Kooperativní inteligentní dopravní systémy na železničních přejezdech

Petr Kolář 1, Michal Pavel 2, Jaroslav Hokeš 3 Kooperativní inteligentní dopravní systémy na železničních přejezdech Klíčová slova: Kooperativní inteligentní dopravní systémy (C-ITS), železniční přejezdy, bezpečnost Úvod V současné době dochází v Evropské unii k intenzivnímu rozvoji kooperativních inteligentních dopravních systémů, a to především z důvodu, že významně přispějí ke zvýšení bezpečnosti a plynulosti silniční dopravy. A právě železniční přejezdy jsou jedním velmi kritickým místem, kde dochází k vážným dopravním nehodám se smrtelnými následky. Proto je záměrem SŽDC a jejích partnerů ověřit využití kooperativních inteligentních dopravních systémů i pro zvýšení bezpečnosti na železničních přejezdech, a tím přispět ke snížení počtu vážných dopravních nehod na přejezdech. V rámci projektu C-Roads Czech Republic se nové řešení navrhne a ověří přímo v reálném provozu na železničních přejezdech v České republice. 1 Kooperativní inteligentní dopravní systémy Kooperativní inteligentní dopravní systémy jsou systémy založené na výměně dat mezi vozidly a dopravní infrastrukturou napojenou na řídicí a informační centra, a to buď prostřednictvím C-ITS jednotek rozmístěných na dopravní infrastruktuře, nebo prostřednictvím mobilních sítí. Vybavení silničních vozidel komunikačními jednotkami C-ITS současně umožňuje i vzájemnou komunikaci mezi samotnými vozidly, kde základním principem je předávání si zpráv týkajících se aktuální dopravní situace. Od kooperativních inteligentních dopravních systémů je očekáváno významné zvyšování bezpečnosti, plynulosti a efektivity silničního provozu. Systémy C-ITS budou včas varovat před kritickými a bezpečnost ohrožujícími místy, budou přesně informovat řidiče o dopravní situaci, upozorňovat ho na překážky či neočekávané a nepředvídatelné situace na silnici, jako jsou například práce na silnici, odstavená vozidla nebo na vozidla integrovaného záchranného systému apod. Zároveň 1 Ing. Petr Kolář, nar. 1960, Vysoká škola dopravy a spojů Žilina, Fakulta elektrotechnická, obor sdělovací a zabezpečovací technika. Nyní zaměstnancem na generálním ředitelství Správy železniční dopravní cesty, s. o., Odbor strategie, oddělení koncepce VRT a technického rozvoje. 2 Ing. Michal Pavel, nar. 1958, ČVUT Praha, Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská, obor fyzikální elektronika. Od r. 2003 pracuje v AŽD Praha na různých výzkumných a vedoucích funkcích, nyní jako vedoucí výzkumný pracovník, který vede Oddělení pro evropské výzkumné projekty v závodě Technika. 3 Jaroslav Hokeš, nar. 1974, ÚSO (SOUE Pardubice, Slaboproudá elektronika a technika VKV, Do nového 1131, Pardubice). Od roku 1999 pracuje ve společnosti RADOM s. r. o., ve vývojovém oddělení na různých vývojářských a manažerských pozicích, v současné době jako technický ředitel, který vede oddělení Návrhu a vývoje společnosti. 1

dopravní řídicí a informační centra budou získávat přesné a spolehlivé informace o aktuálním dopravním dění a místních podmínkách přímo z vozidel, díky čemuž bude možné efektivně ovlivňovat dopravní situaci, a tím zvýšit bezpečnost a plynulost dopravy a snížit také její negativní dopady na životní prostředí. Současná verze C-ITS jednotky ve vozidle je zařízení, které přímo komunikuje na vyhrazené radiové frekvenci 5,9 GHz s C-ITS jednotkami v okolních vozidlech a s jednotkami rozmístěnými na dopravní infrastruktuře. Vybavená vozidla budou přijímat tyto aktuální informace, vyhodnocovat je a výsledné informace budou zobrazovat řidiči formou varovných hlášení na palubním informačním displeji či přístrojovém štítu. V budoucnosti se také počítá s integrací přijatých zpráv do řídicích systémů vozidel, což by mělo vést k výraznému snížení vzniku nebezpečných událostí. 