiny České dráhy za rok 2005, Praha, 2006 [2] MD ČR: Program podpory pořízení a obnovy železničních kolejových vozidel v regionální osobní dopravě, Praha, 2006 [3] Štěrba, R.: Gründung von Verkehrsverbünden in Tschechien Erfahrungsbericht, In: GRENAH - Entwicklung grenzüberschreitender Planungsinstrumente im Nahverkehr, Internationale Konferenz an der TU Dresden, Forum Am Altmarkt, Dresden, 2005 (EU Research&Development Project: Enlargement) [4] Štěrba R., Pastor O.: Osobní doprava v území a regionech, Vydavatelství ČVUT, 2005, ISBN Praha, listopad 2006 Lektoroval: Jiří Svoboda Generální ředitelství ČD, KEN 10

12 Pavel Šiman Možnosti úspory trakční elektrické energie a motorové nafty závislé na železniční infrastruktuře Klíčová slova: trakční energie, spotřeba nafty, železniční infrastruktura, pomalé jízdy, rekuperace, automatické vedení vlaku 1. Úvod Každý provozovatel drážní dopravy je v tržním prostředí nucen minimalizovat své provozní náklady. Jednou z podstatných složek těchto nákladů je cena paliv a energií spotřebovaných pro jízdu vlaků, tj. především motorové nafty a elektrické energie odebírané z troleje. Jistá část těchto provozních nákladů přitom může být výrazně ovlivněna stavem železniční infrastruktury a jejího provozování. Následující příspěvek se zabývá vyčíslením takových nákladů a z toho vyplývajících požadavků na správu železniční infrastruktury. 2. Metodika Aby bylo možno posoudit mj. i návratnost investic do zkvalitnění železniční infrastruktury, které mají za důsledek snížení spotřeby nafty a trakční el. energie, je nutno pro každý posuzovaný případ vyčíslit dosažené úspory za stanovené časové období (zpravidla 1 rok). Přesné vyčíslení úspor by bylo možné pouze měřením, což je velmi pracné, nákladné a časově náročné. Pro účely tohoto příspěvku bylo proto využito simulačního programu pro výpočet jízdních dob v informačním systému SENA, který provádí rovněž i teoretický výpočet spotřeby nafty a el. energie pro jízdu vlaku. Protože není časově možné simulovat jízdu každého jednotlivého vlaku během roku (u vlaku jednoho a téhož čísla se během platnosti jízdního řádu může den ode dne mírně lišit hmotnost, adhezní podmínky, řada použitého hnacího vozidla; vlak může být mimořádně zastaven či veden odklonem atd.) byly výpočty provedeny pro typický den platnosti grafikonu vlakové dopravy (dále jen GVD), s těmito zjednodušujícími předpoklady: - provoz probíhá podle GVD, bez dopravních mimořádností, - hmotnost vlaku je během celého GVD stálá a odpovídá normativu hmotnosti podle údajů sešitového jízdního řádu, rovněž i typ jízdního odporu je neměnný, - pro dopravu vlaků jsou použita hnací vozidla plánované řady, - nejsou zaváděny vlaky mimořádné a podle potřeby, ani odříkány vlaky pravidelné, - nejsou uvažovány krátkodobé výluky, - adhezní podmínky jsou dobré nebo jen mírně zhoršené, - trolejové napětí je rovno jmenovité hodnotě pro příslušný trakční systém. Ing. Pavel Šiman, CSc., nar. 1965, Absolvent VŠDS Žilina, obor Kybernetika v dopravě. V r zaměstnanec ČD, depa Praha Masarykovo n. (později DKV Praha), GŘ ČD O11, vlakový dynamik. Nyní GŘ ČD, Odbor strategie a informatiky.

13 Je zřejmé, že takto zjednodušený model se bude blížit realitě tím více, čím kvalitněji byla provedena konstrukce GVD a čím méně nepravidelností (ať už jakéhokoli druhu) nastane během období platnosti GVD. kde Při přijetí výše popsaného modelu lze roční úspory energie vyjádřit vzorcem: n E 365 = 365. Σ p i.e i i=1 E roční úspora elektrické energie [kwh] n... počet vlaků projíždějících daným úsekem za 24 hodin [1] E i... úspora energie při jedné jízdě i-tého vlaku úsekem [kwh] p i... poměrný koeficient počtu jízd i-tého vlaku za den [1] Koeficient p i slouží pro ohodnocení jízd vlaků, které sice jezdí pravidelně během GVD, ale jen určité dny v týdnu, a je definován jako počet jízd vlaku za týden lomeno sedmi. Tj. např. pro vlak jezdící 2x týdně bude p i = 2/7, pro vlak jezdící denně je p i = 1 (hodnoty větší než 1 nemají smysl). Formálně naprosto shodný vzorec platí i pro roční úspory motorové nafty, vyjádřené v litrech. Vyčíslení ročních úspor v následujících kapitolách tohoto příspěvku vychází z rozsahu plánované dopravy (počtu vlaků) v GVD 2005/06, nebyly přitom brány v úvahu vlaky jedoucí jen podle potřeby a zvláštní vlaky. Ceny nafty a trakční el. energie byly použity průměrné za 1. pololetí r podle údajů ze statistik Odboru kolejových vozidel GŘ ČD, a.s. 3. Lokální omezení (propady) traťové rychlosti Jednou z nejrozšířenějších příčin zvýšení spotřeby trakční el. energie a motorové nafty je lokální omezení traťové rychlosti, zpravidla relativně krátké délky, kdy za koncem tohoto omezení následuje opětovný rozjezd vlaku na traťovou (resp. stanovenou) rychlost. Jedná se typicky o případy: - špatný stav žel. spodku nebo svršku (mosty, výhybky ), - nedostatečné rozhledové poměry nebo nedostatečné zabezpečení žel. přejezdu, - jiné ohrožení (padání skal na trať apod.), - nedostatečné zabezpečení vlakové cesty (výměn), - omezení rychlosti přes výhybky pravidelně pojížděné projíždějícími vlaky (spojky, přechody na jinou trať). Průjezd vlaku místem s lokálním omezením rychlosti (dále jen pomalá jízda ) lze z pohledu vlakové dynamiky rozdělit do 3 úseků: - snížení rychlosti (brzdění, příp. i výběh před brzděním), - vlastní pomalá jízda, - rozjezd na původní rychlost. Schematicky je obvyklý průběh takové jízdy uveden na obr. 1. Tachogram platí pro vlaky, které mají vzhledem ke sklonovým poměrům dostatečný přebytek tažné síly a výkonu, který jim umožňuje při opětovném rozjezdu dosažení původní rychlosti. Pro takové vlaky lze energetické ztráty vzniklé při pomalé jízdě vyjádřit vztahem:

14 Obr. 1 Teoretický tachogram průjezdu vlaku pomalou jízdou W = 0,5.(1+ρ).m.(v t 2 v p 2 ) m.(g.s+w t ).L 1 m.(w t w p ).L 2 m.(w t w s ).L 3 kde W... mechanická energie na obvodu kol hnacího vozidla [kj] m... hmotnost vlaku [t] ρ... součinitel rotujících částí [1] v t... původní (traťová) rychlost jízdy vlaku [m.s -1 ] v p... rychlost pomalé jízdy vlaku [m.s -1 ] g... tíhové zrychlení [m.s -2 ] s... stoupání traťového úseku [ ] w s... střední vozidlový odpor vlaku při rozjezdu z rychlosti v p na v t [N/t] w t... vozidlový odpor vlaku při jízdě původní rychlostí v t [N/t] w p... vozidlový odpor vlaku při pomalé jízdě [N/t] L 1... délka úseku pro snížení rychlosti [km] L 2... délka pomalé jízdy [km] L 3... délka úseku pro rozjezd na původní rychlost [km] Vzorec je uveden pouze pro ilustraci vztahu mezi veličinami, neplatí všeobecně, nýbrž jen za určitých podmínek (již zmiňovaný dostatečný přebytek výkonu vlaku, konstantní sklon, rozjezd vlaku působením tažné síly, nikoliv urychlujícího spádu, brzdění bez rekuperace atd.). Pro reálné úseky je nutno průběh jízdy a spotřebu vypočítat pomocí integrálního počtu, zpravidla numerickou integrací pomocí některého ze simulačních programů modelujících jízdu vlaku.

15 Ze vzorce nicméně vyplývá, že velikost energetických ztrát při pomalé jízdě ve všeobecnosti roste s hmotností vlaku a rozdílem druhých mocnin traťové rychlosti a rychlosti pomalé jízdy. Energetické ztráty vznikající opětovným rozjezdem vlaku jsou však zmírněny skutečností, že při jízdě vlaku omezenou rychlostí jsou nižší vozidlové odpory a tím i spotřeba energie, než při jízdě plnou traťovou rychlostí (to reprezentuje třetí člen součtu). Od jisté délky pomalé jízdy tento vliv dokonce převažuje, takže výsledná energetická bilance relativně dlouhého lokálního omezení může být i kladná. Samozřejmě, že negativní vliv omezení se projeví o to výrazněji v jiné oblasti, kterou je jízdní resp. cestovní doba (tj. v nepřímých ztrátách vzniklých menší konkurenceschopností železnice vůči jiným druhům dopravy). Podobně se energetické ztráty zmírní při prodloužení rozjezdu (to v praxi představuje vlaky s nižším přebytkem tažné síly a výkonu, čtvrtý člen součtu) a při rostoucím stoupáním trati (druhý člen součtu). Pokud se naopak vyskytuje pomalá jízda na urychlujícím spádu, energetické ztráty jsou zanedbatelné nebo žádné (není-li pro opětovný rozjezd nutno vůbec použít tažnou sílu hnacího vozidla). Výše uvedený vzorec v tomto případě neplatí. jízdy: Po shrnutí všech vlivů je tedy možno konstatovat, že energetická náročnost pomalé - roste s hmotností vlaku, - roste s traťovou rychlostí, - roste rozdílem mezi traťovou rychlostí a rychlostí v místě omezení, - klesá s rostoucím sklonem trati, - klesá s délkou pomalé jízdy, - klesá s klesajícím přebytkem výkonu a tažné síly vlaku. Následující praktické příklady byly vypočítány simulacemi v programu SENA. Na obr. 2 je pro ilustraci ukázka jednoho z vypočítaných tachogramů. Příklad 1: lokální omezení rychlosti na trati Hranice n.m. Val.Meziříčí na 50 km/h (1. kolej) resp. 30 km/h (2. kolej), padání skal poblíž hradla Černotín, roční energetická ztráta přibližně 700 MWh, tj. přes 1 mil. Kč. Příklad 2: omezení rychlosti na 40 km/h přes výhybky žst. Blažovice při jízdách vlaků v trase Holubice Šlapanice a opačně (vlaky jedoucí po spojce Holubice - Blažovice), roční energetická ztráta přibližně 250 MWh, tj. cca 400 tis. Kč. Příklad 3: omezení rychlosti na 40 km/h přes žst. Zdětín u Chotětova (trvalá výluka služby dopravních zaměstnanců, nedostatečné zabezpečení výměn), roční ztráta přibližně litrů nafty, tj. téměř 1 mil. Kč. Zde je hodno pozornosti, že vznik tohoto rychlostního omezení je důsledkem racionalizačního opatření snížení počtu dopravních zaměstnanců. Příklad 4: lokální omezení rychlosti na trati Náchod Meziměstí na 20 km/h, padání skal poblíž zast. Dědov, roční ztráta přes litrů nafty, tj. téměř 500 tis. Kč. Podobný vliv jako uvedené příklady dané technickým stavem infrastruktury mají i dopravní mimořádnosti při provozování dráhy, neboť se jedná o stejný mechanismus vzniku energetických ztrát při lokálním omezení jízdy vlaku, např. typicky: - pozdní stavění vlakové cesty, - průjezd sníženou rychlostí ( odbočkou ) přes stanici.

16 Roční ztráty takto způsobené závisí na četnosti výskytu dopravních mimořádností, na rozdíl od technického stavu infrastruktury se však netýkají každodenně všech vlaků. Nicméně je zde prostor pro další úspory již samotnou kvalitnější konstrukcí GVD. Obr. 2 Tachogram vypočítaný simulací v programu SENA Pro úplnost je také nutno dodat, že lokální omezení rychlosti jízdy vlaku (lhostejno, zda z důvodu technického stavu tratě nebo z důvodu dopravní mimořádnosti) má vždy za následek prodloužení jízdní doby a tím může dojít k dalšímu, sekundárnímu zvýšení spotřeby při krácení zpoždění (jízdě za minimální jízdní dobu) během další jízdy vlaku, ilustrace problému viz kap. 5 (obr. 5). 4. Rekuperace elektrické energie Možnosti výrazné úspory trakční elektrické energie představuje využití rekuperace při brzdění. Z hlediska technologie jízdy je možno rekuperaci rozdělit do 2 kategorií: - rekuperační brzdění spádové - rekuperační brzdění zastavovací Při spádovém brzdění je udržována konstantní rychlost (traťová, stanovená apod.) při jízdě vlaku na urychlujícím spádu. Je-li urychlující síla působením spádu větší, než vozidlový odpor vlaku, je možno v daném traťovém úseku využít pro rekuperaci část mechanické potenciální energie vlaku, kterou lze vyjádřit vzorcem: W = m.g.h W o

17 kde W... využitelná mechanická energie na obvodu kol hnacího vozidla [kj] m... hmotnost vlaku [t] g... tíhové zrychlení [m.s -2 ] h... rozdíl (nadmořských) výšek počátku a konce úseku [m] W o... energie spotřebovaná na překonání vozidlového odporu vlaku a traťového odporu při průjezdu oblouky a tunely [kj] Při zastavovacím brzdění na vodorovné trati je možno pro rekuperaci využít část mechanické kinetické energie vlaku: W = 0,5.(1+ρ).m.v 2 W o kde W... využitelná mechanická energie na obvodu kol hnacího vozidla [kj] m... hmotnost vlaku [t] ρ... součinitel rotujících částí [1] v... počáteční rychlost jízdy vlaku [m.s -1 ] W o... energie spotřebovaná na překonání vozidlového odporu vlaku a traťového odporu při průjezdu oblouky a tunely [kj] Elektrická energie odevzdaná na sběrači vozidla zpět do troleje pak je: E = W.η/3600 E po kde E... energie na sběrači vozidla [kwh] E po... spotřeba pomocných obvodů hnacího vozidla (vlaku) [kwh] η... celková účinnost přeměny energie v hnacím vozidle při rekuperaci [1] W... mechanická energie na obvodu hnacích kol [kj] Jak vyplývá ze vzorců, velikost možných úspor energie je při zastavovacím brzdění v obecnosti úměrná hmotnosti vlaku a druhé mocnině počáteční rychlosti (zpravidla traťové, resp. stanovené). Při spádovém brzdění jsou rozhodující pouze sklonové poměry a hmotnost vlaku. Při praktickém provozu samozřejmě dochází i ke kombinaci obou způsobů (zastavení vlaku na urychlujícím spádu). Využití rekuperace je možné pouze u hnacích vozidel vybavených příslušnou částí trakčního obvodu, u moderních vozidel se vstupním čtyřkvadrantovým měničem je přitom již standardem. Neméně důležitou podmínkou je zajištění odběru rekuperované energie. Praktický provoz rekuperace na jednotkách ř. 471 však ukazuje, že odběr této energie nečiní až na výjimky problém, jedná se samozřejmě o tratě elektrifikované stejnosměrným systémem 3000V. Při měřeních prováděných ČD VÚŽ na trati Praha Kolín bylo prokázáno, že v průměru 30% elektrické energie odebrané vlakem z troleje během rozjezdu, příp. udržování konstantní rychlosti bylo při brzdění navráceno do trolejového vedení. Odběr rekuperované energie jinými vozidly byl přitom zjištěn ve více než 90% případů. Odlišná situace je na tratích elektrifikovaných střídavým systémem 25kV/50Hz, a to jak technicky (ochrany proti zpětnému proudu v trakčních transformovnách) tak i legislativně, neboť v současnosti není možná zpětná dodávka el. energie do veřejné distribuční sítě. V současnosti má ČD, a.s. pro trakční systém 25kV/50Hz pouze 7 vozidel schopných rekuperace (jednotky ř. 680), avšak v dohledné době budou dodány lokomotivy ř. 380 a výhledově i dvousystémové jednotky ř. 675(671). Rekuperovat jsou schopny rovněž lokomotivy zahraničních dopravců, např. ř OeBB nebo ř. 189 DB, u kterých lze

18 v budoucnu předpokládat provoz i na tratích SŽDC. Je rovněž předpoklad, že Technické specifikace pro interoperabilitu pro konvenční tratě budou umožnění rekuperace požadovat. Velikost možných úspor vyplývajících z využití rekuperace je možno ilustrovat na následujících příkladech: Příklad 1: již využívaná rekuperace pro zastavení na trati Praha Pardubice u osobních a spěšných vlaků vedených jednotkami ř. 471 představuje roční úsporu více než 5000 MWh, tj. cca 8 mil. Kč (údaje vychází z měření skutečné spotřeby ČD VÚŽ, viz obr. 3). Příklad 2: v případě využívání rekuperace na trati (Summerau -) Horní Dvořiště České Budějovice pouze u rychlíků, spěšných a nákladních vlaků, lze při nasazení loko ř OeBB (resp. loko obdobných parametrů) předpokládat roční úsporu cca MWh, tj. okolo 3 mil. Kč (údaje jsou vypočítané simulací). Příklad 3 (výhledový, údaje jsou zjištěny simulací): v případě využívání i jen spádové rekuperace na trati Žďár nad Sázavou Brno hl.n./brno Maloměřice, u rychlíků, spěšných a nákladních vlaků vedených lokomotivou obdobných parametrů jako BR 189 (včetně např. loko ř. 380), u osobních vlaků vedených budoucími jednotkami ř. 671 (v pětivozovém provedení) lze odhadnout roční úsporu na 8000 MWh, tj. více než 12 mil. Kč viz obr.4. Spotřeba jednotky ř. 471 s využitím rekuperace (průměr z 5 měření) úsek jízdy do zastávky Libeň Kyje D.Počernice Běchovice Klánovice Úvaly Tuklaty Rostoklaty Č. Brod Klučov Poříčany Tatce Pečky Cerhenice Velim N. Ves Kolín zast. Kolín V úseku Tuklaty - Rostoklaty el. dělení, rekuperace není možná [kwh] Spotřeba na úseku Rekuperovaná energie Obr. 3 Spotřeby energie při jízdě jednotky 471 Součet obou obdélníků je roven celkové energii odebrané v daném úseku z troleje, pokud by se neuplatnila rekuperace

19 Výškový profil tratě Žďár n.s. - Brno (redukovaný vzheldem k odporu oblouků) Žďár n.s. Křižanov 500 redukovaná výška [m] Tišnov Kuřim Brno Kr.Pole traťový km [km] Obr. 4 Výškový profil tratě Žďár n.s. Brno. Nadmořská výška je redukovaná o odpor z oblouků a tunelů. Rozdíl výšek ilustruje možnou rekuperovanou energii připadající na jednotku hmotnosti dopravovaných vlaků. 5. Automatické vedení vlaku Spotřeba trakční energie pro jízdu vlaku úzce souvisí i s velikostí jízdních dob. Teoretickými simulacemi i praktickými pokusy je prokázáno, že trakční spotřeba (trakční práce) pro jízdu vlaku o dané hmotnosti na určitém traťovém úseku nelineárně závisí na jízdní době. Maximální spotřeba je samozřejmě při minimální jízdní době. Při prodlužování jízdní doby v řádu jednotek procent klesá spotřeba zpočátku velmi strmě, a to zpravidla v řádu desítek procent (závisí samozřejmě na konkrétním traťovém úseku, především jeho sklonových a rychlostních poměrech). Ilustrace konkrétního příkladu je na obr. 5. Možné úspory energie závisí tedy především na velikosti rezervy v jízdních dobách použité při konstrukci GVD. Primárním účelem těchto rezerv je eliminace zpoždění vzniklého během předešlé jízdy vlaku, u vlaků jedoucích včas je však je možno využít pro energetické úspory. Nutno podmínkou pro vznik úspor je rovněž i dodržování GVD. U zpožděného vlaku je zpravidla nutno krátit zpoždění, tj. minimalizovat jízdní doby, což má za následek maximální spotřebu energie. Jízdy zpožděných vlaků se snaží každý dopravce minimalizovat, na druhou stranu je nutno upozornit na skutečnost, že z hlediska spotřeby energie je velmi nežádoucí i jízda vlaku s náskokem (tj. příjezd vlaku před časem příjezdu uvedeným v jízdním řádu). Přesné dodržování GVD záleží při ručním řízení především na zkušenostech strojvedoucího, a protože postihy za zpoždění mohou být citelné, zpravidla se každý strojvedoucí snaží spíše o

20 jízdu vlaku s mírným náskokem, neboť ta není považována z pohledu dodržování GVD za problematickou.

21 Závislost spotřeby energie el. jednotky 471 na jízdní době (simulační výpočty) % prodloužení = 25% úspora 80 10% prodloužení = 35% úspora Pokles spotřeby [%] Prodloužení jízdní doby [%] Kolín-Pardubice Pardubice-Kolín Obr. 5 Závislost spotřeby na jízdní době pro úsek Kolín Pardubice Hodnoty byly vypočítány opakovanými simulacemi v programu SENA

22 V nedávné minulosti byly prováděny opakované pokusy s různými tabelárními či grafickými pomůckami pro strojvedoucího, jejichž cílem bylo omezit jízdu s náskokem a z toho plynoucí zvýšení spotřeby trakční el. energie nebo motorové nafty. Z důvodů uvedených v předešlém odstavci se však nedočkaly širšího uplatnění. Proto byla zvolena od 80. let. 20. stol. u tehdejších ČSD cesta vývoje automatického systému řízení jízdy vlaku, které zajistí (mimo jiné) i přesné dodržování jízdních dob. Vývojem vznikl systém Automatické vedení vlaku (AVV), který je standardní součástí řídicího systému sériově vyráběných jednotek ř. 471 a skládá se z těchto částí - regulátor rychlosti (ARR) - regulátor cílového brzdění (RCB) - optimalizátor jízdy vlaku (OJV - regulátor jízdní doby) Zařízením AVV budou rovněž osazeny i nově vyvíjené lokomotivy ř Nutnou podmínkou pro správnou funkci AVV je přesná informace o poloze vlaku na trati, což je zajištěno pomocí tzv. Magnetických informačních bodů (MIB). MIB jsou osazeny na řadě koridorových úseků, avšak v některých případech chybí osazení v celé délce vozebního ramene, což znemožňuje plné využití AVV pro úsporu trakční energie (úsek Přelouč Pardubice, žst. Kralupy n. Vlt., žst. Praha-Libeň na kolejích u nového nástupiště č. 1 apod.). Maximální úspora zjištěná v minulosti měřením VÚŽ během vývoje systému AVV při jízdě osobního vlaku vedeného lokomotivou ř. 163 v trase Praha Kolín byla cca 30%, za ideálních technických i dopravních podmínek. V roce 2002 byla simulací v programu SENA vypočítána závislost mezi jízdní dobou a spotřebou elektrické energie pro jednotku ř. 471 na úseku Kolín Pardubice, pro tehdejší stav infrastruktury. Z grafu je patrné, že rezervě 4% jízdní doby, používané při konstrukci GVD pro vlaky osobní dopravy, odpovídá teoretická úspora el. energie cca 25% při srovnání s jízdou za minimální jízdní dobu. Pro vlaky nákladní dopravy je při standardní rezervě 10% možná úspora energie až 35%. Průměrné úspory dosažené zařízením AVV během delšího časového období jsou nižší, neboť jsou výrazně závislé na: - kvalitě konstrukce GVD, - kvalitě řízení dopravy (dodržování GVD), - v menší míře i na jiných vlivech (adhezní podmínky, trolejové napětí atd.). Příklad: teoreticky vypočítaná roční spotřeba elektrické energie pro jízdu jednotek ř. 471 při dodržování GVD činí na trati Praha Pardubice přibližně MWh, tj. více než 25 mil. Kč. Pokud by nasazení AVV přineslo úspory energie i jen v řádu jednotek procent (což lze předpokládat i při značném vlivu dopravních nepravidelností), pak se roční úspora jen na této trati může pohybovat až okolo částky 1 mil. Kč. Kromě osazování ucelených traťových úseků body MIB je možno další značné možnosti pro zvýšení úspor trakční energie zařízením AVV hledat i v oblasti řízení drážní dopravy a konstrukce GVD, přitom se jedná zpravidla o organizační opatření ev. podporovaná vhodným SW produktem, která nebývají investičně příliš náročná.

23 6. Závěr Snižování energetické náročnosti provozu vlaků je celoevropským požadavkem, souvisejícím jednak se samotným hospodařením s palivy a energiemi, jednak i s naléhavou potřebou snižování emisí. Na realizaci projektů tohoto typu přispívá Česká republika i EU. Hlavním cílem příspěvku bylo upozornit na možnosti, které mají České dráhy, a.s. při reálném vyčíslení energetických i finančních úspor plynoucích z konkrétních opatření pro zlepšení technického stavu infrastruktury. Díky programu SENA je k dispozici prakticky použitelný nástroj pro toto zhodnocení. Z hlediska obecných doporučení by měla být ve vztahu ke správci infrastruktury požadována následující opatření: - odstraňování krátkých lokálních omezení rychlosti, především na velmi frekventovaných tratích s vyšší traťovou rychlostí, - v souladu s evropskými doporučeními a podle technických možností postupné povolení rekuperace i na tratích elektrifikovaných systémem 25kV/50Hz, - osazování tratí informačními body pro cílové brzdění, - při projektování novostaveb a modernizací tratí zohlednit i spotřebu energie při předpokládaném provozu v budoucnosti. Je vhodné požadovat i další opatření, která se týkají základního i operativního řízení: - při sestavě GVD vytvořit dostatečné rezervy v jízdních dobách, - při sestavě GVD minimalizovat pravděpodobnost pozdního stavění vlakových cest (respektovat propustnost úseků, traťové a staniční intervaly), - doplnit informační systémy pro řízení provozu o moduly pro ohodnocení energetické náročnosti tohoto řízení (mimořádná zastavení vlaku apod.), - vytvořit mechanismy pro účinnou kontrolu těchto opatření v provozní praxi. Literatura: [1] Předpis ČD V7, NADAS Praha 1982 [2] Myslivec, Špaček, Šula: Automatické vedení vlaku AVV. Vědeckotechnický sborník ČD č. 5/1998 [3] Technická zpráva VÚŽ-03-17/2004: Energetické charakteristiky jednotky ČD řady 471 při jízdách na trati Praha Kolín, VÚŽ Praha 2004 [4] Technické specifikace pro interoperabilitu pro transevropský vysokorychlostní železniční systém, subsystém Energie, Úřední věstník 2002/733/ES, Brusel 2002 [5] Sešitové a nákresné jízdní řády pro GVD 2005/06, ObS SENA Olomouc, Plzeň, Praha, 2005 Olomouc, říjen 2006 Lektoroval: Ing. Ivan Kemr, vedoucí Sekce ZL ENE Výzkumný Ústav Železniční a.s.

