Vědeckotechnický sborník ČD

Transkript

1 Vědeckotechnický sborník ČD č. 30/2010

2 Milan Hřebačka 1 Organizace pro spolupráci železnic OSŽD Přemostění Evropy a Asie v mezinárodně kontinentálním a interoperabilním železničním spojení Klíčová slova: OSŽD, struktura, koridor, vyhláška, reforma 1. OSŽD a transkontinentální železniční propojení perspektiva rozvoje dopravy, obchodu a prosperity všech zúčastněných Základní podmínkou hospodářského a společenského rozvoje libovolné země je rozvoj dopravní infrastruktury umožňující propojení mezi městy a regiony, zabezpečující potřebnou přepravu nákladů a dopravu cestujících a dávající tak možnost včlenění dané země do mezinárodní integrace. V dopravním systému, objektivně vzato, z pohledu ekonomiky, vztahu k životnímu prostředí, atd. zaujímá a především bude zaujímat stále významnější postavení dálková železniční doprava v účinném propojení s dalšími druhy dopravy od místa nakládky či odjezdu až do samotného cíle. Zamyslíme-li se nad geografií obou pozemně spojených kontinentů Evropy a Asie a působností OSŽD, přijmeme-li potvrzený fakt, že druhou a třetí zemí v dynamice rozvoje ekonomiky ve světě je nyní Čínská lidová republika a Japonsko, vychází nám zcela nezpochybnitelný význam, role a pozice OSŽD, co by garanta pomyslného kontinentálního železničního přemostění Evropy a Asie. Působnost OSŽD je v současnosti na území 25-ti aktivních členských států v Evropě a Asii o společné rozloze ,5 km 2, na které žije nyní celkem 1911,1 miliónů obyvatel. Celková délka železniční sítě členských zemí OSŽD činí ,3 km (údaj je k ). Analýza přepravy na území členských států OSŽD svědčí o pozitivní dynamice rozvoje. Dokazují to celkové údaje z let 2000 a Přeprava nákladů vzrostla v období deseti minulých let ze 4004 na 5492 miliónů tun a doprava cestujících 1 Doc. Ing. Milan HŘEBAČKA, CSc., 1946, absolvent - Vysoká škola dopravná (VŠD) v Žiline, obor Stavebná údržba a rekonštrukcia tratí, Představitel České republiky v Komitétu OSŽD, předseda Komise pro infrastrukturu a kolejová vozidla OSŽD (ul. Hoža 63/67, Varšava, Polsko). Do Komitétu OSŽD byl jmenován MD ČR, kmenově z Technické ústředny Divize dopravní cesty ČD, kde vedl oddělení železničního svršku a spodku. Celou svou profesní činnost působil a nadále působí i jako aktivní pedagog, resp. člen vědeckých rad fakult, atd. v československém vysokém školství, dnes již v samostatných republikách SR a ČR. 1

3 z 3440 na 3987 miliónů osob. OSŽD si velmi dobře uvědomuje skutečnost, že tento nárůst není rovnoměrný ve všech členských zemích a že se plně nevyužívají všechny možnosti. I v současnosti stále ještě existují bariéry na trasách mezinárodních přeprav. Jedná se o pohraniční problémy, nedostatky v rozvoji infrastruktury na určitých úsecích mezinárodních železničních koridorů OSŽD, existence dvou právních, dopravních systémů regulujících železniční přepravy, atd. Zde jsou jasné rezervy, na které se činnost OSŽD v současnosti plně soustřeďuje v zájmu rázného zvýšení konkurenceschopnosti mezikontinentální železnice v porovnání s námořní a silniční přepravou především z pohledu tří E (efektivita, ekologie, ekonomičnost) včetně rychlosti přeprav. Konkrétněji o minulosti, současnosti i budoucnosti OSŽD, která si v příštím roce 2011 připomene již 55 výročí svého založení, pojednávám v následujícím textu. 2. Minulost OSŽD - historická fakta Na počátku druhé poloviny XX. století vyvstala neodkladná nutnost vytvořit jednotné právní a ekonomické normy pro zabezpečení osobní dopravy a nákladních přeprav v mezinárodním spojení. Znění prvních základních dokumentů bylo rozpracováno a odsouhlaseno na poradách, které se uskutečnily ve Varšavě , v Praze a v Budapešti Jednalo se o dohody k přepravám cestujících a zavazadel, resp. nákladů po železnicích v přímém mezinárodním spojení, dále o dohody k tarifům, k pravidlům vzájemného používání vagónů v mezinárodním spojení, atd. S prudkým rozvojem spolupráce mezi železnicemi se ukázalo jako potřebné a účelné založit mezinárodní organizaci jejímž vrcholovým řídícím orgánem by bylo Zasedání ministrů zainteresovaných zemí. Historie samotné Organizace pro spolupráci železnic (OSŽD) se začíná odvíjet od 28. června 1956, kdy byla v hlavním městě Bulharska, v Sofii tato organizace založena na poradě ministrů majících v kompetenci železniční dopravu. Této porady se zúčastnili představitelé příslušných ministerstev deseti zemí, včetně tehdejší Československé republiky (ČSR) [1]. Vláda ČSR schválila na svém zasedání dne 19. září 1956 Usnesení o Organizaci pro spolupráci železnic, čímž se OSŽD jako taková stala pro ČSR mezinárodní vládní organizací. OSŽD započala svoji činnost od 1. ledna 1957 se sídlem svého výkonného orgánu Komitétu OSŽD v hlavním městě Polska, ve Varšavě. Zakládajícími členy OSŽD se staly strany Dohody o přepravě cestujících a cestovních zavazadel v přímém mezinárodním spojení SMPS (Budapešť, ) a Dohody o přepravě zboží po železnicích v přímém mezinárodním spojení SMGS (Budapešť, ). Významný předěl v historii OSŽD znamenají léta 1992 a Nejen nová geopolitická situace počátkem 90-tých let, ale především vyvstalé úlohy, které požadovaly odsouhlasená rozhodnutí všemi účastníky mezinárodních železničních 2

4 přeprav k zabezpečení mezikontinentálního železničního spojení Evropy a Asie vyvolaly změny ve vnitřní struktuře organizace a také změny týkající se členství v OSŽD. XX. Zasedání ministrů OSŽD, které se konalo června 1992 v Ulan- Bátoru v Mongolsku odsouhlasilo návrh na změnu základních dokumentů OSŽD a m.j. ustanovilo nový řídící orgán Konferenci generálních ředitelů železnic. Následující XXI. Zasedání ministrů OSŽD, které se konalo ve Varšavě června 1993 schválilo změnu v základním dokumentu Usnesení o Organizaci pro spolupráci železnic a dalo tím možnost rozšíření členství v OSŽD o pozorovatele a přidružené členy. Ve stejném přelomovém období, po vzniku samostatných republik ČR a SR, bylo potřebné potvrdit i samostatné členství České republiky v OSŽD. Samostatné členství ČR v OSŽD potvrdila vláda ČR ve svém usnesení č. 699 ze dne 9. prosince V případě OSŽD bylo určeno odborným gestorem ministerstvo dopravy člen Zasedání ministrů OSŽD. Členem Konference generálních ředitelů železnic, nového řídícího orgánu OSŽD, se staly a doposud jsou České dráhy. Stanovisko Ministerstva zahraničních věcí ČR č.j.:92.797/94 ze dne je zcela zřetelné - OSŽD je považována v ČR za mezinárodní vládní organizaci, kde existuje členství České republiky jako takové. 3. Současnost OSŽD struktura organizace, základní směry činnosti OSŽD je v současnosti organizací, která sdružuje státy a železnice svých členů bez ohledu na jejich vnitřní zřízení či uspořádání. Mimo Ruské federace (největší délka železniční sítě členské země v OSŽD km) a dalších států bývalého Sovětského svazu, jsou dále členskými státy OSŽD z Evropy Bulharsko, Rumunsko, Maďarsko, Slovensko, Česká republika a Polsko, z Asie pak Čína (provozní délka železniční sítě ,1 km), Korejská lidově demokratická republika, Mongolsko, Vietnam a Islámská republika Irán. Spolu s 25-ti aktivními členy OSŽD využívají nyní možnosti tzv. statutu pozorovatelů železnice šesti států (např. Francie SNCF, Německa DB, Finska VR) a 33 přidružených členů pro firmy a organizace spojené se železniční dopravou (např. Intercontainer Interfrigo, Voosloh, Rail Cargo Hungaria a z ČR např. Reiltech Slavjana, Jerid). Řídícími orgány OSŽD jsou Zasedání ministrů a Konference generálních ředitelů železnic OSŽD. Zasedání řídících orgánů OSŽD se uskutečňují 1x ročně. Zasedání ministrů posuzuje a přijímá řešení ve všech otázkách, které se vážou ke směrům činnosti OSŽD s ohledem na návrhy, předložené Konferencí generálních ředitelů. Konference generálních ředitelů organizuje práci a přijímá řešení v otázkách spojených s činností celé organizace v mezích kompetence železnic. Výkonným orgánem OSŽD je Komitét OSŽD se sídlem ve Varšavě (obr. 1, 2). Komitét zabezpečuje činnost OSŽD v období mezi zasedáním řídících orgánů. Komitét plní funkci depozitáře mezinárodních úmluv a dohod. 3

5 Obr.1: Sídlo Komitétu OSŽD ( Varšava, Hoža 63/67) Obr. 2: Vestibul Komitétu OSŽD Zpracování a veškerá aktualizace dokumentů, včetně Vyhlášek OSŽD se organizuje cestou jednání pracovních orgánů. Pracovními orgány OSŽD je pět Komisí a dvě Stálé pracovní skupiny : I - Komise pro dopravní politiku a strategie rozvoje, II - Komise pro dopravní právo, III - Komise pro nákladní přepravy, IV - Komise pro osobní přepravy, V - Komise pro infrastrukturu a kolejová vozidla, - Stálá pracovní skupina pro kódování a informatiku, - Stálá pracovní skupina pro finanční otázky a vyúčtování. Struktura OSŽD je uvedená na schématu 1. Úředními jazyky OSŽD jsou ruský a čínský jazyk. V mezinárodním styku, především v rámci spolupráce s jinými mezinárodními organizacemi, se po dohodě používají i jiné jazyky (anglický, německý). Základní směry činnosti OSŽD je možno ve stručnosti charakterizovat v následujících bodech: rozvoj a uskutečňování mezinárodních železničních přeprav, především ve spojení mezi Evropou a Asií včetně kombinované dopravy, formulování odsouhlasené dopravní politiky v oblasti mezinárodních přeprav, rozpracování strategie rozvoje železniční dopravy, uplatňovaní mezinárodního přepravního práva (SMGS pro nákladní a SMPS pro osobní dopravu) a další právní dokumenty ve spojení s mezinárodní železniční přepravou, spolupráce při řešení problémů spojených s ekonomickými, informačními, vědecko technickými a ekologickými aspekty železniční dopravy, spolupráce v oblasti provozu železnic a řešení technických otázek spojených s dalším rozvojem infrastruktury a kolejových vozidel, spolupráce s mezinárodními organizacemi, které se zabývají otázkami železniční dopravy, včetně kombinovaných přeprav (EEK OSN, ESKATO OSN, OTIF, UIC, atd.). 4

6 Schéma 1: Struktura OSŽD 5

7 4. Mezinárodní železniční dopravní koridory OSŽD Charakter OSŽD a její činnost zaměřená na rozvoj železniční dopravy v podmínkách, které se výrazně odlišují od podmínek např. v Západní Evropě, dávají tím OSŽD svůj nezaměnitelný význam a autoritu. Železniční spojení mezi členskými zeměmi OSŽD je charakterizováno výrazně velkou vzdáleností přeprav, které dosahují v mnohých případech 8 10 tisíc km. Na trase přeprav jde také o extrémně různé klimatické poměry (teplota, nadmořská výška), výrazně se měnící přirozený stav zemního tělesa, atd. Na teritoriu OSŽD se také stýkají technicky rovnocenné systémy železnic o různém rozchodu koleje. V jednom směru přeprav, např. z Číny na Slovensko a do ČR se 2x mění rozchod koleje (1435 mm/1520 mm/1435 mm). Tato specifika se bezprostředně odráží v řešení otázek spojených s rozvojem železničních přeprav mezi Asií a Evropou. V roce 1996 OSŽD na základě analýzy přepravních toků nákladů se zřetelem na práce vykonané v rámci Evropské ekonomické komise OSN (EEK OSN) a Ekonomické a sociální komise pro Asii a země Tichého oceánu OSN (ESKATO OSN) stanovila 13 hlavních železničních tras - koridorů mezi Evropou a Asií. Analýza technicko-ekonomických charakteristik těchto koridorů ukázala, že jednotlivé železniční úseky i ucelené trasy většinou svých parametrů odpovídají také požadavkům Evropských úmluv a neodpovídaly v té době úplně v oblasti rychlosti jízdy vlaků. V souvislosti s rozšířením železniční sítě v Asii a otevřením nových pohraničních přechodových stanic se původní stanovené trasy značně změnily. V roce 2001 byla schválená síť železničních dopravních koridorů OSŽD [2] i v rámci výhledové perspektivy a také byl dokončen dokument Železniční dopravní koridory OSŽD a jejich parametry. V návaznosti se zpracovaly charakteristiky parametrů infrastruktury pro jednotlivé úseky koridorů. Jak ukázaly výsledky zkoumání, železniční infrastruktura členských zemí OSŽD má ve většině případů značnou rezervu propustné výkonnosti. Úzkými místy nadále zůstávají pohraniční přechody a příjezdy do velkých městských a přístavních center. Na rozvoj železniční sítě, především koridorových tratí, je v členských zemích OSŽD dáván potřebný důraz. Přitom se plánují, resp. již se i staví nové tratě, např. v Uzbekistánu, Číně, Iránu a z Gruzie do Turecka. Některé koridory OSŽD se ve své západní časti stotožňují, resp. se stýkají s panevropskými koridory a jsou vlastně jejich pokračováním na východ. Mezinárodní dopravní koridory OSŽD a síť panevropských koridorů je uvedena na schématu 2 viz Příloha 1. Nejdelším koridorem OSŽD je koridor č. 1 TRANSSIB a má ve své délce i světové prvenství. Prochází se svými větvemi po území Polska, Lotyšska, Litvy, Estonska, Běloruska, Ruska, Kazachstánu, Uzbekistánu, Číny, Mongolska a Korejské lidově demokratické republiky. Jeho délka spolu s větvemi činí km. V celé své délce je TRANSIB již provozován s elektrickou trakcí. Na území Ruska TRANSIB umožňuje rychlost nákladních vlaků km/hod (kontejnerové vlaky 1000 km/den) hmotnost nákladních vlaků 3,5 4,5 tisíc tun. Propustná výkonnost Transsibiřské magistrály je 110 mil. tun za rok, rezerva v propustné výkonnosti činí 25 30%. Na trase koridoru OSŽD č.1 se nyní testuje zjednodušení celních procedur i společný nákladní list CIM/SMGS. 6

8 Význačným koridorem OSŽD je koridor č. 10 TRASEKA. Spojuje Evropu Kavkaz Asii a prochází po území Gruzie, Azerbajdžánu, Turkmenistánu, Uzbekistánu, Kirgizstánu, Tádžikistánu, Kazachstánu (pozemní část) s využitím lodních přeprav z Bulharska, Rumunska a Ukrajiny do mořských přístavů v Gruzii (Poti, Batumi) a také z Baku v Azerbajdžánu do Turkmenistánu a Kazachstánu. Celková délka s větvemi je km, z toho pozemní část měří 7437 km, mořská trasa přes Černé moře 1100 km a přes Kaspické moře 310 km. Roční nákladní přeprava kolísá mezi 14 a 24 mil. tun. Prognóza předpokládá výrazný růst požadavků na železniční přepravu nákladů na tomto koridoru. Jde o nejkratší spojení Střední a Jižní Evropy se zeměmi Zakavkazska, Střední Asie, Číny, Koreje a Japonska. TRASEKA zabezpečuje pro země Dálného východu a Střední Asie, které nemají přístup k moři, jejich spojení s námořními přístavy. Vše může zabezpečit železniční dopravě potřebnou konkurenceschopnost ve srovnání s námořní dopravou při podmínkách zkrácení doby přeprav a prostojů na hranicích. Koridor č. 10 se v Turkmenistánu stýká s koridorem č. 6, který je nejjižnějším koridorem a má délku km. Prochází přes území naší republiky, Slovenska, Maďarska, Rumunska, Bulharska, Řecka, Turecka (přes Bospor) do Iránu a Turkmenistánu. Přes území České republiky prochází také koridor č. 4, který spojuje ČR, Slovensko, Polsko, Maďarsko a Ukrajinu. Koridor č. 4 s větvemi má délku 2711 km. Železniční doprava obyvatele v různých zemích a státy jako takové sbližuje, nikoliv rozděluje. Dovolím si proto vyslovit zde své přesvědčení, že vůbec není nereálné perspektivně pohlížet na prodloužení TRANSIBU, např. na celý Korejský poloostrov s přímým využitím pro Japonsko. Také jižní spojení Evropy s Čínou koridorem s jednotným rozchodem koleje 1435 mm (stavba nové trati v Kazachstánu) není snad jen dočasnou myšlenkou. OSŽD i v tomto sbližování států, v dalším úsilí o rozvoj železniční dopravy může bezesporu přispět. OSŽD je mezinárodní organizací, která má přímo v názvu zřetelný, gramatický tvar slova spolupráce! 5. Současné úkoly pracovních orgánů OSŽD V této časti se pokusím alespoň ve velké stručnosti uvést některé ze současných úkolů, které řeší pracovní orgány OSŽD [3]. Jak již bylo uvedeno, v současnosti pracovními orgány OSŽD je pět Komisí a dvě Stálé pracovní skupiny. Základem mezinárodní spolupráce při řešení konkrétních úkolů a zpracování Dohod a Vyhlášek OSŽD je práce expertů z jednotlivých členských zemí podle schváleného plánu práce a následné projednání výstupů a návrhů na zasedáních expertů (obr. 3). 7

9 Obr. 3: Zasedání expertů Komise pro infrastrukturu a kolejová vozidla ( , Komitét OSŽD) Přijaté dokumenty se schvalují na výročním zasedání Komise a na jednání řídících orgánů OSŽD. Pokud se týká Vyhlášek OSŽD, zpracovávají se samostatně v rámci organizace, nebo i ve spolupráci s dalšími mezinárodními organizacemi (např. OTIF, UIC, ERA). Vyhlášky podle obsahu a závažnosti jsou: - doporučující (R), schvaluje je výroční zasedání Komise, - závazně doporučující (O+R), schvaluje je Konference generálních ředitelů, - závazné (O), schvaluje je Konference generálních ředitelů. Uvádím některé z nosných úkolů postavených před Komisemi OSŽD na rok V Komisi pro dopravní politiku a strategii rozvoje (I. Komise) se řeší: - rozpracování a realizace komplexu pravidel pro zdokonalení a rozvoj koridorů OSŽD, - rozpracování a koordinace programu akcí členských zemí OSŽD k vytvoření sítě rychlostního a vysokorychlostního provozu (II. etapa), - rozpracování komplexu pravidel zaměřených na zjednodušení překročení hranic v mezinárodní železniční osobní a nákladní dopravě ve spojení Evropa Asie, - problematika železniční dopravní politiky OSŽD, - otázky statistiky železnice. Činnost Komise pro dopravní právo (II. Komise) je zaměřená na: - zdokonalení SMPS, - aktualizace Vyhlášek OSŽD k otázkám mezinárodního železničního spojení v osobní dopravě, - zdokonalení SMGS, - pravidla přepravy nebezpečného zboží, - pravidla rozmístění a upevnění nákladů na vagónech a kontejnerech, - zdokonalení přeprav podle nákladního listu CIM/SMGS. 8

10 Komise pro nákladní přepravy (III. Komise) se zabývá a řeší: - zdokonalení dohody o Jednotném tranzitním tarifu a Mezinárodním železničním tranzitním tarifu, - organizaci a provoz kombinovaných přeprav ve spojení Evropa Asie, - zdokonalení ujednání Pravidla používání nákladních vagónů v mezinárodním spojení, - technické podmínky kombinovaných přeprav, - harmonizaci nomenklatury zboží. Práce Komise pro osobní dopravu (IV. Komise) je soustředěna na: - odsouhlasení jízdních řadů osobních vlaků v mezinárodním spojení železnic OSŽD, - systémy rezervace míst, informovanost cestujících, vzájemné vyúčtování přeprav, - úmluvu Mezinárodní osobní tarif, - zdokonalování Dohody o Pravidlech používání osobních vozů v mezinárodní dopravě. V Komisi pro infrastrukturu a kolejová vozidla (V. Komise) se zpracovávají nové, resp. aktualizované technické dokumenty Vyhlášky v tématech: - Gabarity kolejových vozidel v mezinárodním spojení se zřetelem na požadavky interoperability, - Železniční trať a umělé stavby, - Sdělovací a zabezpečovací zařízení, - Zařízení napájení a elektrické trakce, - Železniční kolejová vozidla, - Komplexní systém diagnostiky infrastruktury. Stálá pracovní skupina pro kódování a informatiku (SPS K) je ve své činnosti zaměřena na: - princip sestavení kódů, jednotné číselné kódování tras v nákladní přepravě, - elektronické technologie pro přepravu nákladů v mezinárodním spojení, - bezpečnost informačních zdrojů, - webovou stránku OSŽD. Stálá pracovní skupina pro finanční otázky a vyúčtování (SPS-F) řeší: - stanovení stavu zadluženosti mezi železnicemi OSŽD, - regulaci zadluženosti mezi železnicemi, zlepšení vzájemných finančních vztahů, - zdokonalení finančního vyúčtování za mezinárodní přepravy. 6. Budoucnost OSŽD - připravovaná reforma Usnesením XXXIII. Zasedání ministrů OSŽD (Teherán, Irán, ) byla zřízena Dočasná pracovní skupina pro zdokonalení dokumentů OSŽD (DPS) a byly stanoveny úkoly pro její činnost. Toto usnesení, v zájmu flexibility organizace a účinných kroků, vskutku v pravý čas reagovalo na strukturální, normativní, technické a další změny na železnicích členských zemí OSŽD. V současnosti působí v DPS zástupci 16-ti z 25-ti členských zemí OSŽD (obr. 4) - ČR je členem DPS od jejího 9

11 VIII. zasedání ( ) [4]. Všeobecným cílem práce DPS je příprava dokumentů pro pevnou a přitom i flexibilní mezinárodní, mezivládní organizaci, která je depozitářem mezinárodních smluv a dohod a operativně reaguje na vzniklé strukturální změny ve svých členských zemích v oblasti železniční dopravy. V počátku se práce DPS zaměřila zejména na otázky související s optimalizací struktury OSŽD, stanovení a výpočet členských příspěvků, rozpracování principů a metodologie obsazení funkcí v Komitétu OSŽD a také stanovení kvalifikačních požadavků na kandidáty pro obsazení těchto funkcí. Obr. 4: Účastníci XIX. zasedání DPS pro zdokonalení zakládajících dokumentů OSŽD ( , Komitét OSŽD) Tyto a další otázky, které jsou obsaženy v platných Vyhláškách OSŽD (A1 A7 a A12) budou tak spojeny v jediném dokumentu pod názvem Statut OSŽD. Statut OSŽD byl projednán a odsouhlasen na XXXVII. Zasedání ministrů OSŽD ( , Astana, Kazachstán). Jak bylo rozhodnuto na XXXVIII. Zasedání ministrů OSŽD v Praze ( ), Statut OSŽD se stane 1. kapitolou připravovaného textu dokumentu Úmluva o přímém mezinárodním železničním spojení. Návrh Úmluvy je v současnosti ve stádiu zpracování na zasedáních DPS ( XXII. Zasedání DPS, , Komitét OSŽD, atd.). V nové organizační struktuře OSŽD se předpokládají následující orgány OSŽD: a) Zasedání ministrů OSŽD, b) Shromáždění vedoucích představitelů železničních společností, c) Revizní komise, d) Komitét OSŽD, e) další orgány zřízené usnesením Zasedání ministrů OSŽD. 10

12 Pracovními orgány Komitétu OSŽD budou následující čtyři komise: I. Komise pro dopravní politiku a strategii rozvoje, II. Komise pro dopravní právo, III. Komise pro přepravy, IV. Komise pro infrastrukturu a kolejová vozidla. XXXVIII. Zasedání ministrů OSŽD konané letos v Praze schválilo proceduru přijetí Úmluvy následujícím zněním usnesení: Po dokončení vypracování Úmluvy... přistoupit k proceduře přijetí textu Úmluvy formou uskutečnění Mezinárodní konference v souladu s Vídeňskou úmluvou o právu mezinárodních smluv dohod [5]. 7. Co přináší členství v OSŽD? Ve všeobecnosti účast na činnosti OSŽD dává možnost výměny zkušeností v oblasti provozu železnic a technických otázek spjatých s dalším rozvojem přeprav. Toto pomáhá k objektivnímu posouzení a odsouhlasení otázek právních a technologických pro zabezpečení provozu osobních a nákladních vlaků po železniční síti v Euro-asijském prostoru. Dále jde o rozvoj infrastruktury a tarifní politiky železnic OSŽD, a pokračování ve zdokonalení integrace železničních systémů, jako i o zabezpečení koordinace prací v železniční dopravě. K tomu je nutné zpracovat a odsouhlasit pravidla. Toto vše dává výbornou příležitost k co nejtěsnější součinnosti a spolupráci členských zemí OSŽD s jinými mezinárodními organizacemi v oblasti železniční dopravy. Okamžitý a hmatatelný přínos pro železnici, např. v ČR, zamyslím-li se nyní, zcela záměrně a pouze jen, nad technickou oblastí, řešenou v Komisi pro infrastrukturu a kolejová vozidla, které nyní předsedám, neleží již nijak v samotné práci a činnosti OSŽD, ale výhradně ve schopnosti u nás doma v ČR, jak operativně a fundovaně dokážeme využít odsouhlasených materiálů i kontaktů při společné práci k vlastnímu rozvoji a prospěchu. To vše chce dokonalou informovanost systém, a ucelenou znalost problematiky u našich odborníků, kteří mohou a musí posoudit co nám to přinese! Chce to jistou míru i technické pokory a můžeme najít překvapivě prospěch i v problematikách a z členských zemí OSŽD, kde to ani nepředpokládáme a neočekáváme! Právě k tomu slouží kolektivní činnost nad zpracováním a odsouhlasením technických dokumentů Vyhlášek. Vyhlášky však musí stále žít a pokud pouze leží mrtvě v šuplíku, přínos nám skutečně nezajistí! Ve schopnosti využití možností máme vskutku velké rezervy příkladem by nám mohla být aktivita, činnost a z toho plynoucí prospěch mnohým přidruženým členům OSŽD, především západně od našich hranic! Využívám příležitosti a srdečně děkuji všem zúčastněným expertům z Ministerstva dopravy ČR, Centra dopravního výzkumu (I. a II. Komise) a expertům z Českých drah - včetně ČD Cargo, Správy železniční dopravní cesty a spolupracujících organizací (III., IV., V. Komise a SPS-F) za dlouhodobou aktivní a přínosnou činnost v pracovních orgánech OSŽD, kterou se podílí na mezinárodní spolupráci v rámci OSŽD. Konkrétní výstupy společné práce v Organizaci pro spolupráci železnic všem dávají předpoklady dalšího rozvoje a zvýšení konkurenceschopnosti železniční dopravy, především v Euro-asijském prostoru! 11

13 Literatura: [1] Archív Komitétu OSŽD, Varšava [2] RŽD Partner, Moskva, č. 1-2/2010 [3] Protokol ze zasedání splnomocněnců, Komitét OSŽD, Varšava, [4] Bulletin OSŽD, Varšava, č. 6/2009 [5] Protokol z XXXIII. Zasedání ministrů OSŽD, Praha, Varšava, září 2010 Lektoroval: PhDr. Naděžda Roubalová ČD, KGŘ 12

