Telematika v železniční dopravě - možnosti, perspektivy a překážky Thomas Rieckenberg 1 Telematické systémy pro železniční dopravu dosáhly vysoké technické úrovně. Mohou dnes individuálně dostát většině požadavků zákazníků. Skupinám uživatelů je k dispozici větší počet výrobců telematických systémů, kteří nabízejí v architektuře svých informačních technologií (IT) velmi osobitá řešení Radiová komunikace mezi telematickým systémem a traťovou stabilní infrastrukturou, senzorová rozhraní, která jsou k dispozici a telematické systémy samy o sobě se vyznačují vysokou spolehlivostí a dostupností. 1. Vývoj až do dnešní doby Telematické systémy pro železniční dopravu byly vyvíjeny od počátku 90. let. Na začátku se systémy dimenzovaly s vlastním zásobováním energií, tedy nezávisle na vnějších zdrojích proudu. První systémy přitom byly vybaveny solárními (slunečními) články pro dobíjení akumulátorů, aby měly trvale k dispozici dostatek energie. Výrobnětechnické problémy vedly u systémů k nedostatečné spolehlivosti. Z těchto důvodů není již dnes dobíjení pomocí solárních článků uplatňováno. Dnešní telematické systémy využívají ve většině případů vysoce specializovaných baterií, které jsou dimenzovány pro víceletý provoz. Telematika je všestranná. Proto v dalším textu budou uvedeny pouze základní funkce a příklady aplikací a poodhaleny perspektivy. Jako každá technika má i telematika své hranice. Zde existují jak bytostně systému vlastní, tak vnější omezení. Ty dosud brání většímu rozšíření systému. 2. Aktuální stav Telematika je v přepravní živnosti již značně rozšířena. V silniční přepravě bylo využití telematiky přijato s nadšením a stále více je předpokladem standardu pro dostupnost informací o stanovišti nákladů. Příklady k tomu jsou: - v živnostenském oboru zřetelně jednodušší a hospodárnější rozhodování o užití skupiny vozidel pomocí lokalizace vlastní flotily vozidel a - v osobním vozidle využití navigačních systémů. Pouze v železniční dopravě panuje myšlení jako před sto lety. Použití telematických systémů je negováno mnoha argumenty, ačkoliv by tyto systémy mohly poskytnout na tvrdě probojovávaném trhu významnou přednost v konkurenci. 1 Dr. Ing. Thomas Rieckenberg, International Railway Technology, Berlín; info@railway-consulting.com
3. TSI telematika Dalekosáhle a bez povšimnutí u aktivních účastníků na přepravě nákladů po železnici (železniční dopravní podniky nebo podniky působící na železnici) a u infrastrukturních manažerů vstoupila dne 19. ledna 2006 v platnost technická specifikace pro interoperabilitu (TSI) 62/2006 "Uplatnění telematiky v nákladní dopravě". Velmi rozsáhle upravuje celoevropskou výměnu dat mezi aktéry, zúčastněnými na přepravě. Po nabytí platnosti má být TSI během příštích let prosazena do národního práva a má se vytvořit odpovídající infrastruktura informačních technologií. TSI telematika velmi rozsáhle dokládá přínos, který vznikne u zúčastněných podniků. Přitom je ale třeba přihlédnout k tomu, že převod do národního práva a výstavba systému si může vyžádat cca deseti let. Pro TSI je základním předpokladem "ústřední paměť", kterou bude provozovat "neutrální a nezávislá společnost". Podniky, působící na železnici a manažeři infrastruktury mají tam dodávat, k oboustrannému užitku, aktuální údaje o přepravě. Evropská komise je si přitom velmi dobře vědoma, jak je nutno při této příležitosti hodnotit choulostivé téma bezpečnosti údajů a že je třeba posuzovat jak vztahy mezi zákazníky, tak také přepravní relace, jako přísně chráněné zboží. Celkový systém, který má být vybudován a který je přesněji rozepsán v TSI, bude sice pečovat o značný rozsah dat, ale vcelku je to velký krok vpřed. Tak mají být, vedle čistých údajů o stanovišti, uvedeny i informace k typu železničních vozů a jejich aktuálním provozním stavu, k přípravě vlaku a k ohlášení dokončení sestavy vlaku, jakož i údaje ke kontrole přepravy (odjezd, příjezd, zpoždění), a to již aktualizovaně ve sdruženém souboru dat. Nadto se předpokládá pravidelné hodnocení kvality přepravních služeb. Smluvní partneři se přitom vyzývají, aby dbali o nápravu v případě nedostatečné kvality přepravy vlastním zjišťováním příčin tohoto stavu. 