24 Ing. Miloš Futera, Ing. Marek Neustadt 1 Činnost OSS jako nástroje pro usnadnění přístupu dopravců na evropskou železniční infrastrukturu Klíčová slova: OSS, RailNetEurope, činnost provozovatele dráhy, mezinárodní vlakové trasy, kapacita dopravní cesty Úvod Od roku 1994 probíhá v zemích Evropské unie liberalizační proces spočívající v oddělení činností dopravce a provozovatele dráhy s cílem oživení výkonnosti železniční dopravy a zvýšení jejího tržního podílu na celkových dopravních výkonech Evropy. Současně s tím probíhala na železničních infrastrukturách Evropy v minulých letech řada pokusů s cílem najít optimální organizační uspořádání při řízení mezistátní vlakové dopravy, zejména pak mezistátní nákladní dopravy. Vyhodnocení postupů jednotlivých železnic, stejně jako vyhodnocení stavu liberalizace vedlo Evropskou komisi k vydání tzv. 2. železničního balíčku, který kromě novely ES 440/1991 na ES 2001/12 obsahoval i směrnici 2001/14 o přidělování kapacity železniční dopravní cesty. Reakcí provozovatelů drah na tuto směrnici bylo založení sdružení Evropských provozovatelů drah v roce 2001, které dne bylo převedeno pod vlastní právní subjektivitu se sídlem ve Vídni v souladu s rakouským právem. Toto sdružení přijalo název RailNetEurope (RNE) a jeho základním cílem je usnadnění mezinárodního provozu na evropské železniční infrastruktuře. Sdružení je neziskové a je financováno z členských příspěvků, příjmů z plánovaných akcí a z provizí za služby buď třetím stranám nebo členům. Základním smyslem vzniku RNE je naplňovat principy práva EU zabývající se spoluprací manažerů železničních infrastruktur (IM), v souladu se směrnicemi ES číslo 2001/12 a 2001/14. Základní cíle, pro které bylo RNE vytvořeno jsou: pečovat o rozvoj a konkurenceschopnost mezinárodního železničního provozu prosazením spolupráce mezi svými členy k umožnění výkonného marketingu, přidělování a prodeje kapacity přeshraniční infrastruktury a vlakových tras včetně dalších infrastrukturních služeb a pro nastavení přiměřených procedur a provozních struktur, usnadňovat přidělování železniční kapacity pro mezinárodní dopravu. Jedním ze základních prvků tohoto sdružení je mezinárodní spolupráce IM postavená na společné síti národních kontaktních bodů nazvaných One Stop Shop (OSS). 1 Ing. Miloš Futera, 1977, Univerzita Pardubice, DFJP, Management marketing a logistika v dopravě, Oddělení marketingu prodeje tras a statistiky - OSS, Odbor řízení provozu a organizování drážní dopravy Generálního ředitelství ČD, a.s. Ing. Marek Neustadt, 1966, VŠDS Žilina, Fakulta PEDAS, Provoz a ekonomika železniční dopravy, Vedoucí oddělení marketingu prodeje tras a statistiky - OSS, Odbor řízení provozu a organizování drážní dopravy Generálního ředitelství ČD, a.s. 1

25 Tato místa se vytváří jako jediné prodejní místo vůči zákazníkům dopravcům. Mezi hlavní úkoly všech národních OSS patří: pomoci dopravcům při získávání mezinárodních tras a ostatní záležitostí jako je např. oprávnění pro provozování drážní dopravy na síti všech zúčastněných IM, usnadnění procesu přístupu na železniční dopravní cestu v případě, že se jedná o nového dopravce, zajistit dopravcům řádné naplnění jejich žádostí o mezinárodní vlakové trasy v souladu s procesy sestavy mezinárodního JŘ. Struktura RNE RNE se v současné době skládá ze zástupců 29 IM z 26 zemí. Nejvyšším orgánem tohoto sdružení je Valné shromáždění (General Assembly GA). Valné shromáždění odpovídá za všechna strategická rozhodnutí, která usilují o naplnění cílů Sdružení. Správní rada (Managing Board MB) V období mezi zasedáními Valného shromáždění řídí činnost RNE 5-ti členná Správní rada (Managing Board MB). MB provádí rozhodnutí Valného shromáždění a sleduje jejich realizaci členy RNE. Nemalou úlohou MB je zastupování RNE při vyjednávání s jinými evropskými sdruženími a organizacemi, stejně jako při jednávání s Evropskou komisí při definování prostředí železniční dopravy v Evropě. Společná kancelář (Joint office JO) Každodenní práci RNE má na starosti Společná kancelář (Joint office JO) se sídlem ve Vídni. Hlavním představitelem JO je generální tajemník (General Secretary). Základními úkoly JO jsou: zajišťovat každodenní chod RNE, definovat a zajišťovat dodržování plánu činností definovaných MB uvnitř RNE, shromažďovat informace od svých členů nezbytné pro činnost RNE, řízení a vývoj IS ve vlastnictví RNE (Pathfinder, EICIS ), organizovat a podporovat pracovní skupiny RNE a manažery koridorů, organizovat zasedání GA a MB a plnit úkoly jimi zadané, připravovat roční rozpočet a Výroční zprávu o činnostech Sdružení, zajistit účetnictví v souladu se specifickými potřebami sdružení, koordinovat aktivity skupin a subkomisí RNE, sledovat aktivity dalších mezinárodních projektů souvisejících s cíly RNE. Pracovní skupiny RNE Pro rozvoj svých cílů vytvořilo sdružení RNE pracovní skupiny. Tyto skupiny také slouží jako místo výměny informací a vytváří rovněž podklady pro rozhodování GA o činnostech ovlivňující aktivity všech členů RNE. Pracovní skupiny se skládají ze zástupců členských společností - odborníků v dané problematice a zpravidla se scházejí 2 4 krát do roka. RNE v současné době má 6 pracovních skupin. Skupina Legal Matters Pracovní skupina Legal Matters (právních věcí) definuje právní rámec činností uvnitř RNE a smluvních vztahů k zákazníkům. Mezi významné dokumenty týkající se zákazníků lze zařadit Standardní smlouvu o užívání infrastruktury, 2

26 Standardní rámcovou smlouvu o rezervaci kapacity na období delší jak jedno období sestavy jízdního řádu, Smlouvu o datové výměně mezi manažery infrastruktury. Cílem těchto dokumentů je jednak zajistit dopravcům rovný a nediskriminační přístup k mezinárodním vlakovým trasám a jednak zlepšit vzájemnou spolupráci IM v oblasti mezinárodní dopravy. Skupina Network Statement Cílem skupiny Network Statement (Prohlášení o dráze) je podpořit vznik jednotného a pro dopravce přehledného formátu Prohlášení o dráze (Network Statement) na všech národních infrastrukturách uvnitř RNE. Tento jednotný formát Prohlášení o dráze by mohl být v budoucnu použit Evropskou komisí jako závazný pro všechny IM v EU. V současné době je tento jednotný formát zapracován do většiny Prohlášení o dráze, včetně Prohlášení o dráze vydávaného Správou železniční dopravní cesty (SŽDC, s.o.) od verze pro JŘ 2007/2008. Skupina Marketing Skupina Marketingu zajišťuje, aby ve všech aktivitách RNE byl zohledněn pohled zákazníků, tedy dopravců. Mezi stávající hlavní výstupy orientované na zákazníky patří pravidelné čtvrtletní vydávání magazínu RNE, internetové stránky sdružení zákaznický průzkum a jeho vyhodnocení a každoroční obchodní konference RNE, kde dochází k setkávání zástupců RNE se stávajícími i potencionálními dopravci. Skupina Timetable Skupina Timetable (jízdní řády) je zodpovědná za definování hlavních procesů pro sestavu mezinárodního jízdního řádu (JŘ). Pracovní skupina definuje postupy, podle kterých mohou dopravci a ostatní žadatelé objednávat a získávat mezinárodní trasy. Procesy pro sestavu JŘ byly projednány s FTE (Forum Train Europe mezinárodní sdružení dopravců) a poté schváleny valným shromážděním RNE a následně oznámeny všem dopravcům v mezinárodní dopravě. Procesy zajišťují všem oprávněným žadatelům rovný a nediskriminační přístup k mezinárodním vlakovým trasám. Proces sestavy mezinárodního JŘ začíná 48 měsíců před začátkem platnosti JŘ. Začátek platnosti JŘ se označuje písmenem X a jednotlivé termíny se určují k tomuto základnímu milníku. Tento proces je znázorněn na obrázku 1 a skládá se ze 4 základních fází: fáze zjišťování strategických potřeb a změn, fáze poskytování rad, fáze koordinační, fáze alokace a přidělování. 3

27 Fáze zjišťování strategických potřeb Strategický dialog Fáze poskytování rad Předložení žádosti o studii trasy Tolerance RNE koridorové setkání (žadatelé a IM) Odpověď na žádost o studii trasy Koordinační fáze RNE mezinárodní katalog tras Rozvoj návrhu GVD Předložení objednávky trasy po X-8 Přidělení tras a konzultace Předložení objednávky trasy Přidělení tras ve zbytkové kapacitě X Obrázek 1: proces sestavy mezinárodního JŘ Skupina OneStopShop (OSS) Hlavním úkolem pracovní skupiny OSS je definovat pracovní postupy uvnitř sítě OSS, tak aby byly zlepšovány a vycházely více vstříc potřebám zákazníků - dopravců. Skupina Quality and Operations Pracovní skupina Quality and Operations (kvalita a provoz) se zabývá postupy, jak zvýšit kvalitu mezinárodní dopravy. Pro tyto účely byl vyvinut manažerský informační systém (Management Information System - MIS), kde jsou shromaždovány informace o přesnosti a pravidelnosti vlaků v mezinárodní dopravě na významných místech infrastruktury na všech definovaných koridorech RNE. Na základě rozboru těchto údajů lze pak přijímat konkrétní opatření ke zlepšování kvality v těchto místech. Dále se členové skupiny podílejí na testovacím provozu IS EUROPTIRAILS (viz dále) a definují společnou metodiku evropského výkonového režimu (European Performance Regime EPR), který se zabývá stanovením velikosti zpoždění, určením důvodu a odpovědnosti za vznik tohoto zpoždění. Koridorový přístup Na konci roku 2005 se RNE rozhodlo zavést do organizace svých aktivit tzv. koridorový přístup. V rámci RNE bylo doposud definováno 10 koridorů s významným objemem mezinárodní dopravy. Mapa koridorů je uvedena na obrázku 2. Činnosti na koridorech jsou koordinovány vždy jedním zástupcem IM, manažerem koridoru (corridor manager - CM). 4

28 Seznam koridorů a sídlo IM manažera koridoru je uveden v tabulce 1. Hlavní rolí manažera koridoru je zajistit realizaci cílů RNE. Joint Office společně s pracovními skupinami vytváří jednotnou strategii RNE, CM zajišťují implementaci těchto cílů s přihlédnutím ke specifickým podmínkám na daném koridoru. Koridorový přístup má zajistit pružnější a více tržně a zákaznicky orientovaný přístup. koridor RNE C1 Oslo / Stockholm / Turku - Copenhagen - Hamburg C2 Rotterdam / Antwerp - Ruhr Area - Milan C3 Rotterdam / Antwerp - Ruhr area - Warszawa C4 Hamburg Bremerhaven - München - Verona C5 Rotterdam / Gent / Antwerp - Luxembourg - Paris - Marseille / Basel C6 Mannheim - Nîmes - Perpignan - Barcelona - Valencia C7 Warszawa / Cierna n.t. - Vienna - Triest / Koper C8 Lyon - Torino - Triest / Koper - Budapest C9 Vienna - Budapest Bucarest - Konstanta / Sofia / Dimitrograv C10 Malmö - Rostock - Berlin - München / Prag - Bratislava - Budapest Tabulka 1: koridory RNE a sídlo manažera koridoru sídlo manažera koridoru Banverket (Švédsko) SBB (Švýcarsko) PKP/PLK (Polsko) DB Netz (Německo) Infrabel (Belgie) RFF (Francie) ÖBB (Rakousko) RFI (Itálie) CFR (Rumunsko) ČD (Česká republika) 5

29 Obrázek 2: mapa sítě koridorů RNE Produkty a nástroje RNE RNE nabízí svým zákazníkům řadu produktů a nástrojů s cílem zlepšit mezinárodní železniční dopravu. Na nabídce těchto produktů soustavně pracuje. V současné době jde zejména o : Katalogové trasy RNE (X-11), Termíny sestavy mezinárodního JŘ, Informace X-24, Pathfinder, EICIS, Europtirails, EPR. 6

30 Katalogové trasy RNE (X-11) Evropská směrnice 2001/14, požaduje vytvoření mezinárodního katalogu vlakových tras jedenáct měsíců před začátkem platnosti JŘ. Tyto katalogové trasy slouží jako nabídka možných mezinárodních tras pro žadatele a jsou zároveň základem pro konstrukci ročního jízdního řádu. Od zavedení nabídkových katalogových tras si provozovatelé drah slibují vytvoření předpokladů pro nabízení tras nejen pro sestavu JŘ, ale i v režimu požadavků ad hoc. Cílem je zkrátit termíny odpovědí na žádosti dopravců o trasy a tím lépe odpovídat na obchodní procesy svých zákazníků. V katalogu nabídkových tras RNE jsou uvedeny následující informace: výchozí a cílová stanice, dny, ve kterých je možné trasu rezervovat, hmotnost vlaku a charakteristiky hnacího vozidla. IM mohou měnit katalog tras RNE z důvodů významných udržovacích prací a rekonstrukcí na infrastruktuře. Příslušný IM zodpovídá za včasné informování všech zainteresovaných stran. Termíny sestavy mezinárodního JŘ Jak již bylo řečeno v části týkající se pracovní skupiny JŘ, členové RNE definovali jednotný postup v procesu sestavy mezinárodního JŘ. V rámci tohoto procesu byly zároveň definovány jednotné termíny pro přijímání žádostí o mezinárodní vlakové trasy, sdělení návrhu mezinárodního jízdního řádu dopravci a termíny pro konečné přidělení mezinárodních vlakových tras v rámci sestavy ročního JŘ. Časové rámce termínů pro sestavu ročního mezinárodního JŘ v rámci procesu RNE jsou uvedeny v tabulce 2: Činnost přijímání žádostí o mezinárodní vlakové trasy termín den před 2. pondělím v dubnu sdělení návrhu mezinárodního jízdního řádu pondělí na začátku 13. týdne po termínu pro žádosti o trasy konečné přidělení mezinárodních vlakových tras začíná v pondělí na začátku 18. týdne po termínu pro žádosti o trasy, trvá 2 týdny Tabulka 2: Časové rámce termínů pro sestavu ročního mezinárodního JŘ v rámci procesu RNE Informace X-24 Dalším z produktů pro zákazníky je zveřejnění informací k termínu X-24, kdy RNE prezentuje zákazníkům předběžné informace o budoucím stavu infrastruktury. Tyto informace definují plánovanou kapacitu a politiku tvorby jízdního řádu pro každý významný koridor RNE a i případně pro další významné tratě. Plánovaná budoucí kapacita je dopravcům prezentována pomocí profilů kapacity. Profil kapacity je diagram ukazující počet tras pro každou hodinu za den. Příklad profilu kapacity je znázorněn na obrázku 3. Profil popisuje kapacitu podle druhů dopravy a pokud je to v této podobě vhodné, i rezervaci kapacity pro opravy a údržbu: pro běžný den uprostřed týdne, jako počet možných tras za hodinu po celý den, 7

31 v každém úzkém hrdle nebo pohraničních přechodových stanicích. Route profile Breclav/Hohenau number of paths Free Freight Local Rapid hour Obrázek 3: ukázka profilu kapacity IS Pathfinder Informační systém Pathfinder slouží jako komunikační platforma pro výměnu informací při sestavě ročního JŘ mezi provozovateli dráhy a dopravci. Tento program byl vyvíjen organizací FTE (Forum Train Europe) a po vzniku RNE byl převeden do této organizace. Prostřednictvím programu může dopravce či sdružení dopravců podávat žádosti o studie vlakových tras či žádosti o trasy vlaků a zároveň obdrží výsledek zpracování svého požadavku. Veškerá komunikace s programem probíhá prostřednictvím veřejného internetu a je tudíž dostupná všem dopravcům či oprávněným žadatelům. Cílem programu je řídit workflow mezi dopravci navzájem a mezi dopravci a provozovateli drah. Pathfinder lze propojit s národními programy pro zadávání požadavků o trasy a pro konstrukci vlakových tras (v našem případě s IS SENA, modulem CEV). Jeho používání v procesu sestavy mezinárodního JŘ výrazně zvyšuje efektivitu tohoto procesu a následně i snižuje náklady na celoevropská zasedání skupin vytvářejících JŘ. Program navíc účelně aplikuje správné rozdělení odpovědnosti dopravce a IM v procesu sestavy JŘ. Používání programu je pro dopravce bezplatné. Je snahou RNE, aby všichni dopravci využívali při žádostech o konstrukci vlakových tras v JŘ tento IS, čímž dojde k rychlejší a kvalitnější komunikaci při sestavě mezinárodního JŘ. EICIS - European Infrastructure Charging Information System (Evropský systém zpoplatnění infrastruktury) Program EICIS je webová aplikace, která poskytuje dopravcům prvotní informaci o výši poplatků za použití infrastruktury a zvolených služeb v mezinárodní dopravě. Data o cenách za použití infrastruktury poskytuje v současné době 15 IM. Dopravce zadá informace o požadované trase a systém mu vyhledá optimální variantu trasy dle zadaných parametrů vlaku s priorizací ceny nebo délky trasy. K této vyhledané trase vypočte systém cenu za použití infrastruktury v celé trase zamýšleného vlaku čímž umožňuje dopravci vybrat pro trasu svého vlaku nejvýhodnější variantu. V současné době se zvažuje vytvořit propojení s programem Pathfinder, čímž se dopravci umožní mít informaci o ceně své požadované trasy. Europtirails IS EUROPTIRAILS je systém vyvíjený firmou Systra AG, který je finančně podporován Evropskou unií a je testován na koridoru Nizozemí Itálie. Členy projektu EUROPTIRAILS 8

32 jsou provozovatelé infrastruktury v Nizozemí, Německu, Francii, Švýcarsku, Rakousku a Itálii. Systém bude mít v cílovém stavu tři moduly: Informační modul technické parametry vlaku, předpokládaný čas odjezdu vlaku Sledovací modul přesnost, důvod zpoždění, stornování, odklon Modul skládání tras nástroj na vyhledání nejvíce vyhovující trasy vlaku na celém koridoru IS EUROOPTIRAILS ve stávající verzi umožňuje sledování pohybu definovaných mezinárodních vlaků včetně údajů o jejich zpoždění a předpokládaném vývoji zpoždění na zbývající cestě. Systém ukončuje svou ověřovací fázi, následně se připravuje rozhodnutí o jeho dalším využití provozovateli drah. Jako nejperspektivnější cesta dalšího vývoje se ukazuje implementace metodiky EPR a vytvoření centrálního evropského IS pro vzájemné odúčtování zpoždění a jeho případné finanční úhrady, tak jak je připravuje Evropská komise v rámci vydání 3. železničního balíčku s platností od roku EPR - European Performance Regime (Evropský výkonový režim) EPR shromažďuje informace o zpoždění vlaků v mezinárodní dopravě a jejich příčinách, které jsou přiřazovány původcům zpoždění. V rámci RNE existuje pracovní skupina, která se zabývá zkušební implementací EPR v rámci RNE. Je plánován testovací provoz po dobu cca jednoho roku. Poté bude následovat vyhodnocení a případné korekce navržené metodiky. Po odsouhlasení metodiky dojde k implementaci ve vhodném IS (s největší pravděpodobností EUROOPTIRAILS) a napojení na národní dispečerské systémy. Ve vzájemné komunikaci bude použito zpráv definovaných v TSI TAF (Technické specifikace pro interoparabilitu pro telematické aplikace v nákladní dopravě). OSS v ČR Vznik OSS v ČR Česká republika liberalizovala vnitřní dopravní trh pro všechny dopravce již od Po vstupu do EU byl otevřen trh i pro mezistátní železniční dopravu. Současně s tím bylo vytvoření Oddělení marketingu a prodeje mezinárodních tras vlaků (OSS) k na Odboru řízení provozu a organizování drážní dopravy (O11) ČD, které se k rozšířilo na Oddělení marketingu prodeje tras a statistiky. Těmito kroky se vytvořily institucionální podmínky pro vytvoření jediného obchodního místa pro všechny dopravce jak ve vnitrostátní, tak i mezinárodní železniční dopravě. OSS plně podporuje naplňování činností nezávislého provozovatele dráhy, který nediskriminačně zajišťuje přístup k provozování drážní dopravy pro libovolného dopravce splňujícího všechny zákonné a provozně-technické podmínky potřebné pro bezpečný a spolehlivý provoz na síti celostátních a regionálních drah v ČR. Činnosti OSS v ČR OSS zastřešuje všechny činnosti spojené s činností dopravců na infrastruktuře SŽDC. Svou činností pokrývá všechny aktivity dopravce spočívající v: uzavření smlouvy o provozování drážní dopravy, spolupráci v procesu přidělování kapacity dopravní cesty, zprostředkování přidělení vlakových tras v rámci sestavy JŘ, 9

33 přidělení mezinárodních vlakových tras na ad hoc požadavky, metodické vedení statistického vyhodnocení činnosti dopravců, příprava podkladů pro fakturaci poplatků za užití dopravní cesty. Současně s výše vyjmenovanými činnostmi se dále podílí, ve spolupráci s partnerskými OSS v sousedních státech, na stanovení pravidel pro zajištění přechodu státní hranice pro všechny oprávněné dopravce. Zejména v roce 2004 bylo potřebné stanovit pravidla na pohraničních přechodech tak, aby byl na jedné straně zajištěn přechod státní hranice i pro jiné než národní dopravce, na druhé straně pak šlo o dodržení bezpečnostních hledisek, která jsou v těchto úsecích odlišná od zbytku národní železniční sítě. V současné době lze konstatovat, že se postupně zvyšuje počet mezistátních jízd všech dopravců na jednotlivých přechodech. V neposlední řadě jsou členové OSS zapojeni do mezinárodní spolupráce provozovatelů drah a přídělců kapacity v rámci sdružení RNE, kde se aktivně podílí na rozvoji všech produktů a služeb vytvářených tímto sdružením a současně vhodně implementují tyto poznatky, služby a produkty do činností provozovatele dráhy. Tím je zajištěna potřebná kompatibilita s okolními infrastrukturami. Z výše uvedených činností patří k základní náplni OSS: Vyřízení žádostí o mezinárodní vlakové trasy Mezi základní každodenní úkoly OSS patří projednávání ad hoc požadavků dopravců na mezinárodní trasy. V současné době (stav ke ) provozuje v České republice dopravu 53 železničních dopravců, z toho 16 dopravců uskutečňuje jak příležitostnou, tak pravidelnou mezinárodní dopravu, a to ve spolupráci s dopravci ze sousedních států. Někteří z těchto dopravců jsou oprávněni provozovat drážní dopravu i v sousedních státech. Oddělení OSS obdrží měsíčně cca 150 požadavků na mezinárodní vlakové trasy. Vzhledem k tomu, že jeden požadavek může obsahovat více než jednu žádost o vlakovou trasu, zpracuje oddělení OSS měsíčně cca 500 mezinárodních vlakových tras. Přehled požadavků v 2. pololetí roku 2005 je uveden na obrázku 3. Počet požadavků zpracovaných OSS v 2. pololetí roku 2005 podle kalendářních měsíců červenec srpen září říjen listopad prosinec Obrázek 3: počet požadavků zpracovaných OSS v 2. pololetí roku 2005 podle kalendářních měsíců 10

34 Tvorba ročního JŘ OSS se rovněž podílí na přípravě ročního jízdního řádu, kde plní roli zadavatele dat do IS Centrální Editor Vlaků (CEV) dle objednávek smluvních dopravců (IS CEV je modulem IS SENA pro sestavu JŘ). OSS komunikuje se zástupci smluvních dopravců a zaměstnanců O11 zodpovědných za konstrukci ročního JŘ a zajišťuje tak naplnění všech požadavků smluvních dopravců ve vnitrostátní i mezinárodní dopravě. Tuto úlohu plní jak při přípravě ročního JŘ, tak při jeho pravidelných změnách. Při sestavě mezinárodního jízdního řádu je využíván i IS PATHFINDER (viz výše). OSS je zodpovědné za administraci tohoto IS pro ČR. Tato administrace představovala ve fázi implementace IS PATHFINDER pro podmínky ČD provedení lokalizace programu do češtiny a překlad uživatelské a technické příručky (tzv. Orangebook ). IS PATHFINDER ČD rutině používají od sestavy jízdního řádu 2006/2007 ČD jsou jedním z prvních IM, které používají automatické propojení národního systému (CEV) s programem PATHFINDER, a při porovnání s ostatními evropskými IM lze konstatovat, že jsou ČD nejúspěšnější v rozsahu implementovaných funkcí i objemu vlakových tras konstruovaných s pomocí tohoto IS. Posuzování kapacity v režimu ad hoc Jednou z největších změn, které s platností od přinesl zákon 103/2004 Sb. (novela zákona 266/1994 Sb. o drahách), bylo zavedení pojmu kapacita dopravní cesty a přidělování kapacity před jízdou každého vlaku, přičemž přídělcem byla určena nezávislá osoba Správa železniční dopravní cesty, s.o. České dráhy, a.s. a Správa železniční dopravní cesty, s.o. (SŽDC) uzavřely mandátní smlouvu na vzájemnou spolupráci, která řeší spolupráci Českých drah jako provozovatele dráhy a SŽDC jako přídělce a to jak v procesu sestavy ročního jízdního řádu, tak i přidělování volné kapacity dopravní cesty v režimu ad hoc. OSS na základě této smlouvy zajišťuje posuzování dostupné kapacity dopravní cesty pro ty požadavky v režimu ad hoc, které byly podány více než 3 pracovních dní před prvním dnem jízdy vlaku. Požadavky podané méně než 3 pracovních dní jsou posuzovány dispečerským aparátem Odboru řízení provozu a organizace drážní dopravy. OSS v tomto případě, stejně jako v případě požadavků uplatňovaných do JŘ, zajišťuje metodiku a celkové vyhodnocování jednotlivých posouzení. Grafický přehled požadavků na kapacitu dráhy v režimu ad hoc je uveden na obrázku 4. 11

35 celkový počet posouzených požadavků na vlakové trasy v režimu ad hoc za JŘ 04/ < 3 dny > 3 dny Obrázek 4: celkový počet posouzených požadavků na vlakové trasy v režimu ad hoc za JŘ 04/05 IS KADR Zavedením pojmu kapacity dopravní cesty došlo k částečnému oddělení pojmu trasa vlaku a kapacita, a to jak z pohledu vnímání tohoto pojmu, tak i z pohledu oprávněných subjektů za jejich přidělení. Navíc zde vznikla poměrně značná agenda, evidující přidělování kapacity dopravní cesty a vyčíslující její zpoplatnění, která dosud probíhala bez odpovídající softwarové podpory. Současně se zavedením pojmu kapacita dopravní cesty došlo i ke změně ve způsobu výběru poplatků za užití dopravní cesty, kdy nově dopravci tento poplatek platí přímo SŽDC. Vzhledem k této skutečnosti, stejně jako k tomu, že stávající softwarová podpora nepostihuje celý životní cyklus vlaku a statistická úloha TP 412 není z principu své činnosti schopna zajistit fakturační přesnost, dochází k rozsáhlým změnám IS provozovatele dráhy, jejichž cílem je změnit stávající systém vykazování výkonů (založený na metodologii pocházející z r. 1926) na systém, který bude sbírat data o výkonech dopravců vzniklá při řízení vlastního provozu. Tato změna si vyžaduje vytvořit nové IS, které budou postihovat procesy dosud IS nepodporované, stejně jako procesy, které nově vznikly až po , a změnit již stávající informační systémy pro řízení provozu. Celkově lze konstatovat, že dochází: k vytvoření IS ISOŘ KADR, který bude evidovat požadavky na kapacitu dopravní cesty a trasy vlaků, čímž se postihne první etapa životního cyklu vlak objednávka trasy/kapacity, ke komplexnímu pokrytí celé sítě aplikacemi, které budou verifikovaně pořizovat údaje o skutečném dopravním provozu Automatické pracovní místo Dopravní deník (APM DD) a Graficko technologická nadstavba nad dálkově ovládaným zabezpečovacím zařízením (dále jen GTN), k úpravám aplikace ISOŘ informačního systému operativního řízení, který bude přebírat data o požadavcích na trasy vlaků a distribuovat je v režimu ON-LINE na pracoviště GTN a APM DD ve formě směnového plánu a vyhlášení pravidelné a mimořádné dopravy, 12

36 k vytvoření Archivu dat provozních výkonů (ADPV) na bázi technologie datových skladů, který bude provádět podklady pro fakturaci poplatků za užití dopravní cesty a dále statistické přehledy pro standardní i mimořádné potřeby analyzování dat o železničním provozu. Tyto poměrně rozsáhlé úpravy jsou vyvíjeny tak, aby bylo možné v brzké době poměrně snadno implementovat jak vytvářený systém EPR, tak i již vyhlášené TSI TAF čímž si udržíme stávající velmi dobrou úroveň IS jak z pohledu vnitrostátní, tak i zejména mezinárodní spolupráce. Jak vyplývá z výše uvedeného, základní a první operací před jízdou každého vlaku je objednávka kapacity a trasy vlaku jízdního řádu pro tento vlak. Před zahájením jízdy je nutné mít splněny obě tyto podmínky, a proto ČD ve spolupráci se SŽDC a zástupci všech dopravců vyvíjí IS ISOŘ KADR, který bude podporovat vzájemnou spolupráci : dopravce, přídělce kapacity, provozovatele dráhy, při definování požadavků na kapacitu dopravní cesty a na trasu vlaku a opětovně tak tyto dva pojmy propojí do jedné žádosti. Na základě definovaného požadavku pak dojde k posouzení možné vhodné kapacity a jejímu přidělení a následně pak k vytvoření resp. přidělení vhodné vlakové trasy a její automatický přenos do informačních systému operativního řízení. Aplikace je s ohledem na značný počet uvažovaných klientů uvnitř i vně Intranetu ČD budována jako webová, která je umístěna na webových stránkách provozovatele dráhy : Současně je centrální databáze interně propojena s centrálním pracovištěm ISOŘ a plní tak (vzhledem k těsné technologické, softwarové a datové integraci) roli jednoho z modulů tohoto systému. Předpokládá se, že po spuštění této aplikace do rutinního provozu dojde k nahrazení stávající složité agendy u všech zúčastněných jednoduchou obsluhou webových formulářů, přičemž aplikace sama vypočítá, a všem zúčastněným zobrazí, aktuální stav počtu přidělených a zpoplatněných požadavků, stejně jako umožní uchovávání všech potřebných dokumentů (jde např. o vydaný souhlas Drážního úřadu s konáním zkoušky vozidla neschváleného typu, určení podmínek přepravy mimořádné zásilky, apod.) k danému požadavku na jednom místě. OSS si od této aplikace slibuje zlepšení a zrychlení vzájemné komunikace s dopravci a dispečerským aparátem a vyřešení některých stávajících obtíží v každodenním provozu, které bez odpovídající softwarové podpory není možné realizovat. Podíl na činnostech uvnitř RNE Kromě zajišťování každodenního obchodu se zaměstnanci OSS aktivně podílejí na práci uvnitř RNE, kde jsou zastoupeni jak v GA, tak i ve všech pracovních skupinách RNE. Účastí na pravidelných jednáních získávají a analyzují trendy a postupy v ostatních zemích a zároveň svými připomínkami a poznatky z prostředí v České republiky ovlivňují směřování jednotlivých pracovních skupin. Výstupy z jednání RNE zaměstnanci OSS diskutují s odborníky nejen uvnitř O11, ale napříč celými Českými dráhami. Dále se aktivně účastní na činnosti dočasných pracovních týmů (projektů), které svými závěry zásadně ovlivňují vývoj RNE. 13

37 Závěr Liberalizace železniční dopravy spočívající v oddělení role dopravce a provozovatele dráhy znamená největší historickou změnu ve způsobu jejího fungování v celé její bezmála 200-té historii. Tato změna se dotýká všech složek a všech zaměstnanců železnice tedy jak na straně dopravců, tak i na straně provozovatelů a vlastníků dráhy. Fungování tohoto nového systému je velmi citlivé na správném nastavení a je naší výhodou, že v tomto procesu nejsme mezi prvními. Tím máme možnost poučit se ze způsobů implementace v ostatních zemích EU a vyvarovat se kroků, které se buďto neosvědčily nebo nejsou pro podmínky české železniční dopravy vhodné. Současně s tím je velmi zajímavé sledovat a aktivně ovlivňovat postupnou harmonizaci podmínek provozovatelů dráhy s cílem jejich sjednocení a zjednodušení, což je velmi komplikovaný proces u železničního systému, který byl v každé zemi budován zcela odlišně (často i záměrně ze strategických důvodů). Další velmi zajímavou a nutno konstatovat, že i nelehkou a komplikovanou otázkou, je implementace evropských poznatků a zkušeností do činnosti na národní infrastruktuře. Zde jde zejména o sladění evropských zkušeností se stávajícím historickým a kulturním vývojem uvnitř české železniční dopravy a v neposlední řadě i o změnu myšlení řady zaměstnanců pohybujících se dosud v rámci mantinelů unitární železnice. Pracoviště OSS v České republice je do značné míry nositelem těchto změn, takže jeho funkci nelze zúžit jen na každodenní projednávání desítek požadavků na kapacitu a mezinárodní vlakové trasy, ale významné je i přenášení evropského rozměru do českého prostředí. Právě přístupem, který v sobě zahrnuje evropskou a ne jen národní optiku, se liší od většiny ostatních útvarů nejen na Českých drahách. Lze konstatovat, že za dobu od svého vzniku si každodenní prací vybudovalo odpovídající postavení a respekt jak na národním, tak i evropském poli, a že má dobré předpoklady úspěšně pokračovat při řešení dalších očekávaných úkolů. V Praze, listopad 2006 Lektoroval: doc. Ing. Tatiana Molková, Ph.D. Univerzita Pardubice 14

