RADIOBLOK ÚROVNĚ 1 Ing. Karel Veselý, Ph.D. AŽD Praha s.r.o. 1. ÚVOD Na regionálních dráhách byla a je bezpečnost provozu často zajišťována provozem dle předpisu SŽDC D3, kde o bezpečnosti vesměs rozhoduje lidský faktor. Řada mimořádných událostí, které se však na těchto tratích právě vinou lidského faktoru udály, přiměly společnost AŽD Praha, na základě výzvy SŽDC. k pokusu vyvinout technické zařízení, které by bezpečnost na regionálních dráhách zvýšilo právě snížením vlivu lidského faktoru. Výsledkem vývoje bylo nové zabezpečovací zařízení (ZZ) Radioblok úrovně RB0+ a vznik předpisu SŽDC D4, který stanovuje, jak dopravu na železničních tratích řízených Radioblokem provozovat. Po ověření konceptu Radiobloku a prokázání jeho přínosu ke zvýšení bezpečnosti provozu na regionálních dráhách během jeho pilotního provozu na trati TR 197 Číčenice - Volary a po získání nových poznatků o možnostech bezpečné lokalizace drážního vozidla, bylo ve společnosti AŽD Praha v rámci řešení projektu RegioSAT vypsaného MD ČR přistoupeno k zahájení inovace Radiobloku úrovně RB0+ na úroveň RB1 popisovanou v tomto článku, která bezpečnost provozu na regionálních dráhách dále zvyšuje, a to zakomponováním automatické bezpečné kontroly polohy a rychlosti vlaku. 2. ZÁKLADNÍ PRINCIP RADIOBLOKU Radioblok je stejně jako například systém ETCS rozdělen na dvě základní části: a) stacionární značenou RBS a obsluhovanou dispečerem a b) mobilní značenou RBV, umístěnou na hnacích vozidlech pohybujících se po dozorované trati a obsluhovanou strojvedoucím. RBS slouží k bezpečnému vyhrazování a uvolňování vlakových cest (či dopraven pro posuny) a vytváření tak povolení k jízdě pro jednotlivé vlaky. Na RBV jsou pak informace/povolení z RBS přijímány a následně zobrazovány strojvedoucímu, je jimi prováděna kontrola, zda se vlak pohybuje v souladu s povolením vydaným pro tento vlak a jsou na nich vytvářeny a odesílány různé informace do RBS 1, využité RBS a potažmo i dispečerem k bezpečnému řízení provozu na trati. Komunikace mezi RBS a RBV probíhá prostřednictvím veřejné sítě GSM službou GPRS, což zásadně šetří pořizovací náklady systému. Více o principu fungování ZZ Radiobloku je uvedeno například v článku (Frýbort, 2005). Celý vývoj ZZ Radioblok a potažmo tak i samotný Radioblok byl přitom již v úvodu rozdělen do několika úrovní (RB0, RB0+, RB1, RB2). Ač ve všech úrovních pochopitelně platí, že Radioblok poskytuje dostatečný nástroj k řízení a kontrole práce jak dispečera řídícího provoz na trati 2, tak strojvedoucích řídících jednotlivá vozidla 3, způsob provádění kontroly v jednotlivých úrovních je různý. Zatímco v nejnižších úrovních jsou některé kontrolní funkce nahrazeny úkonem člověka, ve vyšších úrovních budou i tyto kontroly prováděny technickým zařízením, především pak částí RBV. Typickým reprezentantem převzetí kontrolní funkce technickým zařízením je určení a kontrola aktuální polohy vozidla na trati. Zatímco v úrovni RB0 (RB0+) je za určení polohy zodpovědný strojvedoucí (strojvedoucí např. při udělování odhlášky zodpovídá za to, že vlak se skutečně nachází 1 např. odhláška informující RBS o tom, že celý vlak již opustil konkrétní traťový úsek 2 např. kontrola, že není vydáno povolení k jízdě, které je v kolizi s aktuálním stavem na trati 3 např. kontrola, že nedochází k jízdě vozidla bez povolení 82