2 Projekt C-ROADS Projekt C-Roads Czech Republic se zabývá rozvojem, nasazováním a pilotním testováním, jak již definovaných, tak i nových C-ITS služeb. Tento projekt je součástí evropské platformy C-ROADS, jejímž cílem je vytvořit mezi jednotlivými evropskými projekty harmonizovaný funkční systém služeb kooperativních inteligentních dopravních systémů. Cílem projektu je ověřit v praxi na českých silnicích a vybraných železničních přejezdech fungování spolupracujících systémů ITS. Základním cílem je implementovat nejnovější technologie založené na principu přímé komunikace mezi vozidly a dopravní infrastrukturou či vozidly navzájem. Na základě praktických poznatků z tohoto projektu by mělo v budoucnosti dojít k úpravě příslušné evropské i národní legislativy, aby bylo možné spolupracující systémy ITS uvádět postupně do široké praxe bez technických bariér. Projekt je spolufinancován z Nástroje pro propojení Evropy (CEF). Koordinátorem projektu je Ministerstvo dopravy ČR a partnery projektu jsou Ředitelství silnic a dálnic ČR, Správa železniční dopravní cesty s. o., AŽD Praha s. r. o., ČVUT v Praze Fakulta dopravní, Brněnské komunikace a. s., O2 Czech Republic a. s., T-Mobile Czech Republic a. s. a INTENS Corporation s. r. o. Ke spolupráci na projektu se zavázaly i společnost ŠKODA AUTO a. s. a dopravní podniky měst Ostravy a Plzně. V projektu C-ROADS je spolupráce státní organizace SŽDC s firmami AŽD Praha a RADOM zaměřena na návrh řešení umožňující nasazení kooperativních inteligentních dopravních systémů pro železniční přejezdy. Výsledkem by mělo být ověření nově navrženého zařízení, kde vysílač v radiovém pásmu ITS G5 na přejezdu vysílá k přijíždějícím silničním vozidlům zprávy a řidič je palubním systémem vozidla předem informován o tom, že se blíží k přejezdu. Řidič bude prostřednictvím palubního informačního displeje získávat nejen informaci o existenci železničního přejezdu na své jízdní trase, ale i informaci o tom, že přejezdové zabezpečovací zařízení je ve výstraze, případně i další doplňkové informace o stavu přejezdu. Prostřednictvím Národního dopravního informačního centra mohou některé vybrané informace o stavech přejezdů též získávat i navigační systémy, které v případě, že přejezd bude dlouhodobě uzavřen, mohou na základě této informace navigovat řidiče objízdnými trasami. V rámci spolupráce byly pro pilotní instalaci a testování C-ITS na železničních přejezdech vytipovány dva zabezpečené železniční přejezdy v Pardubickém kraji. Záměrně byly vybrány přejezdy vybavené přejezdovým zabezpečovacím zařízením, protože ze statistik vyplývá, že nejzávažnější nehody vznikají právě na těchto 2

přejezdech, neboť je zde vyšší dopravní moment a vlaky zde projíždí vyššími rychlostmi. Přitom existující infrastrukturní vybavení přejezdů umožňuje i snadnější implementaci nově navrhovaného zařízení. 3 Železniční přejezdy v České republice Rozvoj železniční dopravy na území České republiky má své počátky na začátku 19. století a současná železniční síť svým historicky předurčeným rozsahem představuje se svou průměrnou délkou 0,122 km železničních tratí na 1 km 2 plochy území jednu z nejhustších železničních sítí na světě. Celková délka železniční sítě je 9 458 km a ve vztahu k počtu železničních přejezdů, kterých je v ČR celkem 7 870, to představuje velmi vysokou hustotu železničních přejezdů na naší železniční síti. Bezmála na každém jednom kilometru železniční trati je jeden železniční přejezd (1 přejezd/1,2 km). Základní přehled železničních přejezdů v ČR podle vybavenosti přejezdovým zabezpečovacím zařízením je uveden v tabulce č. 1. Tabulka 1: Základní přehled železničních přejezdů podle vybavenosti přejezdovým zabezpečovacím zařízením Počet železničních přejezdů v ČR 7 870 Přejezdy PZS bez závor 2 371 Přejezdy PZS se závorami 1 370 Přejezdy zabezpečené výstražným křížem 3 782 Ostatní (mechanické PZZ, s uzamykatelnou zábranou,...) 347 Hustota železničních přejezdů na železniční síti 1 přejezd/1,2 km Obrázek 1: Mapa železniční sítě s rozmístěním železničních přejezdů 3

