ANALIZA WYBRANYCH ZAKŁÓCEŃ W RUCHU KOLEJOWYM

2-2007 PROBLEMY EKSPLOATACJI 89 Jerzy KWAŚNIKOWSKI, Grzegorz GRAMZA Politechnika Poznańska, Poznań ANALIZA WYBRANYCH ZAKŁÓCEŃ W RUCHU KOLEJOWYM Słowa kluczowe Zakłócenia w ruchu kolejowym, jakość w transporcie. Streszczenie W pracy omówiono wybrane zakłócenia w ruchu kolejowym oraz główne obszary, które są nimi objęte. Przedstawiono najważniejsze przyczyny powstawania zakłóceń, skutki zakłóceń oraz sposoby ich ograniczania. Wprowadzenie Prawidłowe funkcjonowanie ruchu kolejowego, ze względu na jego charakter zależy od wielu czynników technicznych, ekonomicznych i eksploatacyjnych. Jest to ruch trasowany, odbywający się według wcześniej ustalonego planu przygotowanego w formie wykresu ruchu pociągów i rozkładów jazdy. Przy ich konstruowaniu uwzględnia się potrzeby przewozowe, możliwości przewoźnika, przepustowości linii kolejowej i charakterystyki techniczne taboru. W rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych podczas wykonywania zadań przewozowych mogą wystąpić odchylenia od zaplanowanego rozkładu jazdy. Wynikać mogą one z różnych przyczyn, powodując skutki dla poszczególnych elementów systemu transportowego i jego otoczenia. Odchylenia te można traktować jako zakłócenia ruchu kolejowego. Trudne jest oszacowanie skutków zakłóceń ze względu na to, że w kolejowym systemie transportowym istnieje wiele elementów powiązanych wzajemnymi relacjami. Dodatkowo system transportowy

90 PROBLEMY EKSPLOATACJI 2-2007 współdziała z innymi systemami transportowymi i otoczeniem. Przewoźnik, zarządca infrastruktury i klient inaczej będą postrzegali skutki zakłóceń. Ponadto każdy z tych elementów systemu może być przyczyną powstania zakłóceń procesu przewozowego lub mogą one pochodzić spoza systemu. Celem pracy jest krótkie przybliżenie głównych obszarów, w których uwzględnia się zakłócenia powstające w ruchu kolejowym, oraz problematyki związanej z tym tematem. 1. Źródła i przyczyny zakłóceń w ruchu kolejowym Zakłócenia w ruchu kolejowym występują z różnych przyczyn. Każdy z elementów systemu transportowego: infrastruktura, przewoźnik i klient mogą generować zakłócenia. Pochodzić mogą one również z bezpośredniego otoczenia systemu transportowego, co jest szczególnie widoczne w miejscach styku z innymi systemami, np. wypadki na przejazdach kolejowych. Czynniki atmosferyczne i środowiskowe również mogą być przyczynami zakłóceń. Najczęściej zakłócenia wynikają z następujących przyczyn [8, 10]: złego stanu infrastruktury: torów, rozjazdów, podtorza, podkładów, mostów i wiaduktów, a także nagłych awaryjnych uszkodzeń tych elementów, przeprowadzanych planowych robót torowych, braku obsługi lub uszkodzenia rogatek albo ograniczenia widoczności w punktach styku między różnymi gałęziami tego samego systemu transportowego, awarii taboru w trakcie wykonywania zadania przewozowego, braku zasilania na liniach zelektryfikowanych, czynników atmosferycznych i środowiskowych, np. zamiecie śnieżne, podmycie torowisk na skutek dużych opadów atmosferycznych, wyboczenie szyn z powodu wysokich temperatur w okresie letnim, czynnika ludzkiego związanego z systemem transportowym lub spoza systemu transportowego. Propozycję podziału zakłóceń w ruchu kolejowym przedstawiono w pracy [8]. Infrastruktura kolejowego systemu transportowego jest elementem wiążącym pozostałe elementy systemu transportowego, a jej stan techniczny wpływa na realizację zadań przewozowych. Występuje ścisłe powiązanie pomiędzy prędkością rozkładową i wprowadzonymi ograniczeniami a czasem przejazdu [9]. W Polsce podmiotem gospodarczym zarządzającym liniami kolejowymi są głównie PKP Polskie Linie Kolejowe S.A. Zadaniami spółki są między innymi: budowa i utrzymanie infrastruktury kolejowej, prowadzenie ruchu pociągów na liniach kolejowych, utrzymywanie infrastruktury kolejowej w stanie zapewniającym bezpieczne prowadzenie ruchu kolejowego, udostępnianie tras pociągów dla przejazdu pociągów różnych przewoźników na liniach kolejowych i świadczenie usług z tym związanych [17]. W gestii PKP PLK jest więc reagowanie na