v dopravně, ze které je odhláška udělována), ve vyšších úrovních je předpokládáno, že za správné určení polohy vozidla na trati zodpovídají technické prostředky Radiobloku. 3. BEZPEČNÝ ODHAD POLOHY/RYCHLOSTI VOZIDLA NA TRATI Přechod od Radiobloku RB0 (RB0+) k Radiobloku vyšší úrovně je podmíněn znalostí bezpečné informace o poloze vlaku na trati určované technickými prostředky Radiobloku. Je však přitom nutné, aby možnost získávání této informace zásadně nezvýšila cenu Radiobloku RB1, neboť tím by se Radioblok RB1 stal pro regionální dráhy finančně nedostupným. V minulosti se předpokládalo, že by k získání bezpečné informace o poloze vozidla v konkrétních místech tratě mohly být využity fyzické traťové balízy. Toto by však vyžadovalo další poměrně nákladné vybavení vozidel a rovněž vybavení traťového svršku balízami (Frýbort, 2005). Navíc by i vzrostly náklady na údržbu tratě. Alternativou k použití fyzických traťových balíz k určení bezpečné polohy vozidla na trati je využití satelitní navigace (GNSS) k určení bezpečného odhadu 4 polohy a rychlosti vozidla a následné porovnání těchto bezpečných odhadů s bezpečnou mapou tratě 5. I tímto vzájemným porovnáním je totiž možné určit polohu vozidla na trati. 6 Nicméně, GNSS není z pohledu železnic bezpečným zařízením (např. z důvodu, že nebyla vyvinuta dle platných železničních standardů) a k jako takové je k ní nutné při její integraci do ZZ za účelem získání bezpečného odhadu polohy/rychlosti přistupovat. Je například nutné předpokládat, a praktické zkušenosti tyto předpoklady potvrzují, že odhad polohy či rychlosti vlaku poskytovaný standardním GNSS přijímačem se může i z důvodu specifičnosti železničního prostředí od skutečné polohy náhle odchylovat i o stovky metrů, přičemž přijímač o této skutečnosti nijak neinformuje a dále se tváří, že přesnost odhadu je např. v jednotkách metrů. Využití takovýchto chybných odhadů poskytovaných klasickým GNSS přijímačem by pochopitelně mohlo vést k hazardním situacím. Je nutné navrhnout pro potřeby určení bezpečných odhadů polohy a rychlosti vozidla na trati s využitím GNSS specifické algoritmy. Obr. 1: Odhady polohy určené algoritmem AŽD a běžným GPS přijímačem Ve společnosti AŽD Praha probíhá ve spolupráci se Západočeskou univerzitou v Plzni, vývoj a testování těchto algoritmů kontinuálně od roku 2006, přičemž při jejich vývoji je postupováno systematicky a s respektováním bezpečnostních požadavků evropských železničních standardů. Jedním z prvních kroků vývoje algoritmů tak bylo provedení analýzy rizika (AR) použití GNSS v železničním prostředí při výpočtu bezpečného odhadu polohy 4 Bezpečný odhad je oblast, pro kterou za všech okolností platí, že se v ní skutečná hodnota nachází s předem definovanou, nebo vyšší pravděpodobností. To je důvod, proč se o této oblasti hovoří jako o odhadu, a ne jako o reálné poloze/rychlosti. Toto je i v souladu s pravděpodobnostním chápáním úrovní integrity bezpečnosti na základě intenzit nebezpečných poruch dle ČSN EN 50129. 5 Mapa zaměřená s požadovanou přesností a integritou/bezpečností. Mapa obsahuje informace o pozicích všech bodů na trati využitých při řízení provozu (hranice dopravy, námezník, rychlostník,...). 6 Porovnáním lze vyhodnotit, zda se vlak nachází před či za konkrétním námezníkem, hranicí dopravny, v oblasti se sníženou rychlostí, atd. Tato informace je pak využita při řízení provozu na trati. 83
a rychlosti lokátoru, při které bylo identifikováno cca 60 událostí, majících potenciál způsobit chybný odhad polohy/rychlosti přijímače (tzn., že odhad získaný s využitím GNSS není bezpečný). Následně byla pro každou událost navržena (několik) protiopatření, která jsou nyní do vyvíjených algoritmů začleňována. Kvalita aktuálního stavu algoritmů je přitom průběžně simulačně ověřována. Navíc došlo i k dílčímu ověření algoritmů reálnými daty z železničního prostředí, a to při testech funkčního vzorku RBV Radiobloku úrovně RB1 prováděných na trati TR 197 Číčenice - Volary v rámci řešení projektu RegioSAT řešícího veřejnou zakázku vypsanou MD ČD a zaměřenou na zvýšení bezpečnosti železničního provozu na vedlejších tratích. Simulační testy (miliony simulačních časů) i testy v reálném prostředí (cca 10 hodin provozu) zatím správnost AŽD algoritmů potvrdily. Na rozdíl od správnosti odhadů poskytovaných komerčními přijímači, které byly často v reálném provozu chbné. Příklad odhadů polohy stojícího vlaku počítaných AŽD algoritmy a klasickým GPS přijímačem jsou uvedeny na obrázku 1. Odhady jsou pro přehlednost a úsporu místa vykresleny pouze pro jednu osu koordinačního systému, jsou tedy pro každý časový okamžik vyjádřeny úsečkou. 