14 Příloha 1 Schéma 2: Mezinárodní železniční dopravní koridory OSŽD 13

15 Ivan Dobeš 1 TSI pro subsystém energie Klíčová slova: interoperabilita, technická specifikace, subsystém energie 1. Úvod Evropský železniční systém, tak jak ho známe v dnešní době, se začal vyvíjet v devatenáctém století. V této době vznikala železnice spontánně; každý stát i každý region si vytvářel vlastní pravidla, vlastní železnice. Poté, co se jednotlivé tratě začaly propojovat, začaly se sjednocovat i parametry těchto železnic. Bohužel k úplnému sjednocení nikdy nedošlo, ať již z důvodů politických, či ryze technických. Tento dluh z minulosti se již několik let snaží Evropská unie vymazat a tam, kde je to možné a ekonomicky únosné, se na železnici uplatňují Technické specifikace pro interoperabilitu (TSI). Zde je vhodné uvést definici interoperability, je to schopnost železničního systému umožnit bezpečný a nepřerušovaný provoz vlaků dosahujících stanovených úrovní výkonnosti na těchto tratích. O interoperabilitě toho bylo napsáno již mnoho a slovo, které před pár lety leckdo z nás neuměl ani vyslovit, téměř zlidovělo. Jen pro připomenutí uvedeme rozčlenění železničního systému dle Směrnice o interoperabilitě na strukturální a provozní subsystémy. Do strukturálních zařazujeme subsystémy infrastruktura, energie, řízení a zabezpečení, provoz a management dopravy, kolejová vozidla; do provozních subsystémů patří údržba a telematické aplikace pro osobní a nákladní dopravu. Dále se budeme zabývat subsystémem energie. Podíváme se na vývoj TSI pro vysokorychlostní tratě (HS) subsystému energie (ENE) od začátku platnosti v Evropě i u nás, dále nastíníme situaci, která nastane v brzké době tím, že začnou platit TSI pro konvenční tratě (CR) ENE a také se dozvíme něco málo o naší první vysokorychlostní trati, která plně vyhovuje TSI HS ENE. O jednotlivých TSI již bylo napsáno mnoho, takže si článek neklade za cíl dopodrobna seznamovat čtenáře s jednotlivými body TSI ENE, které jsou mimo jiné pro zájemce volně ke stažení na stránkách Ministerstva dopravy ČR. 1 Ing. Ivan Dobeš, narozen 1981; vystudoval Západočeskou univerzitu v Plzni, Fakultu elektrotechnickou, obor Dopravní elektroinženýrství - elektrická trakce; od roku 2007 pracuje jako systémový specialista ve Výzkumném Ústavu Železničním a.s., dobesi@cdvuz.cz 1

16 2. TSI CR ENE Při vzniku TSI pro konvenční železnici stály tyto až na vedlejší koleji. To znamená, že zpracovatelé se nejdříve soustředili na TSI HS. Nyní, kdy je TSI HS ENE dávno publikována, nadešel čas zaměřit se i na pomalejší tratě. Naštěstí v případě schvalování subsystémů, k nimž nejsou doposud TSI vydány, pamatuje na tuto přechodnou záležitost Směrnice 2008/57/ES článkem 17 a to odkazem na národní legislativu (u nás vyhláška Ministerstva dopravy 352/2004 o provozní a technické propojenosti evropského železničního systému). Konečný návrh TSI CR ENE byl schválen v listopadu Důvodem, proč tyto TSI nejsou ještě vydány, je úzký vztah a provázanost, která existuje mezi jednotlivými TSI pro konvenční dráhy (energie, infrastruktura, kolejová vozidla), který neumožňuje vydání těchto TSI pro jednotlivé subsystémy odděleně. Díky křížovým odkazům, jimiž se jeden subsystém odkazuje na druhý, by při dřívějším vydání kteréhokoliv subsystému bylo způsobeno více legislativního chaosu než užitku. Nyní jsou již všechny návrhy TSI schváleny Evropskou komisí a nacházejí se ve fázi překladu. Po zkušenostech s nekvalitním a v mnoha ohledech nejednoznačným překladem je nyní této fázi věnována náležitá péče. V minulosti docházelo v různých jazykových mutacích stejných TSI k odlišnému výkladu. Přestože TSI CR ENE ještě není oficielně vydána, z následujícího přehledu parametrů je zřejmé, že se v zásadě konvenční TSI nebude lišit od vysokorychlostní TSI. Proto se předpokládá, že po vydání konvenční TSI pro ENE se začne pracovat na jejich spojení. Do subsystému Energie (ENE) zahrnujeme napájecí stanice, trolejové vedení a také cestu zpětného proudu - viz Obr.1. Do subsystému ENE rovněž patří interakce mezi pantografovým sběračem a trolejovým vedením. Každý subsystém obsahuje prvky interoperability. V případě subsystému Energie je to pouze jeden prvek, a to trolejové vedení. V první verzi TSI HS ENE sice na pozici prvků interoperability figurovaly ještě sběrač a obložení smykadla, ale po jeho revizi již tyto dva prvky po právu přešly tam, kam správně patří a to do subsystému kolejová vozidla. 2

17 subsystém Energie subsystém Kolejová vozidla Obr.1: Oblast působnosti subsystému Energie Základní parametry, které charakterizují subsystém Energie, jsou: 1. Základní požadavky obecně stanovené přílohou III. Směrnice 2008/57/ES. Tyto požadavky pro subsystém ENE jsou bezpečnost, ochrana životního prostředí a technická kompatibilita. 2. Požadavky dle TSI ENE - týkají se především trolejového vedení a jeho napájení. Napájení: Napětí a kmitočet Parametry vztahující se k výkonnosti napájecí soustavy Kontinuita napájení v případě poruch v tunelech Proudová zatížitelnost, stejnosměrné soustavy, stojící vlaky Rekuperační brzdění Opatření pro koordinaci týkající se elektrické ochrany Účinky harmonických a dynamické účinky na střídavé soustavy Vybavení pro měření spotřeby elektrické energie Geometrie trolejového vedení a jakost odběru proudu: Geometrie trolejového vedení Obrys pantografového sběrače Střední přítlačná síla Dynamické chování a jakost odběru proudu Vzdálenost mezi pantografovými sběrači Materiál trolejového vodiče Úseky pro oddělení fází Úseky pro oddělení soustav Požadavky interoperability vycházejí z platných evropských norem, které byly implementovány i do systému ČSN. Jelikož jsou TSI závazné, stávají se tyto normy při projektování, realizaci a uvádění do celého subsystému také závaznými. Seznam 3

18 těchto osmi norem je v následující Tabulce 1 spolu s uvedením jednotlivých bodů, jichž se týkají: Tabulka 1 - Normy v TSI Norma Název normy Dotčené základní parametry ČSN EN Drážní zařízení - Pevná trakční zařízení - Trolejová vedení pro elektrickou trakci Proudová zatížitelnost Výška trolejového vodiče Změna výšky trolejového vodiče Dynamické chování a jakost odběru proudu Úseky pro oddělení soustav ČSN EN ČSN EN ČSN EN ČSN EN ČSN EN ČSN EN ČSN EN Drážní zařízení - Pevná trakční zařízení - Část 1: Ochranná opatření vztahující se na elektrickou bezpečnost a uzemňování Drážní zařízení - Pevná trakční zařízení - Část 2: Ochranná opatření proti účinkům bludných proudů způsobených DC trakčními proudovými soustavami Drážní zařízení - Pevná drážní zařízení - Elektrická trakce - Profilový trolejový vodič z mědi a slitin mědi Drážní zařízení - Systémy odběru proudu - Požadavky na měření dynamické interakce mezi pantografovým sběračem a nadzemním trolejovým vedením a ověřování těchto měření Drážní zařízení - Systémy odběru proudu - Ověřování simulace dynamické interakce mezi pantografovým sběračem a nadzemním trolejovým vedením Drážní zařízení - Systémy sběračů proudu - Technická kritéria pro interakci mezi pantografem a nadzemním trolejovým vedením Drážní zařízení - Napájení a drážní vozidla - Technická kritéria pro koordinaci mezi napájením (napájecí stanicí) a drážními vozidly pro dosažení interoperability Ochranná opatření týkající se trakčních napájecích stanic Ochranná opatření týkající se trakčního vedení Ochranná opatření týkající se obvodu zpětného proudu Úseky pro oddělení soustav Materiál trolejového drátu Dynamické chování a jakost odběru proudu Dynamické chování a jakost odběru proudu Proudová zatížitelnost Střední přítlačná síla Úseky pro oddělení fází Parametry vztahující se na výkonnost napájecí soustavy Opatření pro koordinaci týkající se elektrické ochrany Účinky harmonických a dynamické účinky na střídavé soustavy Úseky pro oddělení fází 4

19 3.TSI HS ENE Ve vyspělé Evropě je již samozřejmostí, že konkurenceschopnost železniční dopravy při přepravě na větší vzdálenosti je úměrná rychlosti a pohodlí. Proto se započalo s výstavbou vysokorychlostních tratí (VRT). Historie vysokorychlostních tratí v Evropě se začala psát ve Francii roku 1981 otevřením 410 km dlouhého úseku Paříž Lyon a pokračuje masivní rozšiřování sítě v 90. letech zejména v Německu a Španělsku s plánem dosáhnout délky km v roce Na konci roku 2007 byla celková délka vysokorychlostních tratí v EU 5540 km (viz Tabulka 2). Dnes je to již zase o pár desítek kilometrů více. Tabulka 2 jednak ukazuje rozložení HS tratí dle jednotlivých zemí, jednak počty tratí posouzených dle TSI HS ENE. Počet tratí schválených podle TSI pochopitelně narůstá s počtem nově postavených tratí, protože již neexistuje možnost uvést v EU do provozu HS trať bez příslušného posouzení. Procento tratí schválených dle TSI HS ENE se nám může zdát malé, ale musíme si uvědomit, že tyto specifikace vstoupily v platnost teprve v květnu roku 2002 (pod číslem 2002/733/ES). Tabulka 2 - Délka železničních tratí ověřených dle TSI HS ENE Členský stát Délka tratí poznámka Délka tratí schválených dle HS TSI ENE v r bez omezení s omezením celkově km % z délky tratí km % z délky tratí km % z délky tratí BE DE ES FR IT 562 není známo UK celkově poznámka: celková délka vysokorychlostních tratí, kilometry v r Zdroj: ERA Zpráva o pokroku železniční interoperability v Evropské unii U nás se myšlenkou vybudovat VRT zabývají odborníci již od 70. let. Bohužel v dnešní době 21. století, kdy se těžko nacházejí peníze i na modernizaci našich koridorů, asi nelze očekávat zásadní pokrok. I když jedna výjimka by se přeci jen našla. Železniční zkušební okruh Výzkumného Ústavu Železničního (VUZ) v Cerhenicích sice nelze považovat za dráhu zařazenou do evropského železničního systému, lze jej přesto svými parametry zařadit do vysokorychlostního železničního systému. Výzkumný Ústav Železniční zmodernizoval během dvou fází a dvou let celý subsystém Energie tak, jak je popsán v TSI HS ENE. V první fázi byla zmodernizována napájecí stanice. Největších změn se dočkal především systém DC 3 kv, kde bylo dosaženo zvýšení výkonu na 10 MW. U ostatních stejnosměrných systémů (1,5 kv a 750 V) bylo dosaženo výkonu 5 MW. Modernizací prošly i střídavé napájecí systémy 25 kv, 50 Hz a 15 kv 16,7 Hz. Tyto parametry vyhoví téměř jakémukoliv modernímu kolejovému vozidlu. Více o této stavbě naleznete ve 28. čísle VTS ČD. 5

20 Tabulka 3 - Základní parametry napájecí stanice ŽZO Cerhenice Technické parametry NS napájecí systém 3 kv DC 1,5 kv a 750 V DC 25 kv, 50 Hz 15 kv, 16,7 Hz rozsah regulace napětí 1,7-4,0 kv 0,4-1,8 kv kv 2,0-17,5 kv výstupní výkon 10 MW 5 MW 10 MW 9 MW Ve druhé fázi modernizace ŽZO, kde již nemůžeme mluvit o rekonstrukci, bylo nově postaveno trolejové vedení. Trolejové vedení je typu J250, které můžeme považovat za vůbec první vysokorychlostní vedení u nás. Projekt vypracoval SUDOP Brno a zrealizoval EŽ Praha. Sestava typu J250 konstrukčně vychází z klasické sestavy J, kde jsou provedeny dílčí změny, především zvýšení tahů v trolejovém drátu, aby byly dosaženy parametry vedení pro vyšší rychlosti. Sestavu J250 jakožto prvek interoperability má její výrobce EŽ Praha certifikovanou dle TSI HS ENE již od roku Před uvedením do provozu trolejové vedení ověřili pracovníci Technické ústředny dopravní cesty (TÚDC) provedením zkušebních jízd s jednotkou řady 680 až do rychlosti 210 km/h. Při těchto jízdách byly ověřeny jak statické, tak i dynamické parametry TV. Na velkém zkušebním okruhu VUZ bylo namontováno první vysokorychlostní vedení splňující podmínky TSI HS ENE v ČR. Nyní by bylo potřeba, aby se k této první vlaštovce přidaly i další a to již na síti SŽDC. Tabulka 4 - Základní parametry TV Velkého okruhu ZC Velim trolejový drát nosné lano přídavné lano Parametry trolejového vedení ŽZO parametr veličina J250 s PL J250 bez PL typ Ri 150 Ri 150 tah kn 20,00 20,00 délková hmotnost kg/m 1,34 1,34 typ Cu 120 Cu 120 tah kn 15,00 15,00 délková hmotnost kg/m 1,07 1,07 tah kn 2,90 -- délka m 14,00 -- zesilovací vedení typ 2 x Cu Posuzování shody Posuzováním shody s parametry TSI se zabývá Notifikovaná osoba (Notified Body či NoBo). V ČR je touto notifikovanou osobou již od roku 2006 VUZ a.s., který má oprávnění k posuzování všech strukturálních subsystémů a jejich prvků. 6

21 4.1 Moduly Proces kontroly parametrů prvku nebo subsystému ENE se řídí poměrně přísnými pravidly, která uvádí každá TSI. Postup posouzení je určen tzv. moduly. Tyto moduly jsou uvedeny v příloze každé TSI. TSI ENE uvádí tři moduly pro posouzení prvku interoperability a dva moduly pro posouzení subsystému. Z těchto modulů jsou pro subsystém Energie nejpoužívanější: 1. Modul B přezkoušení typu dle tohoto modulu NoBo postupuje při posouzení prvku interoperability (v našem případě TV) 2. Modul C Shoda s typem dle tohoto modulu postupuje výrobce prvku interoperability při vypracování ES prohlášení o shodě 3. Modul SG Ověřování každého jednotlivého výrobku dle tohoto modulu postupuje NoBo při posouzení subsystému ENE Pro jiné subsystémy se používají i další moduly, z nichž některé by vhodně zapadaly i do subsystému Energie a důvod jejich nezařazení do ENE není zřejmý. 4.2 Registr infrastruktury Při posuzování subsystému je součástí ES certifikátu o ověření subsystému také Soubor technické dokumentace. Zde spočívá práce NoBo pouze ve zkompletování tohoto souboru, který obsahuje základní údaje o subsystému či prvku. Rozsah těchto údajů se liší dle zvoleného modulu. Jedním ze základních údajů pro soubor technické dokumentace je registr infrastruktury. Registr infrastruktury je soupis základních charakteristik a je podrobně specifikován v příloze každé z TSI. Fungující registr infrastruktury by měl být vlastně benefitem celého systému, který uvede celé snažení o interoperabilitu jednotlivých drah ve funkční celek. V registru bude umožněno vyhledávat dle zadaných parametrů vlakovou cestu, zjišťovat jednotlivá místa, jichž se týká omezení či odchylky od TSI. Tuto evidenci registrů bude mít s největší pravděpodobností ve správě ERA (Evropská železniční agentura) a povinností členských států bude doručit jí požadovaná data. Obsah registru pro ENE tvoří vedle elektrických parametrů (napětí, kmitočet, proudové omezení, atd.) také konfigurace vozidla a uspořádání dělicích úseků napájení. Registr pro subsystém energie je opět téměř stejný jak pro HS TSI, tak pro CR TSI. 7

22 Tabulka 5 - Informace vkládané do registru infrastruktury požadované TSI CR ENE Položka Parametr, prvek interoperability Odkaz na kapitolu TSI CR ENE 1 Napětí a kmitočet Maximální proud vlaku Proudová zatížitelnost, stojící vlaky, pouze stejnosměrné soustavy Podmínky využití rekuperované energie Jmenovitá výška trolejového vodiče Povolený profil / povolené profily pantografového sběrače Maximální traťová rychlost s jedním pantografovým sběračem v provozu (pokud je relevantní) Konstrukční typ trolejového vedení z pohledu minimální vzdálenosti pantografových sběračů Minimální vzdálenost mezi sousedními pantografovými sběrači (pokud je relevantní) Větší počet pantografových sběračů než dva, pro které je trať navržena (pokud je relevantní) Povolený materiál obložení smykadla Úseky pro oddělení fází: typ použitého úseku pro oddělení Informace o provozu, konfigurace zvednutých pantografových sběračů Úseky pro oddělení soustav: typ použitého úseku pro oddělení Informace o provozu: vypnutí automatického vypínače, spuštění pantografových sběračů 14 Zvláštní případy Jakékoliv další odchylky od požadavků TSI 5. Závěr Tento článek si nekladl za cíl dopodrobna popsat TSI pro subsystém Energie, k tomu jsou určeny jednotlivé TSI, cílem je pouze seznámit se základními vazbami a nabídnout nezávislý pohled na danou problematiku vysokorychlostních i konvenčních TSI. Tím, že jsme součástí Evropské unie, se nás otázka interoperability týká a bude se nás toto centrální plánování týkat čím dál více. Příští rok vstoupí v platnost TSI pro konvenční železnici. Tento okamžik bude vyžadovat určitou dávku připravenosti od profesí, které s danou problematikou přicházejí do styku. Okřídlená věta Takto jsme to dělali dosud a tak je to správně už nemusí vždy platit. 8

23 Literatura [1] Rozhodnutí komise ze dne 6. března 2008 o technické specifikaci pro interoperabilitu subsystému Energie transevropského železničního systému [2] Návrh Rozhodnutí komise o technické specifikaci pro interoperabilitu subsystému Energie transevropského železničního systému [3] Biennial Report on the Progress with Railway Interoperability in the European Union (2009) Praha, říjen 2010 Lektoroval: Ing. Vladimír Kudyn, Ph.D. SŽDC, s.o. 9

24 Petr Jindra 1 Předpoklady úspěšné implementace TSI pro subsystém telematické aplikace v nákladní dopravě v podmínkách českého železničního nákladního dopravce Klíčová slova: dopravní telematika, interoperabilita, nákladní doprava, plán přepravy, technické specifikace, telematické aplikace, železniční systém Problematikou technických specifikací pro interoperabilitu evropského železničního systému a konkrétně specifikací pro interoperabilitu telematických aplikací v nákladní dopravě se v posledních letech odborná veřejnost zabývá velmi intenzivně. Přesto nebylo toto téma dosud zpracováno dostatečně analyticky se zaměřením na chybějící články či procesy, které podmiňují efekt očekávaný Evropskou komisí. Z tohoto důvodu se podmínkami, nezbytnými pro plné využití potenciálu interoperabilních telematických aplikací, zabývala velmi podrobně dizertační práce autora tohoto příspěvku [1]. Práce byla obhájena v březnu 2010 a stručné shrnutí dosažených výsledků je obsahem následujícího textu. 1. Analýza procesů dotčených Nařízením o TSI TAF V diagramu na obrázku č. 1 je sestaven hrubý popis modelu obchodních a provozních procesů, jež byly podle autorovy analýzy toků hlášení uvažovány při vzniku Nařízení Komise č. 62/2006 o TSI TAF [2]. Je patrné, že Nařízení nebralo v úvahu všechny reálné procesy uskutečňované s vozovou zásilkou v průběhu jejího životního cyklu. Není zmíněn plánovací proces přepravy, tvorba jízdních řádů a problematika řadících prací, přestože jsou neoddělitelnou součástí přepravy. Stejně tak mimo oblast působnosti zůstala problematika fakturace a finančního vyrovnání mezi subjekty. Rovněž problematika elektronického nákladního listu je řešena pouze z dopravního pohledu. Důsledkem toho je, že interoperabilita telematických aplikací v nákladní dopravě, předepsaná Nařízením o TSI TAF, se v podstatě zaměřuje pouze na vybrané procesy s rozhodujícím dopadem na informovanost zákazníka o předpokládaném čase dodání, resp. informovanost držitele vozu o skutečnostech potřebných pro efektivní řízení vozového parku. Všechny ostatní procesy zůstávají interní věcí každého dopravce, který by je ovšem měl maximálně využít pro podporu své činnosti. 1 Ing. Petr Jindra, Ph.D. (1963), absolvent magisterského studia na Univerzitě Pardubice, Dopravní fakultě Jana Pernera, obor Dopravní management, marketing a logistika (2002) a doktorského studia na téže škole, obor Technologie a řízení dopravy (2010). Pracuje na Generálním ředitelství společnosti ČD Cargo, a. s., Odboru informatiky a řízení změn, zabývá se mezinárodní výměnou dat. Petr.Jindra@cdcargo.cz 1

25 Obrázek 1 Pojetí obchodních a provozních procesů podle TSI TAF Zdroj: autor na základě analýzy [2] 2

26 Uvažované procesy začínají v okamžiku doručení údajů nákladního listu tzv. hlavnímu železničnímu podniku (HŽP, termín zavedený Nařízením o TSI TAF), který vystupuje v roli organizátora dopravních a přepravních činností. Může jím být železniční podnik (zúčastněný i nezúčastněný v přepravním řetězci), ale jeho funkci mohou plnit i zasilatelé či operátoři intermodálních terminálů. Hlavní železniční podnik iniciuje proces ověření dostupnosti zdrojů k provedení přepravy u potenciálně vhodných železničních podniků. V tomto okamžiku se doprava jednotlivého vozu posouvá do roviny dopravy vlaku. Následují tedy procesy spojené s komunikací železničního podniku a příslušného provozovatele infrastruktury, které se týkají přípravy jízdy vlaku podle zákonných požadavků provozu na infrastruktuře daného PI, příp. upřesněných vzájemnými smlouvami mezi PI a ŽP. Významným faktorem konceptu výměny zpráv podle TSI TAF je komunikace železničního podniku (ŽP) s provozovatelem infrastruktury (PI), prováděná výhradně na úrovni objektu vlak, zatímco mezi železničními podniky navzájem probíhá komunikace na úrovni objektu vůz. Vlastní jízda vlaku se řídí podmínkami příslušného provozovatele infrastruktury a TSI pro interoperabilitu telematických aplikací stanoví množinu hlášení, která jsou si zainteresované subjekty povinny vyměňovat v různých fázích dopravy vlaku/vozu. Z těchto podkladů železniční podniky vypočítávají předpokládaný čas výměny vozu s následujícím ŽP v přepravním řetězci (ETI), resp. předpokládaný čas jeho příjezdu do stanice určení (ETA). Předepsané údaje jednak ukládají do příslušných databází, jednak je předávají ostatním zúčastněným, zejména hlavnímu železničnímu podniku a za vlak aktuálně odpovědnému provozovateli infrastruktury. 2. Analýza jednotlivých skupin hlášení podle TSI TAF Nařízení o TSI TAF předpokládá existenci 45 hlášení obsažených celkem v devíti skupinách. Ta si budou železniční podniky a provozovatelé infrastruktury povinni vyměňovat mezi sebou, resp. distribuovat do centrálních úložišť nebo je odtamtud přebírat. Přímá souvislost mezi těmito skupinami hlášení je poměrně nízká. Všechna ale přispívají k tomu, aby potřebná data, sloužící pro zvýšení informovanosti zákazníka, byla pro tyto účely k dispozici. Kromě toho Nařízení počítá s řadou lokálně a centrálně umístěných databází a referenčních souborů jako nezbytných zdrojů pro tvorbu předepsaných hlášení. V analytické části dizertační práce byla provedena analýza uvažovaných hlášení z hlediska procesů, které doprovázejí. Z pohledu informačních technologií nejsou zprávy jednoznačně vymezeny komu přesně mají být odeslány, ve kterém okamžiku nejdříve/nejpozději atd. Podrobný rozbor obsahu jednotlivých hlášení by byl nad možnosti a rozsah tohoto příspěvku. 3

27 Skupinami hlášení, vyměňovanými mezi účastníky přepravního procesu jsou: 1. Údaje nákladního listu 2. Žádost o trasu 3. Příprava vlaku 4. Prognóza jízdy vlaku 5. Informace v případě narušení provozu 6. Umístění vlaku 7. ETI/ETA zásilky 8. Pohyb vozu 9. Vykazování výměny Vedle těchto skupin je další klíčovou složkou modelu výměny zpráv problematika datových úložišť a referenčních souborů, kterým se věnuje samostatná část Nařízení. 3. Shrnutí identifikovaných problémů V následujícím výčtu jsou shrnuty nejvýznamnější identifikované problémy společně s návrhem potenciálního řešení. Jejich seskupení je provedeno na základě předpokládané závažnosti a možnosti řešení. A) Technologická skutečnost 1. Subjekt hlavního železničního podniku není kromě Nařízení o TSI TAF jinde popsán, nejsou definovány jeho vazby a odpovědnosti z pohledu komerčního (hrazení přepravného atd.). Lze v něm ale také spatřovat i partnera zajišťujícího efektivní využívání vozového parku železničního podniku (podniků). Jedná se o danou skutečnost, které je třeba se technologicky přizpůsobit. B) Problémy, které je možné řešit na úrovni vlastního subjektu 2. Nařízení o TSI TAF se žádným způsobem nestaví do souvislosti s procesy vstupů do nákladního listu, zejména v jeho elektronické podobě. Přestože elektronický nákladní list musí zachycovat reálné procesy uskutečňované se zásilkou, koncept interoperability telematických aplikací podle TSI TAF se jimi nezabývá. Pravděpodobně bude řešitelné pouze odděleně, jako paralelní procesy. Souvislosti a dopady požadavků TSI TAF bude třeba řešit v součinnosti s pracemi na vývoji a zavádění elektronického nákladního listu. 4

28 3. Pro dosažení plné interoperability mezi železničními subjekty bude důležitým předpokladem dostupnost spolehlivých, aktuálních a přesných technických údajů o železničních vozech. Každý subjekt, potenciálně zapojený do výměny dat podle konceptu TSI TAF, musí zajistit, aby měl k dispozici všechny předepsané údaje o svých vozidlech a rovněž nastavit odpovídající proces jejich aktualizace. Otázkou zůstane, jakým způsobem budou tato data zpřístupněna ostatním účastníkům. Koncept TSI TAF totiž nepředpokládá jejich přenos ve zprávách. 4. Kritické místo lze rovněž spatřovat v procesu rozhodování, která hlášení (o kterých událostech spojených s každým jedním vozem vlaku) poslat kterému subjektu. Toto rozhodování by podle ustanovení TSI TAF mělo zajistit tzv. společné rozhraní, což se však bez zásadní podpory interních systémů všech zúčastněných nejeví jako reálné. Schopnost společného rozhraní by neměla být přeceňována a interní systémy účastníků by měly být připraveny na adresování příslušných zpráv podle vlastních pravidel, resp. podle referenčního souboru kódů partnerů v datové výměně, jehož existenci Nařízení rovněž předpokládá. C) Problémy, které je nutné řešit ve spolupráci se spolupracujícími subjekty 5. Provozní databáze vozů a intermodálních jednotek se jeví jako další kritický prvek úspěšné realizace interoperability telematických aplikací. Bez její spolehlivé funkce jako úložiště dat o pohybu vozů (a potenciálně o jejich technických údajích), přístupného pro všechny zúčastněné, nebude možné zajistit všechny funkčnosti nezbytné pro výměnu předepsaných hlášení. Na národní úrovni není možné samostatně řešit. Otázka centralizace bude pravděpodobně rozhodnuta mimo vliv jednotlivého subjektu, nejspíše na úrovni Evropské agentury pro železnici (ERA). Je třeba se připravit na řešení necentrální (tj. komplikovanější, i když bezpečnější), avšak s možností snadného přechodu na architekturu centrální. 6. Hlášení skupiny Příprava vlaku budou vyžadovat značné zpřesnění, aby mohla plnit svůj účel. Na národní úrovni je možné řešit pouze omezeně, dohodou s místními provozovateli infrastruktury. Pokud nedojde k obecným 5