4. Autarkní (soběstačné) systémy V technické specifikaci pro interoperabilitu jsou nepochybně chápány požadavky zasilatelů jako požadavky zákazníků železnice a byly včleněny do práva. Dnes je již ovšem k dispozici pomocný prostředek, který požadavky téměř beze zbytku zohledňuje, aniž by musely být tyto citlivé údaje předávány ústřední databance. Tyto prostředky jsou známy pod pojmem "autarkní telematické systémy". Základní funkcí autarkní telematiky je sledování železničních vozů samolokalizací (vlastním stanovením polohy) prostřednictvím satelitů, vyhodnocení palubních údajů o poloze podle přání zákazníka a proaktivní informace pro vlastníka (Tracking&Tracing). Pro vysílač, umístěný na vozidle (obr. 1), je výrobcem zaručována životnost sady baterií mezi 4-6 lety, přičemž ta je silně závislá na provozních mezních podmínkách, např. na počtu zpráv za den. Přenos dat z vozu do dispozičního místa se může provést libovolným způsobem. Standardní je přenos prostřednictvím SMS v mobilní síti GSM (globální mobilní radiový systém). Modernější systémy využívají mnohonásobně
příznivější varianty GPRS (mobilní datové služby pro uživatele GSM mobilních telefonů). U této varianty se neplatí za plných l60 znaků SMS za jedno hlášení, nýbrž pouze za skutečně přenesené údaje. Dále může být telematický systém při využití GPRS rychleji připojen, protože systém je zdánlivě trvale spojen s mobilní radiovou sítí. Pro další aplikace může být vhodná i komunikace přes satelit. Komunikační médium je pouze prostředkem pro daný účel a lze je individuálně zvolit. Obr. 1: Návěstní maják (balisa) ULYS-W (Saphymo) Pro úspěch systémů pro sledování vozů je ovšem rozhodující nejen bezporuchová funkce přístroje na voze nebo na nakládací jednotce, nýbrž rovněž dobrý dispoziční software. Převádí ze systému přicházející hlášení do jednoduchých a jasných informací pro disponenta, takže ten je nucen zasahovat pouze při odchylkách od přepravního plánu. Je vhodné si povšimnout, že se autarkní telematické systémy samy mohou během velmi krátké doby vyplácet logistickými zisky. Čím více vozů do systému patří, tím menší jsou náklady, připadající na jeden vůz. Ekonomické hodnocení /l/, založené na skutečných obězích vozů (obr. 2) a před krátkou dobou uveřejněné zkušenosti /2/ ukazují, že úspora několika dnů při přepravě odstraněním zbytečných prostojů na neuralgických místech (např.při ohlášení k převzetí nebo v seřaďovacích nádražích) vyrovná v krátké době měsíční náklady na systém (obr. 3). V /2/ je k tomu zmíněna úspora osmi dnů na relaci z "přístavů v Severním moři do severní Itálie", aniž by to bylo blížeji vyspecifikováno.
Obr. 2: Oběh vozů a prostoje na relaci Finsko - Německo (Standzeiten - prostoje) Spolupůsobení: snižující se systémové náklady/náklady na vozidlo vlivem vysokých počtů kusů Pouze nebezpečný náklad Obr. 3: Snižování systémových nákladů 5. Informace navíc o přepravovaném nákladu Jako doplněk k uvedeným standardním funkcím při sledování vozů mohou telematické systémy plnit i diagnostické úkoly. Podle účelu uplatnění jsou (nebo nejsou) systémy schopny nasazení v oblasti ochrany proti výbuchu. Systémy, které nejsou určeny pro oblast ochrany proti výbuchu, nabízejí většinou větší množství senzorových rozhraní.
