Problematyka współpracy systemów kolejowej radiołączności w aspekcie wywołania alarmowego

Transkrypt

1 Mirosław Siergiejczyk 1, Alicja Mierzejewska Politechnika Warszawska Wydział Transportu Problematyka współpracy systemów kolejowej radiołączności w aspekcie wywołania alarmowego 1. WSTĘP Po wstąpieniu Polski do Unii Europejskiej, na podstawie Traktatu Stowarzyszeniowego Unii Europejskiej (UE) oraz konieczności stosowania i wdrażania prawodawstwa unijnego, Rzeczpospolita Polska przyjęła m.in. politykę otwarcia rynku produktów i usług w obszarze transportu kolejowego. Zatem Polska zobowiązała się do realizacji wymogów interoperacyjności, to jest harmonizacji warunków: prawnych, technicznych i organizacyjnych w europejskim systemie kolei. Wymogi te zostały sprecyzowane w Dyrektywie 2008/57/WE [1]. Interoperacyjność systemu kolei oznacza zdolność do zapewnienia bezpiecznego i nieprzerwanego przejazdu pociągów spełniających wymagany stopień wydajności tych linii. Niezbędne do zapewnienia interoperacyjności było przyjęcie znormalizowanego systemu sterowania ruchem. Wspierany przez Unię Europejską projekt ujednoliconego systemu sterowania ruchem kolejowym to ERTMS (European Rail Traffic Management System). Europejski System Zarządzania Ruchem Kolejowym (ERTMS) gwarantuje możliwość swobodnego poruszania się pociągów w sieciach kolejowych poszczególnych państw bez konieczności zatrzymywania się na granicach. ERTMS składa się z systemu sterowania ruchem (ETCS) oraz z systemu radiołączności (GSM-R). Dzięki ERTMS maszynista otrzymuje szczegółowe informacje o dopuszczalnych parametrach ruchu na danym odcinku linii kolejowej, a wszystkie komunikaty system przekazuje maszyniście na pulpit. GSM-R stanowi medium transmisyjne dla systemu ETCS (level 2 i 3), którym przesyłane są między innymi zezwolenia na jazdę wydawane przez RBC (Radio Block Centre). GSM-R zastępuje szereg narodowych systemów radiołączności kolejowej, a jego wdrożenie skutkuje nie tylko podniesieniem jakość radiokomunikacji, ale również pozwala na zlikwidowanie barier wynikających z różnych standardów łączności głosowej i transmisji danych eksploatowanych w Europie [3], [4]. Obecnie sieć kolejowa w Polsce pracuje w paśmie 150 MHz, a system ten stanowi bazę dla wdrażania systemów GSM-R i ETCS. Po poprawnym wprowadzeniu do eksploatacji tych systemów radio 150 MHz zostanie wyłączone w przewidzianych korytarzach czasowych. Jednak zastąpienie radia 150 MHz standardem GSM-R wymaga równoczesnej eksploatacji tych sieci w okresie migracji. Należy zauważyć, że istnieją określone problemy związane z powiązaniem sygnałów alarmowych RADIOSTOP radiołączności VHF 150 MHz i REC systemu GSM-R. Jednym z kluczowych zagadnień przy wdrażaniu systemu GSM-R jest problem organizacji eksploatacji sieci radiowej z uwzględnieniem zarówno wymagań dotyczących ciągłości świadczenia usług telekomunikacyjnych, ich bezpiecznej transmisji oraz współpracy z dotychczas eksploatowaną siecią radiołączności analogowej VHF 150 MHz. 2. ANALIZA SYGNAŁU RADIOSTOP W obecnie eksploatowanym systemie analogowym VHF 150 MHz, dla poprawy bezpieczeństwa ruchu pojazdów trakcyjnych, stosuje się układ RADIOSTOP zespolony z radiotelefonem pociągowym. Uruchomienie funkcji RADIOSTOP następuje poprzez wciśnięcie przycisku ALARM i powoduje natychmiastowe samoczynne zahamowanie pociągów znajdujących się w zasięgu danego radiotelefonu. Samoczynne hamowanie wdrażane jest jeśli radiotelefon na pojeździe trakcyjnym połączony jest z urządzeniami SHP - samoczynnego hamowania pociągu. Stosowane w PKP urządzenia nie są zależne od 1 msi@wt.pw.edu.pl Logistyka 4/

