kl - Tabor

prof. dr hab. inż. Tadeusz Cisowski
Politechnika Radomska
Model matematyczny wyboru optymalnych dróg
przewozu ładunków w transporcie kolejowym
W pracy przedstawiono model matematyczny wyboru optymalnych marszrut dla potoków ładunków
w transporcie kolejowym. Sformułowana funkcja celu zawiera dwie składowe. Pierwsza pozwala
ocenić efektywność przydziału potoku do danej marszruty. Składowa druga uwzględnia efekt
nieliniowy, pojawiający się przy zmianie potoku w danej marszrucie.
Zadanie wyboru marszruty optymalnej dla potoków ładunków w transporcie kolejowym, sprowadza
się do określenia takich kierunków ich przemieszczania, które minimalizują globalne nakłady, związane z
realizacją przewozów, uwzględniające dodatkowe
ograniczenie typu zdolność przeróbcza stacji, zdolność
przepustowa linii itp. Dotychczasowe rozwiązania
zadania wyboru marszrut optymalnych dla potoków
ładunków są niedokładne i mało efektywne. Wielu
badaczy zadanie to rozwiązało wykorzystując liniowe
metody transportowe, a w szczególności algorytm
poszukiwania najkrótszej ścieżki w sieci [1,9,18].
Tymczasem zadanie wyboru marszruty optymalnej dla
potoków ładunków jest zadaniem bardziej złożonym,
gdyż powinno uwzględniać nakłady zależne od rozmiarów tych potoków, a tym samym od samych marszrut, określonych odpowiednimi algorytmami
[11,19]. Dodatkowo, w zadaniu wyboru marszruty,
należy uwzględnić lokalne ograniczenia technologiczne, związane z wielkością potoku ładunków na poszczególnych stacjach, szlakach i w relacjach planu
zestawienia.
Zadanie wyboru marszruty optymalnej można
efektywnie rozwiązać, korzystając z naturalnej
graficznej interpretacji sieci kolejowej. W charakterze
modelu matematycznego rozważmy sieć transportową,
opisaną symetrycznym grafem ważonym G ({}{
i , i, j}) ,
składającym się ze zbioru węzłów {}
i i zbioru łuków
Ponumerujmy wszystkie marszruty od węzła
i do węzła j . Wtedy Sijδ – oznacza marszrutę z nu-
(
)
merem δ δ = 1; δ ij , gdzie δ ij – liczba marszrut z i
do j . Niech węzły i łuki grafu G będą opisane liczbami charakteryzującymi nakłady, związane z przeróbką jednostki potoku ładunków. Długością d Sijδ
( )
marszruty Sijδ będziemy nazywać sumą nakładów
związanych z wszystkimi jej elementami. Niech dana
będzie macierz korespondencji potoków N = N ij w
określonymprzedziale czasowym ∆T (N ij > 0; i, j = 1; m ),
gdzie i – stacja nadania, j – stacja przeznaczenia.
Oznaczmy przez N ijδ – wielkość części korespondencji
N ij
przemieszczonej
po
marszrucie
 δ ij δ

S  ∑ N ij = N ij  .
 δ =1

δ
ij
Funkcja celu w zadaniu wyboru marszruty dla
potoków ładunków w transporcie kolejowym ma postać funkcji nakładów, odniesionych do wszystkich
elementów (wierzchołków i łuków) sieci:
∧
n
F = ∑ f i (N i ) → min
{N i }
i =1
(1)
{(i, j )}(i, j = 1; m) , gdzie m – ogólna liczba węzłów w
gdzie: f i (N i ) – nieliniowa funkcja nakładów doty-
sieci. Ponumerujemy wszystkie łuki: k = m + 1; n ,
gdzie n – ogólna liczba elementów sieci. Wtedy
(n − m ) jest liczbą łuków, rozpatrywanych w danej
chwili. Marszrutą (drogą zorientowaną, łańcuchem) od
węzła i do węzła j nazywamy ciąg następujących po
sobie węzłów i łuków sieci, w którym każdy łuk jest
incydenty z węzłem poprzedzającym i następującym
po nim: i = i1 , (i1 .i2 ); i2 ,..., ir −1 , (ir −1 , ir ), ir = j .
czących i – tego elementu, i = 1, n ; N i –obciążenie
i – tego elementu, składające się z części rozdzielanej
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
~
∧
N i i normatywnej N i :
~
∧
Ni = Ni + Ni
n– ogólna liczba elementów sieci występująca w modelu.
W obliczeniach, dotyczących korekty operatywnej planu zestawiania pociągów towarowych,
1
∧
funkcja celu F charakteryzuje sumaryczne nakłady
wagono-godzin przeróbki wagonów. W zadaniu
wyboru marszruty, funkcja ta określa sumaryczne
nakłady eksploatacyjne, związane z przemieszczaniem
wagonów przez szlaki i stacje.
W przypadku ogólnym, funkcja celu może przyjąć
następującą postać:
n
∧
F = ∑ N i t i (N i ) → min
(2)
{N i }
i =1
gdzie: t i (N i ) – zależność czasu obróbki jednostki
potoku wagonów od obciążenia elementu
sieci.
Funkcja celu (2) minimalizuje sumaryczny
czas przemieszczania się wagonów po wszystkich
N ij = const ,
marszrutach. Uwzględniając, że
∑
funkcja (2) minimalizuje średni czas przemieszczania
się jednego wagonu po danej marszrucie.
Uniwersalnym podejściem do rozwiązania
złożonych zadań optymalizacji jest metoda dekompozycji [5], która pozwala zamienić złożone zadanie
wyjściowe zbiorem prostych wzajemnie powiązanych
zadań, koordynacja rozwiązań których, pozwala znaleźć rozwiązanie zadania wyjściowego. Przy zadanych
wartościach t i (N i ) funkcja celu (2) staje się liniową i
posiada rozwiązanie dokładne, otrzymane drogą idealnej dekompozycji na zbiór zadań wyboru najkrótszej
drogi w grafie G ,dla określonego potoku N ij . Wybór
(
)
δ δ = 1, δ kl i elemencie i .
Dla uproszczenia przyjmiemy, że obciążenie
i – tego elementu stanowi tylko rozdzielana część
~
({ ( )}) = ∑ N t (N ) =
F = F Ni S

n
δ
kl
i i
i =1
i =1
 δ , k ,l
i
gdzie: N i =
δ
kl
i
 δ , k .l
δ
kl
i


∑ N (S ), N (S )
δ , k ,l
i
δ
kl
i
δ
kl
(3)
N i S klδ
– potok wagonów z
k do l , przemieszczany po marszrucie S klδ o numerze
2
( )
i, j ∈ S klδ ; δ = 1, δ kl ;
k , l = 1, n;
k ≠l
(4)
b) ograniczenie dotyczące pełnej realizacji
przewozów (wywozu i wwozu odpowiednio):
δ ij
∑ N (S ) = N
δ =1
δ
ij
i
δ ij
ij
∑ N (S ) = N
δ =1
δ
ij
j
;
i, j = 1, n;
i≠ j
(5)
;
i, j = 1, n;
i≠ j
(6)
ij
c) ograniczenia związane z wartością dodatnią
potoków:
( )
N i S klδ ≥ 0; i = 1, n; δ = 1, δ kl ;
k , l = 1, n;
k ≠l
(7)
Do dekompozycji zadania (3÷7) wykorzystamy klasyczny schemat dowodowy warunków tego
zadania w obszarze rozwiązania optymalnego.


*
( )
Niech  N i S klδ  będzie optymalnym rozwiązaniem



*
( )
( ))
zadania (3÷7) a (N i S klδ + ∆N i S klδ  – rozwiąza-

niem dopuszczalnym, zawierającym się w obszarze
rozwiązania optymalnego. Wtedy spełniona jest następująca nierówność:
( ( ))
( )
( )
 *

∆F ∆N S klδ = F   N i S klδ + ∆N i S klδ   −


( )
 *

− F   N i S klδ   ≥ 0


(8)
i


∑  ∑ N (S )t  ∑ N (S )  → min
( )
n
( )
N i S klδ = N j S klδ ;
marszruty dla potoku N ij , przy nieliniowej funkcji
nakładów t i (N i ) , zależy od obciążenia elementów
sieci, a tym samym od dołączanych strug wagonów.
W tym przypadku zadanie dekompozycji staje się o
wiele trudniejszym.
Dekompozycja nieliniowa funkcji (2) możliwa
jest przy wykorzystaniu metod iteracyjnych. Należy
przy tym podkreślić, że algorytmy iteracyjne nie gwarantują zbieżności dekompozycyjnego algorytmu rozwiązania zadania nieliniowego (2), w skończonej liczbie kroków.
W pierwszym etapie budowy algorytmu dekompozycji zadania (2), pominiemy ograniczenia,
dotyczące rozdzielenia potoku.
Wówczas rozwiązanie zadania w sposób istotny się upraszcza, i funkcję celu można przedstawić w
ekwiwalentnej postaci:
∧
potoku wagonów, tj. N i = N i , N i = 0 , co nie narusza
ogólności rozważań.
Minimalizację funkcji cele (3) dokonuje się
przy następujących ograniczeniach, związanych z
istotą rozpatrywanego zadania:
a) ograniczenie dotyczące nierozłączności potoku:
Fizyczny sens nierówności (8) jest taki, że
dowolny rozkład potoku w sieci, przy rozwiązaniu
optymalnym, nie zmniejsza wartości funkcji celu.


*
( )
( ))
Jeżeli (N i Sklδ + ∆N i S klδ  jest rozwiąza-

niem dopuszczalnym, spełniającym warunki (4÷7), to
∆N i S klδ spełnia następujące zależności:
( )
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
( )
( )
∆N i S klδ = ∆N j S klδ ;
k , l = 1, n;
δ ij
∑ ∆N (S ) = 0;
δ =1
δ ij
i, j = 1, n;
∑ ∆N (S ) = 0;
j
δ =1
δ = 1, δ kl ;
(9)
k ≠l
δ
ij
i
i, j ∈ S klδ ;
δ
ij
( )
N (S ) = 0;
i≠ j
i, j = 1, n;
(10)
i≠ j
δ
kl
δ = 1, δ kl ;
i = 1, n;
k , l = 1, n;
k ≠l
(12)
Uwzględniając wypukłość i różniczkowalność
( )
( ))
 *

F  (N i Sklδ + ∆N i S klδ   ,


funkcji
względem
wszystkich zmiennych, można wykorzystać twierdzenie Taylora o wartości funkcji w otoczeniu punktu.
Zazwyczaj, w zadaniach optymalizacyjnych korzysta
się z trzech pierwszych członów szeregu Taylora. Dla


*
( )
( )) 
funkcji F  (N i S klδ + ∆N i S klδ   , szereg Taylora

ma postać:
( )
( ))
k ≠l
( )
dF (N ) 

∑ ∆N (S ) ∑ dN  ≥ 0

δ , k ,l
k ≠l
(13)
 *
∂F   N i Sklδ

Zauważmy, że
∂N i S klδ
– obciążenie i – tej stacji.
*

  dF  N i 

  , gdzie N
=
i
dN i
( )
( )
( )
Przy małych wartościach ∆N i S klδ
można
pomijać człon R , i nierówność (8) przyjmie postać:
 * 
dF  N i 
 ∆N S δ ≥ 0
∑
1 kl
dN i
δ ,i , k ,l
( )



i
i∈S klδ
i

(15)

Wydzielenie składowych nakładów różniczkowych, dotyczących marszrut S klδ stanowi idealną
podstawę do dekompozycyjnego algorytmu rozwiązania zadania wyjściowego.
W budowie algorytmu dekompozycji wyko*
( )
rzystamy potok N k S klδ > 0 , który określa optymalną
część korespondencji, odpowiadającej marszrucie
( { })
*
( )
S klδ β ∈ 1, δ kl . Ponieważ N k S klβ > 0 , to z (10)
wynika:
( )
δ kl
( )
∆N k S klβ = − ∑ ∆N k Sklδ
δ =1
δ ≠β
(16)
Wykorzystując równanie (16) doprowadzimy początkowo nierówność (15) do postaci:

 * 
 * 
dF  N i 
dF  N i  

 ≥0
 −
∑
∑ ∆N k S klδ  ∑δ dN
∑ dN

k , l δ =1
i∈S kl
i∈S klβ
i
i
k ≠l δ ≠ β




δ kl
k ≠l
δ
kl
k
a następnie do postaci:
( )
gdzie R – jest resztą o małej wartości dodatniej, wynikającej z wypukłości funkcji F .
Jeżeli drugi człon szeregu Taylora zamienimy
resztą Lagrange’a, to nierówność (8) przyjmie wartość:
 *

∂F  Ni (Sklδ ) + Θ∆Ni (Sklδ ) 



∆Ni (Sklδ ) ≥ 0
∆F (∆Ni (Sklδ )) = ∑
δ
(
)
∂
N
S
δ ,i , k .l
i
kl
gdzie Θ ∈ 0,1 .
)

 

 *  
dF  N i    δ kl 

 δ kl 



dF (N i )  

   −
 ∑ ∆ N k (S klδ ) ∑
≥0
∆N k (S klδ ) ∑


∑
∑
 i∈S β dN i  
 i∈S δ dN i   δ =1 
k ,l δ =1 
k

 kl
k ≠ l δ ≠ β
δ ≠β 



 


 
 *
 *


F  (N i S klδ + ∆N i S klδ   = F   N i S klδ   +




 *

∂F   N i S klδ  


∆N i S klδ + R
∑
δ
∂
N
S
δ ,i , k , l
i
kl
( )
( )
(
Sklδ δ = 1, δ kl ; k , l = 1, n; k ≠ l :
(11)
∆N i Sklδ ≥ 0, jeżeli
i
Wykorzystując zależności (9÷12), w wyrażeniu (13) wydzielimy te składowe, które związane są z
nakładami
różniczkowymi
wzdłuż
marszruty
( )
*
(17)
( )
Z zależności (12) wynika, że jeżeli N k S klδ = 0 , to
( )
∆N k S klδ ≥ 0 i warunek:
 * 
 * 
dF  N i 
dF  N i 
 ≥
 
