BEZOBSŁUGOWE LINIE METRA W EUROPIE

Transkrypt

1 inż. Natalia Karkosińska-Brzozowska Politechnika Gdańska, ul. Gabriela Narutowicza 11/12, Gdańsk BEZOBSŁUGOWE LINIE METRA W EUROPIE Streszczenie: Metro jako najbardziej bezkolizyjny oraz niezależny od innych środków transportu i ruchu ulicznego system miejskiego transportu szynowego ma największe predyspozycje do jego automatyzacji. Pierwsza bezobsługowa linia metra została uruchomiona w Europie ponad 30 lat temu, jednak największy rozwój systemów zautomatyzowanych przypada na ostatnie kilkanaście lat. Powstaje coraz więcej nowych linii, jak również tradycyjne metro zostaje przekształcone na bezobsługowe. Przedmiotem referatu jest charakterystyka techniczna linii metra o najwyższym stopniu automatyzacji funkcjonujących w Europie oraz przegląd aktualnie stosowanych systemów bezpieczeństwa. Opisano również podział na stopnie automatyzacji prowadzenia pociągów w transporcie miejskim oraz systemy automatycznego prowadzenia. Słowa kluczowe: metro bezobsługowe, stopnie automatyzacji, system automatycznego prowadzenia 1. Wstęp Maszynista prowadząc pociąg ma za zadanie oceniać sytuację ruchową, podejmować decyzje i poprzez sterowanie odpowiednio wpływać na parametry ruchu pojazdu. Oznacza to, że musi wykonywać wiele czynności jednocześnie. Z tego powodu najczęstszą przyczyną wypadków (w metrze i na kolei) jest błąd człowieka [1]. Automatyzacja prowadzenia pozwala na zapewnienie bezpiecznej i ekonomicznej jazdy, dużej częstotliwości kursowania, punktualności. Systemy automatycznego prowadzenia zastępują maszynistę w niektórych czynnościach, a w najwyższym stopniu automatyzacji system wykonuje wszystkie czynności a maszynisty nie ma w ogóle w. 2. Systemy i stopnie automatyzacji prowadzenia pociągów System Automatycznego Prowadzenia Pociągu, w skrócie ATC (ang. Automatic Train Control), może składać się z trzech podsystemów: Systemu Automatycznej Ochrony Pociągu (ATP ang. Automatic Train Protection), Systemu Automatycznej Jazdy Pociągu (ATO ang. Automatic Train Operation) oraz Systemu Automatycznego Nadzoru Pociągu (ATS ang. Automatic Train Supervisory) [4]. Zadaniem systemu ATP jest automatyczne ograniczanie prędkości do wartości gwarantującej bezpieczną jazdę. System ATP chroni również przed kolizjami i zignorowaniem przez maszynistę sygnału "stój" na semaforze. Przy błędnych działaniach maszynisty ATP uruchamia hamowanie służbowe lub awaryjne powodujące zatrzymanie przed miejscem niebezpiecznym. System ATO pełni rolę autopilota. ATO realizuje automatyczną regulację prędkości zapewniającą rozkładowy czas przejazdu

2 między stacjami poprzez włączanie i wyłączanie silników trakcyjnych, włączanie i wyłączanie hamulców, regulację siły napędowej oraz regulację siły hamowania. Automatycznie mogą być realizowane niektóre, bądź wszystkie fazy jazdy : rozruch, jazda z prędkością ustaloną, jazda z rozpędu i hamowanie. Natomiast ATS steruje pracą sygnalizacji oraz lokalizuje wszystkie pociągi i wyświetla odpowiednie dane w centrum sterowania ruchem [2, 3]. Stopnie automatyzacji (GoA ang. Grades of Automation) zostały opisane w normie [4] i są definiowane jako poziomy automatyzacji obsługi, poprzez podział odpowiedzialności za podstawowe funkcje pomiędzy personelem a systemem. W normie określa się systemy UGTMS (ang. Urban Guided Transport Managment and Command/Control System), czyli systemy zarządzania i kontroli jazdy dla nadzorowanego transportu miejskiego, które są systemami ATC wyspecjalizowanymi do obsługi transportu miejskiego [4]. Rysunek 1. przedstawia podział na stopnie automatyzacji oraz powiązanie stopni automatyzacji z działaniem poszczególnych podsystemów. Stopień automatyzacji GoA 1 GoA 2 Rodzaj obsługi ATP ATP ATO Ruszanie Hamowanie Obsługa drzwi Działanie w przypadku zakłóceń GoA 3 bez motorniczego obsługa obsługa GoA 4 bezobsługowe Rys. 1. Stopnie automatyzacji w zależności od działania podsystemów ATC (źródło: opracowanie własne na podstawie [3]) Przedstawiony na rysunku 1. stopień GoA1, określany też jako nieautomatyczna obsługa (NTO ang. Non-automated Train Operation), gdzie znajduje się w kabinie z przodu i na podstawie obserwacji drogi, sygnałów kabinowych oraz przytorowych uruchamia i zatrzymuje pociąg, jak również odpowiada za zamykanie i otwieranie drzwi. System ATP kontroluje prędkość i odstęp między pociągami [6]. Stopień GoA2, nazywany też STO (ang. Semi-automated Train Operation), czyli średnio automatyczna obsługa, charakteryzuje się działaniem systemu ATP i ATO. Pierwszy z nich, tak jak w stopniu GoA1, kontroluje prędkość i odstęp między pociągami. System ATO odpowiada za prowadzenie, przyspieszanie i hamowanie. Motorniczy znajdujący się w kabinie z przodu ma obserwować drogę, reagować w sytuacjach niebezpiecznych oraz otwierać i zamykać drzwi [6]. Trzeci stopień automatyzacji charakteryzuje się brakiem motorniczego z przodu, dlatego nazywany jest DTO (ang. Driverless Train Operation). W znajduje 2