2 wskazań semaforów. Sama funkcja RADIOSTOP zainstalowana jest na pojeździe trakcyjnym na drugim kanale pneumatycznym. Przycisk powodujący uruchomienie sygnału alarmowego powinien mieć czerwony kolor i ergonomiczny kształt. Jego konstrukcja i umiejscowienie powinny gwarantować użytkownikowi łatwy dostęp, jak również zabezpieczać przed przypadkowym użyciem przycisku. Sam sygnał ALARM jest kombinacją złożoną z kolejno następujących po sobie trzech krótkich tonów, które są zróżnicowane pod względem częstotliwości i powtarzane cyklicznie. Funkcja RADIOSTOP na liniach objętych zabudową GSM-R, będzie wykorzystywana do czasu demontażu systemu radia 150 MHz na tych liniach i została uwzględniona w module STM dla systemu SHP. 3. USŁUGA KOLEJOWEGO POŁĄCZENIA ALARMOWEGO REC / e-rec Kolejowe połączenie alarmowe służą do przekazywania informacji personelowi kolejowemu o niebezpieczeństwach na danym obszarze, które wymagają podjęcia określonych działań lub wstrzymania ruchu pociągu. Usługa REC (ang. Railway Emergency Call) jest jedną z najważniejszych usług GSM-R i może być uruchomiona poprzez wciśnięcie klawisza alarmowego w radiotelefonach i radiach kabinowych w przypadku zauważenia niebezpieczeństwa Można wyróżnić dwa typy kolejowych połączeń alarmowych: połączenia alarmowe dla pociągów niezwiązane z operacjami manewrowymi, połączenia alarmowe związane z operacjami manewrowymi. Typ połączenia jest ustalany automatycznie na podstawie trybu pracy terminala, który zainicjował połączenie. Konieczne jest, aby kolejowe połączenie alarmowe było przekazane do wszystkich maszynistów oraz dyżurnych ruchu znajdujących się w obszarze operacyjnym, w którym wystąpiło niebezpieczeństwo. Usługa REC jest jedną z najważniejszych usług GSM-R. Połączenie alarmowe posiada wysoki priorytet dla połączeń informujących o zatrzymaniu ruchu na skutek zagrożenia na danym obszarze prowadzących pociąg, dyspozytorów oraz innych osób. Uruchamiany jest poprzez wciśnięcie specjalnego i wyróżniającego się przycisku alarmowego w radiotelefonach i radiach kabinowych. Połączenie alarmowe jest zestawiane w czasie do 2 s od wciśnięcia przycisku, a odbiór REC jest automatycznie potwierdzany (informacja potwierdzająca zawiera numer lokomotywy lub numer pociągu). Połączenie to zdefiniowane jest dla trzech faz i przedstawione na poniższym schemacie [3]: faza 1: ostrzeżenie, faza 2: informacja, faza 3: zakończenie alarmu. Rys 1. Fazy połączenia alarmowego REC Źródło: Opracowanie własne na podstawie [3]. Sygnał alarmowy przesyłany jest do wszystkich użytkowników znajdujących się na określonym terenie przy pomocy usługi wywołania grupowego (VGCS). REC ma najwyższy priorytet (zgodnie z emlpp priorytet: 0) i jego zainicjowanie powoduje zerwanie pozostały połączeń. Usługa nie zatrzymuje pociągów (tak jak system radio-stop) tylko przesyła informację o niebezpieczeństwie. Po otrzymaniu sygnału alarmowego prowadzący pociąg musi natychmiast zatrzymać pociąg. Dalsza jazda może zostać rozpoczęta ponownie dopiero po pozwoleniu ze strony pracownika upoważnionego do sterowania ruchem na odcinku przy użyciu połączenia punkt-punkt z pociągiem. Sposób działania usługi przedstawiono na rys Logistyka 4/2015

