Zmienne narodowe w systemie ERTMS/ETCS

Andrzej Białoń, Juliusz Furman, Paweł Gradowski Zmienne narodowe w systemie ERTMS/ETCS Jednym z zasadniczych celów wdrożenia systemu ETCS, będącego zunifikowanym w skali UE bezpiecznym systemem sterowania ruchem pociągów, jest zapewnienie interoperacyjności kolei. Mimo daleko posuniętej standaryzacji funkcjonalnej, niektóre z funkcji systemu ETCS są uzależnione od lokalnych (narodowych) przepisów prowadzenia ruchu kolejowego i sygnalizacji. Najczęściej ETCS nie jest jedynym systemem sterowania ruchem stosowanym i eksploatowanym w danym kraju, gdzie istnieje szereg nadal obowiązujących przepisów narodowych. Znane są również przypadki istnienia różnych uregulowań prawnych, odnoszących się i obowiązujących w określonym regionie (obszarze) danego kraju, czy obowiązujących w odniesieniu do sieci kolejowej określonego właściciela infrastruktury. Wszelkie takie obszary sieci kolejowej, na których obowiązują lokalne uregulowania nazywane są w niniejszym dokumencie obszarami stosowania określonego zestawu wartości zmiennych narodowych. Osiągnięcie interoperacyjności przez system ETCS opiera się na dwóch głównych zasadach: o ujednolicenie wszystkich wymagań funkcjonalnych dla systemu, wymaganie te zawarte zostały w oficjalnej wersji (4.29) dokumentu FRS (Specyfikacji wymagań funkcjonalnych), o umożliwienie, by niektóre szczegóły działania były określone przez zestaw zmiennych, zwanych wartościami narodowymi lub zmiennymi narodowymi. W praktyce, gdy pociąg wyposażony w pokładowe urządzenia systemu ETCS wjeżdża na teren nowego kraju (bądź obszaru), wyposażonego w przytorowe urządzenia systemu ETCS, przez kanał transmisji danych z toru do pociągu przesyłany jest odpowiedni pakiet danych, zawierający zestaw wartości narodowych. Wszystkie takie zmienne mają w systemie wartości predefiniowane, stanowiące ich ustawienia standardowe (domyślne). Wartości zmiennych narodowych zawsze są przesyłane jako kompletny zestaw, oznacza to, że w systemie ETCS nie są używane ani pojedyncze wartości, ani ich zestawy mniejsze niż zestaw pełny. Standardowe wartości zmiennych narodowych są zapisane w pamięci urządzeń pokładowych ETCS i są używane (przyjmowane przez system jako ustawienia domyślne) każdorazowo, gdy nie jest dostępny zestaw wartości narodowych (np. po zmianie obszaru zestaw taki nie został przekazany do urządzeń pokładowych), lub gdy system nie może stwierdzić, który z zestawów zmiennych narodowych ma być używany. Aktualnie wykorzystywany zestaw wartości narodowych pozostaje zapisany w pamięci urządzeń pokładowych systemu, nawet gdy są one wyłączane (NP) lub odłączane (IS). Zmiana tych zmiennych następuje tylko w przypadku otrzymania z urządzeń torowych ETCS danych, stanowiących kompletny zidentyfikowany poprawnie pakiet wartości narodowych. Należy zwrócić uwagę na fakt, iż w przypadku, gdy zachodzi potrzeba by wartość przynajmniej jednej zmiennej narodowej zdefiniowania była inaczej niż jest predefiniowana standardowo, to konieczne jest określenie, przygotowanie i przesłanie kompletnego, pełnego pakietu wartości narodowych. Propozycje zmiennych narodowych zostały określone w pracy CNTK Koncepcja wdrażania interoperacyjności w zakresie sterowania ruchem kolejowym (ERTMS) na PKP oraz uzgodnione przez Zespół Techniczny ds. ERTMS powołany Decyzja Członka Zarządu PKP S.A. Dyrektora ds. Rozwoju Pana Radosława Żołnierzaka w 2003 roku. W skład 20 osobowego zespołu wchodzili przedstawiciele: Centrali PKP S.A., PKP PLK S.A., PKP Cargo S.A., Telekomunikacji Kolejowej Sp. z o.o., PKP Intercity Sp. z o.o., PKP Przewozy Regionalne Sp. z o.o. oraz CNTK. Propozycje zmiennych narodowych Pakiet transmisji danych z toru do pojazdu, który zawiera wartości zmiennych narodowych, jest pierwszym z opisanych w dokumencie SRS (System Requirements Specification), czyli Specyfikacji wymagań 1/2007 17

