Vysokorychlostní železnice v ČR - subsystém řízení a zabezpečení Petr Varadinov Czech Raildays 2013 Česká železnice v roce 2030 Ostrava 18. a 19.6.2013
Železnice jako dopravní systém Železniční doprava: jako konvenční železniční systém je schopna zajistit dopravu cestujících do center aglomerací jako vysokorychlostní železniční systém je schopna dnes dosahovat provozních rychlostí 350 km/h přitom zachovává kompatibilitu pro pohyb vysokorychlostních vozidel na konvenčních tratích při komplexním využívání těchto vlastností může konkurovat letecké i silniční dopravě : cestovním časem z centra do centra aglomerace poskytovaným pohodlím pro cestující cenově To jsou, spolu s mezinárodní provázaností RS, základní důvody pro jejich budování a jejich komplexní řešení. 2
Komplexní řešení rychlých spojení musí zajistit: Rychlá spojení koexistenci provozu vysokorychlostních vozidel a konvenčních vozidel včetně nákladních vlaků na úsecích konvenčních tratí integrovaných do RS pro přístup do center aglomerací, včetně zajištění kompatibility řídících a zabezpečovacích systémů segregaci provozu vysokorychlostních vozidel na úsecích vysokorychlostních tratí pro dosažení požadované cestovní rychlosti až 350 km/h s možností využití nižší investiční náročnosti vysokorychlostních úseků poměr délek těchto úseků musí být součástí komplexního řešení RS tak, aby bylo dosaženo požadovaných parametrů RS obdobně bude zřejmě nutno vycházet z komplexnosti řešení RS i při ekonomickém hodnocení jednotlivých projektů RS Tyto teze stanovují výchozí podmínky pro diskuzi řešení systému řízení a zabezpečení RS 3
Provozní požadavky Požadavky na systém řízení a zabezpečení: bezpečnost interoperabilita vysoká dostupnost subsystému centrální dispečerské řízení maximální využití kapacity infrastruktury dopravní cesty maximální využití konstrukční rychlosti infrastruktury dopravní cesty nízké provozní náklady ochrana životního prostředí 4
Normativní požadavky (TSI CCS) Právě mezinárodní provázanost RS, bez níž by jejich existence byla nemyslitelná, podtrhuje dosažení interoperability nejen jako povinnost plynoucí z evropské směrnice o interoperabilitě, ale jako existenční nutnost těchto RS Normativní požadavky na interoperabilitu jsou stanoveny TSI pro jednotlivé subsystémy evropského železničního systému Dnes platné TSI CCS (řízení a zabezpečení) spojují požadavky jak na konvenční, tak na vysokorychlostní evropský železniční systém; vydány jako RK 2012/88/ES v aktuálním znění TSI stanovují požadavky na interoperabilitu formou povinných evropských specifikací, které vedle dalšího, řeší především rozhraní mezi infrastrukturou a vozidly, která jsou pro dosažení interoperability nezbytná 5
Normativní požadavky (TSI CCS) Z pohledu systému řízení a zabezpečení je tedy třeba řešit z hlediska interoperability následující oblasti: Komunikace mezi infrastrukturou a vlakem Hlasová Datová Vlakové zabezpečovací zařízení (VZ) Systémy detekce vozidel Kolejové obvody Počítače náprav Rozhraní výše uvedených subsystémů k národním sdělovacím a zabezpečovacím systémům K řešení oblastí komunikace a VZ iniciovala EK projekt ERTMS 6
ERTMS ERTMS European Rail Traffic Management System Evropský železniční řídící systém KOMUNIKACE EIRENE GSM-R ZABEZPEČENÍ ETCS ŘÍZENÍ - ETML EUROOPTIRAILS Rail Net Europe PROVOZNÍ PŘEDPISY EOR 7
Komunikace - GSM-R EIRENE European Integrated Railway Radio Enhanced Network Evropská integrovaná železniční rádiová síť - vytvořeny specifikace pro GSM-R Global System for Mobile Communications Railway Globální systém mobilní komunikace - pro železnici MSC Síťová a spínací část 8
Komunikace - GSM-R Současný rozvoj sítě Roaming v GSM-R síti DB,ÖBBa ProRail GSM-Psítijednoho domácího operatora GPRS v ověřovacím provozu v provozu v realizaci v přípravě v plánu 9
Komunikace - GSM-R Z poznatků železničních správ s provozem GSM-R plyne: Další vývoj Digitální rádiová síť GSM-R přinesla pro komunikaci s vlaky nesrovnatelně vyšší možnosti využití specielních funkcí pro řízení provozu ve srovnání s předchozími systémy Poměrně omezené kmitočtové pásmo vyhrazené pro síť GSM-R ztěžuje plánování sítě ve velkých železničních uzlech a omezuje zde kapacitu využitelnou pro datovou komunikaci v rámci systému ETCS S rozvojem nových generací veřejných sítí (3G, EDGE, LTE) pro mobilní komunikaci se objevují problémy se vzájemným rušením (interference), které snižují dostupnost datové komunikace pro ETCS To jsou podněty, které vedou k úvahám o nové generaci GSM-R v období pro roce 2025 10