3.1 Nehodovost na železničních přejezdech 3.1.1 Počet mimořádných událostí (MU) na železničních přejezdech V následující tabulce č. 2 je zpracován přehled mimořádných událostí, které se staly v ČR na železničních přejezdech v období 2010 2017 [4]. Jsou zde rovněž uvedeny počty usmrcených osob a počty zraněných osob, které v důsledku těchto nehod byly způsobeny. Tabulka 2: Počet mimořádných událostí na železničních přejezdech v období 2010 2017 [4] Rok 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Celkem Počet MU 259 184 177 171 174 156 166 168 1455 Počet usmrcených 49 34 27 23 42 32 44 34 285 Počet zraněných 122 105 107 82 74 105 66 82 743 Obrázek 2: Grafické znázornění počtu mimořádných událostí a počtu usmrcených osob na železničních přejezdech v období 2010 2017 3.1.2 Počet mimořádných událostí na železničních přejezdech podle typu zabezpečení V následující tabulce č. 3 jsou uvedeny počty mimořádných událostí na železničních přejezdech podle typu jejich zabezpečení [4]. Z tabulky vyplývá, že s nejmenším počtem nehod jsou přejezdy, které jsou vybaveny přejezdovým zabezpečovacím zařízením světelným (PZS) se závorami. Na přejezdech zabezpečených výstražným křížem a na přejezdech vybavených přejezdovým zabezpečovacím zařízením světelným bez závor nastává přibližně stejný počet nehod. Ale závažnost nehod se smrtelnými následky je mnohem horší na přejezdech se světelným přejezdovým zabezpečovacím zařízením, což je dáno hustotou silničního provozu na nich a vyššími rychlostmi vlaků na železničních tratích. 4

Tabulka 3: Přehled mimořádných událostí na železničních přejezdech podle typu zabezpečení v období 2010 2017 [4] Rok 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Celkem Počet MU 259 184 177 171 174 156 166 168 1455 PZS bez závor 124 96 79 82 82 68 75 76 682 PZS se závorami 22 14 29 15 27 24 29 22 182 Výstražné kříže 113 73 69 74 64 64 62 69 588 Obrázek 3: Grafické znázornění počtu mimořádných událostí na železničních přejezdech podle typu zabezpečení v období 2010 2017 3.1.3 Závažnost dopravních nehod na železničních přejezdech I přes veškerou snahu je situace na úrovňových železničních přejezdech značně neuspokojivá a vyskytuje se na nich mnoho nehod, které často vykazují velmi vysoké materiální škody. Co je však daleko závažnější, že nehody přináší ztráty lidských životů. V České republice na železničních přejezdech umírá průměrně asi 35 osob každým rokem. Pro přiblížení, jak vysoká úmrtnost je při nehodách na železničních přejezdech, uvádíme statistické údaje z roku 2015. V ČR představovala celková závažnost dopravních nehod 7 usmrcených osob na 1 000 dopravních nehod. Ale na železničních přejezdech při srážce s železničním vozidlem bylo 138 usmrcených osob na 1 000 nehod, což je téměř dvacetkrát více a potvrzuje to skutečnost, že na železničních přejezdech jsou následky mnohem častěji fatální. 3.1.4 Zahraniční zkušenosti V zahraničí je situace na železničních přejezdech vnímána rovněž velmi vážně, a přesto dochází i zde k vážným dopravním nehodám obdobně jako v ČR. Ze statistických údajů vyplývá, že každý den přibližně jeden člověk umírá a zároveň dojde k jednomu vážnému zranění na úrovňových železničních přejezdech v Evropě [1]. Zajímavá situace je například v Norsku, kde nastává až 66 % nehod na železničních přejezdech vybavených zabezpečovacím zařízením, i když podíl těchto aktivně zabezpečených přejezdů představuje pouze 14 % z celkového počtu 5