systemowych. Jest to pakiet o numerze 3 i nazwie Wartości narodowe. Pakiet ten służy do wprowadzenia zestawu wartości narodowych do urządzeń pokładowych ETCS. Może on być przesłany przy użyciu dowolnego ze środków łączności tor-pojazd systemu ETCS. Tabela 1 przedstawia strukturę Pakietu nr 3 Wartości Narodowe, z uwzględnieniem funkcjonalnych grup zmiennych, natomiast tabela 2 zawiera, pogrupowane w kolejności dalszego omawiania, akronimy zmiennych i polskie tłumaczenie ich opisowych nazw. Prezentowany Pakiet Numer 3 składa się z trzech głównych części. 1. Pierwsza z nich jest ogólnym nagłówkiem pakietu i zawiera cztery pola zmiennych. Pierwsze trzy zmienne są identyczne we wszystkich pakietach i zawierają niżej zdefiniowane informacje : - identyfikator pakietu (NID_PACKET), który w tym przypadku informuje, że jest to Pakiet wartości narodowych, - kierunek jazdy, dla którego obowiązują transmitowane dane (Q_DIR), - długość pakietu (L_PACKET). Czwarta zmienna nagłówka ogólnego, (Q_SCALE), jest współczynnikiem skali odległości i wskazuje jaka skala jest stosowana dla wartości wszystkich zmiennych dotyczących odległości, które są przesyłane w tym pakiecie. 2. Druga część pakietu może być również nazwana nagłówkiem, przy czym jest to nagłówek charakterystyczny dla pakietu wartości narodowych. Zawiera on pola wartości trzech zmiennych: - określenie odległości do miejsca, od którego rozpoczyna się ważność zmiennych narodowych przesyłanych w tym pakiecie (D_VALIDNV), - liczba powtórzeń (N_ITER), - identyfikator kraj(u/ów) lub region(u/ów), w których stosuje się wartości zmiennych narodowych przesyłane w tym pakiecie (NID_C(k)). Przydziałem wartości zmiennej NID_C(k) zajmuje się UIC. We wniosku do UIC PKP powinno określić liczbę wartości przewidzianych dla Polski. W oparciu o te dane UIC przydzieli odpowiednie wartości. Większość krajów ogranicza swoje potrzeby tylko do niektórych wartości (poziom całej sieci lub poziom regionalny). Wyjątkiem są Niemcy, które forsują wartości na poziomie miasta lub kraju (związkowego). Opisane powyżej elementy nagłówka Pakietu nr 3 tworzą pierwszą z dwóch głównych części tego pakietu. Nagłówek ma przeznaczenie techniczne, podczas gdy druga główna część pakietu zawiera elementy zasadnicze zestawu tj. wartości zmiennych narodowych. 3. Zasadnicza część Pakietu nr 3 zawiera zestaw ośmiu zmiennych, dotyczących wartości narodowych, (patrz tabela 1). W celu lepszego wyjaśnienia przeznaczenia tych zmiennych, poniższy opis podzielono na cztery podgrupy funkcjonalne i przedstawiono w innym porządku, niż są one umieszczone w strukturze pakietu. Najmniej skomplikowana grupa zmiennych w Pakiecie nr 3 transmisji tor-pojazd obejmuje siedem wartości ograniczeń prędkości, dozwolonych w określonych sytuacjach ruchowych. Zmienne: o V_NVONSIGHT, o V_NVSHUNT, o V_NVSTFF, o V_NVUNFIT stanowią narodowe wartości zmiennych dotyczących ograniczeń dozwolonej prędkości jazdy gdy urządzenia pokładowe systemu ETCS pracują aktualnie, odpowiednio, w trybie: Z jazdy na widoczność (OS), Z manewrowania (SH), Z odpowiedzialności personelu (SR) Z jazdy po linii niewyposażonej (UN). 18 1/2007