2-2007 PROBLEMY EKSPLOATACJI 91 pojawiające się zakłócenia związane ze stanem linii kolejowych jako organu odpowiedzialnego za utrzymanie infrastruktury, a także zakłóceń z innych względów wpływających na funkcjonowanie rozkładu jazdy jako organu prowadzącego ruch kolejowy. Proces dekapitalizacji linii kolejowych jest znaczny, co widać po strukturze dopuszczalnych prędkości kursowania pociągów (tab. 1). Wzrasta liczba ograniczeń prędkości z powodu złego stanu nawierzchni kolejowej (tab. 2). Tory o stanie technicznym dostatecznym i złym stanowią 35% długości torów głównych zasadniczych, licząc tylko opcję ograniczonej sieci do 17 tys. km. Wśród nich znajduje się wiele linii o podstawowym znaczeniu [14]. Tabela 1. Procentowy udział torów w zależności od prędkości maksymalnej [18] Przedział prędkości [km/h] Długość torów [km] Procentowy udział długości torów [%] v 160 1353 4,9 120 v < 160 4156 15,1 80 v < 120 10813 39,2 40 < v < 80 8260 29,9 v 40 3011 10,9 Razem 27593 100,0 Zakłócenia mogą również powstawać z winy przewoźnika z powodu awarii taboru na szlaku, wykolejeń, błędów ludzkich. Podobnie klient może być przyczyną powstających zakłóceń, np. pasażer opóźniający odjazd pociągu ze stacji, czy też w inny sposób zmuszający obsługę pociągu do dodatkowego nieplanowanego zatrzymania. Dodatkowo czynniki atmosferyczne i środowiskowe w zależności od pory roku lub położenia geograficznego sieci kolejowej mogą być źródłem zakłóceń np. opady atmosferyczne, powodzie czy silne wiatry. Tabela 2. Ograniczenia prędkości [16] Ograniczenia Jednostka miary 2000 r. 2001 r. 2002 r. 2003 r. 2004 Stan na dzień 1 stycznia r. Punktowe ograniczenia prędkości szt. 4298 5274 6140 6400 6492 Długość odcinków torów, na których zmniejszono prędkość kursowania pociągów z powodu ograniczeń prędkości Wydłużenie czasu jazdy z powodu ograniczeń prędkości km toru 2515 2985 3370 3246 3224 min 4666 5834 6648 6830 6782

92 PROBLEMY EKSPLOATACJI 2-2007 Nie zawsze istnieją jasne procedury szacowania skutków zakłóceń, a także rozliczeń finansowych pomiędzy elementami systemu transportowego z powodu generowania i ponoszenia skutków zakłóceń [11]. Krótką charakterystykę zakłóceń ruchu pociągów spowodowanych obniżeniem prędkości dopuszczalnych zawarto w tabeli 2. 2. Obszary dotknięte skutkami zakłóceń w ruchu kolejowym Głównym skutkiem zakłóceń są bezpośrednie zmiany w realizowanym procesie przewozowym. Mają one przede wszystkim wymiar czasowy i energetyczny, a w konsekwencji finansowy. Powstające w trakcie realizacji zadań przewozowych zakłócenia powodują wydłużenie czasu, a także zmianę zużycia energii potrzebnych na realizację zadania przewozowego. Wydłużenie czasu przejazdu z powodu występujących zakłóceń, np. ograniczeń prędkości, może powodować opóźnienia względem założonego rozkładu jazdy w ruchu pasażerskim i zwłokę w dostawie towaru w ruchu towarowym. Szkodą wynikłą ze zwłoki w przewozie może być utrata korzyści na skutek rozwiązania zawartych umów, utrata części zbytu, zaufania klientów itp. [12]. Oznacza to spadek jakości usług przewozowych i pogorszenie konkurencyjności kolei w stosunku do innych rodzajów transportu. Skutkiem tego może być zmniejszenie liczby klientów (np. pasażerów), co prowadzi do zmniejszenia przychodów przewoźników i zarządcy infrastruktury, a więc spadek rentowności przewozów. Może