38 Vlastimil Polach 1 Centrální dispečerské pracoviště Přerov pilotní projekt Příspěvek v prezentaci Power Point zazněl na Výročním zasedání představitelů českého železničního průmyslu ACRI konaném v Mělníku ve dnech Úvod Kvalita každé řídicí činnosti je úměrná kvalitě přenášených informací a jejich zpracování. Řízení železničního provozu proto závisí na rozsahu, přesnosti a včasnosti přenosu všech potřebných informací. Pokud zjišťování, shromažďování a zpracování informací závisí jenom na lidském činiteli, je omezeno jeho schopnostmi. Počet zaměstnanců účastných na řízení je pak značný a efekt jejich činnosti malý. Pro zkvalitnění úrovně řízení železničního provozu je proto nutné použití dokonalejších a efektivnějších způsobů zpracování a využití toků informací při nasazení všech moderních prostředků sdělovací, zabezpečovací a informační techniky. 2. Dálkové řízení dopravních procesů Realizace řízení vlakové dopravy je podmíněna obsluhou zabezpečovacího zařízení. Typ zařízení určuje organizaci práce při řízení vlastního provozu. Technické prostředky pro zabezpečení jízdy vlaku jsou velmi různorodé a mají značný vliv na bezpečnost železniční dopravy. Znalost informací na určitém traťovém úseku vyžaduje nadhled řídícího zaměstnance, což nemůže zajistit výpravčí v jednotlivé dopravně. Potřeba řízení větších technologických celků roste, mimo jiné, s rychlostí vlaků na trati. Pro dálkové řízení železničního provozu je nutno vytvořit odpovídající vybavení pracoviště, ve kterém se musí soustředit všechna technika pro tento účel. Řídicí zaměstnance sousedících okruhů nebo jednoho technologického celku je vhodné umístit na jedno řídicí pracoviště (centrální dispečerské pracoviště CDP), kde bude zajištěn dokonalý přehled dopravní situace na jednotlivých tratích. Centrální dispečerské pracoviště je koncipováno jako pracoviště pro dálkové řízení vlakové dopravy v řízených oblastech. CDP sestává z jednoho nebo více dopravních sálů, kde řízená oblast nebo soustava oblastí má vlastní sál. Dopravní sál představuje souhrn obslužných a dalších pracovišť všech funkčních postů řídících zaměstnanců pro danou řízenou oblast. Jde o posty provozního dispečera, řídící a úsekové dispečery (dispečeři DO), operátory dopravy, dispečera železniční dopravní cesty. Součástí dopravního sálu může být přehledové zobrazení řízené oblasti na velkoplošných zobrazovacích jednotkách (VEZO). Funkce velkoplošného zobrazení řízení oblasti je indikační a informační. Dispečeři DO přímo řídí provoz v přidělené části řízené oblasti a dálkově ovládají zabezpečovací zařízení. Počet dispečerů DO ve službě může být, v závislosti na intenzitě 1 Ing. Vlastimil POLACH, Ph.D., nar Absolvent DFJP Univerzity Pardubice, obor Technologie a řízení dopravy. V roce 1999 obhájil na DFJP doktorskou práci. Nyní AŽD Praha s.r.o, zabývá se technologiemi a řízením železniční dopravy 1

39 vlakové dopravy, proměnlivý. Počet obslužných pracovišť zabezpečovacího zařízení řízené oblasti (pracoviště dispečerů DO) musí být dimenzován na maximální očekávanou intenzitu vlakové dopravy. Varianty personálního obsazení, tj. rozdělení řízené oblasti na zájmové obvody dispečerů DO, určuje obslužný plán. Způsob řízení dlouhého traťového úseku musí respektovat nejen liniové, ale i místní provozně-technologické procesy. Mezi limitující faktory patří schopnost jednoho zaměstnance provozně zvládnout přidělenou oblast. Dále musí být propracovány vazby na další pracoviště zúčastněné v řídícím procesu (výpravčí přilehlé dopravny odbočné trati). Nelze opomenout zvláštní požadavky na sdělovací zařízení, tedy nejen traťové spojení dispečerů DO s řízenými stanicemi a vstupními stanicemi, navíc přepínatelné podle režimu řízené stanice dálkový/místní provoz, ale i MRTS (místní rádiové sítě) pro spojení s pracovními četami v kolejišti (posun, údržba infrastruktury) a TRS (traťový rádiový systém) pro spojení se strojvedoucím. Neopominutelné místo má i ISC (informační systém pro cestující). Obr. 1: Schéma kolejiště řízené oblasti 3. Centralizace řízení traťových úseků Jako pilotní projekt centrálního řízení traťového úseku byl vybrán úsek Přerov - Břeclav. Důvodem byla skutečnost, že na tomto úseku v rámci předchozích koridorových staveb bylo instalováno základní technické a technologické zařízení pro dálkové ovládání zabezpečovacího zařízení a byly zde vytvořeny vhodné podmínky pro implementaci nutných technických prostředků pro centralizaci řízení. CDP bylo situováno do Přerova se záměrem postupně zde vytvořit centrum řízení dopravního provozu pro hlavní tratě Moravy a Slezska. Obdobné centrum pro Čechy se připravuje v Praze. Prerov - Breclav puvodní stav PREROV Ríkovice HULÍN Tlumacov Úsekové rízení OTROKOVICE Napajedla Huštenovice STARÉ MESTO Nedakonice MORAVSKÝ PÍSEK Bzenec-prívoz Rohatec HODONÍN Lužice MoravskáNováVes Hrušky BRECLAV PREROV CDP Prerov Breclav nový stav Centralizované rízení Ríkovice HULÍN Tlumacov OTROKOVICE Napajedla Huštenovice STARÉ MESTO Nedakonice Moravský Písek Bzenec-prívoz Rohatec HODONÍN Lužice Moravská Nová Ves BRECLAV Hrušky Obr.2: Původní a nový stav řízení dopravních procesů 2

40 Traťový úsek Přerov-Břeclav byl původně v rámci koridorových staveb rozdělen na pět úsekově řízených oblastí vybavených zařízením AŽD DOZ 1, kterým se ovládaly podřízené dopravny se SZZ AŽD ESA 11 a ESA 22 vždy z vybrané řídící stanice. Ovšem relativně malé řízené oblasti (2-4 stanice), byť vybavené DOZ, neřeší řízení dopravních procesů dostatečně efektivně. Koncepci úsekového liniového řízení, zejména v souvislosti se zvyšováním rychlostí a předpokládaným růstem intenzity železničního provozu, je nutno považovat jen za určitý mezistav. Potřebu dálkového ovládání ucelených traťových úseků, dokládá i skutečnost, že následné mezidobí nejrychlejšího vlaku za nejpomalejším představuje dobu jízdy nejrychlejšího vlaku až přes dva mezistaniční úseky. Je zřejmé, že centralizované řízení je vhodné pro dlouhé traťové úseky, zatímco úsekové řízení je výhodné použít pro řízení uzlu. Centralizované řízení trati Přerov Břeclav je řešeno jako jedna řízená oblast v jednom sálu na CDP Přerov. Od poloviny listopadu 2006 jsou z Přerova řízeny úseky Přerov - Nedakonice a Hodonín Břeclav. Zbývající úsek Moravský Písek Rohatec bude do CDP Přerov připojen v 1.Q.2007, po úpravě SZZ. Obr.3: CDP Přerov, sál č. 1 K dálkovému ovládání zabezpečovacího zařízení všech patnácti SZZ je použit systém AŽD DOZ 1, tj. dálkové ovládání s nouzovými obsluhami. Dispečerský zadávací počítač byl doplněn o řadu nových obslužných funkcí souvisejících s ovládáním řízené oblasti velkého rozsahu, např. automatické otáčení traťového souhlasu podle stavěné vlakové cesty nebo stavění vlakové cesty přes více stanic jednou volbou. Samozřejmostí je přenos čísel vlaků v reliéfu kolejiště. Ovládání zabezpečovacího zařízení odpovídá základním technickým požadavkům na JOP (jednotné obslužné pracoviště). Dálkové ovládání AŽD DOZ 1 je doplněno o Graficko-technologickou nadstavbu zabezpečovacího zařízení, která automaticky vede elektronickou dopravní dokumentaci, zobrazuje aktuální výhledovou dopravní situaci, datově komunikuje s vyššími informačními a řídícími systémy železniční dopravy (např. 3

41 ISOŘ informační systém operativního řízení). GTN poskytuje přístup na vybrané portály provozního a operativního řízení v Intranetu ČD. Všechny důležité informace jsou tak dostupné v jenom systému buď přímo nebo na dotaz. Ve vstupních stanicích Přerov a Břeclav jsou instalovány terminály pro vkládání čísel vlaků, předvídaných a skutečných odjezdů. Ty zásadním způsobem minimalizují komunikaci dispečerů DO s řídícími zaměstnanci vstupních stanic při sjednávání jízd vlaků. V ostatních vstupních stanicích Kroměříž, Třebětice, Zlín-Malenovice, Uherské Hradiště, Bzenec, Sudoměřice n. M. a Mutěnice budou v rámci této stavby terminály doplněny. Velkoplošné zobrazení kolejiště celé tratě je na VEZO řešeno formou zálohovaných samostatných BOP (bezobslužné pracoviště). Jsou použity 4 zobrazovací moduly se zadní projekcí o úhlopříčce 67, které jsou postaveny v řadě vedle sebe. Nad VEZO je umístěno 12 LCD monitorů pro zobrazení podchodů a nástupišť z kamerových systémů a pro informace z odjezdových tabulí osobních vlaků vybraných stanic. Jednotlivé obrazy z kamer a stanic lze volitelně přepínat. Ve společném sále řízené oblasti Přerov Břeclav pracují dispečeři pro řízení provozu a operátoři dopravy, v samostatné místnosti mají pracoviště dispečer dopravní cesty a provozní dispečer. Post provozního dispečera bude obsazen až při aktivaci dalšího sálu - řízená oblast Polanka nad Odrou Přerov, který se začne budovat po vyhodnocení pilotního projektu Přerov - Břeclav. Obr.4: CDP Přerov, sál č. 1 celkový pohled na pracoviště dispečerů a operátorů 4. Technologie a řízení dopravních procesů Centrální dispečerské pracoviště, sál Přerov-Břeclav, zajišťuje: - obsluhu zabezpečovacího zařízení ve všech stanicích, - řízení sledu vlaků na celé trati a do nejbližších stanic tratí odbočných, - plnění jízdního řádu vlaků osobní i nákladní dopravy v návaznosti i na tratě odbočné, - řízení dopravního provozu i při mimořádných událostech a poruchách zařízení dopravní cesty, - obsluhu informačních systémů pro cestující celé řízené oblasti stanice a zastávky. Ve směně slouží tito zaměstnanci: řídící dispečer I řídící dispečer II úsekový dispečer hulínský úsekový dispečer staroměstský úsekový dispečer hodonínský 4

42 operátor I operátor II dispečer železniční dopravní cesty. Každý řídící a úsekový dispečer má k dispozici monitor GTN, dva monitory dispečerského zadávacího počítače s reliéfem kolejiště a jeden technologický monitor zabezpečovacího zařízení. Na stolové desce je dotykový monitor pro ovládání sdělovacích zařízení, který integruje traťové dopravní spojení, AUT, TRS a MRTS do společného obslužného terminálu (TouchCall). Pracoviště řídících dispečerů jsou ve druhé vyvýšené řadě před VEZO. Pracoviště úsekových dispečerů jsou v první řadě před VEZO. Pracoviště úsekových dispečerů jsou zároveň záložními pracovišti řídícího dispečera. V základním stavu je trať rozdělena na dvě oblasti, z nichž každou ovládá jeden řídící dispečer. V řízené oblasti je řídícímu dispečerovi umožněno veškeré stavění jízdních cest na JOP. Hranice mezi dispečery jsou stanoveny pouze administrativně, celou řízenou oblast lze řídit i jen jedním řídícím dispečerem z jediného pracoviště. Řídící dispečer I řídí dopravní provoz ve stanicích v úseku Přerov (mimo) Staré Město u Uherského Hradiště, ve stanicích Hulín, Otrokovice a Staré Město u Uherského Hradiště jen jízdy vlaků hlavní tratě po hlavních a přidělených objízdných kolejích a to včetně obsluhy zařízení dopravní cesty. Je podřízen řídícímu dispečerovi II vedoucímu směny a nadřízen úsekovému dispečerovi hulínskému a staroměstskému a operátorovi I. Řídící dispečer II řídí dopravní provoz ve stanicích úseku Nedakonice Břeclav (mimo), ve stanici Moravský Písek, Rohatec (po dokončení stavby) a Hodonín jen jízdy vlaků hlavní tratě po hlavních a přidělených objízdných kolejích a to včetně obsluhy zařízení dopravní cesty. Je vedoucím směny a je nadřízen řídícímu dispečerovi I, úsekovému dispečerovi hodonínskému a operátorovi II. velkoplošné zobrazení řídící dispečer úsekový dispečer operátor dopravy CDP Přerov, sál č. 1 Přerov Břeclav 3 výškové úrovně reliéf kolejiště JOP technologie zabezpečovacího zař. informační a řídící systém dopravy GTN informační systém pro cestující kamerové systémy Obr.5: CDP Přerov, architektura pracovišť v sálu č. 1 5

43 Úsekoví dispečeři se podílí na řízení provozu ve stanicích s odbočnými tratěmi. Řídí provoz na/z odbočnou trať a ve stanici na kolejích, které nemá přiděleny řídící dispečer. Veškeré posunové cesty v těchto stanicích staví úsekový dispečer. Úsekový dispečer hulínský řídí dopravní provoz včetně obsluhy zařízení dopravní cesty ve stanicích Hulín a Otrokovice a ve spolupráci s výpravčími vstupních stanic na odbočné tratě Hulín Kroměříž, Hulín Třebětice a Otrokovice Zlín-Malenovice s tím, že na přidělených kolejích stanic Hulín a Otrokovice má přednostní volbu úkonů řídící dispečer. Je podřízen řídícímu dispečerovi I. Úsekový dispečer staroměstský řídí dopravní provoz včetně obsluhy zařízení dopravní cesty ve stanici Staré Město u Uh. Hradiště a ve spolupráci s výpravčím vstupní stanice na odbočnou trať Staré Město u Uh. Hradiště Uherské Hradiště s tím, že na přidělených kolejích stanice Staré Město u Uh. Hradiště má přednostní volbu úkonů řídící dispečer I. Je podřízen řídícímu dispečerovi I. Úsekový dispečer hodonínský řídí dopravní provoz včetně obsluhy zařízení dopravní cesty ve stanicích Moravský Písek, Rohatec a Hodonín a ve spolupráci s výpravčími vstupních stanic na odbočné tratě Hodonín Mutěnice, Hodonín Holíč, Rohatec Sudoměřice nad Moravou a Moravský Písek Bzenec s tím, že na přidělených kolejích stanic Moravský Písek, Rohatec a Hodonín má přednostní volbu úkonů řídící dispečer II. Je podřízen řídícímu dispečerovi II. Každý operátor dopravy má k dispozici monitor GTN, monitor informačního systému pro cestující s integrovaným ovládáním kamerových systémů a monitor reliéfu kolejiště ve zjednodušené formě (BOP). Informační systém pro cestující INISS čerpá data o jízdě vlaků z GTN, hlášení pro cestující je tak závislé na aktuální jízdě vlaku, ovládání je automatizované. Operátoři I a II obsluhují systémy pro informování cestujících o jízdách vlaků a sledují výstupy jednotlivých kamerových systémů. Jsou podřízeni každý svému řídícímu dispečerovi. Jejich přidělené úseky jsou stejné jako u příslušného řídícího dispečera. Obr.6: CDP Přerov, pracoviště dispečera dálkového ovládání 6

44 Dispečer železniční dopravní cesty, který má pracoviště spolu s provozním dispečerem mimo sál, sleduje technické závady infrastruktury a ve spolupráci s organizačními složkami dopravní cesty, popř. i s externími dodavateli zajišťuje jejich odstranění, sleduje poruchy výtahů a zajišťuje komunikaci s uvázlými osobami. Jeho pracoviště je vybaveno počítačem údržby zabezpečovacího zařízení pro ovládání specifických funkcí zabezpečovacího zařízení a pro zobrazování poruchových hlášení. Na jiném obslužném terminálu je umístěna společná indikace poruch EOV (elektrický ohřev výměn), indikace poruch osvětlení ve stanicích a na zastávkách, indikace a případné povely EZS (elektronické zabezpečovací signalizace objektů), indikace EPS (elektronická požární signalizace) a přístup na RTIS (systém elektrodispečera). Ve všech řízených stanicích jsou po dobu ověřovacího provozu místní výpravčí. Pohotovostní výpravčí budou v cílovém stavu jen ve stanicích Hulín, Otrokovice, Staré Město u Uherského Hradiště a Hodonín, ostatní řízené stanice budou dopravně neobsazeny. 6. Závěr Převedení ovládání zabezpečovacího zařízení jednotlivých stanic na jedno centrální dispečerské pracoviště znamená průlom v efektivnosti a kvalitě řízení dopravních procesů. Nasazení nové techniky umožnilo zásadně změnit technologii řízení traťového úseku. Nezanedbatelným přínosem je úspora provozních pracovníků. Realizace pilotního projektu centralizovaného řízení tratě se dotýká řady technických, technologických i organizačních aspektů, které budou v rámci pilotního projektu vyhodnoceny a poznatky zohledněny v návazných stavbách obdobného charakteru. Literatura 1. Polach V., Houda P.: Graficko-technologická nadstavba zabezpečovacího zařízení. Vědeckotechnický sborník Českých drah, 11, s , (2001). ISSN Polach V.: Řízení dopravy na koridorových tratích provozně-technologická studie. AŽD Praha, (2002). 3. Polach V., Diviš A..: Systémy dálkového ovládání staničního zabezpečovacího zařízení. Nová železniční technika, 4, s , (2002). ISSN Polach V.: Řízení dopravy na koridorových tratích. Sborník konference ŽEL 2004, Žilinská univerzita v Žilině, díl 1., s , (2004). ISBN Polach V.: Nasazení dálkového ovládání na koridorových tratích. Sborník konference ŽELEZNICE 2004, SUDOP Praha, s , (2004). V Praze, listopad 2006 Lektorovala: Doc. Ing. Tatiana Molková, Ph.D. Katedra technologie a řízení dopravy Dopravní fakulta Jana Pernera Univerzita Pardubice 7

45 Ing. Radim Procházka Systémové vlaky Českých drah, a.s. Klíčová slova: systémové vlaky, ucelené vlaky, vozové zásilky, vlakotvorná stanice, stanice rozptylu 1. Úvod Systémovými vlaky v mezinárodní přepravě rozumíme vlaky, které přepravují vozové zásilky na co nejdelší vzdálenost bez přepracování. Zátěž se soustřeďuje ve vlakotvorné stanici v zemi odesílací a uceleným vlakem dle jízdního řádu je přepravena do stanice rozptylu v zemi určení, odkud pokračuje běžnou vlakotvorbou do konečných destinací. Pojem ucelený vlak je chápán technologicky, nikoliv z hlediska přepravy, neboť zásilky jsou doprovázeny jednotlivými nákladními listy. Přeprava některých druhů vozových zásilek systémovými vlaky nemusí být povolena. Takové zásilky jsou jmenovitě uvedeny v zaváděcích rozkazech systémových vlaků. Norma vytížení vlaku a jeho délka je stanovena s ohledem na omezení na celém úseku, tj. na úsecích všech železnic, mezi vlakotvornou stanicí a stanicí rozptylu. Účelem systémových vlaků je přinést úsporu nákladů pro dopravce, z čehož vyplyne i cenová výhoda pro plátce přepravného a časová úspora ve srovnání s přepravami jednotlivých zásilek v běžné vlakotvorbě. Tyto produkty pak mohou konkurovat silničním dopravám. 2. Systémové vlaky Českých drah V současné době jsou na Českých drahách vytvářeny tři systémové vlaky, které mají pro komerční účely své obchodní názvy: Carpáthia Express, Adria a Italia. Názvy naznačují relace, které jsou těmito vlaky obsluhovány. Carpáthia Express Vlak Carpáthia je provozován od původně mezi stanicemi Havlíčkův Brod (ČD) a Curtici (CFR) a od roku 2006 z vlakotvorné stanice č. 343 Brno Maloměřice. Zátěž, kterou není vhodné z hlediska vlakotvorby směrovat do shromažďovací stanice Brno Maloměřice se k vlaku připojuje z Břeclavi (č. vlakotvorné stanice 334). K hlavní větvi vlaku, která končí v Curtici byla přidána severní větev do Episcopia Bihor. Vlak Carpathia je veden z Brna Maloměřic do Curtici jako Nex ve dnech 2, 3, 4, 5, 6 a 7 a nebo v trase podle potřeby jako Nex 46843, který může být zaveden ve dnech 1, 3, 5 a 7. V trase Brno Maloměřice Episcopia Bihor je veden vlak Nex ve dnech 4 a 6. Normativy vlaků jsou max t a délka max. 600 m. Jako operátor vlaků vystupuje firma RND s.r.o., která je také styčným pracovištěm mezi provozními pracovníky železnic. Ing. Radim Procházka, nar. 1952, Vysoká škola dopravní v Žilině, obor provoz a ekonomika železniční dopravy a European Business School, Schloss Reichartshausen, obor mezinárodní management, nyní obchodní ředitel firmy SPEDI-TRANS Praha s.r.o.

46 Zboží přepravované vlakem Carpáthia je především sádrokarton, dřevotříska a nově také osobní automobily. Logistické body v Mělníku, Plzni a Domažlicích jsou v návozu do Brna Maloměřic místy styku silniční a železniční dopravy. Paletizované zásilky odesílané po silnici do těchto bodů jsou zde překládány do železničních vozů a přepravovány do vlakotvorné stanice systémového vlaku. Zavedením systémového vlaku Carpáthia Express došlo ke zkrácení doby přepravy z Brna do Curtici ze 6 dnů na 36 hodin. Vývoj přepravy od r. ledna 2003 do září 2006 je patrný z grafu na obr.1. CARPÁTHIA tuny leden únor březen duben květen červen červenec měsíce srpen září říjen listopad prosinec Obr. 1: Vývoj přepravy systémovým vlakem Carpáthia Express Adria Od je provozován systémový vlak Adria. Jako systémový vlak je provozován z Ostravy hl. n. levé nádraží, vlakotvorná stanice č. 313 do stanice rozptylu Moravica v Chorvatsku. Vlakotvornou stanicí v České republice byla zvolena Ostrava, přestože je stanice položena excentricky, avšak velká část zátěže pochází z ostravského regionu. Výhodné je také napojení do Ostravy z polské slezské pánve. Zátěž z České republiky, kterou není vhodné směrovat do Ostravy, je k systémovému vlaku přidávána v Břeclavi (č. vlakotvorné stanice 334). Vlak Adria je veden z Ostravy jako Pn 46970/1 na Lanžhot/Kúty a dále přepravu v současné době provádí soukromý dopravce BRKS a.s. Bratislava do stanice Rajka. Z Rajky provádějí již národní dopravci MÁV v Maďarsku a HŽ v Chorvatsku. Vlak jede pravidelně ve dnech 2, 5 a 7.

47 Rozptylovou stanicí v Chorvatsku je stanice Moravica, neboť až tam je možno využít normativu 1700 t a 500m délky vlaku. Přestože velké množství zásilek je určeno do stanice Rijeka Luka s dalším určením do zámoří, je s ohledem na spádové poměry mezi stanicí rozptylu a Rijekou stanoven normativ nižší. V Moravici jsou proto vlaky děleny na lehčí vlaky s odpovídajícím normativem do Rijeky a jednotlivé zásilky do dalších stanic určení v Chorvatsku, kam jsou přepravovány v rámci běžné vlakotvorby. Pokud jsou do vlaku Adria zařazeny i zásilky do Bosny, jsou přepraveny v rámci běžné vlakotvorby již ze stanice Rajka (Slovensko). Hlavními komoditami přepravovanými vlakem Adria je železo a ocel, cukr a obiloviny. Avizaci, místenkování a předhlašování vlaku obstarává ČD - Regionální zákaznické centrum (RZC) Ostrava. Zavedením vlaku Adria došlo ke zkrácení doby přepravy z Ostravy do Rijeky z 5 dní na 48 hodin. Vývoj přepravy od r. května 2005 do září 2006 je patrný z grafu na obr.2. ADRIA tuny leden duben měsíce srpen listopad prosinec Italia Obr. 2: Vývoj přepravy systémovým vlakem Adria Nejnovější produktem je systémový vlak Italia. Jeho provoz byl zahájen od Vzhledem k místu původu zboží je vlakotvornou stanicí opět Ostrava levé nádraží (vlakotvorná stanice č. 313) a stanicí rozptylu je rakouská stanice Villach Süd. Vlak je veden jako Pn 45066/7 ve dnech 1 a 4 nebo po rozhodnutí systémového specialisty produktového manažera ČD RZC Ostrava i v jiné dny. Avizaci, místenková, předhlašování a zavádění mimořádných vlaků zajišťuje opět ČD Regionální zákaznické centrum Ostrava. Stanice rozptylu Villach Süd je poslední seřaďovací stanicí před italskou hranicí. Zde je zátěž vlaku rozptýlena do dvou větví italské a slovinské, která je velmi slabá. Z Villachu Süd se zásilky dostávají do míst určení v Itálii

48 (Slovinsku) již v rámci běžné vlakotvorby. Nízký normativ systémového vlaku Italia 1100 t 500 m je dán náročnými sklonovými poměry v Rakousku (průsmyk Semmering). Přepravovanými komoditami jsou především železo a ocel, železný šrot, dřevo a buničina. S ohledem na nedostatečnou možnost železnice distribuovat zásilky do všech míst určení v Itálii je pro tento účel připravena kapacita moderního překladištního terminálu v Santo Stino di Livenza. Terminál je napojen denním párem vlaků se stanicí Villach Sued a může proto snadno zajišťovat překlad zásilek došlých po železnici systémovým vlakem a následně distribuovat do konečných míst určení po silnici. Zavedením vlaku Italia došlo ke zkrácení doby přepravy z Ostravy do Villach Süd ze 48 na 24 hodin. Vývoj přepravy v září a říjnu 2006 je patrný z grafu na obr. 3. ITALIA tuny leden duben měsíce srpen listopad prosinec Obr. 3: Vývoj přepravy systémovým vlakem Italia 3. Závěr Jak již bylo uvedeno, systémové vlaky přináší výhody dopravci i jeho zákazníkům. Po studiu přepravního trhu, zátěžových proudů a výše přepravného je možno uvažovat o dalších systémových vlacích. Systémové vlaky nejsou českou specialitou. V Evropě jich existuje v různých podobách celá řada. Nejznámější z nich jsou systémové vlaky na Balkán (s určením Řecko/Bulharsko/Turecko) z vlakotvorných stanic Štúrovo (Slovensko) a Šoproň (Maďarsko). V Praze, listopad 2006 Lektoroval: Ing. Oldřich Mazánek GŘ ČD a.s., ředitel odboru nákladní dopravy a přepravy

49 Aleš Filip 1 a Jiří Suchánek 2 Certifikace satelitního signálu GALILEO pro železniční aplikace Klíčová slova: GALILEO, GNSS, GPS, lokální prvky, zabezpečovací technika 1. ÚVOD Zástupci evropských železnic a železničního průmyslu v minulých letech specifikovali základní požadavky na vlakový polohový lokátor založený na Globálním navigačním satelitním systému (GNSS) v rámci mezinárodních skupin expertů (GNSS Rail Advisory Forum v Bruselu v období , UIC GALILEO Applications for Rail v Paříži v období ) [1], [2]. Aby však bylo možné využívat GNSS a zejména pak evropský navigační systém GALILEO v železničních telematických systémech včetně bezpečnostních aplikací, je nutné rovněž velmi jasně specifikovat, jaká měřítka kvality z hlediska železnice by měl systém GNSS/ GALILEO dosáhnout a garantovat. Teprve pomocí těchto měřítek bude možné provést řádnou analýzu spolehlivosti a bezpečnosti podle příslušných standardů CENELEC ČSN EN [3], ČSN EN [4], ČSN EN [5], ČSN EN IEC (1-7) [6], atd., a rozhodnout o potřebné architektuře GNSS. Cílem tohoto článku je nastínit způsob, jakým by kritéria kvality pro satelitní signál mohla být odvozena, a co je třeba učinit pro to, aby byla garantována. 2. DEFINICE PROBLÉMU Současným problémem je, že odvození měřítek kvality satelitního signálu GPS/GNSS/GALILEO (tj. přesnost, integrita, kontinuita, pohotovost a další související metriky) [7], [8], [9] vychází zejména z letecké filozofie bezpečnosti definované pomocí tzv. konceptu požadované výkonnosti RNP (Required Navigation Performance) pro jednotlivé fáze letu. Avšak tato avionická měřítka kvality SIS nekorespondují se železničními měřítky, jak je zřejmé ze standardů [3]-[6]. Absence metodiky pro převod ukazatelů kvality a standardů souvisejících s certifikací GALILEO doposud brání na mezinárodní úrovni důslednému posouzení míry použitelnosti systému GALILEO pro železniční telematické aplikace včetně aplikací bezpečnostně relevantních. Rovněž absence jasných železničních požadavků na GALILEO působí v současné době potíže při vývoji přijímače GALILEO SoL (Safety of Life) v rámci evropského projektu GIRASOLE (nositel Alcatel Alenia Space). 1 Doc. Ing. Aleš Filip, CSc., VUT FEL Brno obor technická kybernetika, ČVUT FEL Praha vědecká aspirantura, výzkum v oblasti ultrarychlých optických telekomunikací na University of Tokyo , Univerzita Pardubice DFJP 2004 habilitován docentem. Vedoucí specializovaného střediska TÚČD Laboratoře inteligentních systémů v Pardubicích. Zabývá se využitím satelitní navigace pro železniční aplikace. 2 Ing. Jiří Suchánek, ČVUT FEL Praha obor sdělovací elektrotechnika. Spolupracuje při využití systému GALILEO pro železniční telematické aplikace. Od r ředitel TÚČD. 1