Nejdříve se podívejme na systémy, které nejsou předurčeny pro nasazení k ochraně proti výbuchu. Výrobci zde sledují rozličně filozofie. Systémy většinou disponují jen několika málo analogovými senzorovými rozhraními, což všeobecně postačuje. Jeden z výrobců naproti tomu vyvinul vlastní systém sběrnic, u něhož je silně zredukována kabelizace při uplatnění většího počtu senzorů a který dovoluje připojit jejich téměř libovolný počet. Pokud jsou předem určené senzory dostatečně robustní pro nasazení v železničním provozu, lze téměř všechny diagnostické dotazy uspokojivě řešit. Na základě zvýšené citlivosti přepravovaného nákladu je oblast přepravy nebezpečného zboží, které v místech nakládání a vykládání podléhají požadavkům na ochranu proti výbuchu, vysoce zajímavá. Hnací silou pro větší uplatnění telematických systémů u přeprav nebezpečných látek bude v budoucnosti vlastní odpovědnost zákazníků a vlastníků vozů a dále zostřené zákonodárství při ochraně životního prostředí. V mezinárodním předpisu pro přepravu nebezpečných látek (RID) rozšiřuje kapitola 1.10 povinnost zabezpečit jejich přepravu zcela zřetelně. S pomocí telematických systémů lze adekvátně dostát těmto zákonným požadavkům. Systémy, které jsou vhodné pro oblast proti výbuchu, disponují všeobecně jen několika málo senzorovými rozhraními. Podle zkušeností autora postačí pro většinu užití dvě proudová rozhraní (4-20 ma). Úlohou senzorů na nákladním železničním voze mohou přitom být: - otevírání ventilů (otvírací senzory) nebo ložných prostorů s vysokým mechanickým odporem a jejich blokování, které mohou být otvírány uvnitř určitého geografického prostoru, - vážení vozidla (boční posunutí nákladu nebo absolutní hmotnost nákladu), - kontrola stavu nákladu (tlak, teplota, stav plnění, netěsnosti a krádež - viz obr. 4), - celní uzávěra, - hodnověrné zjišťování nárazů jako ukazatel škod na nákladu během přepravy pro správné posouzení příčin a nastavení škod při přepravě. Realizace dalších, pro náklad specifických, aplikací není již obecně závislá na telematických systémech, nýbrž na nákladech na celkový systém a na nákladech na senzoriku. Obr. 4: Teplota cisterny Lieferfahrt - Jízda s nákladem jahreszeitliche Tendenz - tendence odvislé od ročního období leere Rückfahrt - prázdná jízda zpět Sensorausfall - výpadek senzorů
6. Kontrola dopravně-dynamické přepravní bezpečnosti Do oblasti pro náklad specifických využití se jako třetí připojuje dopravnědynamická bezpečnost přepravy. Nehody nejsou v železničním systému tak časté jako v silničním provozu, ale nelze se jim ani při železniční dopravě vyhnout. Velká množství, zapojená do jedné nehody, jakož i z toho odvozené škody, jsou často výrazně větší. Vyplatí se tedy zvážit, zda telematické systémy s návaznou senzorikou mohou přispět k bezpečnější přepravě nákladů i osob. A ve skutečnosti to možné je. V provedených průzkumech byly již mnohé otázky kladně zodpovězeny. Tak se v rámci výzkumného záměru bývalého spolkového ministerstva dopravy, výstavby a bydlení v reálných pokusech zjišťovalo na univerzitě v Berlíně, zda lze telematickými systémy bezpečněji rozpoznat vykolejení nákladních vozů (obr. 5). Výsledky byly uveřejněny /3, 4/, ale nenašly dosud žádnou cestu do praxe v dopravě, ačkoliv vykolejení v železničním provozu, posuzováno celoevropsky případně celosvětově, nejsou žádnou zvláštností. Obr. 5: Pokus s vykolejením Foto: TU Berlin Než se pošle vlak na cestu, musí se bezpečně zjistit, že na lokomotivě vytvářený stlačený vzduch stačí pro činnost brzd na všech připojených vozech. Přitom tlak v průběžném hlavním vzduchovém potrubí se mění a dosednutí nebo