Zmienna V_NVSTFF związana jest ze zmienną D_NVSTFF i będą opisane w dalszej części. Należy zwrócić uwagę, że w trybach OS i SH ograniczenia prędkości mogą być również generowane i przekazywane do systemu z urządzeń przytorowych. Podczas, gdy wartości narodowe zmiennych przyjmowane są jako obowiązujące zastępując wartości standardowe, wartości ograniczeń prędkości przekazane z warstwy przytorowej obowiązują zarówno zamiast wartości narodowych jak i standardowych. Wartości odpowiednich zmiennych przesyłanych w innych pakietach transmisji tor-pojazd, wykorzystywanych do określenia lokalnych ograniczeń prędkości, innych od wartości narodowych, mogą również zawierać specjalne, zarezerwowane wartości, które nakazują stosowanie wartości narodowych dla żądanego trybu pracy. Zmienna V_NVREL określa wartość narodową dla prędkości dojazdu, która jest maksymalną dozwoloną prędkością, z jaką pociąg może się poruszać zbliżając się do miejsca końca zezwolenia na jazdę (EOA). Zespół ds. ERTMS zaproponował przypisanie zmiennej V_NVREL wartości 0 km/h. Wartość ta powinna być zweryfikowana w czasie badań urządzeń ERTMS/ETCS na odcinku pilotowym ponieważ przypisanie zmiennej V_NVREL wartości 0 km/h może doprowadzić do skrócenia efektywnej długości toru z powodu zatrzymywania się pociągów w znacznej odległości od semafora z sygnałem zabraniającym (S1 - stój ). Urządzenia ERTMS/ETCS wykorzystują w obliczeniach dopuszczalnej prędkości dojazdu do EOA informacje dotyczące przejechanej drogi, oraz dokładność pomiaru odometru (np. przy normalnym poziomie dokładności odometru na drodze 1.000 m należy założyć dodatkowy margines bezpieczeństwa długości 50 m). Przypisanie zmiennej V_NVREL wartości 0 km/h może wymusić zastosowanie dokładnego odometru lub dodatkowych balis weryfikujących położenie pociągu w celu umożliwienia płynnego (bez zatrzymania) dojazdu pociągu do semafora z sygnałem zabraniającym ( stój ). Zmienne V_NVALLOWOVTRP i V_NVSUPOVTRP określają ograniczenia prędkości związane z realizacją funkcji Przejazd poza EOA. Pierwsza z nich, V_NVALLOWOVTRP, określa maksymalną prędkość jazdy, przy jakiej maszynista ma prawo wybrania tej funkcji. Druga zmienna, V_NVSUPOVTRP, definiuje narodową wartości prędkości, która stanowi nadzorowaną przez system maksymalną prędkość jazdy, dopuszczalną gdy funkcja Przejazd poza EOA jest aktywna. Wszystkie ww. wartości ograniczeń prędkości mogą być określone w przedziale wartości dopuszczalnych pomiędzy 0 a 600 km/h z rozdzielczością co 5 km/h odpowiednio liczbami całkowitymi z przedziału od 0 do 120. Liczby od 121 do 127 nie są wykorzystywane i są pozostawione do ewentualnego przyszłego użycia. Wartości standardowe dla zmiennych z grupy narodowych wartości ograniczeń prędkości przedstawia tabela 3. Druga wyróżniona tu grupa Pakietu Numer 3 obejmuje trzy zmienne, wykorzystywane do określenia narodowych wartości odległości i czasu przy realizacji przejazdu za miejsce końca zezwolenia na jazdę (EOA). Zmienna D_NVPOTRP określa narodową wartość maksymalnej odległości przejazdu pociągu wstecz w trybie po nagłym hamowaniu (PT), które było spowodowane przejechaniem miejsca końca zezwolenia na jazdę (EOA). Zespół ds. ERTMS zaproponował przypisanie zmiennej D_NVPO- TRP wartości 0 m. Wartość