∑δ dN
∑β dN
i∈S kl
i
i∈S kl
i
(18)
δ ≠β
spełnia nierówność (17).
*
( )
( )
Jeśli N k S klδ > 0 to ∆N k S klδ może być dodatnie lub ujemne. Wtedy nierówność (17) spełnia
następujący warunek:
 * 
 * 
dF  N i 
dF  N i 
 =
 
∑δ dN
∑β dN
i∈S kl
i∈S kl
i
i
(19)
δ ≠β
(14)
k ≠l
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
3
Z wyrażenia (18) wynika, że S klδ jest najkrótszą, ze względu na sumaryczne nakłady różniczkowe,
marszrutą z punktu nadania do punktu przeznaczenia,
zaś wyrażenie (19) dowodzi, iż przy optymalnym rozkładzie potoków, nakłady te powinny być jednakowe
dla wszystkich marszrut potoku N kl .
Tak więc, zadanie wyboru marszruty przy dopuszczalnym rozdrobnieniu potoku dekomponuje się
na szereg prostych zadań poszukiwania najkrótszych
odległości z k do l ze względu na nakłady, tj.
dF (N i )
, gdzie k , l = 1, n .
dN i
i∈S klδ
min ∑
Koordynacja tych zadań dokonywana jest z
uwzględnieniem nieliniowych funkcji nakładów sumarycznych każdego elementu sieci, w zależności od
jego obciążenia.
Dowodem na optimum rozwiązania jest powszechnie znany fakt, iż szczegółowe rozwiązanie
optymalne wypukłej funkcji nieliniowej jest również
rozwiązaniem ogólnym.
Nakłady różniczkowe można interpretować,
jako koszty dodatkowe związane z przewozem ostatniego wagonu. Jeżeli na danej drodze suma nakładów
różniczkowych jest większa niż na drodze innej, to
dana marszruta nie jest optymalna, i dla zmniejszenia
ogólnych nakładów należy ostatni wagon przemieszczać po innej marszrucie.
Uwzględniając strukturę funkcji celu (2) ogólne nakłady różniczkowe wzdłuż marszruty S klδ mają
postać:

dF (N i )
dt (N )
= ∑ ti (N i ) + N i i i 
dN i
dN i 
i∈S klδ
i∈S klδ 
∑
(20)
Rozważmy sens fizyczny składowych wyrażenia (20). Niech N i [n ] będzie obciążeniem i – tej
stacji w n – tym kroku wyboru marszruty, dla części
∆N kl potoku N kl . Wtedy pierwsza składowa
∑ t (N [n]) określa nakłady czasu na przemieszcza-
i∈S klδ
i
i
nie potoku N kl wzdłuż marszruty S klδ i pozwala ocenić efektywność przyłączenia ∆N kl do danej marszruty, przy zadanych obciążeniach N i [n ] elementów
sieci.
Obecność
drugiej
składowej
∑ N [n]
i∈S klδ
i
dti (N i [n])
uwzględnia efekt nieliniowy,
dN i
pojawiający się przy zmianie potoku w marszrucie
S klδ . Tym samym, druga składowa pokazuje, w jaki
sposób zmiana w obciążeniu marszruty S klδ wpływa na
przeróbkę pozostałych potoków i pozwala ocenić
dodatkową efektywność przyłączenia ∆N kl do danej
4
marszruty. Efekt nieliniowy, wynikający z drugiej
składowej równania (20), w sposób istotny utrudnia
dekompozycję zadania (3÷7). Jeżeli uwzględniać będziemy tylko pierwszą składową wyrażenia (20) to w
każdym kroku rozkładu, potoki należy przydzielać do
marszrut najkrótszych, wybranych przy zadanych obciążeniach N i [n ] elementów sieci.
Optymalny rozkład potoku wagonów na sieci
kolejowej powinien gwarantować równowagę, tj. najkrótsze w sensie nakładów różniczkowych, marszruty
od punktów nadania do punktów przeznaczenia. Spostrzeżenie to stanowi podstawę algorytmów wyboru
marszrut dla potoków wagonów.
Literatura
[1] Акулиничев В.М. и др.: Организация вагонопотоков
и маршрутизация перевозок, М., «Транспорт»,1970
[2] Cisowski T.: Metodyka wyboru dróg przewozu ładunków w transporcie kolejowym. Pojazdy Szynowe, Nr
3/2008
[3] Gajda B.: Technologia i automatyzacja pracy stacji,
Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, 1983
[4] Gutenbaum J.: Modelowanie matematyczne systemów,
PWN, Warszawa-Łódź, 1987
[5] Кутыркин А.В., Кадушин А.И.: Декомпозиционный
алгоритм регулирования порожних вагонопотоков
в АСУЖТ, М., «Транспорт», «Вестник ВНИИЖТ»,
№6,1978
[6] Кутыркин А.В.: Динамическая модель планирования и оперативного управления вагонопотоками,
«Вестник ВНИИЖТ», №8,1981
[7] Лебедев Т.П., Ломакина Н.Н., Садиков П.П.,
Сотников Е.А.: Расчет времени нахождения вагонов на сортировочных и участковых станциях, Труды ЦНИИ МПС, вып. 481, «Транспорт»,1973
[8] Leszczyński J.: Optymalna decyzja w procesach transportowych, WKiK, Warszawa, 1981
[9] Leszczyński J.: Modelowanie systemów i procesów
transportowych, Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 1990
[10]Лебедев Т.П., Ломакина Н.Н., Садиков П.П.,
Сотников Е.А.: Расчет времени нахождения
вагонов на сортировочных и участковых станциях,
Труды ЦНИИ МПС, вып. 481, «Транспорт»,1973
[11]Левит Б.Ю., Лившиц В.Н.:Нелинейные сетевые
транспортные задачи, М., «Транспорт»,1972
[12]Nowosielski L.: Procesy przewozowe w transporcie kolejowym, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 1995
[13]Nowosielski L.: Organizacja przewozów kolejowych,
Kolejowa Oficyna Wydawnicza, Warszawa, 1999
[14]Potthoff G.: Teoria potoków ruchu, WKiK, Warszawa,
1973
[15]Steenbrick P.A.: Optymalizacja sieci transportowych,
WKiK, Warszawa 1978
[16]Sysło M., Deo N., Kowalik J.S.: Algorytmy optymalizacji dyskretnej, PWN, 1985
[17]Woch J.: Podstawy inżynierii ruchu kolejowego, WKiK,
Warszawa, 1983
[18]Wyrzykowski W.: Ruch kolejowy, WKiK, Warszawa
1967
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
dr inż. Marek Sobaś
Instytut Pojazdów Szynowych „TABOR”
Rozwiązania konstrukcyjne układów biegowych wagonów
osobowych przystosowanych do wysokich prędkości
W artykule omówiono rozwiązania konstrukcyjne układów biegowych przystosowanych
do wysokich prędkości ze szczególnym uwzględnieniem poszczególnych podzespołów
oraz części. Rozwiązania te odniesiono do wymagań, przedstawionych w przepisach
międzynarodowych. Artykuł powstał w ramach projektu badawczo-rozwojowego Nr R10
041 02, finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego ze środków
budżetowych na naukę na lata 2007÷2009 pt.„Wózek pasażerskiego pojazdu kolejowego
typu Z o prędkości 250 km/h i możliwości modyfikacji do prędkości 300 km/h”.
1.Wstęp
Transport osobowy z wysokimi prędkościami
ma już długoletnią tradycję. Związane jest to między
innymi z wdrożeniem zespołów trakcyjnych typu
„Shinkansen” w Japonii w 1964 roku, TGV we Francji
w 1982 roku, ICE w Niemczech w 1992. Przydatność
zespołów trakcyjnych przystosowanych do wysokich
prędkości w transporcie osobowym została potwierdzona przez długoletnią eksploatację w Europie Zachodniej (SNCF, DBAG) oraz w Japonii ( JNR, JNR
Central, JR West, Central+West) [1,2,3,6 i 7]. Ożywienie powstało również w transporcie realizowanym
za pomocą wagonów osobowych ciągnionych w dowolnie formowanych składach przez lokomotywę,
które w coraz większym stopniu są przystosowywane
do wysokich prędkości i mogą skutecznie konkurować
z zespołami trakcyjnymi [1]. Z tego wynika potrzeba
projektowania i wykonania układów biegowych przystosowanych do wysokich prędkości, powyżej 250
km/h zgodnie z kartą UIC 660 [30]. Jak pokazują
współczesne doświadczenia i prace studialne ruch
osobowy z wysokimi prędkościami można zrealizować przy wspólnym wysiłku konstruktorów pojazdu
oraz infrastruktury, zwłaszcza w dziedzinie zapewnienia prawidłowych własności dynamicznych oraz ograniczenia emisji hałasu [8]. Konstrukcja układu biegowego musi spełniać wymagania odpowiednich przepisów oraz norm europejskich, opracowanych przez
Europejski Komitet Normalizacyjny –CEN ( fr.„
Comité Européen de Normalisation” ), kart UIC, przepisów ORE/ERRI oraz RIC (wł. „Regolamento Internationale Carozza”).
2. Wymagania dla układów biegowych
2.1.Przepisy międzynarodowe, jakie muszą spełniać
układy biegowe
Układ biegowy przystosowany do wysokich
prędkości musi spełniać następujące przepisy:
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
*
*
*
*
*
*
*
*
karty UIC 515-0 [16] w zakresie geometrii określonej przez tzw. „otoczkę wózka”(niem
.„Kernhüllraum”, „Hüllraum”); przez „otoczkę
wózka” rozumie się przestrzeń przeznaczoną dla
wózka, włącznie z ugięciami pionowymi wynikającymi z obciążenia, zużycia i przemieszczeń w
kierunku poziomym, wynikającym z luzu w kierunku poprzecznym w pierwszym i drugim stopniu usprężynowania (rys.1 i rys.2). „Otoczka wózka” jest przewidziana dla bazy wózka (odległości
pomiędzy zestawami kołowymi) znajdującej się w
zakresie 2,50÷2,60 m.
karty UIC 518 [22] i normy PN-EN 14363: 2005
[40] w zakresie własności bezpieczeństwa przed
wykolejeniem w warunkach quasi-statycznych
podczas przejazdu pojazdu przez tory wichrowate
oraz własności dynamicznych i oddziaływania na
tor w trakcie jazdy
karty UIC 515-4 [19] i normy PN-EN 13749:2005
[39] w zakresie własności wytrzymałościowych
ram (badania statyczne i zmęczeniowe);
PN-EN 13260:2006 [35], PN-EN 13261:2004
[36], PN-EN13262:2005 [37] w zakresie warunków technicznych wykonania i odbioru, tolerancji
kształtu i położenia zestawów kołowych, osi i kół
PN-EN 13103: 2003 [34] w zakresie wytrzymałości statycznej i zmęczeniowej osi zestawu kołowego (metodyka obliczeń)
karty UIC 505-1 [12] w zakresie spełnienia wymagań skrajni kinematycznej
karty UIC 410 [11], 543 [24], 544-1 [25] i 546
[27] w zakresie wyposażenia hamulcowego
karty UIC 515-1 [17] w zakresie warunków, jakie
muszą spełniać dodatkowo podzespoły w stosunku
do warunków ustalonych w kartach UIC 515-3
[18] oraz 515-5 [21]
5
Rys.1. Otoczka wózka wagonu osobowego
zgodna z kartą UIC 515-0 [16]
Rys.2. Otoczka wózka wagonu osobowego w ujęciu przestrzennym zgodnie z kartą
UIC 515- 0 [16]
*
*
*
*
6
karty UIC 515-5 [16] oraz PN-EN 12082:2000
[33] w zakresie maźnic
karty UIC 533 [23] w zakresie wyposażenia w
uziemienie ochronne przed porażeniem personelu
obsługującego i podróżnych
karty UIC 541-05 [26] w zakresie wyposażenia
układu biegowego w urządzenie antypoślizgowe
karty UIC 552 [28] w zakresie ochrony łożysk i
smaru przed uszkodzeniami spowodowanymi
przepływem prądów elektrycznych
*
*
karty UIC 814 [31] w zakresie własności smaru
zastosowanego w łożyskach tocznych maźnic
karty UIC 822 [32] i PN-EN 13298:2003 [38] w
zakresie produkcji, warunków technicznych wykonania i odbioru sprężyn śrubowych zastosowanych w zawieszeniu pierwszego i drugiego stopnia.
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
Wózek typu „Sumitomo” posiada wewnętrzne ułożyskowanie, dzięki czemu udało się ograniczyć masę
własną całego układu biegowego jak również mas
W celu dopuszczenia wózka do eksploatacji nieusprężynowanych. Rozwiązanie to nie spełnia wykomercyjnej musi on być poddany następującym ba- magań karty UIC 515-1 [17] w zakresie współpracy z
urządzeniami typu HOA do wykrywania przegrzanych
daniom:
⇒ badania stanowiskowe, aby wykazać wytrzyma- łożysk tocznych umieszczonych w maźnicach. Urząłość części konstrukcyjnych wózka tzn.: łożysk, dzenia te są usytuowane na zewnątrz toru. Jednak
maźnic, ramy wózka, sprężyn, tłumików, sytemu karta UIC 660 [30] dopuszcza już zainstalowanie
czujnika do kontroli temperatury łożysk na pojeździe,
przegubów i elementów gumowo-metalowych
⇒ badania podczas jazdy, aby dostarczyć dowód który musi funkcjonować tak, że przy wykryciu wzropoprawnych własności dynamicznych dotyczą- stu temperatury następuje ograniczenie prędkości pocych bezpieczeństwa jazdy, komfortu i obciążenia ruszającego się pojazdu względnie jego stopniowe
zahamowanie aż do stopniowego zatrzymania się potoru.
Wagon przystosowany do wysokich prędkości musi ciągu w zależności od zgłoszenia informacyjnego i
posiadać tak zaprojektowane układy biegowe, aby ostrzegawczego. Zmniejszenie masy układu biegowego (zwłaszcza w zakresie mas nieusprężynowanych)
mógł przejść dodatkowe próby i badania:
⇒ wagon musi posiadać możliwość przejazdu przez można osiągnąć przez wykorzystanie zapisu w karcie
łuki toru o promieniu R=150 m, jeśli wagony UIC 515-1 [17] w p.1.3.1 dotyczącego dopuszczalnych średnic tocznych kół w stanie nowym w zakresie
znajdują się w składzie pociągu
⇒ pojedynczy wagon z układami biegowymi musi 800÷1000 mm, przy zalecanych wartościach w zakreprzejeżdżać w stanie próżnym przez warsztatowe sie 890÷920 mm. Karta UIC 515-1 [17] przedstawia w
załączniku B dwa rozwiązania kół o średnicy w stanie
łuki toru o promieniu 80 m
⇒ wagon musi przejeżdżać podczas wjazdu na prom nowym/ zużytym odpowiednio φ920/870 mm i
łuk toru o promieniu 300 m i kącie pochylenia 890/840 mm z dopuszczalnym zużyciem granicznym
rampy promowej wynoszącego 2,5°, zgodnie z 31 mm na promieniu ( wynikającym z 25 mm do
ostatniej reprofilacji (odtworzenia zarysu zewnętrznekartą UIC 507 [13].
Dodatkowe badania powinny być przeprowadzone go wieńca koła oraz długości „rowka zużyciowego”
albo przesuwnicy (badania stanowiskowe) albo na wynoszącej 6 mm) i masami wynoszącymi odpotorze spełniającym powyższe kryteria. W trakcie ww. wiednio 320 kg oraz 307 kg. Ww. wymagane i zaleprób przejezdności żadna cześć wagonu nie może być cane wartości średnic tocznych kół dla układów bieuszkodzona oraz nie może wystąpić kolizja pomiędzy gowych przystosowanych do wysokich prędkości są
zgodne z przepisami karty UIC 510-2 [15]. Utrzymaczęściami pudła wagonu oraz wózków.
nie zarysu skrajni kinematycznej wg karty UIC 5052.3. Dodatkowe wymagania wynikające z trendów 1[12] przy wyborze mniejszych średnic zestawów
kołowych poniżej 920 mm, wiąże się z poszukiwarozwojowych
niem tarcz hamulcowych o mniejszych średnicach, co
Poważnym wyzwaniem dla konstruktorów
z kolei przyczynia się do wzrostu temperatury pary
układów biegowych przystosowanych do wysokich
ciernej okładzina hamulcowa-tarcza hamulcowa. Dlaprędkości jest między innymi masa własna. Porównatego w przypadku wózka tocznego typu MD 530 przenie poszczególnych mas własnych wózków wagonów
znaczonego do zespołu trakcyjnego ICE zastosowano
osobowych przedstawiono na w tabeli 1.
4 tarcze hamulcowe zamontowane na jednej osi o
wymiarach 640×80 mm, przy średnicy
Zestawienie mas własnych układów biegowych zastosowanych w wagotocznej koła w stanie nowym, wynonach osobowych i zespołach trakcyjnych przeznaczonych do wysokich
szącej φ 920 mm. W tym przypadku
prędkości
Tabela 1
jednak założono, że zespół trakcyjny
Prędkość makMasa
nie będzie przejeżdżał przez górki
Oznaczenie
L.p.
symalna [km/h] własna
Uwagi
rozrządowe i hamulce torowe w połowózka
[t]
żeniu pracy i jest utrzymany zarys
1.
GP 210
250
6,8
odniesienia skrajni kinematycznej wg
2.
z hamulcem
7,52
p.5.2
karty UIC 505-1 [12] ( rys.3).
ręcznym
2.2. Badania potrzebne do udzielenia tymczasowego dopuszczenia
MD 530
280
7,42
3.
4.
5.
SGP 400
„ Sumitomo”
( TR 9005)
TR 400
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
300
6,8
350
5,5
350
4,9
bez hamulca
ręcznego
7
Rys.3. Zarys skrajni kinematycznej wagonów towarowych nie mogących przejeżdżać przez górki rozrządowe ani też nie
mogących być hamowanymi za pomocą hamulców torowych wg p.5.2 karty UIC 505-1 [12]
Legenda:
a-przestrzeń dla części konstrukcyjnych znajdujących się w większej odległości od kół