to w efekcie doprowadzić do ograniczenia liczby kursujących pociągów, a nawet do zamknięcia linii. Zamknięcie linii przesuwa ewentualny potok pasażerów do innych szlaków komunikacyjnych i następuje dalszy spadek przewozów. Koszt jednostki czasu pasażerów oblicza się przyjmując, że odpowiada on utraconym potencjalnym zarobkom, które pasażerowie mogliby uzyskać podczas podróży pociągiem [3]. Analizując preferencje pasażerów można stwierdzić, że w hierarchii ważności cech określających jakość usług punktualność jest ważna dla 62%, a czas podróży dla 45% pasażerów [2, 13]. W transporcie towarowym używanie jest pojęcie niezawodności rozumiane jako terminowe dostarczenie przesyłki [11]. Zakłócenia w sensie czasowym powodują dodatkowe skutki dla organów zarządzających ruchem. W zależności od klasy zakłóceń konieczny jest odpowiedni zakres regulacji realizowany przez hierarchiczną strukturę sterowania ruchem [19]. Każdy dodatkowy rozruch powoduje istotną zmianę zużycia energii na cele trakcyjne. W pracy [15] autorzy przeanalizowali zużycie energii na podstawie odczytów liczników do pomiaru energii elektrycznej zamontowanych w pojazdach trakcyjnych. Przeciętny rozruch pociągu 7-wagonowego od prędkości 15 km/h do prędkości 120 km/h pochłania średnio 70 kwh energii, a od zatrzymania 90 kwh. Jest to około 5% całkowitego zużycia energii przez typowy pociąg relacji Łódź Fabr. Warszawa Wsch. W pracy [10] stwierdzono, że każde

2-2007 PROBLEMY EKSPLOATACJI 93 ograniczenie prędkości lub zatrzymanie pochłania dodatkową porcję energii od kilkudziesięciu kwh (dla lekkich pociągów i zwolnień) do 500 kwh (dla ciężkich pociągów towarowych prowadzonych lokomotywami ET22). W ustalaniu ilościowych skutków czasowych i energetycznych zakłóceń ruchu wykorzystywane są techniki komputerowe, gdzie na drodze symulacji procesu ruchu można uzyskać zadowalające odpowiedzi o skutkach zakłóceń. W pracach [4, 6] przedstawiono wyniki eksperymentów symulacyjnych dla przejazdów pociągów pasażerskich i towarowych z lokomotywami EU07 i ET22 w warunkach zakłóceń. Symulacje wykonano z użyciem pakietu programów symulacyjnych RSEL [5]. Zakłóceniami wprowadzonymi do przejazdów były punktowe ograniczenia prędkości do różnych wartości, w tym do zera zatrzymania. Obliczenia prowadzone dla toru prostego i poziomego (bez uwzględnienia profilu trasy) wykazały znaczny wzrost zużycia energii w stosunku do przejazdu bez zakłóceń. Jest on zależny od masy składu, prędkości początkowej i wartości zakłócenia. Nieplanowe zatrzymanie i rozruch pociągu pasażerskiego o masie 490 t (11 wagonów 111A) prowadzonego lokomotywą EU07 spowodowało wzrost zużycia energii o 75,6 kwh [4]. Zatrzymanie i ponowny rozruch pociągu towarowego o masie 1900 t prowadzonego lokomotywą ET22 powoduje wzrost zużycia energii o 191,4 kwh [6]. W pracy [7] wykonano analizę wyników przejazdów symulacyjnych zrealizowanych na podstawie danych rzeczywistych. Obiektem badań był pociąg pospieszny kursujący w relacji Poznań Gł. Wrocław Gł. w obu kierunkach, składający się z 9 wagonów prowadzonych lokomotywą EU07. Wyniki symulacji wykazały około 40% wzrost energii na cele trakcyjne na skutek zakłóceń ruchu dla przejazdów badanego pociągu w analizowanym okresie jednego miesiąca. Trajektorie prędkości dla przejazdów symulacyjnych na trasie Poznań Gł. Wrocław Gł przedstawiono na rys. 1. Widoczne są liczne ograniczenia prędkości na trasie przejazdu. Rys. 1. Trajektorie v(s) pociągu na trasie Poznań Główny Wrocław Główny Koszt zużycia energii to około 20% kosztów eksploatacyjnych w ruchu regionalnym [1, 14]. Warunki klimatyczne również mogą wpływać na wzrost zużycia energii, lecz określenie tego wpływu jest praktycznie niemożliwe [10].