přejezdů na jejich železniční síti. Musíme si ale uvědomit, že vyhodnocení statistických údajů mezi jednotlivými zeměmi nelze považovat za plně srovnatelná, protože hustota železniční sítě, počty železničních přejezdů, způsob jejich zabezpečení a hustota silničního a železničního provozu se vzájemně liší mezi jednotlivými zeměmi. Zkušenosti a údaje ze zahraničí ukazují, že situace na úrovňových železničních přejezdech je vnímána jako jedno z velmi kritických míst, na které je třeba se zaměřit a technickými prostředky neustále zvyšovat jejich bezpečnost. 3.2 Nepozornost řidičů Hlavní příčinou nehod na železničních přejezdech je nedodržování pravidel silničního provozu. Z dlouhodobých statistik a rozborů mimořádných událostí, které se staly na železničních přejezdech, jednoznačně vyplývá, že jako hlavní příčina nehod je nerespektování zákona o provozu na pozemních komunikacích řidiči silničních vozidel. Nehody zaviněné řidiči silničních vozidel mívají vážné a tragické následky, a to především pro samotnou posádku silničního vozidla, ale také pro železniční provoz a cestující viz např. Studénka v roce 2015. Příčinou bývá zejména nepozornost řidičů silničních vozidel, kteří nedoceňují závažnost situace na železničních přejezdech. Jejich chování představuje velké riziko jak pro silniční, tak i drážní dopravu. Cílem projektu C-ROADS je proto zlepšení současného chování řidičů na železničních přejezdech, což je třeba ověřit pilotními projekty na vybraných železničních přejezdech. 4 Implementace a testování systému C-ITS pro železniční úrovňově přejezdy 4.1 Návrh a implementace Návrh a implementace systému jsou podmíněny specifikacemi zvolených případů užití v rámci projektu C-ROADS. Tyto specifikace byly navrhovány od počátku projektu v úzké spolupráci s dalšími partnery projektu. Nyní je k dispozici 1. vydání těchto specifikací. Jsou veřejně dostupné na webových stránkách projektu http://croads.cz. Současně vznikají testovací scénáře, které prověří funkčnost a bezpečnost implementace. Firma RADOM dodá příslušně adaptovanou vysílací jednotku pro pásmo ITS G5 (5,9 GHz), tzv. RSU Road-side Unit, která zajišťuje plnou kompatibilitu s existujícími standardy ETSI a ISO a přinese i patřičnou úroveň autentičnosti zpráv a odolnosti vůči kybernetickým útokům. V závěru roku 2018 se tyto jednotky nasadí a začnou se testovat z hlediska funkčnosti, dosahu signálu, spolehlivosti a bezpečnosti. Odborníci z Univerzity Pardubice, Fakulty elektrotechniky a informatiky, k tomuto účelu modelují situace kolem vybraných přejezdů za účelem optimalizace návrhu vysílacích antén, které zajistí patřičné pokrytí signálem příjezdových komunikací k přejezdům. Experti z AŽD a SŽDC specifikovali řešení rozhraní k zabezpečovacímu zařízení přejezdů tak, aby příslušné jednotky mohly být bezpečně, bez negativního vlivu na zabezpečovací systémy, začleněny a připojeny do systému zabezpečovacího 6

zařízení na přejezdu včetně jejich napájení. Následovat bude vlastní montáž a uvedení do testovacího provozu. Současně je nezbytné dle specifikací C-ROADS zajistit jejich napojení do centrálního monitoringu a správy. Tzv. Back office server SŽDC bude trvale připojen k těmto jednotkám a umožní jejich dálkové monitorování, správu a příjem specifických zpráv o stavu přejezdu a jednotek RSU, přičemž současně poskytne relevantní data centrálním řídicím a informačním systémům. Tomu napomůže i tzv. Integrační platforma C-ROADS, která poskytuje jednotné síťové prostředí, protokoly a služby. Tím bude umožněno inteligentním navigačním centrálám poskytovat i další nadstavbové