b- przestrzeń dla części konstrukcyjnych w bezpośrednim sąsiedztwie kół
c-przestrzeń dla szczotek krokodyli ( automatycznych wyłączników blokad torowych-ang. „contact ramp”, niem.„Krokodilen”), które są stosowane przez niektóre zarządy kolejowe jak SNCF ( wysokość od główki szyny 94 mm) oraz
SNCB ( wysokość od główki szyny 96 mm)
d-przestrzeń dla kół i innych części, które stykają się z szynami
e- przestrzeń przeznaczona wyłącznie dla kół
(1) zarys odniesienia dla części konstrukcyjnych znajdujących się za zewnątrz skrajnych zestawów kołowych ( urządzenia
czyszczące szyny, piaskujące), które zapewniają przejazd przez petardy ochronne (ang. „detonators”, niem. „Knallkapseln”)
Zarys odniesienia nie musi być zachowany dla części, które znajdują się między kołami pod warunkiem, że znajdują się w tle
kół
(2) największa dopuszczalna szerokość obrzeży kół przy występowaniu kierownic ( ang. „check-rail”, niem.„ Radlenker”)
(3) rzeczywiste położenie graniczne zewnętrznej powierzchni kół i części konstrukcyjnych, które są połączone z kołami. Dolne
części konstrukcyjne są zdefiniowane w karcie UIC 505-5 [30]
(4) jeśli pojazd znajduje się w dowolnym ustawieniu w łuku toru o promieniu R=250 m ( najmniejszy promień dla zainstalowania krokodyli) i o prześwicie toru 1 465 mm, wówczas żadna część pojazdu za wyjątkiem szczotki krokodyli (ang.„ contact
ramp brushes”, ,niem. Krokodilenbürste” lub „Kontaktbürste”) nie może przekroczyć wymiaru wynoszącego 100 mm mierzonego względem główki szyny i nie może w znajdować się w odległości większej niż 125 mm od osi toru.
(5) rzeczywiste położenie graniczne wewnętrznej powierzchni czołowej kół, kiedy zestaw kołowy
(6) l/2- połowa prześwitu toru (szerokości toru)
Problem utrzymania zarysu odniesienia skrajni kinematycznej wiąże się z doborem usprężynowania
pierwszego i drugiego stopnia. Nie mniej jednak w
wózku typu „ Sumitomo” zastosowano koła o średnicy
tocznej będącej w zakresie eksploatacyjnym 840÷780
mm, natomiast w wózku TR 400 firmy Bombardier
780÷730 mm, przy czym obydwa przypadki wykraczają poza wymagany i zalecany przez kartę UIC 5151 [17] zakres eksploatacyjny średnicy tocznej. Rozwiązanie to przy tym samym nacisku zestawu kołowego jest bardziej narażone na zużycie koła, z tytułu
większych nacisków powierzchniowych na powierzchni tocznej koła oraz większej prędkości obrotowej przy tej samej prędkości liniowej pojazdu.
Istotnymi warunkami ograniczającymi są przede
wszystkim przepisy karty UIC 515-1 [17] w p.2.1.5,
gdzie ogranicza się wartość współczynnika pochylania
pojazdu w stanie próżnym oraz we wszystkich stanach
załadowania do 0,4 oraz w p.2.1.8, gdzie ogranicza się
różnicę wysokości w stanie próżnym pudła wagonu
8
odpowiadającemu przepisom RIC oraz karcie UIC
567-1[29] z kołami w stanie nowym oraz wagonu z
kołami w stanie ładownym przy całkowicie zużytych
zestawach kołowych przy obciążeniu normalnym do
80 mm. Warunek przedstawiony w p.2.1.8 karty UIC
515-1 [17] jest ograniczeniem sumy zużycia oraz
przyrostu ugięcia usprężynowania I i II stopnia
próżny-ładowny. Jednocześnie prawidłowy dobór
usprężynowania gwarantuje własności dynamiczne i
komfort jazdy wymagany przez przepisy karty UIC
518 [22] oraz PN-EN 14363:2005 [40], co wymaga
kompromisu w świetle ww. wymagań postawionych
przez kartę UIC 515-1 [17]. Zgodnie z p.2.1.7 karty
UIC 515-1[17] usprężynowanie wózka musi być tak
zaprojektowane, aby posiadało „zdolności filtrujące”
polegające na unikaniu propagacji emisji hałasu,
powstającego w układzie koło-szyna. Zgodnie z p.
2.1.8 karty UIC 515-1 [17] usprężynowanie wózka
powinno gwarantować możliwie duże przesuwy
poprzeczne przy zachowaniu zarysu odniesienia
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
skrajni kinematycznej. Jak wykazują doświadczenia
uzyskane z badań zbyt sztywne usprężynowanie i małe
przemieszczenia w kierunku poprzecznym powodują
duże sprzężenie pomiędzy pudłem wagonu poprzez
ramę wózka z torem, co wywołuje działanie dużych sił
dynamicznych. To obowiązuje przed wszystkim podczas jazdy w łukach [5]. W związku z tym należy
przewidzieć raczej duże przemieszczenia poprzeczne,
co udowadnia przykład zespołu trakcyjnego X 2000
kolei szwedzkich lub zastosowanie tzw. aktywnych
usprężynowań w kierunku poprzecznym tzw. AQS (
niem. „ aktive Querfedurungen”). System ten kompensuje w sposób częściowy lub pełny przemieszczenia
poprzeczne pod wpływem siły odśrodkowej, co powoduje że pojazd dysponuje większymi przemieszczeniami poprzecznymi wynikającymi z błędów toru i
zapewnia wymagany komfort dla podróżnych. Skutecznym rozwiązaniem, przynoszącym efekty jest
zapewnienie maksymalnego luzu poprzecznego na
torze prostym, wynoszącym ± 60 mm oraz 50 mm na
zewnątrz łuku i 20 mm do wewnątrz łuku o promieniu
250 m. Rozwiązanie to zostało zastosowane w wózku
tocznym MD 530 i zapewnia jednoczesne spełnienie
własności dynamicznych w kierunku poprzecznym jak
również zarysu odniesienia skrajni kinematycznej
zgodnie z raportem ORE/ERRI B176/DT278 [41].
Kolejnym zagadnieniem związanym z zapewnieniem
prawidłowych własności dynamicznych jest luz
wzdłużny w łożyskach tocznych. Jak wynika z doświadczeń uzyskanych podczas badań dynamicznych
przeprowadzonych w zespole trakcyjnym „Shinkansen” luz ten powinien być ograniczony do 0,6 mm.
Powyżej tej wartości odnotowuje się negatywne oddziaływanie wężykowania zestawu kołowego na komfort jazdy. Jednocześnie badania potwierdziły bardzo
dużą przydatność łożysk stożkowych. Zgodnie z
p.2.1.6 karty UIC 515-1 [17] oraz p.5.3 karty UIC 660
[30] wózki eksploatowane z prędkością powyżej 200
km/h muszą być wyposażone w czujnik do badania
przyspieszeń, umieszczony na ramie w celu wykrycia
niestabilności ruchu wózków; meldunek o zarejestrowanej niestabilności powinien być przekazany do kabiny maszynisty i wywoływać bezpośrednie działanie
na układ hamulcowy pociągu. Rejestracja niestabilności dynamicznej musi odbywać się przez pomiar przy+
spieszenia w kierunku poprzecznym y*S na ramie
wózka poprzez zestaw kołowy, przy czym wartość
efektywna przyspieszenia nie może przekroczyć wartości granicznej (sÿ)lim+:
Nowoczesne układy biegowe muszą
być zabezpieczone przed działaniem
czynników atmosferycznych takich
jak powietrze, deszcz, śnieg, pył i
substancje chemiczne używane do
mycia pojazdów szynowych. Czynnik
ten jest bardzo istotny, gdyż jak wynika z badań przeprowadzonych przez
Urząd Badań Ochrony Środowiska w
Niemczech (niem. „Umweltbundesamt”) około 300 000 ton cząstek
związków organicznych rocznie jest
emitowanych do atmosfery [4]. W
związku z tym układ biegowy oraz
jego części (zwłaszcza zużywające
się) nie mogą być źródłem emisji substancji szkodliwych dla środowiska
naturalnego. Ma to odzwierciedlenie
w p.7.2.1 karty UIC 515-1 [17], aby
ilość części zużywających się ograniczyć do niezbędnego minimum.
Oprócz tego do ochrony środowiska
naturalnego przyczynia się zastosowanie farb i lakierów wolnych od
zawartości metali ciężkich, ołowiu i
chromu, które jednocześnie przyczyniają się do zabezpieczenia wytrzymałości zmęczeniowej elementów nośnych podczas eksploatacji. Przykład
wpływu zabezpieczenia antykorozyjnego na wytrzymałość zmęczeniową
udowodniły badania stanowiskowe
Rys.4. Wolna przestrzeń, którą należy zachować dla funkcjonowania urządzeń
przeprowadzone na partii sprężyn
do podnoszenia zestawów kołowych, przy wykonywaniu prac konserwacyjnych i naprawczych zgodnie z kartą UIC 515-1 [17] oraz kartą UIC 508-2 [14]
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
9
śrubowych. Wykazały one jednocześnie przydatność
nowoczesnych farb i lakierów nawierzchniowych wodorozcieńczalnych, przyjaznych jednocześnie dla środowiska naturalnego [4].
Układ biegowy musi być dostosowany do bezpiecznej
i niezawodnej eksploatacji w zakresie temperatur 25°÷40°C.
Bardzo istotnym czynnikiem jest również problem
ograniczenia emisji hałasu przez układ biegowy [8].
Przykładem takiej konstrukcji jest wózek toczny typu
MD 530, gdzie zastosowano między innymi zestawy
kołowe z kołami wyposażonymi w tłumiki hałasu
(zainstalowane od wewnętrznej strony tarczy kół),
elementy gumowe w rejonie maźnic, elementy gumowo-metalowe sprężyn zawieszenia drugiego stopnia,
zabudowane pomiędzy powierzchniami czołowymi
sprężyn i oparcia na ramie, w ułożyskowaniu wahaczy
oraz tuleję gumowo-metalową w czopie skrętu. Ww.
zabiegi konstrukcyjne zmniejszają przede wszystkim
emisję hałasu układu biegowego powstającego w
układzie koło-szyna (niem. „Rollgeräusch”). Poważny
sukces w emisji hałasu zanotowano w zespołach trakcyjnych, w których zastosowano układ biegowy typu
„Kawasaki” i aktywny system sterowania przechyłem
pudła (ang.„active suspension system”). Podczas jazd
próbnych przy prędkości 300 km/h otrzymano następujące wartości natężenia hałasu: 81,1 dB przy wyłączonym oraz 71,1 dB przy włączonym systemie sterowania przechyłem pudła.
Kolejnym problemem, który pojawia się przy zapewnieniu własności dynamicznych wagonu jest zaprojektownie odpowiednio sztywnej konstrukcji pudła, aby
uniknąć jego drgań giętych oraz giętno-skrętnych w
trakcie eksploatacji. Źródłem tych drgań są wymuszenia, powodujące drgania nadwozia wywołane przez
nierówności geometryczne toru i kół oraz sinusoidalny
bieg zestawów kołowych w torze (wężykowanie obrotowe i poprzeczne). Wymuszenia te są przenoszone
przez strukturę pojazdu i wzbudzają drgania nadwozia
w postaci: podskakiwania, galopowania, kołysania,
wężykowania poprzecznego i wężykowania obrotowego. Drgania tego rodzaju wywołują z kolei drgania
strukturalne pudła stalowego, przybierające liczne
formy wyrażające się odkształceniami giętymi w kierunku poprzecznym i pionowym o charakterze postaciowym jego przekroju poprzecznego. Niniejsze zagadnienie polega na takim ukształtowaniu konstrukcji
stalowej pudła, aby zapobiec jego „ rombowaniu” pod
wpływem drgań strukturalnych [8÷10].
Nowoczesne układy biegowe muszą spełniać również
wymagania w zakresie części zużywających się i tak:
wszystkie części zużywające się, które posiadają
wpływ na bezpieczeństwo eksploatacyjne i jazdy muszą być poddane kontroli (między innymi
wizualnej), która nie powinna być utrudniona
wszystkie części zużywające się muszą być łatwe do wymiany; zamocowanie ich musi być łatwo dostępne przy montażu i demontażu.
W przypadku tłumików drgań pionowych wężykowania musi być możliwość demontażu bez użycia kanałów, natomiast tłumiki drgań poziomych muszą dać
się wymieniać z użyciem kanału przez personel obsługujący w sposób łatwy i nie sprawiający trudności.
3. Przykłady nowoczesnych konstrukcji układów
biegowych przystosowanych do wysokich prędkości
Przykładem nowoczesnego układu biegowego jest
wózek GP 210 przeznaczony dla wagonów osobowych, zaprojektowany i wyprodukowany przez firmę
TransTec Vetschau GmbH ( rys.5.).
Rys.5. Wózek typu GP
210 wagonów osobowych, przystosowany do
wagonów
osobowych
dla wysokich prędkości
produkcji
TransTec
Vetschau GmbH wg
[44]
10
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
Zasadnicze parametry układu biegowego:
prześwit toru: 1435 mm, możliwość modyfikacji
na tor szeroki o prześwicie: 1520 mm
hamulec tarczowy (3 tarcze hamulcowe przypadające na zestaw kołowy, hamulec szynowy
elektromagnetyczny)
prędkość: 250 km/h (pod względem spełnienia
wymaganych własności dynamicznych) i 200
km/h (pod względem wymaganej intensywności
hamowania)
materiał użyty na podstawowe elementy nośne
ramy: TSt E355 ( St 52-3)
masa własna: 6,8 t
prowadzenie zestawu kołowego i belki bujakowej: za pomocą wahaczy odpornych na zużycie
połączenie układu biegowego z pudłem wagonu:
poprzez czop skrętu
możliwość dopasowania do obciążeń pionowych
na czop skrętu wynoszących 20,5 t, 23,5 t 25 t,
28 t
usprężynowanie pierwszego i drugiego stopnia:
sprężyny śrubowe.
Kolejnym przykładem nowoczesnych konstrukcji
układów biegowych jest wózek typu „Kawasaki” zaprojektowany przez japońską firmę Kawasaki Heavy
Industries LTD w Tokio (rys.6). Na uwagę zasługuje
zastosowanie aktywnego sterowania przechyłem pudła
za pomocą silnika o charakterystyce liniowej, które
zwiększa komfort podróżnych. Usprężynowanie
pierwszego stopnia stanowią sprężyny śrubowe, natomiast drugiego stopnia stanowią sprężyny pneumatyczne.
Na rys.7 przedstawiono nowoczesne rozwiązanie
układu biegowego typu Flexx Tronic Technology,
który został zaprojektowany i wyprodukowany przez
firmę Bombardier oraz jest wyposażony w system
mechatroniczny pozwalający na aktywne sterowanie
radialnym ustawieniem zestawów kołowych i aktywne
sterowanie przechyłem pudła monitorujący geometrię
toru i wózka podczas jazdy.
1. System sprężyn
powietrznych
2. System zawieszenia
aktywnego
Rys.6. Wózek typu „Kawasaki” z
aktywnym sterowaniem przechyłu
pudła dla wagonów osobowych
oraz zespołów trakcyjnych dla
wysokich prędkości produkcji
Kawasaki Heavy Industries Ltd
wg [42]
Rys.7. Wózek typu Flexx Tronic
Technology (Mechatronic Technology) przeznaczony do wagonów osobowych dla wysokich