3 się natomiast pracownik obsługi, który za pomocą specjalnego panelu nie umiejscowionego z przodu, może odpowiadać za zamykanie i otwieranie drzwi. Obsługa jest odpowiedzialna za potwierdzenie bezpiecznego ruszania ze stacji oraz reaguje w sytuacjach niebezpiecznych. System ATP i ATO działa tak jak w GoA2 [6]. Stopień GoA4 jest najwyższym stopniem automatyzacji i oznacza bezobsługowe prowadzenie (ang. Unattended Train Operation). W nie ma nikogo z obsługi a wszystkie funkcje wykonywane są. System ATP kontroluje prędkość i odstęp między pociągami. System ATO odpowiada, między innymi, za ruszanie i zatrzymywanie, punktualny przyjazd na stację, otwieranie i zamykanie drzwi. Całością zarządza ATS, który lokalizuje pociągi i organizuje ich ruch. System wykrywa sytuacje niebezpieczne i zarządza procedurami bezpieczeństwa, np. podczas pożaru - zatrzymanie ruchu, zawrócenie odpowiednich pociągów, informowanie i ewakuacja pasażerów [6]. 3. Europejskie systemy nadzorowanego transportu miejskiego Obecnie w Europie linie miejskiego transportu szynowego o stopniu automatyzacji GoA4 funkcjonują w kilkunastu miastach. Są to tylko linie metra przedstawione w tabeli 1. W tej chwili zarządzanie i kontrola jazdy na tych liniach jest realizowana przez trzy wiodące systemy, którymi są Ansaldo STS, Urbalis 300 CBTC oraz Traingurad. Ten ostatni występuje jeszcze w wersji Airlink. Jednakże pierwszymi systemami były system VAL i MAGGALY, które zostały opracowane przez francuską firmę Matra. Firma ta w 2001 r. została przejęta przez firmę Siemens, dlatego obecnie te systemy funkcjonują pod nazwą Trainguard. W tabeli 1. zostały zawarte podstawowe informacje o działających w pełni zautomatyzowanych liniach metra w Europie. Wszystkie funkcjonujące systemy składają się z podsystemów: ATO, ATP i ATS, dlatego zasada ich działania jest podobna. W każdym przypadku system jest zarządzany i kontrolowany w centrum sterowania, gdzie operatorzy na odpowiednich stanowiskach mogą obserwować i zarządzać całym systemem. Prowadzenie pociągów odbywa się już wyłącznie na zasadzie ruchomego odstępu blokowego, co jest możliwe dzięki ciągłej wymianie informacji pomiędzy urządzeniami przytorowymi a pociągiem oraz centrum sterowania. W znajdują się urządzenia systemu ATC, które odpowiadają za zebranie danych wszystkich czujników np. prędkości, położenia czy zamknięcia drzwi, i przekazują te informacje do urządzeń przytorowych oraz do centrum sterowania. System ATC na podstawie odebranych informacji oblicza prędkość jazdy, przy której pociąg będzie mógł się zatrzymać w razie potrzeby przed poprzednim pociągiem lub na stacji. Gdy pociąg jedzie szybko, odstęp jest większy, a gdy wolniej - mniejszy. Minimalny odstęp czasu na liniach w pełni zautomatyzowanych w zależności od systemu i specyfiki linii wynosi od 60 do 90 s [5, 9]. Jedną z głównych różnic jest rodzaj komunikacji. Na blisko 80% zautomatyzowanych linii wymiana informacji odbywa się przy użyciu pętli indukcyjnych ułożonych w torze. Komunikacja radiowa jest stosunkowo nowym rozwiązaniem, ponieważ jako pierwsza w Europie została zastosowana w systemie Urbalis 300 CBTC w Lozannie w 2008 roku [7]. Zaletą tego rozwiązania jest brak konieczności montowania dodatkowych urządzeń w torze między szynami, co powoduje mniejszy koszt tego rozwiązania w porównaniu z pętlami indukcyjnymi. Komunikacja radiowa jest natomiast bardziej podatna na zakłócenia. Bezpieczeństwo pasażerów na stajach może być zapewnione w dwojaki sposób: poprzez drzwi peronowe lub poprzez tzw. układ otwarty. Pierwszy z nich tworzy fizyczną barierę między przestrzenią peronu a torami. Otwieranie i zamykanie drzwi peronowych jest zsynchronizowane z otwieraniem i zamykaniem drzwi. Uniemożliwiają one wejście na tor i do tunelu osobom niepożądanym oraz chronią pasażerów oczekujących na stacji przed 3