50 3. PŮVOD POŽADAVKŮ NA KVALITU SATELITNÍHO SIGNÁLU V roce 1993 komise pro leteckou navigaci Mezinárodní organizace pro civilní letectví (ICAO) požádala AWOP (All Weather Operations Panel) s cílem prověřit možnost rozšíření konceptu RNP, který byl původně určen pouze pro let na dané letové hladině (En-route), o operace přistání a vzletu. Tehdy bylo doporučeno zahrnout do RNP tato hlavní měřítka kvality SIS: přesnost, integritu, kontinuitu (nepřetržitost) a pohotovost. Přesnost - je definována v termínech chyby navigačního systému NSE (Navigation System Error) jako rozdíl mezi odhadnutou polohou a skutečnou polohou za bezchybných podmínek, obvykle vyjádřené jako 2σ NSE (95%). Je to statistické vyjádření chyby. Přesnost je jediný primární ukazatel kvality RNP, který je samostatný. Ten tvoří základ pro všechny ostatní ukazatele kvality RNP viz obr. 1. Obr. 1: Vztah mezi ukazateli kvality signálu GNSS Integrita - je schopnost systému poskytovat včasná varování uživatelům, když by systém neměl být použit pro navigaci. Integrita se obvykle vyjadřuje pomocí tzv. rizika integrity (IR), což je pravděpodobnost, že vypočítaná chyba určení polohy přesáhne odpovídající mez výstrahy AL (Alert Limit), aniž by o tom byl uživatel informován v daném časovém intervalu TTA (Time-To-Alarm), např. 1 s. Riziko integrity se vždy týká nedetekovaných poruch. Integrita se uvádí za určitý interval (Exposure Time), což je obvykle trvání specifické operace. Kontinuita - je pravděpodobnost provádění navigace bez přerušení během daného časového intervalu. Kontinuita je vyjádřena pomocí termínu rizika kontinuity (CR), což je maximální přípustná pravděpodobnost neplánovaného přerušení služby pro uvažovaný časový interval. CR je, jednoduše řečeno, způsobena poruchou systému, která byla detekovaná a ohlášená nebo falešnou výstrahou při správné funkci systému. Pohotovost - je procento času, během kterého jsou služby navigačního systému poskytované s požadovanou přesností, integritou a kontinuitou. Systém může mít vysokou pohotovost, ale současně i velmi malou kontinuitu z důvodu četných, velmi krátkých přerušení. Požadavky na satelitní signál SIS (Signal-In-Space) GALILEO pro bezpečnostní aplikace SoL (Safety of Life) jsou následující: IR=2.0x10-7 v jakémkoliv intervalu 150 s, CR=8,0x10-6 v jakémkoliv intervalu 15 s, pohotovost služby 99,5%, TTA=5,2 s, horizontální mez výstrahy (HAL)=12 m, vertikální mez výstrahy (VAL)=20 m [7]. Očekává se, že pozemní rozšíření satelitního systému GNSS (tzv. lokální prvky) poskytnou SIS s 2

51 IR=1,0x10-9 v jakémkoliv intervalu 30 s, CR=2,0x10-6 v jakémkoliv intervalu 30 s a TTA = 2 s [9] viz tab. 1. Obr. 2: Znázornění operací přesného přiblížení (CAT I) a přistání (CAT II, CAT III) Alokace rizika v letectví vychází z tzv. cílové úrovně bezpečnosti TLS (Target Level of Safety), pro kterou byla experty stanovena (na základě statistických údajů o nehodách) hodnota TLS=10-7 /hod. Ze znalosti průměrné délky letu (1,5 hod), druhu operací prováděných během letu od vzletu až po přistání, míry jejich nebezpečnosti a průměrné doby trvání operací byla provedena alokace rizika pro tyto jednotlivé operace. Z této analýzy vyplynulo, že cílová pravděpodobnost nehody při konečném přiblížení (CAT I, CAT II, CAT III viz obr. 2) může být nejvýše 1x10-8 / přiblížení. Potom podle stromu rizik (viz obr. 3) byly odvozeny požadavky týkající se integrity a kontinuity SIS [13]. Obr. 3: Odvození požadavků na GNSS SIS pro konečné přiblížení letadla dle CAT I 3

52 Na obr. 3 je pro operaci CAT I alokováno riziko integrity SIS s hodnotou 2x10-7 / 150 s a riziko kontinuity SIS s hodnotou 8x10-5 / 15 s. Podobně lze odvodit nejnáročnější požadavky na ukazatele kvality SIS pro operaci přistání CAT IIIb, kde pro SIS je vyžadováno riziko integrity 1x10-9 /30 s horizontálně či 1x10-9 /15 s vertikálně (tab. 1). Riziko kontinuity by pro operaci CAT IIIb nemělo překročit hodnotu 2x10-6 /30 s v horizontálním či 2x10-6 /15 s ve vertikálním směru. Požadavky na SIS pro další operace jsou uvedeny rovněž v tab. 1. Tabulka 1: Požadavky na satelitní signál pro přiblížení letadel s vertikálním naváděním [9] Operace APV II CAT I CAT II/ CAT IIIa CAT IIIb (kontakt) Přesnost (95%) horizontální 16 m 16 m 5 m 5 m vertikální 8 m 4 m 2,9 m 2,9 m (2 m) Mez výstrahy horizontální (HAL) 40 m 40 m 17 m 17 m vertikální (VAL) 20 m 10 m 10 m 10 m (5,3 m) Riziko integrity horizontální 2x10-7 /150 s 2x10-7 /150 s 1x10-9 /15 s 1x10-9 /30 s vertikální 1x10-9 /15 s Riziko kontinuity horizontální 8x10-6 /15 s 8x10-6 /15 s 4x10-6 /15 s 2x10-6 /30 s vertikální 2x10-6 /15 s Čas do výstrahy 6 s 6 s 2 s 2 s (1 s) Pohotovost 0,99 až 0, ,99 až 0, ,99 až 0, ,99 až 0, Satelitní navigační systém GPS nebo Galileo WAAS/ EGNOS LAAS LAAS 4. GLOBÁLNÍ, REGIONÁLNÍ A LOKÁLNÍ KONCEPT INTEGRITY Navzdory skutečnosti, že americký systém GPS byl úspěšně použit v četných aplikacích, stále existuje riziko, že se může objevit v systému selhání nebo jiná anomálie. Řídící segm ent GPS sice monitoruje sat elity a SIS, ale je schopen poskytnout informaci o integritě se zpožděním až 30 minut. Pro železniční uživatele je pocho pitelně toto zpoždění nepřijatelné. Kromě toho systém GPS negarantuje kontinuitu služby evropským železničním uživatelům. Dále budoucí služby SoL (Safety of Life) systému GALILEO nebo regionálních systémů SBA S (Satellite Based Augmentation Systems), jako je např. evr opský EGNOS nebo americký WAAS, nejsou schopny poskytnout uživateli informaci o použitelnosti SIS s dostatečně nízkým rizikem integrity, krátkým časem výstrahy TTA (Time-To-Alarm) a nízkou úrovní horizontální meze výstrahy HA L (Horizontal Alert Limit), které jsou nutné pro účely železniční zabezpečovací techniky. Regionální SBAS systémy jsou schopné poskytnout prostřednictvím svého pozemního kanálu integrity GIC (Ground Integrity Channel) a geostacionárních satelitů (AOR-E, IOR, Artemis, ) následující integritu: IR= -7 2x10 /150 s, TTA=6 s, HAL= 11 m. Avšak požadavky zabezpečovací techniky jsou náročnější: THR = 10-9 /hod pro úroveň SIL 4, TTA 1 s, přesnost 1 m (95%) a HAL 2.5 m [1]. Kromě toho výše uvedené globální a regionální systémy nejsou schopné monitorovat poruchy SIS v důsledku lokálních účinků. Avšak ukazatele kvality GNSS SIS (přesnost, integrita, kontinuita a pohotovost) mohou být zlepšeny použitím lokálních prvků GNSS, které zahrnují lokální monitor integrity satelitního signálu, redundantní referenční přijímače a v případě potřeby rovněž pseudolity (tj. pozemní vysílače satelitního navigačního signálu). Přínosy lokálních prvků jsou následující: 4

53 1) úplné lokální řízení bezpečnosti a vysoký stupeň nezávislosti na globálním systému; 2) vyloučení komunikační linky mezi lokálními prvky a globálním systémem GALILEO; 3) dosažení přesnosti 1 m (95%); 4) dosažení krátké doby do výstrahy (TTA, tj. Time-To- Alarm) 1 s a snížení četnosti rizika integrity na úroveň 1x10-9 /30 s ; 5) vysoká kontinuita služby a pohotovost. Na druhé straně tento lokální koncept předpokládá, že lokální prvky budou certifikovány a také provozovány podle specifických předpisů. Porovnání principů globálního a lokálního konceptu GNSS je na obr. 4. Obr. 4: Regionální a lokální koncept integrity GNSS SIS Pracoviště TÚČD - Laboratoř inteligentních systémů - si je vědomo významu lokálních prvků GNSS pro aplikace satelitní navigace v železniční zabezpečovací technice, a proto připravilo a v současné době již řeší výzkumný projekt reg. č. 102/06/0052 s názvem Lokální prvky GNSS pro železniční zabezpečovací techniku na základě grantu uděleného Grantovou agenturou ČR. Spolunositelem je Univerzita Pardubice, ÚEI ( ). Ke konci roku 2006 pracoviště TÚČD získá měřící systém s pseudolity, který bude sloužit k určování polohy v místech, kde to současný systém GPS neumožňuje - např. v tunelech, hlubokých traťových zářezech, apod. 5. NÁSOBITELÉ SELHÁNÍ DETEKCE A ÚROVNĚ ZABEZPEČENÍ V této části článku je uveden příklad alokace rizika integrity pro nejnáročnější letecké op erace přistání dle CAT III s využitím lokálních prvků s redundantními referenčními přijímači. Rovněž je uveden výpočet základních ukazatelů nutných pro ohodnocení rizika určení polohy vlaku na základě GNSS s lokálními prvky. 5

54 Palubní přijímač GNSS počítá úroveň zabezpečení PL (Protection Level), která ohraničuje chybu polohy s požadovanou pravděpodobností. Úrovně zabezpečení jsou počítány na základě dvou hypotéz: 1) bezchybná hypotéza H 0 a 2) hypotéza H 1, že pozemní referenční přijímač selhal. Hypotéza H 0 se týká normálních podmínek měření ve všech referenčních přijímačích a na všech dálkoměrných zdrojích (satelitech). Každá úroveň zabezpečení PL je porovnána s mezí výstrahy AL, což je maximální dovolená chyba polohy, která může být překročena s pravděpodobností udávanou úrovní zabezpečení. Většina alokovaného rizika integrity SIS (tj. 75%) je alokována případům nepokrytým hypotézami ani H 1, ani H 0 (obr. 5). Tato ne H 1 / H 0 rizika musí být dále přerozdělena poruchám v pozemním systému a dálkoměrných zdrojích. Alokace rizika týkající se poruch dálkoměrných zdrojů zahrnuje vlivy jako deformace signálu, elektromagnetické rušení, nízká úroveň signálu, divergence kód-nosná, chyby hodin satelitů, chyby efemeridů. Obr. 5: Alokace rizika integrity pro operaci CAT III [9] Zbytek rizika integrity SIS (tj. 25%) je alokována riziku integrity úrovně zabezpečení. Úroveň zabezpečení při absenci závady PL H0 významně omezuje geometrii satelitů. Proto úroveň výstrahy AL není překročena v důsledku ojedinělých závad nýbrž chyb při absenci závad. Na druhé straně úroveň zabezpečení PL H1 se pokouší odhadnout průměrnou korekci v důsledku závady na měření j-tým referenčním přijímačem pro i-tý satelit. Pro každý typ úrovně zabezpečení požadovaná pravděpodobnost ohraničení celkové příčné chyby je poskytována násobiteli selhání detekce K ffmd (případ bez závady) a K md (případ se závadou). Násobitelé selhání detekce jsou určeny požadavky systému na integritu SIS. Závisí na počtu M referenčních přijímačů GNNS, jak je zřejmé podle rovnic (1) a (2) [8], [9]: 6

55 a 1 Pffmd K ffmd = Q, kde 2 K ( ) = Q, kde 1 md P md P lat _ pl ( MI ) ( M + ) P( ) Pffmd = (1) 1 H 0 P md M Plat _ pl ( MI ) ( M + 1) P( H ) = (2) P(H 1 ) je apriorní pravděpodobnost jedné závady na referenčním přijímači. Ta by neměla přesáhnout 10-5 / operaci podle [9]. Q(x) je jednostranná koncová pravděpodobnost Gaussova rozdělení za hodnotou x. P lat pl (MI) je celková pravděpodobnost mylné informace (MI), tj. pro NSE > PL, která je alokovaná hypotézám H 0 and H 1 v příčném směru. Platí, že apriorní pravděpodobnost při podmínce absence poruchy P(H 0 ) ~ 1. Jestliže se předpokládá, že celkové riziko integrity je 1,0 x 10-9 / 30 s (SIL 4), potom riziko alokované k úrovni zabezpečení (tj. 25%) je 2,5 x / 30 s. Rovn oměrná alokace mezi vertikální a příčný směr poskytne P lat_pl = 1,25 x10-10 / 30 s. Pro lokální prvek GNSS se třemi referenčními přijímači (M = 3) z rovnic (1) a (2) obdržíme K ffmd = 6,64 and K md = 3,91. Příčné úrovně zabezpečení LPLH0 a LPLH1 jsou úměrné K ffmd a K md, jak je zřejmé z rovnic (3) a (4) [8]: 1 LPL N 2 2 H 0 = K ffmd si _ lat σ i = K ffmd σ lat, H 0 i= 1 (3) LPL N = s B + K σ H1, j i _ lat i, j md lat, H1 i= 1 (4) Kde N je počet satelitů použitých pro výpočet polohy, s i,lat je příčný koeficient pro i-tý satelit ve výpočtu polohy, σ i směrodatná odchylka pseudovzdálenosti, σ lat, H0 je směrodatná odchylka polohy za podmínky absence závady, B i,j je tzv. B hodnota (charakterizuje odchylku v korekci pseudovzdálenosti z důvodu vyloučení j-tého referenčního přijímače pro i-tý satelit a j-tý referenční přijímač) a σ lat, H1 je standardní odchylka chyby polohy za podmínky s poruchou. Protože nevíme, která hypotéza je v daném okamžiku pravdivá, (H 0 or H 1), hodnota LPL je zvolena jako maximum z LPL H0 a LPL H1, t.j. LPL=max{ PL H0 ; PL H1 }. 6. PŘÍKLAD URČENÍ MEZE VÝSTRAHY Vztah mezi AL and σnse je daný jako AL = σ NSE K ffmd. Jestliže např. přesnost mobilního GNSS přijímače je 1 m (2σ NSE ), potom AL pro požadovaný IR 1,0 x 10-9 / 30 s dosahuje Obr. 6: Vztah mezi přesností, rizikem integrity, úrovní zabezpečení (PL) a mezí výstrahy (AL) 7

56 3,32 m. Pro tutéž hodnotu σ NSE, ale pro IR = 1,0 x 10 / 30 s, K ffmd se sníží jen na hodnotu 6,29 a odpovídající AL se sníží na 3,15 m. V případě, kdy přijímač GNSS má přesnost 0,7 m, potom pro IR = 1,0 x 10-9 / 30 s mez výstrahy AL dosáhne 2,32 m. Tyto skutečnosti by měly být uvažovány zejména v případě, když diferenční přijímač je zamýšlený pro rozlišení paralelních kolejí na výhybce, kde vzdálenost mezi osami paralelních kolejí je přibližně 5 m - viz obr. 6. Je nutné poznamenat, že z důvodu jednoduchosti byl ve výše uvedených výpočtech uvažován jen samostatný GNSS (ne inerciální senzory). Inerciálních a další senzory (odometr, akcelerometr, Dopplerův rychloměr, gyroskop, apod.) mohou významně zlepšit jak integritu, tak kontinuitu určení polohy. 7. UKAZATELE KVALITY GNSS SIS A ZABEZPEČOVACÍHO SYSTÉMU Vztah mezi hlavními atributy kvality zabezpečovacího sy stému je uveden na obr. 7 [14]. -8 Obr. 7: Vzájemný vztah mezi hlavními atributy kvality zabezpečovacího systému Na základě skutečností uvedených v části 3. tohoto článku lze zahrnout ukazatele kvality GNSS SIS mezi ukazatele kvality zabezpečovacího systému na principu GNSS dle obr. 8. Obr. 8: Vzájemný vztah mezi atributy kvality zabezpečovacího systému na principu GNSS [10] 8

57 Je však nutné poznamenat, že stále existuje řada odlišností a rozporů v použitých definicích a tributů kvality satelitní navigace a v železničních zabezpečovacích systémech. Příkladem je definice integrity bezpečnosti podle normy ČSN EN [5], která říká, že je to schopnost systému vztahujícího se k bezpečnosti provádět požadované bezpečnostní funkce za všech stanovaných podmínek, ve stanoveném pracovním prostředí a po stanovenou dobu. To znamená, že jestliže určení polohy vlaku po dobu daného intervalu je považována jako bezpečnostní funkce, potom zřejmě včasné varování týkající se poruchy SIS, jak je uvedeno v letecké definici integrity, je nedostatečné [11]. Do současné doby nebyl samostatný požadavek na kontinuitu v železniční zabezpečovací technice třeba. Požadavek kontinuity byl poprvé zaveden během vývoje rádiových systémů pro přesné přiblížení letadel dle kategorie III ke konci 60. let. Avionický požadavek kontinuity služby se týká bezpečnosti, protože v některých nejkritičtějších fázích letu neplánované přerušení určení polohy by mohlo být nebezpečné. Kontinuita není samostatný ukazatel, který má nějaký smysl sám o sobě. Kontinuita závisí na přesnosti a integritě. Otázka je, jak moc kontinuity SIS je skutečně třeba pro železniční bezpečnostně relevantní funkce, protože požadavek kontinuity významně ovlivňuje cenu satelitního navigačního systému. Další otázkou je, jakým způsobem interpretovat čas ohrožení (Exposure Time), který je použit při specifikaci rizika integrity GNSS SIS. V letectví je čas ohrožení (či vystavení) daný délkou trvání dané fáze letu. Čili riziko integrity je definováno jako maximální přípustná pravděpodobnost nebezpečné poruchy po dobu trvání dané operace. Např. pro přesné přiblížení dle CAT I je tento interval ohrožení 150 s. Naproti tomu pro stejnou operaci CAT I je interval ohrožení pro kontinuitu pouze 15 s. Důvodem je, že z hlediska kontinuity je nejnebezpečnějších posledních 15 s před tzv. rozhodovací výškou DH (Decision Height), během kterých se pilot musí rozhodnout (podle viditelnosti, atd.), zda pokračovat v přistání či tuto operaci přerušit a přejít vyšší záložní letovou hladinu. Integrita bezpečnosti v železniční zabezpečovací technice se vyjadřuje odlišně četností nebezpečné poruchy za hodinu. V souvislosti s definicí integrity bezpečnosti pro GNSS SIS bude rovněž nutné posoudit vliv techniky vyhlazování pseudovzdálenosti (Code-carrier Smoothing) na délku časového intervalu mezi nezávislými vzorky monitoru integrity. Je to z toho důvodu, že interval mezi nezávislými vzorky má podstatný vliv na určení integrity bezpečnosti GNSS SIS. Na obr. 5 je znázorněna alokace rizika integrity SIS pro přistání letadla dle CAT III. Z tohoto diagramu je zřejmé, že 25% rizika integrity je přiřazeno palubnímu monitoru integrity. Avšak na železnici je podstatně horší viditelnost satelitů z důvodu četných překážek kolem trati (hluboké zářezy, stromy, profil terénu, atd.). Tedy pro železniční prostředí není jednoduše možné převzít alokaci rizika podle obr. 5, nýbrž je nutné ji přehodnotit. Kromě výše uvedených otázek a nesrovnalostí existuje celá řada dalších, na které je nutné odpovědět, aby bylo možné důsledně provést kvalitativní a kvantitativní analýzy rizika. 8. CERTIFIKCE SYSTÉMU GALILEO PRO ŽELEZNIČNÍ APLIKACE Z předcházejícího odstavce je zřejmé, že význam hlavních ukazatelů bezpečnosti a spolehlivosti použitých v letectví a na železnici je odlišný. Aby bylo možné použít GNSS na železnici, je nutné vypracovat postup certifikace GNSS/ GALILEO telematické aplikace. Z tohoto důvodu ČD TÚČD spolu s Univerzitou Pardubice a ČD Telematikou navrhly v říjnu 9

58 2006 nový návrh projektu do soutěže MD ČR s názvem Certifikace satelitního navigačního systému GALILEO pro železniční telematické aplikace. Předpokládá se, že řešení tohoto projektu odpoví na následující dvě otázky: Jaké ukazatele kvality GNSS certifikovat? Jakým způsobem certifikovat? Proto prvním cílem tohoto návrhu projektu je vytvořit matematický aparát tj. společný jazyk, který umožní: 1) přeložit termíny spolehlivosti a bezpečnosti systému GNSS/ GALILEO včetně jejich vzájemných vazeb do železniční terminologie RAMS a naopak, 2) porozumět, která měřítka bezpečnosti GNSS by měla být použita pro železniční bezpečnostní aplikace a 3) určit, jak by měla být měřítka bezpečnosti implementována do železničního konceptu bezpečnosti. Druhý cíl je zaměřen na specifikaci železničních požadavků na satelitní signál GNSS, aby bylo možné pokrýt široké spektrum železničních telematických aplikací počínajíc využitím GNSS/ GALILEO pro informační systémy, sledování nebezpečných nákladů, určení polohy vlaků pro potřeby zabezpečovací techniky na vedlejších tratích až po nejnáročnější aplikace jako je inicializace vlakového polohového lokátoru, rozlišení paralelních kolejí při/po průjezdu výhybkou proti hrotu, posun ve stanicích, implementace pohyblivého bloku, atd. Třetí cíl stanovuje určit železniční požadavky na architekturu a signál lokálních prvků GNSS z důvodů uvedených v částech 4 a 5. Čtvrtým cílem projektu bude vypracování postupů certifikace a návrhy standardů pro použití GNSS v železničních telematických aplikacích ve smyslu norem CENELEC EN 50126, EN 50129, EN IEC (1-7), atp. Vybrané postupy certifikace a návrhy technických standardů budou pilotně ověřeny na zkušební trati a v laboratoři pomocí existujících nástrojů vyvinutých v rámci předcházejících výzkumných projektů na pracovišti ČD TÚČD, ČD-Telematiky a Univerzity Pardubice ÚEI (např. pomocí simulátoru vlakového polohového lokátoru, lokálních prvků GNSS, vlakového polohového lokátoru na elektrické lokomotivě řady 130, atd.). Předpokládá se, že potenciálními uživateli výsledků budou MD ČR, Drážní úřad, akreditované schvalovací instituce, provozovatelé železnic, provozovatelé infrastruktury, ESA (European Space Agency), GJU (Galileo Joint Undertaking), mezinárodní skupina expertů UIC Galileo Application for Rail, výrobci navigační techniky, železniční průmysl, vysoké školy, atd. 9. PRAKTICKÉ VYUŽITÍ GNSS PRO URČENÍ POLOHY VOZIDEL NA ČD Přesné určení polohy kolejových vozidel na principu GNSS bylo poprvé využito na ČD při technicko-bezpečnostní zkoušce (TBZ) všech sedmi jednotek CDT 680 Pendolino na přelomu r. 2005/ 2006 [12]. Část TBZ dle ČSN s využitím GNSS zahrnovala: 1) ověření přesnosti rychloměru v úseku délky min. 50 km při maximální provozní rychlosti (160 km/hod) a v úseku min. 5 km při rychlosti 210 km/hod; 2) měření zrychlení (dynamické vlastnosti jízdy); 3) ověření délky ujeté vzdálenosti; 10

59 4) měření zábrzdné vzdálenosti. Před uskutečněním zkoušek bylo nutné vypracovat metodiku měření na principu diferenční metody GPS a RTK (Real Time Kinematics), zřídit referenční stanice DGPS podél trati, zaměřit polohu referenčních stanic, zřídit rádiovou síť ve zkušební oblasti, vytvořit přesnou mapu osy koleje, vyvinout programové vybavení v prostředí C++Builder a MatLab pro vyhodnocení měření a ověřit správnost metodiky. K určení přesného času a polohy začátku brzdění byla využita funkce GNSS přijímače zvaná Event Marker. Z metodiky je zřejmé, že chyba určení zábrzdné vzdálenosti metodou RTK (fázové měření) nepřesáhne +/- 0,78 m při rychlosti do 210 km/ hod. (a) (b) Obr. 8: TBZ jednotky CD 680 Pendolino s využitím GNSS: (a) antény GPS L1+L2 na střeše jednotky, (b) vyhodnocení měření zábrzdné vzdálenosti a rychlosti v kabině strojvedoucího. Výhody použití GNSS pro účely TBZ spočívají zejména v : 1) automatickém záznamu dat; 2) automatickém zpracování m ěření a vypracovaní protokolu v kabině strojvedoucího; 3) vysoké přesnosti měření zejména při vysokých rychlostech vozidel, kdy je již prakticky nemožné sledovat značky podél trati. V současné době pracovníci TÚČD STAB řeší úlohu využití přijímače GNSS pro lokalizaci závad na kolejovém svršku. Připravuje se rovněž aplikace poskytování informace o okamžité poloze vlaku a rychlosti vlaku pro cestující. Je z řejmé, že s postupem doby se bude počet aplikací GNSS na železnici zvyšovat. 9. ZÁVĚR GIOVE A, první se dvou satelitů systému GALILEO, byl umístěn na oběžnou dráhu 12. ledna 2006 a začal úspěšně vysílat navigační signál. Celý navigační systém by měl být uveden do provozu kolem r V současné době je v Evropě řešena celá řada projektů zaměřená na využití systému GALILEO v sektoru dopravy, včetně železniční. Proto jsou urgentně požadovány jasné a konzistentní požadavky na GALILEO SIS. Nejen jako vstupní informace pro vývoj přijímačů GALILEO SoL, lokálních prvků, atd., ale také pro validaci, verifikaci a certifikaci systému GALILEO pro železniční aplikace, bez kterých by nebylo jinak možné uvažovat o využití satelitní navigace na železnici. To dává železnicím nejen 11

60 příležitost většího zapojení do vývoje systému GALILEO, ale také profitovat z této moderní technologie v budoucnosti. PODĚKOVÁNÍ Výsledky uvedené v tomto článku vznikly za finanční podpory Grantové agentury ČR v rámci projektu reg. č. 102/06/0052 s názvem Lokální prvky GNSS pro železniční zabezpečovací techniku. LITERATURA: [1] GNSS Rail Advisory Forum Application and User Requirements, European GNSS Secretariat, Brussels, [2] Dokumenty pracovní skupiny UIC GALILEO Application for Rail, Thematic Area A: Road map for implementation, červen 2005; Thematic Area B: Economic estimates of GNSS/ GALILEO applications, prosinec 2005, Thematic Area C: Integration of technologies for maximization of effects, květen [3] ČSN EN 50126, The Specification and Demonstration of Dependability Reliability, Availability, Maintainability and Safety (RAMS), [4] ČSN EN 50128, Railway Applications: Communications, signalling and processing systems Software for Railway control and protection systems, [5] ČSN EN 50129, Railway applications: Safety related electronic systems for signalling, [6] ČSN EN 61508(1-7). Functional safety of electrical/ electronic/ programmable electronic safety-related system, [7] Galileo Mission, High Level Definition, EC DG-TREN, Doc. No. I07/00050/2001, [8] ICAO. Aeronautical Telecommunications, Volume I (Radio Navigation Aids), Amendment 79, [9] RTCA. Minimum Aviation System Performance Standards for the Local Area Augmentation System (LAAS), RTCA DO-245 A, [10] Filip, A.: Railway Safety Certification Requirements for the Galileo Signal-In-Space. International Symposium on Certification of GNSS Systems & Services (CERGAL 06), Braunschweig, Germany, April 4-5, [11] Filip, A., Polivka, A., Suchánek, J.: Practical Analysis of Satellite Navigation Performance for Train Control, 7th World Congress on Railway Research, Montréal (WCRR 2006), Canada, June 4-8, 2006 (příspěvek vypracovaný společně s Transportation Technology Center, Inc. v Pueblu, Co., USA.) [12] Bažant, L., Filip, A., Mocek, H., Taufer, J., Maixner, V.: GNSS for Technical and Safety Tests of CDT 680 Pendolino Train Set. International Symposium on Certification of GNSS Systems & Services (CERGAL 06), Braunschweig, Germany, April 4-5, [13] [14] Manual for Validation of GNSS in Civil Aviation, EC DG Tren, Sept Zahradník, J., Rástočný, K., Linhart, M.: Bezpečnost železničných zabezpečovacích systémov. EDIS, Žilina,