prędkości produkcji Bombardier
Transportation wg [43]
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
11
4. Wnioski
Skonstruowanie nowego układu biegowego
dla wagonów osobowych przystosowanych do wysokich prędkości powinno bazować na wytycznych karty
UIC 515-1[17]. Przestrzeganie „otoczki” wymaganej
w karcie UIC 515-0 [16] wydaje się być celowe z
punktu przyszłych modernizacji konstrukcji pudeł
wagonów osobowych dostosowanych do prędkości
v≤200 km/h. Przestrzeganie tych przepisów jest tylko
wtedy uzasadnione o ile, nie uniemożliwia spełnienia
innych wymagań, zwłaszcza dotyczących własności
dynamicznych oraz hamulcowych, wynikających ze
wzrostu prędkości z 200 km/h do zakresu 250÷300
km/h. Wymiary tarcz hamulcowych w kierunku pionowym mogą przyjmować większe wartości ze
względów ograniczenia temperatury współpracujących
par ciernych tarcze hamulcowe-okładziny cierne. Bardzo istotne jest również spełnienie wymagań skrajni
kinematycznej wg karty UIC 505-1 [12]. Szczególną
uwagę przy konstruowaniu nowych układów biegowych należy zwrócić oprócz zagadnień dynamicznych
(komfort jazdy), bezpieczeństwa jazdy ( przejazd
przez tory wichrowate w warunkach quasistatycznych
oraz oddziaływanie na tor) oraz hamulcowych (zapewnienie wymaganej hamowności, mierzonej przez
drogę hamowania) na elementy związane z ochroną
środowiska naturalnego, do jakich należą ograniczenie
emisji substancji szkodliwych do otoczenia oraz emisji
hałasu. Zainstalowanie tylko i wyłącznie hamulca
tarczowego i rezygnacja z hamulca tarczowego nie jest
gwarantuje jeszcze istotnego postępu w zwalczaniu
hałasu. Kolejnym zagadnieniem, na jakie należy
zwrócić uwagę jest bezobsługowość poszczególnych
elementów układu biegowego oraz ich łatwa dostępność podczas ewentualnych napraw, co rzutuje na ich
koszty oraz utrzymania pojazdu w stanie gotowości do
eksploatacji, czyli tzw. dyspozycyjność. Wiąże się to z
ograniczeniem węzłów wymagających konserwacji i
napraw jak np. węzeł łożyskowy, który tradycyjnie
podlegał większemu nakładowi pracy ze względu na
wymianę smaru. Istotnym czynnikiem przy projektowaniu jest zapewnienie bardzo dużej odporności poszczególnych części układu biegowego przed korozją,
która zmniejsza wytrzymałość zmęczeniową. Dobór
farb gruntowych i nawierzchniowych musi być również determinowany przez własności tłumiące drgań
materiałowych oraz brak substancji szkodliwych dla
środowiska naturalnego. Konstrukcja układu biegowego dla wagonów osobowych przystosowanych do wysokich prędkości jest poważnym wyzwaniem techno-
12
Literatura
[1] Adam H.D., Simbürger A., Oreski W.: Viaggio Comfort-Intercity-Reisezugwagen für das 21 Jahrhundert.
Eisenbahntechnische Rundschau. Mai 2008. Nr. 04
[2] Bonnepart R., Raison J.: Die NeigetechnikErprobungsträger der SNCF –TGV mit Neigetechnik,
Axis und Triebzug X-TER. Zevrail Glasers Annalen.
126 Tagungsband SFT Graz 2002.
[3] Jänsch E.: Fahrzeugentwicklungen für den Hochgeschwindigkeitsverkehr. Eisenbahningenieur 9.2001.
[4] Kaiser B.: Untersuchung des Korrosionsschutzes an
Schraubenfedern für Schienenfahrzeuge. Eisenbahntechnische Rundschau Nr.132, 7+8. 2008.
[5] Madeyski T.: Fahrwerkstechnik. Zusammenwirken mit
dem Fahrweg und dem Fahrzugkasten. Eisenbahntechnische Rundschau. Nr.48, 9.1999.
[6] Okamoto I.: Geschwindigkeitssteigerung des Shinkansen. Technologische Entwicklungen. Schienen der
Welt. 08-09.2008.
[7] Schmidt M.: Moderne Fahrwerksrahmen-Fertigung in
Graz. Glasers Annalen Nr. 125 0.3.2001.
[8] Sobaś M.: Tendencje rozwojowe w układach biego
wych przystosowanych do wysokich Prędkości. Materiały konferencyjne.. XVIII Konferencja Pojazdów Szynowych. Katowice-Ustroń 17-19.09.2008.
[9] Wittenbeck L., Sobaś M.: Analiza modalna bezprzedziałowego wagonu osobowego. XVIII Konferencja
Pojazdów Szynowych. Materiały konferencyjne Politechniki Śląskiej. Katowice-Ustroń 17-19.09.2008
[10] Zacher M.: Erfahrungen über Zusammenwirken von
Fahrzeug und Fahrweg im Hochgeschwindigkeitsverkehr bei der Deutschen Bahn AG. Glasers Annalen
132, 6-7. 2008.
[11] Karta UIC 410: Skład i określenie ładunku oraz hamowania pociągów pasażerskich. 6-te wydanie z
sierpnia 2006.
[12] Karta UIC 505-1: Pojazdy kolejowe. Skrajnia pojazdów. 10-te wydanie z maja 2006
[13] Karta UIC 507: Wagony towarowe. Warunki, którym
powinny odpowiadać wagony towarowe w komunikacji
promowej. 1-sze wydanie, nowy nakład z 1.07.1997, ze
zmianą z 1.07.1997.
[14] Karta UIC 508-2: Urządzenia do czyszczenia i parkowania w stanie gotowości do pracy dla pojazdów
transportu pasażerskiego. 1-sze wydanie z 1.01.1994.
[15] Karta UIC 510-2:Pojazdy doczepne. Warunki do stosowania kół o różnych średnicach w układach biegowych różnego typu. 4-te wydanie z 04. 2004.
[16] Karta UIC 515-0: Wagony pasażerskie. Wózki-Układy
biegowe. 2-gie wydanie, kwiecień 2001.
[17] Karta UIC 515-1: Pojazdy dla transportu pasażerskiego. Wózki toczne. Układy biegowe. Ustalenia ogólne
dla zespołów konstrukcyjnych wózków. 2-gie wydanie
03.2003.
[18] Karta UIC 515-3: Pojazdy kolejowe. Wózki-układy
biegowe. Metoda obliczania osi zestawów kołowych.
Wydanie 1-sze z 1.07.1994.
[19] Karta UIC 515-4: Pojazdy kolejowe dla transportu
pasażerów. Wózki toczne –układy biegowe. Badania
wytrzymałościowe ram wózków. 1-sze wydanie z
1.01.1993.
[21] Karta UIC 515-5: Pojazdy trakcyjne i wagony. Wózki
–układy biegowe. Badania maźnic zestawów kołowych.
1-sze wydanie z 1.07.1994.
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
[22] Karta UIC 518: Badania i homologacja pojazdów
szynowych z punktu widzenia właściwości dynamicznych, bezpieczeństwa jazdy, obciążenia toru i parametrów biegowych. 3-cie wydanie, październik 2005.
[23] Karta UIC 533: Uziemienie ochronne części metalowych pociągu. 2-gie wydanie z 1.01.1977.
[24] Karta UIC 543: Hamulec. Przepisy na wyposażenie
wagonów. 12-te wydanie, czerwiec 2003
[25] Karta UIC 544-1: Hamulec. Hamowność. 4-te wydanie
z maja 2004.
[26] Karta UIC 541-05: Hamulec. Przepisy dotyczące budowy różnych części hamulca. Urządzenia antypoślizgowe. 2-gie wydanie, sierpień 2005.
[27] Karta UIC 546: Hamulec. Hamulec dużej mocy dla
pociągów pasażerskich. 5-te wydanie z 1.01.1967.
[28] Karta UIC 552: Zasilanie pociągów w energię elektryczną. Ujednolicone charakterystyki techniczne szyny
zbiorczej. 10-te wydanie z czerwca 2005.
[29] Karta UIC 567-1: Zunifikowane wagony pasażerskie
typów X i Y dopuszczone do ruchu międzynarodowego.
Charakterystyki. 4-te wydanie z 1.01.1978, 7-dma
zmiana z 1.01.1994.
[30] Karta UIC 660:Przepisy dotyczące zapewnienia kompatybilności technicznej dla pociągów do stosowania
dużych prędkości. 2-gie wydanie, sierpień 2002.
[31] Karty UIC 814: Warunki techniczne dotyczące homologacji oraz dostawy smarów przeznaczonych do smarowania maźnic tocznych pojazdów szynowych. 2-gie
wydanie z 1.07.1978.
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
[32] Karta UIC 822: Warunki techniczne dostawy
sprężyn śrubowych naciskowych formowanych na gorąco lub zimno dla pojazdów trakcyjnych i wagonów.
5-te wydanie z listopada 2003.
[33] PN-EN 12082:2000: Kolejnictwo- Maźnice- Badania
eksploatacyjne
[34] PN-EN 13103:2003: Zestawy kołowe i wózki. Osie
zestawów kołowych tocznych. Zasady konstrukcji.
[35] PN-EN 13260:2006: Kolejnictwo. Zestawy kołowe i
wózki. Wymagania dotyczące wyrobu
[36] PN-EN 13261:2004: Kolejnictwo- Zestawy kołowe i
wózki. Osie. Wymagania dotyczące wyrobu
[37] PN-EN 13262: 2005: Kolejnictwo. Zestawy kołowe i
wózki. Koła. Wymagania dotyczące wyrobu.
[38] PN-EN 13298:2003: Kolejnictwo. Elementy zawieszenia. Stalowe sprężyny śrubowe zawieszenia.
[39] PN-EN 13749:2005: Kolejnictwo-Zestawy kołowe i
wózki-Metody określania wymagań konstrukcyjnych
dla ram wózków.
[40] PN-EN 14363:2005: Kolejnictwo-Badania własności
dynamicznych przed dopuszczeniem pojazdów szynowych. Badania własności biegowych i próby stacjonarne.
[41] Raport ORE/ERRI B176/DT278: Wpływ przemieszczenia poprzecznego belki bujakowej na profile pojazdów(
ang.„influence of lateral swing bolster play of vehicle
profiles”) Utrecht 04.1983.
[42] http: //www. khi.co.jp.
[43] http: //www. bombardier.com.
[44] http:// www. transtec-vetschau.de
13
dr inż. Stanisław Bocian
mgr inż. Jerzy Frączek
Instytut Pojazdów Szynowych „TABOR’
Program do badań układu sterująco – pomiarowego,
pracującego w sieci CANopen,
przeznaczonego do pojazdu szynowego
W artykule opisano program do badania układu sterująco – pomiarowego pracującego w
sieci CANopen. Wykorzystano do tego język programowania ogólnego (język C++). Przez
autorów artykułu zostały zrealizowane funkcje dotyczące sieci CANopen związane z
konfiguracją i monitorowaniem pracy w sieci oraz funkcje związane z uruchomieniem
programów badawczych. Przedstawiono przykład uruchamiania programu sterującego
hamulcem pneumatycznym pojazdu szynowego z wykorzystaniem 12 - pozycyjnego
zadajnika. Praca jest kontynuacją artykułu „Przyszłościowe współbieżne mikroprocesorowe
inteligentne systemy mechatroniczne w sterowaniu i diagnostyce pojazdów szynowych”
przedstawionego w czasopiśmie „Pojazdy Szynowe” 4/2007; 1/2008; 2/2008.
Artykuł powstał w wyniku realizacji projektu badawczego KBN 4T 12C 04929
pt.” Rozproszone współbieżne mikroprocesorowe inteligentne podsystemy mechatroniczne w
sterowaniu i diagnostyce pojazdów szynowych”.
1. Wprowadzenie
W pracach [1, 2, 3 i 4] przedstawiono wiadomości na
temat sieci CAN. W artykule opisano
program Copen zrealizowany przez autorów artykułu,
spełniający rolę pomocniczą przy tworzeniu i badaniu
algorytmów sterująco - pomiarowych. Algorytmy te
mają być realizowane przez układy komputerowe
pracujące w sieci CANopen.
Docelowy układ może składać się np. z kosztownych
sterowników i komputerów przemysłowych, dlatego
korzystne jest wstępne dopracowanie algorytmu przy
wykorzystaniu sprzętu PC powszechnego użytku.
Funkcje programu dzielą się zasadniczo na dwie
grupy:
- funkcje dotyczące sieci CANopen związane z
konfiguracją i monitorowaniem pracy sieci
- funkcje związane z uruchamianiem programów
badawczych.
Typowy komputer PC, aby mógł współpracować z
siecią CAN (która jest podstawą standardu
CANopen), musi być wyposażony w sprzęg do tej
sieci. Obecnie program może korzystać z trzech
rodzajów sprzęgów. Są to konwertery:
- USB / CAN, typu USB-8473 firmy National
Instruments
- RS232 / CAN, typu i-7530 (Tech base)
- PCMCIA / CAN, typu CANcardXL firmy Vector
Informatik.
Wyboru typu sprzęgu dokonuje się przy starcie
programu, co pokazuje rys. 1.
Możliwe do wyboru są te pozycje, które są aktualnie
zainstalowane w komputerze.
14
Rys. 1. Okno wyboru typu złącza CAN
Po dokonaniu wyboru mamy na ekranie okno główne
przedstawione na rys. 2. Funkcje dotyczące sieci są
dostępne przez menu "Sieć", a funkcje programów
badawczych przez menu "Programy".
2. Funkcje konfiguracyjne programu
Funkcje dotyczące konfiguracji, testowania i
monitorowania sieci są skupione w oknie otwieranym
z menu: Sieć | Konfiguracja (rys. 2). Funkcje są
pogrupowane na oddzielnych kartach odpowiednio do
serwisów CANopen: NMT, SDO, PDO. Serwisy
CANopen są omówione w [2]. Karty Can1 i Can2
służą do monitorowania sieci na poziomie
komunikatów CAN.
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
Rys. 2. Okno główne programu
2.1. Serwis NMT
Karta Nmt (rys.3) pozwala na wykonywanie przez
program funkcji mastera serwisu: Network
Management (NMT). W każdej sieci CANopen musi
być węzeł pełniący taką funkcję. Aby wykonać
operację należy wybrać adres węzła slave (Slv ID),
funkcję (Start remote node, ...) i wysłać komunikat
naciskając klawisz Tx.
Rys. 3. Karta serwisu: Network Managment (NMT)
2.2. Serwis SDO
Karty Sdo1, Sdo2, Sdo3 (rys. 4, 5, 6) pozwalają na
wykonywanie przez program funkcji klienta serwisu:
Service Data Objects (SDO). Serwis SDO służy do
konfiguracji słownika obiektów węzłów slave.
Funkcje polegają na odczycie (Upload) i zapisie
(Download) pozycji słownika.
Poszczególne pozycje słownika są określone przez
indeks i subindeks i mogą zawierać dane złożone z 1
.. 8 bajtów. Karta Sdo1 pozwala na dostęp do
dowolnej pozycji słownika. Aby odczytać pozycję
należy podać indeks i subindeks i kliknąć: Upload.
Aby zapisać pozycje należy dodatkowo podać liczbę
zapisywanych bajtów (pole Dlc) oraz ich wartości
(pola D1 .. D8). Aby korzystać z tej karty trzeba znać
szczegółowy opis pozycji słownika obiektów zawarty
np. w opisach standardu CANopen [4], [5] lub w
dokumentacji konkretnego węzła slave.
W polu informacyjnym pokazywana jest wymiana
komunikatów w ramach każdej operacji SDO. Przez
tx: oznaczone są komunikaty wysyłane, przez rx:
odbierane
Karty Sdo2 i Sdo3 ułatwiają wykonywanie
wybranych operacji SDO. Modyfikowane parametry
są przedstawione w sposób wygodny dla
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
Rys. 4. Karta ogólna serwisu Service Data Objects (SDO).
użytkownika. Ustalenie indeksu, subindeksu i zestawu
bajtów danych wykonuje program. Przykładem na
karcie Sdo2 rys. 3 jest parametr Heartbeat producer