ta powinna być zweryfikowana w czasie badań urządzeń ERTMS/ETCS na odcinku pilotowym ponieważ przypisanie zmiennej D_NVPOTRP wartości 0 m może uniemożliwić cofanie pociągu w sytuacji nagle grożącego niebezpieczeństwa. Możliwość cofania jest standardową czynnością, na którą urządzenia ERTMS/ETCS dają zezwolenie po zatrzymaniu awaryjnym. W związku z powyższym zmiennej D_NVPOTRP proponuje się przypisać w warunkach PKP wartość standardową 200 m. Zmienne D_NVOVTRP i T_NVOVTRP są wykorzystywane przy realizacji funkcji Przejazd poza EOA z ograniczonym zezwoleniem na jazdę. Wiążą się one ze zmiennymi V_NVALLOWOVTRP i V_NVSUPO- VTRP, gdyż wszystkie z nich służą realizacji tej samej funkcji. Wartości D_NVOVTRP i T_NVOVTRP określają odpowiednio maksymalną odległość i maksymalny czas, na jakie zawieszone jest wdrożenie nagłego hamowania pociągu, które powinno nastąpić z powodu jego przejazdu poza miejsce końca zezwolenia na jazdę (EOA). Wartości standardowe zmiennych związanych z przejazdem poza miejsce końca zezwolenia na jazdę (EOA) przedstawia tabela 4. W tabeli tej, dla ułatwienia analizy pogrupowanych informacji, powtórzono zamieszczone w tabeli 3 standardowe wartości prędkości związanych z opisywaną tu grupą zmiennych. W nawiasach podano alternatywną wartość zmiennej D_NVPO- TRP, która zmodyfikuje algorytm pracy urządzeń ETCS i której wprowadzenie może okazać się konieczne. Zmienna T_NVOVTRP może być określona z rozdzielczością 1s przez podanie całkowitej liczby sekund z zakresu od 0 do 255s. Zakres i rozdzielczość określania wartości zmiennych dotyczących odległości zostanie omówiona w dalszej część opracowania. Następna omawiana grupa obejmuje dwie zmienne określające maksymalny czas, jaki może upłynąć bez odbioru kolejnego bezpiecznego komunikatu z warstwy przytorowej oraz sposobu reakcji w sytuacji gdy ten czas zostanie przekroczony. Głównym powodem zastosowania tych zmiennych jest umożliwienie jazdy pociągu bez wdrażania nagłego hamowania w przypadkach, gdy występują luki w pokryciu całego odcinka jazdy zasięgiem łączności GSM-R przy stosowaniu 2. lub 3. poziomu ETCS. Wartość zmiennej M_NVCONTACT wymusza jedną z trzech możliwych reakcji systemu, wybraną zgodnie z preferencjami narodowymi (regionalnymi): o wdrożenie hamowania nagłego (wartość zmiennej równa 0), o wdrożenie hamowania służbowego (wartość zmiennej równa 1), 1/2007 19

o brak reakcji (wartość zmiennej równa 2). Dwa bity wykorzystywane do określenia wartości tej zmiennej umożliwiają zdefiniowanie jeszcze czwartej reakcji. W obecnie istniejącym zestawie funkcji systemu, zgodnie z obowiązującą wersją specyfikacji SRS, nie została ona określona, a wartość 3 tej zmiennej pozostaje jako zapasowa, do ewentualnego wykorzystania w przyszłości. Druga zmienna z tej grupy, T_NVCONTACT, określa wartość narodową czasu, przed upływem którego musi zostać odebrany nowy bezpieczny komunikat z warstwy przytorowej. Jeśli ten czas upłynie, a taki komunikat nie zostanie odebrany, urządzenia pokładowe systemu ETCS wdrażają odpowiednie postępowanie, określone wartością narodową zmiennej M_NVCONTACT. Zmienna T_NVCONTACT może być określona z rozdzielczością 1 s przez podanie całkowitej liczby sekund z zakresu od 0 do 254 s. Największa wartość możliwa do zakodowania na przewidzianej liczbie bitów, równa 255, jest zarezerwowana i ma specjalne znaczenie. Jest ona interpretowana przez system jako wartość nieskończona (brak ograniczenia czasu). Zespół ds. ERTMS zaproponował przypisanie zmiennej M_NVCON- TACT wartości 0, a zmiennej T_NVCONTACT wartości?. Wartości te powinny być zweryfikowane w czasie badań urządzeń ERTMS/ ETCS na odcinku pilotowym, ponieważ zaproponowana obecnie dla PKP wartości M_NVCONTACT i T_NVCONTACT w poziomach 2 i 3 ERTMS mogą spowodować, że w czasie zakłóceń w komunikacji radiowej pojazdu z RBC, będzie on poruszał się bez uaktualnienia informacji o występujących w drodze jazdy ograniczeniach prędkości. Ograniczenia takie mogą powstawać w trakcie normalnej eksploatacji na skutek: usterek urządzeń przytorowych (przepalenia żarówki na semaforze, usterki obwodu torowego, zwrotnicowego i powstania sygnału zajętości obwodu torowego), lub świadomego rozwiązania drogi przebiegu przez dyżurnego ruchu oraz na skutek błędu w prowadzeniu pojazdu niewyposażonego w urządzenia ERTMS. Argumentem za utrzymaniem przyjętych przez Zespół wartości zmiennych M_NVCON- TACT i T_NVCONTACT w warunkach PKP jest to, że urządzenia ERTMS/ ETCS przekazują do pociągu informację o odstępie czasu do wygaszenia bieżącego zezwolenia na jazdę. Wartości standardowe tych dwóch zmiennych przedstawia tabela 5. Ostatnia opisywana grupa obejmuje sześć zmiennych, które w istocie są zbiorem zmiennych nie powiązanych ze sobą i nie należących do żadnej z trzech wcześniej opisanych grup funkcjonalnych, choć w niektórych przypadkach z nimi związanych. Pierwsza z nich wiąże się z już opisaną zmienną V_NVSTFF, która określa maksymalną prędkość dozwoloną w trybie jazdy na odpowiedzialność załogi (SR). Jest to zmienna D_NVSTFF, która określa maksymalną dozwoloną odległość jazdy w tym trybie (SR). Zmienna D_NVROLL, jak może być rozpoznane po przedrostku D_ jej nazwy, również dotyczy określenia odległości, jest używana przy realizacji funkcji ochrony przed staczaniem oraz ochrony przed jazdą w tył. Wartość zmiennej D_NVROLL określa wartość narodową ograniczającą odległość staczania się pociągu. Zmienna M_NVDERUN określa wartość narodową, przesądzającą czy jest dozwolone wprowadzanie nowego identyfikatora (ID) maszynisty do urządzeń pokładowych ETCS podczas jazdy pociągu. Kolejne trzy zmienne dotyczą zezwoleń na określone działania maszynisty. Wartość narodowa zmiennej Q_NVDRIVER_ADHES określa, czy maszynista może modyfikować wartość współczynnika przyczepności kół. Wartość zmiennej Q_NVEMRRLS określa narodową decyzję, czy jest dozwolone przerwanie nagłego hamowania (spowodowanego interwencją systemu na przekroczenie dopuszczalnej prędkości jazdy i braku reakcji maszynisty) niezwłocznie, gdy sytuacja powróci do normy (prędkość poniżej dopuszczalnej i reakcja maszynisty), czy dopiero po zatrzymaniu pociągu. Należy zwrócić uwagę, że sposób działania maszynisty wymagany dla przerwania hamowania (np. obsługa określonego przycisku) zależy od systemu hamulcowego i nie jest tu rozważany. Wartość 0 tej jednobitowej zmiennej oznacza, że przerwanie hamowania jest możliwe dopiero po zatrzymaniu, a wartość 1 oznacza, że możliwe jest niezwłoczne przerwanie hamowania po zaistnieniu wymaganych okoliczności. Wartość ostatniej z opisywanych zmiennych, Q_NVSBKTRG, określa narodową decyzję, czy dozwolone jest wdrażanie hamowania służbowego wówczas, gdy jest realizowane kontrolowane hamowanie do celu. Wartości jednobitowych zmiennych (M_NVDERUN, Q_NVDRI- VER_ADHES i Q_NVSRBKTRG) oznaczają odpowiednio: gdy wartość jest równa 