Datová komunikace pro ETCS Datová komunikace mezi vlakem a infrastrukturou pro ETCS : Obousměrná datová komunikace digitálním radiovým spojením v síti GSM-R pomocí vytáčeného spojení Jednosměrná datová komunikace z infrastruktury na vlak je realizována digitální rádiovým přenosem na krátkou vzdálenost pomocí Eurobalíz Existují balízy nepřepínatelné po ovlivnění rádiovým signálem z vlaku odvysílají vždy stejný, pevně naprogramovaný telegram, nevede k nim žádný kabel, nepotřebují napájení přepínatelné, ve spolupráci s traťovou elektronickou jednotkou (LEU) vysílají telegram odpovídající stavu zabezpečovacího zařízení, potřebují napájení a informace o stavu zabezpečovacího zařízení snaha o vytvoření virtuální balízy na bázi satelitní navigace 11
EUROBALÍZA 12
ERTMS/ETCS interoperabilní evropské vlakové zabezpečovací zařízení Zabezpečovací systém třídy A European Train Control System Evropský vlakový zabezpečovací systém Systém pro zajištění interoperability v oblasti řízení a zabezpečení, základ komplexního řízení dopravy, zvýšení úrovně bezpečnosti a efektivní nástroj pro řízení dopravy TSI CCS: ERTMS/ETCS je jediným přípustným systémem při novostavbách a rekonstrukcích tratí Základní principy pohyb vlaku jen při platném oprávnění k jízdě vymezeném koncem cesty a obvykle téžčasovým limitem k jeho dosažení, bezpečná kontrola rychlosti vlaku na základě: vzdálenosti ke konci jízdní cesty rychlostních omezení v jízdní cestě sklonových poměrů charakteristik vlaku (délka, brždění, ) 13
Definice provozních podmínek systému ERTMS Hodina jízdy rychlostí 500 km/h představuje následující interakce: 14
Aplikační úrovně ETCS úroveň 1 Traťové funkce: povolení k jízdě MA dle údajů od zabezpečovacího zařízení, přenos MA a popisu tratě na vlak Palubní funkce: příjem MA a popisu tratě vztažený k příslušné balíze, výpočet dynamického rychlostního profilu, porovnání aktuální rychlosti vlaku s povolenou a příp. aplikace brzd, palubní signalizace pro strojvedoucího palubní ETCS LEU KO, PN In-fill Balízy 15
Aplikační úrovně ETCS úroveň 2 Traťové funkce: registrace a sledování polohy každého ETCS vlaku v RBC, MA dle údajů od zabezpečovacího zařízení a jeho přenos individuálně pro každý vlak Palubní funkce: vlak vysílá svou polohu vztaženou k balíze do RBC, výpočet dyn. rychlostního profilu, porovnání akt. rychlosti vlaku s povolenou a příp. aplikace brzd, palubní signalizace pro strojvedoucího GSM-R RBC palubní ETCS KO, PN Balízy 16
Aplikační úrovně ETCS úroveň 3 Traťové funkce: registrace a sledování polohy každého ETCS vlaku v RBC, závěr jízdní cesty a jeho rušení dle informací od vlaků, MA dle údajů od zabezpečovacího zařízení a jeho přenos individuálně pro každý vlak. Palubní funkce: vlak svou polohu vztaženou k balíze a svou celistvost vysílá do RBC, výpočet dynamického rychlostního profilu, porovnání aktuálního rychlosti vlaku s povolenou a příp. aplikace brzd, palubní signalizace pro strojvedoucího GSM-R RBC Celistvost palubn palubní ETCS Balízy 17
Současný stav rozvoje ETCS v ČR Pilotní projekt ETCS L2 dokončen, v testovacím provozu, zkušenosti uplatněny při zadání komerčních projektů, cílem je vybavit modernizované národní koridory a další hlavní tratě ETCS L2 ETCS L2 prvníetapa v realizaci 2014 ETCS L2 druháetapa v přípravě 2017 18
RS časový horizont 2030 Rychlá spojení z pohledu řízení a zabezpečení Rádiové komunikace půjde obecně o uplatnění generačního nástupce systému GSM-R, který umožní paketový přenos dat pro dosažení dostatečné přenosové kapacity pro ETCS Eurobalízy půjde zřejmě o uplatnění jak klasických Eurobalíz (především nepřepínatelných), tak virtuálních balíz realizovaných na bázi satelitní navigace ETCS provoz vlaků plně pod dohledem ETCS, maximální redukce návěstidel v kolejišti (pouze pro nouzové stavy) Snaha o integraci systémů SZZ, TZZ, DOZ a RBC Úseky RS s koexistencí provozu vysokorychlostních vozidel a konvenčních vozidel včetně nákladních vlaků ETCS L2 Úseky se segregovaným provozem vysokorychlostních vozidel ETCS L3 19