[2], związany z kontrolą poprawności pracy sieci.
Parametr ten ustala odstęp czasowy wysyłania
kolejnych komunikatów Heartbeat przez węzeł slave.
Należy tylko podać czas w ms i kliknąć klawisz:
Ustaw.
Karta Sdo3 rys. 6 zawiera elementy związane z
konfiguracją obiektów PDO (transmisja danych
procesowych). Zadanie obejmuje ustalenie parametrów mapowania (powiązania danych PDO z
odpowiednimi pozycjami słownika obiektów węzła
slave) i parametrów komunikacyjnych obiektów PDO
[2]. Konfiguracja PDO jest konieczna, gdy domyślny
zdefiniowany w [4] układ PDO jest w danym
zastosowaniu niewystarczający. W szczególności
potrzeba taka zachodzi. gdy oprócz stanów wejść i
wyjść fizycznych należy przesyłać między węzłami
wartości zmiennych obliczeniowych. W takiej
sytuacji należy ustalić rozszerzony układ identyfikatorów COB-ID dla obiektów PDO. W [3], p.4.2
przedstawiono przykład takiego układu. Elementy na
karcie Sdo3
rys. 6 ułatwiają konfigurację według powyższego
układu.
Rys. 5. Karta wybranych funkcji serwisu Service Data Objects
(SDO)
15
Rys. 6. Karta serwisu Service Data Objects (SDO) dla
konfiguracji obiektów PDO
2.3. Serwis PDO
Serwis Process Data Objects (PDO) służy do
transmisji danych procesowych podczas normalnej
pracy węzła za pomocą objektów PDO. Karta Pdo1
(rys. 7) służy do wysłania i odbierania obiektów PDO.
Przy wysłaniu należy podać adres węzła slave, numer
PDO, liczbę wysyłanych bajtów (Dlc) i wartość
bajtów (pola D1 .. D8). Program ustala identyfikator
komunikatu (COB-ID) przy czym dla PDO nr 1..4
według domyślnego układu identyfikatorów [4] a dla
pozostałych według wspomnianego wcześniej układu
przykładowego [3], p.4.2.
W polu informacyjnym górnym pokazywane są
wysyłane komunikaty określane jako TPDO. W polu
dolnym pokazywane są odbierane przez program
obiekty określone RPDO.
Rys. 8. Karta pomocnicza serwisu Process Data Objects (PDO)
2.4. Transmisja CAN
Na karcie Can1 (rys. 9) można wysłać i odebrać
dowolny komunikat CAN. Komunikaty są prezentowane odpowiednio w górnym i dolnym polu
informacyjnym. Dla komunikatów odbieranych
można zastosować jednozakresowy filtr powodujący
pomijanie pewnego zakresu identyfikatorów.
Rys. 9. Karta wysyłania i odbierania komunikatów CAN
Karta Can2 (rys. 10) służy do prezentacji odbieranych
komunikatów CAN. W odróżnieniu od karty Can1
komunikaty o tym samym identyfikatorze są
prezentowane w tym samym wierszu zawierającym
licznik odebranych komunikatów (kolumna N).
Rys. 7. Karta ogólna serwisu Process Data Objects (PDO)
Karta Pdo2 (rys. 8) obsługuje wybrane obiekty PDO
w sposób wygodny dla użytkownika. Obsługa dotyczy
czterech wejść i czterech wyjść binarnych oraz dwóch
wejść i dwóch wyjść analogowych.
Jednocześnie można obsługiwać do czterech węzłów
slave o wybranych adresach (Slv ID).
16
3. Funkcje badawcze programu
Program Copen zawiera program badawczy: Hamowanie 1. Algorytm tego programu jest omówiony w
[3]. W skrócie algorytm polega na realizacji hamowania sterowanego 12 - pozycyjnym zadajnikiem.
Hamowanie składa się z zadanej liczby odcinków
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
Rys. 10. Karta dodatkowa dla prezentacji odbieranych
komunikatów CAN
hamowania o zadanym czasie trwania. Na każdym
odcinku załączona jest wybrana pozycja zadajnika
hamowania. Układ hamulcowy jest sterowany dwoma
zaworami sterowanymi analogowo napięciem 0 ..
10V. Jeden z zaworów podnosi ciśnienie w układzie,
a drugi opuszcza według ustalonego algorytmu [3].
3.1. Przygotowanie programu badawczego
Rys. 12. Okno przygotowania danych programu Hamowanie 1
Algorytm regulacji ciśnienia jest określony zestawem
parametrów ustalanych wspólnie dla wszystkich
zestawów danych w oknie pokazanym na rys. 13.
Można przygotować dowolna liczbę zestawów danych
i wykonywać program z tym zestawem wielokrotnie.
Okno na rys. 11 służy do organizowania i uruchamiania programu z poszczególnymi zestawami danych.
Rys. 13. Okno ustalania parametrów hamowania
3.2. Realizacja programu badawczego
Rys. 11. Okno organizowania zestawów danych i uruchamiania
programów badawczych
Przygotowanie poszczególnych zestawów danych
odbywa się w kolejnym oknie (rys. 12). Po ustaleniu
liczby odcinków programu dla każdego odcinka ustala
się czas jego trwania (t_odc) i wybiera z listy pozycję
zadajnika hamowania.
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
Po wybraniu klawisza: Start w oknie zestawów danych (p.3.1) otwiera się okno z rys. 14. Po wybraniu
kolejnego klawisza: Start rozpoczyna się realizacja
algorytmu programu badawczego.
W oknie są prezentowane różne elementy związane z
przebiegiem programu. W dolnym panelu są wartości
zadane ustalane zgodnie z przygotowanym zestawem
danych i wysyłane do stacji slave realizujących
hamowanie. W górnej części okna jest prezentowany
aktualny stan węzłów slave (jednocześnie do pięciu
węzłów).
17
Rys. 14. Okno realizacji programu badawczego.
4. Podsumowanie
Literatura
Przedstawiono program wspierający badanie układu
pomiarowo - sterującego pracującego w sieci CAN
open na etapie jego projektowania i uruchamiania.
Program umożliwia konfigurację i monitorowanie
pracy sieci oraz realizację algorytmów pomiarowo sterujących. Powyższe funkcje pozwalają na badanie
różnych wariantów pracy układu przeznaczonego do
pojazdów szynowych przed wykonaniem jego wersji
docelowej.
[1] Bocian S.: Przyszłościowe współbieżne mikroprocesorowe inteligentne systemy mechatroniczne w
sterowaniu i diagnostyce pojazdów szynowych (1).
Pojazdy Szynowe Nr 4/2007.
[2] Koncepcja układu do badania algorytmów sterujących w pojazdach szynowych. Opis układu
sieciowego CANopen. Instytut Pojazdów Szynowych
„Tabor” w Poznaniu, OR–9200.
[3] Koncepcja układu do badania algorytmów
sterujących w pojazdach szynowychw oparciu o sieć
CANopen. Program testowy algorytmów sterujących.
Instytut Pojazdów Szynowych „Tabor” w Poznaniu,
OR–9280.
[4] CANopen. Application Layer and Communication
Profile. CiA Draft Standard 301. CAN in Automation,
Am Weichselgarten 26, D-91058 Erlangen, 2002,
www.can-cia.org
[5] CANopen. Device Profile for Generic I/O Modu-les.
CiA Draft Standard 401. CAN in Automation, Am
Weichselgarten 26, D-91058 Erlangen, Version 2.1,
2002, www.can-cia.org
18
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
inż. Roch Tarczewski
Instytut Pojazdów Szynowych „TABOR”
Certyfikacja pojazdów szynowych
narzędziem do spełnienia wymagań bezpieczeństwa
i interoperacyjności
W artykule przedstawiono proces certyfikacji wyrobu w kontekście etapów charakterystycznych dla pojazdu szynowego oraz wskazano źródła wymagań i stosowane dokumenty odniesienia. Ukazano miejsce procesu certyfikacyjnego w całokształcie postępowania merytorycznego i formalnego mającego na celu dopuszczenie pojazdu szynowego do eksploatacji na
sieci kolejowej w Polsce. Zaprezentowano algorytm procesu certyfikacyjnego zaprojektowanego z przeznaczeniem dla Ośrodka Certyfikacji w Instytucie Pojazdów Szynowych „TABOR” w Poznaniu.
1. Wstęp
Kolejnictwo jako publiczny rodzaj transportu masowego zdaje się przeżywać renesans w nowej odmienionej technicznie formule. Wzrost prędkości narzuca
ostrzejsze wymagania w zakresie bezpieczeństwa a
podwyższenie komfortu podróżowania wymaga szerokiego zastosowania elektroniki, automatyki, klimatyzacji i systemów diagnostycznych. Składy pociągów
realizują coraz większe przebiegi dobowe, co wymaga
niezawodności taboru. W związku z rozszerzeniem
zakresu kursowania pociągów poza granice krajowe
państw członkowskich Unii Europejskiej (UE) a niekiedy i dalej, znaczenia nabiera problem współpracy
z urządzeniami infrastruktury kolejowej oraz taborem
innych operatorów. Aspekty te wymusiły wprowadzenie przez Unię Europejską uregulowań uniwersalnych
w postaci dyrektyw [1],[2],[3],[4], traktujących kolejnictwo jako system z podziałem na podsystemy.
Jednym z podsystemów jest tabor kolejowy, będący
przedmiotem działalności statutowej Instytutu Pojazdów Szynowych „TABOR” w Poznaniu.
Każdy pojazd szynowy, jako element podsystemu,
podlega nadzorowi właściwej krajowej agendy rządowej, odpowiedzialnej za dopuszczenie pojazdu do
eksploatacji na krajowej sieci kolejowej. W Polsce
taką funkcję spełnia Urząd Transportu Kolejowego
(UTK), działający w ramach Ministerstwa Infrastruktury. Dokumentem formalnym zezwalającym na dopuszczenie do ruchu na sieci Polskich Linii Kolejowych (PLK) jest świadectwo wydawane przez UTK.
Podstawą wydania przez UTK świadectwa dopuszczenia są dwa rodzaje dokumentów: dokumenty odniesienia określające wymagania dla przedmiotowego
pojazdu (Techniczne Standardy Interoperacyjności –
TSI, normy europejskie – EN, Karty UIC) oraz dokumenty będące dowodami, że pojazd wymagania te
spełnia (raporty z badań oraz opinie opracowane
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
przez niezależne, akredytowane, autoryzowane i
notyfikowane laboratoria, np. w Instytucie Pojazdów
Szynowych „TABOR” w Poznaniu).
Takie postępowanie zawiera w sobie dwa aspekty: akt
formalnego wydania świadectwa dopuszczenia do
ruchu przez UTK, niosący odpowiedzialność państwa
za bezpieczeństwo przewozów oraz poprzedzający go
proces certyfikowania wyrobu (pojazdu).
2.Etapy charakterystyczne dla pojazdu szynowego
Zaistnienie pojazdu szynowego bierze początek, gdy
na rynku przewozów pojawi się zapotrzebowanie na
określony rodzaj przewozów pasażerskich lub towarowych. Taka potrzeba pojawia się zwykle w świadomości zainteresowanego przewoźnika lub organu
władzy np. samorządowej. Etap ten wymaga analiz
planistycznych, technicznych i ekonomicznych,
przyjmujących formy oficjalnych dokumentów, podlegających uzgodnieniom i zatwierdzeniu.
Końcowym etapem charakterystycznym dla pojazdu
szynowego jest likwidacja, recykling lub utylizacja,
następująca po wieloletniej eksploatacji, gdy pojazd
wyczerpał swoje możliwości i przestał spełniać stawiane wymagania.
Całościowe zestawienie etapów charakterystycznych
dla pojazdu szynowego przedstawiono w tabeli 1.
Każdy z etapów obejmuje określone procesy i kończy
się ich udokumentowaniem.
Wśród procesów, na szczególną uwagę, z punktu widzenia kompleksowej oceny pojazdu, zasługuje proces certyfikacji (Lp. 8). Na uwagę zasługuje także
fakt, iż w realizację znaczącej części procesów związanych z pojazdem szynowym zaangażowany jest w
całości lub częściowo Instytut Pojazdów Szynowych
„TABOR”. Udział ten jest zaznaczony w tabeli 1
wytłuszczonym drukiem.
19
Zestawienie etapów charakterystycznych dla pojazdu szynowego
Tabela 1
Lp.
1.
Etap
Określenie zapotrzebowania
rynku
Realizator
Zainteresowany przewoźnik lub
organ władzy
Dokumenty
Analizy rynku, plany rozwoju i
finansów regionu
2.
Określenie wymagań klienta
(przewoźnika)
Przewoźnik jako inwestor
zamawiający pojazd
Specyfikacja techniczno- ekonomiczna
pojazdu
3.
Określenie wymagań
operatora sieci kolejowej
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Właściciel infrastruktury
kolejowej (w Polsce PKP-PLK)
na podstawie dyrektyw UE
(Techniczne Standardy
Interoperacyjności)
Jednostka projektowa w
Określenie możliwości
systemie zarządzania jakością
technicznych, technolog.
PN-ISO 9001
materiałowych
Opracowanie dokumentacji Jednostka projektowa w
projektowej
systemie zarządzania jakością
PN-ISO 9001
Wyprodukowanie pojazdu,
Producent we współpracy z
testy odbiorcze
poddostawcami w SZJ PN-ISO
9001 lub IRIS
Laboratorium akredytowane,
Badania laboratoryjne i
autoryzowane, notyfikowane
eksploatacyjne
wg PN-EN ISO/IEC 17025
Certyfikacja obowiązkowa Jednostka certyfikująca
lub dobrowolna
wyroby, akredytowana,
autoryzowana, notyfikowana
wg PN-EN 45011
Dopuszczenie do ruchu
10.
Eksploatacja i utrzymanie
pojazdu
11.
Modernizacja pojazdu
(jeżeli to uzasadnione)
12.
13.
14.
15.
16.
Wykonanie modernizacji
Badania
Certyfikacja
Dopuszczenie
Likwidacja, recykling,
utylizacja
Specyfikacja wymagań:
interoperacyjności, bezpieczeństwa,
energochłonności, komfortu i ekologii
wg TSI
Studium koncepcyjne pojazdu
uzgodnione z inwestorem
Dokumentacja techniczna niezbędna
dla wyprodukowania pojazdu
Atesty materiałowe, świadectwa
odbiorcze, protokoły prób i testów
Raporty z badań
Specyfikacja techniczno-ekonomiczna
pojazdu. Specyfikacja wymagań:
interoperacyjności, bezpieczeństwa,
komfortu i ekologii wg TSI.
Analizy, Obliczenia, Interpretacje,
Opinie, Oceny.
Certyfikat zgodności
Agenda rządowa odpowiedzialna Rozporządzenia Ministra Infrastruktury
za bezpieczeństwo ruchu.
[9, 11]
(W Polsce Urząd Transportu
Analizy, Obliczenia, Interpretacje,
Kolejowego).
Opinie, Oceny.
Świadectwo dopuszczenia
DTSU, zapisy przebiegów, przeglądów,
Przewoźnik- wg Dokumentacji
awarii, napraw
Technicznych Standardów
Utrzymania
Jednostka projektowa w
Studium koncepcyjne pojazdu
systemie zarządzania jakością uzgodnione z inwestorem
PN-ISO 9001
Dokumentacja Techniczna niezbędna
dla modernizacji
Jak w p.6
Jak w p.6
Jak w p.7
Jak w p.7
Jak w p.8
Jak w p.8
Jak w p.9
Jak w p.9
Protokoły likwidacji pojazdu
Przewoźnik oraz
Potwierdzenia recyklingu i utylizacji
wyspecjalizowane jednostki wg