61 V Praze, listopad 2006 Lektoroval: Ing. František Kopecký, Ph.D. 13

62 Ing. Jiří Krupica Vyšetřování elektromagnetické kompatibility drážních zařízení v oblasti vysokofrekvenčního rušení Klíčová slova: Vysokofrekvenční rušení, drážní zařízení, elektromagnetická kompatibilita 1. Úvod Pojem elektromagnetická kompatibilita (EMC) vznikl v šedesátých letech minulého století v USA. Označuje se tak nová integrující vědecká disciplína, která zkoumá podmínky slučitelnosti provozu různých elektrických systémů i jejich jednotlivých komponentů a hledá cesty k jejich optimalizaci. Elektromagnetická kompatibilita nemůže pouze zkoumat vlivy jednotlivých systémů mezi sebou, ale musí vzít do úvahy také jejich působení na živý organizmus. Jsou známy řady negativních působení na zvířata, ale i na člověka. U Českých drah se tímto oborem zabývá Technická ústředna Českých drah, Sekce elektrotechniky a energetiky, oddělení, které nese přímo název Elektromagnetické kompatibility. V oddělení pracují odborníci, kteří se problematikou EMC zabývají jak po stránce teoretické, tak i po stránce praktické. Oddělení řeší otázky EMC jak v oblasti výkonové elektrotechniky, tak i v oblasti vysokofrekvenčního rušení (EMI). Proto je oddělení vybaveno pro obě oblasti potřebnou měřicí technikou na odpovídající úrovni. 2. Základní pojmy Rozvoj elektroniky, zejména mikroelektroniky, radikálně mění koncepci a způsoby použití elektrotechnických zařízení. Zvyšují se nároky na jejich vlastnosti, umístění a způsoby použití. Je evidentní stále větší snaha člověka odstranit namáhavou tělesnou i duševní práci. To zcela zákonitě vede k neustálému rozvoji všech systémů spadajících do oblasti elektroinženýrství. V dobách, kdy se jednotlivé elektrosystémy provozovaly zcela nezávisle nebo jen s volnou vazbou k ostatním (zdroje a rozvod elektrické energie, elektromotory, rádiové vysílače a přijímače ap.), bylo hlavní snahou Ing. Jiří Krupica, České dráhy, a.s., Technická ústředna Českých drah, Malletova 10/2363, Praha 9 - Libeň tel , jiri.krupica@tucd.cz 1

63 specialistů zabezpečit spolehlivou funkci svého systému při zachování potřebné ekonomické efektivity. Přitom nikdo neuvažoval o tom, jak tento jejich systém ovlivňuje funkci ostatních zařízení, a jaké prostředky proto musí tyto ostatní systémy vynaložit na odstranění jeho rušivých vlivů k zabezpečení svého spolehlivého provozu. Dnes je však situace zcela jiná. Z ekologie jsme již poučeni o podstatném rozdílu mezi odstraňováním negativních následků již hotového průmyslového nebo energetického komplexu, a mezi tím, když výběr lokality a technických prostředků komplexu je již ve fázi přípravy projektu ovlivňován ekologickými hledisky. Je proto třeba, abychom co nejdříve naši současnou metodu odstraňování následků povýšili na metodiku systematické prevence, která by minimalizovala vzájemné elektromagnetické ovlivňování různých technických systémů mezi sebou, ale i nežádoucí zdravotní ohrožení člověka. Proto vzniká úplně nový obor Elektromagnetická kompatibilita. Elektromagnetická kompatibilita nemůže pouze zkoumat vlivy jednotlivých systémů mezi sebou, ale musí vzít do úvahy také jejich působení na živý organizmus. Jsou známy řady negativního působení na zvířata, ale i na člověka. Přitom je třeba si uvědomit, že za nežádoucí vlivy na člověka dnes již nepovažujeme jen přímé působení elektromagnetického pole, ale i dlouhodobé působení elektronizovaného životního prostředí" doma i na pracovišti, a také ohrožení zdraví či života v důsledku technických havárií, vyvolaných nedostatečnou ochranou proti parazitnímu elektromagnetickému ovlivnění systému. V oblasti zdrojů elektromagnetického rušení (interference) (EMI) se zkoumají zejména obecné otázky mechanismů vzniku rušení, jeho charakteru a intenzity. Mezi přirozené zdroje rušení patří hlavně elektrické výboje v ovzduší, prudké změny zemského magnetického i elektrického pole a elektromagnetické vlnění produkované kosmickými tělesy. Umělých zdrojů rušení je nepřeberné množství, např. silnoproudé generátory, vedení vysokého napětí, výkonové polovodičové měniče, nelineární spotřebiče, elektrická trakce, ale také i spalovací motory v nezávislé trakci, měniče v osobních železničních vozech, lékařské přístroje, domácí elektrické a elektronické přístroje i počítače. Druhá oblast zahrnuje problematiku elektromagnetického prostředí (cesty), umožňujícího vznik nežádoucích vazeb. Elektromagnetická vazba je způsob i cesta, kterou energie ze zdroje rušení přechází do rušených objektů. Zde se zkoumají hlavně podmínky šíření a mechanismy jednotlivých druhů elektromagnetických vazeb. Problematika objektů či přijímačů rušení se zabývá hlavně klasifikací typů a podrobnou specifikací rušivých účinků na základě analýzy konstrukčních a technologických parametrů a z toho vyplývající jejich tzv. elektromagnetickou odolností. Elektromagnetická odolnost (EMS) je vlastnost zařízení a systému pracovat bez poruch nebo s přesně definovaným přípustným vlivem v daném prostředí. Velmi rozsáhlou a důležitou oblastí je měření elektromagnetického rušení (interference). Zahrnuje měřicí metody a postupy pro kvantitativní hodnocení vybraných parametrů hlavně na rozhraních zdrojů a přijímačů rušení. Kromě měření se 2

64 v současné době rychle rozvíjí i oblast testování elektromagnetické odolnosti objektů pomocí tzv. simulátorů rušení. Testování se provádí nejen na hotových zařízeních, ale hlavně i v průběhu jejich vývoje. Další důležité oblasti EMC řeší otázky, směřující ke zvýšení elektromagnetické kompatibility systémů. První je oblast omezování interference zdrojů elektromagnetického rušení, dále oblast omezování nežádoucích elektromagnetických vazeb (zejména souběhy, zemnění, stínění) a konečně oblast zvyšování elektromagnetické odolnosti objektů. Druhou důležitou oblastí je analýza a prognostika složitých systémů z hlediska EMC. Ve světě se stává zcela samozřejmou a nezbytnou součástí systémového inženýrství. Sledují se zde otázky automatizovaných systémů řízení technologických procesů, podmínky technického zabezpečení přenosu dat v lokálních technologických i kancelářských sítích i plošně rozsáhlých veřejných datových sítích. Důležité jsou i otázky kompatibility spotřební elektroniky s domácími spotřebiči i se systémy hromadného dálkového ovládání. Na obě předchozí popsané oblasti navazuje velmi důležitá oblast tvorby norem a legislativních předpisů EMC. 3. EMC biologických systémů I když vlivy elektromagnetických polí a elektrických proudů na živý organizmus jsou známé již delší dobu, nejsou výsledky dosavadních biologických a biofyzikálních výzkumů v souvislosti s ochranou pracovního a životního prostředí nikterak jednoznačné. Obecné, biologické účinky elektromagnetického pole závisí na jeho charakteru, době působení a vlastnostech organizmu. Účinky se posuzují podle nespecifických reakcí organizmu. U vf polí (10 khz - 1 GHz ) jsou zatím nejvíce objasněny tepelné účinky. To jsou takové, jejichž účinek se projeví jako výsledek ohřevu tkání vystavených vysokým úrovním polí. Dále mají vliv na centrální nervový systém, srdce, cévy, krvetvorný a imunitní systémy, což se přisuzuje působením polí s nízkou úrovní. Genetické a karcinogenní účinky polí zatím nebyly jednoznačně prokázány. Z výsledků prováděných prací vyplývá, že u elektrických složek pole do úrovně 10 kv/m nebyly potvrzené zdravotní vlivy. Nejde to však paušalizovat, protože existují jedinci, kteří vnímají pole již podstatně nižší úrovně, například již od úrovně 2 kv/m. Nebyl však zatím prokázán žádný patologický vliv. U magnetických polí nebyly také dosud zaznamenány žádné biologické účinky do úrovní indukované proudové hustoty 1 µa/cm 2, což je do indukce 100 mt na 3 Hz a 5 mt na 50 Hz. V rozsahu 1 10 µa/cm 2, to je mt na 3 Hz nebo 5 50 mt na 50 Hz jsou již pozorována ovlivnění nervového systému, vizuální funkce a stimulace růstu kostí. Nad 100 µa/cm 2, to je 10 T na 3 Hz nebo 500 mt na 50 Hz, již hrozí akutní poškození zdraví. 3

65 U statických magnetických polí se předpokládá, že krátkodobá expozice v poli nad 5 T může vyvolat výrazně škodlivé účinky, které se mohou projevit snížením rychlosti krevního toku v aortě a výrazným snížením pracovní schopnosti. Dlouhodobé působení pole nízké úrovně řádově do 2 T se projevuje v odezvách centrálního nervového systému, kardiovaskulárního a endokrinního systému. 4. Ochrana před možnými účinky elektromagnetických polí Každý člověk reaguje na působení elektromagnetického pole jinak, protože jeho adaptační, kompenzační a regenerační možnosti a schopnosti jsou individuální. Proto je velmi obtížné analyzovat změny v organismu a na základě statistických výsledků dojít k obecně platným závěrům. To je jeden z důvodů, proč je ve světě zatím jen málo konkrétních klinických studií, a ty co existují jsou zaměřeny na vyšší expozice elektromagnetickým polem v pracovním procesu. Přitom za nežádoucí vlivy na člověka lze dnes považovat nejen přímé působení elektromagnetického pole na jeho pracovišti (obsluha vysílačů, radiolokátorů, výpočetních středisek apod.), ale i dlouhodobé bezděčné působení elektronizovaného životního prostředí zejména doma, kde většina lidí tráví hodiny svého času ve "společnosti" elektrických a elektronických zařízení (televizní a rozhlasové přijímače, kuchyňské spotřebiče, osobní počítače apod.). Problematikou EMC biologických systémů se zabývají některá výzkumná lékařská pracoviště s cílem posoudit odolnost lidského organismu vůči elektromagnetickým vlivům, mechanismy jejich působení apod. U vysokofrekvenčních a mikrovlnných polí jsou relativně nejvíce objasněny tzv. tepelné účinky, tj. účinky, které se objeví jako výsledek ohřevu tkání vystavených vysokým úrovním polí. Překročením hodnot prahových výkonových hustot elektromagnetického pole na velmi vysokých kmitočtech může nastat tepelné poškození organismu. Účinky elektromagnetického pole na centrální nervový systém, srdečně-cévní, krvetvorný a imunitní systémy se přisuzují tzv. netepelným účinkům, tj. déle trvajícím expozicím polí s relativně nízkou výkonovou úrovní. Ani tyto, ani genetické či karcinogenní účinky však zatím nebyly jednoznačně prokázány. Všechny tyto skutečnosti v obtížnosti posuzování EMC biologických systémů jsou příčinou toho, že v příslušných hygienických normách ve světě existují až řádově velké rozdíly, např. v přípustných dávkách elektromagnetického záření. Z hlediska účinků na populaci je třeba rozlišit expozice na profesionální a občanskou. U profesionální expozice jsou pracující vystaveni vyšším úrovním polí než je to u občanské expozice. Přestože u profesionální expozice jsou hodnoty polí relativně vysokým polím, které jsou v drtivé většině povoleném hygienickém limitu. Zatím nejsou registrována poškození zdraví, která by se dalo účinkům polí prokázat. Pokud budou nalezeny nespecifické potíže typu poruchy spánku, pálení očí, neurotizační tendence a podobně u pracujících v průmyslových expozicích nf a vf polí, bude účelné provést proměření polí v pracovním prostředí. 4

66 Ochranu lze rozdělit do tří skupin : 4.1 Organizační opatření organizační opatření technická opatření a prostředky léčebně preventivní opatření Jsou založena na účelném rozmístění zdrojů záření a ozařovaných objektů. Dále na vymezení místa a doby pobytu v elektromagnetickém poli, ale také na případném administrativním opatření omezení doby provozu zdroje, nebo jeho výkonu. 4.2 Technická opatření a prostředky Spočívají v lokální, kolektivní nebo v individuální ochraně. Lokální ochranou je v případě vnějších zdrojů jejich stínění. U vnějších zdrojů je to stínění stěn, oken, dveří. Na mikrovlnách lze použít i pohlcující materiály. Kolektivní ochrana zahrnuje především technická opatření například změny charakteristik zdroje. Mezi individuální prostředky náleží ochranné oděvy a brýle. 4.3 Léčebně preventivní opatření Mezi tato opatření patří v první řadě povinnost dodržovat stanovené hygienické limity. V případě profesionálních expozic musí být povinné vstupní a periodické prohlídky. Na základě těchto prohlídek může vzniknout i návrh na přeřazení osob, nebo i třeba změnu režimu jejich práce. Nejvyšší přípustné limity se nevztahují na případy ozařování nemocných za účelem léčby. Není-li možné se vyhnout kombinaci s dalšími nežádoucími faktory prostředí a vznikne-li důvodné podezření, že účinky se vzájemně sčítají, může příslušný zdravotní orgán zpřísnit nejvýše přípustné limity. Je samozřejmé, že v závislosti na typu zdroje vyzařování, jeho výkonu, kmitočtu, charakteru činnosti či dalších okolnostech může být použit některý z uvedených technických či organizačních prostředků ochrany nejen samostatně, nýbrž i v libovolné vhodné kombinaci. 5. Klasifikace rušivých signálů a jejich zdrojů Každý elektrotechnický systém můžeme pokládat zároveň za zdroj i za přijímač elektromagnetického rušení. Z praktických důvodů však přesto vyčleňujeme typickou skupinu systémů, u nichž vysoce převažuje proces generování rušivých signálů nad jejich nežádoucím příjmem a nazýváme je interferenčními zdroji či zdroji elektromagnetického rušení. Klasifikaci rušení i jejich zdrojů lze uskutečnit podle mnoha různých hledisek. 5

67 Z hlediska zamezení rušení jsou důležité především umělé interferenční zdroje, tj. zdroje vzniklé lidskou technickou činností. Přírodní (přirozené) zdroje rušivých signálů musíme brát jako fakt, jehož vzniku většinou nemůžeme zabránit; zbývá tedy jen předcházet jejich následkům. Takové interferenční zdroje, které jsou základem funkce jednoho systému (např. sdělovací signály vysílačů) a přitom mohou ovlivnit základní funkce jiného systému a být tedy vůči němu rušivé, nazýváme funkční. Ostatní zdroje, které při svém provozu produkují parazitní (nežádoucí) rušivá napětí či pole, označujeme jako parazitní či nefunkční. Interferenční zdroje lze rovněž členit podle časového průběhu rušivého signálu. Impulsní rušení má charakter časové posloupnosti jednotlivých impulsů nebo přechodných jevů. Opakem je tzv. spojité rušení, které nemůže být považováno za posloupnost oddělených jevů a působí kontinuálně (nepřetržitě) na rušené zařízení. Kombinací spojitého a impulsního rušení je kvazi-impulsní rušení. S časovým průběhem rušivého signálu je jednoznačně vázána i šířka jeho kmitočtového spektra, což je údaj velmi důležitý zejména z hlediska použití vhodných prostředků pro potlačení (filtraci) rušení. Úzkopásmové rušení je produkováno zejména "užitečnými" signály rozhlasových a televizních vysílačů, charakter širokopásmového rušení má naopak většina tzv. průmyslových rušivých signálů, ať již mají časový průběh spojitý, impulsní či kvazi-impulsní. Rovněž všechna přírodní rušení jsou svou podstatou širokopásmová. Z hlediska obsazení kmitočtového spektra a fyzikálního působení lze rušení dále členit na nízkofrekvenční a vysokofrekvenční. Nízkofrekvenční rušení se projevuje dvojím způsobem. Energetické nízkofrekvenční rušení působí na napájecí energetickou soustavu v pásmu kmitočtů od nuly do 2 khz a způsobuje hlavně zkreslení (deformaci) napájecího napětí a odebíraného proudu energetických sítí. To se projevuje rušivě v provozu zařízení, která jsou závislá na tvaru křivky napájecího elektrického napětí, jako jsou např. ovládací a sdělovací systémy, osvětlení, stroje a přístroje a další. Zdrojem energetického rušení je obecně každá nelineární zátěž napájecí sítě způsobující deformaci odebíraného proudu. Akustické nízkofrekvenční rušení působí v pásmu do 10 khz, kde negativně ovlivňuje funkci přenosových informačních systémů, jako jsou telefony, rozhlas, měřicí a řídicí zařízení, komunikační a informační soustavy apod. Toto rušení generují prakticky všechny energetické zdroje, systémy přenosu dat, radary apod. Vysokofrekvenční neboli rádiové rušení leží podle Radiokomunikačního řádu v pásmu od 10 khz do 400 GHz. Ke zdrojům rádiového rušení patří prakticky všechny existující interferenční zdroje, neboť jejich rušivé signály sahají prakticky vždy až do těchto kmitočtových oblastí. Z obecného hlediska se z každého interferenčního zdroje šíří rušivý signál jak vyzařováním (prostorem), tak i po napájecích či sdělovacích vedeních. U různých zdrojů rušení však obvykle jeden z těchto způsobů šíření převažuje, a proto se 6

68 interferenční zdroje někdy rozdělují na zdroje rušení šířených vedením a na zdroje rušení šířených vyzařováním (prostorem). Z uvedeného přehledu zdrojů rušivých signálů je zřejmé, že není možné provést jejich přesnou a vyčerpávající klasifikaci. Různé zdroje rušení se navzájem prolínají a navíc problém komplikuje to, že vztahy a vazby ve sdělovací, přenosové, informační a řídicí technice jsou vždy velmi složité. 6. Legislativa Rada Evropské unie v roce 1989 vydala směrnici č.89/336/ec s názvem Směrnice o sbližování zákonů členských států týkajících se elektromagnetické kompatibility. Směrnice č.89/336/ec byla v každém členském státě Evropské unie přeložena do národního jazyka a schválena vládami jako zákon platný od Od tohoto data musí veškeré zboží prodávané na evropských trzích tuto směrnici respektovat. To znamená, že každý výrobce, distributor či prodejce musí prokázat, že jeho výrobek je s uvedenou Směrnicí v souladu, tedy že splňuje tzv. harmonizované evropské normy pro oblast EMC. Harmonizované normy odrážejí obecně přijímaný dosažený stav techniky v Evropské unii v oblasti elektromagnetické kompatibility. Je tedy v zájmu fungování vnitřního trhu mít normy pro elektromagnetickou kompatibilitu zařízení, jež by byly harmonizovány na úrovni Společenství. Po zveřejnění odkazu na danou normu v Úředním věstníku Evropské unie by její splnění mělo vést k předpokladu shody s příslušnými základními požadavky, ačkoliv by mělo být povoleno prokázání shody i jinými prostředky. Splnění harmonizované normy znamená shodu s jejími ustanoveními a prokázání této shody na základě postupů v ní uvedených nebo na něž se daná harmonizovaná norma odkazuje. Výrobci zařízení určeného pro připojení k sítím by měli tato zařízení konstruovat tak, aby při používání v normálních provozních podmínkách nezpůsobovalo nepřijatelné zhoršení fungování dané sítě. Provozovatelé sítí by měli své sítě konstruovat tak, aby se na výrobce zařízení, u kterého se předpokládá připojení k sítím, nekladly neúměrně vysoké nároky z důvodu předcházení nepřijatelnému zhoršení fungování sítě. Při přípravě harmonizovaných norem by evropské normalizační organizace měly tento cíl brát patřičně v úvahu (včetně souhrnného vlivu příslušných druhů elektromagnetických jevů). V souvislosti se všeobecnými přípravami přistoupení České republiky k Evropské unii byl po několikaleté přípravě Parlamentem ČR v lednu 1997 přijat zákon č.22/1997 Sb. o technických požadavcích na výrobky, který nabyl účinnosti dnem ve znění pozdějších předpisů. Tento zákon byl novelizován a doplněn zákonem č.71/2000 Sb. ze dne Na tyto zákony navázala řada vládních nařízení ve formě prováděcích vyhlášek 7

69 7. Posuzování elektromagnetického rušení drážních zařízení Drážní zařízení se skládá z rozlehlých systémů a instalací. Proto nelze stanovit zkoušky odolnosti pro takto rozlehlé soubory. Úrovně odolnosti stanovené pro přístroje musí normálně zajistit spolehlivý provoz. Je však nezbytné zpracovat plán zajištění EMC, aby se zapracovaly i specifické okolnosti. Příkladem může být železniční trať vedená v blízkosti vysokofrekvenčního vysílače o velkém výkonu, který způsobuje abnormálně vysoké intenzity polí. Pro drážní zařízení pracující v blízkosti takovéhoto vysílače se mohou přijmout zvláštní podmínky. Soubor norem ČSN EN , Drážní zařízení Elektromagnetická kompatibilita, obsahuje následující části: část 1 Všeobecně- Tato část popisuje elektromagnetické chování dráhy. Specifikuje funkční kritéria pro celek. Obsahuje postupy řízení pro dosažení EMC na rozhraní mezi drážní infrastrukturou a vlaky. část 2 Emise celého drážního systému do vnějšího prostředí -Tato část stanoví meze vysokofrekvenční emise z dráhy do vnějšího prostředí. Stanoví použité zkušební metody a podává informace o typických velikostech pole na trakčních a vysokofrekvenčních kmitočtech. část 3-1 Drážní vozidla Vlak a celkové vozidlo -Tato část stanoví meze a odolnosti pro všechny typy drážních vozidel. Pokrývá hnací vozidla a celé vlakové soupravy, jakož i nezávislé tažné vozy. Rozsah platnosti této normy končí u rozhraní vozu a odpovídajících vstupech a výstupech energie. část 3-2 Drážní vozidla Zařízení - Tato část platí pro aspekty emise a odolnosti EMC elektrických a elektronických zařízení určených k použití na drážních vozidlech. část 4 Emise a odolnost zabezpečovacích a sdělovacích zařízení -Tato část stanoví meze elektromagnetické emise a odolnosti zabezpečovacích a sdělovacích zařízení část 5 Emise a odolnost pevných instalací a zařízení trakční napájecí soustavy - Tato část platí pro aspekty emise a odolnosti EMC elektrických a elektronických zařízení určených k použití v pevných instalacích spojených s napájecí soustavou. 8. Základní požadavky na meze emisí drážních zařízení Emise dráhy se kontrolují v kmitočtovém rozsahu 9 khz až 1 GHz. Používá se metoda měření s detektorem vrcholové hodnoty. Místa měření jsou znázorněna na následujícím obrázku:1. 8

70 Obrázek 1 Na obrázku 2 je pak jsou meze emisí drážního systému.do vnějšího prostředí Obrázek 2 Norma stanoví meze vysokofrekvenční emise z drážního zařízení do vnějšího řízení se musí určit z rozdílu naměřeného celkového rušení v daném místě s provozem drážního zařízení a pozadí, to znamená při stavu, kdy je drážní zařízení vypnuto. Jak ukazuje graf mezí emisí drážních zařízení do vnějšího prostředí, celý rozsah frekvencí 9 khz 1 GHz se dělí na dvě části. V první části v rozsahu 9

71 od 9 khz do 30 MHz je měřeno magnetické pole. K tomu jsou nutné příslušné antény. Většinou se používají smyčkové antény.. I toto pásmo je rozděleno frekvencí 150 khz ještě na dvě části. Pod touto hranicí se pro měření používá šířka pásma 200 Hz, nad touto frekvencí se užívá šířka pásma 9 khz. Toto rozdělení také vysvětluje nespojitý průběh stanovených mezí. Na obrázku 3 je příklad antény pro měření magnetického pole. Obrázek 3 V pásmu od 30 MHz do 1 GHz se měří elektrické pole. Zde se užívá šířka pásma 120 khz. K tomu se používají antény odlišného typu, například logaritmicko periodické. Na obrázku 4 je příklad antény pro měření elektrického pole Obrázek 4 10

72 Obrázek 5 ukazuje pohled na panel měřicího přístroje pro měření vysokofrekvenčního rušení v pásmu 30MHz 1 GHz Obrázek 5 Mimo měření anténami existuje ještě řada měření, kdy se používají speciální sondy. Jedná se o měření rušení galvanickou cestou, kdy se používají proudové sondy. Dále se měří vyzařování kabelových vedení, kde se používají absorbéry. Samostatnou kapitolou je měření blízkého rušivého pole. Rušivé signály vyzařované do prostoru jednotlivými elektronickými součástkami, obvody, nebo funkčními bloky jsou měřeny speciálními měřicími sondami elektrického či magnetického pole. Tyto malé ruční antény jsou užívány zejména při vývoji a diagnostice elektronických zařízení. 11

73 9. Závěr V roce 2004 byla novelizován směrnice rady Evropy. Jsou v ní zahrnuty současné poznatky z vědy a výzkumu Ochrana proti elektromagnetickému rušení vyžaduje uložení povinností různým hospodářským subjektům. Pro dosažení této ochrany by se měly povinnosti uplatňovat korektním a účinným způsobem. Uvedení přístroje na trh nebo do provozu by mělo být možné pouze tehdy, pokud příslušný výrobce prokázal, že daný přístroj byl zkonstruován a vyroben ve shodě s požadavky této směrnice. Přístroj uvedený na trh by měl mít označení CE potvrzující shodu s touto směrnicí. Ačkoliv za posouzení shody by měl odpovídat výrobce bez potřeby zapojení nezávislého subjektu posuzujícího shodu, měli by mít výrobci možnost využívat služeb takového subjektu. Povinnost posouzení shody by měla od výrobce vyžadovat posouzení elektromagnetické kompatibility přístroje vycházející z daných jevů s cílem zjistit, zda přístroj splňuje nebo nesplňuje požadavky na ochranu podle této směrnice. Může-li mít přístroj různé konfigurace, mělo by posouzení potvrdit, zda přístroj splňuje požadavky na ochranu ve výrobcem předpokládaných konfiguracích, jež představují běžné použití pro daný účel. Pevné instalace včetně velkých strojů a sítí mohou být zdrojem elektromagnetického rušení nebo jím mohou být ovlivněny. Mezi pevnou instalací a přístrojem může existovat rozhraní a elektromagnetické rušení způsobované pevnou instalací může mít vliv na přístroj a opačně. Z hlediska elektromagnetické kompatibility není důležité, zda elektromagnetické rušení způsobuje přístroj nebo pevná instalace. Není vhodné posuzovat shodu přístroje uvedeného na trh pro zabudování do dané pevné instalace izolovaně od této pevné instalace, jejíž bude součástí, pokud tento přístroj není jinak komerčně dostupný. Takový přístroj by měl být proto vyjmut z postupů posouzení shody, jež se běžně u přístrojů používají. Avšak nemělo by se dovolit, aby takový přístroj ohrozil shodu pevné instalace, 12

74 Literatura: [1] VACULÍKOVÁ, P., VACULÍK, E. aj. Elektromagnetická kompatibilita elektrotechnických systémů. Grada Publishing, Praha 1998 [2] SVAČINA Elektromagnetická kompatibilita (seriál článků) [3] KRUPICA - Studie elektromagnetické kompatibility drážních zařízení v oblasti vysokofrekvenčního rušení [4] ČSN EN až 5 [5] č.89/336/ec Směrnice o sbližování zákonů členských států týkajících se elektromagnetické kompatibility V Praze, listopad 2006 Lektoroval: Doc. Ing. Karel Hlava, CSc. Univerzita Pardubice 13

75 Tomáš Krčma 1 Použití simulace pro studium spolupůsobení trolejového vedení a vozidlového sběrače Klíčová slova: Trolejové vedení, vozidlový sběrač, simulace, počítačové modely, mechanické kmitání 1. Úvod Kvalita spolupůsobení trolejového vedení a sběrače byla na našich železnicích dlouho opomíjenou záležitostí. Rychlost 120 km/h, kterou dosahovaly vlaky před rekonstrukcemi transevropských koridorů, nevyžadovala hlubší zkoumání mechanických vlastností trolejového vedení ani nekladla zvláštní požadavky na konstrukci sběračů a jejich aerodynamickou kompenzaci. Dnešní běžný provoz rychlostí 160 km/h u obou prvků soustavy trolejové vedení sběrač odhalil některé nedostatky a dává za určitých podmínek možnost vzniku rezonančních stavů. Je otázkou, nakolik lze chování určitého typu trolejového vedení při použití určitého typu sběrače předvídat. V dnešní době, kdy vysoce výkonné osobní počítače jsou samozřejmostí, je jednou z možností simulace za použití počítačových modelů. 2. Model trolejového vedení Pokud nemáme k dispozici simulační programy specializované na trolejové vedení (jejich vývoj je velmi drahý a většinou jsou předmětem firemního tajemství), musíme vystačit s obecným simulačním programem, schopným řešit diferenciální rovnice. V tomto případě je nutno zvolit nejprve fyzikální model, na jeho základě sestavit soustavu diferenciálních rovnic, a tu již řešit na počítači. Každé trolejové vedení, ať už prosté nebo řetězovkové, představuje jistou nezanedbatelnou hmotu. Dále, působíme-li na trolejový drát silou směrem vzhůru, z podílu velikosti síly a jí způsobeného zdvihu můžeme zjistit tuhost trolejového vedení, resp. jeho pružnost. Jednoduchý fyzikální model trolejového vedení tedy bude vypadat následovně: k(t) m(t) F y tuhost trolejového vedení hmotnost úseku trolejového vedení, který kmitá spolu se sběračem okamžitá velikost přítlačné síly svislá souřadnice kontaktního bodu m Odpovídající diferenciální rovnice má tvar: () t y& = F k()y t & (1) 1 Ing. Tomáš Krčma, nar. 1982, absolvoval Univerzitu Pardubice, Dopravní fakultu Jana Pernera, Katedru elektrotechniky, elektroniky a zabezpečovací techniky v roce 2006, pracovník Elektrizace železnic Praha, a. s., Útvaru realizace staveb 1