29 zpřesněním, bude nutné je podrobně stanovit při uzavírání vzájemných smluv železničních podniků a provozovatelů infrastruktury. 7. Nezbytným předpokladem pro dosažení interoperability mezi telematickými aplikacemi je mezinárodně jedinečná identifikace vlaku. Řešitelné pouze formou mezinárodní dohody (dohod). Dokud nebude plně standardizováno, bude přenášení předepsaných zpráv spojeno se značným rizikem chyb a potřeby manuálních zásahů. 8. Existenci Referenčního souboru kódů přepravců lze vzhledem k jejímu účelu (uchovávat data o zákaznících) považovat za problematický požadavek normy TSI TAF. Není však kritický pro dosažení interoperability telematických aplikací ve smyslu Nařízení. Lze předpokládat, že tento soubor nebude v datové výměně vyžadován. V krajním případě je pro ochranu soutěže možné očekávat až soudní řešení. D) Klíčové problémy 9. Za rozhodující předpoklad úspěšné implementace interoperability v oblasti telematických aplikací lze považovat proces tvorby plánu přepravy v reakci na poptávku jejího uskutečnění. Je třeba zajistit existenci nástroje pro tvorbu plánů přepravy vozů (dále popsáno v části 5). 10. Implementace funkcionality výpočtu ETI/ETA bude jednou z nejobtížnějších částí řešení, zejména její řetězová složka postupného předávání mezi železničními podniky. Zřejmá spojitost s problematikou tvorby plánu přepravy vozů. 11. Je možné očekávat velmi pravděpodobný problém nesolidního chování prvního železničního podniku v přepravním řetězci. Každý ŽP na začátku řetězce se bude snažit přepravit zásilku s co nejnižšími náklady pravidelnými vlaky i za cenu toho, že navazujícím ŽP zbude na uskutečnění přepravy v požadované lhůtě kratší doba. Vyloučení, resp. omezení takovéhoto chování, bude možné za předpokladu fungování cyklické tvorby plánu přepravy zmíněné v části 6. 6

30 S ohledem na aktuální úroveň výměny dat mezi zúčastněnými subjekty v oblasti železniční nákladní přepravy v České republice je možné předpokládat, že hlášení, která budou vyžadovat zvláštní pozornost, se budou týkat oblastí Údaje nákladního listu, Žádost o trasu, Příprava vlaku, ETI/ETA zásilky. U ostatních skupin hlášení by se neměly vyskytnout vážnější problémy. 4. Návrh úprav procesů a informačních systémů dotčených normou V předchozí části bylo identifikováno, že z potenciálních problémů při realizaci konceptu interoperability telematických aplikací v nákladní dopravě je zřejmým úzkým hrdlem, které je nutné a možné účinně řešit na úrovni každého subjektu, přípravná fáze přepravy. Pro naplnění nezbytného předpokladu interoperability, tj. přípravy plánu přepravy vozu, je třeba velmi přesného a spolehlivého procesu plánování na všech stupních obchodní a provozní práce železničního podniku. Železniční doprava je podnikání se všemi atributy, tedy činnost provozovaná za účelem dosažení zisku. V tomto pojetí je nejdůležitějším rysem činnosti stránka finanční kdo realizované výkony uhradí. Hlavní těžiště plánovacího procesu se v budoucnu ještě více přesune do problematiky uzavírání smluv a co nejpřesnějšího plánování provozní práce (a samozřejmě následné fakturace výkonů). Pouze spolehlivé plánování, pokud možno bez nahodilých výkyvů, může zefektivnit proces vytěžování vlaků, umožnit lepší využití náležitostí a přiblížit se skutečné schopnosti reálně konkurovat silniční dopravě. V železničním podnikání blízké budoucnosti bude tedy třeba co nejvíce sblížit dva kdysi krajní extrémy strategie provozování železniční nákladní dopravy: zda dopravovat vlaky plně vytížené na normativ hmotnosti nebo délky i za cenu nedodržování jízdního řádu, nebo zda dodržovat jízdní řád i za cenu provozování nevytížených vlaků. Průsečík těchto extrémů zřejmě spočívá v co nejpřesnějším plánování obchodního procesu, vlakotvorby, a v častějších a pružnějších změnách jízdních řádů. Přiblížení se optimu je nezbytný předpoklad konkurenceschopnosti a nákladové efektivnosti železničního podniku. Na základě podmínek a předpokladů, zjištěných v průběhu řešení dizertační práce, bylo možné navrhnout dále popsanou změnu pojetí plánovacího procesu železničního nákladního dopravce. 7

31 5. Proces tvorby plánu přepravy železničního podniku Splnění požadavků na interoperabilitu telematických aplikací podle TSI TAF předjímá existenci plánů přepravy. Tyto reálné plány je železniční podnik schopen vytvořit pouze při maximální znalostí budoucího vývoje provozní práce. Ideální informační systém železničního podniku by s dostatečným předstihem spolehlivě evidoval všechny vstupy. Operativní zavádění a odříkání vlaků by nebylo potřeba, všechny vlaky by byly vytížené na určité procento pod omezující normativ. Dosáhnout této přesnosti a spolehlivosti však v provozní realitě není možné. Zásadní požadavek na plánovací proces je naznačen na obrázku č. 2. Plánování provozní práce by mělo začínat na úrovni střednědobých plánů přepravců. Jejich využití při změnách jízdního řádu musí být upřednostněno před statistickými hodnotami historických přepravních proudů. Je třeba vycházet z faktu, že čím předvídatelnějších vstupů železniční podnik dosáhne, tím přesněji (a tedy levněji) bude moci provozní práci řídit. Navrhovaný koncept předpokládá co nejširší zapojení dostupných informací o očekávaných požadavcích na přepravu do procesu tvorby jízdních řádů a postupně až do směnového plánování provozní práce. Údaje, shromažďované v interní databázi požadavků na přepravu, by mělo být možné průběžně přiřazovat k přepravním a vozovým proudům v podstatě až na úroveň plánování relací a ve střednědobém horizontu je rovněž využít při tvorbě jízdních řádů. Z hlediska základního řízení by tyto údaje měly sloužit jako zdroj přehledu o budoucím vývoji ekonomické situace podniku pro střední management. Databáze požadavků na přepravu by tedy měla obsahovat informace o rámcových plánech a objemech přepravy rozhodujících zákazníků podle uzavřených smluv. Dále by ji mělo být možné průběžně zpřesňovat tzv. interními Přihláškami nakládky, alespoň v měsíčním předstihu. Zákazníky, kteří by na toto zpřesňování přistoupili, by bylo vhodné nějakým způsobem zvýhodnit (např. zvýšením priorit jejich přeprav vzhledem k jejich dlouhodobě známému požadavku). 8

32 Obrázek 2 Návrh procesu tvorby plánu přepravy v interním IS ŽP Zdroj: vlastní návrh autora 9

33 Z pohledu operativního řízení však teprve Přihláška nakládky, resp. Vozový příkaz od spolupracujícího železničního podniku, aktivuje proces přidělení vozů na vlaky. V tomto okamžiku dochází k systémovému přidělení vozu do konkrétního vlaku. Prázdné vozy k nakládce systém do vlaků přiděluje podle algoritmu, uvažujícího naléhavost časového termínu a ekonomickou významnost obchodního případu, k němuž je vůz dirigován. Přihláška nakládky vlastního zákazníka železničního podniku rovněž v případě potřeby spolupráce s jinými ŽP aktivuje proces tvorby předběžných Vozových příkazů pro tyto ŽP jako dodatečných vstupů do jejich interních plánovacích procesů. Podmínky udržení konkurenceschopnosti celého oboru si zřejmě vyžádají užší vztahy mezi spolupracujícími ŽP v podobě častější (možná dokonce přímé) výměny průběžných informací o požadavcích na přepravu, a to mnohem dříve, než teprve prostřednictvím Vozových příkazů. Jako objednávku přepravy, aktivující proces přidělení vozů na vlaky, je v tomto ohledu třeba uvažovat kromě Přihlášek nakládky a Vozových příkazů také přepravy již probíhající, které z nějakého důvodu nestihly přechod mezi vlaky. Obrázek č. 2 rovněž uvažuje proces příjmu údajů nákladního listu, tedy v podstatě akt uzavření přepravní smlouvy. Pro potřeby procesů plánování nemají tyto údaje význam, v systému pouze doplní záznam komerčními daty. Vstup dat v podobě Vozových příkazů od spolupracujících železničních podniků je podroben nezbytnému testu na existenci smlouvy o uskutečnění této přepravy. Tím budou eliminovány možné záměny subjektů, které mají danou přepravu z určitého místa uskutečnit, a současně ověřeny platební podmínky obchodního případu. V případě rozporu bude další postup stanoven individuálně ve spolupráci zaměstnanců obchodního a provozního útvaru. Rozhodovací proces přidělení vozu na vlak je pojat tak, aby přednostně využil pravidelné, resp. již zavedené vlaky ad hoc [3], přičemž pro potřeby přidělování je v tomto okamžiku již možné považovat oba druhy za vlaky pravidelné. V případě negativního výsledku přidělení (omezující normativ pravidelného vlaku je již vyčerpán) systém ve spolupráci s interní databází požadavků na přepravu nabídne zaměstnanci s příslušnou rozhodovací pravomocí variantní řešení, ohodnocené podle stanovených parametrů. Lze předpokládat pět možných variant dalšího postupu podle nákladnosti a důsledků jejich uskutečnění: 1. čekat s konkrétní zátěží do příštího pravidelného odlivu, 2. změnit rezervace v daném vlaku podle nastavených priorit, 3. vézt zátěž jinými relacemi, 4. zavést dodatečný vlak (požádat o trasu vlaku ad hoc, pokud existují disponibilní kapacity na jeho provoz), 5. za daných podmínek na obchodní případ rezignovat. 10

34 Tato podpora rozhodování musí vzít v úvahu co nejvíce ekonomických a politických podmínek k řešení situace. Zejména to znamená, že musí přednostně zvážit možnost výměny již rezervovaného místa ve vlaku pro vůz, jehož požadovaný čas dodání je stále dostatečně vzdálený, nebo pro prázdný vůz určený k nakládce, který má ještě dostatečnou rezervu do termínu požadovaného přistavení. Řízení priorit na základě přesných informací o plánech přepravy by mělo být systémem vždy uváženo dříve, než se realizuje případná objednávka trasy ad hoc. Konkrétní možnost vybere příslušný zaměstnanec podle aktuálních podmínek a doporučení systému. Rozhodnutí o zavedení vlaku ad hoc povede ke standardním procesům Žádosti o trasu podle TSI TAF. Teprve po přidělení vozu na konkrétní vlak (vlaky) u vlastního železničního podniku je zahájen proces tvorby plánu přepravy včetně výpočtů předpokládaných časů výměny vozu s navazujícím ŽP (ETI), resp. času dodání (ETA). Proces pokračuje přípravou vlaku k jízdě, která je doprovázena předepsanými hlášeními. Toto pojetí však naznačuje, že tvorba plánů přepravy vozů by měla zůstat spíše na úrovni jednotlivých železničních podniků, než být řešena centrálně. Sestavené plány by měly být zveřejňovány oprávněným subjektům v přepravním řetězci jako referenční plány přepravy, včetně nezbytných aktualizací při nepravidelnostech v jejich plnění. Vývoj možná ukáže vhodnost existence centrální databáze plánů přepravy vozů. Aktuálně je však možné předpokládat, že bude postačovat jejich zpřístupnění spolupracujícím železničním podnikům. Systém samozřejmě nikdy nebude schopen v reálním čase, resp. s dostatečným předstihem, plně evidovat všechny vstupující proměnné (vozy z ciziny / od jiných dopravců, vstupy z vleček, opraven, dezinfekčních míst, neuskutečněné přechody mezi manipulačními vlaky apod.). Jeho prostřednictvím je však třeba zajistit co nejpřesnější podporu rozhodovacího procesu provozních zaměstnanců. V teoretické rovině lze uvažovat, že je možné se k určitému zpřesnění přiblížit. Avšak relativně přesné plánování je v tržním prostředí možné očekávat pouze u velkých výrobních celků (dolů, železáren apod.), které musí důkladně plánovat svou vlastní činnost a nemohou si dovolit větší odchylky. V realitě je to nedosažitelný cíl, protože nejen již zmíněné vlivy, ale zejména poptávka po přepravě komodit bude vždy závislá na pohybu ceny komodity na trhu. Potřeba požadovat po zákaznících pravidelnost nakládky je značnou konkurenční nevýhodou železniční dopravy vůči dopravě silniční, která je v pokrytí výkyvů v poptávce mnohem pružnější. Proto bude nezbytné i při relativně spolehlivém plánování vždy umožnit operativní zásahy (ve schématech znázorněny jako individuální řešení ), ovšem s co možná největší podporou informačních technologií. Cílem provozní práce železničního podniku zůstane i po dosažení interoperability telematických aplikací uskutečňovat přepravu přednostně pravidelnými vlaky, byť i jinou trasou/relací. Objednávání trasy ad hoc, hnacího vozidla, personálu, bude hospodárné 11

35 využívat pouze v případech, pokud bude dodatečný vozový proud skutečně nečekaný a pro podnik ekonomicky významný. Informační technologie musí podporovat vytvoření plánu přepravy železničního podniku v co nejkratší době, aby byl ŽP dostatečně pružný při uspokojování poptávky zákazníků po přepravě. Tato doba však musí být zároveň pro ŽP dostatečná k zajištění efektivního řízení vlastní provozní činnosti. 6. Vstup požadavků jiných ŽP do procesu tvorby plánu přepravy Zvláštním, ale velmi důležitým vstupem do plánovacího procesu železničního podniku bude objednávka přepravy spolupracujícím železničním podnikem. Vzhledem k tomu, že přípravná fáze poptávka uskutečnění přepravy není technickými specifikacemi interoperability standardizována, bude muset být řešena mezi ŽP individuálně. Z pohledu možnosti využití nástrojů, poskytovaných interoperabilními telematickými aplikacemi, se jeví jako nejvhodnější možnost využít příchozí hlášení Vozový příkaz cyklicky. Jak je naznačeno na obrázku č. 3, v průběhu prvního cyklu slouží tato informace jako vstup do rezervačního systému na úrovni procesu přidělení vozů na vlaky. V případě neúspěšného přidělení vozu k pravidelnému vlaku by bylo možné v prvním cyklu poptávky odpovědět poptávajícímu ŽP reakcí nabídka alternativy. Touto alternativou je míněna možnost uskutečnit přepravu za jiných než poptaných podmínek, zejména časových. Při poptávce přepravy pomocí předběžného Vozového příkazu oslovený železniční podnik ověří své zdroje, využití kapacity vlaků potenciálně vhodných pro požadovanou přepravu, a navrhne čas, kdy by byl schopen vůz předat dalšímu ŽP/příjemci. To je v souladu s konceptem TSI TAF. V tomto okamžiku se však do procesu musí v případě potřeby úprav vrátit zákazník, se kterým je projednán modifikovaný čas dodání (ETA). Navrhovaný koncept tvorby plánu tedy předpokládá nikoli že zákazník stanoví nejpozdější čas dodání zásilky, ale že všechny oslovené ŽP v prvním kole poptávky předloží své nabídky, v jaké časové lhůtě by bylo možné přepravu uskutečnit pravidelnými vlaky a tedy pro ně nejhospodárněji. Vzhledem k tomu, že zákazníci při uzavírání přepravní smlouvy obvykle netrvají na přesném trvání dané přepravy, ale požadují spolehlivou informaci o předpokládané době příjezdu/dodání a zejména dodržení tohoto termínu, existuje předpoklad, že u části objednávek bude možné v průběhu druhého cyklu vůz zařadit do pravidelných vlaků. Teprve během tohoto druhého cyklu lze uvážit možnost přepravy mimořádným vlakem. Kromě výše uvedeného musí proces tvorby plánu přepravy umožnit rovněž řízení priorit (upřednostňování na základě ceny služby, resp. bonity zákazníků). Nutnost zajistit celistvost zásilky, složené z více vozů, je samozřejmostí. Vzhledem k tomu, že TSI TAF se problematikou sestavy plánu přepravy vozu vůbec nezabývají, bude třeba konkrétní průběh případného druhého cyklu upravit vzájemnými smlouvami mezi železničními podniky. 12

36 Obrázek 3 Návrh procesu zpracování příchozích Vozových příkazů Zdroj: vlastní návrh autora 13

37 7. Shrnutí předpokladů pro úspěšnou implementaci TSI TAF v podmínkách českého železničního nákladního dopravce Při shrnutí závěrů analýzy a syntézy konceptu interoperability telematických aplikací v nákladní přepravě je možné konstatovat, že nedojde k zásadním změnám v procesech technologie práce s vozovou zásilkou před a po realizaci TSI TAF. Bez existence nástroje pro spolehlivé plánování celé přepravy s ohledem na kapacitu vlaků a jeho provázání s provozním informačním systémem však zůstane výsledný stav velice blízko stavu současnému. Nebude-li existovat referenční plán přepravy a možnost korekčních zásahů mezi ním a provozním systémem, nebude mít hlavní železniční podnik k čemu vztahovat reálný průběh procesu, tj. skutečné plnění závazků plynoucích z přepravní smlouvy. ŽP bude mít pouze informace o pohybu konkrétního vlaku, na kterém se vůz vyskytuje, ale nebude schopen odhadnout dopad průběhu na další proces přepravy u ostatních ŽP v řetězci. Nebude tak moci informovat zákazníka o aktuálně předpokládaném čase příjezdu a dodání vozu, a celkový efekt implementace TSI TAF bude podstatně snížen. Proces tvorby plánu přepravy vozu a jeho dodržování jak na úrovni vlastního podniku, tak zejména při zapojení více subjektů v přepravním řetězci, byl identifikován jako zásadní předpoklad pro efektivní řízení nákladů železničního podniku a rovněž pro obhájení smysluplnosti standardů TSI TAF, které jsou Evropskou komisí železničnímu sektoru v podstatě nedobrovolně vnucovány. Seznam obrázků a schémat Obrázek 1 Pojetí obchodních a provozních procesů podle TSI TAF... 2 Obrázek 2 Návrh procesu tvorby plánu přepravy v interním IS ŽP... 9 Obrázek 3 Návrh procesu zpracování příchozích Vozových příkazů

38 Seznam použitých informačních zdrojů: [1] JINDRA, P.: Systémová implementace provozní interoperability železniční nákladní přepravy. Dizertační práce. Univerzita Pardubice, [2] Nařízení Komise (ES) č. 62/2006 ze dne 23. prosince 2005 o technické specifikaci pro interoperabilitu subsystému pro telematické aplikace v nákladní dopravě transevropského konvenčního železničního systému, včetně příloh. [3] Směrnice 2001/14/EC o přidělování kapacit železniční infrastruktury, o zpoplatnění jejího užívání a o bezpečnostní certifikaci ze dne 26. února Seznam zkratek ad hoc DB ETA ETI HŽP IS PI TSI TAF ŽP Z latinského jen pro tento případ. Termín oficiálně používaný Nařízením o TSI TAF i v českém překladu. Databáze Estimated Time of Arrival, předpokládaná doba příjezdu. Estimated Time of Interchange, předpokládaná doba výměny odpovědnosti za vozy mezi dvěma železničními podniky. Hlavní železniční podnik. Železniční podnik nebo integrátor služeb, který organizuje a řídí přepravu vozu v souladu se svým závazkem vůči zákazníkovi (termín zavedený Nařízením o TSI TAF). Informační systém Provozovatel infrastruktury Technické specifikace interoperability pro telematické aplikace v nákladní dopravě Železniční podnik 15

39 Seznam symbolů použitých ve schématech Barvy symbolů slouží pouze pro odlišení příbuzných procesů a objektů. V Praze, září 2010 Lektoroval: Ing. Miroslav Hejcman GŘ ČD, Odbor informatiky 16

40 David Krásenský 1 Rozvoj terminálů pro intermodální dopravu na ose Sever-Jih v rámci projektu SoNorA Klíčová slova: železniční doprava, nákladní přeprava, kombinovaná doprava, intermodální doprava, kontejnerový terminál, mezinárodní spolupráce, udržitelný rozvoj 1 Proč a jak kombinovaná doprava Kombinovaná, nebo obecněji intermodální doprava jako jeden z mála dopravních oborů zažívá navzdory celosvětové hospodářské krizi trvalý dynamický růst. Jak ukazují dostupné statistiky (jako je především Ročenka dopravy, kterou vydává Ministerstvo dopravy ČR), je v průběhu posledních pěti roků tempo nárůstů objemu kontejnerové dopravy prakticky stále dvouciferné. Důvodů, pro které se kombinované dopravě dostává takové pozornosti, je několik. 1.1 Co je to kombinovaná doprava Uveďme nejprve přesnější definice základních pojmů souvisejících s kombinovanou dopravou. Multimodální přeprava je obecně jakákoli přeprava pomocí minimálně dvou druhů dopravy (s nebo bez manipulace obsahem přepravní jednotky). Intermodální přeprava je přeprava dvěma nebo více druhy dopravy pomocí jedné a téže přepravní jednotky bez manipulace s jejím obsahem během přepravy. Kombinovaná doprava je intermodální doprava s podstatnou částí trasy vykonanou železniční, vodní (vnitrozemskou nebo námořní), popřípadě leteckou dopravou, přičemž počáteční a konečná doprava uskutečňující se po silnici je podle možností co nejkratší. Společným principem těchto oborů je nejméně jedna změna druhu dopravy, jejímž cílem je realizace co největší části přepravní trasy pomocí ekologicky a také ekonomicky příznivého druhu dopravy (typicky železniční, vodní). 1 Ing. Mgr. David Krásenský, (krasensky@oltis.cz), nar. 1973, absolvent Fakulty informatiky Masarykovy univerzity Brno a Dopravní fakulty Jana Pernera při Univerzitě Pardubice, obor Technologie a řízení dopravy. Je odborným konzultantem OLTIS Group a.s. pro oblast koncepce a strategie výstavby informačních systémů. 1

41 1.2 Přínosy kombinované dopravy Kombinovaná přeprava zboží integruje do ucelené přepravní jednotky zásadní přednosti jednotlivých dopravních oborů, především železniční, silniční a vodní dopravy, a to na principu spolupráce účastníků přepravního řetězce. Tím přináší zejména následující výhody: železnice je ve srovnání se silniční nákladní dopravou ekologicky příznivější systém a dokáže podle stanoveného jízdního řádu přepravit velké množství zboží nebo nákladových jednotek, a to především na velké vzdálenosti nákladní automobilová doprava se vyznačuje velkou flexibilitou ohledně doby přepravy a dostupnosti koncových bodů (míst nakládky a vykládky); dokáže proto dobře soustředit dopravní proudy do terminálů kombinované dopravy a využít tak efektivitu hromadné přepravy na železnici pro zvýšení produktivity kombinované dopravy vodní doprava umožňuje ještě vyšší koncentraci přepravních proudů, nabízí výhodnější ceny a nižší spotřebu energie než silniční a železniční doprava, navíc při výrazně nižší nehodovosti a bez zatížení pozemní dopravní infrastruktury Obrázek 1: Intermodální doprava překládka kontejnerů v terminálu (Lovosice) 2

42 Nyní velmi stručně shrneme nejdůležitější výhody kombinované dopravy: možnost využití silných stránek každého z druhů dopravy možnost úspory nákladů při vhodné organizaci (např. návoz prostřednictvím služeb drobných dopravců) možnost slučování dopravních proudů, lepší využití dopravních prostředků možnost poskytování doplňkových služeb vyšší šetrnost k životnímu prostředí než silniční doprava Jistou nevýhodou je pak nutnost překládky nebo změny druhu dopravy a s tím spojená nutnost výstavby překládkových či logistických terminálů, a částečně též nižší časová flexibilita, vzniklá z důvodu překládky. Tu je ale možné vhodně kompenzovat pomocí jiných časových výhod během přepravy po železnici nebo po vodě. Míra skutečného vlivu těchto vlastností na kombinovanou dopravu je přitom závislá na přepravní vzdálenosti, na typu zboží a na dalších kvantitativních faktorech. 2 Mezinárodní projekt SoNorA Významu rozvoje intermodální dopravy si je dobře vědoma i Evropská unie, která jej podporuje v rámci celého spektra svých programů a projektů. Jedním z nich je i projekt SoNorA (South North Axis), který je z hlediska celkového rozpočtu v současnosti jedním z nejvýznamnějších projektů programu Central Europe. 2.1 Celkový kontext řešení projektu Projekt SoNorA je primárně zaměřen na podporu multimodální dopravy v prostoru severojižní osy mezi Baltským a Jaderským mořem, s cílem zvýšení podílu udržitelných variant kombinované, železniční a vodní dopravy a rozvoje přístavů Koper, Terst, Benátky a také Rostock, Štětín, Gdaňsk a Gdynia. Navazuje přitom na předchozí úspěšný projekt Adriatic-Baltic Landbridge, realizovaný v rámci programu Interreg IIIB CADSES. 3

43 Obrázek 2: Hlavní mezinárodní toky kombinované dopravy procházející Českou republikou (Zdroj: UIC 2009, DIOMIS Czech Republic) 2.2 Cíle řešení projektu Výsledkem řešení projektu SoNorA jako celku má být: Doporučení (politika) ohledně: aktualizace sítě TEN-T posílení intermodality ve střední Evropě podpory rozvoje logistických služeb Otázky pro nadnárodní dialog (Nadnárodní kooperační platforma) Společný strategický návrh rozvoje vnitrozemské vodní dopravy podél severojižní osy Návrhy pro odstranění zpoždění při rozvoji infrastruktury v projektové oblasti Zásady plánování citlivého k životnímu prostředí Nástroje pro vyhodnocování dopadů investic na uzly a síťová spojení Koncepty pro stimulaci ekonomické spolupráce mezi regiony 4

44 Tyto aktivity vedou k hmatatelným, účinným nástrojům pro rozvoj severojižních cest a následně ke zvýšení dostupnosti regionů, územní soudržnosti, integraci a konkurenceschopnosti. Navíc projekt díky zvýšení dostupnosti ve Střední Evropě přispěje k obecným předpokladům pro dosažení cílů Lisabonské a Göteborgské dohody. 2.3 Struktura projektu a jeho partnerů Mateřský program Central Europe podporuje spolupráci mezi zeměmi střední Evropy s cílem zlepšení inovací, dostupnosti a životního prostředí, a posílení konkurenceschopnosti a atraktivity měst a regionů; poskytuje financování nadnárodních projektů, do nichž jsou zapojeny veřejné i soukromé organizace z Rakouska, České republiky, Německa, Maďarska, Itálie, Polska, Slovenska a Slovinska. Projekt SoNorA je součástí programu Nadnárodní spolupráce Střední Evropa (Central Europe), který je spolufinancován ze zdrojů Evropského fondu regionálního rozvoje (ERDF). Práce na projektu s celkovým rozpočtem 7,1 mil. (z čehož 5,5 mil. činí příspěvek Evropského záručního a rozvojového fondu, ERDF) jsou naplánovány na 40 měsíců, od listopadu 2008 do února 2012, a je do něj pod vedením italského regionu Veneto zapojeno celkem 25 partnerů ze 6 členských zemí EU (Německa, Polska, České republiky, Rakouska, Slovinska a Itálie) a dalších 34 přidružených partnerů z 9 zemí EU. Práce na celém projektu SoNorA jsou rozděleny do šesti tzv. pracovních balíčků (Work Packages, WP): WP1 řízení a koordinace projektu, vedoucí partner je italský region Veneto (Benátsko) WP2 řízení a rozšiřování znalostí, vedoucí partner je Asociace obchodních komor regionu Veneto 5