3 Rys. 2. Usługa kolejowego połączenia alarmowego Źródło: Opracowanie na podstawie [11]. Zgodnie z wymaganiami EIRENE, połączenie alarmowe odbierane jest automatycznie. Jest to połączenie dupleksowe. Użytkownik inicjujący połączenie REC oznaczony jest celem odróżnienia go od innych członków alarmowego połączenia kolejowego w terminalu dyspozytorskim. Procedurą dla obsługi pociągów jest zatrzymanie pociągu po otrzymaniu sygnału REC jazda może być rozpoczęta ponownie dopiero po pozwoleniu ze strony pracownika upoważnionego do sterowania ruchem na odcinku przy użyciu połączenia punkt-punkt z pociągiem. Inicjowanie połączenia REC powinno zostać potwierdzone przez stację bazową zwrotnym kodem o numerze 1612 potwierdzenie to ma na celu uniemożliwienie dokonania połączenia alarmowego z użyciem nieautoryzowanego radiotelefonu. Usługa erec to zaawansowana usługa połączenia alarmowego. Podobnie jak w przypadku usługi elda, w celu ustalenia położenia pociągu wykorzystuje się dane GPS oraz dane z przytorowych urządzeń detekcji. Zapobiega to sytuacjom, w których pociąg będący na granicy dwóch odcinków łączy się z niewłaściwym dyspozytorem, a co za tym idzie wysyła komunikat alarmowego do niewłaściwych pociągów. 4. ANALIZA I OCENA POWIĄZANIA SYGNAŁÓW RADIOSTOP I REC Zgodnie z zapisem w NPW ERTMS w Polsce funkcja RADIOSTOP, na liniach objętych zabudową GSM-R, będzie wykorzystywana do czasu demontażu systemu VHF 150 MHz na tych liniach. Funkcja ta została uwzględniona w module STM dla systemu SHP i ma zagwarantować właściwą interakcję sygnału RADIOSTOP przez pojazdy trakcyjne wyposażone w ECTS i SHP STM podczas jazdy po liniach wyposażonych w SHP i radio 150 MHz. Zatem w okresie migracji od pojazdów poruszających się po liniach wyposażonych w standard 150 MHz i GSM-R wymaga się odbierania i prawidłowego interpretowania sygnału RADIOSTOP. W związku z tym pojawią się niedogodności związane z eksploatacją dwóch systemów. Odczują je zarówno maszyniści i dyżurni ruchu, jaki i służby utrzymania. Wiąże się to między innymi z koniecznością nabycia biegłości w posługiwaniu się dwoma typami urządzeń różnych systemów łączności radiotelefonicznej oraz wyposażeniem warsztatów w większą liczbę specjalistycznych testerów i przyrządów pomiarowych. Doprowadzi to również do zwiększenia asortymentu części zamiennych i rezerwy urządzeń. Co więcej prowadzący pojazd powinni przełączać się z sieci analogowej na sieć GSM-R Logistyka 4/

4 Logistyka - nauka w miejscach oznaczonych wskaźnikiem W33, a w miejscach oznaczonych wskaźnikiem W34 z sieci cyfrowej na sieć VHF 150 MHz [. Ponadto dla każdej linii kolejowej wyposażanej w GSM-R tak długo, jak długo jest ona wyposażona w radio 150 MHz przytorowe urządzenia musza gwarantować: generowaniu sygnału RADIOSTOP z urządzeń przytorowych będzie towarzyszyć automatyczne generowanie sygnału alarmowego GSM-R (etap 1), sygnał RADIOSTOP odebrany przez urządzenia przytorowe (np. generowany przez maszynistę) będzie automatycznie powodował generowanie sygnału