76 Jak plyne z měření, hmota trolejového vedení, která kmitá společně s ližinami sběrače, a především pružnost vedení není konstantní. Pružnost bývá v blízkosti stožáru nejmenší, uprostřed rozpětí naopak největší, při pohybu sběrače se tedy jedná o závislost okamžité hodnoty pružnosti trolejového vedení na dráze. Vzhledem k řešení diferenciálních rovnic, které se provádí většinou v časové oblasti, je vhodné provést převod jednoduchým vzorcem t=l/v (l je stožárové rozpětí, v je rychlost jízdy). Jak na obrázku, tak v rovnicích jsou použity již časové závislosti. Naměřený průběh pružnosti pro vedení použité při simulaci je uveden na následujícím obrázku [1]. Typický průběh pružnosti vedení 3. Model sběrače Sběrač sestává z pákového mechanizmu, který přenáší konstantní sílu zdvíhacího vzduchového válce na smykadlo. Pákový mechanizmus opět představuje určitou hmotu, stejně jako smykadlo. Na smykadle jsou přes tzv. sekundární odpružení připevněny ližiny (něm. Schleifstücke). Fyzikální model sběrače, zohledňující i sekundární odpružení, poprvé použil ve svých teoretických pracích Morris [5]; kinematické schéma je následující: M sb M w y y 1 y 2 (t) F F st k 1 b 1 b 2 redukovaná hmotnost mechanizmu sběrače neodpružená hmotnost smykadla (hmotnost ližin) svislá souřadnice kontaktního bodu svislá souřadnice horního kloubu ramen sběrače svislá souřadnice střechy vozidla, závislá např. na nerovnostech trati okamžitá přítlačná síla síla vyvozená vzduchovým válcem tuhost pružin sekundárního odpružení tlumení sekundárního odpružení tlumení zdvíhacího mechanizmu sběrače M sb M w Odpovídající diferenciální rovnice: & y & y 1( y y1 ) + b1 ( y& y& 1 ) + b2 ( y& 2 ( t) & 1 ) ( y y) + b ( y& y& 1 Fst + k y = F + k = (2) 1 ) (3) 2

77 Rovnice (1), (2) a (3) jsou simultánní (soudobé). Za předpokladu, že nedochází k odskokům, je lze použít jako matematický popis spolupůsobení sběrače s trolejovým vedením. Řešení této soustavy rovnic tedy provedení simulace je možné jakýmikoliv postupy, vzhledem k obecným závislostem m(t) a k(t) jsou však vhodná řešení numerická. Program Simulink, dodávaný firmou Mathworks, umožňuje řešení soustav rovnic pomocí výpočtových schémat s integračními, derivačními, sčítacími a násobícími bloky; jedná se tedy o obdobu postupu u analogových počítačů. Schéma řešení soustavy rovnic (1), (2) a (3) je bez bližšího popisu uvedeno v Příloze 3. Je však třeba zdůraznit, že bloky subsystémů Prubeh tuhosti vedeni a Prubeh hmotnosti vedeni představují další výpočtová schémata, generující požadované závislosti. 4. Simulace Cílem simulací je především nalezení rezonančních rychlostí, tj. rychlostí, při nichž pro daný typ trolejového vedení a sběrače nabývá amplituda průběhu F a y lokálního maxima. Další oblastí je studium vlivu změn vstupních parametrů na průběh výstupních veličin. Dobrý model tak umožní předvídat úspěšnost konstrukčních změn trolejového vedení, aniž by bylo hned zpočátku nutné realizovat nákladné zkušební úseky. Vstupními parametry simulace jsou jednak fyzikální parametry trolejového vedení a sběrače (m(t), k(t), l, k 1, b 1, b 2, M w, M sb, F st ), jednak jízdní rychlost (m(t), k(t), kde t=l/v). Výstupními údaji jsou: okamžitá hodnota polohy kontaktního bodu y, okamžitá hodnota velikosti přítlačné síly F. Požadavky na průběh přítlačné síly uvádí norma EN Jsou vyjádřeny parametry F M (střední hodnota přítlačné síly), σ (směrodatná odchylka přítlačné. síly), F min (statistické minimum přítlačné síly) a F max (statistické maximum přítlačné síly). Prezentaci výsledků získaných jak simulací, tak měřením lze provádět následujícími způsoby: V závislosti na čase. Tento způsob je přirozený jak pro simulační software, tak pro osciloskopy. Výhodou je jeho jednoduchost, dobře se uplatní i při zkoumání za proměnné rychlosti. V závislosti na ujeté dráze. Tento způsob, vzniklý přepočtením času na dráhu vzorcem s=v t, používá např. měřicí vůz TÚČD. Výhodou je názornost, neboť vodorovnou osu x si lze představit jako trať zmenšenou v určitém měřítku. Dále lze snadno vyznačit polohy stožárů, což je pro analýzu průběhu kmitů velmi důležitá informace. V praxi tento způsob umožňuje snadné nalezení nevyhovujících míst vedení dle kilometráže trati. Průběhy v závislosti na ujeté dráze byly použity pro simulace za konstantní rychlosti. V závislosti na rychlosti. Vznikne výpočtem statistických charakteristik (střední hodnoty, směrodatné odchylky) z časových průběhů naměřených nebo simulovaných při různých rychlostech a jejich vynesením do grafu. Způsob má velký význam při vyhodnocování rezonančních rychlostí především pomocí simulace, neboť provádění měřicích jízd při jemném rychlostním kroku by bylo nerealizovatelné z časových i finančních důvodů. Odhlédneme-li nyní od toho, že při sestavování modelu jsme se mohli dopustit chyb, je každý model oproti skutečnosti zjednodušen. Omezená množina vstupů modelu a jeho zjednodušená struktura nemůže v žádném případě postihnout všechny vlivy působící na 3

78 reálný systém. Jde tedy o to zjistit, zda chyba výsledku vyplývající z odlišného chování modelu oproti reálnému systému nebude nepřípustně velká Verifikace modelu Proces tohoto ověření se nazývá verifikace. V případě trolejového vedení je postup následující: změří se fyzikální parametry již existujícího vedení a sběrače a jednak se provede měřicí jízda, jednak se získané fyzikální parametry použijí jako vstupní údaje příslušného modelu. Výsledky jak měřicí jízdy, tak simulace by se měly shodovat. Pokud se neshodují, je model málo odpovídající a je třeba hledat jiný, výstižnější, který však nemusí být nutně složitější. Je třeba zdůraznit, že verifikaci modelu je třeba provádět pro různé rychlosti a nejlépe i různá trolejová vedení (např. s jiným průběhem pružnosti). Vzhledem k tomu, že TÚČD provádí svým měřicím vozem běžná měření pouze pro dvě rychlosti (40 km/h a rychlost traťová), nelze jeho záznamy pro verifikaci použít. Byly proto zvoleny výsledky podrobných měření italských drah, prováděných na konci 60. let s různými variantami vedení a s jemným rychlostním krokem [1]. Tento postup je zcela oprávněný, přihlédneme-li k tomu, že dotčené varianty italských vedení se v hlavních parametrech příliš neliší od sestavy J, používané v dnešní době na ČD, jak je patrné z následující tabulky. U sestavy J jsou údaje uvedeny pro typické rozpětí 63 m. železniční síť ČD, sestava J FS 200 km/h, 3 kv, 1966 parametr (popis, jednotka) bez přídav. lana s přídav. lanem var. č. 1 var. č. 2 var. č. 3 l (stožárové rozpětí, m) x pl (délka příd. lana, m) e stř (střední pružnost, mm/n) 0,38 0,41 0,36 0,32 0,31 U (nerovnoměrnost pružnosti, %) F td (tah v trolejovém drátě, kn) , S td (průřez trolejového drátu, mm 2 ) 150 Cu 150 Cu Cu Cu Cu F nl (tah v nosném laně, kn) ,25 11,25 13,75 S nl (průřez nosného lana, mm 2 ) 120 Cu 120 Cu 120 Cu 120 Cu 120 Cu Další překážkou použití českých měření pro verifikaci modelu jsou neznámé hodnoty fyzikálních parametrů u nás používaných sběračů. Naproti tomu italské dráhy při svých výzkumech provedly podrobná měření běžných sběračů, včetně závislosti aerodynamické přítlačné síly na rychlosti jízdy. Údaje jsou opět uvedeny v [1] a bylo je tedy možné zapracovat do modelu. Verifikaci za použití parametrů italských vedení a sběračů shrnuje následující tabulka. parametr rezonanční rychlost (km/h) amplituda kmitů kontaktního bodu (cm) vedení FS var. č. 1 FS var. č. 2 FS var. č. 3 FS var. č. 1 FS var. č. 2 FS var. č. 3 měření ,5 8,5 simulace ,5 rozdíl 3,8% 5,5% 2,3% 64% 53% 47% Z tabulky je patrné, že u hodnoty rezonanční rychlosti se liší výsledky simulace od naměřených údajů nejvýše o 5,5 procenta. U velikosti amplitudy kmitů vychází u simulace 4

79 hodnoty přibližně o polovinu větší než hodnoty naměřené. Tento rozpor je patrně způsoben použitým modelem trolejového vedení, který postrádá tlumení. Řetězovkové trolejové vedení představuje složitý, špatně identifikovatelný systém. Uvedené odchylky výsledků simulace od výsledků měření lze pro první přiblížení, kterým je aplikace tohoto jednoduchého modelu, považovat za úspěch a je možno prohlásit, že za podmínky přesných a úplných vstupních parametrů jej lze použít pro další práci. Všechny následující výsledky také platnost modelu jen potvrzují Simulace jízdy konstantní rychlostí Vlastní simulace byly prováděny opět na základě údajů uvedených v [1], vzhledem k výše uvedeným důvodům. Výsledky jsou uvedeny v Příloze 1 pro polohu kontaktního bodu a v Příloze 2 pro velikost přítlačné síly. Z grafů vyplývají některé skutečnosti, týkající se chování trolejového vedení v závislosti na poměru okamžité rychlosti k rychlosti rezonanční. Nejvýznamnější jevy jsou popsány níže. V oblasti nízkých rychlostí (20 a 40 km/h) sleduje výška kontaktního bodu statickou průhybovou křivku trolejového drátu danou průběhem pružnosti trolejového vedení. Přítlačná síla je téměř konstantní. Při rychlosti kolem 60 km/h se poprvé začínají projevovat vlastní kmity vedení, které nejvíce vyniknou při 80 a 90 km/h, tedy při zhruba poloviční rychlosti než je rychlost rezonanční. Během průjezdu stožárového rozpětí sběračem tak trolejové vedení vykoná 2 periody kmitů, což je patrné zvláště na grafu přítlačné síly pro 80 km/h. Sběrač vybuzuje svým svislým pohybem vzhůru (po minutí závěsu, viz graf pro 20 km/h) jen první periodu, druhá má amplitudu nižší. Je totiž omezena jak vlastním tlumením soustavy trolejové vedení sběrač, tak opětovným pohybem smykadla směrem dolů před místem závěsu. Vše je dobře patrné na grafech polohy kontaktního bodu. Celkově jsou hodnoty směrodatných odchylek hluboko pod povolenými hodnotami. Při rychlostech 100 a 120 km/h, u nichž kmitočet buzení není násobkem rezonančního kmitočtu soustavy, je chod sběrače klidný. Hodnota amplitudy polohy kontaktního bodu nepřesahuje 2,5 cm a kmitů přítlačné síly 25 N. Dalším zvyšováním rychlosti jízdy roste amplituda kmitů obou veličin, až při cca 175 km/h dosahuje maxima. Z grafu lze odečíst, že při rezonanční rychlosti dosahuje zdvih trolejového drátu v místě závěsu hodnoty cca 13 cm. Po překročení rezonanční rychlosti amplitudy opět klesají. Ačkoliv při těchto rychlostech již značně roste průměrná přítlačná síla daného sběrače (reprezentovaná v grafu vodorovnou čarou, 180 N při 180 km/h, více než 240 N při 230 km/h), maxima přítlačné síly i při tomto růstu většinou nepřesahují hranici 300 N. Důležitým jevem, patrným i z výsledků simulace, jsou fázové posuvy průběhů při zvyšování rychlosti. Při nízkých rychlostech dosahuje jak zdvih trolejového drátu, tak přítlačná síla svého maxima uprostřed rozpětí tak, jak by odpovídalo statické průhybové křivce (viz graf pro rychlost 120 km/h). S postupným přibližováním rezonanční rychlosti se maxima posouvají do místa závěsu a průběh přítlačné síly dostává pilovitý tvar (velmi patrné pro rychlosti 170 a 190 km/h). Oproti záznamům z měřicího vozu grafy vykazují jednu na první pohled patrnou odchylku pro vyšší rychlosti postrádají typické nepravidelnosti ve formě velmi rychlých kmitů. Přibližně to odpovídá stavu, kdy pro filtraci výsledků byla použita dolní propust o nižším kmitočtu, než je 20 Hz předepsaných v normě EN

80 Jedním z důvodů je to, že průběh pružnosti trolejového vedení pro model byl analyticky aproximován funkcí, která jednak zcela neodpovídá skutečnému průběhu, jednak nezohledňuje jemné změny pružnosti způsobené polohou věšáků. Dalším důvodem jsou odchylky v geometrické poloze kolejnicových pásů a z nich plynoucí svislé i vodorovné pohyby skříně, které se projevují na záznamech z měřicích vozů, v modelu však nebyly v plné míře zahrnuty Simulace jízdy proměnnou rychlostí Struktura vytvořeného počítačového modelu umožňuje bez větších potíží simulovat jízdu jak konstantní, tak proměnnou rychlostí. Lze tak studovat rozjezd a brždění vlaku především s ohledem na dobu nevyhovující spolupráce sběrače s trolejovým vedením při překonávání rezonanční rychlosti. První obrázek uvádí příklad simulace rozjezdu se zrychlením 0,2 m/s 2 do rychlosti 220 km/h. Je z něj patrné, jak s rostoucí rychlostí roste u přítlačné síly jednak její střední hodnota (zvyšování aerodynamické přítlačné síly), jednak její rozkmit. Maxima rozkmitu je dosaženo při rychlosti cca 170 km/h a dále již následuje zklidnění chodu po dosažení plné rychlosti. Doba nevyhovující spolupráce, určená rozkmitem mimo oblast vyznačenou přerušovanými čarami, trvá přibližně 60 sekund. Pokud by se podařilo zvýšit akceleraci vlaku na 0,5 m/s 2, doba nevyhovující spolupráce by se zkrátila na 30 sekund, jak plyne z druhého obrázku. Simulace jízdy proměnnou rychlostí 6

81 5. Závěr Počítačové simulace nabývají v poslední době zcela zásadního významu. Norma EN simulace v mnoha případech doporučuje a dokonce i uvádí jako metodu rovnocennou měření. Dále byla vydána norma EN Ověřování simulace dynamické interakce mezi pantografovým sběračem a nadzemním trolejovým vedením, která uvádí základní požadavky na modely a přesnost simulace. Dosažené výsledky prezentované v tomto příspěvku ukazují na použitelnost zvoleného řešení. Další práce by měly být zaměřeny na zdokonalení modelu doplněním některých vstupních parametrů požadovaných normou, které dosud nebyly v modelu trolejového vedení zohledněny. Úpravy by měly vést ke zvýšení přesnosti na požadovaných 20 procent. Nutnou podmínkou úspěšného používání simulací spolupráce trolejového vedení s vozidlovým sběračem v našich podmínkách je však realizace měření fyzikálních parametrů k 1, b 1, b 2, M w, M sb u běžně používaných sběračů. Nebude tak již nutné používat údaje německé, italské a francouzské. 6. Literatura [1] Frage A 84. Verhalten der Stromabnehmer und Fahrleitungen bei Geschwindigkeiten über 160 km/h (Nr. 1-11): ORE, Utrecht [2] Norma ČSN EN : CENELEC, Brusel 2000 [3] Norma pren : CENELEC, Brusel 2004 [4] Náprstek, J. Mechanické spolupůsobení troleje a sběrače při vysokých rychlostech (průběžná etapová zpráva): Ústav teoretické a aplikované mechaniky Československé akademie věd, Praha 1992 [5] Ebeling, H. Stromabnahme bei hohen Geschwindigkeiten Probleme der Fahrleitungen und Stromabnehmer (v Elektrische Bahnen č. 2 a 3): EB, Berlin

82 Příloha 1 Časové průběhy polohy kontaktního bodu 20 km/h 40 km/h 80 km/h 120 km/h 150 km/h 170 km/h 190 km/h 210 km/h 230 km/h 8

83 Příloha 2 Časové průběhy velikosti přítlačné síly 20 km/h 40 km/h 80 km/h 120 km/h 150 km/h 170 km/h 190 km/h 210 km/h 230 km/h 9

84 Příloha 3 Počítačový model spolupráce sběrače s trolejovým vedením V Praze, listopad 2006 Lektoroval: Doc. Ing. Karel Hlava, CSc. Univerzita Pardubice 10

85 11

86 Doc. Ing. Karel Hlava, CSc. Ing. Radovan Doleček, Ph.D. 1 Připnutí LC větví FKZ k přípojnici 27 kv trakční napájecí stanice Klíčová slova: trakční proudová soustava 25 kv, 50 Hz; filtračně kompenzační zařízení; přechodný jev připnutí LC větve k napětí Úvod Filtračně-kompenzační zařízení (FKZ) se používá pro zlepšení účiníku trakčního odběru způsobeného diodovým trakčním měničem hnacích vozidel a pro omezení průniku harmonických proudu do napájecí sítě 110 kv. Odvození výchozích rovnic Předmětem analýzy je vyšetření přechodného jevu vznikajícího při připojení LC větví k trakčnímu napětí. Platí výchozí diferenciální rovnice ve tvaru di LC 1 R LC ilc+ LLC + ilcdt = UTV, MAXsin( ωt+ ψ) (1) dt C LC kde R LC, L TV,MAX LC, C LC jsou prvky LC větve FKZ U je amplituda trakčního napětí ω kruhová frekvence trakčního napětí (ω = 100 π) ψ fáze, ve které je trakční napětí připojeno Po derivování dostaneme nehomogenní diferenciální rovnici s pravou stranou 2 d ilc dilc ilc LLC + R LC + = ωu TV, MAXcos( ωt+ ψ) (2) 2 dt dt C LC Obecný integrál této nehomogenní rovnice se skládá ze součtu obecného integrálu homogenní rovnice (bez pravé strany) a partikulárního integrálu rovnice nehomogenní (úplné). Dostaneme výraz 1 Doc. Ing. Karel Hlava, CSc., 1930, absolvent ČVUT FEL obor elektrická trakce, r. 1953, vědecký pracovník (ČD VÚŽ, TÚDC, SŽE), nyní docent katedry elektrotechniky, elektroniky a zabezpečovací techniky Dopravní fakulty Jana Pernera Univerzity Pardubice. Ing. Radovan Doleček, 1971, absolvent Dopravní fakulty Jana Pernera Univerzity Pardubice, obor Dopravní infrastruktura- elektrotechnika, specializace Elektrická trakční zařízení, r. 1999, nyní interní postgraduální doktorské studium na DFJP UPa KEEZ v tématice Pevná trakční zařízení. 1

87 i LC () t I sin( ω t+ψ ϕ ) + exp( βt) [ K cos( ω t) + K sin( ω t) ] = (3) LC,MAX LC kde: první člen představuje ustálenou složku proudu LC větve, druhý člen pak přechodovou složku proudu LC větve během přechodného jevu. 1 LC 2 LC U TV,MAX I LC,MAX = je amplituda ustáleného proudu (4) ZLC Z LC = RLC + ωl LC C (5) ω LC ωl 1 LC ωc LC ϕ LC = arctg (6) R LC R 2L LC β = je činitel tlumení (7) LC 1 2 ω LC = β = 100πnR je vlastní kruhová frekvence větve L-C (8) LLCCLC flc nr = kde f LC je rezonanční frekvence LC větve vztažená na 50 Hz (9) 50 Integrační konstanty K 1 a K 2 určíme z počátečních podmínek pro t = 0, které formulujeme takto: pro t = 0 bude i LC = 0 pro t = 0 bude u LC = 0 Z první podmínky plyne pro K 1 K 1 I LC,MAXsin( ψ ϕlc = ) (10) Druhá podmínka vyžaduje integrovat rovnici (3), dosadit z rovnice (10) a položit t = 0. Dostaneme 2 2 ILC,MAX β +ω LC K 2 = βsin( ψ ϕlc ) cos( ψ ϕlc ) (11) ωlc ω Časový průběh proudu větve L-C po jejím připojení na trakční napětí je dán výrazem 2

88 i I LC () t LC,MAX + exp = sin ( ω t+ψ ϕ ) β ω β + ω ω ω LC ( βt) sin( ω t) sin( ψ ϕ ) cos( ψ ϕ ) cos( ω t) sin( ψ ϕ ) LC LC LC LC LC LC LC LC (12) Tento obecně platný výraz je možno pro další analýzu podstatně zjednodušit bez znatelné výpočetní chyby použitím následujících předpokladů: oprávněně lze přijmout, že k prvnímu průchodu proudu LC větví dojde přeskokem mezi kontakty vypínače v okamžiku, kdy napětí TV bude dosahovat své vrcholové hodnoty, že tedy bude platit π ψ (13) 2 pro obvyklé parametry prvků LC větví platí, že ohmická složka impedance LC větve pro základní kmitočet 50 Hz je zanedbatelná proti složce imaginární, pak platí π ϕ LC (14) 2 z téhož předpokladu dále vyplývá pro výraz Z LC Z LC 1 1 n 1 ωl LC = (15) ωc 100πC LC pro ohmický odpor rezonanční tlumivky platí přibližný výraz ωllc R LC (16) 30 z čehož plyne pro konstantu tlumení hodnota nezávislá na ladění LC větve ω β 60 = 5,236 (17) 2 čtverec hodnoty tlumení β je číselně zanedbatelný vůči hodnotě čtverci kruhové 2 rezonanční frekvence LC větve. ω LC Za těchto předpokladů lze napsat zjednodušený výraz pro okamžitou hodnotu proudu LC větve FKZ ve tvaru i LC LC 2 R 2 nr () t I [ sin( ω t) exp( β t) n sin( n ω t) ] (18) LC,MAX Z tohoto výrazu lze odvodit závažné poznatky: poměr i LC() t I LC, MAX závisí pouze na naladění LC větve dané hodnotou, protože jak ω tak β jsou konstanty, v prvních okamžicích po připnutí LC větve (až na celkem malý útlum) je amplituda superposice přechodné složky proudu LC větve n R -kráte větší než amplituda složky ustálené. R R n R 3

89 Dílčím úkolem je výpočet extrémních hodnot proudu t EXTR LC ( t EXTR i ), které nastanou v jednotlivých okamžicích. Početně bychom daný úkol řešili derivací výrazu (18) podle času a položením této derivace rovnou nule. Výsledná transcendentní rovnice by byla zbytečně složitá, a proto přijmeme zjednodušení výrazu (17) spočívající ve vynechání prvku exp( β t). Vzhledem k výše odvozené číselné hodnotě β 5, 236 se tímto postupem dopustíme ve stanovení textr pro hodnoty t EXTR 10 ms chyby cca 5 %. Dále využijeme vztahu ω LC = n R ω Derivováním výrazu (18) s použitím uvedeného zjednodušení dostaneme jednoduchou goniometrickou rovnici cos ( ω t ) EXTR EXTR = n 2 R cos ( n ω t ) R EXTR (19) Také hodnota t závisí pouze na naladění LC větve daném hodnotou n. Časový průběh napětí na kondenzátorové skupině LC větve z časového průběhu proudu LC větve ( t) u U C,LC C,LC,MAX + exp i pomocí výrazu LC u C, LC () t (20) R lze odvodit 1 uc,lc() t = ilc() t dt (21) C LC Úplný výraz pro u, LC ( t) () t = cos( ω t+ψ ϕ ) + ( βt) sin( ω t) LC C platný pro obecný okamžik připnutí napětí TV má tvar LC βcos ω ( ψ ϕ ) LC LC ω ω odvození i () t a dostaneme pro ( t) LC LC sin + ( ψ ϕ ) cos( ω t) cos( ψ ϕ ) Při aplikaci tohoto výrazu použijeme stejné zjednodušující předpoklady jako pro jednodušší výraz u C, LC β uc,lc() t UC,LC,MAX cos( ω t) + exp( β t) sin( ωlc t) + cos( ωlc t) (23) ωlc kde U I U LC,MAX TV,MAX C.LC,MAX = = (24) ω CLC ω CLC ZLC Časový průběh napětí na kondenzátorové skupině během přechodného jevu u t U také závisí pouze připínání k trolejovému napětí vyjádřený poměrem C,LC( ) C,LC, MAX na naladění LC větve, protože platí ωlc = nr ω LC LC a β i ω jsou konstanty. Goniometrická rovnice pro výpočet časových okamžiků t, kdy dojde k extrémní hodnotě napětí na kondenzátorové skupině, má tvar ω sin ( ω t EXTR,C ) + β cos( ωlc textr,c ) = ωlc sin( ωlc t EXTR,C ) ( t ) EXTR,C LC (22) (25) Také tento výraz pro výpočet okamžiku extrému u C,LC EXTR,C závisí pouze na naladění LC větve ( n R ) a na jejím útlumu β. 4

90 Číselný příklad Vstupní údaje: ladění větve 3. harmonické 2, 95 kapacita kondenzátorů větve 3. harmonické n R, 3 = C, 3 = 10,21 LC µ indukčnost rezonanční tlumivky 3. harmonické L LC, 3 = 0,114 H ladění větve 5. harmonické 5, 00 kapacita kondenzátorů větve 5. harmonické indukčnost rezonanční tlumivky 5. harmonické napětí TV Výpočet časového průběhu proudu LC větve 3. harmonické n R, 5 = C, 5 = 3,47 LC µ F F L LC, 5 = 0,1168 H U TV = V Budeme analyzovat nejhorší případ, tj. připojení LC větve 3. harmonické k trolejovému napětí v okamžiku jeho maxima. Časový průběh proudu ilc, 3( t) je dán upraveným výrazem (18) () t I [ sin( ω t) exp( β t) n sin( ω t) ] ilc,3 LC,MAX,3 R,3 LC, 3 kde pro zadané parametry příkladu platí dále: ILC,MAX, 3 = ω LC,3 = 926,8 140,9 A Ukázka časového průběhu ( t) i, 3 LC je na obrázku 1. t EXTR Extrémní hodnoty tohoto proudu nastávají v časových okamžicích, které lze určit řešením rovnice (20). Dostaneme postupně hodnoty podle této tabulky, kde jsou zároveň uvedeny hodnoty poměru i t I i odpovídající extrémní hodnoty LC,3( EXTR ) LC,MAX, 3 proudu LC větve 3. harmonické [ A] ilc,max, 3 : Pořadové číslo extrému t [ms] ( ) EXTR LC,3 textr ILC,MAX, 3 i [ A] ilc,max, 3 1 1,59 2, ,8 2 5,08 3, ,6 3 8,59 2, ,7 4 11,76 2, ,0 5 15,24 3, ,2 5

91 Obrázek 1 - časový průběh proudu LC větve 3. harmonické 500A 0A -500A 20ms I(L3) 50ms 100ms 150ms 200ms 250ms Time Výpočet časového průběhu proudu LC větve 5. harmonické Opět použijeme výraz (20) a ze vstupních parametrů dostáváme: ILC,MAX, 5 = 44,16 A ω LC,5 = 1570,8 Ukázka časového průběhu ( t) i, 5 LC je na obrázku 2. Pro extrémní hodnoty proudu a jejich okamžiky vzniku platí tabulka: Pořadové číslo extrému t [ms] ( ) EXTR LC,5 textr ILC,MAX, 5 i [ A] ilc,max, 5 1 0,973 4, ,19 2 3,013 5, ,13 3 5,00 3, ,94 4 6,99 5, ,66 5 9,02 4, ,12 6

92 Obrázek 2 - časový průběh proudu LC větve 5. harmonické 500A 0A -500A 20ms I(L5) 50ms 100ms 150ms 200ms 250ms Time Výpočet časového průběhu celkového proudu obou LC větví FKZ Rovnice pro časový průběh celkového proudu FKZ i t ) LC,CELK ( EXTR je dán součtem dílčích proudů podle výrazu (18) použitého pro obě sledované harmonické. Výraz pro výpočet okamžiků vzniku extrémních hodnot tohoto celkového proudu také je dán výrazem (20) aplikovaném v součtu pro obě sledované harmonické a řešeném pro hledané okamžiky jako celek. Jedná se zde pak o výraz I LC,MAX,3 + I LC,MAX,5 2 ( cos( ω textr ) 2,95 cos( 2,95 ω textr )) 2 cos( ω t ) 5 cos( 5 ω t ) = ( ) 0 EXTR Ukázka časového průběhu i ( t) Vypočtené hodnoty Pořadové číslo extrému EXTR LC, CELK je na obrázku 3. t a i ( t ) jsou uvedeny na následující tabulce: EXTR LC,CELK EXTR t EXTR [ms] ilc,celk ( t EXTR ) [ A] 1 1, ,93 2 3, ,15 3 6, ,85 4 8, , , ,66 + 7

93 Obrázek 3 - časový průběh celkového proudu obou LC větví FKZ 500A 0A -500A 20ms 50ms 100ms 150ms 200ms 250ms I(L3)+ I(L5) Time Výpočet časového průběhu napětí na kondenzátorové skupině LC větve 3. harmonické Časový průběh napětí ( t) u,lc, 3 C je dán upraveným výrazem (23) β () t U cos( ω t) + exp( β t) sin( ω t) + cos( ω t) uc,lc,3 C,LC,MAX,3 LC,3 LC, 3 LC,3 kde pro zadané parametry příkladu platí dále: UC,LC,MAX, 3 = V ω LC,3 = 926,8 Ukázka časového průběhu ( t) u,lc, 3 ω C je na obrázku 4. t EXTR Extrémní hodnoty tohoto napětí nastávají v časových okamžicích, které lze určit řešením rovnice (25). Dostaneme postupně hodnoty podle této tabulky, kde jsou zároveň uvedeny hodnoty poměru u t U i odpovídající extrémní C,LC,3 ( EXTR ) C,LC,MAX, 3 hodnoty napětí na kondenzátorové skupině LC větve 3. harmonické V : uc,lc,max, 3 [ ] Pořadové číslo extrému t [ms] ( ) EXTR C,LC,3 t EXTR UC,LC,MAX, 3 u [ V] uc,lc,max, 3 1 3,09 1, ,08 1, ,20 0, ,2 4 13,25 1, ,24 1,