4 wiatrem z tunelu. W sytuacji niezaplanowanego otwarcia drzwi następuje zatrzymanie pociągów w obrębie stacji. Tab. 1. Europejskie systemy zarządzania i kontroli jazdy dla nadzorowanego transportu miejskiego (źródło: opracowanie własne na podstawie [10]) Miasto Lille Numer, nazwa linii Lyon Linia D 1991 Tuluza Paryż System Rodzaj komunikacji Długość linii [km] Linia nr 1 Linia nr ,6 31,5 MAGGALY/ Trainguard MT CBTC 12,5 Linia A Linia B ,5 15 Linia nr Trainguard MT CBTC Linia nr Rennes Linia A 2002 Kopenhaga Linia M1 i M2 Turyn Linia nr Lozanna Linia M Trainguard MT CBTC-Airlink 2002 Ansaldo STS Urbalis 300 CBTC RF-swobodna propagacja Uruchomienie Bezpieczeństwo na peronach PSD Czujniki podczerwieni PSD 9 PSD 17 PSD i Detektory radarowe 8,6 PSD 20,5 RF - falowód 6 13,2 PSD PSD +czujniki podczerwieni 6,5 Detektory radarowe PSD+ czujniki laserowe i podczerwieni Norymberga Linia U3 Linia U Trainguard MT CBTC-Airlink 13,5 Barcelona Linia nr 9 Trainguard MT RF-swobodna 2009 i 10 CBTC-Airlink propagacja 10 PSD Mediolan Linia M Ansaldo STS 6,1 PSD Brescia MetroBs 2013 Ansaldo STS 13,7 PSD Rzym Linia C 2014 Ansaldo STS 12,5 PSD gdzie PSD (ang. Platform Screen Doors) oznacza drzwi peronowe W układzie otwartym, który po raz pierwszy zastosowano w Lyonie w systemie Maggaly, ale funkcjonuje również na liniach U2 i U3 w Norymberdze, za bezpieczeństwo odpowiadają czujniki laserowe lub detektory radarowe, które swoim działaniem obejmują przestrzeń między krawędzią peronu a ścianą tunelu. Wiązki radarowe jak i transpondery radarowe są zaprojektowane w taki sposób, aby nie wykrywać obiektów nieistotnych takich jak np. śmieci, szalik. W przypadku wykrycia obiektów istotnych informacja ta zostaje przesłana do systemów ATC oraz centrum sterowania w postaci alarmu, dzięki 4