0 przedmiotowe działanie jest zabronione, a gdy równa 1 działanie jest dozwolone. Wartości standardowe powyżej opisanej ostatniej grupy zmiennych przedstawia tabela 6. Jak wspomniano przy opisie nagłówka Pakietu wartości narodowych, zmienna Q_SCALE jest współczynnikiem skali dla wartości dotyczących odległości. Dotyczy ona równocześnie wszystkich zmiennych przeznaczonych do określania wartości odległości w całym tym pakiecie. W wyniku przyjęcia takiego rozwiązania, wszystkie zmienne przeznaczone dla narodowych wartości odległości mają ten sam współczynnik skali. Wartość zmiennej Q_SCA- LE decyduje równocześnie o rozdzielczości określania wszystkich tych odległości. Przyjęta metoda pozwala na określenie jednej z trzech możliwych rozdzielczości dla wartości zmiennych dotyczących odległości: 10 cm, 1 m lub 10 m. Należy zauważyć, że w przypadku zmiennych D_NVOVTRP i D_NVPOTRP możliwe jest wykorzystanie pełnej skali wartości możliwych do zakodowania, natomiast dla zmiennych D_NVROLL i D_NVSTFF największe możliwe do zapisania wartości są 20 1/2007

zarezerwowane i mają znaczenie specjalne. Są one interpretowane przez system jako wartości nieskończone, czyli brak ograniczenia odległości. Możliwe zakresy definicji wartości narodowych odległości w zależności od wartości zmiennej Q_SCALE przedstawia tabela 7. Wartość zmiennej Q_SCALE ze względu na przyjętą wartość zmiennej D_NVSTFF równą 10km/h powinna odpowiadać rozdzielczości 1 m. Zestawienie zaproponowanych przez Zespół ds. ERTMS wartości zmiennych narodowych dla warunków PKP i wartości standardowych Pakietu Numer 3: Wartości Narodowe przedstawiono w tabeli 8. Wnioski Zaproponowane Wartości Zmiennych Narodowe powinny być wykorzystane podczas wdrażania systemu ERTMS na kolejach polskich. Powinny być przetestowane na odcinkach pilotowych w celu wyeliminowania ewentualnych nieprawidłowości czy niedogodności związanych z ich stosowaniem. Dopiero po takich testach, jak zresztą cały system ETCS, mogą być wdrażane do powszechnego stosowania. Przed zastosowaniem zmiennych narodowych na odcinkach pilotowych należy ponownie przeanalizować ich wartości uwzględniając doświadczenia innych zarządów kolejowych. Autorzy dr inż. Andrzej Białoń, mgr inż. Juliusz Furman, mgr inż. Paweł Gradowski Centrum Naukowo-Techniczne Kolejnictwa, 04-275 Warszawa, ul. Chłopickiego 50 abialon@cntk.pl, jfurman@cntk.pl, pgradowski@cntk.pl Literatura [1] A. Białoń, P. Gradowski, M. Pawlik, i inni: Koncepcja wdrożenia interoperacyjności w zakresie sterowania ruchem kolejowym (ERTMS) na PKP - Temat CNTK nr 4035/10. Warszawa 2004. [2] A. Białoń, M. Pawlik, Wymagania dla wdrożenia ERTMS na liniach CMK, Konferencja Spała 2002. [3] J. Dyduch, M. Pawlik Systemy automatycznej kontroli jazdy pociągu Wydawnictwo Politechniki Radomskiej 2002r. [4] Decyzja 2002/731/EC z 30 maja 2002 r. O technicznej specyfikacji dla interoperacyjności podsystemu sterowania transeuropejskiego systemu kolei dużych prędkości. [5] Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki morskiej z dnia 11 lutego 2000r. W sprawie szczegółowych zasad i warunków prowadzenia ruchu na liniach kolejowych (Dz.U. nr 34 poz. 400). [6] M. Dąbrowa Bajon Podstawy Sterowania Ruchem Kolejowym, Warszawa 2003 r. [7] A. Białoń, P. Gradowski Uwarunkowania wdrażania ERTMS/ETCS, Międzynarodowa konferencja naukowa TRANSPORT XXI Wieku (Politechnika Warszawska, Warszawa 20 23 września 2004). 1/2007 21