94 Obrázek 4 - časový průběh napětí na kondenzátorové skupině LC větve 3. harmonické 80KV 50KV 0V -50KV -80KV 20ms 50ms 100ms 150ms 200ms 250ms V(C3:2) Time Výpočet časového průběhu napětí na kondenzátorové skupině LC větve 5. harmonické Časový průběh napětí ( t) u,lc, 5 C je dán upraveným výrazem (23) β () t U cos( ω t) + exp( β t) sin( ω t) + cos( ω t) uc,lc,5 C,LC,MAX,5 LC,5 LC, 5 LC,5 kde pro zadané parametry příkladu platí dále: UC,LC,MAX, 5 = ω LC,5 = 1570, V Ukázka časového průběhu ( t) u,lc, 5 ω C je na obrázku 5. t EXTR Extrémní hodnoty tohoto napětí nastávají v časových okamžicích, které lze určit řešením rovnice (25). Dostaneme postupně hodnoty podle této tabulky, kde jsou zároveň uvedeny hodnoty poměru u t U i odpovídající extrémní C,LC,5 ( EXTR ) C,LC,MAX, 5 hodnoty napětí na kondenzátorové skupině LC větve 3. harmonické V : uc,lc,max, 5 [ ] Pořadové číslo extrému t [ms] ( ) EXTR C,LC,5 t EXTR UC,LC,MAX, 5 u [ V] uc,lc,max, 5 1 1,929 1, ,125 0, ,879 0,

95 4 8,075 1, ,002 0, Obrázek 5 - časový průběh napětí na kondenzátorové skupině LC větve 5. harmonické 80KV 50KV 0V -50KV -80KV 20ms 50ms 100ms 150ms 200ms 250ms V(C5:2) Time Závěr Analytický výpočet a navazující konkrétní číselný příklad ukazují, že přechodný jev následující po připnutí LC větve filtračně kompenzačního zařízení k trakčnímu napětí se projeví jak v proudu LC větve, tak i v napětí na kondenzátorové skupině LC větve dočasným zvýšením hodnot vůči hodnotám ustáleným. Jako nejzávažnější se jeví stav, kdy k připojení LC větví dojde v okamžiku, kdy trakční napětí dosahuje své amplitudové hodnoty. Útlum přechodného jevu je v konkrétních podmínkách číselného příkladu velmi pozvolný, takže lze očekávat jeho pokles až za přibližně několik desítek period základní složky. t EXTR Tabulky podávají informaci o okamžicích vzniku extrémních hodnot především proudu v obou LC větvích, vyjádřených součinitelem i t I. LC ( EXTR ) LC, MAX Podobné údaje jsou v tabulkách obsaženy i pro napětí na kondenzátorové skupině LC větve. Literatura: Hlava K.: Elektromagnetická kompatibilita (EMC) drážních zařízení Skriptum Univerzity Pardubice, 2004 Doleček R.: Přechodné jevy v napájecích stanicích ČD 25 kv, 50 Hz Doktorská disertační práce, Univerzita Pardubice,

96 V Praze, listopad 2006 Lektoroval: Ing. Vladivoj Výkruta Elektrizace železnic 11

97 Pavel Bartoň Provoz jednotného dohledu ICT služeb pro ČD a SŽDC provozovaných na telekomunikační infrastruktuře obou subjektů Klíčová slova: Telematické služby, Umbrella management systém, ICT infrastruktura a ICT služby, Inventory databáze, Configuration databáze. ICT trh a služby S rostoucím rozvojem funkcionalit požadovaných pro správu a řízení telekomunikačních technologií dochází v poslední době ke stále většímu přesunu této inteligence do oblasti řídících IT prostředků. Proto je stále více obtížné od sebe oddělovat informační a telekomunikační technologie. Navíc koncového uživatele nezajímá pouze, zda funguje IT nebo telekomunikační část, podstatné pro něj je, zda je mu poskytnuta komplexní služba až k jeho pracovnímu místu. Proto je naprosto nezbytné se na služby dívat již nikoliv jako na oddělené telekomunikační služby a služby informačních technologií, ale jako na služby telematické. Z tohoto důvodu velmi rychle konverguje i trh informačních a telekomunikačních služeb k jednotnému telematickému trhu. Tomuto trendu se musí přizpůsobovat i nabídka poskytovatelů těchto služeb, a to nejen z řad externích společností, ale i organizačních složek začleněných do vnitřní struktury každé společnosti. Z obchodního pohledu je nezbytné (vedle rozvoje jejich nabídky a přizpůsobení se reálným potřebám zákazníka tak, aby mu poskytované služby efektivně sloužily) sledovat i rozvoj procesů pro zajištění jejich efektivního fungování a vzájemných závislostí jednotlivých částí. Technický pohled na ICT služby naopak více sleduje samotnou infrastrukturu použitou pro poskytování služeb (aplikace, servery, telekomunikační sítě a pod.). Z důvodů těchto konvergenčních trendů je třeba přejít od sledování stavu jednotlivých technologií infrastruktury k sledování stavu služeb realizovaných nad touto infrastrukturou. Neodmyslitelným nástrojem pro efektivní provozování ICT služeb, a tím i pro zajištění potřeb zákazníků, je globální Umbrella management systém, který umožňuje jejich poskytovateli jednak sledovat a vyhodnocovat stav infrastruktury, ale hlavně umožní vyhodnocování vlivu jednotlivých incidentů infrastruktury na poskytované služby. Funkční management systém je proto bezesporu základním zdrojem informací pro zajišťování kvalitních služeb uživatelům. 1 Ing. Pavel Bartoň, narozen 1964, vzdělání: VŠSE v Plzni, obor technická kybernetika, ČD - Výzkumný ústav železniční, ČD - Správa železničních telekomunikací, 2004 doposud ČD-Telematika, manager odboru dohledu a diagnostiky.

98 Stručná charakteristika železniční telekomunikační infrastruktury Telekomunikační infrastruktura ČD Telekomunikační infrastruktura ČD slouží pro zajištění služeb (hlasových, datových, přenosových či telematických) pro široký okruh uživatelů privátní (neveřejné) služební sítě Českých drah. Část telekomunikační infrastruktury ČD je vyhrazena i pro poskytování služeb pro SŽDC. Typicky se jedná o virtuální dispečerské hlasové sítě, přenosové okruhy pro GSM-R systém a podobně. Pro správu a řízení sítě slouží technologické IT systémy (např. distribuce telefonních seznamů a oprávnění jednotlivých telefonních poboček, správa VLAN a VPN sítí atd.). Některé dílčí telekomunikační služby jsou nakupovány od externích subjektů (digitální okruhy, pronájem vláken, připojení do Internetu a podobně). Telekomunikační infrastruktura ČD je charakteristická poměrně vysokou heterogenitou, a to především v oblasti hlasových technologií. Hlavní důsledky historicky vytvořeného stavu lze pak shrnout do následujících bodů: vysoce heterogenní infrastruktura (co se týče druhů, výrobců, typů, verzí a generací jednotlivých prvků) některé ne zcela vhodné prvky v telekomunikační architektuře, vzájemně mnohdy kompatibilní pouze v omezeném rozsahu konfiguračně složitě realizovaná prolnutí jednotlivých typů infrastruktury do určité míry dodavatelskými firmami ovlivněné prostředí ve smyslu někdy ne zcela vhodně dodaných zařízení pro prostředí ČD jak z hlediska funkcí, tak interoperability některé záruční a pozáruční smlouvy s dosavadními dodavateli, které nejsou zcela relevantní požadavkům a potřebám ČD z pohledu budoucího rozvoje Telekomunikační infrastruktura SŽDC Telekomunikační infrastruktura SŽDC slouží pro zajištění služeb (hlasových, datových a přenosových) zejména pro zajištění dopravy, a to jak v oblasti zabezpečovací, tak v oblasti sdělovací. Zabezpečovací sítě (přenosové a datové) jsou budovány pro zajištění jejich spolehlivosti jako uzavřené systémy. Některé dílčí služby jsou realizovány na virtualizované infrastruktuře ČD. Díky poměrně nedávnému vzniku trendu oddělování infrastruktury ČD a SŽDC v oblasti sdělovacích technologií začala investiční výstavba nových systémů teprve v nedávné době, a proto je telekomunikační infrastruktura SŽDC mnohem více homogenní než infrastruktura ČD. Přesto i do tato infrastruktura může být ovlivněna příčinami zmiňovanými výše.

99 Designování dohledu ICT služeb ČD a SŽDC Historické důsledky vlivu v dřívější době zvolených koncepcí, které jsou odrazem určitého stupně vývoje a které se mohou v budoucnosti projevit některými více či méně závažnými chybami, se v literatuře označují též jako důsledky tzv. early adopters. V oblasti dohledu infrastruktury a ICT služeb to znamená, že marketingové proklamace dodavatelů infrastruktury či dohledových nástrojů silně ovlivňují operátora v tom, co všechno lze dohlížet, ale nevedou vždy k věcně podloženému názoru na to, co je třeba skutečně dohlížet, co lze z dohlížených parametrů vyhodnocovat, jaká spolupráce dalších systémů je vyžadována, jaká je provozní náročnost a jak se toto vše na dobré uživatelské zkušenosti projeví. Na druhé straně ale lze u některých poskytovatelů vysledovat, že profesionální přístup musí vycházet z tzv. filosofie user experiences. Toto znamená, že před rozhodnutím o implementaci nové technologie je nutné především zhodnotit reálné přínosy pro uživatele a pak teprve pro provozovatele. Proto je naprosto nezbytné s přípravou na návrh designu dohledu začít u zákazníka a zjistit: jaká jsou jeho očekávání a potřeby jaké důvody jej vedou k připravované změně zda se dá zjednodušením stávajícího stavu docílit zlepšení uživatelských zkušeností jak se má poskytovaná služba řídit a rozvíjet zanalyzovat jeho procesy a pokračovat analýzou jím vyvolaných vztahů, protože procesy a vztahy zpravidla definují požadované služby, činnosti, aktivity, včetně jejich parametrů (obsah, rozsah, dostupnost, jakost, periodicitu, atd.). kolik je ochoten za to zaplatit. Nejdříve je třeba proto vyjít z reálných uživatelských požadavků, a teprve pak z technologických možností subsystémů a schémat. Reálné požadavky je třeba vyřešit z pohledu všech vrstev uznávaných referenčních modelů, vyvarovat se chyb nedotažení (což jsou typické chyby early adopters ) a následně stanovit základní technické požadavky na Umbrella management. Teprve poté, co se provede tato vstupní analýza, je možné udělat odpovídající (tj. přiměřenou) architekturu, např. včetně dohledového systému, vycházejícího z reálných uživatelských potřeb a zkušeností. Při definování potřeb zákazníka, s cílem předejít nestandardním situacím, komplikacím a nedorozuměním při samotném provozu ICT služeb, je velmi vhodné pro všechny zúčastněné strany nalézt vysokou míru shody mezi zákazníkem jako celkem podepisujícím smlouvu a jeho zaměstnanci v poloze koncových uživatelů. Tím se zaručí vysoká pravděpodobnost správného fungování poskytovaných služeb, nejlepší výchozí předpoklady dalšího rozvoje a v neposlední řadě i optimální podmínky spolupráce mezi zákazníkem a dodavatelem.

100 Možné varianty designu Pro design řešení dohledu ICT technologií a služeb ČD a SŽDC existuje celá řada variant. Níže popsané varianty jsou uvedeny pouze pro ilustraci možností a jsou popsány ve zcela zjednodušené podobě. Nutné je rovněž zdůraznit, že uvedené varianty byly navrženy zatím právě bez zmiňované vstupní analýzy zákaznických očekávání a slouží pouze pro ilustraci možností. Konzervativní řešení Tato varianta řešení spočívá v klasickém přístupu k dohledu, a to především v tom, že pro každou technologii si ČD i SŽDC budují samostatný dohledový systém, který je částečně využíván jak pro dohled, tak pro konfigurace. Mezi hlavní výhodu této varianty patří především rozprostření nákladů na pořízení dohledových systémů v čase (podle momentálních trendů v dodávkách technologií). Tento způsob řešení vykazuje naopak značné množství nevýhod, a to především: sumární náklady jsou mnohonásobně vyšší než u ostatních dvou variant pro obsluhu takto budovaného pracoviště je zapotřebí mnohem více operátorů specializovaných na jednotlivé technologie zvyšuje se riziko při zpracovávání shluku událostí (korelace událostí a hledání primárních příčin musí provádět operátoři dohledového pracoviště manuálně - rizikový lidský faktor) není možný pohled na provozované služby není vazba na související události ze související telekomunikační infrastruktury druhého vlastníka není možné jednotné reportování výpadků služeb a technologií

101 Maximalistické řešení Tato varianta řešení spočívá ve vybudování samostatných oddělených Umbrella management systémů pro dohled všech provozovaných technologií a služeb ČD a SŽDC včetně reportovacích nástrojů. Mezi výhody tohoto řešení patří především to, že: jednotlivé události jsou zpracovávány (korelovány a deduplikovány) v centrálním dohledovém nástroji, který provádí zároveň analýzu primárních příčin (root cause analýzu) díky informacím z Configuration databáze. Události je možné obohacovat o informace z Inventory databází a modelovat jednotlivé služby obsluha dohledového pracoviště je redukována na minimální počet operátorů je možné jednotné reportování výpadků služeb a technologií pro konfigurace technologií je možné použít cenově méně nákladných řešení Nevýhody lze identifikovat především v tom, že: počáteční pořizovací náklady na systém jsou značně vysoké díky nutnosti nakoupení všech SW licencí a HW vybavení implementace stávajících technologií do systému představuje poměrně vysoké náklady pro průběžnou modifikaci (customizaci) systému a implementaci nových technologií do systému díky dynamice rozvoje sítě i požadavků na dohledové nástroje je nutné vytvoření vlastního týmu specialistů pro obohacování událostí je nutné vybudování vlastní Inventory databáze přenášení alarmů z infrastruktury druhého vlastníka bude velmi komplikované a nespolehlivé díky neexistenci jednotného Change managementu v telekomunikační síti ČD a SŽDC. Kooperační řešení Tato varianta řešení spočívá ve sdílení prostředků pro dohled telekomunikační sítě a ICT služeb ČD a SŽDC. V tomto řešení se předpokládá, že: bude učiněna dohoda SŽDC s ČD o hostování dohledu telekomunikačních technologií SŽDC v centrálním dohledovém nástroji ČD a spoluúčast na jeho rozvoji. bude učiněna dohoda s organizací udržující železniční telekomunikační majetek o: hostování v Inventory a Configuration databázích využití týmu specialistů pro průběžnou modifikaci systému a implementaci nových technologií a služeb do systému Mezi výhody tohoto řešení patří skutečnosti, že: při porovnání ceny a přínosu řešení jde jednoznačně o optimální variantu obsluha dohledového pracoviště je redukována na minimální počet operátorů s tím, že je minimalizováno i nebezpečí selhání lidského faktoru systém může zpracovávat alarmy z obou telekomunikačních sítí a IT prostředků sloužících pro jejich řízení a selektivně poskytovat informace příslušným profesním skupinám ČD a SŽDC změny v infrastruktuře telekomunikační sítě ČD a telekomunikační sítě SŽDC se budou díky jednotnému change managementu automaticky promítat do služeb obou subjektů systém dohledu ICT služeb lze podle potřeby stavět: buď jako zcela virtuální systém s tím, že veškeré procesní záležitosti při zpracovávání alarmů si zajistí SŽDC a ČD svými prostředky nebo jako částečně sdílený s tím, že při dohledu služeb nad telekomunikační sítí SŽDC bude využito i událostí z infrastruktury ČD, přičemž zpracovávání alarmů si zajistí SŽDC svými prostředky a naopak

102 a nebo jako plně sdílený s tím, že pro zpracování událostí budou využity stejné procesní mechanismy pro obě telekomunikační sítě. je možné oddělené sledování ICT služeb nad telekomunikačními sítěmi obou subjektů s využitím událostí z obou částí je možné jednotné reportování výpadků služeb a technologií Jednotný dohled ICT služeb pro ČD a SŽDC Design jednotného dohledu ICT služeb pro ČD a SŽDC vychází z kooperační varianty řešení dohledu, která se jeví jako optimální z pohledu přínosů a nákladů. Oblastí pro ilustraci vhodnosti tohoto řešení lze v telekomunikačních sítích ČD a SŽDC nalézt celou řadu. Pro účely tohoto článku byla vybrána situace kolem GSM-R sítě a aplikacích budovaných nad touto technologií. Typické prolnutí telekomunikační infrastruktury ČD a SŽDC Typické prolnutí telekomunikační infrastruktury ČD a SŽDC je ilustrováno na ICT službách budovaných nad GSM-R technologií na obrázku 1. Obr. 1: Typické prolnutí telekomunikační infrastruktury ČD a SŽDC Infrastruktura SŽDC BTS BTS BTS BTS E1 E1 E1 E1 E1 E1 E1 E1 E1 E1 E1 BSC E1 MSC 100Base-T IN E1 PDH PDH E1 100Base-T 100Base-T PDH E1 PDH Data Network ČD Infrastruktura ČD Voice Network ČD 100Base-T Dopravní kancel ář Základní požadavky na dohledový systém Dohledový systém pro technologie a ICT služby ČD a SŽDC musí splňovat následující podmínky: systém dohledu musí mít informace o stavu telekomunikačních technologií ČD a SŽDC musí být otevřen pro implementaci nových typů technologií vzhledem k nedostatečné informační hodnotě přenášené jednotlivými alarmovými zprávami musí být systém napojen na externí Inventory databázi, ze které se provádí obohacování alarmů o informace potřebné pro zkrácení reakční doby řešení poruchy (přesná lokalizace zařízení, kontaktní údaje na servisní pracovníky, dopad výpadku na sousední prvky a podobně) díky značně vysokému počtu alarmových zpráv generovaných telekomunikační infrastrukturou ČD i SŽDC (typicky se jedná o cca alarmů denně) musí dohledový systém být schopen: zpracovávat alarmy v reálném čase

103 provádět deduplikace a korelace alarmů a snižovat tak počet událostí zobrazovaných operátorům dohledových pracovišť vzhledem k vrstvení jednotlivých technologií při konstrukci ICT služeb musí dohledový systém být napojen na Configuration databázi, aby byl schopen provádět root cause analýzu (analýzu primárních příčin výpadků) napříč všemi technologiemi systém dohledu musí mít funkcionalitu pro modelování a dohlížení ICT služeb systém musí být modifikovatelný tak, aby výstupy z něj bylo možné poskytovat selektivně jednotlivým operátorským pracovištím ČD a SŽDC musí být minimalizován počet operátorů obsluhující jednotlivá dohledová pracoviště Design dohledového systému Základní design jednotného dohledového systému pro poskytování ICT služeb nad telekomunikační infrastrukturou ČD a SŽDC je znázorněn na obrázku 2. Získávání informací o stavu ICT infrastruktury je vhodné realizovat kombinací pasivního a aktivního monitoringu. Mezi hlavní metody pasivního monitoringu infrastruktury patří příjem SNMP a Syslog událostí generovaných: prvky infrastruktury zprostředkovaně ze specializovaných dohledových a konfiguračních systémů (především u technologií bez funkcionality IP a SNMP) Mezi hlavní metody aktivního monitoringu infrastruktury patří: performance monitoring pro zátěžových charakteristik jednotlivých prvků infrastruktury End-to-End monitoring pro simulaci práce uživatelů (především u IT infrastruktury) Nástroje aktivního monitoringu odesílají při překročení předdefinovaných prahových hodnot události do Umbrella management systému - centrálního monitoru událostí ICT infrastruktury a ICT služeb stejně, jako jsou do něj odesílány pasivně události z infrastruktury. V centrálním monitoru událostí ICT infrastruktury je prováděna konsolidace událostí, a to především: deduplikace událostí - významně snižuje počet událostí při nestabilitě infrastruktury (rušení přenosových tras, kmitání linek a podobně) korelace událostí (párování alarmů typu port-up a port-down ) obohacování událostí z provozní Inventory databáze infrastruktury o informace, které nejsou obsaženy v události generované prvky infrastruktury. Typicky jde o: o přesná lokalizace zařízení o kontaktní údaje na servisní pracovníky o a podobně Dále se zde provádí analýza primárních příčin událostí díky informacím získávaným z Configuration databáze infrastruktury. Jedná se především o informace o vazbách jednotlivých prvků infrastruktury mezi sebou. Toto umožní operátorům dohledových pracovišť zaměřit se při řešení poruch na příčiny událostí a tím zefektivnit svoje pracovní postupy při omezování poruch. Konsolidované události jsou následně vyhodnocovány v monitoru ICT služeb, kde dochází k jejich porovnávání s předdefinovanými modely ICT služeb. Pro využití všech takto zpracovaných událostí slouží vizualizační nástroje, které selektivně jednotlivým profesním skupinám zajišťujícím provoz ICT infrastruktury a služeb zobrazují informace ve struktuře, která je optimalizovaná pro jejich konkrétní potřeby.

104 Obr. 2: Základní design jednotného dohledového systému pro poskytování ICT služeb nad telekomunikační infrastrukturou ČD a SŽDC ČD ČD Profesní ČD ČD skupiny ČD ČD ČD ČD Profesní ČD ČD skupiny SŽDC ČD Vizualizace Reporti Reporter Monitoring ICT služeb Monitor ICT služeb Conf igurat databáze ICT služe ČD a SŽD Anal ýza primárních příčin Konsolidace událostí, deduplikace, korelace Centrální monitor událostí ICT infrastrukt. a ICT služeb Konf igurační v azby mezi prv ky inf rastruktury obohacov ání událostí Conf iguratio databáze inf rastruktu ČD a SŽD Inv entory databáze inf rastruktu ČD a SŽD Proaktivní monitoring ČD Perf ormance monitoring End-to-End testing SŽDC Perf ormance monitoring End-to-End testing ICT infrastruktura Specializov aný dohledov ý a konf igurační systém T elekomuni kační infrastruktura ČD IT infrastruktura ČD Specializov aný dohledov ý a konf igurační systém Telekomunikační infrastruktura SŽDC IT infrastruktura SŽDC

105 V Praze, listopad 2006 Lektoroval: Mgr. Miriam Pavloušková GŘ ČD a.s., Odbor strategie a informatiky

106 Karel Martinec, Jan Pospíšil 1 Datové tržiště nákladní přepravy Klíčová slova: DTNP, nákladní přeprava, datové tržiště (data warehouse), statistika Úvod Železniční nákladní přeprava je dosti složitým procesem a její detailní informatický popis je proces neméně obtížný. Z celkového pohledu na nákladní přepravu pokrývá Datové tržiště nákladní přepravy (DTNP) oblast vyhodnocení a statistiky uskutečněných přeprav. DTNP je jedním z modulů informačního systému pro Podporu rozhodování managementu ČD (IS PRM) a nabízí kvalitní, ucelené, formálně sjednocené a v reálném čase dostupné informace o nákladní přepravě. Na jednom místě se tedy uživatelům nabízejí aktuální i historická data umožňující náročné dotazování, analýzy, tvorbu časových řad a trendů. DTNP vznikalo na přelomu let 1999 a 2000 jako nástupce původního systému, který dávkově (jednou měsíčně bez zpětné kontroly a oprav) zpracovával data získaná přes diskety z jednotlivých stanic a následně z nich vytvářel pevně dané textové výstupy. Při přechodu zpracování z původního systému na nový způsob s využitím technologie datových skladů byl kladen důraz především na rozvoj funkcionalit a možnost tvorby libovolných dotazů. 1 Karel Martinec, Ing., 1965, Vysoká škola dopravy a spojů Žilina, ČD-Telematika, a. s. Jan Pospíšil, Ing., 1976, Univerzita Pardubice, Dopravní fakulta Jana Pernera, ČD-Telematika, a. s. 1

107 Životní cyklus informací o přepravě a jeho obraz v DTNP Celý životní cyklus přepravy vozové zásilky od podeje zásilky do okamžiku dodeje je pokryt sledováním v primárním informačních systému Centrální nákladní pokladna (CNP). CNP je tedy základním zdrojem informací pro DTNP. Dalším systémem, který je nezbytný k fungování DNTP je informační systém Odúčtovny přepravních tržeb (OPT) zajišťující tzv. audit informací o přepravě získaných prostřednictvím CNP. Hlavním dokumentem z něhož se získávají data do primárního informačního systému je nákladní list. Základní prvky životního cyklu dat v DTNP: podej nebo vstup zásilky o základní údaje o zásilce jsou zpracovány v CNP a následně předány do DTNP jako zásilky rozjeté (na cestě) změna přepravní smlouvy o aktualizace dat v CNP a DTNP dodej nebo výstup zásilky o základní údaje o zásilce jsou aktualizovány a rozšířeny, zpracovány v CNP a následně předány do DTNP jako zásilky provozní (neauditované) audit zásilky o údaje o zásilce jsou aktualizovány dle stavu auditovaného na OPT Při každém plnění dat do DTNP jsou prováděny kontroly úplnosti a správnosti vůči číselníkům (dimenzím) a všechny chybové zprávy jsou následně vyhodnocovány a zpracovávány návaznými aplikacemi. Obrázek 1 Schéma komunikace mezi systémy DTNP CNP ROZJETÉ ZÁSILKY PROVOZNÍ DATA OPT KMŽP KPT AUDITOVANÁ DATA V současné době jsou tedy v DTNP uložena data o přepravách rozjetých (na cestě), neauditovaných (provozní data) a auditovaných. Data o zásilkách rozjetých a data provozní poskytují možnost aktuálního pohledu na stav nákladní přepravy s minimálním časovým odstupem od skutečné události. Nyní je tento odstup nastaven na minimálně 24 hodin od okamžiku poslední 2

108 události zásilky. Tento časový odstup je nastaven tak, aby údaje o zásilkách vybraných do DTNP byly dostatečně vypovídající a vhodné ke zpracování. DTNP obsahuje data, která nabízí uživateli odpověď na základní otázky týkající se nákladní přepravy: KDY se přeprava uskutečnila (např. datum, období) ODKUD KAM se přeprava uskutečnila (např. stanice, místo, stát) CO bylo přepravováno (např. zboží, třída nebezpečnosti) ČÍM byla přeprava provedena (např. druh a vlastnictví vozu, typ kontejneru) OD KOHO a KOMU se přeprava uskutečnila (např. odesílatel, příjemce, zákazník, plátce) PODMÍNKY přepravy (např. zákaznický tarif, typ přepravy) Aktualizace dat v DTNP probíhá jednou denně dle přesně stanoveného harmonogramu se zajištěním kontroly správnosti jednotlivých kroků. Použitá technologie zpracování dat Jak již bylo zmíněno dříve zpracovává DTNP velké množství dat popisujících uskutečněné přepravy. Aby toto rozsáhlé množství údajů bylo možno zpracovat, uložit a prezentovat v co nejkratším čase byla zvolena technologie datových skladů (data warehouse). Tato technologie svou filozofií umožňuje zpracování velkého množství vstupních primárních dat a jejich transformaci do multidimenzionálního datového modelu. Postup zpracování dat: 1) výroba dat primární systémy technologie OLTP (On Line Transaction Processing) 2) skladování dat technologie datových skladů 3) prezentace ( prodej ) dat technologie OLAP (On Line Analytical Processing) Obrázek 2 Schématické znázornění struktury business inteligence VYSOKÁ ZPRACOVANOST DAT ZNALOSTI INFORMACE DATA MINING OLAP NÍZKÁ DATA OLTP Hlavní rozdíly mezi systémy s technologiemi OLTP a OLAP: - OLTP uchovává a zpracovává velké množství transakcí, provádí se průběžně zápis i čtení dat - OLAP zpracovává a ukládá data v agregované podobě, zápis dat se provádí většinou jednorázově a čtení i analýza dat se provádí průběžně 3

109 Standardní definice datového skladu podle Billa Inmona: Datový sklad je podnikově strukturovaný depozitář předmětově orientovaných, vzájemně provázaných, časově proměnných, historických dat používaný na získávání informací a podporu rozhodování. V datovém skladu jsou uložena detailní a sumární data. Základní vlastnosti datového skladu: předmětová orientace data se do datového skladu zapisují podle předmětu zájmu, nikoliv podle zdrojové aplikace integrovanost data týkající se konkrétního předmětu se do datového skladu zapisují pouze jednou časová variabilita data zapsaná do datového skladu reprezentují vždy určitý časový úsek stálost (relativní) data v datovém skladu se většinou zásadně nemění ani neodstraňují Systém obsahující data integrovaná z primárních informačních systémů, data historická, detailní a transformovaná do vhodného tvaru může mít následující architekturu: zdroje dat provozní, technologické, účetní systémy apod. pracovní oblast při přenosu zdrojových dat do této oblasti se provádí čištění a transformace datový sklad slouží pro uložení všech dat odrážející historii i současnost firmy a stává se tak jediným zdrojem pravdy datová tržiště vznikají dle potřeb uživatelů a jsou tedy přizpůsobena jejich požadavkům na snadnou dostupnost informací Obrázek 3 Schéma multidimenzionální krychle Pro tvorbu datových skladů se většinou využívá standardních relačních databází, ale s využitím multidimenzionálního modelování. Dimenzionální modelování klade důraz na srozumitelnost modelu uživateli. Vzniká tak model složený ze dvou hlavních prvků tabulek 4

110 faktů (obsahují vlastní hodnoty) a tabulek dimenzí (popisující hodnoty obsažené v tabulkách faktů). Princip multidimenzionálního modelu je znázorněn na obrázcích X a X. Obrázek 4 Princip multidimenzionálního modelování ŽST... RZC... PŘEPRAVA ROK... KATEGORIE VOZŮ GRANUALITA ČTVRTLETÍ SKUPINA VOZŮ MĚSÍC INTERVAL VOZŮ DEN Vlastní naplnění daty ze zdrojů dat do datového skladu se provádí procesem ETL, který se skládá z těchto částí: 1. extrakce výběr odpovídajících dat z primárních systémů 2. transformace kontrola správnosti dat vůči dimenzím (číselníkům), integrace a agregace dat 3. plnění (loading) získaná a zpracovaná data jsou plněna do příslušných tabulek faktů, případně i tabulek dimenzí 5

111 Obrázek 5 Schéma technologie plnění DTNP UŽIVATELSKÉ ROZHRANÍ DATOVÝ SKLAD PLNĚNÍ ETL EXTRAKCE Primární systémy Primární systémy Primární systémy Přehled dimenzí Délkové kategorie PKD Dimenze slouží ke sledování výkonů v kombinované přepravě. Nejnižší uživatelskou úrovní je kód délky PKD. Druh přepravy Dimenze umožňuje sledovat výkony podle druhu přepravy. Druh vozu Dimenze umožňuje sledování výkonů z pohledu vozového hospodářství. Nejnižší uživatelskou úrovní je interval vozu. Hmotnostní stupeň Dimenze slouží ke sledování výkonů podle hmotnostního stupně. Zařazení zboží do OS a KS Dimenze umožňuje sledovat výkony podle definovaných obchodních skupin a komodit. Místo nakládky/vykládky 6