služby, jako například navádění na objízdné trasy v případě, že daný přejezd je v dlouhodobé výstraze např. následkem plánovaného uzavření přejezdu z provozních důvodů. Následující obr. č. 4 ukazuje síťovou architekturu pro tento případ užití Railway Level Crossing (RLX). Obrázek 4: Síťová architektura případu užití RLX železničního úrovňového přejezdu 4.2 Funkčnost a bezpečnost přejezdového systému C-ITS Jakmile se silniční vozidlo dostane do dosahu signálu z vysílačů na přejezdu, obdrží přinejmenším informaci o poloze přejezdu, případně i další informace o jeho stavu. Tyto zprávy by měla vozidlová jednotka získat optimálně ještě dříve, než vstoupí do oblasti vyznačené výstražnou značkou Železniční přejezd bez závor (nebo se závorami), doprovázenou návěstní deskou se třemi pruhy, označující vzdálenost 240 m od přejezdu. 7

Zde je vhodné připomenout, že běžně existují situace, kdy křížení silnice s železniční tratí se mohou nacházet ve vzdálenosti od vozidla významně menší než uvedených 240 m, přičemž vozidlo na takový přejezd může, ale nemusí směřovat. Může jít o křížení se stejnou tratí a jinou silnicí, stejnou tratí a stejnou silnicí, se dvěma odlišnými tratěmi na téže silnici, rozvětvenou tratí a stejnou silnicí apod. Jde samozřejmě o to, aby vozidlo, resp. jeho řidič dostali informaci, která je relevantní ke směru jeho jízdy. To může vyvolávat obavy z neřešitelnosti takových situací. Ale systém C-ITS poskytuje prostředky pro jejich řešení, neboť ve vysílané zprávě se vždy nalézá údaj o přesné poloze přejezdu a vozidlová jednotka spolu s informačním a navigačním systémem vozidla má za úkol zprostředkovat informaci takovou, která je v daném okamžiku pro vozidlo určující. Tj. buď je k některému přejezdu blíže a blíží se směrem k němu, nikoli obráceně, a zprávy geograficky vzdálenějšího vysílače ignoruje. Nebo navigace přesně ví, po které silnici vozidlo dále pojede, a ignoruje zprávy z přejezdů, které se na trase nenacházejí. Vozidlová jednotka tedy vyhodnotí, jestli je zpráva relevantní pro řidiče či autonomní vozidlo na základě přesné informace o poloze vlastního vozidla a poloze přejezdu. Pokud vozidlo míří k přejezdu a v danou chvíli se jedná o zprávu s nejvyšší prioritou, zobrazí informaci o následném přejezdu na informačním displeji vozidla nebo na přístrojovém štítu formou projekce přímo v zorném poli řidiče, viz. obr. č. 5. Pokud je přejezd ve výstražném stavu, tj. výstražníky blikají, systém přenese i tuto informaci do vozidla, viz obr. č. 6. Tato informace se může měnit během jízdy k přejezdu v závislosti na okamžiku spuštění výstrahy. STOP! PŘIJÍŽDÍ VLAK Obrázek 6: Zpráva ve vozidle o výstraze na přejezdu BLÍŽÍTE SE K ŽEL. PŘEJEZDU Obrázek 5: Výstražná zpráva ve vozidle o následném přejezdu Zde je třeba zdůraznit, že systémy C-ITS jsou principiálně považovány za informativní, poskytující doplňkové informace, a nenahrazují signalizaci či návěsti a dopravní značky. Důsledkem je fakt, že v žádném případě nesmí přejezdové RSU ani vozidlový systém vysílat a zobrazovat jakoukoli pozitivní informaci ve smyslu např. Přejezd otevřen, Přejezd je volný apod. Je bezpodmínečně nutné mít na vědomí, že systémy C- ITS nejsou standardizovány, a tudíž ani navrhovány s jakoukoli úrovní funkční bezpečnosti. Tzn. nelze vyloučit situaci, že systém, tj. infrastrukturní nebo vozidlová část, vlastní chybou či poruchou předá takovou informaci řidiči v okamžiku, kdy takový stav ve skutečnosti vůbec neplatí! To by mohla být zcela zásadní chyba, osudná postiženému řidiči a osádce jeho vozidla. Proto lze systémem C-ITS na přejezdech vysílat jen tzv. informativní varovné zprávy. Řidič nebo autonomní vozidlo stále zůstávají odpovědnými za dodržení signalizace, kterou poskytuje přejezdové zabezpečovací zařízení. Na druhou stranu je zde pozitivní situace ohledně ochrany řidičů před falešnými, neautorizovanými zprávami. Použité komunikační protokoly díky autentizaci a šifrování zpráv zajistí odolnost proti napadení nebo podvržení zpráv, předávaných mezi jejich zdroji a příjemci. 8