alarmowego GSM-R (etap 2), generowaniu sygnału alarmowego GSM-R z urządzeń przytorowych będzie towarzyszyć automatyczne generowanie sygnału RADIOSTOP (etap 3), sygnał alarmowy GSM-R odebrany przez urządzenia przytorowe (np. generowany przez maszynistę lub pracownika poruszającego się po torach) będzie automatycznie powodował generowanie sygnału RADIOSTOP (etap 4). Ilustracja generowanie sygnałów alarmowych w okresie migracji systemów radiołączności kolejowej VHF 150 MHz i systemu GSM-R została przedstawiona na rysunku 3. Rys. 3. Generowanie sygnałów alarmowych w okresie migracji systemów Źródło: [12]. W odniesieniu do powyższych informacji zakłada się, że dyżurny ruchu będzie w posiadaniu zintegrowanego terminalu, który będzie jednocześnie wysyłał sygnał RADIOSTOP i REC. Zintegrowanie w ten sposób terminalu jest możliwe przez dodanie odpowiednich interfejsów pomiędzy częścią dyspozytorską, która obsługuje radio 150 MHz, a częścią dyspozytorską standardu GSM-R. Oprócz problemu związanego z aspektem technicznym połączenia obu sygnałów alarmowych należy pamiętać o różnicach wynikających z ich zasięgu. Nie ma możliwości takiego zaprogramowania sieci GSMR, aby sygnał REC pokrył swoim zasięgiem dokładnie taki sam obszar jak RADIOSTOP. Na rysunku 4 przedstawiono zasięg obu systemów w odniesieniu do LCS. Można rozważyć dwa przypadki: 1) uaktywnienie sygnału RADIOSTOP w obszarze LCS, 2) uaktywnienie sygnału REC w obszarze LCS. W pierwszym przypadku, gdy zostanie nadany sygnał RADIOSTOP w obszarze LCS, nastąpi natychmiastowe wyhamowanie pociągów korzystających ze standardu VHF 150 MHz. Natomiast pociągi interoperacyjne, korzystające z radiołączności GSM-R nie zostaną wyhamowane, a jedynie nastąpi automatyczne zostanie kanału REC dla wszystkich pociągów objętych zasięgiem sygnału RADIOSTOP. W drugim przypadku nadanie sygnału REC spowoduje minimalnie opóźnione wyhamowanie pociągów klasy B (wykorzystujących standard analogowy) w obszarze LCS, a w pociągach klasy A nastąpi 944 Logistyka 4/2015

5 Logistyka - nauka automatyczne zostanie kanału REC. Oba opisane powyżej przypadki nie sprzyjają sprawnemu prowadzeniu ruchu i wprowadzają niejednoznaczności utrudniające zapewnienie bezpieczeństwa ruchu pociągów. Być może korzystniejszą opcją byłoby dodanie takiego interfejsu w terminalach radiołączności, który umożliwiałby przetworzenie sygnały REC na RADIOSTOP i odwrotnie, tym samym zapewniając wyhamowanie wszystkich pociągów lub zestawienie kanału rozmownego we wszystkich pociągach w obszarze LCS. Analizując zasięgi działania obu systemów należy zwrócić uwagę, że sygnał RADIOSTOP obejmuje zasięgiem całą infrastrukturę w promieniu około 10 km, natomiast REC przede wszystkim infrastrukturę podlegającą danej stacji bazowej. Zatem w celu przeciwdziałania niekontrolowanej emisji sygnału RADIOSTOP, należałoby opracować nową siatkę kanałów radiołączności pociągowej w paśmie 150 MHz uwzględniającą wdrażanie Lokalnych Centrów Sterowania na polskiej kolei. Ilustrację wdrażanie LCS-ów z uwzględnieniem obecnej sieci radiołączności pociągowej 150 MHz przedstawiono na rysunku 5. Rys. 4. Różnice zasięgu systemu GSM-R oraz VHF 150 MHz Źródło: [12]. Rys. 5. Schemat uwzględniający wdrażanie LCS-ów w obecnej radiołączności 150 MHz Źródło: [12]. Najprostszym rozwiązaniem problemu wynikającego z zasięgu obu systemów byłoby wdrażanie systemu GSM-R na całej długości linii. Taka koncepcja zapewniłaby uniknięcia perturbacji związanych Logistyka 4/