45 WP3 optimalizace toků v dopravních sítích, vedoucí partner jsou České dráhy; zaměření na optimalizace dopravních sítí, využití modality a na případové studie WP4 odstraňování překážek v infrastruktuře, vedoucí partner je Úřad maršálka polského Západopomořanského vojvodství a zaměřuje se na snazší využívání infrastruktury prostřednictvím nadnárodní koordinace, případových studií a předinvestičních studií WP5 aktivace služeb podél severojižní osy, vedoucí partner je slovinský přístav Koper (Luka Koper) a je zaměřen na analýzy inovativních logistických řešení v dané oblasti WP6 platforma pro nadnárodní spolupráci, vedoucí partner je Německé sdružení pro výstavbu a územní rozvoj, zajišťuje validaci základních výstupů, metodologickou kontrolu a řízení kvality výstupů prostřednictvím externích univerzit, vede diskusi s účastníky trhu a vytváří popudy pro rozvoj logistických kompetenčních center a iniciativ pro regionální ekonomický rozvoj Výsledkem pracovních balíčků jsou tzv. výstupy (outputs), nebo klíčové výstupy (core outputs), kterých je v celém projektu 212. Jejich detailní přehled je ale mimo rámec tohoto příspěvku a v textu jsou představeny jen dva výstupy, zpracovávané za účasti Českých drah. 2.4 Role českého týmu v projektu Národním koordinátorem projektu SoNorA jsou České dráhy, a.s. Ty jsou přímo zapojeny do realizace 42 aktivit, u kterých většinou úzce spolupracují s dceřinou společností ČD Cargo. Dva významné výstupy byly vypracovány ve spolupráci s dodavatelskou společností CID International a.s., která zpracovala analýzu rozvoje a optimalizace intermodálního terminálu v Lovosicích a předinvestiční studii tržních příležitostí terminálu v Brně. Lovosický projekt vychází ze zajímavého tržního potenciálu kontejnerového terminálu a ve své návrhové části je zaměřen zejména na posílení dopravní kapacity terminálu a návrh rozvoje prostřednictvím implementace nových informačních technologií. Situace v terminálu Brno-Heršpice nabízí možnosti revitalizace stávající podoby zařízení terminálu, nebo jeho rozvoj v nových plochách, a proto i projekt řeší analýzu jednotlivých investičních variant. Následující části příspěvku představují výsledky prací na obou dílčích projektech (rozvojových studiích) podrobněji. 6

46 3 Brno: návrh intermodálního logistického centra Intermodální terminál Brno-Heršpice má významný potenciál díky průmyslovému zázemí i vynikajícímu napojení na dopravní sítě. Možnosti jeho rozvoje zpracovává proto předinvestiční studie tržních příležitostí, která v projektu SoNorA tvoří výstup O Pre-investment case study Logistic Node Brno. 3.1 Dosavadní stav terminálu Brno Rušný provoz zažil kontejnerový terminál Brno především za minulého režimu, kdy byl jedním z důležitých překládkových uzlů společnosti ČSKD Intrans. Na přelomu tisíciletí v něm objem přeprav postupně poklesl a potenciál využití pro vlaky v relacích severojižního směru zůstal nevyužitý. Dnes jeho areál představuje v podstatě deponii vozů a veškeré vybavení včetně kapacitního portálového jeřábu je zakonzervováno. Obrázek 3: Výhybna Brno-jih: deponované nákladní vozy na pozadí chátrající budovy ústředního stavědla 7

47 Terminál je vlečkou ČSKD Intrans. Kolejově je napojen do výhybny Brno-jih (km 139,2 tratě Břeclav Brno), která plní v podstatě funkci odstavného kolejiště (dnes rovněž pro deponii nákladních vozů, a to vozů dopravce ČD Cargo); v letech silného provozu se používala také pro vyčkávání nákladních vlaků před brněnským uzlem. Výhybna je zapojena jakoby paralelně k hlavní břeclavské trati do žst. Modřice a do stanice Brno-Horní Heršpice; odjezdová návěstidla jsou zároveň vjezdovými do sousední dopravny. Žst. (výhybna) Brno-jih je vybavena plnohodnotným reléovým zabezpečovacím zařízením (RZZ) vzoru AŽD 71, je však trvale neobsazená a v případě potřeby se obsazuje pohotovostním výpravčím. Dopravně je obsluhována nejčastěji ze žst. Modřice cestou posunu, i když dopravní program umožňuje také stavění přímých vlakových cest z Modřic i Horních Heršpic. Žst. Modřice (a stejně tak i Brno-Horní Heršpice) je trvale obsazena výpravčím ve službě a vybavena elektronickým zabezpečovacím zařízením typu SZZ-ETB. Prostory terminálu umožňují skladování stopých kontejnerů ve 3 vrstvách mimo jeřáby a 2 vrstvách pod jeřáby, některé mimo jeřábů i napříč. Celková projektovaná kapacita bývala využita i více než na 200%. Tři koleje užitečné délky po 250 m umožňují každá vjezd 13 čtyřnápravových vozů. Lze manipulovat i 40stopé kontejnery jeden jeřáb má k dispozici ramena o šířce 20 stop, druhý na 40 stop. 3.2 Průmyslový potenciál města Brna Největší město Moravy Brno má obyvatel (1991); je významným střediskem výroby a na druhé straně i místem soustředění obyvatelstva s jeho nároky, a proto je i velmi důležité coby místo vzniku a zániku zbožových (přepravních) proudů v nákladní dopravě. Město Brno se nachází na křižovatce dálnic D1 (Praha Brno Mořice) a D2 (Brno Bratislava). Obě tyto dálnice jsou součástí transevropských magistrál západ východ (Francie Ukrajina: E50) a transevropské magistrály sever jih (Skandinávie Balkán: E55 a E65). Městem prochází 803 km komunikační sítě, z toho je 184 km státních a 619 km místních komunikací. 8

48 Obrázek 4: Kontejnerový terminál Brno-Heršpice: deponie speciálních vozů Kromě toho je Brno také významnou železniční křižovatkou vychází z něj čtyři dvojkolejné a tři jednokolejné tratě. Vznik současného železničního uzlu v Brně předznamenalo postupné připojování železničních tratí nejprve od Vídně (1839, trať z Vídně a Břeclavi do Brna jako odbočka Severní dráhy Ferdinandovy, přivedená do prostoru dnešního hlavního nádraží), poté spojení s Prahou (1851), Střelic (1856), Přerova (1869), Tišnova (1885), Veselí nad Moravou (1888) a z dalších směrů. Hlavní tratě doplnilo množství vleček do průmyslových podniků. 3.3 Návrh řešení terminálu Brno Navržené řešení představuje výstavbu nového Intermodálního logistického centra Brno (ILCB) na pozemcích stávajícího nevyužitého kontejnerového terminálu ČSKD Intrans. Cílem je modernizovat a rozšířit stávající prostory, vybudovat skladové kapacity, odpovídající napojení na silniční síť a umožnit budoucí rozvoj. Z funkčního pohledu bude celé intermodální logistické centrum Brno rozděleno do tří základních jednotek: Terminál kombinované dopravy zpevněný povrch pro uložení kontejnerů a pro překládku silnice-železnice pomocí portálového jeřábu nebo kolového překladače; součástí je také administrativní budova, celnice, opravna kontejnerů, a čerpací stanice Logistické centrum složené ze tří skladů, dva východně od stanice Brno-jih, třetí na severu v oblasti stávajícího terminálu ČSKD Intrans Stavební dvůr plocha pro skladování sypkých materiálů 9

49 Obrázek 5: Dostupnost dopravních sítí a synergické efekty ze sousedství 1. tranzitního koridoru a Železničního uzlu Brno (ŽUB) Velkou předností brněnského terminálu je především vynikající napojení na dopravní sítě a vhodné prostorové uspořádání pro překládku pomocí kapacitní manipulační techniky (kolejového jeřábu). Vzhledem k blízkosti zmíněné výhybny Brnojih je k dispozici také významný potenciál pro prostorové rozšíření terminálu, který je dále zesílen díky synergickým efektům s probíhající zásadní modernizací Železničního uzlu Brno (ŽUB). Navrhované kroky dávají terminálu velkou šanci stát se znovu významným překládkovým centrem pro oblast Jižní Moravy i Dolního Rakouska. Plnému zprovoznění terminálu musí předcházet i nezanedbatelné investice. 3.4 Tržní potenciál terminálu Brno Výrobní a odbytové zázemí popsané v části 3.2 plně dokresluje významný potenciál brněnského intermodálního terminálu. Tržní potenciál pro něj přitom po revitalizaci nabízí nejen Brno samotné, ale také široké okolí, od Vyškova až po Břeclav. Současný objem vozových zásilek v Jihomoravském kraji představuje na straně podeje zhruba tun, na straně dodeje 1,1 mil. tun (podle statistik z roku 2008, dostupných v době zpracování studií). Komoditní struktura ukazuje vysoký podíl 10

50 zejména stavebních hmot (cement), železného šrotu a dřeva a papírenských výrobků; přeprava kontejnerů je v současném stavu zastoupena menším podílem. Obrázek 6: Podej vozových zásilek ze stanic v jihomoravském kraji (zdroj: statistika ČD Cargo, rok 2008) Atrakční obvod intermodálního terminálu Brno byl následně podroben marketingové analýze, která je základem pro hodnocení tržního potenciálu. Z výsledků vyplývá zájem zákazníků o logistické služby: Nejčastěji zastoupené destinace pro podej zboží jsou kromě ČR sousední země Slovensko, Polsko, Německo, Rakousko. Firmy významně poptávají také doprovodné služby, tedy kromě vlastní dopravy, překládky, manipulace a zasilatelství také expedici, celní služby, pojištění, informační služby. 11

51 Z vysokého tržního potenciálu Brna a Jihomoravského kraje vyplývají odhady, podle nichž bude možné v cílovém stavu vypravovat 34 vlaků týdně do různých destinací, především v preferovaném severojižním směru. Přesné budoucí údaje jsou samozřejmě závislé na vhodné podnikatelské strategii ILCB. 4 Lovosice: optimalizace stávajícího terminálu Druhý předmětný terminál v Lovosicích, provozovaný dceřinou společností ČD- DUSS Terminál a.s., má velký potenciál díky své výhodné poloze na hlavních silničních i železničních tazích, díky velkému průmyslovému potenciálu svého atrakčního obvodu, který zasahuje do průmyslového severu Čech, a také díky kombinaci s logistickým zázemím, které vytváří právě dokončovaná skladová hala s plochou přes m 2 a přímým vlečkovým napojením. Studie optimalizace provozu terminálu byla v projektu SoNorA zpracována jako výstup O3.5.3 Optimisation of intermodal terminal Lovosice. 4.1 Současná podoba provozu na terminálu Lovosický kontejnerový terminál je umístěn při jihovýchodní hranici města, spolu s nákladovým a komerčním obvodem stanice Lovosice, a zároveň na bývalém terminálu doprovázené kombinované přepravy Ro-La pro linku do Drážďan, která zde byla provozována v letech Dnes terminál slouží pro překládku ISO kontejnerů, výměnných nástaveb a silničních návěsů. Obrázek 7: Vlakový spoj intermodální dopravy Hamburg Billwerder Lovosice s tankkontejnery (pohraniční zastávka Schöna, DB Netz) 12

52 Ze železniční stanice Lovosice jsou v současné době vypravovány 3 páry vlaků do stanice Hamburg Billwerder a 5 páry do Duisburgu týdně. Oba jsou kyvadlové vlaky operátora Bohemiakombi a jsou nabízeny pod společným obchodním označením Bohemia Express, s přípoji do průmyslového Porúří, Beneluxu, Rotterdamu a dalších přístavů Severního moře a Skandinávie. Ve směru do Terstu je veden jeden pár vlaků. Všechny tyto vlaky nabízejí obecné služby kombinované dopravy, jako je přeprava ISO kontejnerů, výměnných nástaveb, silničních návěsů a tankkontejnerů. Tyto počty je možné doložit přesnými údaji z Plánu řadění nákladních vlaků (ND) provozovatele dráhy, s následujícími grafikonovými časy a omezeními: NEx Lovosice jih (9:35) Duisburg Ruhrort Hafen (2:30); jezdí 2/3, 4/5, výměnné nástavby 5449 NEx Duisburg Ruhrort Hafen (1:06) Lovosice jih (14:38); jezdí 2, 4, 6, výměnné nástavby NEx Lovosice jih (10:51) Duisburg Ruhrort Hafen (22:24); jezdí 6/7, výměnné nástavby 5449 NEx Hamburg Billwerder Ubf (Umschlagbahnhof) (23:07) Lovosice jih (10:14); jezdí 2/3, 4/5, kontejnerový kyvadlový vlak NEx Lovosice jih (18:17) Hamburg Billwerder Ubf (04:41); jezdí 1/2, 3/4, 5/6, ISO kontejnery NEx Hamburg Billwerder Ubf (14:15) Lovosice jih (00:46); jezdí 6/7, ISO kontejnerový kyvadlový vlak NEx Lovosice jih (18:57) Trieste Centrale (16:12); jezdí 3/4, ISO kontejnery, musí být řazen na dva postrky NEx Trieste Centrale (19:16) Lovosice jih (21:31); jezdí 1/2, ISO kontejnery Všechny vlaky jsou provozovány dopravcem ČD Cargo, a to v kategorii nákladních expresů NEx. Kontejnerové vlaky do Hamburgu mají typickou délku 612 m, do Terstu 600 m (jako standardní kontejnerový vlak). Vlaky do Duisburgu s těžšími tankkontejnery jsou kratší (okolo 500 m), ale při podobném normativu hmotnosti S 1300 t. Vlaky do Terstu musí být vzhledem k alpskému tranzitu řazeny na dva postrky. 13

53 4.2 Návrh řešení terminálu Lovosice V rámci případové studie projektu SoNorA jsou pro Lovosice analyzovány přínosy vzniklé z rozšíření manipulačních ploch terminálu a z implementace softwarové podpory manipulací a činností terminálu. Stavební řešení (rozšíření manipulačních ploch) představuje technické opatření, které urychlí a usnadní obsluhu kontejnerových vlaků v terminálu. Prostřednictvím Operačního programu Infrastruktura získaly ČD, a.s. na tuto výstavbu finanční příspěvek z ERDF (Evropský fond regionálního rozvoje) a SR (Státní rozpočet), na projekt pod názvem Kontejnerový veřejný terminál ČD v žst. Lovosice při Průmyslovém a logistickém centru Lovosice. Čerpání dotace bylo realizováno na základě Opatření 2.2 Podpora kombinované dopravy, jehož hlavním cílem je snížení negativních důsledků dopravy na životní prostředí. V tomto článku popíšeme ale podrobněji informační řešení, které představuje implementace vhodného informačního systému. To musí odpovídat definovaným požadavkům a procesnímu modelu (jeho klíčovou část, import kontejneru, znázorňuje ). Obrázek 8: Schéma pohybů kontejneru v importu 14

54 Systém bude zajišťovat komplexní funkce zpracování objednávek, importu a exportu kontejnerů, ukládání kontejnerů na ploše, vyhledávání kontejnerů, manipulace, reklamace, řešení škod, celní operace a další. 4.3 Technologie přenosných terminálů Pro činnost terminálu na ploše se předpokládají bezdrátové přenosné terminály, které umožňují čtení čárových kódů (resp. 2D aztéckých kódů ) a RFID tagů, a tím zvyšují pohodlí a přesnost obsluhy. Terminály budou pracovat nejen v online režimu, s okamžitou informací o příjezdu vozidla, ale také v offline režimu, například v prostoru stínu bez signálu mezi kontejnery. Každý terminál by měl nabízet standard pro automatickou identifikaci na bázi technologie čárových kódů a RFID kódů. Čárové kódy se dle typu kódu dělí na: 1D - jednodimenzionální (nejběžněji používané) čárové kódy jsou využívány v těch oblastech, kde není zapotřebí zaznamenat do čárového kódu příliš velké množství informací. 2D - dvojdimenzionální čárové kódy jsou vhodné do takových prostředí, kde není možné potřebná data čerpat z databáze, ale musí být ukryta v kódu. 2D kódy díky své konstrukci umožňují uložit několikanásobné množství informací, než 1D kódy, přičemž fyzická velikost samotného kódu může být jen v jednotkách milimetrů. O využití čárových kódů se dá velmi dobře uvažovat pro identifikaci dokladů, kde by byly vytištěny a tím identifikovat příjezdy a odjezdy dopravních prostředků. Rovněž předtištěná tabulka s čárovými kódy manipulací a pozic umožňuje rychlé pořizování informací o pohybech a statusech kontejneru do IS. Čárový kód je sice velmi kvalitní a léty prověřená metoda identifikace, ale v mnoha případech je vhodnější namísto čárového kódu využít RFID identifikace. Tato mladší metoda identifikace pracuje na principu bezkontaktního přečtení informace z tzv. RFID tagu. RFID tag může být ve formě plastové karty, klíčenky, ale třeba i papírové etikety. Výhodou RFID technologie je, že umožňuje bezkontaktní předání informace na vzdálenost až několika metrů, aniž by byly RFID tagy napájeny. Tím pádem je zaručena takřka neomezená trvanlivost paměťových médií. Další nespornou výhodou je možnost jednoduchého přeprogramování RFID tagů na libovolné ID. Pro řízení pohybu kontejnerů v terminálu je také důležité označení kontejneru. Jedním z údajů uvedených na bočnici kontejneru je ISO kód. Slouží k přibližné charakteristice kontejneru, má podobný význam jako řada u nákladních vozů. Podobně jako vozová řada, ani ISO kód není součástí a není tedy nutný k jeho jednoznačné identifikaci. V průběhu historie došlo k významné změně v číslovacím plánu ISO kódů (pravděpodobně v souvislosti se zavedením větších typů kontejnerů), takže dnes 15

55 rozlišujeme staré (používané před změnou) a nové (současné) ISO kódy. Staré ISO kódy byly čistě číselné, nové ISO kódy mají na třetí pozici písmeno. ISO kód je řetězec složený ze čtyř znaků. Ve starém i novém systému nesou znaky umístěné na jednotlivých pozicích nějaký význam. Znak na první pozici udává délku kontejneru, znak na druhé pozici jeho výšku a kombinace zbylých dvou znaků udává provedení nebo určení kontejneru. Všechny potřebné údaje popisu kontejneru jsou uvedeny v normách ČSN ISO 668 (Základní rozměry a hmotnosti), ČSN ISO 830 (Terminologie), ČSN ISO 1894 (Minimální vnitřní rozměry), ČSN ISO 6346 (Značení a kódování), ČSN ISO 3874 (Manipulace a fixace), ČSN ISO 6359 (Štítky) atd. 4.4 Elektronická výměna dat se zákazníky Při objednávce dopravy i dalších procesech je důležitá elektronická výměna dat s druhým subjektem, která usnadňuje i urychluje komunikační procesy a zároveň snižuje míru chybovosti. Elektronická výměna dokumentů EDI (Electronic Data Interchange) umožňuje výměnu dokumentů v elektronické podobě přímo mezi informačními systémy, které komunikují automaticky, tj. s minimálními nároky na lidskou obsluhu nebo bez ní. Jedná se tedy o přímé datové propojení jednotlivých aplikací, které jsou součástí těchto systémů. Pro EDI komunikaci je nutné stanovení tvaru a způsobu uspořádání předávaných dat, což potom zajišťuje celosvětovou jednotnost a nezávislost EDI komunikace. Platformou EDI jsou mezinárodní i národní standardy. Mezinárodním formátem pro dokumenty je EDIFACT (standard ČSN/ISO 9735), který popisuje syntaktická pravidla konstrukce zpráv, kodifikuje schválené standardní zprávy, segmenty zpráv, datové prvky a číselníky. UN/EDIFACT je mezinárodní EDI standard (Electronic Data Interchange - elektronická výměna dat) vyvíjený pod patronátem United Nations (OSN). Zkratka vznikla ze slov United Nations/Electronic Data Interchange For Administration, Commerce, and Transport. EDIFACT byl "adoptován" mezinárodní organizací pro standardizaci (ISO) jako standard ISO EDIFACT jako obecná mezinárodní norma pro EDI je současně normou multioborovou a logicky zastřešuje řadu uživatelsky orientovaných podmnožin, tzv. aplikačních norem pro jednotlivá odvětví. Pro logistiku a kontejnerovou logistiku jsou nejznámější standardy CODECO, CEDEX (ČSN ISO 9897), GS1, WESTIM, DESTIM. 16

56 EDI komunikace přináší pro kontejnerové překladiště několik typ zpráv, které jsou využitelné pro přístup informací směrem k zákazníkům, dopravcům, účetním systémům a bezdrátových (online) terminálům. Způsob přenosu EDI zpráv je prováděn přes FTP, SFTP nebo em. 4.5 Dosažené indikátory řešení Zásadními přínosy řešení je samozřejmě zvýšení kapacity terminálu a tím i jeho celkového tržního potenciálu. Pro zákazníky znamená předložené řešení vyšší flexibilitu a dostupnost služeb, jakož i snížení nákladů na dopravu a nabídku nových spojení do zajímavých destinací. Cílový stav umožní plnohodnotnou obsluhu kontejnerových vlaků a zároveň obsluhu i nově zbudovaného logistického skladu, který zvyšuje přidanou hodnotu pro zákazníky. Jako maximální počet je uvažováno 4-5 vlaků za 24 hodin (to je ekvivalentem 560 TEU neboli 280 velkých 40 kontejnerů) do různých destinací s nejvýznamnějším tržním potenciálem. Technické indikátory současného a návrhového stavu shrnuje a porovnává následující tabulka 9. Tabulka 9: Technické indikátory projektu optimalizace terminálu Lovosice INDIKÁTOR SOUČASNÝ CÍLOVÝ Překladače 2/45t 3/45 t, 2/8 t Skladovací plocha (TEU) Počet kolejí 5 5 Počet kolejí pro manipulaci 3 4 Manipulační délka kolejí (m) Celková délka kolejí (m): 2, Počet obsloužených vlaků týdně 12 až až 35 Velmi významné jsou také přínosy projektu pro životní prostředí. Z provedené analýzy vyplývá, že plný provoz terminálu ušetří ročně jízd těžkých nákladních vozidel (díky přesunu na železnici). Při vyjádření v objemu nakládky se jedná o tun, v dopravním výkonu pak téměř 100 miliónů tkm. Pomocí metodiky a nástroje EcotransIT (viz byla stanovena úspora skleníkových plynů na tun CO 2 (pro cílový objem vlakové dopravy v roce 2014). 17

57 Komplexní optimalizace terminálu je možné dosáhnout až pomocí stavebního řešení (úprav popisovaných na začátku části 4.2), avšak ukazuje se velmi výhodné implementovat nejprve informační řešení, které při investicích méně než 10% celkových nákladů a za asi 18 měsíců (včetně procesu obstarávání systému) vede k zásadnímu zlepšení efektivity činnosti terminálu a flexibility odezvy vůči zákazníkovi, a tím podpoří rozvoj stávajících i nových přeprav vedených přes terminál. Zmíněná flexibilita a efektivita činnosti je tak zásadní přidanou hodnotou informačního řešení. Doba návratnosti informačního řešení je odhadována na méně než 2 roky. 5 Shrnutí a závěry 5.1 Výsledky rozvojových studií V rámci české účasti v projektu SoNorA byla pod vedením Českých drah, s aktivním zapojením přidruženého partnera ČD Cargo a prostřednictvím dodavatelské společnosti CID International a.s. zpracována předinvestiční studie tržních příležitostí terminálu v Brně a analýza rozvoje a optimalizace intermodálního terminálu v Lovosicích. Situace v terminálu Brno-Heršpice nabízí možnosti revitalizace stávající podoby zařízení terminálu, nebo jeho rozvoj v nových plochách, a proto i projekt řeší analýzu jednotlivých investičních variant. Jako primární řešení je přitom preferována výstavba nového Intermodálního logistického centra Brno (ILCB). Lovosický projekt vychází ze zajímavého tržního potenciálu kontejnerového terminálu a ve své návrhové části je zaměřen zejména na posílení dopravní kapacity terminálu (prodloužení manipulační délky kolejí) a návrh rozvoje prostřednictvím implementace nových informačních technologií. Výsledkem realizace projektu bude především posílení role železniční dopravy oproti konkurenční dopravě silniční, s důrazem na ČD Cargo jako předpokládaného dopravce nově vedených spojů kombinované dopravy. Významné jsou také přínosy projektu SoNorA i jednotlivých dílčích projektů pro životní prostředí. 5.2 Směry dalšího vývoje Výstavba Intermodálního logistického centra Brno (ILCB) je podmíněna především získáním potřebných investičních prostředků, s možností dotací z veřejných prostředků v předpokládané výši 40% uznatelných nákladů. Lovosický projekt je blíže k realizaci a probíhají přípravné práce jak ke stavební části řešení, tak i k implementaci informačních systémů. Po realizaci obou komponent řešení má tento intermodální terminál potenciál stát se flexibilním, zákaznicky 18

58 orientovaným centrem, které nabízí logistická, dopravní a skladovací řešení šitá na míru. Mezi rizika projektu, která je nutné řešit, patří kromě nedostatku finančních prostředků (zejména při případném nezískání dotace z veřejných zdrojů) a obtížného získávání tržního podílu také existence konkurenčních terminálů, nebo úzká místa na železniční dopravní síti, jako jsou například Nelahozeveské tunely (nedostatečný průjezdný průřez pro výměnné nástavby, silniční návěsy a kontejnery high cube), nebo celkový nedostatek volných tras pro nákladní dopravu, který vede až k nestabilitě grafikonu (resp. skutečného provozu na trati). 5.3 Zpracovatel studií Společnost CID International, a.s., působí na trhu již patnáct let a je specializovaným dodavatelem ICT řešení pro obor dopravy a logistiky. Hlavní zaměření bylo směrováno na železniční a silniční dopravu a spedici. Postupným vývojem systémů, které od samého počátku jsou tvořeny v úzké spolupráci se zákazníky, se pokrývaly i další oblasti logistického řetězce, především pak doprava a skladování. Kromě informačních systémů firma nabízí také outsourcing, tvorbu technologických studií, odborných analýz, dále poskytuje poradenství v oblasti dopravy a logistiky, školení uživatelů a správců systému, apod. Poslední aktivity společnosti směřují také do vývoje informačních systémů pro terminály kombinované dopravy. Dnes je společnost součástí obchodní skupiny OLTIS Group a.s. Tento mateřský holding je univerzálním dodavatelem ucelených řešení pro dopravu, zejména železniční, včetně komplexních systémů pro největší zákazníky. V rámci outsourcingu provozuje společnost OLTIS Group a.s. řadu klíčových informačních systémů pro plánování a řízení železniční dopravy pro manažera železniční infrastruktury i pro velké národní dopravce. Mezi zákazníky a partnery skupiny i jednotlivých firem patří nejvýznamnější dopravní a výrobní podniky v České republice i v zahraničí, především ve Slovenské republice a v Polsku. Společnost je držitelem certifikátů tří systémů řízení podle mezinárodních norem ČSN EN ISO 9001:2001, ČSN EN ISO 14001, ČSN ISO/IEC Je také předním exportérem v oboru. 5.4 Literatura [1] Ročenka dopravy České republiky 2009, vydává Ministerstvo dopravy ČR, [2] Oficiální stránky projektu SoNorA, [3] UIC (2009): DIOMIS, Evolution of intermodal rail/road traffic in Central and Eastern European Countries by UIC: Paříž s ISBN: K dispozici online na adrese 19