4. NOVÉ FUNKCIONALITY RADIOBLOKU ÚROVNĚ RB1 Existence bezpečných odhadů polohy a rychlosti vlaku na trati výhradně určovaných technickým zařízením umožňuje rozšířit Radioblok RB0+ o nové funkcionality a tím vytvořit jeho vyšší úroveň RB1. Cílem těchto funkcionalit by přitom mělo být dále oproti úrovni RB0+ eliminovat vliv lidského faktoru na bezpečnost provozu a tím dále zvýšit bezpečnost provozu a rovněž více podpořit strojvedoucí při řízení (tzn. udělat řízení vlaku komfortnějším). S respektováním těchto dvou cílů bylo navrženo několik nových funkcionalit, jejichž detailní popis a popis způsobu jejich praktické realizace zohledňující fakt, že bezpečné odhady jsou vyjádřeny oblastí, je uveden v dokumentech (Projekt RegioSAT, 2016). Dále následuje pouze výčet a stručný popis nových funkcionalit: a) Automatická odhláška (RB1 bez zásahu 7 strojvedoucího vykoná s využitím bezpečného odhadu polohy a bezpečné mapy tratě odhlášku po projetí konce vlaku pozicí zadního námezníku), b) Kontrola projetí cíle povolení čelem vlaku a případné vyvolání nouzové brzdy 8, c) Zobrazení informace na BEZOJi 9 o maximální povolené (podle statického jízdního profilu) či předvěstěné traťové rychlosti v daném místě vlaku na trati, d) Kontrola aktuální rychlosti vlaku (je-li rychlost překračována déle než maximálně povolenou dobu, dojde k vyvolání nouzové brzdy), e) Zjednodušené přihlášení RBV k RBS (v RB0+ vyplňuje číslo dopravny, ve které se vlak k RBS přihlašuje, strojvedoucí, v RB1 to s využitím bezpečných odhadů automaticky provádí RBV.). Předchozí funkcionality jsou realizovány výhradně na RBV. Na realizaci dalších dvou funkcionalit se podílí i RBS. Jsou jimi: f) Přenos a zobrazení informace o stavu přejezdového zabezpečovacího zařízení na vozidlo a g) Přenos a zobrazení informace o dočasných rychlostních omezeních na trati. U funkcionality (g) je přitom užitečné i poznamenat, že její implementace je při implementaci funkcionalit (c) a (d) v podstatě nutná, aby nedocházelo k situacím, kdy vlak projíždí úsekem s dočasně sníženou rychlostí, ale strojvedoucímu je na BEZOJi chybně zobrazována vyšší povolená rychlost odpovídající běžně povolené rychlosti v daném úseku a tato rychlost je i při kontrole rychlosti chybně tolerována. Jelikož je mezi novými funkcionalitami i funkcionalita (a) provádějící automatické uvolnění projeté trati, je navíc nutné RB1 rozšířit o funkcionalitu h) Správa kompaktnosti vlaku umožňující kontrolovat stav (složené) kompaktnosti a integritu vlaku, pokud je 7 V dopravnách, kde končí aktuální povolení k jízdě, je odhláška vykonávána s podporou strojvedoucího (avšak jednodušeji než v RB0+), vysvětlení ale již přesahuje rámec článku. I zde ale probíhají diskuse, zda je možné i tuto funkci plně automatizovat a dále tak zvýšit bezpečnost. 8 Funkcionalita je realizována i v RB0+, v RB1 je nově realizována s využitím bezpečného odhadu. 9 BEzpečná ZObrazovací Jednotka na níž RBV zobrazuje informace strojvedoucímu. 84
souprava či systém umí detekovat 10. Pouze při této kontrole (a znalosti délky vlaku) je totiž možné ověřit, že celý vlak opustil uvolňovanou oblast a vykonat tak automatickou odhlášku. Není-li kontrola realizována technickými prostředky Radiobloku (např. z důvodu, že se jedná o svěšovaný vlak), provádí kontrolu integrity vlaku a ověření, že konec vlaku je za námezníkem, strojvedoucí. Pak však není možné provádět automatickou odhlášku a dojde pouze k vyplnění jejího formuláře technickými prostředky Radiobloku. K odeslání odhlášky do RBS dojde až na základě pokynu strojvedoucího. Spolu s návrhem