Co lze očekávat od navrženého přístupu Nasazení generačního nástupce GSM-R vyřeší potřebu kapacity datových přenosů ve velkých železničních uzlech přinese další funkce pro podporu řízení železničního provozu vyšší disponibilní kapacita umožní přenos dalších on-line informací pro cestující nebo zákazníky nákladní železniční dopravy Výrazné snížení počtu návěstidel přinese snížení investičních nákladů Úseky s ETCS L2 umožní vytvoření rádioblokových sekcí bez ohledu na zábrzdnou vzdálenost umožní rychlejší vyklízení obsazených oddílů, což přinese zvýšení propustnosti tratě řídit provoz vlaků bez detekce celistvosti vlaků, tedy i klasických nákladních vlaků 20
Úseky s ETCS L3 Co lze očekávat od navrženého přístupu umožní řídit provoz vlaků v pohyblivých oddílech zvýšení propustné výkonnosti, zkrácení následného mezidobí umožní nenasazovat prostředky pro detekci vozidel (kolejové obvody, počítače náprav) s absencí kolejových obvodů vzniká otázka indikace lomu kolejnice, bude nutno realizovat jiná opatření, není ani vyloučeno zřizování specielních obvodů pro indikaci lomu kolejnice Předpokládaná integrace SZZ, TZZ, DOZ a RBC přinese zmenšení počtu rozhraní, zvýší se výsledná dostupnost systému, zjednoduší se modifikace systému Je důležité uvedené systémy nasazovat na definitivní konfiguraci kolejiště, každá modifikace vyvolá nutnost úpravy všech systémů nasazených na daném úseku 21
Investiční a provozní náklady Investiční náklady Při stavbě nové trati se investiční náklady na systém zabezpečení a řízení pohybují zpravidla kolem 10 % celkových investičních nákladů Lze předpokládat, že faktory působící na vývoj investičních nákladů v obou směrech způsobí, že se tento poměr pravděpodobně výrazně nezmění V současnosti v ČR neexistuje případ komplexní stavby nové trati včetně komplexního vybavení technologickými subsystémy, ze kterého by bylo možno odvozovat konkrétnější závěry Pokud se EU podaří rychleji a důsledněji prosazovat své záměry pro zvýšení konkurenceschopnosti železniční dopravy v oblasti interoperability a povinných evropských specifikací, můžeme se dočkat i povzbudivého vývoje Velmi důležitou roli sehrají zkušenosti s projektováním systémů řízení a zabezpečení, proto jsou důležité současné snahy o rozvoj těchto systémů 22
Investiční a provozní náklady Provozní náklady Uvažované technologické systémy jsou velmi komplexní systémy konstruované na bázi informačních a komunikačních technologií, zpravidla nevyžadující preventivní údržbu Tyto systémy jsou vybaveny sofistikovanými diagnostickými systémy, umožňující rychlou identifikaci závad a podporu při jejich odstraňování Nákladné jsou modifikace provozovaných systémů, ale i různé upgrade SW velmi důležité smluvní podmínky na dodávku systémů a jejich další údržbu Rozsáhlá integrace systémůřízení a zabezpečení snižuje nejen celkový rozsah zařízení, ale současně snižuje i spotřebu elektrické energie a to přímé i vynaložené na klimatizaci Optimální dělba nápravné údržby mezi provozovatele a dodavatele systému 23
Příprava kvalifikace pracovníků pro projektování, stavbu a provoz Kvalitní projekt předurčuje efektivnost systému jak v oblasti funkce, tak v oblasti jeho provozní náročnosti Je možno čerpat ze zahraničních zkušeností, ne všechny jsou však jednoduše přenositelné a uplatnitelné v nových podmínkách Důležitá je pregnantní formulace provozních požadavků, je třeba vytvořit prostor pro vývoj technické koncepce těchto systémů u budoucího provozovatele, to je dnes bohužel podceňováno Zahajujeme druhé desetiletí aplikace informačních a komunikačních technologií (ICT) v subsystému řízení a zabezpečení a znovu se přesvědčujeme o nutnosti sdílet vývoj nové technologie ve všech fázích jejího nasazování Chceme-li smysluplně těchto systémů v budoucnu využívat a těžit z uplatnění jejich předností, musíme je průběžně rozvíjet a nasazovat již dnes a umožnit našim spolupracovníkům s nimi pracovat a tak rozvíjet jejich znalosti a schopnosti v této oblasti 24
Rozvoj ERTMS v ČR DĚKUJI ZA POZORNOST GSM-R RBC ETCS 25
Vysokorychlostní železnice v ČR - subsystém řízení a zabezpečení Správa železniční dopravní cesty, státní organizace www.szdc.cz