94 PROBLEMY EKSPLOATACJI 2-2007 3. Usuwanie zakłóceń i ograniczanie ich skutków Zakłócenia i ich skutki usuwa się w zależności od ich klasy, za pomocą regulacji lub z dodatkowym zaangażowaniem środków technicznych i finansowych w celu fizycznego usunięcia przyczyny zakłócenia. W pracy [19] wprowadzono rozróżnienie strat czasu na skutek zakłóceń straty czasu jednostek ruchu spowodowane kolizją w ruchu rzeczywistym i regulacji spowodowane kolizją powstającą podczas konstrukcji harmonogramu ruchu. Pojęcie zakłócenie używane jest w szerszym znaczeniu. Ten podział rozróżnia więc straty czasu jako planowane (regulacje) i nieplanowane (zakłócenia). Skala zastosowanej regulacji zależy od wartości zakłóceń pierwotnych, powodujących zakłócenia wtórne. Ich skutki są proporcjonalne do gęstości ruchu [19]. Regulacja może dotyczyć: przejazdu pociągu regulacja prędkości jazdy (problem trakcyjny), potoku pociągów ustalenie czasu następstwa pociągów i ich kolejności, układu potoku pociągów przydzielenie drogi poszczególnym pociągom. Zakłócenia z powodów klimatyczno-środowiskowych lub nagłych sytuacji awaryjnych mogą wymagać interwencji służb technicznych (odśnieżanie, naprawa zerwanej sieci trakcyjnej itp.), również generując dodatkowe koszty oprócz skutków czasowych i energetycznych dla przejeżdżających pociągów. W wyniku długotrwałych ograniczeń prędkości na trasie przejazdów niektóre z pociągów mogą mieć chroniczne opóźnienia. Aby nie wprowadzać konieczności każdorazowego usuwania skutków tychże zakłóceń poprzez regulację i nie tracić wizerunku wśród klientów, którzy mają obraz ciągłych opóźnień, modyfikuje się rozkłady jazdy, uwzględniając ewentualny wpływ zakłóceń na czas przejazdu. Mimo że w ten sposób stabilizuje się sytuację w systemie transportowym, nie usuwa się zakłóceń, tylko częściowo niweluje ich skutki. Usunięcie szeregu zakłóceń może nie być łatwe i wiąże się często z dużymi nakładami organizacyjnymi i finansowymi, często z czasowym zamknięciem części szlaku. Podsumowanie Zakłócenia stanowią duży problem w ruchu kolejowym. W Polsce przy ciągle pogarszającym się stanie szlaków kolejowych, co przedstawiane jest w kolejnych Raportach Rocznych PKP PLK, wzrasta ich liczba i rozmiar skutków. Należy dodać, że za stan ten odpowiada w dużej mierze brak środków finansowych na bieżące utrzymanie nawierzchni. Skutki zakłóceń są zależne od ich klasy i czasu wpływu na funkcjonowanie kolejowego systemu transportowego. Każdy z elementów tego systemu może być generatorem zakłóceń i dla każdego z tych elementów zakłócenia spowodują inne skutki. Nie zawsze ustalenie