4.3 Testování funkčnosti a bezpečnosti ŠKODA AUTO a. s. má velký zájem testovat své vozidlové jednotky s těmito systémy a podílí se i na specifikaci vhodných zpráv, aby je bylo možné efektivně zpracovávat, a tím předávat řidiči přesnou informaci v ten nejvhodnější okamžik. Spolu s nimi jsou navrhovány vhodné způsoby prezentace zpráv řidiči a v rámci testování bude probíhat analýza reakce a vyhodnocení zkušeností jejich profesionálních řidičů s přijatými zprávami z osazených přejezdů. Tím bude zajištěna zpětná vazba a experti SŽDC a AŽD budou moci řádně vyhodnotit bezpečnostní přínosy i rizika této technologie a navrhnout nejvhodnější skladbu informací předávaných řidiči či autonomnímu vozidlu. Vedle tohoto hodnocení bude probíhat i rigorózní testování kvality signálu, spolehlivosti a informační bezpečnosti vysílaných signálů a zpráv pod vedením projektového partnera ČVUT. 5 Pokrytí železničních přejezdů signálem v sítích ITS G5 Proto, aby silniční vozidlo blížící se k přejezdu bylo včas informováno o nebezpečném místu a o jeho stavu, je třeba signálem C-ITS pokrýt pozemní komunikace, které kříží železniční trať nebo k těmto komunikacím poblíž místa křížení směřují. Signál bude vysílán z infrastrukturního zařízení železničního přejezdu, přičemž je třeba mít na paměti, že šíření signálu ve frekvenčním pásmu 5,9 GHz je v pozemních podmínkách velmi citlivé na okolní prostředí vysílače. Požadované pokrytí oblasti signálem v místě železničního přejezdu významným způsobem ovlivňuje několik základních faktorů, které určují podmínky pro konstrukci anténního systému. Mezi takové faktory patří v první řadě způsob křížení železniční trati s pozemní komunikací, hustota okolní zástavby, terénní situace (sklon terénu, existence zářezů či terénních překážek), stav okolní vegetace, případně jiné environmentální podmínky, které mohou mít vliv na šíření signálu v prostoru. V rámci řešení projektu C-ROADS byla, ve vztahu k uvedeným faktorům, provedena analýza proveditelnosti řešení anténního systému RSU-RLX, ze které vyplývá, že nelze použít konkrétní typizované řešení antény či anténního systému s ohledem na širokou škálu topologií křížení železničních tratí s pozemními komunikacemi. Realizace anténního systému vyžaduje zohlednění následujících podmínek: Šíření signálu do vzdálenosti minimálně 240 m (vzdálenost umístění nejvzdálenější standardní návěstní desky se třemi pruhy) od železničního přejezdu. V této minimální vzdálenosti by měly být signálem pokryty všechny pozemní komunikace včetně těch, které se větví nebo kříží komunikaci protínající železniční trať. Šíření signálu po obou stranách přejezdu, a to i v případě projíždějícího drážního vozidla, které může svojí konstrukcí zastínit prostor pro šíření signálu z infrastrukturního anténního systému RSU-RLX. Šíření signálu v terénním sklonu v případě, že se křížení železniční trati s pozemní komunikací nachází ve svahu nebo existuje v okolí přejezdu nějaká terénní překážka, zářez apod., což může mít vliv i na elevační úhel. Šíření signálu v případě výrazných překážek v okolí stavby, mosty, stožáry apod. 9