6 z eksploatacją dwóch systemów w okresie migracji. Ilustrację sieci radiołączności GSM-R na całej linii przedstawiono na rysunku 6. Używanie dwóch sygnałów alarmowych na jednej linii wymaga opracowania specjalnych procedur i zasad prowadzenia ruchu pociągów w sytuacjach zagrożenia ze względu na to, że odbiór sygnału radiostop przez analogowe radio kabinowe pociągu powoduje awaryjne zatrzymanie wszystkich pociągów wyposażonych w analogowy system łączności, które odbiorą ten sygnał, natomiast odbiór sygnału REC przez cyfrowe radio kabinowe GSM-R, powinno spowodować reakcję maszynisty, która jest zapisana w odpowiedniej procedurze [2]. Projekt pilotażowy jest pierwszą instalacją urządzeń ERTMS dostosowaną do warunków polskich. Obejmuje on linię kolejową E30 na odcinku Legnica Węgliniec Bielawa Dolna, co więcej wdrażany system GSM-R otrzymał zezwolenie nr PL na dopuszczenie do eksploatacji podsystemu strukturalnego sterowanie urządzenia przytorowe w zakresie systemu ERTMS/GSM-R. Oprócz dostarczenia urządzeń pokładowych i przytorowych ERTMS oraz modułów STM do systemów SHP, zostanie jeszcze zrealizowane wzajemne uzależnienie alarmów RADIOSTOP i REC. Rys. 6. Wdrażanie GSM-R na całej linii kolejowej 5. ZAKOŃCZENIE Bardzo istotnym czynnikiem wpływającymi na bezpieczeństwo transportu kolejowego jest skuteczna i niezakłócona komunikacja, dzięki której szybko i sprawnie przepływać mogą informacje niezbędne do zarządzania i sterowania ruchem oraz do obsługi pasażerskiej. W Polsce obecny system radiołączności VHF 150 MHz dawno przestał być rozwojowy. Jednak najpoważniejszym jego mankamentem z punktu widzenia Unii Europejskiej jest brak możliwości zapewnia wymaganej we wspólnocie interoperacyjności. Przez to nie jest możliwy bezpieczny i niezakłócony ruch pociągów na terenie państw członkowskich Unii Europejskiej. Zatem konieczna jest szybka modernizacja obecnej sieci kolejowej do standardów europejskich i zastąpienie radia VHF 150 MHz standardem GSM-R. Największym wyzwaniem dla zarządcy infrastruktury związanym z budową nowego systemu będzie okres migracji pomiędzy radiem 150 MHz, a standardem GSM-R, które będą jednocześnie eksploatowane. W związku z tym pojawią się niedogodności związane z użytkowaniem dwóch systemów. Niestety istnieje pewien problem związany z powiązaniem sygnałów alarmowych RADIOSTOP i REC systemów radiołączności VHF-150 MHz oraz GSM-R. Problem ten dotyczy zarówno aspektu związanego z technicznym połączeniem obu sygnałów alarmowych, jak i różnicą wynikającą z ich zasięgu. Zgodnie z decyzją zarządcy infrastruktury w okresie migracji pojazdy trakcyjne muszą być wyposażone dwusystemowe radio 150MHz/GSM-R, które umożliwi obsługę obu systemów. Ponadto niezbędne jest 946 Logistyka 4/2015