uvolnění brzdových špalků se zkouší většinou pouze pohledem (obr. 6). Jestliže se zkouška neprovede podle předpisů - a na tom se účastní více lidí - může dojít k problémům při brzdění. Tyto problémy zjistí strojvedoucí teprve tehdy, když je vlak již v pohybu. Telematický systém, namontovaný na konci vlaku, může průběžně během jízdy kontrolovat tlak v hlavním vzduchovém potrubí a hlásit výsledek strojvedoucímu na hnacím vozidle. Chyby v brzdovém systému by mohly být tímto způsobem v kterémkoliv okamžiku odhaleny. V neposlední řadě je možno se zmínit o možné on-line diagnóze skutečného průběhu jízdy vozidla na aktuálně pojížděné koleji. Dosavadní výkladové a výpočtové metody jsou statickými metodami (s výjimkou drahých měřících dvojkolí), které nedokáží vyjádřit současné skutečné podmínky. Dvojkolí, opatřená urychlovacími senzory, mohou naproti tomu zachytit jejich běh na pojížděné koleji a přenést jej pomocí telematického systému do ústřední vyhodnocovací jednotky. Současný provozovatel
infrastruktury by podle těchto údajů, roztříděných a ohodnocených podobně jako u barev na semaforu, mohl optimalizovat svoji údržbu. Podnik, působící na železnici, by získal s těmito vyhodnocenými údaji rovněž poznatek o kvalitě koleje, zjišťovaný při jízdě vlaku, případně o potřebné údržbě svého vlakového a vozového parku. Při značně negativních odchylkách od předem dohodnutého standardu by rovněž mohl požadovat snížení poplatků. Jak před krátkou dobou ukázal provedený výzkumný záměr /5, 6/, je tato diagnostická metoda realizovatelná. Měřící metoda najde v budoucnu uplatnění v železničních systémech všech druhů (i v nákladní dopravě). Obr. 6: Pracovník při vozově-technické prohlídce 7. Telematika: budoucnost již začala Pro mnohé logistické, a z bezpečnostního hlediska důležité otázky již existují vypracovaná, odzkoušená a zralá řešení. Užití v přepravě nebezpečných nákladů se ve větší míře rozšiřují i na konvenční přepravy. Silniční nákladní doprava využívá telematiky jako dispozičního pomocného prostředku a tím získává přednost v konkurenci. Autarkní telematické systémy mohou zlepšit bezpečnost a hospodárnost přeprav - a to i na kolejích. Proti plošnému zavedení telematiky stojí v podstatě současná investiční zdrženlivost, jakož i chybné interpretace některých rozhodujících se jako důsledek mezitím již odstraněných dětských nemocí této skutečně mladé techniky. Je třeba počkat na to, jaké účinky budou mít nové evropské soubory pravidel s jejich důrazem na celoevropskou harmonizaci. Autarkní telematické systémy nabízejí, při realistickém posuzování, tolik předností, že tuto techniku nelze nadále opomíjet. Nezaujatí nositelé rozhodování využívají výhod včasného rozhodnutí. Autarkní telematické systémy doprovázejí již dnes celý přepravní řetězec od odesílatele k příjemci, jsou víceúčelové.
Literatura: /1/ Rieckenberg, Th.: Telematika v železniční dopravě, koncepčně-technický příspěvek k bezpečnosti a efektivitě. Disertační práce, TU Berlín (2003) /2/ Behrends, V.: Bezpečnější a účelnější nákladní doprava s telematikou, Güterbahn 3/2006, s. 37, nakladatelství Alba /3/ Rieckenberg, Th. a Hecht, M.: Kontrola železničních cisternových vozů pomocí telematiky, ZEVrail 8/2002, s. 308 /4/ Rieckenberg, Th.: Když záměrně vykolejíme železniční vozy s nebezpečným nákladem, Track & Signal II/2004, s. 106 /5/ Meinke, P.: Monitorování kvality pojíždění dvojkolí, RTR 1/2006, s. 25 /6/ Další informace na http://www.railway-consulting.com Název originálu: Telematik im Schienenverkehr - Mőglichkeiten, Perspektiven und Hemmnisse Zdroj: ETR, říjen 2007, č. 10, s. 632-635 Překlad: Jiří Mencl Korektura: ODIS