59 [4] Krásenský, D., Vašek, R., Némethyová, L.: Perspektivy rozvoje intermodálních terminálů Brno a Lovosice v rámci projektu SoNorA, sborník konference Intermodal 2010, Pardubice [5] Plánky stanic a pomůcky GVD, k dispozici v elektronické podobě pro oprávněné uživatele na Portálu provozování dráhy (SŽDC, s.o.), [6] Webové stránky společnosti CID International a.s. a OLTIS Group a.s. [7] Interní materiály společnosti CID International a.s. a OLTIS Group a.s. [8] Fotografie z archivu autora V Praze, říjen 2010 Lektoroval: Ing. Aleš Bartheldi, Ph.D. ČD, GŘ O

60 Jiří Janšta 1, Miroslav Hladík 2 Databáze omezení infrastruktury DOMIN jako důležitý zdroj informací Klíčová slova: databáze omezení infrastruktury, manažer infrastruktury, TAF TSI, plánované výluky, nepředpokládané výluky 1. Úvod Aplikace databáze omezení infrastruktury (DOMIN) je webovou aplikací vyvinutou a provozovanou na portálové platformě společnosti OLTIS Group a.s. Informační systém se má stát jednotným úložištěm veškerých omezení infrastruktury, které se na železniční infrastruktuře daného manažera infrastruktury mohou vyskytnout, jsou evidována a mají přímý dopad na plynulost vlakové dopravy. Při vývoji aplikace byly zohledněny všechny požadavky, které na tuto problematiku klade legislativa EU a národní legislativa ČR. Z pohledu [1] se jedná o jeden ze základních referenčních souborů. Výčet evidovaných druhů omezení infrastruktury v DOMIN je uveden v následující Tab. 1. Tab. 1 Druhy omezení infrastruktury Druh omezení infrastruktury Trvalé omezení infrastruktury (traťové třídy, nebezpečné zboží, ) Plánované výluky - předpokládané omezení infrastruktury Nepředpokládané výluky včetně krátkodobých omezení nehody, poruchy, atd. Pomalé jízdy Výluky služby dopravních zaměstnanců Hlavním cílem informačního systému DOMIN je zlepšit podmínky pro plánování železniční dopravy, jak na straně provozovatele dráhy, tak na straně dopravce. Provozovateli dráhy DOMIN zajistí online zpracování a zobrazení celé agendy omezení infrastruktury s vysokým komfortem obsluhy. DOMIN je předpokládán jako stěžejní informační zdroj pro dopravce o omezeních 1 Ing. Jiří Janšta, nar Absolvent Univerzity Pardubice, Dopravní fakulty Jana Pernera, obor Technologie a řízení dopravy. Pracuje ve společnosti OLTIS Group a.s. na pozici analytik. jansta@oltis.cz 2 Ing. Miroslav Hladík, nar Absolvent Univerzity Pardubice, Dopravní fakulty Jana Pernera, obor Technologie a řízení dopravy. Pracuje ve společnosti OLTIS Group a.s. na pozici analytik. hladik@oltis.cz 1

61 na infrastruktuře. Dopravce získá možnost být informován o omezeních na železniční infrastruktuře již ve fázi žádosti a přípravy vlaku. Má-li dopravce všechny potřebné informace o omezení infrastruktury a zohlední je při žádosti o trasu vlaku, dojde i ke zlepšení kvality železniční dopravy. Vytvoření jednotného úložiště dat o omezeních infrastruktury má tak pozitivní vliv na plynulost vlakové dopravy. IS DOMIN poskytuje manažerovi infrastruktury následující možnosti: vytvoření jednotného úložiště dat o omezeních infrastruktury na jeho dopravní síti, mající přímý vliv na plynulost vlakové dopravy, poskytuje nástroje pro správu těchto dat, zařadit jednotlivé uživatele do předem definovaných uživatelských rolí, nabízí webové rozhraní pro přístup uživatelů, importovat informace o omezeních infrastruktury z již existujících informačních systémů manažera infrastruktury, vytvořit datové rozhraní pro získání informací o omezení infrastruktury do jiných systémů manažera infrastruktury. 2. Informace o systému Z Obr. 1 je zřejmé, že mezi základní případy užití informačního systému DOMIN patří aktualizace databáze omezení železniční infrastruktury. Ta může probíhat dvěma způsoby, a to buď ručně z prostředí aplikace DOMIN, nebo automaticky načítáním informací o omezení infrastruktury z různých stávajících informačních systémů manažera infrastruktury. Obr. 1 Primární případy užití aplikace DOMIN 2

62 Dalším důležitým případem užití je informování vybraných subjektů o vzniklých omezeních železniční infrastruktury včetně dopadu těchto omezení na objednané vlakové trasy nebo vlaky jedoucí v trasách s přidělenou kapacitou. Sekundárními případy užití jsou autorizace uživatelů přistupujících do DOMIN a import dopravní sítě, nad kterou se definují jednotlivá omezení železniční infrastruktury. Obr. 2 Ukázka obrazovky DOMIN se seznamem omezení infrastruktury Obr. 3 Ukázka detailu omezení infrastruktury 3

63 2.1. Pořizování informací o omezení infrastruktury Ručně mohou aktualizovat databázi omezení infrastruktury následující pracovníci: pracovníci pro plánování výluk (např. snížení traťové třídy na mostě), pracovníci řízení provozu. Dále se do aplikace DOMIN načítají informace automatizovaně, přes tzv. adaptéry, z následujících systémů manažera infrastruktury: CSV plánované omezení infrastruktury, KANGO trvalé omezení infrastruktury, SPJ pomalé jízdy dočasné omezení infrastruktury, ISOŘ ŘVD nepředpokládané výluky, ISOŘ ŘVD krátkodobá omezení. Pod pojem aktualizace databáze omezení infrastruktury se rozeznávají tři základní akce se záznamem: vytvoření záznamu editace záznamu zrušení záznamu Záznamy bude možné upravovat a doplňovat i zpětně, ale všechny úpravy a změny musí být logované, tzn., že bude uložen čas a jméno uživatele, který změnu provedl. Součástí události aktualizace databáze omezení infrastruktury je informování zainteresovaných pracovníků: na straně manažera infrastruktury: Prodej tras / OSS, na straně dopravců: dopravci postižení daným omezením infrastruktury. Přesné pořadí událostí v rámci procesu aktualizace databáze omezení infrastruktury je uveden formou sekvenčního diagramu na následujícím Obr. 4. 4

64 Obr. 4 Sekvenční diagram aktualizace databáze DOMIN 2.2. Dotazování na omezení infrastruktury včetně dopadu na vlakové trasy Dle požadavků z dokumentů [1] a [2] vyplývá, že aplikace DOMIN musí poskytovat rozhraní pro dotazování na omezení infrastruktury pro pracovníky: na straně manažera infrastruktury: Prodej tras / OSS, na straně dopravců: jednotliví dopravci, kteří vlastní licenci. IS DOMIN bude uživateli v rámci detailu omezení podávat informaci o jedoucích vlacích a plánovaných trasách vlaků, které jsou daným omezením ovlivněny. Včasná informace o ovlivněných vlacích a trasách poskytne pracovníkům manažera infrastruktury a dopravců čas učinit takové kroky, aby dopad omezení byl na vlaky a plánované trasy co nejmenší. Seznam jedoucích ovlivněných vlaků se bude sestavovat na základě posledního známého provozního obrazu situace, získaného periodickým dotazem ze systému ISOŘ CDS. Seznam ovlivněných plánovaných tras vlaků se sestavuje na základě informací získaných z ISOŘ KADR. Rozsah zobrazených seznamů ovlivněných vlaků a tras bude závislý na roli přihlášeného uživatele. Manažer infrastruktury uvidí všechny ovlivněné vlaky a trasy. Na druhou stranu uživatel přihlášený v roli dopravce uvidí pouze své vlaky a trasy. 5

65 Přesné pořadí událostí v rámci procesu dotazování se na omezení do databáze omezení infrastruktury je uvedeno formou sekvenčního diagramu na následujícím Obr. 5. Obr. 5 Sekvenční diagram pro dotazování na informace o omezení infrastruktury 2.3. Uživatelé DOMIN Každý uživatel se na vstupu do aplikace musí autorizovat. K autorizaci uživatele se využívá Logserver (LDAP server). Do informačního systému DOMIN mají přístup následující typy uživatelů (role): pro aktualizaci databáze omezení infrastruktury: o plánování výluk (údržba infrastruktury) o řízení provozu pro informování o omezeních infrastruktury: o dopravce o manažer infrastruktury (OSS/Prodej tras) pro import dopravní sítě: o administrátor S ohledem na roli manažera infrastruktury (velké množství provozních zaměstnanců) bude aplikace DOMIN podporovat techniku tzv. automatické role. Automatická role umožňuje zařazovat uživatele do vybrané role na základě parametrů uživatelského účtu na Logserveru (např. osobní číslo nebo příslušnost k firmě). 3. Architektura systému Architektura informačního systému DOMIN je zobrazena na Obr. 6. Jednotliví uživatelé se z intranetu manažera infrastruktury a veřejného internetu mohou připojit k webové aplikaci umístěné v demilitarizované zóně. Ta bezpečným a spolehlivým způsobem komunikuje s aplikačním serverem DOMIN, který vykonává veškerou výpočetní logiku a zajišťuje perzistenci dat na úrovni databázového serveru DOMIN. Dopravci, kteří mají vlastní informační systém např. pro agendu žádostí o trasu nebo sledování jízdy vlastních vlaků, mohou informace o omezeních 6

66 infrastruktury přijímat po dohodě s manažerem infrastruktury přímo do svého vlastního informačního systému. Obr. 6 Architektura systému DOMIN V následujících podkapitolách je uveden výčet a krátký popis vazebních informačních systémů CSV CSV je centrální systém plánování výluk, zpracování žádostí a dopravních opatření. DOMIN z tohoto serveru bude získávat plány výluk (krátkodobý, střednědobý upřesněný, střednědobý, roční). 7

67 3.2. SPJ SPJ je informační systém pro sledování pomalých jízd. DOMIN z tohoto serveru bude získávat informace o zavedených a zrušených pomalých jízdách KANGO KANGO je informační systém pro tvorbu agend jízdního řádu a konstrukci vlakových tras. Část KANGO-Kmen se zabývá problematikou popisu železniční infrastruktury manažera infrastruktury. DOMIN z tohoto serveru bude načítat datový popis dopravní sítě včetně základních omezení infrastruktury ISOŘ ŘVD ISOŘ ŘVD je informační systém operativního řízení pro řízení vlakové dopravy. Obsluhuje ho dispečerský aparát operátora dráhy. Kromě jiného se zde sleduje i skutečný průběh plánovaných nebo nepředpokládaných výluk. DOMIN z tohoto serveru bude čerpat čas skutečného zahájení a ukončení výluky ISOŘ CDS ISOŘ CDS je informační systém operativního řízení. Poskytuje informace o aktuální poloze sledovaných vlaků na síti manažera infrastruktury SŽDC. Z DOMIN bude jednak načítat informace o omezení infrastruktury a jednak poskytovat informace pro DOMIN, které jedoucí vlaky jsou postižené daným omezením infrastruktury ISOŘ KADR ISOŘ KADR je informační systém pro prodej vlakových tras v režimu ad hoc a přidělování kapacity železniční dopravní cesty manažera infrastruktury. Z DOMIN bude jednak načítat informace o omezení infrastruktury a prezentovat je uživatelům ISOŘ KADR. Naopak bude také poskytovat informace pro DOMIN, které plánované vlaky jsou postižené daným omezením infrastruktury PSST PSST je informační systém, ve kterém se sleduje provozní stav sítě tratí u manažera infrastruktury. V současné době se sledují pouze koleje. Z DOMIN bude načítat informace o omezení infrastruktury, které se vztahují na závadu na traťové koleje a závadu na staniční koleji Logserver Logserver je LDAP server, který slouží pro autentizaci a autorizaci uživatelů. Uživatelé nebo informační systémy, kteří chtějí číst nebo modifikovat informace v aplikaci DOMIN, se musí autentizovat. 4. Závěr Z výše uvedeného textu vyplývá, že celý proces týkající se vytvoření referenčního souboru dat omezení železniční infrastruktury je natolik složitý, že ho nelze realizovat bez podpory kvalitního a sofistikovaného softwarového nástroje. Společnost OLTIS Group a.s. provedla rozsáhlou analýzu této problematiky v ČR a navrhla vytvořit aplikaci DOMIN. Ta komplexně řeší celou problematiku včetně struktury dat, uživatelského rozhraní a vazeb na okolní informační systémy manažera infrastruktury ve shodě s [1]. 8

68 Literatura [1] Nařízení komise (ES) č. 62/2006 ze dne [2] PROJECT No: 2005-EU S: TAF TSI: Appendix D - Infrastructure Restriction Notice Data [3] CID International a.s.: CSV dokumentace projektu [4] OLTIS Group a.s.: Interní dokumentace projektu DOMIN Seznam zkratek CSV: centrální systém výluk, informační systém DOMIN: informační systém databáze omezení infrastruktury ISOŘ CDS: informační systém operativního řízení, centrální dispečerský systém ISOŘ KADR: informační systém operativního řízení, kapacita dráhy ISOŘ ŘVD: informační systém operativního řízení, řízení vlakové dopravy KANGO: informační systém pro tvorbu agend jízdního řádu a konstrukci vlakových tras. LDAP: Lightweight Directory Access Protocol, protokol pro ukládání a přístup k datům na adresářovém serveru. OSS: One Stop Shop, jediné prodejní místo kapacity dráhy PSST: informační systém sledující provozní stav sítě tratí manažera infrastruktury. SPJ: informační systém pro sledování pomalých jízd SŽDC: Správa železniční dopravní cesty, státní organizace TSI TAF: Telematic Applications for Freight, telematické aplikace pro nákladní dopravu Praha, září 2010 Lektoroval: Ing. Marek Neustadt SŽDC, s.o. 9

69 Luděk Ehrenberger 1, Tomáš Tóth 2 PROBIS provozně-obchodní systém ČD Cargo, a.s. Klíčová slova: TSI-TAF, železniční doprava, dopravce, nákladní přeprava, informatika 1. Úvod Ve třetím čtvrtletí minulého roku byly předány do rutinního provozu výsledky druhé etapy projektu zřízení projektové kanceláře v ČD Cargo. Tímto krokem došlo k dokončení implementace standardních funkcionalit projektového řízení v naší společnosti. Všechny nové aktivity mající charakter strategické změny, projektu, jsou řízené projektovou kanceláří a řada dalších aktivit nedosahující parametrů projektu přebírá projektovou metodiku. Jedním z nejdůležitějších projektových programů, které dnes projektová kancelář řeší, je implementace nového provozně obchodního informačního systému v naší společnosti. Projektový program integruje sadu projektů, jenž řeší jednotlivé aplikace v oblasti provozu a obchodu, které spolu vytváří jeden celek, provozně obchodní informační systém ČD Cargo, tzv. PROBIS. ČD Cargo, a. s. (dále jen ČDC) je nejvýznamnější železniční nákladní dopravce v ČR, který nabízí přepravu široké škály zboží od surovin po výrobky s vysokou přidanou hodnotou, přepravu kontejnerů, mimořádných zásilek, pronájem železničních vozů, vlečkové a další přepravní služby. Zajišťuje jak vnitrostátní, tak i mezinárodní přepravy. K podpoře svých činností používá značné množství systémů. Tyto systémy, zejména ty, které pokrývají oblast obchodu a provozu, se historicky vyvíjely většinou odděleně na základě požadavků jednotlivých uživatelských útvarů. Jejich základním úkolem bylo elektronizovat vybrané procesy za účelem náhrady papírových dokumentů, realizace časových úspor a s tím související úspory lidských zdrojů a odstranění chybovosti pořizovaných dat. Tím postupně docházelo k náhradě lokálních aplikací systémy s jednotnou centrální databází, ale výsledkem byl vznik velkého množství aplikací, které nejsou v současnosti vzájemně dostatečně 1 Ing. Luděk Ehrenberger, nar. 1973, absolvent Dopravní fakulty Jana Pernera při Univerzitě Pardubice, obor Technologie a řízení dopravy, nyní ČD Cargo, a. s., vedoucí oddělení, Odbor informatiky a řízení změn, hlavní architekt navrženého systému 2 Ing. Tomáš Tóth, nar. 1981, absolvent Dopravní fakulty Jana Pernera při Univerzitě Pardubice, obor Dopravní management marketing a logistika, nyní ČD Cargo, a. s., vedoucí Projektové kanceláře ČD Cargo 1

70 propojené. S tím souvisí časté duplicitní pořizování a kontrola dat, což vyvolává vícenáklady. Rovněž většina obchodních a provozních procesů, které jsou v ČDC aplikačně podporovány, v dané chvíli nesplňuje požadavek měřitelnosti a porovnatelnosti. Pokud je určitá měřitelnost možná, jedná se zpravidla o zdlouhavý a v konečném výsledku ne zcela přesný proces. Shromažďované a hodnocené informace nejsou přiřazeny k elementárním sledovaným objektům, řada činností není v datech podchycena vůbec nebo je podchycena způsobem znemožňujícím další zpracování a jejich ekonomické vyhodnocení. Cíle PROBIS Analýza provozních a obchodních aplikací provedená v roce 2009 vyústila v návrh vytvořit jednotný provázaný provozně-obchodní informační systém (PROBIS), který kromě zajištění všech požadavků daných TSI TAF umožní přiřadit informace k základním sledovaným objektům, přičemž data budou pořizována a kontrolována pouze jednou. Bude možné zavést princip sestavy dlouhodobého a střednědobého plánu na základě předem objednaných kapacit, optimalizaci dimenzování vystavovaných kapacit. Bude možné provádět změny plánu díky vytvoření zpětné vazby z reálného provozu. Upravený plán se bude rychle přenášet do reálného provozu. Bude umožněno přiřadit tržby a náklady k jednotlivému obchodnímu případu. Jednotný systém přispěje také ke sjednocení, zjednodušení a standardizaci technologie na úrovni dílčích procesů. V systému PROBIS bude probíhat komunikace nejen uvnitř mezi jednotlivými moduly, ale systém bude rovněž respektovat požadavky na komunikaci směrem k zákazníkům, provozovateli infrastruktury a k ostatním dopravcům. Navrhovaný systém byl navržen tak, aby tato komunikace byla plně v souladu s dokumentem TSI TAF 3. Ten pokrývá celkem čtrnáct oblastí telematiky a jeho hlavním přínosem je standardizace a automatizace vazeb mezi železničními podniky a provozovateli infrastruktury a zároveň zajištění kvalitní výměny dat. Toto nařízení je závazné v celém rozsahu a přímo použitelné ve všech členských státech Evropské unie. 3 TSI TAF je zkratka pro "NAŘÍZENÍ KOMISE (ES) č. 62/2006 ze dne 23. prosince 2005 o technické specifikaci pro interoperabilitu subsystému pro telematické aplikace v nákladní dopravě transevropského konvenčního železničního systému". Nařízení vyšlo v Úředním věstníku Evropské unie

71 2. Jednotlivé moduly PROBIS Následující obrázek (obrázek 1) znázorňuje jednotlivé moduly PROBIS. Plánovač objektů EMAN plán vlaků, GPPS, oběhy, turnusy GVD, změny, doba obsazení pracoviště, turnus, oběh skutečnost GVD, změny, doba obsazení pracoviště, turnus, oběh APS PC strojvedoucí APS PC staniční zaměstnanci APS TC lokomotivy Plán (vlak, HV a strojvedoucí na vlaku, zaměstnane c ve stanici Konkrétní HV, strojvedoucí na vlaku, zaměstnane c ve stanici DISC dispečerské řízení Skutečnost o vlacích provozní realita DISC modul místenkování Plánované vozy na vlacích Plán (vlak, HV a strojvedoucí na vlaku, zaměstnane c ve stanici, směrování, Požadavky řazení na řešení (zavedení, odřeknutí vlaku) PRIS události ve stanici Soupis vlaku, příkazový list, předávka, Požadavky na pokrytí objednávek ÚDIV dirigování vozů Provozní informace o objednávkác h Přiřazení vozů objednávká m E_ROZA komunikace se zákazníkem Požadavky na přepravu Databáze PROBIS (vlak, vůz, lokomotiva, zaměstnanec, objednávka, zásilka) Číselníky Data o vozech ČDC, Data o vyčleněných vozech ZEVO hospodaření s vozy Provozní stav vozů, poloha Data o realizaci Agregovaná data Smlouvy o přepravě, nabídky, OSCAR obchodní systém On-line plnění smluv o přepravě, stav obchodních případů Data o realizaci Datový sklad PROBIS ICAR (vlak, vůz, lokomotiva, zaměstnanec, objednávka, zásilka) Obrázek 1: Schéma PROBIS Databáze PROBIS a Datový sklad PROBIS Jako základ systému je navržena nová centrální provozní databáze, která zajistí konsolidaci dat z provozovaných systémů (uživatelé systémů budou mít k dispozici jednotnou verzi dat), jejich centralizaci a optimalizaci. Odstraní se duplicity mezi stávajícími oddělenými databázemi jednotlivých aplikací, neplatné záznamy a zavede se indexování dat pro rychlý přístup k požadovaným informacím. Budou se v ní evidovat data o jednotlivých sledovaných objektech (vlak, vůz, lokomotiva, zaměstnanec, objednávka, zásilka). Databáze bude poskytovat interface pro dotazování z různých systémů, např. formou webových služeb nebo standardizovaných protokolů, a to s ohledem na implementaci budoucích modulů. 3

72 S databází bude úzce spolupracovat ICAR (integrovaný datový sklad ČDC). Díky svému uspořádání dat bude určen zejména pro analytickou činnost zaměstnanců ČDC, bude obsahovat logicky a časově propojená data nad sledovanými objekty. Stane se základním zdrojem dat pro výpočet KPI, pro podklady ke zpracování statistických výkazů, pro obchodní a provozní analýzy, pro průběžné sledování plnění plánu tržeb a nákladů. Data v ICAR budou denně aktualizovaná ze zdrojových systémů prostřednictvím DB PROBIS (krom dat vázaných na určité technologické cykly např. účetní uzávěrky) a budou zobrazována standardními reportovacími nástroji. Data ICAR budou dle potřeby také zveřejněna pomocí standardních rozhraní jiným systémům. Centralizace číselníků bude řešena Centrální číselníkovou aplikací. Pro každý číselník bude definována odpovědnost za správnost dat. Bude umožněno plnění číselníků přímou editací záznamu, editací záznamu prostřednictvím mapy, stažením číselníku z webu či načtením číselníku z jiné aplikace. E_ROZA (elektronické rozhraní se zákazníkem) Modul má za úkol zajistit vstup dat od zákazníků do systému PROBIS. Jedná se o integrované řešení komunikace mezi zákazníkem a společností ČDC, doprovázející celé přepravní work-flow od objednávky vozu nebo vlaku, přes elektronický podej zásilky k přepravě, fakturaci výkonů a řešení případných neshod vzniklých při přepravě resp. při fakturaci. Bude plnit funkci komunikačního kanálu mezi zákazníkem a systémy ČDC. Data od zákazníka se do systémů ČDC budou pořizovat prostřednictvím této aplikace. Současně s tokem dat směrem od zákazníka do systémů ČDC bude realizován i elektronický přenos dat opačným směrem, např. v rámci průběžné aktualizace času dodání vozu na místo určení, dat o aktuální poloze zásilek a vozů objednávky, dat o událostech s vozy v průběhu přepravy atd. Vstup do modulu budou mít jednak zákazníci ČDC v rámci obchodních vztahů, tak i pracovníci ČDC, kteří budou pořizovat data na základě písemných příkazů (dispozic) předávaných zákazníkem. Komunikace bude řešena buď prostřednictvím datové výměny ve formátu xml, nebo vstupem zákazníka do aplikace přes portál ČDC. DISC - EMAN (Editace, modelování a analýza plánu nákladní dopravy) Bude řešit problematiku optimální sestavy plánu vlakotvorby. Na základě historických dat, budoucích dat (tedy dat o sjednaných objemech přeprav a o předpokládaných výlukách) se budou stanovovat různé varianty sdružování vozů do relací (směrování vozů v jednotlivých stanicích). Následně bude možné určit potřebný počet vlaků a jejich náplně (přiřadí relace na vlaky), dále potřebné normativy vlaků a požadavky na časovou polohu. Varianty se budou porovnávat podle ekonomických kritérií (vzorec pro ocenění a použité nákladové sazby). Na naplánované vlaky se přiřadí požadované objekty (oběhy lokomotiv, rozpisy směn provozních zaměstnanců, obsazení jednotlivých pracovišť). Bude vytvořena jednotná 4

73 a jedinečná databáze vlaků, dat o vlakotvorbě a jednotné rozhraní pro žádost o kapacitu do SŽDC (KANGO, KADR) dle TAF TSI. DISC - APS CS (Advanced planning and scheduling cargo service) Inovovaný modul bude řešit problematiku podpory krátkodobého plánování a operativního řízení hnacích vozidel a personálu. Modul bude poskytovat standardní rozhraní pro práci se zaměstnancem, umožní vyhodnocování výkonu práce, import dostupných provozních dat o průběhu směn a jejich zapracování do evidence s vazbou na ekonomické ukazatele. Bude umožňovat komunikaci mezi aplikací a zaměstnancem pomocí SMS. Data z modulu budou rovněž sloužit jako podklad pro evidenci docházky všech provozních zaměstnanců a pro evidenci stavu a výkonů HV. Součástí modulu bude také evidence posledního projetí jednotlivých tratí a vleček strojvedoucím (tzv. seznání), příprava karty seznání na základě dat z provozu, evidence seznání v mapě pro jednotlivce a skupiny zaměstnanců či evidence poznání pracovišť a znalostí jednotlivých řad lokomotiv. DISC operativní řízení Modul integruje v současnosti používané systémy ISOŘ. Bude řešit problematiku podpory operativního řízení vlaků. Bude určen všem dispečerům (vlakovým, lokomotivním a vedoucím směn v jednotlivých oblastech) a bude sloužit pro podporu při tvorbě přepravních plánů včetně vazeb zejména na systémy manažera infrastruktury. Bude umožněno sledování vlaků v grafické (mapa) a tabelární podobě, včetně znázornění aktuální polohy lokomotiv a strojvedoucích či údajů o obsazení jednotlivých pracovišť ve všech stanicích. Modul umožní plánování jízd vlaků, objednání trasy vlaku, aktivaci, deaktivace trasy (části trasy) vlaku. Umožní odeslání informace o složení vlaku (rozbor vlaku), informaci o připravenosti vlaku k odjezdu. Bude zabezpečena zpětná vazba o statusu jednotlivých požadavků, vazba na aktuální a plánované výluky. DISC modul místenkování Smyslem zcela nového modulu je zvýšení kvality v dopravě vlaků a dodržení předepsaných přechodů jednotlivých vozů v seřaďovacích stanicích. Zavede se systém místenkování ve všech vlacích dopravovaných ČDC. Na základě informace z aplikací ÚDIV, E_ROZA, informací, které přicházejí o vozech a zásilkách ze zahraničí dojde k vyhledání spojení dle aktuálního jízdního řádu vlaků a následně k rezervaci daného vozu ke množině všech vlaků, které daný vůz použije. K dispozici tedy bude předpokládané využití každého vlaku s tím, že případné přetížení či nevytížení jednotlivých vlaků bude indikováno s předstihem a bude umožněno na tyto podněty reagovat např. navýšením kapacity vlaku, objednáním nové trasy, či odřeknutí trasy vlaku. PRIS (provozní informační systém) Nový integrovaný informační systém pro práci stanic nákladního dopravce. Bude umožňovat importovat plány pro sledované objekty a procesy, jejich korekci podle krátkodobých prognóz a reálného stavu. Bude sledovat procesy seřaďovací 5