7 opracowanie odpowiednich procedur związanych z nadaniem sygnału RADIOSTOP lub REC na odcinkach linii wyposażonych w obie infrastruktury. Reasumując standard GSM-R zastępuje szereg narodowych systemów radiołączności kolejowej, a jego wdrożenie skutkuje podniesieniem jakości kolejowej łączności radiowej oraz pozwala na zlikwidowanie barier wynikających z różnych standardów łączności eksploatowanych w Europie. W Polsce niezbędne jest zatem zastąpienie obecnego analogowego systemu VHF 150 MHz standardem GSM-R i sprawne przejście przez okres migracji systemów. Streszczenie W artykule zostały przedstawione wybrane problemy dotyczące migracji pomiędzy systemem radiołączności VHF 150 MHz, a standardem GSM-R, które będą jednocześnie eksploatowane w polskim kolejnictwie. Przeprowadzono analizę kolejowej sygnałów alarmowych RADIOSTOP w sieci radiołączności VHF 150 MHz. Scharakteryzowano usługę kolejowego połączenia alarmowego REC w systemie GSM-R. Następnie mówiono problemy techniczne generowanie sygnałów alarmowych w okresie migracji systemów. Oprócz problemów związanych z aspektem technicznym połączenia obu sygnałów alarmowych przeanalizowano też zagadnienia wynikające z ich zasięgu radiowego. Słowa kluczowe: kolej, radiołączność wywołanie alarmowe, system GSM-R The issue of cooperation the railway radio communication systems in the context of an emergency call Abstract This paper presents some problems concerning migration between VHF 150 MHz radio communication system and GSM-R standard, which will be simultaneously operated in the Polish railways. An analysis of alarm signals RADIOSTOP rail network at VHF 150 MHz radio communication. Railway service was characterized by REC emergency call for GSM-R. Then it was said technical problems generating alarm systems during the migration period. In addition to the problems associated with the technical aspect of the merger of the two alarm signals also analyzed issues arising from their radio coverage. Key words: railway, radio communication system, emergency call, GSM-R system LITERATURA [1] Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/57/WE z dnia 17 czerwca 2008 r. w sprawie interoperacyjności systemu kolei we Wspólnocie. [2] Gago S., Siergiejczyk M.: Problematyka eksploatacji systemów radiołączności kolejowej w okresie migracji. Logistyka 4/2014 [3] Narodowy Plan Wdrażania Europejskiego Systemu Zarządzania Ruchu Kolejowego w Polsce, Warszawa, [4] Pawlik M.: Polski Narodowy Plan Wdrażania Europejskiego Systemu Zarządzania Ruchem Kolejowym ERTMS. Technika Transportu Szynowego 1/2007 [5] PKP Polskie Linie Kolejowe S.A.: Standardy technicznie tom VII: Telekomunikacja, Warszawa 2009; [6] PKP Polskie Linie Kolejowe S.A.: Załącznik do zarządzenia nr 17/2004 z dn. 27 grudnia 2004 r. Instrukcja użytkowaniu urządzeń radiołączności pociągowej Ir-5. [7] PKP Polskie Linie Kolejowe S.A.: Załącznik do zarządzenia nr 22/2004 z dn. 27 grudnia 2004 r. Instrukcja o organizacji i użytkowaniu sieci radiotelefonicznych Ie-14. [8] PKP Polskie Linie Kolejowe S.A.: Załącznik do zarządzenia Nr 16/2007 z dnia 21 czerwca 2007 r. Instrukcja sygnalizacji Ie-1. [9] PKP Polskie Linie Kolejowe S.A.: Załącznik do zarządzenia nr 4/2012 z dn. 10 stycznia 2012 r. Wymagania techniczno-eksploatacyjne na radiotelefon pociągowy le-105. [10] Siergiejczyk M., Gago S.: Zagadnienia bezpieczeństwa systemu GSMR w aspekcie wspomagania transportu kolejowego. Logistyka 6/2012 [11] Winter P.: International Union of Railways, compendium on ERTMS, Eurail Press, Hamburg, 2009 [12] strona Ryszarda Markowskiego o systemie GSM-R stan na Logistyka 4/