5 czemu możliwe jest zatrzymanie przed przeszkodą [11]. Gdy, tak jak w Kopenhadze na liniach M1 i M2 wymienionych w tabeli 1, fragment linii przebiega na poziomie ziemi lub nad ziemią, dodatkowo oprócz drzwi peronowych na stacjach i na linii zainstalowano czujniki laserowe lub czujniki podczerwieni, które działają w taki sam sposób jak w układzie otwartym i stanowią dodatkowe zabezpieczenie. Wnętrza pociągów, perony oraz inne urządzenia stacji, w tym ruchome schody i windy są monitorowane za pomocą systemu telewizji przemysłowej (CCTV). Obrazy z kamer wyświetlane są w centrum sterowania w czasie rzeczywistym. Monitorowane są też punkty kontaktu z obsługą - interkomy, które znajdują się na stacjach i w. Poprzez interkomy pasażerowie mogą w każdej chwili skomunikować się z pracownikami w centrum sterowania w celu wezwania pomocy lub uzyskania informacji. Operatorzy natomiast przekazują informację pasażerom poprzez tablice oraz ekrany LCD umieszczone na stacjach oraz poprzez głośniki, które znajdują się na stacjach i w pociągach. Stacje i pociągi wyposażone są w czujniki temperatury i dymu. Pracownik w centrum sterowania sprawdza działanie schodów ruchomych, wind, sprzętu gaśniczego oraz wentylacji. Poza tym, operator może wykonać polecenie zmiany statusu wymienionych urządzeń. Na przykład, w razie pożaru w tunelu może zmienić działanie wentylatorów w taki sposób, aby przemieszczały one ogień w jedną stronę, a wtedy w drugą stronę tunelu możliwa jest ewakuacja. Operator może też zmieniać kierunki ruchomych schodów w zależności od kierunków podróżowania potoków pasażerów oraz zamykać i otwierać wejścia do stacji. 4. Podsumowanie W wyniku studiów literaturowych i wizji lokalnych zautomatyzowanych linii metra w Europie scharakteryzowano tendencje rozwiązań stosowanych w funkcjonujących systemach. Najczęściej stosowanym zabezpieczeniem na peronach są drzwi peronowe, które są fizyczną barierą dla ludzi i przedmiotów oraz dodatkowo chronią one pasażerów przed wiatrem z tunelu. Poza budową infrastruktury drzwi, zastosowanie to wymaga również stosowania jednolitego taboru przystosowanego do zatrzymywania się w miejscu zgodnym z rozstawem drzwi peronowych. Uniemożliwia to poruszanie się pojazdów zautomatyzowanych razem z niezautomatyzowanymi, jak również nakłada ograniczenia w wyborze i wymianie taboru. Rzadziej jest stosowany układ otwarty (np. Norymberga), w którym za bezpieczeństwo w obszarze stacji odpowiadają systemy czujników i detektory. Dużą zaletą tego układu jest możliwość prowadzenia ruchu pociągów o mieszanym stopniu automatyzacji, jak również stosowanie różnego rodzaju taboru. Zalety metra bezobsługowego, którymi są bezpieczeństwo, ekonomiczna jazda oraz wysoka częstotliwość powodują, że planowane są konwersje kolejnych linii metra konwencjonalnego na zautomatyzowane np. w Paryżu czy w Londynie. Jak również nowe linie metra coraz częściej budowane są jako w pełni zautomatyzowane np. planowana linia M4 w Mediolanie czy nowe linie M3 i M4 w Kopenhadze [10]. Przy uruchamianiu tych linii istotna jest też dbałość o komfort pasażerów. Pasażerowie nieprzyzwyczajeni do pociągów bez maszynisty mogą na początku mieć opory przed korzystaniem z takiego środka transportu. Dlatego nowa linia M4 w Budapeszcie obecnie nie jest w pełni zautomatyzowana, ale docelowo ma się taką stać [8]. Bibliografia [1] Barański, S., Błaszczyk, P., Bezpieczny komputerowy system ATP, Logistyka, nr 6/2011. [2] Graff, M., Metro w Kopenhadze, Technika Transportu Szynowego, nr 7-8, [3] Metro automation facts, figures and trends, International Association of Public Transport, UITP, Belgium. 5

6 [4] PN-EN :2007E Zastosowania kolejowe -- Systemy zarządzania i kontroli jazdy pojazdu dla nadzorowanego transportu miejskiego -- Część 1: Zasady systemu i pojęcia podstawowe. [5] Pool, R., Driverless in Lille, Engineering & Technology, 6/2009. [6] S-bane Signalling System Technology Report, Banedanmark, [7] Urbalis. Communication Based Train Control, Hertfordshire, March [8] [9] [10] [11] UNATTENDED METROS IN EUROPE Summary: Metro is the most predisposed to its automation because of independence to other means of transport and traffic. The first unattended metro was launched in Europe over 30 years ago, but the biggest development of automated systems falls on the last several years. There are more and more new lines, as well as traditional undergrounds being converted into unattended. This paper characterises fully automated underground and urban railways operating in Europe and technically analyses security systems on those lines. It also contains grades of automation in operating trains in urban guided transport and Automatic Train Control systems description. Keywords: Unattended Train Operation, Grades of Automation, Automatic Train Control 6