2-2007 PROBLEMY EKSPLOATACJI 95 winnego powstałych zakłóceń jest łatwe, czasami wręcz niemożliwe. Konieczne jest prowadzenie dalszych prac w tym zakresie, zwłaszcza w celu: określenia ilościowego wpływu zakłóceń (funkcje, mierniki, wskaźniki), określania elementów odpowiedzialnych za powstałe zakłócenia, opracowania systemu rozliczeń pomiędzy poszczególnymi elementami systemu transportowego za spowodowanie zakłóceń (system kar umownych), ciągłe prace w zakresie przeciwdziałania powstawania zakłóceniom i ich skutkom (wiążące się to często z dużymi nakładami finansowymi). Bibliografia 1. Choińska-Kulesza I.: Przychody i koszty w kolejowym ruchu pasażerskim. Problemy Ekonomiki Transportu, 1/2001, 51 59. 2. Kondraciuk-Gabryś G., Perenc J.: Analiza preferencji klientów PKP na rynku kolejowych usług pasażerskich w 1994 r. Problemy Kolejnictwa, nr 119, 1995, 24 53. 3. Koroblowski P.: Optymalizacja parametrów jazdy pociągów z zastosowaniem modyfikacji rozkładu jazdy. Rozprawa Doktorska, Politechnika Warszawska 1997. 4. Kwaśnikowski J.: Energetyczne i czasowe skutki ograniczeń prędkości dla pociągu prowadzonego lokomotywą EU07. Technika Transportu Szynowego, 3/1994, 28 30. 5. Kwaśnikowski J.: Modelowanie i symulacja komputerowa procesu ruchu pociągu. Wyd. Polit. Poznańskiej, Rozprawy, 264, Poznań 1992. 6. Kwaśnikowski J.: Wpływ wzniesień i zakłóceń ruchu na zużycie energii i czas jazdy lokomotywy ET22 z pociągiem towarowym. Technika Transportu Szynowego, 6/1994, 38 41. 7. Kwaśnikowski J., Gramza G.: Wpływ zakłóceń ruchu i profilu trasy na zużycie energii przez lokomotywę elektryczną EU07 prowadzącą pociąg pasażerski. Prace Naukowe Polit. Radomskiej Elektryka, 1 (9), 2005, 131 136. 8. Kwaśnikowski J., Gramza G.: Wstęp do opisu zakłóceń w ruchu kolejowym. Mat. XVII Konferencji Pojazdy Szynowe 2006, Kazimierz Dolny, 2006. 9. Massel J.: Wpływ czynników eksploatacyjnych na podejmowanie decyzji przy utrzymaniu nawierzchni. Mat. XII Konferencji Naukowej Drogi Kolejowe 2003, 254 261. 10. Mazurkiewicz I.: Analiza czynników wpływających na zużycie energii w przewozach PKP. Technika Transportu Szynowego, 1/1995, 34 38. 11. Miszczyk M., Wróbel I.: Określenie zasad i warunków wprowadzenia do rozliczeń za udostępnianie linii kolejowych parametrów charakteryzujących jakość wykonanych usług. Prace CNTK, 131, 2000, 25 34.

96 PROBLEMY EKSPLOATACJI 2-2007 12. Paszkowski W.: Odpowiedzialność przewoźnika za zwłokę w przewozie przesyłki w świetle Prawa Przewozowego. Przegląd Komunikacyjny, 11/2002, 20 23. 13. Perenc J., Kondraciuk-Gabryś G.: Analiza i ocena regionalnego zróżnicowania potrzeb i preferencji klientów PKP na kolejowym rynku usług pasażerskich. Problemy Kolejnictwa, 122, 1996, 61 79. 14. Raczyński J.: Polska infrastruktura kolejowa. Technika Transportu Szynowego, 10/2004, 13 19. 15. Raczyński J., Szafrański Z.: Zużycie energii elektrycznej przez pociągi pasażerskie wyniki pomiarów. Technika Transp. Szyn., 3/1995, 42 47. 16. Raport Roczny 2003, PKP Polskie Linie Kolejowe S.A. 17. Raport Roczny 2004, Grupa PKP S.A. 18. Raport Roczny 2005, Grupa PKP S.A. 19. Woch J.: Podstawy inżynierii ruchu kolejowego. WKiŁ, Warszawa 1983. Recenzent: Leopold NOWOSIELSKI Description of some disturbances in railway traffic Key words Disturbances in railway traffic, quality in transport. Summary Disturbances to the running of railway trains are briefly defined and de-scribed. Problems caused by slowing down trains could be evaluated by train running simulation programmes.