nových funkcionalit je nutné pro správnou funkci RB1 rovněž stanovit, jakým způsobem mají být nové funkcionality do Radiobloku integrovány. Je přitom nutné respektovat fakt, že bezpečné odhady určované výhradně s pomocí GNSS a využívané téměř ve všech nových funkcionalitách nebudou k dispozici nepřetržitě (ať vlivem stínění tunely, hustý lesní porost, atd., či vlivem faktu, že opatření navržená při AR a integrovaná do algoritmů pro výpočet odhadů mohou vyhodnotit, že GNSS signály není možné pro výpočet bezpečných odhadů použít a odhad tak nelze určit. Aby ZZ RB1 mohlo bezpečně fungovat i v situacích, nejsou nové funkcionality z důvodu nedostupnosti bezpečných odhadů polohy a rychlosti k dispozici, byl navržen následující způsob jeho fungování: Jsou-li v RBV dostupné bezpečné odhady polohy a rychlosti, realizuje RB1 všechny funkcionality převzaté z RB0+ i všechny nově navržené funkcionality. V opačném případě funguje RB1 v tzv. degradovaném módu znamenajícím že RBV RB1 funguje stejně jako ve verzi RB0+. O tom, v jakém módu Radioblok RB1 aktuálně pracuje, musí být přitom strojvedoucí informován. Ve funkčním vzorku zniklém v projektu RegioSAT byla tato informace poskytována na BEZOJi (zobrazení či nezobrazení informace o maximálně povolené či předvěstěné traťové rychlosti) a doprovozena jednorázovou zvukovou signalizací Obr. 2: Obrazovka BEZOJe RB1 v degradovaném a nedegradovaném módu 5. ZÁVĚ R V článku byl nastíněn princip získání bezpečného odhadu polohy a rychlosti vozidla na železniční trati technickými prostředky Radiobloku a byly představeny nové funkcionality Radiobloku, které v něm lze díky těmto odhadům nově realizovat, a tak jej povýšit z úrovně RB0+ na úroveň RB1. Vzhledem k tomu, že bezpečné odhady jsou určovány využitím technologie GNSS, nezpůsobuje tento upgrade Radiobloku zásadní navýšení jeho ceny. Z výčtu nových funkcionalit je přitom evidentní, že RB1 přidává další stupeň automatizace činnosti strojvedoucího, kdy jej odbřemeňuje od některých úkonů a současně poskytuje bezpečnou automatickou kontrolu projetí cíle povolení i překročení rychlosti a automatické 10 Integrita a (složená) kompaktnost bude kontrolována u nedělitelných (kompaktních) souprav a vlaku složeného z více nedělitelných souprav propojených sběrnicí. Proto název Správa kompaktnosti vlaku. Šlo by automatizovat i kontrolu integrity svěšovaného vlaku, nicméně, mohlo by si to vyžádat nemalé finanční náklady. Navíc, v oblasti dozorované Radioblokem se ve většině případů v osobní dopravě pohybují kompaktní soupravy, či více nedělitelné soupravy vzájemně propojené sběrnicí. 85
udělení odhlášky. Jde tak i o další krok k ještě vyšší automatizaci řízení jízdy na těchto tratích. V rámci řešení projektu RegioSAT byl smysl nových funkcionalit (a) až (e) spolu se způsobem jejich integrace do Radiobloku (včetně reakcí zařízení na výpadky odhadů) již i prvně testován na trati Číčenice Volary. Na základě vyhodnocení dosažených výsledků a reakcí strojvedoucích účastnících se těchto testů (více viz (Projekt RegioSAT, 2016)) lze konstatovat, že testy potvrdily smysluplnost navrženého konceptu nového ZZ RB1 a je tak vhodné jej dovést do stupně prototypu potřebného ke schválení a pro opakovanou následnou výrobu. Plán prací je nyní takový, že vyvíjené ZZ RB1 bude testováno na tratích vlastněných a provozovaných AŽD a výsledky těchto testů spolu s připomínkami strojvedoucích účastnících se testování budou využity při dalším vývoji Radiobloku RB1. LITERATURA: Frýbort, F.: Racionalizace železničních tratí v ČR Radioblok, sborník konference Železnice 2005, str. 185 189, Praha, 2005. Projekt RegioSAT: Výsledky veřejné zakázky TB0200MD051 Zvýšení bezpečnosti železničního provozu na vedlejších tratích s využitím družicových systémů (GNSS) vypsané MD ČR prostřednictvím TAČR a řešené společností AŽD Praha s.r.o., 2014-2016. 86