74 stanice včetně atrakčního obvodu stanice. Bude zdrojem dat o reálných provozních dějích s vozem a zásilkou, o rozřazení a sestavě vlaku, o obsluze atrakčního obvodu seřaďovacích stanic včetně manipulačních míst. Zároveň bude sledovat evidenční a provozní stav nákladních vozů, datovou výměnu o vozech, zásilkách a složení vlaku s jinými dopravci, provozovatelem dráhy, zákazníky, držiteli vozů atd. Kromě vlastního uživatelského rozhraní (standardní PC) bude systém využívat i vstupy dat pořizované prostřednictvím přenosných terminálů (PDA). Tato zařízení budou mít část funkcionalit implementovánu přímo, aby mohla být využita i v off-line módu. Mobilní technologie sběru dat umožní v PRIS uchovávat vysoce přesný a realistický obraz provozní skutečnosti a tyto údaje dále předat do centrální databáze a datového skladu pro další využití. ÚDIV (ústřední dirigování vozů) V rámci PROBIS bude modul uzpůsoben pro komfortnější a přehlednější zajištění podpory práce s vozem, a to nejen v oblasti sledování pohybu vozu, ale především při racionalizaci využití vozového parku, při dohledu nad správným průběhem přepravy, při podpoře práce s vozem v atrakčním obvodu stanice včetně dohledu nad svozem a rozvozem vozů na nakládací místa atd. V rámci úprav vzniknou nové vazby na ostatní moduly, které umožní aktuální sledování stavu vozů a stavu pokrytí objednávek na prázdné vozy s možností předvídat stav do budoucnosti. ZEVO (železniční vozy) Modul komplexně řeší SW podporu pro podporu práce s vozem. Bude zahrnovat evidenci všech vozů v majetku ČDC, vozy pronajaté a vozy v nájmu a obsahovat jejich technickou specifikaci včetně evidence odnímatelných (oddělitelných) částí na vozech. Pro plánování oprav bude modul obsahovat nástroj pro sledování termínů pravidelných prohlídek v dlouhodobějším časovém horizontu a generování požadavků na opravu pro příslušnou opravnu. U každého vozu bude sledována celá jeho historie od pořízení po zrušení, průběh nájmů a pronájmů vozů. Budou evidovány smluvní vztahy (nájemní smlouvy, pronájemní smlouvy a leasingové smlouvy) a také proces nákupu vozu i proces jeho případného zrušení. Bude umožněno zadání požadavků na jednotlivé vozové řady či definované obchodní skupiny vozů pro jednotlivé komodity, případně skupiny komodit, určení očekávané vozové potřeby a skutečné vozové potřeby, podklad pro interní účtování za poskytnutý ložný prostor dle stanovených pravidel. OSCAR (obchodní systém ČDC) Jedná se o obchodní část PROBIS, bude řešit problematiku kalkulace ceny za přepravu, vznik smluv o přepravě a jejich evidenci, kontrolu plnění obchodního plánu, proces odúčtování a proces generování podkladů pro fakturaci za přepravu a související služby. 6

75 Tvorba cen bude založena na práci s dodavatelskými ceníky na principu spediční firmy (tj. parametrizované skládání dodavatelských cen). Bude vytvořena jednotná databáze obchodních případů obsahující kromě dokumentu se smlouvou i datový popis smlouvy, který bude využit zejména při objednávce přepravy a při odúčtování. Tato evidence zajistí identifikaci obchodního případu a jeho atributů. Databáze smluv sjednotí dnes roztříštěné umístění smluv souvisejících s přepravou a doplňkovými službami do jednoho místa a nahradí stávající evidence. Bude řešen výpočet dovozného a ostatních poplatků souvisejících s přepravou, bude umožněno automaticky generovat všechny podklady pro fakturaci tržeb z přepravy (vlečkové platby, pobyty vozů, pobyty vozů v cizině, podílování zásilek, podílování vozů dle KMPV, RIV, ). PLAS (plánovací systém) Modul zajistí SW podporu pro plánování jednotlivých činností v ČDC. V rámci modulu se předpokládá implementace optimalizačních algoritmů nad jednotlivými moduly PROBIS. Ty bude možné využít např. při plánování optimálního počtu seřaďovacích stanic a velikosti jejich atrakčních obvodů, při plánování potřebného počtu zdrojů (trasy, zaměstnanci, lokomotivy, strojvedoucí, vozy). Předpokládá se také podpora pro dispečerský aparát, a to při vytvoření návrhu na optimální řešení mimořádných situací v provozu v závislosti na zadaných parametrech (minimalizace zpoždění, priorita přeprav, minimalizace zásahů do plánu trasa, oběh, turnus, ). 3. Závěr Plná implementace systému dle zpracovaného harmonogramu je naplánována na konec roku Po úspěšném nasazení do rutinního provozu se předpokládá značné zvýšení efektivity plánování a řízení obchodních a provozních procesů, získání nových obchodních příležitostí a pozitivní dopad na náklady společnosti. Tím bude umožněno zachování vedoucí pozice na trhu železniční nákladní dopravy v České republice a ve středoevropském regionu a současně být efektivní a zákaznicky orientovanou společností. Praha, říjen 2010 Lektoroval: Ing. Julius Přenosil ČD Cargo, a.s. 7

76 David Žák 1, Lukáš Čegan 2, Zuzana Kleprlíková 3 Přenosy dat o aktuální poloze hnacích vozů řady 560 v Jihomoravském kraji Klíčová slova: ŽBPS, GSM, UDP, datové komunikace, vozidlový terminál, poloha vozu 1. Úvod Na kolejová vozidla ČD, a.s. byly od roku 2007 instalovány vozidlové terminály umožňující kromě hlasové také datovou komunikaci. Jedním z prvních realizovaných projektů s přenosem dat z vozidla do centrálních informačních systémů byla aplikace aktuální polohy vlaku, která slouží mimo jiné k přenosu dat o poloze vlaku do integrovaného dopravního systému Jihomoravského kraje, dále jen IDS JMK, kde tato data slouží zejména pro koordinaci navazujících spojů v přestupních uzlech. IDS JMK obsluhuje přibližně tři čtvrtiny území a více jak 85% počtu obyvatel Jihomoravského kraje. Na území obsluhovaném IDS JMK se mohou cestující přepravovat za stejných tarifních podmínek všemi tramvajovými, trolejbusovými a autobusovými linkami zahrnutými do IDS JMK a všemi osobními a spěšnými vlaky v tarifně integrovaných úsecích tratí Českých drah. [1] Část vlaků integrovaných do IDS JMK je tvořena elektrickými střídavými jednotkami řady 560, které obsahují dva hnací vozy a čtyři vložené vozy. Pravidelně se na jedné jednotce vyskytují hnací vozy po sobě jdoucích čísel (např. 001 a 002, 027 a 028 atd.). Na hnacích vozech jsou instalovány vozidlové terminály typu FXM20 (výrobce RADOM, s.r.o.). Pro studium funkce aplikace aktuální poloha kolejového vozidla a vlastností železniční bezdrátové přenosové sítě (dále jen ŽBPS) byly vybrány UDP datagramy, pomocí nichž je přenášena informace o aktuální poloze kolejového vozidla do centrální RNDr. David Žák, Ph.D., nar. 1970, Univerzita Palackého Olomouc, specializace experimentální technika, nyní Univerzita Pardubice, Fakulta elektrotechniky a informatiky, Katedra informačních technologií, Studentská 95, Pardubice Ing. Lukáš Čegan, Ph.D., nar. 1978, ČVUT Praha, systémové inženýrství, nyní Univerzita Pardubice, Fakulta elektrotechniky a informatiky, Katedra informačních technologií, Studentská 95, Pardubice Ing. Zuzana Kleprlíková, nar. 1984, Univerzita Pardubice, Fakulta elektrotechniky a informatiky, Katedra informačních technologií, Studentská 95, Pardubice 1

77 komunikační brány ŽBPS. Následně je pro vybraná vozidla pohybující se v Jihomoravském kraji tato informace přenášena až do informačního systému IDS JMK. Informace o aktuální poloze kolejového vozidla pochází z GPS přijímače instalovaného na kolejovém vozidle a slouží k přesnějšímu a častějšímu určení polohy vlaku, než je možné zajistit z provozních aplikací operátora obsluhy dráhy. 2. Technické řešení Obecný popis vozidlového terminálu FXM20 Souprava vozidlového terminálu FXM20 je standardně konstrukčně řešena formou dvou ovládacích skříněk FCB20 pro obě čela vozidla (obr. 1) a vlastním blokem rádia FRB20. V případě elektrických jednotek řady 560 je však na každém hnacím voze instalován samostatný vozidlový terminál s jednou ovládací skříňkou, neboť je zde jen jediné pracoviště strojvedoucího. Oba vozidlové terminály na jednotce pracují nezávisle. [2] Ovládací skříňky jsou vybaveny jednak rozhraním pro komunikaci prostřednictvím analogové radiostanice systému TRS VS47, dále rozhraním pro komunikaci pomocí bloku rádia FRB20 a rovněž sériovým rozhraním RS232 pro diagnostiku a konfiguraci zařízení. Pro realizaci datových přenosů je FRB20 osazen rozšiřujícím modulem. Datový modul umožňuje přenos informací o poloze vlaku zjištěné z vestavěného GPS přijímače a datovou komunikaci s externími zařízeními na hnacím vozidle prostřednictvím sběrnice RS-485. Přenos z hnacího vozidla je realizován prostřednictvím technologií GPRS v privátním APN sítě veřejného GSM operátora. Obr. 1 Ovládací skříňka vozidlového terminálu v režimu GSM-R 2

78 Základní technické parametry vozidlového terminálu FXM20 [2]: provoz v síti komunikace technologie přenosů napájení TRS, GSM, GSM-R hlasová i datová CSD, SMS, GPRS 110Vss, 48Vss nebo 24Vss Železniční bezdrátová přenosová síť Vozidlové terminály FXM20 komunikují prostřednictvím ŽBPS, která zastřešuje více přenosových sítí a nad těmito sítěmi nabízí inteligentní služby, například funkční adresaci koncových zařízení na vozidlech prostřednictvím dynamického DNS na základě UIC označení vozu a/nebo čísla vlaku, funkce vozidla na vlaku, pořadí vozu a podobně. ŽBPS chápeme jako množinu přenosových sítí, komunikačních zařízení, rozhraní, protokolů a pravidel pro bezdrátovou komunikaci mezi objekty na železnici. ŽBPS je koncipována jako síť s centralizovaným přístupem mobilních prostředků do pevné sítě přes centrální komunikační bránu. Ta zajišťuje přístup k síti jednotným způsobem pro všechna koncová zařízení a na základě překladu adres a jmenných konvencí zajišťuje směrování konkrétních datagramů příslušným aplikačním serverům či koncovým zařízením. Podrobnější popis koncepce ŽBPS a principů datové komunikace je uveden v [3] a [4]. Vozidlové terminály slouží pro komunikaci koncových zařízení umístěných na kolejových vozidlech (například diagnostické systémy, displeje jízdních řádů, multiaplikační terminály, informační zařízení pro cestující, rychloměry, snímače identifikačních karet strojvedoucích, kamerové systémy, systémy na sledování polohy, elektroměry) prostřednictvím sítě ŽBPS s ostatními systémy. Mezi základní vlastnosti sítě ŽBPS patří použití otevřeného standardu TCP/IP (viz RFC 791), možnost řídit QoS (v rámci možností použitého typu přenosové sítě), možnost využití transportních protokolů TCP či UDP podle potřeb aplikací, jmenná adresace dle principů DNS, zajištění bezpečnostních pravidel (firewall, AAA - autentizace, autorizace a účtování) a možnost šifrování přenášené informace. 3

79 3. Aplikace aktuální poloha kolejového vozidla Aplikace aktuální poloha kolejového vozidla [5] je instalována na vozidlových terminálech kolejových vozidel a využívá vestavěných GPS přijímačů. V pravidelných intervalech a při některých změnách stavů kolejových vozidel odesílá informace na stacionární informační systémy o aktuální poloze kolejového vozidla. Pro přenos těchto zpráv byl zvolen protokol UDP vzhledem k minimální režii při přenosu dat a úspoře šířky přenosového pásma. Aplikace se dá systematicky rozdělit na 2 části mobilní a stacionární. Mobilní část aplikace na vozidlovém terminálu Úkolem mobilní části aplikace je odesílat v pravidelných intervalech na stacionární část aplikace zprávu obsahující mandatorně tyto údaje: číslo zprávy (cyklicky 0 až 255), označení vozu ve formátu UIC, status zprávy, aktuální datum a čas zjištěný z GPS přijímače (v UTC formátu), zeměpisná délka a šířka, rychlost, azimut, informace o radiové síti, do níž je přepnuta vozidlová radiostanice (TRS 150 MHz, TRS 450 MHz, GSM-R, GSM). [5] Volitelné položky zprávy jsou: číslo vlaku (přebírá se z vozidlové radiostanice), funkční kód vozidla na vlaku (přebírá se z vozidlové radiostanice), identifikace strojvedoucího (číslo identifikační čipové karty). Atribut status zprávy obsahuje informaci o tom, zda: vlak stojí (případně se pohybuje podprahovou rychlostí) nebo jede nadprahovou rychlostí, od odeslání minulé zprávy došlo: o k přechodu přes práh rychlosti (tedy k zastavení či rozjezdu), o změně informací (např. číslo vlaku, funkce vozidla na vlaku, identifikace strojvedoucího, radiové sítě používané vozidlovou radiostanicí), o k uplynutí nastavené časové periody (Δt 1 nebo Δt 2 ), o k ujetí nadlimitní vzdálenosti (Δs 1 nebo Δs 2 ), o k opoždění odeslání zprávy o poloze z důvodu nedostupnosti sítě, přes kterou by bylo možné zprávu o poloze odeslat. 4

80 Pravidla pro odesílání zpráv: 1. pravidelné zprávy o poloze se při pohybu nadprahovou rychlostí odesílají buď periodicky po uplynutí časového intervalu Δt 1 nebo při ujetí vzdálenosti Δs 1 od odeslání poslední zprávy podle toho, co nastane dříve, 2. pravidelné zprávy o poloze se při pohybu podprahovou rychlostí nebo stání odesílají buď periodicky po uplynutí časového intervalu Δt 2 nebo při ujetí vzdálenosti Δs 2 od odeslání poslední zprávy podle toho, co nastane dříve, 3. zpráva je odesílána při přechodu přes práh rychlosti (zastavení, rozjezd), 4. zpráva je odesílána při změně informací (např. číslo vlaku, funkce vozidla na vlaku, identifikace strojvedoucího, změna radiové sítě) a po spuštění aplikace. 5. V případě nedostupnosti nebo neplatnosti GPS dat se zprávy o poloze neodesílají. Všechny výše uvedené principy pro generování zpráv jsou volitelné a nastavují se pomocí konfiguračních parametrů. Pro nastavení správné funkce mobilní části aplikace je používána aplikace RCN Manager [6]. Obr. 2 uvádí hodnoty parametrů nastavené ve sledovaném období na vozidlových terminálech hnacích vozidel řady 560 (Δt 1 = 30s, Δt 2 = 300s, Δs 1 = 720m, Δs 2 = 100m, práh rychlosti pro zastavení 4 km/h, pro rozjezd 7 km/h, zprávy jsou odesílány při všech změnách stavů). Obr. 2 Parametry pro odesílání zpráv o poloze v aplikaci RCN Manager Odeslání zprávy je závislé na dostupnosti komunikačního kanálu. Pokud v okamžiku požadavku na odeslání zprávy není vozidlo v dosahu některé z přenosových sítí integrovaných v ŽBPS, pokračuje aplikace poloha v dalším zpracovávání a vyhodnocování dat z GPS přijímače. S každými vyhodnocenými daty opětovně 5

81 zjišťuje, je-li komunikační kanál dostupný a to až do doby, kdy se dostane do oblasti pokryté některé ze sítí integrovaných do ŽBPS. Prostřednictvím dostupné sítě odešle zprávu s aktuální polohou v daném okamžiku. Teprve od okamžiku odeslání je nově vyhodnocován čas Δt 1 a ujetá vzdálenost Δs 1, případně Δt 2 a Δs 2. Stacionární část aplikace poloha Zprávy o poloze vozidla jsou ve formě UDP datagramů odesílány z mobilní části aplikace na centrální komunikační bránu, kde jsou ukládány do databáze a distribuovány do všech dalších aplikací, které tyto informace požadují. Tímto chováním je zamezeno redundantním přenosům dat o poloze kolejových vozidel pro potřeby jednotlivých aplikací přes úzkopásmové bezdrátové přenosové sítě mezi kolejovými vozidly a stacionárními systémy. Přijatá data o poloze jsou také využita pro zajištění některých funkcí dynamického DNS, neboť obsahují informaci o čísle vlaku. Dále je možno tato data využívat v dispečerských systémech pro identifikaci rádiové sítě, do níž je vozidlová radiostanice přihlášena. 4. Faktory ovlivňující přenos UDP datagramů Kvalita přenosu dat zasílaných z vozidel na centrální komunikační bránu je závislá na řadě faktorů, které mohou významným způsobem ovlivňovat ztráty UDP datagramů na přenosové cestě. Správná identifikace těchto faktorů je jednou z možných cest k dosažení lepších výsledků na komunikačních trasách při přenosu dat. Pokud datagram o poloze není doručen, můžeme při zpracování vyjít ze znalosti poslední doručené a první následující doručené zprávy. Z atributů těchto zpráv lze určit počet nedoručených zpráv, lokalizovat území, kde byla nedoručená zpráva odeslána, známe časový interval, označení hnacího vozidla, rychlost pohybu vozidla a další údaje nezbytné pro vyhodnocení. Na kvalitu přenosů UDP datagramů z vozidla může mít vliv řada faktorů, například místo odeslání tj.- poloha vozu, rychlost vozu, vlastní vozidlový terminál, kvalita a vytížení přenosových sítí, ale i vnější vlivy jako například elektromagnetické rušení, počasí. Přenosy UDP datagramů v reálném prostředí nejsou téměř nikdy ovlivňovány pouze jediným faktorem, ale více vlivy působícími současně. Proto je potřeba pro jednotlivé analýzy provést vyfiltrování dat, která by mohla znehodnotit získané výsledky. Mezi taková data patří například místa, kde není signál použité sítě veřejného GSM operátora, nebo je tento signál velice utlumen. Každý odeslaný UDP datagram v těle zprávy obsahuje informaci o pořadí, tzv. číslo zprávy. Číslo zprávy je číslo typu byte, pro který je vymezen rozsah celých čísel 6

82 od 0 do 255. Mobilní část aplikace poloha přiřazuje cyklicky zprávám jejich čísla. Čísla scházející v sekvenci doručených zpráv odpovídají zprávám, které nebyly doručeny, takových ztracených zpráv může být i více za sebou. Při hledání těchto nedoručených zpráv budeme vycházet ze znalosti čísla poslední doručené zprávy, kde x je číslo této zprávy. Od této zprávy budeme hledat, podle času vygenerování zprávy, další doručenou zprávu, která byla odeslána ze stejného vozidlového terminálu a jejíž číslo označíme y. Počet zpráv, které v posloupnosti schází, označíme jako n. Výsledek dostaneme dosazením hodnot za x a y do rovnice: n = ( y x + 255) mod256. Pro každou doručenou zprávu tak známe, zda předchozí zpráva byla doručena a v případě, kdy nikoli, můžeme určit počet ztracených zpráv, časový interval, kdy byly odeslány, přibližnou rychlost vlaku a oblast, z níž byly odeslány. Tyto informace můžeme následně vyhodnotit, přičemž se vždy pokusíme eliminovat negativní vliv ostatních faktorů, například vyřazením dat odeslaných z oblastí, kde dochází k větším ztrátám při odesílání UDP datagramů. 5. Výsledky analýzy vlivů Analyzovaná data pochází z 18 hnacích vozů řady 560 v období od 1. ledna do 30. června roku Ve sledovaném období byly doručeny téměř 3 milióny zpráv o poloze. V tabulce 1 jsou uvedeny počty analyzovaných datagramů a stavové informace z těchto zpráv. Tab. 1 Přehled analyzovaných datagramů Parametr Počet zpráv Podíl Počet doručených zpráv Počet vozidel řady Počet nedoručených zpráv ,26% Počet výpadků v doručování zpráv ,85% Stav Vozidlo v pohybu (včetně rozjezdů) ,1% Vozidlo v klidu (včetně zastavení) ,9% Důvod odeslání zprávy Uplynutí času Δt 1 nebo Δt ,2% Ujetí nadlimitní vzdálenosti Δs 1 nebo Δs ,9% Rozjezd nebo zastavení ,7% Změna doplňkových informací ,6% 7

83 Pro omezení vlivu potenciálních nepřesností na studované faktory byly ze zpracování následně vyloučeny datagramy, které nevyhovovaly následujícím kritériím: a) vzdušná vzdálenost mezi dvěma po sobě doručenými zprávami ze stejného vozidlového terminálu menší nebo rovna m, b) časový interval mezi dvěma po sobě doručenými zprávami ze stejného vozidlového terminálu menší nebo roven s, c) GPS přijímačem udávaná rychlost pohybu vozidla menší nebo rovna 140 km/h (nesprávně vyhodnocená rychlost GPS přijímačem), d) GPS poloha mimo území ČR. Zavedením těchto podmínek eliminujeme vliv vypnutí vozidlového terminálu nebo nereálných hodnot získaných GPS přijímačem na analyzované výsledky. Vliv polohy Pro zjištění vlivu polohy vozidla na kvalitu přenosu zpráv o poloze byla studovaná oblast rozdělena na rastr o velikosti 100x100 m (sledované jednotky řady 560 se pohybují v takových oblastech), v nichž byly vyhodnocovány tyto parametry: - počet doručených zpráv o poloze, - počet nedoručených zpráv o poloze s těmito zprávami sousedícími a podíl doručených zpráv o poloze z této oblasti, - počet výpadků při doručování zpráv o poloze s těmito zprávami souvisejícími a podíl výpadků při přenosu zpráv o poloze z této oblasti (za výpadek považujeme sadu po sobě bezprostředně jdoucích nedoručených zpráv), - počty doručených zpráv v závislosti na stavu (stání, rozjezd, zastavení, pohyb, ostatní). Pro následné vyhodnocení byly použity ty oblasti, kde počet doručených zpráv o poloze přesáhl 100. Tato hodnota byla zvolena z důvodu, aby jedna náhodně nedoručená zpráva o poloze nezpůsobila zařazení oblasti do jiné kategorie (tedy podíl doručených zpráv v takovém případě neklesl pod 99%). Pro vlastní zobrazení v mapových podkladech je přizpůsobena velikost a průhlednost barevně zobrazovaných oblastí aktuálnímu měřítku mapy, čehož je docíleno spojením více elementárních oblastí o velikostech 100x100 m do větších celků, např. 200x200 m, 500x500 m či 1 000x1 000 m. Takto velké oblasti je možné přehledně vizualizovat na mapě celé ČR. 8

84 Na obr. 3 je zobrazena část železniční sítě, po níž se pohybují sledovaná vozidla řady 560. Na obr. 4 je přiblížena část sítě pro detailní zobrazení jednotlivých oblastí. Místa označená žlutou, oranžovou a červenou barvou lze charakterizovat jako území, v nichž je nižší podíl doručených zpráv o poloze. Tabulka 2 zobrazuje rozsahy hodnot tohoto parametru pro jednotlivé barvy na obrázku, podíly počtu všech oblastí spadající do uvedené kategorie a podíl počtu všech zpráv došlých z těchto oblastí. Barva Tab. 2 Barevné kategorie oblastí v mapách Podíl doručených zpráv z oblasti Procento oblastí Procento zpráv Zelená Více než 99% 84,5% 81,3% Světle zelená 97% - 99% 6,8% 11,4% Žlutá 90% - 97% 5,6% 5,0% Oranžová 80% - 90% 1,4% 1,5% Červená Méně než 80% 1,6% 0,8% Lze předpokládat, že zvýrazněné oblasti budou pokryty nižší úrovní signálu GSM sítě nebo se v nich objevují přírodní či technické překážky snižující úroveň signálu sítě mobilního operátora. Ve zkoumané oblasti jde například o tunely na trati Brno Adamov. Obr. 3 Zkoumané tratě se sledovanými oblastmi o velikosti 1 x 1 km 9

85 Obr. 4 Detailnější pohled na oblasti v okolí Brna, kde docházelo ke ztrátám při přenosu UDP datagramů. Sledované oblasti mají velikost 200 x 200 m Vliv vozidlového terminálu a hnacího vozidla Pravděpodobnost přenosu UDP datagramu může být také ovlivněna konkrétním vozidlovým terminálem, jeho anténou a anténním svodem, stejně jako rušivými vlivy vznikajícími přímo při provozu daného hnacího vozidla. Obr. 5 ukazuje experimentálně zjištěné výsledky pro sledovanou skupinu vozidel. Pro vyhodnocení byly kalkulovány datagramy odeslané danými vozidly z oblastí, kde podíl doručených zpráv je větší nebo roven 99%. 10

86 Obr. 5 Podíl doručených zpráv o poloze z konkrétních vozů řady 560 U vozidel 005 a 022 je v grafu znatelný nižší podíl doručených zpráv v porovnání s ostatními vozidly, nicméně ani tyto hodnoty v principu neovlivňují funkčnost aplikace jako celku. Vliv denní doby Podíl doručených UDP datagramů můžeme sledovat také v závislosti na denní době, neboť s denní dobou se mění zatížení použitých přenosových sítí i počty odesílaných zpráv o poloze vozidel. Výsledky jsou zobrazeny z obr. 6, kde modrá křivka zobrazuje průměrný počet denně odeslaných zpráv v danou hodinu (po oříznutí minut) a červená křivka zobrazuje podíl doručených zpráv. Pro vyhodnocení byla použita data z oblastí, kde podíl doručených zpráv je větší nebo roven 99% a pro dny, kdy je větší než 97,5%. Z grafu je vidět větší množství odeslaných zpráv o poloze v denní době vzhledem k provozu sledovaných vozidel na jednotlivých vlacích, opětovný pokles v nočních hodinách a zřetelný vliv denní doby na podíl doručených zpráv. 11

87 Obr. 6 Závislost podílu doručených zpráv na denní době Vnější vlivy Z dlouhodobějšího časového hlediska můžeme sledovat i působení některých dalších vlivů. Proto byl sestaven graf viz obr. 7, ve kterém je vidět podíl doručených zpráv pro jednotlivé kalendářní dny v období od 1.ledna do 30.června Obr. 7 Podíl doručených zpráv v jednotlivých dnech v období od ledna do června

88 Ve zkoumaném období je zjevný pokles podílu doručených zpráv v květnu a červnu 2010 oproti ostatním měsícům. Tento pokles by mohl být způsoben dlouhodobějším zhoršením počasí v tomto období, zejména nadprůměrnými úhrny srážek. Téměř pro celou Českou republiku se udává, že v květnu 2010 spadlo dvojnásobně až trojnásobně větší množství srážek, než je v tomto období zvykem. 6. Závěr Článek uvádí výsledky získané zpracováním doručených zpráv o poloze hnacích vozů řady 560 v první polovině roku 2010, konkrétně se zaměřil na rozbor vlivů ovlivňujících přenosy UDP datagramů z kolejových vozidel. Jednotlivé analýzy vlivů jsou přehledně doplněny grafy. Získané výsledky potvrzují správnou funkci celé aplikace, neboť s určitými ztrátami při přenosu UDP datagramů je třeba již z charakteru řešení vždy počítat. Na základě získaných výsledků je možné jednak označit oblasti s předpokládanou nízkou úrovní signálu GSM sítě či v budoucnu identifikovat vozidlové terminály, u nichž by narůstající chybovost mohla znamenat blížící se závadu. Porovnání denních statistik doručených zpráv zjevně zachycuje negativní vliv nepříznivého počasí na přenosy UDP datagramů počátkem května Skutečnost, že pro přenos zpráv o aktuální poloze vlaku jsou použity UDP datagramy, nám navíc umožňuje sledovat přenosové vlastnosti sítě ŽBPS. Pravidelné sledování klíčových parametrů může být zdrojem cenných informací o kvalitě a správné funkci sítě ŽBPS jako celku. 7. Definice a zkratky Zkratka APN DNS GPRS GPS GSM GSM-R IDS JMK IP Význam Access Point Name slouží k identifikaci služby v GPRS síti Domain Name System - hierarchický systém doménových jmen General Packet Radio Service - technologie 2,5 generace mobilních sítí určená pro přenos dat na bází přepínání paketů Global Positioning Systém navigační systém Global System for Mobile Communication GSM for Railways - mobilní síť typu GSM určená výhradně pro potřeby železnice Integrovaný dopravní systém Jihomoravského kraje Internet Protocol - datový protokol používaný pro přenos dat přes paketové sítě 13