112 Dimenze umožňuje sledovat výkony podle místa nakládky/vykládky. Ve vnitrostátní přepravě a ve vývozu to jsou vlečky, VNVK, kontejnerová překladiště eventuálně soukromé nebo pronajaté železnice. V dovozu a průvozu se místem nakládky/vykládky rozumí země původu. NHM zásilka Dimenze umožňuje sledovat přepravu podle druhu zboží v zásilce. Nejnižší uživatelskou úrovní dimenze je osmimístné číslo NHM. NHM PKD Dimenze umožňuje sledovat kombinovanou přepravu podle druhu zboží prostředku kombinované přepravy. Nejnižší uživatelskou úrovní dimenze je osmimístné číslo NHM. NHM - obsah PKD Dimenze umožňuje sledovat kombinovanou přepravu podle obsahu prostředku kombinované přepravy. Nejnižší uživatelskou úrovní dimenze je osmimístné číslo NHM. NHM vozidlo Dimenze umožňuje sledovat přepravu podle druhu zboží na voze. Nejnižší uživatelskou úrovní dimenze je osmimístné číslo NHM. Odesílatel zásilky Dimenze umožňuje sledovat výkony podle základních identifikačních údajů odesílatele. Plátce zásilky Dimenze umožňuje sledovat výkony podle základních identifikačních údajů plátce. Příjemce zásilky Dimenze umožňuje sledovat výkony podle základních identifikačních údajů příjemce. Kilometrické pásmo Dimenze slouží ke sledování výkonů podle přepravní vzdálenosti. Režim vozidla Dimenze umožňuje sledování výkonů podle vlastníků železničních nákladních vozů. Nebezpečné věci Dimenze slouží ke sledování přeprav nebezpečných věcí. Nejnižší uživatelská úroveň jsou kódy nebezpečných věcí. Zákaznický tarif Dimenze umožňuje sledovat výkony podle zákaznických tarifů. Nejnižší uživatelskou úrovní je označení zákaznického tarifu. Nakládka/vykládka Dimenze umožňuje sledovat výkony podle jednotlivých upřesňujících kritérií stanovených předpisem. Touto dimenzí lze postihnout např. skutečnosti, kdy se přeprava nezapočítává do nakládky a vykládky, ale započítává se do přepravy, zda se jedná o kolejové vozidlo prázdné nebo ložené, zda jde o mimořádnou zásilku 7

113 Železniční podnik Dimenze umožňuje sledování výkonů podle vlastnického železničního podniku železničních nákladních vozů. Nejnižší uživatelskou úrovní je vlastnický železniční podnik. Statistický tarif Dimenze umožňuje sledovat výkony podle tarifů (v mezinárodní přepravě pouze v řezu ČD). Nejnižší uživatelskou úrovní je statistické číslo tarifu. Další úrovní jsou tarifní sazebníky a kategorie Datum přepravy Dimenze umožňuje sledovat výkony podle skutečného data události, tzn. u vnitrostátní přepravy a dovozu datum dodeje, u vývozu datum podeje a u průvozu datum výstupu z ČD. Nejnižší uživatelskou úrovní dimenze je položka Den, která jednoznačně odpovídá jednomu kalendářnímu dni. Kalendářní období Dimenze umožňuje sledovat výkony podle skutečného data události, tzn. u vnitrostátní přepravy a dovozu datum dodeje, u vývozu datum podeje a u průvozu datum výstupu z ČD. Nejnižší uživatelskou úrovní dimenze je položka Měsíc. ŽST odesílací/určení Dimenze umožňuje sledovat výkony podle železničních stanic odesílacích/určení. Nejnižší uživatelskou úrovní dimenze je 6 místné evidenční číslo železniční stanice. ŽST odesílací/určení v cizině Dimenze umožňuje sledovat výkony podle železničních stanic odesílacích/určení v cizině. Nejnižší uživatelskou úrovní dimenze je 8 místné evidenční číslo železniční stanice včetně kódu železničního podniku. Tratě odesílací/určení dle KJŘ Přiřazení stanic odesílacích/určení na tratě v členění dle KJŘ (jedinečný i duplicitní pohled). Seznam skupin základních přehledů Seznam skupin pevně definovaných přehledů poskytne hrubou představu a rozsahu a možnostech reportování z DTNP. 501 Přeprava zboží celkový přehled 502 Přeprava zboží a tržby 503 Mezinárodní přeprava zboží 504 Přeprava zboží podle vozových řad 505 Přeprava zboží a tržby podle jednotlivých RZC 507 Tržby za přepravu podle sazebníků 509 Kombinovaná přeprava zboží 510 Přepravy podle kilometrických pásem a zboží 511 Přeprava zboží dle Tabulky č Přeprava zboží a tržby dle Tabulky č Poměrné složení vozů a zboží 514 Přeprava nebezpečných věcí 8

114 515 Přeprava zboží a tržby z přepravy podle RZC 521 Přehledy pro UIC 522 Přehledy pro O02 GŘ ČD Uživatelské rozhraní Pro přístup uživatelů k datům uloženým v DTNP se využívá aplikace Oracle Discoverer. Tato aplikace existuje ve více verzích v závislosti na tom, jaký rozsah práce s daty má uživatel povolen a v závislosti na způsobu instalace/komunikace. Verze aplikace Oracle Discoverer: - Desktop (aplikace pro koncového uživatele instalovaná na PC) - Administrator (aplikace pro administrátora) - Plus (webová aplikace pro koncového uživatele s možností tvorby přehledů) - Viewer (webová aplikace pro koncového uživatele Obrázek 6 Přehled verzí aplikace Oracle Discoverer Koncovému uživateli aplikace Discoverer umožňuje libovolným způsobem si prohlížet data zpracovaná procesem ETL do datového skladu a zpřístupněná prostřednictvím vrstvy koncového uživatele (EUL End User Layer) a v ní vytvořené pracovní oblasti (BA business area). Pracovní oblast obsahuje tabulky faktů a dimenze upravené již do uživatelsky přívětivé podoby (názvosloví, popis, nápověda) včetně vytvořených vazeb mezi jednotlivými tabulkami faktů a dimenzemi. V pracovní oblasti jsou také vytvořena měřítka tzv. odvozená a vypočítaná na základě měřítek (hodnot) základních. Dimenze upravené pro přístup koncových uživatelů také obsahují nadefinované hierarchie a předvolené filtry. V současné době DTNP obsahuje 2 tabulky faktů (hodnoty s měsíční a denní podrobností) a 33 dimenzí (pohledů) z nichž některé se ještě dále člení. Základním prvkem jehož prostřednictvím se uživateli zobrazují data dle definovaného dotazu je tabulka jednoduchá či křížová, případně doplněná o položky stránky umožňující rozdělit či spojit větší množství dat obsažených ve výsledku dotazu. Uživatelský postup vytvoření vlastního dotazu (pohledu): 1) výběr měřítek z tabulky faktů 9

115 2) výběr položek z dimenzí 3) uspořádání a orientace položek v návrhu 4) volitelné vytvoření filtru či parametru pro omezení vybraných hodnot z položek dimenzí 5) volitelné vytvoření grafu (výběr ze standardní nabídky sloupcový, koláčový, bodový, křivkový apod.) Obrázek 7 Ukázka uživatelského prostředí Oracle Discoverer Plus Výsledný přehled je možné libovolně upravovat a zpracovávat použitím následujících funkcí: řazení součtování statistické, matematické, procentuální výpočty drillování v položkách u nichž existuje hierarchie podmíněné formátování jednotlivých položek grafické formátování sestavy (nadpisy, záhlaví, zápatí) exportování do formátu XLS, PDF, TXT, odeslání em uložení do databáze sdílení jiným uživatelům 10

116 Obrázek 8 Příklad exportovaného výstupu Geografická prezentace Součástí DTNP je základní mapová prezentace spočívající v zobrazování pevně definovaných map vytvořených nad daty DTNP. Tyto mapy jsou vyrobeny v prostředí MapInfo a zobrazovány buď prostřednictvím aplikace MapViewer nebo webové aplikace MapExtreme. Možností je také export do formátu PDF nebo některého z běžných grafických formátů. Možností a omezení obou přístupů: - Mapinfo: možnost úpravy vzhledu mapy uživatelský komfort import dat (možnost práce bez přímého spojení s DTNP) kvalita tiskových výstupů rychlost kreslení mapy práce s rozsahy dat exporty map (PDF, běžné grafické formáty) - aplikace WWW: přístup omezený pouze přístupem k Internetu snadná dostupnost dalších Web aplikací (IS KDS ČD) aktuální data nekvalitní tiskové výstupy omezené možnosti uživatelského rozhraní (úpravy vzhledu mapy) rychlost (delší časové odezvy při každé akci) A z nich vzplývajících zaměření obou přistupů: - Mapinfo 11

117 interaktivní manažerský nástroj zdroj papírových výstupů - aplikace WWW prohlížení předdefinovaných dotazů získání základní informace o objektu analýzy Obrázek 9 Příklad kombinovaného výstupu (mapa a tabulka) do formátu PDF 12

118 Obrázek 10 Příklad jednoduchého výstupu (mapa) do formátu GIF Závěr DTNP je systém, který za téměř 7 let svého rutinního provozu i vývoje nashromáždil značný objemem aktuálních i historických dat, jejichž využití je plně v rukou uživatelů. Záleží především na znalostech a šikovnosti uživatele jaká data ze systému získá k dalšímu využití. V nejbližším období se vývoj DTNP zaměří na rozšiřování a zkvalitňování datové základny, zlepšování uživatelského rozhraní a integraci s dalšími systémy v oblasti nákladní dopravy a přepravy. Uživatelské rozhraní se bude měnit do podoby portálu datových tržišť, součástí bude interaktivní mapová prezentace a celkově bude systém směřován k business intelligence, tedy převod informací na znalosti a jejich využití k podpoře rozhodování. Použitá literatura [1] Lacko B. Databáze: datové sklady, OLAP a dolování dat, Computer Press, [2] < [3] Dokumentace a uživatelská příručka k DTNP, ČD-Telematika, a. s. [3] Volně dostupné zdroje na Internetu. V Praze, listopad 2006 Lektoroval: Ing. Irena Sluková GŘ ČD a.s., Odbor strategie a informatiky 13

119 Marek Binko Pražský diametr Klíčová slova: koncepce přestavby ŽUP, městská a příměstská doprava Úvod Základní podoba pražského železničního uzlu byla vytvořena v období let Další desetiletí přinášela již jen dílčí vylepšení (postupné zvyšování kapacity tratí i stanic, nové tratě pro nákladní dopravu včetně seřaďovacího nádraží Praha-Vršovice a nákladového nádraží Praha-Žižkov, odstavné nádraží Jih, Holešovická přeložka). Podoba uzlu byla ve svém počátku ovlivněna zájmy soukromých železničních společností, z nichž si každá vytvořila v Praze své vlastní zázemí. Z toho důvodu nebylo od počátku vybudováno jedno centrální nádraží, které však po zestátnění drah začalo chybět. Neuspokojivou situací se proto začala zabývat tzv. Pražská nádražní komise ustavená již v roce Nicméně další historický vývoj nebyl komplexní přestavbě železničního uzlu Praha (dále jen ŽUP) příliš nakloněn a tak se s problémy definovanými již před sto lety potýkáme ještě dnes. Jedním z důležitých mezníků ve vývoji ŽUP se stane vybudování tzv. Nového spojení (2008), jehož příprava probíhala již od roku 1960, kdy byla také schválena koncepce přestavby ŽUP, která s malými modifikacemi platí dosud. Nové spojení vyřeší fatální problém napojení Prahy hlavního nádraží s tratěmi od severu, severovýchodu a východu hlavního města. Bc. Marek Binko, narozen 1976, absolvent DFJP Univerzity Pardubice, obor Dopravní management, marketing a logistika. Zaměstnanec Českých drah od roku 1995, na Odboru strategie Generálního ředitelství ČD od roku 2002, kde je od roku 2005 vedoucím oddělení technického rozvoje. 1

120 Koncepce přestavby ŽUP Koncepce přestavby ŽUP v dnešním pojetí spočívá ve výstavbě Nového spojení, modernizaci (optimalizaci) tratí Úvaly - Praha-Libeň, Benešov u P. - Praha hl. n. a Praha hl. n. - Praha- Smíchov, modernizaci tratě Praha Masarykovo n. - Kladno s novostavbou odbočky na letiště Praha-Ruzyně a ve stavbě nové tratě 3. tranzitního koridoru Praha-Smíchov - Beroun. Ve vzdáleném (časově nedefinovaném) horizontu se bere na vědomí ještě napojení vysokorychlostních tratí (VRT) do Prahy od Drážďan a Brna, resp. ještě Bystřice u Benešova, odkud bude pokračovat modernizovaný 4. tranzitní koridor do Českých Budějovic, resp. Lince. Tento rozsah tzv. přestavby ŽUP zhruba vyhovuje současnému rozsahu osobní i nákladní dopravy. Nicméně vývoj společnosti a tedy i dopravy od roku 1990 poněkud změnil vstupní parametry. Zatímco nákladní doprava prodělala velký útlum, na který již bylo reagováno (uzavření seřaďovacího nádraží Praha-Vršovice, příprava zrušení nákladového nádraží Praha- Žižkov), osobní doprava zažívá postupný rozvoj zvláště v segmentu příměstské, resp. městské dopravy. Proto bylo v posledních letech vypracováno několik studií, jež se zabývaly intenzivním zapojením železnice do systému veřejné hromadné dopravy osob hlavního města Prahy a jeho okolí. Jako konsensus zpracovatelů studií, objednatele regionální dopravy (ROPID), tak i železničního dopravce (ČD) bylo vytvořeno vedení linek příměstské a městské železnice. 2

121 Zvýšení počtu vlaků a zavedení nových linek ovšem klade značné, dříve nedefinované, požadavky na dopravní cestu v ŽUP. Proto se v současné době hledají cesty, jak vybrané traťové úseky zkapacitnit a jak vybudovat řadu nových zastávek pro snadnější přístup cestujících na železnici nutných pro úspěch celého systému. Přesto se ale v některých případech dosud nepodařilo přijmout řešení, jak úzká místa odstranit. Jde především o úsek Praha hl. n. - Praha-Smíchov vedený v intravilánu Nuselského údolí, kde se přes plánovanou optimalizaci nepodaří zajistit kapacitu pro všechny poptávané vlaky (proveze se pouze dálková doprava a 15-minutový interval příměstské dopravy). Dalším dnes již známým kolizním bodem bude Odbočka Balabenka na Novém spojení, trať Lysá n. L. - Praha- Vysočany a Kolín - Praha-Libeň, resp. po vybudování VRT do Brna úsek Praha-Běchovice - Praha-Libeň. Řešením prvního problému se bude zabývat další kapitola, otázku kapacity Odb. Balabenka a návazné tratě do Lysé n. L. lze řešit přístavbou další traťové koleje (viz Územně-technická studie Modernizace železniční infrastruktury Praha - Milovice - Mladá Boleslav s možným prodloužením do Liberce, SUDOP PRAHA, 2003 a Technicko-ekonomická studie trati Praha- Vysočany (včetně) - Lysá n. L. - Milovice, SUDOP PRAHA, 2005), ale situace tratě Kolín - Praha je problematičtější. Velmi úzce souvisí totiž s koncepcí výstavby VRT na území ČR. Pokud bude vybudováno rychlé spojení Praha - Brno - Ostrava, bude expresní doprava tohoto základního směru odkloněna z tratě Kolín - Praha právě na tuto novou trať. Bohužel i tak zůstane stávající trať velmi zatížena ostatní dálkovou a příměstskou dopravou. Bude-li ovšem VRT z Brna zaústěna do Prahy-Běchovic, což je řešení dle platné koncepce i územních plánů (vyznačeno také na přiloženém schématu), bude návazný úsek do Prahy-Libně (včetně v této souvislosti předpokládané 4. traťové koleje) a zvláště Nové spojení přetíženo. Nabízí se proto řešení zaústit brněnskou VRT do jižní části ŽUP. Protože jedno z původně takto plánovaných řešení (Újezd n. L. - Štěrboholy - Malešice - Vršovice) již není možné, existuje další varianta 3

122 využít trasu nové tratě do Bystřice u B., odkud by odbočovala nově trasovaná VRT do Brna. Z hlediska dopravní technologie je to takřka ideální řešení a navíc bude mít nová trať mezi Prahou a Benešovskem ještě synergický efekt pro dva směry (České Budějovice, Brno), což je argument důležitý i z pohledu investora, tj. SŽDC, s.o. Pražský diametr Poloprůjezdný vs. průjezdný model Současná existence Hlavního a Masarykova nádraží, jakožto dvou centrálních nádraží pro příměstskou dopravu v centru Prahy přináší, resp. přinese některé problémy: zhoršuje kvalitu přestupů mezi příměstskou (městskou) a dálkovou dopravou, ale i mezi příměstskou (městskou) dopravou navzájem, kombinace diametrálních a radiálních linek znamená ve směru Kolín a Nymburk odjezd / příjezd vlaků střídavě z obou / na obě nádraží a vzhledem k předpokládanému ukončení dopravy od letiště na Masarykově nádraží nepřivádí letecké cestující přímo na dálkovou dopravu a obráceně. Již desetiletí proto probíhají diskuse o tzv. průjezdném modelu Prahy, tedy o vytvoření jednoho centrálního nádraží, kde bude soustředěna veškerá osobní dálková i regionální železniční doprava a jednotlivé linky příměstské, resp. městské železnice budou tímto nádražím vedeny jako tranzitní. To v řadě případů usnadní dopravu některým cestujícím, neboť ubude nutnost více přestupovat a také, což je i doloženo např. ve studii Zapojení 4

123 železniční infrastruktury do systému Pražské regionální železniční linky (SUDOP PRAHA, 2004), vygeneruje vyšší počet cestujících železniční dopravou. Na druhou stranu je ovšem třeba říci, že realizace průjezdného modelu bude velmi investičně náročná. Je nutno upozornit, že tato problematika se netýká jen Prahy. Protože mnoho evropským velkoměst disponuje nebo disponovala hlavovými nádražími, můžeme jejich úspěšně propojení spatřit např. v Mnichově, Stuttgartu, Frankfurtu nad Mohanem, Lipsku, Vídni, Curychu, Bruselu, Antverpách, Paříži, Madridu nebo Varšavě. Přestože se v Praze o řešení tohoto problému diskutuje již velmi dlouho, nabyl na aktuálnosti v posledních letech z důvodů ani ne tak odborných. Zhruba od roku 2003 totiž probíhají některé snahy o zrušení Masarykova nádraží a jeho následné využití pro developerské projekty. Řešení dohodnuté mezi Magistrátem hl. m. Prahy, Ministerstvem dopravy, SŽDC a ČD nakonec ponechává Masarykovo nádraží na svém místě, nicméně v cílovém (přesně časově nedefinovaném) stavu jej ruší náhradou za nová nástupiště ve spodním podlaží Hlavního nádraží. Hledání řešení Jak z výše uvedeného vyplývá, existuje v posledních letech politické zadání na řešení průjezdného modelu, přesněji řečeno na náhradu Masarykova nádraží. Bylo již zpracováno několik studií, avšak zatím nebylo předloženo, a tedy ani přijato, uspokojující řešení, které by zaručilo plnou funkčnost systému železniční dopravy a zároveň bylo přijatelné jak pro cestující, tak pro developery. SUDOP PRAHA SUDOP PRAHA se ve své studii Zapojení železniční infrastruktury do systému Pražské regionální železniční linky (v roce 2004 na objednávku ČD) kromě jiného zabýval i řešením tzv. odsunuté polohy Masarykova nádraží, což znamená výstavbu nových nástupišť ve spodním podlaží Hlavního nádraží a opuštění Masarykova nádraží železniční dopravou. Výsledné řešení označené jako varianta C-3 předpokládá výstavbu dvoukolejné tratě od Odb. Sluncová z prostoru Hrabovky k 6. a 7. nástupišti Hlavního nádraží a podpovrchové dvoukolejné tratě z Buben ke dvěma novým podzemním nástupištím. Dvě koleje poté z podzemí vycházejí na povrch a zapojují se do jižního zhlaví Hlavního nádraží (do 3. vinohradského tunelu). Na Hlavním nádraží je ukončena jen linka S22 z letiště, ostatní linky jsou tranzitní. Linky S5 a S6 z Kralup n. V. a Kladna jsou prodlouženy do Hostivaře nebo do Krče, kde tvoří alternativu metra D. Vyřešeny ovšem nebyly kapacitní problémy ve Vršovicích a navazujících úsecích. Pozitivem tohoto řešení jsou relativně nízké investiční náklady odhadnuté na cca 3,5 mld. Kč. Negativem potom významné prodloužení pěší docházky z nových nástupišť do centra města i na MHD (vyjma Churchillova náměstí a nového metra trasy D) a dopravně technologické problémy vzniklé na severním i jižním zhlaví Hlavního nádraží a ve Vršovicích, resp. navazujících úsecích. 5

124 IKP CE Studie IKP CE s názvem Zapojení příměstské dopravy do žst. Praha hlavní nádraží - varianta C1 byla zpracována v roce 2005 na objednávku SŽDC. Úspěšně prověřuje variantu umístění podzemních nástupišť pod 1. a 2. nástupištěm Hlavního nádraží. Do podzemí byla, dle zadání, zapojena jen trať od Buben. Ve výsledném řešení jsou navržena dvě průjezdná boční nástupiště s pokračováním tratě novým 4. vinohradským tunelem a vyústěním dvoukolejně do 6

125 Vršovic i na Smíchov jednokolejnou spojkou mezi vinohradským portálem tunelu a výhybnou Vyšehrad. Linka z Kralup n. V. je prodloužena na Smíchov, linka z Kladna do Hostivaře a linka z letiště Praha-Ruzyně do Krče. Protože jsou nástupiště navržena v hloubeném tunelu, je velkou nevýhodou tohoto návrhu nutnost dlouhodobých náročných výluk stávajícího kolejiště Hlavního nádraží. 7

126 ALEJ Řešení architektonického ateliéru ALEJ (Ing. arch. Ivan Lejčar), který se touto problematikou dlouhodobě zabývá, nazvané Crossrail 2 spočívá ve vybudování nové podpovrchové segregované stopy z Hlavního nádraží, kde navazuje na řešení varianty C-3 SUDOP PRAHA, přes Muzeum a Karlovo náměstí na Smíchov. Ze zastávky Muzeum je vedena další tunelová větev do staronové zastávky Královské Vinohrady a dále do Vršovic. Odvážná a v podstatě i průkopnická je myšlenka náhrady kapacitního hrdla v Nuselském údolí novou trasou pod centrem města, která navíc přivádí příměstské cestující více do centra města a zajišťuje také nové vnitroměstské vazby. Oproti tomu převzaté řešení Hlavního nádraží vykazuje již zmíněné nedostatky. 8

127 V návrhu ALEJ je technicky prověřena zastávka Muzeum, která využívá plánované zahloubení Severojižní magistrály. Zastávka Muzeum hraje v návrhu klíčovou roli, neboť se jedná o jeden z nejdůležitějších přestupních bodů v pražské MHD. 9

128 Náměty autora Řešením autora jsou dvě dosud neprověřené varianty. Jedna předpokládá zachování dvou centrálních nádraží a jejich vzájemné propojení podchodem. Ten by vycházel již z vestibulu stanice metra Florenc trasy C a pokračoval pod ulicí Na Florenci s výstupy do této ulice, pod kolejištěm Masarykova nádraží s východy na jednotlivá nástupiště, dále pod křižovatku Opletalova - Hybernská a Opletalova - Bolzanova (u obou křižovatek opět s výstupy na povrch) a pod Vrchlického sady do spodní odbavovací haly Hlavního nádraží. Podchod by byl ve své střední části vybaven travelátory tak, jak je tomu běžné např. na letištích. Po stranách by byl využit ke komerčním účelům a plnil by tak funkci obchodní pasáže. Realizací podchodu by došlo k vytvoření jednoho centrálního dopravního terminálu Hlavní nádraží, Masarykovo nádraží, příp. ještě ÚAN Florenc s propojenými informačními systémy a relativně rychlými přestupy. Zároveň by došlo k otevření žádaného pěšího koridoru Na Florenci - Opletalova. 10

129 Druhé řešení naopak předkládá další variantu tzv. průjezdného modelu nazvanou Pražský diametr. Oproti předchozím variantám průjezdného modelu se snaží zachovat stávající Masarykovo nádraží pro železniční dopravu, neboť jeho poloha v těsné blízkosti městského jádra včetně výborného napojení na tramvajovou dopravu je cestujícími velmi poptávaná. Vedení současných tratí od Buben a Libně (Sluncové) na Masarykovo nádraží se proto uvažuje zachovat s tím, že od estakády Severojižní magistrály se tyto dvě tratě začnou zahlubovat tak, aby již před stávajícím ukončením kusých kolejí byly v podzemí. V místě této sklonové rampy by byla zřízena z části zahloubená zastávka Praha Masarykovo nádraží (nebo Praha-Florenc). Odtud by se trasa klesáním a obloukem o poloměru cca 300 m dostala pod Vrchlického sady, kde by byla ražená zastávka Praha hlavní nádraží (např. jako 8. nástupiště). Z nástupiště by byly východy do odbavovací haly, stanice metra a Opletalovy ulice. Dále by trasa stoupala do hloubené zastávky Praha Muzeum dle řešení ALEJ. Další trasování až na Smíchov je též převzato od ALEJ. Do stanice Praha-Smíchov je navržena opět sklonově náročná rampa tak, aby se koleje Pražského diametru dostaly ke stávajícímu 2. nástupišti. Kolejové schéma stanice je upravené z řešení SUDOP PRAHA (Doprovodná studie Praha - Beroun, nové železniční spojení, 2006). Konfigurace kolejiště Pražského diametru je navržena tak, aby umožňovala následné jízdy zastavujících vlaků v krátkém intervalu s minimem kolizních bodů. Ukončení některých linek se předpokládá až ve stanici Praha-Smíchov, kde jsou zřízeny obratové koleje. Kolejové spojky mezi zastávkami jsou určeny pro zajištění provozu v případě mimořádností, neboť i na příkladu pražského metra je zřejmé, jak je jejich absence občas velmi bolestivá. 11

130 Pražský diametr je určen výhradně pro vlaky příměstské a městské dopravy. Jsou zde vedeny linky od Sluncové a Buben, přičemž linky od Sluncové (S1 a S2) jsou vedeny přes Prahu jako tranzitní a linky od Buben (S5, S6 a S22) jsou ukončeny na Smíchově. Linka S22 z ruzyňského letiště obsluhuje tedy téměř celé centrum Prahy. Výhodou je také, že spojením radiálních linek do diametrálních dochází k uvolnění kapacity Nového spojení. Jedním z nejvýraznějších kladů je ovšem uvolnění kapacitního hrdla mezi Hlavním nádražím a Smíchovem v Nuselském údolí, resp. možnosti provezení vlaků, u kterých to již nebylo možné. Dosud předpokládaný proložený špičkový interval 15 min. linek S9 a S20 bude nahrazen novými linkami S9 a S10 v proloženém špičkovém intervalu 30 min. a tudíž budou moci být provezeny i linky S8 a S23 ve stejném intervalu, jež byly sice plánované, ale nebyla pro ně zajištěna kapacita. Otevírá se tudíž konečně možnost zajistit odpovídajícím způsobem kolejovou dopravu do prostoru západně od Prahy (Hostivice, Rudná u P., Nučice, Loděnice). Konkrétní úpravy v linkovém vedení jsou předpokládány takto: linka S1 Kolín - Praha Mas. n. je prodloužena přes Pražský diametr do Berouna (v úseku Praha - Beroun náhrada linky S9), linka S2 Kutná Hora město - Praha Mas. n. je prodloužena přes Pražský diametr do Řevnic (v úseku Praha - Řevnice náhrada linky S20), linka S5 Kralupy n. V. - Praha Mas. n. je prodloužena přes Pražský diametr do Prahy- Smíchova, linka S6 Kladno-Ostrovec - Praha Mas. n. je prodloužena přes Pražský diametr do Prahy- Smíchova, 12

131 linka S9 je v úseku Praha-Libeň - Beroun zrušena a nově zavedena v úseku Praha hl. n. - Hostivice - Rudná u P., linka S10 je v úseku Praha-Vysočany - Benešov u P. zrušena a nově zavedena v úseku Praha hl. n. - Hostivice - Podlešín - Slaný, linka S20 Nymburk hl. n. - Praha hl. n. - Řevnice je v úseku Praha hl. n. - Řevnice zrušena a nově zavedena v úseku Praha hl. n. - Strančice a linka S22 Praha letiště - Praha Mas. n. je prodloužena přes Pražský diametr do Prahy- Smíchova V Pražském diametru jsou v denní době vedeny linky městské a příměstské dopravy: S1 v intervalu 30/60 min., tj. 2/1 pár vlaků za hodinu, S2 v intervalu 30/60 min., tj. 2/1 pár vlaků za hodinu, S5 v intervalu 30/60 min., tj. 2/1 pár vlaků za hodinu, S6 v intervalu 15/60 min., tj. 4/1 pár vlaků za hodinu a S22 v intervalu 15/30 min., tj. 4/2 páry vlaků za hodinu. Souhrnný počet vlaků v Pražském diametru v denní době je 14/6 párů za hodinu. V noční době je přes Pražský diametr vedena jen linka S22 v intervalu 30 min., tj. 2 páry vlaků za hodinu. V Nuselském údolí (Praha hl. n. - Praha-Smíchov a Praha-Vršovice - Praha-Smíchov) jsou v denní době vedeny linky městské a příměstské dopravy: S8 v intervalu 60/120 min., tj. 1/0,5 párů vlaků za hodinu, S9 v intervalu 60/120 min., tj. 1/0,5 párů vlaků za hodinu, S10 v intervalu 60/120 min., tj. 1/0,5 párů vlaků za hodinu, S23 v intervalu 60/120 min., tj. 1/0,5 párů vlaků za hodinu a S30 v intervalu 30 min., tj. 2 páry vlaků za hodinu. Souhrnný počet vlaků městské a příměstské dopravy je v Nuselském údolí v denní době 4+2/2+2 páry za hodinu. V noční době jsou zde vedeny linky S30 a S40, obě v intervalu 30 min., tj. celkem 2+2 páry vlaků za hodinu. 13

132 14