stosownych dyrektyw
3.Proces certyfikacji wyrobu
Certyfikacja wyrobu polega na porównaniu wyspecyfikowanych wymagań dla danego wyrobu z wynikami
niezależnych jego badań oraz formalnym potwierdzeniu spełnienia wymagań. Instytucja przeprowadzająca
proces certyfikowania wyrobów winna spełniać wymagania normy [5], potwierdzone akredytacją krajo20
wej jednostki akredytującej (Polskie Centrum Akredytacji – PCA) oraz zgodnie z ustawą [6],[7] uzyskać
autoryzację (udzielaną w imieniu Ministerstwa Infrastruktury przez Urząd Transportu Kolejowego) oraz
notyfikację UE.
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
Z definicji certyfikacji wynika, że certyfikat zgodności jest warunkiem merytorycznym i koniecznym, ale
nie wystarczającym dla dopuszczenia pojazdu do
ruchu. Niezbędny jest jeszcze krok merytoryczno –
formalny zawierający akt podjęcia odpowiedzialności
państwa za stan bezpieczeństwa; a więc świadectwo
dopuszczenia do ruchu.
Z brzemienności skutków dopuszczenia pojazdu do
ruchu wywodzą się wymagania normy [5] dotyczące
jednostek certyfikujących i personelu przez nie zatrudnionego.
Certyfikacja pojazdów szynowych i ich zespołów
związana z dopuszczeniem do ruchu, obejmująca
bezpieczeństwo ruchu oraz interoperacyjność wynikającą z dyrektyw unijnych dla kolejnictwa[1,2,3,4] jest
obowiązkowa. Certyfikacja
dobrowolna może być wykonywana z inicjatywy
producenta i służyć promocji wyrobu na rynku celem
zaprezentowania go potencjalnemu użytkownikowi.
4.Polityka w dziedzinie certyfikacji wyrobów
Polityka dotycząca certyfikacji wyrobów – pojazdów
szynowych jest pochodną wymagań prawnych [6,7,8]
wyrażających odpowiedzialność władz państwowych
za bezpieczeństwo i interoperacyjność w ruchu kolejowym na obszarze kraju zgodnie z dyrektywami UE
[1,2,3,4]. Wymagania systemowe w odniesieniu do
certyfikacji wyrobów określa norma [5]. Instytucje i
osoby zajmujące się certyfikowaniem wyrobów winny
dysponować dużą wiedzą i doświadczeniem w dziedzinie taboru kolejowego w aspektach takich jak:
konstrukcja, obliczenia, projektowanie, rozwój, modernizacje, wykonawstwo nowatorskich rozwiązań,
badania, analizy, ekspertyzy, oceny, opiniowanie i
doradztwo.
Klientami, zainteresowanymi certyfikacją swoich
wyrobów są jednostki zajmujące się produkcją, modernizacją i naprawami oraz eksploatacją taboru szynowego w kraju i poza granicami. Klienci oczekują
zwykle konsultacji merytorycznych, profesjonalnej
obsługi i przyjaznej współpracy.
Ośrodek Certyfikacji Wyrobów winien mieć na celu
działanie na rzecz klientów w dziedzinie certyfikacji
pojazdów szynowych i ich zespołów, co jest niezbędnym elementem promowania transportu szynowego
oraz bezpiecznej i przyjaznej dla pasażera i środowiska eksploatacji.
Ośrodek Certyfikacji Wyrobów, podlega bezpośrednio Dyrektorowi Instytutu, mając zapewnioną osobowością prawną, autonomię organizacyjną, możliwość
angażowania niezależnego personelu i nie podlega
żadnym zewnętrznym i wewnętrznym naciskom organizacyjnym i finansowym. Pracami Ośrodka kieruje
Główny Specjalista ds. Certyfikacji Wyrobów. Proces
certyfikacji wyrobów jest zgodny z wymaganiami
normy PN-EN 45011:2000.
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
5.Przebieg procesu certyfikacji wg [5] i [10]
Zgodnie z [5] możliwość zgłoszenia swojego wyrobu
(pojazdu lub zespołu) do certyfikacji ma każdy
producent. Natomiast nie może uczestniczyć w
procesie certyfikacji osoba będąca konstruktorem,
projektantem bądź producentem przedmiotowego
wyrobu oraz uczestnicząca w jego badaniach.
Przestrzeganie tej zasady jest podstawą zachowania
bezstronności i niezależności procesu.
Kolejne kroki postępowania w zaprojektowanym
procesie przedstawiono w algorytmie, rys.1.
Proces certyfikacji wyrobu jest usługą płatną w oparciu o umowę pomiędzy stronami. Podpisanie umowy
winno nastąpić możliwie na początku procesu, jednak
na etapie pozwalającym na oszacowanie niezbędnego
zakresu prac, a szczególnie ewentualnego podzlecania
badań, wykonania analiz specjalistycznych itp. W
uzasadnionych przypadkach, można stosować wówczas aneksowanie wcześniej spisanej umowy. Proces
certyfikacji zawarto w 12 krokach:
Krok 1. Analiza zamówienia lub zapytania klienta
wyrażającego zamiar poddania określonego wyrobu
certyfikacji, jest wykonywana w Ośrodku Certyfikacji Wyrobów (NC) pod kątem wymagań i możliwości
realizacji.
Krok 2. Jeżeli certyfikowanie okazuje się możliwe,
NC przesyła do klienta informator i druk wniosku o
przeprowadzenie certyfikacji wyrobu. W przeciwnym
wypadku NC wysyła pismo informując klienta o niemożności certyfikowania z podaniem uzasadnienia.
Krok 3. Klient składa wniosek, który winien spełniać
wymagania zawarte w informatorze.
Krok 4. NC dokonuje przeglądu wniosku na zgodność z kryteriami i warunkami certyfikacji.
Krok 5. Jeżeli wniosek spełnia wymagania formalne,
NC opracowuje plan oceny. W przeciwnym wypadku
wniosek wraca do klienta celem uzupełnienia.
Krok 6. W oparciu o plan oceny, NC wyznacza kompetentnych specjalistów, dokumentem powołania
zatwierdzonym przez Dyrektora Instytutu. NC nie
wyznacza takich ekspertów, którzy byli związani z
projektowaniem lub innym postępowaniem związanym z certyfikowanym wyrobem i mogliby być nieobiektywni w swoich ocenach. Specjaliści analizują
przedstawione przez klienta dokumenty celem ustalenia czy zachodzi potrzeba podzlecania badań.
Krok 7. Jeżeli zachodzi potrzeba, NC w porozumieniu z klientem podzleca badania w zakresie niezbędnym dla dokonania oceny wyrobu, względnie klient
zleca badania we własnym zakresie.
Krok 8. NC kompletuje dokumenty niezbędne dla
oceny wyrobu takie jak raporty z badań, obliczenia,
analizy, dokumentacja konstrukcyjna oraz kryteria
oceny zawarte w TSI, normach Kartach UIC i innych
opracowaniach.
21
22
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
23
E
Rys. 1 Algorytm procesu certyfikacji wyrobów
Krok 9. Opracowanie ocen cząstkowych jest wykonywane przez powołanych niezależnych ekspertów.
Jeżeli zgromadzono niezbędne materiały źródłowe,
opracowuje się całościową ocenę wyrobu w formie
raportu. Raport podpisują autorzy ocen cząstkowych
oraz Główny Specjalista ds. Certyfikacji wyrobów.
Raport zawiera zestawienie ocen cząstkowych w konfrontacji z kryteriami i wymaganiami oraz ocenę końcową zgodności wyrobu.
W przypadku ocen negatywnych, raport zawiera wykaz niezgodności cech zidentyfikowanych z wymaganymi, których usunięcie warunkuje ocenę pozytywną.
24
Krok 10. Przekazanie raportu z oceny wyrobu klientowi, następuje na zasadach poufności niezależnie od
wyniku postępowania oceniającego.
Krok 11. Jeżeli raport wymaga wykonana działań
korygujących, to klient zobowiązany jest przedstawić
dowody, że wprowadzono niezbędne zmiany wynikające z raportu. Jeżeli wymagane jest częściowe powtórzenie oceny, postępowanie wraca do kroku 9.
Krok 12. Jeżeli nie występują przeszkody w nadaniu
certyfikatu, zespół oceniający pod przewodnictwem
Głównego Specjalisty ds. Certyfikacji Wyrobów podejmuje decyzję o przyznaniu certyfikatu zgodności.
Certyfikat podpisuje Główny Specjalista ds. Certyfikacji Wyrobów oraz Dyrektor Instytutu.
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
6. Zapisy związane z procesem certyfikacji wyrobów
Każdy krok postępowania certyfikacyjnego winien
być udokumentowany w celeu umożliwienia odtworzenia działań w przypadku ewentualności wystąpienia skargi klienta, awarii lub katastrofy pojazdu. Poniżej wyspecyfikowano zapisy dokumentujące kolejne
kroki procesu, oznaczając je symbolami Z1, Z2, Z3,
występującymi w algorytmie – rys.1.
Z1. Notatka z analizy zamówienia lub pisma od
klienta. Postać niesformalizowana, wykonuje Główny
Specjalista ds. Certyfikacji Wyrobów jako dowód
przeanalizowania wystąpienia klienta. Zawiera konkluzję niezbędną dla odpowiedzi klientowi na pytanie
„Czy certyfikacja jest możliwa?”.
Z2. Notatka z przeglądu wniosku o certyfikację złożonego przez klienta, na zgodność z wymaganiami
zawartymi w Informatorze. Wykonuje Główny Specjalista ds. Certyfikacji Wyrobów. Zawiera konkluzję
niezbędną dla odpowiedzi na pytanie „Czy wniosek
spełnia wymagania formalne?”
Z3. Protokół z posiedzenia zespołu ekspertów pod
przewodnictwem Głównego Specjalisty ds. Certyfikacji Wyrobów, zawierający konkluzję o przyznaniu lub
odmowie przyznania certyfikatu dla przedstawionego
wyrobu. Zawiera podpisy wszystkich ekspertów i
przewodniczącego zespołu.
7. Dokumenty związane z procesem certyfikacji
wyrobów
Kolejne etapy decyzyjne realizacji procesu wymagają
opracowania dokumentów, będących podstawą w
postępowaniu formalnym. Dokumenty te są
sygnowane w imieniu
Instytutu posiadającego
osobowość prawną i odpowiedzialność za wydawane
certyfikaty. Na rys.1 dokumenty oznaczono
symbolem D1 – D10.
D1. Pismo do klienta potwierdzające możliwość
podjęcia przez IPS-NC certyfikacji zgłoszonego
wyrobu. W tym przypadku przesyła się w załączeniu
informator o warunkach certyfikacji i druk wniosku.
D2. Pismo do klienta informujące o braku możliwość
podjęcia przez IPS-NC certyfikacji zgłoszonego
wyrobu. Pismo winno zawierać uzasadnienie.
D3. Plan oceny – opracowuje NC. Plan zawiera zestawienie czynności oceny wyrobu w strukturze tematyczno - terminowej z wyszczególnieniem
badań
niezbędnych do oceny.
D4. Pismo do klienta pismo z prośbą o uzupełnienie
wniosku, jeżeli wniosek posiada luki formalne.
D5. Dokument powołania ekspertów technicznych dla
dokonania cząstkowych
ocen wyrobu przygotowuje NC a zatwierdza DN.
D6. Pismo podzlecające wykonanie badań niezbędnych do oceny wyrobu.
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
D7. Wykaz dokumentów niezbędnych dla dokonania
oceny raporty z badań oraz
dokumenty normatywne zawierające kryteria oceny.
D8. Raport z oceny wyrobu opracowany przez członków zespołu oceniającego. Raport zawiera uwagi
wskazujące na niespełnienie wymagań lub zawiera
ocenę pozytywną wyrobu, która jest podstawą do
wydania certyfikatu zgodności wyrobu.
D9. Pismo do klienta informujące i uzasadniające
odmowę udzielenia certyfikatu.
D10.Certyfikat zgodności wyrobu podpisany przez
Głównego Specjalistę ds. Certyfikacji Wyrobów i
Dyrektora Instytutu.
8. Warunki udzielania, utrzymywania, rozszerzania, zawieszania i cofania certyfikatu
1) Jednostka Certyfikująca dokonuje certyfikacji wyrobów w dziedzinie pojazdów szynowych poprzez
porównanie wyników badań i analiz z wymaganiami
przyjętymi dla oceny danego wyrobu w postępowaniu
zgodnym z normą [5].
2) Badania wyrobu lub eksploatacja nadzorowana
muszą być wykonywane lub nadzorowane przez akredytowane laboratoria badawcze. Badania zleca wnioskodawca lub za jego zgodą Jednostka Certyfikująca.
3) Klient występuje do Jednostki Certyfikującej w
formie wniosku (na druku Jednostki Certyfikującej),
który winien zawierać:
-Określenie firmy zgłaszającej wyrób do certyfikacji,
nazwę, adres i status prawny.
-Określenie wyrobu, który ma być certyfikowany,
system certyfikacji i normy, na zgodność z którymi
wyrób ma być certyfikowany.
-Wnioskowany zakres certyfikacji.
-Zgodę wnioskodawcy na spełnienie wymagań certyfikacyjnych oraz na dostarczenie wszelkich informacji
niezbędnych do oceny wyrobu.
-Podpis upoważnionego przedstawiciela wnioskodawcy na arkuszu zasadniczym jak i na ewentualnych
załącznikach.
4) Certyfikacja jest przedmiotem umowy dwustronnej
określającej cenę, termin i pozostałe szczegóły certyfikacji.
5) Udzielanie certyfikacji punkt 4.6 normy [5]
Udzielanie certyfikacji na wyrób następuje, jeżeli nie
występują sprzeczności między wymaganiami a wynikami badań decydującymi o ich spełnieniu, oraz gdy
są zachowane warunki formalne.
6) Utrzymywanie certyfikatu jest warunkowane terminem jego wydania lub udokumentowanym brakiem
odstępów w zachowaniu się wyrobu w eksploatacji w
stosunku do wymagań.
7) Rozszerzanie certyfikacji jest możliwe wg postępowania wg Części A oraz spełnieniu wymagań dotyczących poszerzonego zakresu zgłoszonego we
wniosku, przy braku sprzeczności wymagań wcześniejszych i dotyczących rozszerzenia.
25
8) Zawieszenie certyfikacji występuje do czasu wykonania i potwierdzenia realizacji działań korygujących
wynikłych ze stwierdzonych niezgodności wyrobu z
wymaganiami w okresie objętym certyfikatem. Zawieszenie jest oznajmiane pisemnie wnioskodawcy i
publikowane jeśli to konieczne.
9) Cofnięcie certyfikatu następuje na warunkach jak w
p.4 gdy zachodzi brak perspektyw na przywrócenie
wyrobowi cech określonych w certyfikacie a działania
nie mogą być zrealizowane lub są nieopłacalne.
10) Klientowi przysługuje składanie reklamacji, skargi w odniesieniu do procesu certyfikacji w terminie 2
lat od zakończenia procesu certyfikacji.
9. Nadzór nad wyrobem certyfikowanym
Potrzeba stosowania nadzoru nad wyrobem certyfikowanym wynika z konieczności eliminacji przypadków nadużywania znaku certyfikacji wyrobu, wykorzystywania wyrobu niezgodnie z przeznaczeniem
oraz wynikłych z tego tytułu ewentualnych zagrożeń,
stosując następujące zasady:
1) Nadzór nad wyrobem certyfikowanym polega na