Směřovat užitečné šíření signálu tak, aby nedocházelo ke znečištění prostoru, jež má vliv na kvalitu komunikace (nízká hodnota poměru signál/šum). Sdílení radiového pásma pro šíření signálu s dalšími zdroji a účastníky sítě ITS G5. Omezení šíření signálu pro místa, kde se vyskytují jiní příjemci zpráv C-ITS. Výstupem analýzy je určitá forma návrhové koncepce, která vytváří možnosti řešení v závislosti na křížení železničního přejezdu s pozemními komunikacemi, ale i na faktorech blízkého okolí. Pro tento účel byly zpracovány analýzy pro vytipované železniční přejezdy: 5.1 Železniční přejezd se závorami č. 1 30 o 45 o Obrázek 7: Návrhová koncepce pro šíření signálu na železničním přejezdu (Zdroj: [3]) Železniční přejezd vybavený zabezpečovacím zařízením světelným se závorami. Křížení této pozemní komunikace je pod kolmým úhlem přibližně 90 a komunikace následně pokračuje kolmo vůči železniční trati v obou směrech. Na obrázku č. 7 je vyznačen prostor, ve kterém je nezbytné zajištění pokrytí signálem vysílaného z jednotky RSU-RLX. Prostor je rozdělen do dvou podobných částí po obou stranách železniční trati. Sektor označený šrafováním fialovou barvou má horizontální úhlovou šířku 30. Pokrytí tohoto sektoru je poměrně jednoduché, neboť silnice pokračuje od přejezdu stále přímým směrem. Sektor vyznačený šrafováním červenou barvou má horizontální úhlovou šířku 45. Rozdíl v navržení pokrytí sektorů je vyvolán v případě červeně vyznačeného sektoru v jižním směru vedlejšími navazujícími komunikacemi. Tyto tvary anténních svazků umožnují vhodně pokrýt oblast tohoto železničního přejezdu s dosažením dostatečného zisku, a tím i dosahu anténního systému RSU-RLX. 5.2 Železniční přejezd světelný č. 2 Prostor je opět rozdělen do dvou částí po obou stranách železniční trati. Sektor označený žlutou barvou má horizontální úhlovou šířku 180. V tomto případě je důvodem širokého vyzařovacího úhlu vedlejší navazující pozemní komunikace (blízké napojení vedlejší komunikace a křížení ve tvaru T ), což může vést i k potřebě většího vyzařovacího výkonu, má-li být zajištěn dostatečně silný signál ve 10

stanovených vzdálenostech. Pozitivní je fakt, že v nejbližším okolí se nachází méně stínících objektů ve srovnání s okrajem města, jak tomu bylo v předchozím případě. Sektor vyznačený šrafováním červenou barvou má horizontální úhlovou šířku 30 a opět nepřináší větší problémy v pokrytí signálem. Tyto tvary anténních svazků umožnují vhodně pokrýt oblast tohoto železničního přejezdu s dosažením dostatečného zisku, a tím i dosahu anténního systému RSU-RLX. 180 o 30 o Železniční přejezd vybavený zabezpečovacím zařízením světelným bez závor. Ve vzdálenosti necelých sto metrů od přejezdu se nachází křižovatka ve tvaru písmene T - komunikace je větvena v přibližně kolmém směru na příjezdovou komunikaci k přejezdu. Na obrázku č. 8 je vyznačen prostor, ve kterém je nezbytné zajištění pokrytí signálem vysílaným z RSU-RLX. Obrázek 8: Návrhová koncepce pro šíření signálu na železničním přejezdu s dalším příjezdovým směrem (Zdroj: [3]) 5.3 Železniční přejezd se závorami č. 3 180 o 180 o Železniční přejezd vybavený zabezpečovacím zařízením světelným se závorami. Přejezd je specifický tím, že k němu vedou celkem čtyři pozemní komunikace, které je potřeba pokrýt vhodně zvoleným anténním systémem. Navíc dvě komunikace v určité délce jsou vedené paralelně s železniční tratí. Na obrázku č. 9 je vyznačen prostor, ve kterém je nezbytné zajištění pokrytí signálem vysílaným z RSU-RLX. Obrázek 9: Návrhová koncepce pro šíření signálu na železničním přejezdu s mnoha příjezdovými směry (Zdroj: [3]) 11