89 QoS TCP UDP UIC ŽBPS Quality of Service kvalita služby Transmission Control Protocol protokol poskytující transportní služby v IP sítích se spojením User Datagram Protocol protokol poskytující transportní služby v IP sítích bez spojení International Union of Railways Mezinárodní svaz železnic Železniční bezdrátová přenosová síť 8. Literatura [1] Integrovaný dopravní systém Jihomoravského kraje (IDS JMK) [online] [cit ] Dostupné na: < [2] Žák, D., Sieber, V. Možnosti využití vozidlového terminálu FXM20 pro řízení železničního provozu. Příspěvek na konferenci Infotrans 2009, dubna Pardubice, 1. vyd., Pardubice: Univerzita Pardubice, 2009., str ISBN [3] Šídlo, M., Žák, D. Železniční bezdrátová přenosová síť (koncepce, komunikační jednotka, GW ). Sborník 3. konference Moderní zabezpečovací, řídící a telekomunikační technika na tratích ČR jako součásti evropského železničního systému, České Budějovice, 2007, str [4] Márovec, A., Žák, D.: Železniční Bezdrátová Přenosová Síť. Vědeckotechnický sborník ČD č. 27/2009, Generální ředitelství Českých drah, Praha, 2009, ISSN , str [5] Pipek, K., Malík, P., Žák, D. Aplikace aktuální poloha kolejového vozidla popis aplikace, Pardubice: RADOM, s.r.o., 2008, PROJEKT TANDEM FT- TA3/031, KS 800. [6] Čegan, L., Žák, D.: Systém pro konfiguraci komunikačních terminálů a vizualizaci stavových dat z kolejových vozidel. Dopravní systémy Vyd. 1. Pardubice: Dopravní fakulta Jana Pernera, Univerzita Pardubice, Perner s Contacts ISSN X, ročník třetí, číslo V., vyšlo , str Pardubice, září 2010 Lektoroval: Michal Sklenář ČD, GŘ - Odbor informatiky 14

90 Jakub Vágner 1, Aleš Hába 2 Možnosti stanovení příčné tuhosti flexi-coil pružin Klíčová slova: vypružení, flexi-coil, příčná tuhost, MKP, šroubovitá pružina 1. Úvod Vinuté pružiny typu flexi-coil jsou dnes jedním z nejvíce používaných prvků vypružení při stavbě kolejových vozidel. Pomocí jedné pružiny tak lze realizovat nejen svislé vypružení, ale také příčné resp. podélné vypružení. Příčná tuhost flexicoil pružin pak určuje zejména hodnotu momentu proti natáčení podvozku. Uplatnění nacházejí nejen v sekundárním ale delší dobu také v primárním vypružení. Při návrhu nového vozidla je nezbytné mít k dispozici metodu, kterou je možné stanovit tuto příčnou, resp. podélnou tuhost navrhované pružiny. V 60. letech minulého století bylo odvozeno a experimentálně ověřeno několik empirických vztahů několika málo autory. Z nejvýznamnějších lze jmenovat práce od autorů Timošenka a Ponomareva, Grosse, Whala, Sparinga. Je však nutné zdůraznit skutečnost, že v 60. letech 20. století se tento typ pružin využíval zejména v sekundárním vypružení vozidel a proto i experimentální ověření probíhalo na pružinách, jejichž rozměry odpovídaly právě rozměrům pružin sekundárního vypružení. V současnosti lze bez problému využít modernější způsoby pro stanovení parametrů navrhovaných pružin prostřednictvím metody konečných prvků (MKP). Za účelem porovnání možností výpočtu příčné tuhosti flexi-coil pružin jsou v tomto příspěvku na příkladu dvou reálných pružin prezentovány výsledky výpočtů jejich příčné tuhosti pomocí několika nejznámějších empirických vzorců a pomocí MKP analýzy. Ve všech výpočtech se příčná tuhost předpokládá jako poměr příčné síly (síla kolmá na svislou osu pružiny) a příčné deformace pružiny (vzájemný posuv dosedacích ploch závěrných závitů ve směru příčné síly). Jelikož má na příčnou tuhost vliv také svislé zatížení pružiny, ve všech výpočtech je svislé zatížení rovno hodnotě statického zatížení pružiny. 1 Ing. Jakub Vágner, 1983, absolvent Dopravní fakulty Jana Pernera Univerzity Pardubice, obor Dopravní prostředky kolejová vozidla, nyní postgraduální doktorské studium na DFJP UPa KDPD, asistent na DFJP UPa KDPD. Tel.: , Jakub.Vagner@upce.cz 2 Ing. Aleš Hába, Ph.D., 1979, absolvent Dopravní fakulty Jana Pernera Univerzity Pardubice, obor Dopravní prostředky kolejová vozidla, nyní asistent na DFJP UPa KMMČS. Tel.: , Ales.Haba@upce.cz 1

91 2. Parametry vybraných pružin Základní rozměrové parametry obou vybraných pružin jsou uvedeny v tab. 1. Označení veličin je shodné pro všechny níže uvedené metody výpočtu. Hodnoty uvedené v tabulce jsou získány z výkresové dokumentace výrobce pružiny, případně byly změřeny (ověřeny) na reálné pružině. Ostatní parametry byly vypočteny podle následujících vztahů: H0 Štíhlostní poměr nezatížené pružiny: β 0 = (1a) D Štíhlostní poměr zatížené pružiny: Moment setrvačnosti průřezu drátu: H β = (1a) D 4 d I = π (2a) 64 Polární moment setrvačnosti: I p 4 d = π (2b) 32 Svislá tuhost: k z 4 G d 8 D n = 3 (3) Deformace pod zatížením: Q = (4) 1 z k z Tab. 1 Rozměrové parametry vybraných pružin Veličina Označení Pružina A Pružina B Zdroj Počet činných závitů n [-] 9,81 7 Měření Celkový počet závitů N [-] 11,5 9 Měření Průměr drátu D [mm] Výkres / Měření Střední průměr pružiny D [mm] Výkres / Měření Volná výška H 0 [mm] Výkres / Měření Zatížení jedné pružiny Q 1 [N] Výkres Svislá tuhost k z [N.mm -1 ] 277,5 553,9 Vypočet (3) Deformace pod zatížením z [mm] Výpočet (4) Výška zatížené pružiny H [mm] Výpočet (H 0 z) Moment setrvačnosti průřezu drátu I [mm 4 ] Výpočet (2a) 2

92 Veličina Označení Pružina A Pružina B Zdroj Polární moment setrvačnosti I p [mm 4 ] Výpočet (2b) Štíhlostní poměr nezatížené pružiny β 0 [-] 3,533 2,625 Výpočet (1a) Štíhlostní poměr zatížené pružiny Β [-] 2,793 2,111 Výpočet (1b) Modul pružnosti v tahu E [MPa] Modul pružnosti ve smyku G [MPa] V následujících kapitolách je proveden výpočet podle jednotlivých metod. Ve všech případech se předpokládá, že dosedací plochy závěrných závitů jsou rovnoběžné, svislé zatížení je rovno statickému zatížení pružiny a není zohledněna poloha závěrných závitů. 3. Výpočty příčné tuhosti pružin podle vybraných empirických vztahů 3.1. Výpočet příčné tuhosti podle Grosse Empirický vztah podle Grosse pro určení příčné tuhosti: k ygross = 1 Q H tg α H + α 2 H k s (5) Příčná tuhost podle Grosse je závislá na konstantě α, která je závislá na tzv. ohybové tuhosti k o a na tzv. smykové tuhosti k s. Výpočet konstanty α je dán následujícím vztahem: α = k 0 Q 1 Q 1 1 k s (6) Ohybová a smyková tuhost jsou veličiny závislé na materiálových charakteristikách E a G a na momentech setrvačnosti průřezu drátu pružiny I a I p. Ohybová tuhost je určena podle vztahu (7), smyková tuhost podle vztahu (8): k 0 H = D 1 π n 2 E I 1 + G I p (7) 3

93 k s E H I = D 2 π n 3 (8) Vypočtené hodnoty ohybové a smykové tuhosti se dosadí do vztahu (6) pro konstantu α, která se dosadí již přímo do vztahu (5) pro příčnou tuhost pružiny. Výsledky výpočtu jsou uvedeny v tab. 2. Tab. 2 Výsledky výpočtu příčné tuhosti pružin podle Grosse Veličina Označení Pružina A Pružina B Vztah Ohybová tuhost k o [N.mm 2 ] 1, , (5) Smyková tuhost k s [N] 3, , (6) Konstanta α [mm -1 ] 5, , (4) PŘÍČNÁ TUHOST - GROSS k ygross [N.mm -1 ] 17,10 185,66 (3) 3.2. Výpočet příčné tuhosti podle Wahla Ve vztahu pro výpočet příčné tuhosti podle Wahla je důležitým parametrem konstanta U, jejíž hodnota je dána graficky dle štíhlostního poměru β 0 nezatížené pružiny. Grafický průběh závislosti U = f (β 0 ), který je uveden na obr. 1, byl nahrazen regresním polynomem 4. řádu následujícího tvaru: U β = 0,0068 β + 0,1101 β 0,601 β + 1, ,0522 (9) Pro provedenou náhradu křivky regresním polynomem (9) je hodnota koeficientu spolehlivosti regrese R 2 = Lze tedy konstatovat, že náhrada je dostatečně spolehlivá a jedinou chybou je pouze vliv nepřesnosti odečtu z grafu. 4

94 y = x x x x R 2 = WAHL Polynom Obr. 1 Určení konstanty U z grafu [1] Výpočet příčné tuhosti podle Wahla je pak dán následujícím vztahem [1]: k ywahl 2.6 k z1 = β Q1 1 U H 0 k z1 (10) Výsledky výpočtu jsou uvedeny v tab. 3. Tab. 3 Výsledky výpočtu příčné tuhosti pružin podle Wahla Veličina Označení Pružina A Pružina B Vztah Štíhlostní poměr nezatížené pružiny β 0 [-] 3,533 2,625 (1a) Štíhlostní poměr zatížené pružiny β [-] 2,793 2,111 (1b) Konstanta U U [-] 0,265 0,490 (9) PŘÍČNÁ TUHOST - WAHL k ywahl [N.mm -1 ] 21,40 195,18 (10) 3.3. Výpočet příčné tuhosti podle Sparinga Výpočet příčné tuhosti podle Sparingova empirického vztahu je stejně jako u předešlého výpočtu dle Wahla založen na určení doplňujícího parametru na základě dané grafické závislosti. V tomto případě je však onen parametr (označen A) závislý (viz obr. 2) na dvou poměrných veličinách a a b. 5

95 Obr. 2 Určení konstanty A z grafu [2] Veličiny a a b jsou dány následujícími vztahy: a = H z st 0 b = 0 d D H d (11) Ze vztahů (11) je patrné, že parametr a je u dané pružiny závislý na zvolené statické deformaci. V tomto případě byla provedena náhrada odečtených hodnot regresním polynomem, což umožňuje měnit hodnotu svislé deformace (v původním zdroji označenou jako y) bez nutnosti odečtu z grafu. Z předešlého textu je však zřejmé, že tuto náhradu je potřeba provést pro každou pružinu zvlášť. Tvar regresního polynomu 4. řádu je pro pružinu A je vyjádřen vztahem (12), pro pružinu B vztahem (13) A = 4165,7 a 1662,4 a + 291,4 a 15,086 a + 1,4599 (12) A = 14,178 a + 23,896 a 2,3233 a + 3,0333 a + 0,9769 (13) Na základě vztahu (12), resp. (13) je stanovena hodnota veličiny A, která se dosadí přímo do Sparingova vztahu pro výpočet příčné tuhosti daného následujícím vztahem: 6

96 k ysparing = 2.6 k z1 H d A D 2 (14) Výsledky výpočtu jsou uvedeny v tab. 4. Tab. 4 Výsledky výpočtu příčné tuhosti pružin podle Sparinga Veličina Označení Pružina A Pružina B Vztah Veličina a a [-] 0,22 0,21 (11) Veličina b b [-] 3,34 2,43 (11) Konstanta A A [-] 4,38 1,72 (12), (13) PŘÍČNÁ TUHOST - Sparing k ysparing [N.mm -1 ] 26,61 220,32 (14) 3.4. Výpočet příčné tuhosti podle British Standard Pro výpočet příčné tuhosti podle British Standard [2] je nutné nejdříve stanovit bezrozměrnou veličinu X, která je dána vztahem: X = H 2 D Q k Q1 1+ H 2.61 k z z1 1 H (15) Veličina X se po té dosadí přímo do vzorce pro výpočet příčné tuhosti podle British Standard: k ybs = 2 D Q k Q 1 1 z1 H tg ( X ) H (16) Výsledky výpočtu jsou uvedeny v tab. 5. Tab. 5 Výsledky výpočtu příčné tuhosti pružin podle BS Veličina Označení Pružina A Pružina B Vztah Pomocná veličina X [-] 1,417 1,024 (15) PŘÍČNÁ TUHOST - BS k ybs [N.mm -1 ] 18,24 178,98 (16) 3.5. Výpočet příčné tuhosti podle Timošenka-Ponomareva Lze se domnívat, že nejlépe podloženou metodou pro výpočet příčné tuhosti flexi-coil pružin je metoda vypočtu příčné tuhosti podle Timošenka-Ponomareva. Odchylky této metody od hodnot naměřených u reálných pružin byly zjištěny 7

97 do 10 %. Zjednodušený Timošenko-Ponomarevův empirický vztah je dán následovně: k ytim Pon = k z1 2 D (1 γ ) 3 ( H ψ d) 0, ,381 D ( H 1,5 d) 2 (17) V uvedeném vztahu se vyskytují dvě pomocné veličiny. První pomocnou veličinou je bezrozměrná proměnná γ, která je závislá na štíhlostním poměru zatížené pružiny. Právě podle hodnoty štíhlostního poměru se tato pomocná veličina vypočte jedním z následujících vztahů: Q1 d γ = β β 1.5 pro β 0 < (18) k H D z1 Q1 β k z1 H γ = ( β β ) pro β (19) Druhou pomocnou veličinou je konstanta ψ zohledňující způsob uložení závěrných závitů (kloubové nebo tuhé uložení). Pro počítané pružiny je tato konstanta rovna hodnotě 0,5, která odpovídá tuhému uložení. Výsledky výpočtu jsou uvedeny v tab. 6. Tab. 6 Výsledky výpočtu příčné tuhosti pružin podle Timošenka - Ponomareva Veličina Označení Pružina A Pružina B Vztah Štíhlostní poměr nezatížené pružiny β 0 [-] 3,533 2,625 (1) Štíhlostní poměr zatížené pružiny β [-] 2,758 2,111 (1) Konstanta ψ [-] 0,5 0,5 - Konstanta (tuhé uložení konců) M [-] Pomocná veličina při (β 0 <2,62) γ 1 [-] 0,673 0,339 (18) Pomocná veličina při (β 0 2,62) γ 2 [-] 0,819 0,262 (19) PŘÍČNÁ TUHOST (β 0 <2,62) 32,11 217,60 k ytim-pon [N.mm -1 ] PŘÍČNÁ TUHOST (β 0 2,62) 18,28 242,86 (17) 8

98 4. Analýza příčné tuhosti vybraných pružin pomocí MKP 4.1. Vstupní model pružin Obě analyzované pružiny jsou pro MKP analýzu modelovány pouze svými činnými závity jako těleso rozdělené pomocí rovnoměrné sítě na 8-uzlové trojrozměrné prvky. Zobrazení obou pružin jako drátového modelu v daném souřadném systému je uvedeno na obr. 3. Obr. 3 Modely obou pružin v daném souřadném systému 4.2. Stanovení přesnosti popisu modelu pružin pro MKP analýzu Přesnost výsledků výpočtů MKP je však závislá na hustotě sítě. Z toho důvodu byl proveden rozbor za účelem zjištění optimální hustoty sítě vzhledem k potřebné přesnosti výsledků. Tento rozbor je založen na porovnávání výsledků svislé deformace pružiny vyvolané svislým statickým zatížením prostřednictvím MKP analýzy při různé hustotě sítě současně s výsledky analytického výpočtu svislé deformace pružiny dle vztahu (20), resp. (21). Při svislém zatěžování pružin jsou spodnímu koncovému průřezu drátu ve všech uzlech předepsány nulové hodnoty všech posuvů i rotací, hornímu koncovému průřezu drátu jsou ve všech uzlech předepsány nulové hodnoty všech rotací a nulové hodnoty posuvů ve směru osy x a y. Do každého uzlu horního koncového průřezu je dále předepsáno zatížení svislou osamělou silou orientovanou proti smyslu osy z. Hodnota síly v každém uzlu odpovídá příslušné části celkového svislého zatížení (dle počtu uzlů v průřezu). Výsledky rozboru přesnosti svislé deformace zjištěné pomocí MKP analýzy jsou uvedeny v tab. 7 a v tab. 8, kde jsou v obou případech vždy v posledním sloupci uvedeny odečtené hodnoty deformace uzlů zatíženého horního koncového průřezu drátu pružiny. 9

99 Tab. 7 Rozbor přesnosti MKP výpočtového modelu pružina A Počet prvků na průměr drátu Počet prvků na závit Celkový počet prvků Celkový počet uzlů Zobrazení Svislá deformace F ZA = N ,8 mm ,2 mm ,8 mm ,4 mm ,8 mm 3 16 FZA DA z A = 4 d A n E ča 3 ( 1 + μ) ,81 ( 1+ 0,3) = = 138,6 mm (20) Tab. 8 Rozbor přesnosti MKP výpočtového modelu pružina B Počet prvků na průměr drátu Počet prvků na závit Celkový počet prvků Celkový počet uzlů Zobrazení Svislá deformace F ZB = N ,8 mm ,7 mm ,6 mm ,1 mm ,5 mm 3 16 FZB DB z B = 4 d B n E čb 3 ( 1 + μ) ( 1+ 0,3) = = 123,4 mm (21)

100 Z porovnání výpočtů zjištěné svislé deformace prostřednictvím MKP analýzy pro různé hodnoty hustoty sítě je patrné, že v obou případech je odchylka mezi dvěma posledními modely menší než 1 mm. Rozdíl mezi deformací zjištěnou pomocí posledních dvou nejpřesnějších modelů MKP analýzy (vždy poslední dva řádky v tab. 7 a 8) je méně než 1 mm. Odchylka analytického výpočtu je sice větší (3,8 mm u pružiny A a 2,1 mm u pružiny B), avšak pokud stanovíme v tomto případě kriterium přesnosti 5 %, což odpovídá toleranci pro svislou deformaci skutečné pružiny, lze nejpřesnější z uvedených modelů považovat za dostatečně přesný. Dalším zvýšením hustoty sítě by se jistě odchylky ještě zmenšily, avšak pro účely porovnání příčné tuhosti pružiny zjištěné MKP analýzou a vypočtené pomocí výše uvedených empirických vztahů má model s uvedenou nejhustší postačující přesnost Rozbor příčné tuhosti pružin Důležitou vlastností příčné tuhosti šroubovité pružiny je proměnlivost její hodnoty v závislosti na směru namáhání a poloze koncových průřezů. V této souvislosti je provedena MKP analýza u obou vybraných pružin pro různé směry a také různé hodnoty příčné deformace. Vzhledem ke složitosti namáhání drátu pružiny zatížené v příčném směru totiž autoři nepředpokládali lineární charakteristiku. Pružina je namáhána ve dvou na sebe kolmých směrech, a to v obou smyslech, přičemž jeden ze směrů je vždy rovnoběžný s rovinou horního koncového průřezu. Příčná tuhost byla u každého směru i smyslu namáhání zjišťována pro deformace 5, 10, 20, 40 a 60 mm. Obr. 4 Zobrazení obou analyzovaných pružin při příčné deformaci 60 mm Spodnímu koncovému průřezu drátu jsou ve všech uzlech předepsány nulové hodnoty všech posuvů i rotací, hornímu koncovému průřezu drátu jsou ve všech uzlech předepsány nulové hodnoty všech rotací a nulová hodnota posuvu v příčném směru kolmém na směr namáhání. Do všech uzlů horního koncového průřezu je dále předepsáno posunutí ve směru osy z a proti smyslu této osy o hodnotu svislé deformace 139,8 mm u pružiny A, resp. 125,5 mm u pružiny B (hodnota svislé deformace vypočtená při samotném svislém zatížení předepsanou silou viz tab. 7 a 8) a posunutí o požadovanou hodnotu příčné deformace v příslušném směru 11

101 a smyslu. Na základě součtu reakčních sil v horním koncovém průřezu je pak stanovena v jednotlivých směrech namáhání pro každou deformaci hodnota výsledné reakční síly v horním koncovém průřezu. Zjištěné zatěžovací charakteristiky pro oba směry jsou pro obě pružiny uvedeny na obr Pružina A 20.0 Pružina B směr x 12.0 směr y Zatížení [kn] směr y Zatížení [kn] směr x Deformace [mm] Deformace [mm] Obr. 4 Zatěžovací charakteristiky příčného namáhání pružin zjištěné MKP analýzou Proti předpokládanému očekávání autorů je možné jednoznačně konstatovat, že příčná charakteristika flexi-coil pružin je v celém svém rozsahu lineární, pouze u pružiny A je zřetelná mírná odchylka od přímky tuhosti v oblasti malých deformací. Vliv změny směru namáhání v příčné rovině má pouze za následek posunutí příčné charakteristiky pružiny, což však ve výsledku znamená i jinou hodnotu příčné reakce při stejné deformaci v různém směru. Významně se tato skutečnost projevuje zejména při malých deformacích. Při porovnání obou grafů je možné si též povšimnout, že při deformaci pružiny B ve směru rovnoběžném s rovinou horního koncového průřezu drátu (a zároveň i spodního, jelikož pružina B má celý počet závitů) obdržíme charakteristiku centrovanou, zatímco u pružiny A tomu tak není. Na tomto místě je důležité podotknout, že pružina A nemá celý počet závitů, nicméně do celého počtu 10 závitů jí chybí 0,19 závitu. Lze jednoznačně předpokládat, že v případě celého počtu závitů pružiny A (10 závitů), by její zatěžovací charakteristika byla rovněž centrovaná, jako je tomu u pružiny B. Posunutí jednotlivých charakteristik při zatěžování v různém směru je pak zřejmě mírou právě změny směru zatěžování pružiny. 5. Zhodnocení a porovnání výsledků výpočtů příčné tuhosti V tab.11 jsou pro přehlednost souhrnně uvedeny vypočtené hodnoty příčných tuhostí pro jednotlivé pružiny dle jednotlivých výše uvedených metod. Na obr. 5 jsou tyto hodnoty uvedené v tab. 11 pro názornější porovnání zobrazeny též formou sloupcových grafů. Porovnání jednotlivých způsobů výpočtu je provedeno tak, že výsledky všech empirických metod byly vztaženy relativně k výsledkům MKP analýzy. 12

102 Tab. 9 Tabelární porovnání výsledků všech použitých metod výpočtu příčné tuhosti vybraných pružin Pružina A Pružina B Metoda výpočtu Příčná tuhost [N/mm] Relativně k MKP [%] Příčná tuhost [N/mm] Relativně k MKP [%] Gross 17,1 23% 185,66 73% Wahl 21,4 29% 195,18 77% Sparing 26,61 36% 220,32 86% BS 18,24 25% 178,88 70% Timošenko- Ponomarev 22,67 31% 242,86 95% MKP % % N/mm Porovnání vypočtených tuhostí 300 Gross Wahl 250 Sparing BS 200 Timošenko-Ponomarev MKP Příčná tuhost A Příčná tuhost B Obr. 5 Grafické porovnání výsledků všech použitých metod výpočtu příčné tuhosti vybraných pružin 13

103 Z provedeného porovnání je patrné, že k největší shodě došlo u pružiny B, a jedná se konkrétně o shodu MKP výsledku analýzy a metody Timošenka- Ponomareva, která právě jak již bylo výše zmíněno je metodou obecně nejlépe podloženou. Naopak výsledků MKP analýzy v porovnání s výsledky empirických metod u pružiny A jsou zcela odlišné. Je vhodné připomenout, že pružina B má na rozdíl od pružiny A celý počet závitů. Tato skutečnost však má zřejmě vliv pouze na posunutí její charakteristiky příčného zatěžování, jak již bylo uvedeno výše. Nicméně významnějším vliv zde zřejmě bude mít štíhlostní poměr pružin, který je také rozdílný. Lze vyslovit domněnku, že pružina B s nižším štíhlostním poměrem a tím typičtějším tvarem pro použití v sekundárním vypružení kolejových vozidel je právě typickým představitelem pružin, podle kterých byly sestaveny ony empirické vztahy pro výpočet příčné tuhosti flexi-coil pružin v 60. letech minulého století. Na tomto místě je tedy možné vyslovit závěr, že výpočty příčné tuhosti pružiny pomocí empirických vztahů nejsou pro všechny druhy pružin spolehlivě použitelné. Toto tvrzení je však možné konstatovat pouze v případě, že MKP analýza poskytuje pro tento typ zatěžování pružiny skutečně spolehlivé výsledky. Skutečné ověření však je pak možné provést pouze experimentálně. Zde je však nutné podotknout, že reálná pružina je navíc opatřena ještě závěrnými závity jejichž tvar a poloha může mít rovněž vliv na hodnotu příčné tuhosti. V souvislosti s další analýzou příčné tuhosti flexi-coil pružin, týkající se zejména jejich stability při příčném zatěžování, budou autoři dále ve studiu této problematiky pokračovat ve formě přesnější MKP analýzy se zahrnutím závěrných závitů pružiny a kontaktu jejich dosedacích ploch za účelem důkladné teoretické přípravy na experimentální analýzu příčné poddajnosti reálných flexi-coil pružin. Literatura [1] IZER, J., JANDA, J., MARUNA, Z., ZDRŮBEK, S. Kolejové vozy. Bratislava: Alfa, s. ISBN [2] MOHYLA, Miloslav. Nové poznatky o příčné tuhosti šroubových pružin. Technické zprávy VÚKV, 1980, roč. 23, č. 6, s Příspěvek vznikl za podpory projektu MŠMT 1M0519 Výzkumné centrum kolejových vozidel. Pardubice, září 2010 Lektoroval: Ing. Pavel Janoušek VUZ, a.s. 14