Prostor je opět rozdělen do dvou částí po obou stranách železniční trati. Oba sektory (označené žlutou a červenou barvou) mají horizontální úhlovou šířku 180. Situace z hlediska pozice pozemních komunikací k železničnímu přejezdu a trati je zde komplikovanější, proto je možné k řešení pokrytí jednotlivých sektorů signálem přistupovat ve dvou variantách. První varianta vede na řešení použití anténního systému s anténním svazkem s horizontální úhlovou šířkou 180 pro obě strany železničního přejezdu. Druhá varianta vede na použití významně složitějšího anténního systému s rozdělením na více sekcí, které by pokrývaly různé směry navazujících pozemních komunikací. V obou variantních řešeních anténního systému by tvary anténních svazků měly zajistit vhodné pokrytí oblastí tohoto železničního přejezdu s dosažením dostatečného zisku a požadovaného dosahu. Analýza pokrytí signálem v sítích ITS G5 poukazuje na rozmanitost řešení možného pokrytí komunikací před železničními přejezdy, přičemž příklady uvedené k vybraným přejezdům uvádí možné navrhované koncepty řešení. Z toho jednoznačně vyplývá, že při projektování systému C-ITS pro daný přejezd nemůžeme aplikovat jednotné řešení anténního vysílače a už vůbec ne všesměrové, ale musí se použít pravidla pro výpočet potřebného počtu a typu antén, jejich směrování, nastavení výškové elevace a vyzařovacího výkonu. Složitější terénní podmínky si mohou v některých případech vyžádat i konkrétní ověření pokrytí signálem přímo na místě. Závěr Systémy C-ITS na železničních přejezdech přinášejí značný potenciál zvýšit bezpečnost na nich tím, že řidiči blížící se k železničnímu přejezdu budou včas varováni a v případě, že přejezd bude ve výstražném stavu, tak systém přenese tuto informaci rovněž do vozidla a zobrazí ji řidiči na displeji. Přenášené informační zprávy budou šířeny ve směru blížícího se silničního vozidla k přejezdu v pásmu ITS G5 (5,9 GHz) a budou zabezpečeny šifrováním a autentizací. Jedná se zatím o informaci, která má doplňující charakter, a řidiči jsou i nadále odpovědnými za dodržení signalizace, kterou poskytuje přejezdové zabezpečovací zařízení. V druhé polovině letošního roku proběhne instalace zařízení a následně bude probíhat intenzivní testování na vybraných železničních přejezdech. Projekt bude ukončen v roce 2020, kdy dojde k jeho vyhodnocení, a to jak jeho přínosů, tak i možných rizik. Protože se jedná o celoevropskou platformu C-ROADS, lze předpokládat, že bude dosaženo standardizace zpráv a rozhraní, které by se staly legislativně platné pro celou Evropu. Rovněž se očekává, že s dalším rozvojem autonomních vozidel bude tato aplikace s přenosem informací o stavu železničního přejezdu využitelná i v této aplikační oblasti. 12

Literatura: [1] Projekt SAFER-LC (Safer level crossing by integrating and optimizing road-rail infrastructure management and design) [2] Projekt C-ROADS Czech Republic [cit. 2018-07-23]. Dostupné z: http://c-roads.cz [3] Mapový portál Google [cit. 2018-04-10]. Dostupné z: https://www.google.com/maps [4] Interní databáze SŽDC Seznam zkratek: AŽD AŽD Praha s.r.o. C-ITS Kooperativní inteligentní dopravní systémy CEF Connecting Europe Facility ČVUT České vysoké učení technické v Praze ETSI European Telecommunications Standards Institute GALILEO Evropský globální navigační družicový systém GPS Global Positioning System Globální navigační družicový systém GSM Global System for Mobile Communication ISO International Organization for Standardization ITS Intelligent Transportation System - Inteligentní dopravní systémy LTE Long Term Evolution technologie v mobilních sítích MU Mimořádná událost NDIC Národní dopravní informační centrum PZS Přejezdové zabezpečovací zařízení světelné RADOM RADOM, s. r. o. RLX Railway Level Crossing RSU Road-side Unit RSU-RLX Vysílací jednotka na železničním přejezdu SŽDC Správa železniční dopravní cesty, státní organizace Praha, srpen 2018 Lektorovali: Ing. Jaroslav Vašátko Výzkumný Ústav Železniční, a. s. Ing. Jaroslav Grim, Ph.D. Technologická platforma Interoperabilita železniční infrastruktury Ing. Tomáš Konopáč Správa železniční dopravní cesty, s. o. 13