104 Jaroslav Smutný 1, Ivan Vukušič 2, Vladimír Tomandl 3 Zkušenosti z experimentálního měření dlouhých výhybkových pražců Klíčová slova: výhybka, dlouhý výhybkový pražec, měření dynamických účinků, vyhodnocení dynamických účinků 1. Úvod Klasická konstrukce kolejové jízdní dráhy se principielně nezměnila již přes sto let. V posledních desetiletích se však výrazně zvýšila rychlost vlaků, výkon hnacích vozidel a tuhost kolejové jízdní dráhy. Z těchto důvodů se začaly objevovat nové okruhy problémů, k jejichž pochopení bude nezbytná analýza dynamických účinků a studium jejich šíření. Zvláště v místech přerušení plynulosti a v místech změny tuhosti kolejové jízdní dráhy dochází ke zvýšeným dynamickým účinkům. V těchto místech pak dochází k nepravidelnému sedání kolejového lože, drcení kameniva kolejového lože a vadám na pojížděné ploše kolejnic. Všechny tyto problémy se objevují také ve výhybkách a výhybkových konstrukcích. Výhybky a výhybkové konstrukce patří ke klíčovým komponentům tratě. Ačkoliv délka koleje s výhybkami představuje jen malou část železniční sítě, údržba výhybek (včetně kolejových křižovatek a jiných speciálních kolejových konstrukcí) je zhruba stejně nákladná jako údržba zbylé železniční sítě bez výhybek. Je to dáno především složitým silovým působením, které vyvolává průjezd vlakové soupravy výhybkou a také nutností udržovat mnoho součástí, z nichž se výhybková konstrukce skládá. Kromě toho, že údržba výhybek s sebou přináší velké přímé náklady (náklady 1 Prof. Ing. Jaroslav Smutný, Ph.D. je absolventem Fakulty elektrotechnické VUT v Brně. Od roku 1990 je zaměstnán na Fakultě stavební VUT v Brně. V roce 2009 byl jmenován profesorem pro obor konstrukce a dopravní stavby. Je členem významných profesních společností, např. České akustické společnosti, České asociace pro geoinformace a společnosti sdružující aktivní uživatele časově frekvenčních metod signálové analýzy Time & frequency user club National Physical Laboratory. Je odborníkem v oblasti měřících metod a techniky, dále v problematice hluku a vibrací od dopravy. Zabývá se také problematikou aplikace umělé inteligence, dopravní telematiky a GIS. V rámci svého zaměření spolupracuje s průmyslovými podniky působícími v oblasti silniční a železniční dopravy. 2 Ing. Ivan Vukušič je absolventem oboru Konstrukce a dopravní stavby prezenční formy magisterského studia Fakulty stavební VUT v Brně, kde od roku 2007 pokračuje v postgraduálním studiu na Ústavu železničních konstrukcí a staveb. V roce 2007 vstoupil do Výzkumného Ústavu Železničního, a.s., kde pracuje jako specialista pro železniční infrastrukturu. Těžištěm jeho práce je železniční interoperabilita a posudková činnost. Je zástupcem Výzkumného Ústavu Železničního v pracovní skupině NB-Rail v podskupině Infrastructure. 3 Ing. Vladimír Tomandl je absolventem oboru Konstrukce a dopravní stavby prezenční formy magisterského studia Fakulty stavební VUT v Brně, kde od roku 2008 pokračuje v postgraduálním studiu na Ústavu železničních konstrukcí a staveb. V roce 2007 vstoupil do Výzkumného Ústavu Železničního, a.s., kde pracuje jako specialista pro železniční infrastrukturu. Těžištěm jeho práce je železniční interoperabilita a posudková činnost. 1

105 na údržbu), generuje velké náklady nepřímé (náklady na zpoždění vlaků při údržbě nebo při pomalých jízdách, náklady na odklony, příp. náhradní dopravu, ) [1]. Je tedy nezbytné údržbu těchto konstrukcí velmi pečlivě plánovat. Pokud nedojde včas k pravidelné údržbě, náklady na odstranění závady se mohou velmi rychle zvyšovat. 2. Chování dlouhých výhybkových pražců Ústav železničních konstrukcí a staveb Vysokého učení technického v Brně se dlouhodobě zabývá problematikou dlouhých výhybkových pražců a provedl velké množství experimentálních měření přímo v provozu pod projíždějícími vlaky. V roce 2004 a 2005 byly ve čtyřech etapách měření pozorovány dvě vybrané výhybky [2]. Výhybka č. 64 v žst. Choceň a výhybka č. 31 v žst. Staré Město u Uherského Hradiště. Výhybka v žst. Choceň leží v koleji č. 1 na pardubickém zhlaví stanice a tvoří kolejovou spojku s traťovou kolejí regionální trati Choceň Litomyšl. Výhybka je převážně pojížděna po hrotu a je první výhybkou ve zhlaví ve směru od Pardubic. Výhybka v žst. Staré Město u Uherského Hradiště leží v koleji č. 2 na Břeclavském zhlaví stanice a tvoří kolejovou spojku s kolejí č. 1. Výhybka je pojížděna převážně po hrotu a je první výhybkou ve zhlaví ve směru od Břeclavi. Z uvedeného vyplývá, že způsoby pojíždění výhybky jsou z hlediska jejich umístění srovnatelné. Výhybka č. 64 v žst. Choceň je typu J60-1:9-300-Lpb. Ve výhybce je upevnění kolejnic podkladnicové se svěrkami Vossloh Skl 12 (upevnění typu KS), srdcovka je typu zkrácený monoblok. Pro měření byly vybrány tyto pražce: - pražec č dl. 3,3 m ve střední části výhybky - pražec č dl. 4,0 m pod srdcovkou - pražec č dl. 4,5 m za srdcovkou výhybky Výhybka č. 31 v žst. Staré Město u Uherského Hradiště je typu J60-1: I- Lpb. Ve výhybce je upevnění kolejnic podkladnicové typu Pandrol s pružnými sponami e a adaptéry (upevnění typu Ke), srdcovka je typu zkrácený monoblok. Pro měření byly vybrány tyto pražce: - pražec č dl. 3,3 m ve střední části výhybky - pražec č dl. 4,0 m pod srdcovkou - pražec č dl. 4,5 m za srdcovkou výhybky Pro obě konstrukce byly zvoleny pražce stejných délek tak, aby bylo možné výsledky porovnat. Vliv rozdílného typu upevnění je z hlediska měřených parametrů zanedbatelný, neboť svislá tuhost konstrukce jako celku je stejná. U všech pražců bylo před měřením kontrolováno převýšení koleje rozchodkou. Výchozí převýšení temen kolejnicových pásů bylo v přímém směru v toleranci do 1 mm, v odbočném směru v toleranci do 2,5 mm. Měřeny byly svislé pohyby pražců a zrychlení vibrací v místech označených křížkem na obr. 1. K měření svislých pohybů výhybkových pražců byly použity indukčnostní snímače pohybů a k měření vibrací piezoelektrické snímače zrychlení vibrací. Na každém označeném místě byly měřeny nejen pohyby pražce, ale i zrychlení vibrací. Navíc byla všechna místa měřena současně, šlo tedy o velmi náročné 18-ti kanálové měření. Měření probíhalo ve čtyřech etapách, po podbití výhybek (etapa I), sledování degradačních procesů (etapa II), po novém podbití výhybek (etapa III) a opět sledování degradačních procesů (etapa IV). Jednotlivé etapy po sobě následovaly po půl roce. Kromě měření zrychlení vibrací 2

106 a pohybů pražce pod projíždějícím vlakem byla prováděna rovněž velmi přesná nivelace kolejnicových pásů [2]. Obr. 1 Měřená místa na pražcích Z měření ve výše popsaných lokalitách vyplynuly následující závěry. Po podbití se postupně vytvoří volné prostory za hlavami pražců a také pod srdcovkou. Pražce jsou podepřeny především v ose koleje. Vlivem dynamického zatěžování od kolejových vozidel se kolejové lože postupně zkonsoliduje a rozdíly v poklesech v ose koleje a za hlavami pražců se sníží. Průhybová křivka dlouhých výhybkových pražců se tím zploští. Poklesy pražce přímo pod srdcovkou se však zvyšují i nadále a jsou výraznější oproti ostatním měřeným místům. Důvodem je především působení dynamického rázu na přechodu z křídlové kolejnice na hrot srdcovky. Dynamický ráz je přes pražce přenášen do kolejového lože. Vlivem tohoto zatížení dochází k obrušování zrn kameniva štěrkového lože na styku s pražcem. Celý proces vyústí v degradaci tvaru kolejového lože pod pražcem, což má za následek nedostatečné podepření výhybkové konstrukce. Pokud není výhybková konstrukce dostatečně podepřena, zhroutí se geometrie přechodu z křídlové kolejnice na hrot srdcovky a celý proces degradace se tím velmi urychlí. V další části článku se budeme zabývat vyhodnocením pohybů a zrychlení vibrací pražce přímo pod projíždějícími vlaky. Konkrétně se zaměříme na místo, které je namáháno nejvíce, tedy na oblast pražce přímo pod srdcovkou výhybky. 3. Použitý matematický aparát Především kvůli analýze zrychlení vibrací je potřeba popsat a vyhodnotit stochastický signál, což je poměrně obtížné. Aby bylo možné získat potřebné informace ze změřených signálů zrychlení vibrací a bylo možné mezi sebou porovnat dynamické účinky na jednotlivých konstrukcích, je výhodné tyto signály vyhodnotit ve třech pomyslných rovinách. První je rovina časová, kde lze hodnotit maximální a minimální hodnoty obsažené v měřeném signálu a především efektivní hodnotu (často se užívá označení RMS z anglického Root Mean Square). V časové oblasti se získá ze signálu informace, v jakém časovém okamžiku se vykytují maxima a minima (na které nápravě) a také je možné získat představu o celkovém energetickém působení vlaku na konstrukci (RMS). Pro podrobnou analýzu a rozbor dynamických účinků jsou to však informace nedostačující, neboť není známé frekvenční složení. Z tohoto důvodu je vhodné použití převodu signálu z roviny časové do roviny 3

107 frekvenční. Tento převod lze provést pomocí metod založených na Fourierově transformaci. Ve frekvenční rovině je možné provést rozbor, jaké frekvenční složky jsou v signálu nejvýraznější. Aby byl obraz a analýza zcela průkazná, je vhodné použít pro vyhodnocení ještě třetí rovinu, což je rovina časově-frekvenční. V této rovině je možné sledovat nejen frekvenční složení signálu, ale také výskyt frekvenčních složek v čase. V následující části je popsán použitý matematický aparát Efektivní hodnota zrychlení kmitání Hodnota RMS je z hlediska hodnocení vibrací v časové oblasti nejdůležitějším parametrem, protože zahrnuje dobu působení vibrací a zároveň má přímý vztah k jeho energetickému obsahu. Je tedy měřítkem nebezpečnosti a škodlivosti vibrací. Efektivní hodnota zrychlení vibrací je definována dle vztahu [3]. a ef = T 1 2 a ( t) dt, (1) T 0 kde a(t) je okamžitá hodnota zrychlení, T doba, pro kterou je efektivní hodnota určena. Ve vyhodnocení je hodnota RMS použita jako klouzavá. Pro určený počet vzorků je spočítána hodnota RMS a vyjádřena jednou hodnotou, tento postup je uplatněn po celé délce změřeného signálu. Vznikne tak posloupnost jednotlivých hodnot RMS, což je určitým způsobem filtrovaný signál Fourierova transformace Fourierova transformace patří mezi neparametrické metody, to znamená, že celá analýza se opírá pouze o změřená data. Jedná se však o nejčastější transformaci pro převod z časové do frekvenční oblasti. Fourierova transformace je definována pro spojitou funkci následující integrální rovnicí. Pro přímou transformaci platí vztah [4]: X = j 2π t ( f ) x( t) e f dt, (2) kde f je frekvence, t je čas, x(t) je signál v časové oblasti a X(f) je jeho reprezentace ve frekvenční oblasti, j je imaginární jednotka Welchova metoda Welchova metoda je jistou modifikací algoritmu rychlé Fourierovy transformace. Digitalizovaný signál x[n] (n=0,1,2,, N-1) je rozdělen na K segmentů, každý o délce M vzorků (xi[m], i=0,1,..., k-1, m=0,1,...,m-1). Segmenty jsou umístěny buď těsně vedle sebe, pak N=K M, nebo se mohou překrývat. Každý segment je vážen příslušnou okénkovou funkcí w[m]. Po transformaci a následném výpočtu kvadrátu modulu vzniknou dílčí periodogramy S j [k]. Tyto vytvoří po zprůměrování výsledný vyhlazený odhad spektrální hustoty S[k]. Tento odhad lze popsat následujícími vztahy. Dílčí periodogram je určen vztahem [4]. 4

108 S j 1 U M M 1 m= 0 [ k] = x[ m + i M ] w[ m] e 2 j 2π mk M, (3) kde 1 1 M m= 0 [ m] 2 U = w (4) M je norma vektoru okénkové funkce, w[m] je okénková funkce. Výsledný vyhlazený odhad se získá zprůměrováním dílčích periodogramů 1 1 K K i= 0 [ ] S = S j k. (5) 3.4. Krátkodobá (okénková) Fourierova transformace (STFT) STFT (Short Time Fourier Transform) lokalizuje frekvenční složky v čase s konstantním (lineárním) rozlišením. Základním principem je rozdělení signálu na dostatečně malé realizace, u nichž je možno předpokládat dostatečnou stacionaritu. To je provedeno multiplikací jisté okénkové funkce na signálu. Na každém takovém výřezu je provedena Fourierova transformace (FT). Okénko se posouvá v čase. STFT poskytuje kompromis mezi časovou a frekvenční reprezentací signálů [4]. Její definiční integrál je: STFT ( ω ) i2πf ( t t ) ( t, f ) = [ x( t) g *( t t )] e X dt, (6) kde g je okénková funkce, * komplexní konjunkce, t časové posunutí okénka, x(t) je časová reprezentace signálu a STFT x (ω) (t',f) je jeho časově-frekvenční reprezentace [4]. 4. Vyhodnocení dynamických účinků na pražci pod srdcovkou výhybky Vyhodnocení dynamických účinků na obou výše zmíněných výhybkách je provedeno formou srovnání. Celkem bylo v každé etapě měření měřeno průměrně asi 12 vlaků. Pro prezentaci v rámci tohoto článku byly vybrány tři typy vlaků na každé konstrukci z poslední IV. etapy měření. Vlaky EuroCity byly vybrány, protože projíždějí daným místem nejvyšší rychlostí a jedná se o novější soupravy s kvalitnějším odpružením. Nákladní vlaky ve výběru reprezentují skupinu vlaků jedoucí pomaleji, ale s vyšším zatížením na nápravu. Osobní vlaky jsou většinou složeny ze starších vozů, kterých jezdí v České republice většina, z tohoto důvodu byly do výběru zařazeny také. U každé výhybky byl do srovnání vybrán jeden vlak od každého typu. Snahou bylo vybrat z každé kategorie vlaků reprezentativní vlak pro porovnání. V jednom srovnávacím grafu je tedy šest křivek. Modrou barvou jsou zaznamenány průjezdy vlaků typu EuroCity (EC), černou barvou jsou označeny osobní vlaky (Os) a červenou barvou vlaky nákladní (Pn). Čárkovaně jsou vyznačeny záznamy na pražci pod srdcovkou u výhybky č. 64 v žst. Choceň a plnou čarou jsou vyznačeny záznamy pražce pod srdcovkou u výhybky č. 31 v žst. Staré Město u Uherského Hradiště. 5

109 4.1. Vyhodnocení svislých pohybů pražce pod srdcovkou Hodnocení svislých pohybů pražců je provedeno na základě srovnávacích grafů pohybů pražce přímo pod projíždějícím vlakem. Na obrázku č. 2 jsou vidět pohyby pražce přímo pod srdcovkou při průjezdu výše zmíněných souprav. Pohyby pražců jsou uspořádány tak, že první dvojkolí všech vlaků má maxima ve stejný čas, dále je již časová vzdálenost náprav závislá na rychlosti srovnávaných vlaků. Z grafu na obr. 2 je patrné, že větší pohyby má pražec u výhybky č. 64 v žst. Choceň. Pohyby pražce jsou zde v extrému až -1,1 mm, zatímco u výhybky č. 31 v žst. Staré Město u Uherského Hradiště jsou extrémy do -0,8 mm. Podotkněme, že záporná hodnota znamená zatlačení pražce a kladná hodnota zdvihy. Z tohoto srovnání vyplývá, že pražec pod srdcovkou výhybky č. 64 v žst. Choceň vykazuje u všech typů vlaků větší pohyby. Svědčí to o horším podepření pražce pod srdcovkou. Největších účinků dosahuje vlak typu EuroCity (modrý čárkovaný signál) a osobní vlak (černý čárkovaný signál). Je to zapříčiněno především tím, že tyto vlaky projíždějí daným místem nejvyšší rychlostí Vyhodnocení zrychlení vibrací v časové rovině na pražci pod srdcovkou Vyhodnocení zrychlení vibrací v časové rovině je provedeno pomocí klouzavé hodnoty RMS. Díky této hodnotě je možné sledovat dynamické účinky jednotlivých náprav vlaku, neboť klouzavá hodnota RMS dokáže z časového průběhu zrychlení vibrací tyto účinky velmi dobře vyfiltrovat. Na srovnávacím grafu na obr. 3 je vidět srovnání obou výše zmíněných výhybek. Grafy jednotlivých vlaků jsou uspořádány stejně, jako tomu bylo u pohybů pražců. Tedy že první dvojkolí všech vlaků má maxima ve stejný čas. Dále je již časová vzdálenost náprav závislá na rychlosti srovnávaných vlaků. Z grafu je patrné, že stejně jako tomu bylo u pohybů pražců, tak i u klouzavé hodnoty RMS jsou výraznější dynamické účinky na výhybce č. 64 v žst. Choceň (čárkované křivky). Rozdíl je zde ještě více patrný, než tomu bylo u pohybů pražců. Největších dynamických účinků na obou konstrukcích dosahují vlaky typu EuroCity, neboť projíždějí nejvyššími rychlostmi. Důvodem je, že velikost dynamického rázu je přímo závislá na rychlosti a geometrii přechodu z křídlové kolejnice na hrot srdcovky [5]. Na dalším grafu na obr. č. 4 je srovnání signálu z pohybů pražce u výhybky č. 64 v žst. Choceň a převrácené hodnoty klouzavého RMS u stejného vlaku typu EuroCity (zrychlení vibrací a pohyby pražců byly měřeny na všech místech současně). Pokud se na toto srovnání podíváme, lze konstatovat, že převrácená hodnota klouzavého RMS prakticky kopíruje průběh pohybů pražce. Pro toto srovnání byla vybrána pro větší názornost část průjezdu vlaku (lokomotiva a dva vozy). Toto je velmi důležité zjištění, které lze využít na diagnostiku výhybek. Pokud bychom spočítali plochu pod křivkou klouzavého RMS pro jednotlivé vlaky, tak tím fakticky stanovíme celkové dynamické účinky každého jednotlivého vlaku na danou konstrukci. Výhodou klouzavého RMS je také fakt, že může odhalit vadnou nápravu, případně imperfekce na pojížděné ploše kola Vyhodnocení zrychlení vibrací ve frekvenční rovině na pražci pod srdcovkou Pro důkladnou analýzu dynamických dějů probíhajících na konstrukci, je důležité znát nejen jejich časový průběh, ale také frekvenční složení měřeného signálu. Na dalším srovnávacím grafu na obr. 5 je provedeno srovnání pomocí Welchovy metody, která je pro prezentaci velmi vhodná. Barvy jednotlivých signálů 6

110 jsou stejné jako u pohybů pražce a klouzavého RMS. Při pohledu na graf na obr. 5 je zřejmé, že dynamické účinky na výhybce č. 64 v žst. Choceň (čárkované křivky) jsou až třikrát vyšší než na výhybce č. 31 v žst. Staré Město u Uherského Hradiště (křivky plnou čarou). Nejvyšších hodnot dosahuje opět vlak typu EuroCity na výhybce č. 64 v žst. Choceň, což je dáno tím, že tento vlak projíždí po konstrukci nejvyšší rychlostí. Nejvýraznější frekvence se objevují v rozmezí 50 Hz až 130 Hz. Lze tedy usuzovat, že při zvyšujícím se dynamickém zatížení porostou účinky především na frekvencích ve výše zmíněném intervalu. Toto zjištění je důležité nejen pro diagnostiku výhybek, ale také pro návrh a optimalizaci prvků v konstrukci výhybky (například podložky pod patu kolejnice a podpražcové podložky by měly pokud možno tlumit frekvence především z výše zmíněného intervalu). Největších účinků dosahují frekvence okolo 60 Hz a 80 Hz. Z porovnání účinků vlaků na obou konstrukcích lze rovněž konstatovat, že dynamické účinky jsou závislé na rychlosti přejezdu vlaků přes danou konstrukci. Nejpomalejší osobní vlak v porovnání v žst. Staré Město u Uherského Hradiště (černá křivka plnou čarou) má na konstrukci výhybky č. 31 účinky téměř nulové. Tento vlak jel přes konstrukci výhybky rychlostí pouze 40 km h -1. Naproti tomu na stejné konstrukci má vlak typu EuroCity (modrá křivka plnou čarou) účinky v oblasti frekvencí mezi 50 Hz a 70 Hz až šestinásobné. Vlak typu EuroCity jel přes výhybku č. 31 v žst. Staré Město u Uherského Hradiště rychlostí 100 km h Vyhodnocení zrychlení vibrací v časově-frekvenční rovině na pražci pod srdcovkou Časovou a frekvenční analýzu je vhodné doplnit analýzou časově-frekvenční. Časově-frekvenční analýza je provedena pomocí STFT. Tato analýza nám pomůže odhalit nejen frekvenční složení měřeného signálu, ale také výskyt frekvenčních složek v čase. Pro prezentaci v rámci tohoto článku jsme vybrali na každé konstrukci výhybky vlak typu EuroCity. Tyto vlaky jsou srovnatelné a projížděly přes obě výhybky srovnatelnou rychlostí. Obrázky 6 a 7 představují analýzu formou trojice navzájem svázaných grafů tzv. trojčat. Tyto zahrnují časový průběh dynamického zatížení (graf nahoře), frekvenční rozložení amplitudového spektra v logaritmické stupnici (graf vlevo dole) a 3D hustotní spektrogram čas frekvence amplituda (graf vpravo dole). Podotkněme, že amplitudové spektrum (graf vlevo dole) bylo vypočteno Welchovou metodou. Hustotní spektrogram na obr. 6 představuje vyhodnocení dynamických účinků na výhybce č. 64 v žst. Choceň. Na tomto spektrogramu je vidět, že nejvýznamnější frekvenční složky se skutečně objevují v rozmezí frekvencí mezi 50 Hz až 130 Hz. Časovým výskytem odpovídají nejvýraznější složky průjezdům jednotlivých náprav vlaku. Hustotní spektrogram na obr. 7 představuje vyhodnocení dynamických účinků na výhybce č. 31 v žst. Staré Město u Uherského Hradiště. V porovnání s hustotním spektrogramem na obr. 6 je vidět výrazný útlum frekvenčních složek, což odpovídá také frekvenční analýze. Nejvýznamnější frekvenční složky odpovídají z hlediska časového působení opět průjezdům jednotlivých náprav vlaku. Časově-frekvenční analýza potvrdila závěry z frekvenční a časové analýzy zrychlení vibrací. Navíc oproti frekvenční analýze jsme schopni vyhodnotit působení jednotlivých náprav vlaku. 5. Závěr Celkově je možné konstatovat, že dynamické účinky jsou nižší na výhybce č. 31 v žst. Staré Město u Uherského Hradiště. Tato skutečnost souvisí s lepším stavem 7

111 kolejové jízdní dráhy a s nižší rychlostí vlaků, než je tomu u sledované výhybky v žst. Choceň. Průměrná rychlost změřených nákladních vlaků je v žst. Staré Město u Uherského Hradiště o 20 km h -1 nižší a osobních vlaků dokonce o 40 km h -1 nižší. Je třeba podotknout, že obě konstrukce byly z hlediska bezpečnosti provozu v pořádku a splňovaly limitní hodnoty všech dotčených norem. Přestože obě konstrukce splňují normová ustanovení, je zde patrný rozdíl v dynamickém chování. Takovýto rozdíl by bylo možné využít v plánování údržby výhybek. Analýza dynamických účinků na konstrukci přímo pod projíždějícím vlakem dokáže odhalit i skutečnosti, které jsou běžnými měřícími prostředky nepostřehnutelné, například narůstající velikost dynamického rázu. Pokud se podaří shromáždit dostatečné množství dat, bude možné stanovit limitní hodnoty dynamických účinků, při jejichž překročení by měla být provedena údržba. Na základě měření dynamických účinků je také možné hodnotit kvalitu stavebních prací. Z provedených analýz vyplývá, že je možné sledovat a hodnotit dynamické účinky na dlouhých výhybkových pražcích pouze na základě měření zrychlení vibrací. Převrácená hodnota klouzavého RMS prakticky kopíruje průběh pohybů pražce a lze ji využít jako jistou alternativu. Navíc měření zrychlení vibrací má oproti měření pohybů pražce několik výhod. Především jde o fakt, že měření zrychlení vibrací je měření relativní, tedy nepotřebuje srovnávací bod, jako je tomu u měření pohybů pražce. Z tohoto faktu vyplývá jednodušší instalace. Snímače zrychlení vibrací mají také vhodné vlastnosti, především je charakterizuje široký pracovní rozsah, definovaná linearita v pracovních mezích, pevná a robustní konstrukce, vysoká spolehlivost a dlouhodobá stabilita. Výhodou je také to, že tyto snímače nemají pohyblivé části citlivé k opotřebení. Všechny tyto vlastnosti snímače zrychlení vibrací (akcelerometry) předurčují pro použití v podmínkách plného provozu i pro dlouhodobá měření. Snímače jsou také relativně malé, což snižuje riziko případného poškození od vandalů. Cena snímače může být poměrně nízká, vždyť dnes se akcelerometry montují již i do mobilních telefonů (v provedených měřeních však byly využity velmi přesné snímače od firmy Brüel & Kjær, jejichž cena je poměrně vysoká). Z mnoha provedených měření a analýz vyplývá, že je možné využít snímače zrychlení vibrací (akcelerometry) nejen pro diagnostiku dlouhých výhybkových pražců, ale i železniční konstrukce jako celku. Poděkování Příspěvek vznikl za podpory výzkumného záměru MSM Progresivní spolehlivé a trvanlivé nosné stavební konstrukce a projektu specifického výzkumu FAST č. 891 (FAST-J-11-21) Komplexní monitoring a analýza dynamickoakustických jevů v koleji. 8

112 Literatura [1] Zarembski A. M.: Factors Involved in Turnout Maintenance. Railway Track & Structures 3/1995, str , ISSN [2] Vysoké učení technické v Brně, Ústav železničních konstrukcí a staveb: Měření svislých pohybů a parametrů vibrací výhybkových pražců 2005, závěrečná zpráva. XI. 2005, Brno, počet stran textu 24, počet stran příloh 10 [3] Nový, R.: Hluk a chvění, Vydavatelství ČVUT, Praha, 2000, počet stran 389, ISBN [4] Smutný, J.: Moderní metody analýzy hluku a vibrací aplikované na kolejovou dopravu, Teze k doktorandské disertační práci, VUT Brno, CERM, 1998, ISBN [5] Fischer, Oberaigner, Daves, Wiest, Blumauer, Ossberger: The Impact of a Wheel on a crossing. Die Stosswirkung eines Rades auf das Herzstück einer Weiche. ZEV Rail Glasers Annalen 129 (2005) 8 August, ISSN: Přílohy: Obr. 2-7 V Praze, září 2010 Lektoroval: prof. Ing. Luboš Pazdera, CSc. VUT, Brno Ing. Leoš Horníček, Ph.D. Fakulta stavební ČVUT, Praha 9

113 Obr. 2 Srovnávací graf pohybů pražce přímo pod srdcovkou 10

114 11 Obr. 3 Srovnávací graf zrychlení vibrací na pražci přímo pod srdcovkou klouzavá hodnota RMS Vědeckotechnický sborník ČD č. 30/2010

115 Obr. 4 Srovnání převrácené hodnoty klouzavé RMS a pohybů pražce přímo pod srdcovkou 12

116 Obr. 5 Srovnávací graf zrychlení vibrací ve frekvenční rovině Welchova metoda 13

117 14 Obr. 6 Graf časově-frekvenčního vyhodnocení na pražci pod srdcovkou u výhybky č. 64 v žst. Choceň vlak EuroCity Vědeckotechnický sborník ČD č. 30/2010