gromadzeniu i analizie informacji o zachowaniu się
wyrobu w eksploatacji i spełnianiu warunków zgodności z kryteriami zapisanymi w certyfikacie.
2) Nadzór wynika z odpowiedzialności jednostki
certyfikującej za zachowanie zgodności wyrobu z
certyfikatem oraz wykazaniu w razie konieczności, że
ewentualne nieprawidłowości w funkcjonowaniu wyrobu leżą po stronie niewłaściwej eksploatacji lub
zmian w procesie produkcji.
3) Zmiany właściwości wyrobu w stosunku do standardu określonego w certyfikacie, lub niespełnienie
wymagań potwierdzonych w certyfikacie mogą wynikać z czynników, takich jak:
-Zmiany konstrukcyjne.
-Zmiany materiałów, podzespołów lub części.
-Zmiany technologiczne.
-Niewłaściwa obsługa.
-Niezgodne z założeniami zastosowanie wyrobu.
-Stosowanie niewłaściwych materiałów eksploatacyjnych.
-Niezgodne z założeniami warunki pracy.
4) Wymienione wyżej zmiany i odstępstwa są niedopuszczalne. Mogą być wprowadzane tylko za wiedzą
i zgodą jednostki certyfikującej wyrób.
5) Wymienione zmiany i odstępstwa skutkują utratą
certyfikatu oraz koniecznością ponownego certyfikowania wyrobu w aspekcie zmienionych wymagań i
kryteriów.
6) Wnioskodawca zobowiązany jest pod groźbą utraty
certyfikatu do informowania jednostki certyfikującej o
wszelkich zmianach w wyrobie, które mogłyby mieć
wpływ na jego jakość.
7) Jednostka certyfikująca prowadzi rejestr wydanych
certyfikatów (zał.1) oraz skoroszyt dokumentacyjny
26
dla każdego wyrobu i dokonuje okresowych przeglądów wyrobów certyfikowanych zasięgając w tym celu
informacji od producenta i użytkownika. W tym celu
dokonuje ankietyzacji i analizy stanu wyrobu na
zgodność z certyfikatem.
8) W przypadku ujawnienia odstępstw od certyfikatu
oraz nadużywania wydanych dokumentów bądź nieodpowiedniej promocji wyrobu, jednostka certyfikująca przekazuje producentowi lub użytkownikowi
pisemne upomnienie, informuje o konsekwencjach,
cofa certyfikat podając to do publicznej wiadomości
bądź kieruje sprawę na drogę sądową.
9) Jednostka Certyfikująca Wyroby wymaga od producenta wyrobu certyfikowanego:
-Przechowywania i udostępniania zapisów dotyczących reklamacji zgodności wyrobu.
-Podejmowania i dokumentowania działań w związku
z reklamacjami i usterkami
wykrytymi w wyrobach, które mają wpływ na ich
zgodność z certyfikatem.
10. Nadzór nad dokumentacją, zapisami i poufnością
10.1.Przechowywanie dokumentacji związanej z certyfikacją.
Dokumentacja Systemu Zarządzania Ośrodka Certyfikacji Wyrobów oraz inne dokumenty (rysunki, analizy, obliczenia, opinie, raporty z badań itp.) są dokumentami wewnętrznymi i nie mogą być udostępnione osobom lub instytucją trzecim. Są przechowywane w wydzielonym pomieszczeniu Ośrodka Certyfikacji oraz nadzorowane poprzez spisy, rejestry dystrybucji, oraz książkę korespondencji wychodzącej i
przychodzącej.
Oryginały Księgi Jakości i Procedur przechowuje
Pełnomocnik ds. Jakości. Czas przechowywania dokumentów zdezaktualizowanych ustala się indywidualnie dla każdego przypadku, lecz nie krócej niż 5 lat.
W zakresie przechowywania i ochrony dokumentów i
plików komputerowych mają zastosowanie uregulowania obowiązujące w Instytucie, dotyczące archiwum oraz systemu komputerowego. Każdy zatrudniony przy certyfikacji podpisuje zobowiązanie do
zachowania poufności.
10.2.Zachowanie poufności informacji związanych z
certyfikacją.
Poufność dotyczy informacji technicznych i marketingowych przekazanych do Ośrodka Certyfikacji
Wyrobów przez wnioskodawcę oraz ocen i decyzji
podejmowanych w związku z wykonywaną certyfikacją. Przekazywanie dokumentów jest odnotowywane
lub potwierdzane na kopiach pism. Pomieszczenie
zawierające dokumentację jest zamykane, plombowane oraz dostępne tylko osobom upoważnionym, które
podpisały deklarację poufności.
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
11.Podsumowanie
Literatura:
1.W artykule skoncentrowano się na podstawowych
aspektach procesu certyfikacji wyrobów w aplikacji
dotyczącej pojazdów szynowych, nie omawiając ze
względu na komunikatywność prezentacji aspektów
wyłącznie dotyczących Systemu Zarządzania (audity,
działania korygujące, przeglądy zarządzania itd.).
2.Proces certyfikacji wyrobu jest niezależnym, obiektywnym działaniem potwierdzającym za pomocą certyfikatu, ocenę zgodności wyrobu z wymaganiami,
co nie jest jednoznaczne z dopuszczeniem pojazdu do
eksploatacji.
3.Na proces certyfikacji wyrobu składają się działania
merytoryczne ujęte w statutowym obszarze działalności Instytutu Pojazdów Szynowych „TABOR” i
leżące w kompetencjach zatrudnionych naukowców i
specjalistów.
4.Działania merytoryczne Instytutu na rzecz certyfikacji wyrobów oraz dopuszczenia pojazdu do ruchu
obejmują:
4.1.Badania wykonywane przez akredytowane, autoryzowane i notyfikowane laboratorium, posiadające
uznanie Kolei Niemieckich oraz będące na liście jednostek naukowo badawczych uprawnionych przez
polskie Ministerstwo Infrastruktury do wykonywania
badań na rzecz procedur dopuszczenia do eksploatacji
pojazdów szynowych w kraju [11 ].
4.2.Opracowywanie Dokumentacji
Technicznych
Standardów Utrzymania dla taboru szynowego, obliczenia, analizy, opinie, oceny, ekspertyzy, dotyczące
pojazdów szynowych i zespołów realizowane przez
ukierunkowanych naukowców i specjalistów w certyfikowanym systemie jakości ISO, na rzecz procedur
dopuszczenia do eksploatacji pojazdów szynowych w
kraju [11 ].
5.Wykonywane aktualnie przez Instytut działania
zgodnie z [9,11] wypełniają zakres merytoryczny
certyfikacji wyrobu, stanowią czynnik stymulujący
utrzymywanie wymaganego poziomu jakości i bezpieczeństwa taboru szynowego oraz dają solidne podstawy merytoryczne procesowi dopuszczania do ruchu
pojazdów na sieci kolejowej, realizowanemu przez
Urząd Transportu Kolejowego.
[1]
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
Dyrektywa 48/96/WE w sprawie interoperacyjności transeuropejskiego systemu kolei dużych
prędkości [2] Dyrektywa 2001/16/WE w sprawie interoperacyjności transeuropejskiego systemu kolei konwencjonalnej
[3] Dyrektywa 2004/50/WE zmieniająca dyrektywy
48/96/WE i 2001/16/WE
[4] Dyrektywa 2004/49/WE w sprawie bezpieczeństwa kolei wspólnotowych
[5] Norma PN-EN 45011:2000 „Wymagania ogólne dotyczące jednostek prowadzących systemy
certyfikacji wyrobów”.
[6] Ustawa z dnia 30 sierpnia 2002r. o systemie
oceny zgodności (Dz. U. 2002 nr
166,
poz.1360)
[7] Ustawa z dnia 29 sierpnia 2003 r. o zmianie
ustawy o systemie oceny zgodności oraz zmianie niektórych ustaw (Dz. U. 3003 nr 170,poz.
1652)
[8] Ustawa z dnia 28 marca 2003r. o transporcie
kolejowym – tekst jednolity (Dz. U. 2007 nr 16,
poz.94)
[9] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia
12 października 2005 r. w sprawie zakresu badań koniecznych do uzyskania świadectw dopuszczenia do eksploatacji typów budowli i
urządzeń przeznaczonych do prowadzenia ruchu kolejowego oraz typów pojazdów kolejowych (Dz. U. 2005 nr212, poz.1772)
[10] Przewodnik PKN-ISO/IEC Guide 67 marzec
2007 Ocena zgodności. Podstawy certyfikacji
wyrobów.
[11] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia
30 kwietnia 2004 r w sprawie świadectw dopuszczenia do eksploatacji typu budowli i urządzeń przeznaczonych do prowadzenia ruchu kolejowego oraz typu pojazdu kolejowego.
27
mgr inż. Marcin Haba
Instytut Pojazdów Szynowych „TABOR”
Możliwości wykorzystania przekazu satelitarnego w diagnozowaniu
stanu technicznego trakcyjnych pojazdów szynowych
W niniejszym artykule przedstawiono potencjalne zastosowania satelitarnej transmisji danych w
obszarze diagnostyki trakcyjnych pojazdów szynowych, opisano rozwój telekomunikacji satelitarnej, a w szczególności satelitarnej radiokomunikacji ruchomej, scharakteryzowano system
INMARSAT a także wybrany terminal satelitarny.
Artykuł powstał na podstawie prac prowadzonych w ramach projektu badawczego „Zastosowanie satelitarnego systemu akwizycji danych do poligonowych badań spalinowych pojazdów
szynowych” (nr 4 T12D 054 30) finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego.
1. Wstęp
1.1. Systemy bezprzewodowej transmisji danych
Zdalna diagnostyka trakcyjnego pojazdu szynowego
wymaga zastosowania systemu sterowania z zaimplementowanym algorytmem realizującym proces
oceny stanu technicznego poszczególnych zespołów i
podzespołów tego pojazdu. Wyniki tej oceny system
sterowania powinien przesyłać do centrum diagnostycznego za pośrednictwem transmisji bezprzewodowej.
Transmisja bezprzewodowa jest jedynym
możliwym sposobem transmisji danych w systemach,
w których obiekt pomiaru przemieszcza się (np. w
pojeździe) lub jest znacznie oddalony od centrali systemu pomiarowego (sondy meteorologiczne, obiekty
kosmiczne) albo znajduje się w miejscu trudno dostępnym [6, 7].
Obecnie bezprzewodowa transmisja danych może być
realizowana głównie poprzez:
- interfejs IrDA (ang. „Infrared Data Association”) – interfejs wykorzystujący promieniowanie podczerwone umożliwiający transmisję danych z prędkością 4 Mb/s na odległość do 1 m
- interfejs Bluetooth – interfejs radiowy pracujący w paśmie 2,45 GHz umożliwiający transmisję danych z prędkością 1 Mb/s na odległość do
10 m
- sieci telefonii komórkowej GSM (ang. „Global
System for Mobile Communication”)
- łącza satelitarne.
Dwa pierwsze wymienione rodzaje transmisji
(IrDA i Bluetooth) umożliwiają przesyłanie danych na
małe odległości i stosuje się je głównie w celu wyeliminowania połączeń przewodowych pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem, które znajdują się w bliskiej
odległości od siebie. Ze względu na niewielki zasięg
działania powyższych systemów nie mogą być one
rozpatrywane w przypadku transmisji danych pomiędzy przemieszczającym się pojazdem a centrum diagnostycznym, czyli na odległości znacznie przekraczające zasięg działania wymienionych standardów.
28
Dwa kolejne rodzaje transmisji (sieci telefonii
komórkowej GSM i łącza satelitarne) umożliwiają
przesyłanie danych na rozległym obszarze obejmującym zasięg działania danego systemu łączności: w
przypadku sieci GSM jest to zazwyczaj obszar danego
kraju, natomiast w przypadku systemów satelitarnych
może to być obszar danego kontynentu (np. system
ESA obejmujący swym zasięgiem Europę) lub obszar
całego globu (np. systemy Iridium, INMARSAT,
Globalstar) [9].
Biorąc pod uwagę koszty zakupu aparatury
nadawczo-odbiorczej oraz koszty przesyłania danych
sieci GSM mają zdecydowaną przewagę nad systemami transmisji satelitarnej. Trzeba jednak zaznaczyć, że w warunkach polskich komercyjne sieci
GSM nie oferują 100% pokrycia szlaku kolejowego,
co jest istotnym mankamentem jeżeli transmisja danych ma odbywać się w trybie rzeczywistym lub jeżeli uszkodzenie pojazdu spowoduje jego zatrzymanie w
miejscu pozbawionym zasięgu sieci GSM. Sytuacja
taka jest często spotykana, ponieważ szlaki kolejowe
często przebiegają przez tereny słabo zaludnione lub
niezaludnione, na których brak jest infrastruktury
GSM, co uniemożliwia prowadzenie zdalnej diagnostyki. Szczególnie do omawianego zastosowania
nadawałby się kolejowy system GSM-R (ang. „Global
System for Mobile Communication – Rail”), który w
Polsce jest jednak dopiero w początkowej fazie wdrażania.
Istotną przewagą systemów łączności satelitarnej z punktu widzenia użytkownika jest to, że nie
wymagają one żadnej infrastruktury naziemnej a jedynie zakupu terminalu pracującego w danym systemie. Sprawia to, że systemy satelitarne stanowią doskonałą alternatywę dla innych systemów radiokomunikacyjnych w miejscach, w których brak jest przyłączy do sieci konwencjonalnych, a ich realizacja wiąże
się ze znacznymi nakładami lub z trudnością uruchomienia w odpowiednio krótkim czasie [1].
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
Wobec powyższego jedynym na dzień dzisiejszy środkiem łączności zapewniającym transmisję
danych diagnostycznych z pojazdu szynowego będącego w ruchu niezależnie od jego usytuowania na
szlaku kolejowym pozostaje transmisja satelitarna.
Dodatkowo terminale łączności satelitarne zazwyczaj
wyposażone są w moduł GPS (ang. „Global Positioning System”), który umożliwia wyznaczenie pozycji,
prędkości i kursu pojazdu w wybranym układzie odniesienia (np. współrzędnych geograficznych) oraz
odbiór generowanego przez system GPS sygnału czasu wzorcowego.
1.2. Łączność satelitarna
Cechą charakterystyczną łączności satelitarnej jest
zdolność wytworzenia jednoczesnych połączeń dla
wszystkich użytkowników znajdujących się na powierzchni Ziemi, wskutek czego zapewnione jest
świadczenie usług telekomunikacyjnych niezależnie
od odległości oraz liczby abonentów. Odnosi się to
zarówno do naziemnych obiektów stałych, jak i do
obiektów ruchomych poruszających się na lądzie,
morzu lub w powietrzu [1].
Głównym celem zastosowania transmisji satelitarnej jest przesyłanie danych diagnostycznych z
systemu sterowania zainstalowanego na trakcyjnym
pojeździe szynowym znajdującym się w ruchu, w
dowolnym punkcie szlaku kolejowego do komputera
pełniącego rolę centrum diagnostycznego (odbiór,
przetwarzanie, prezentowanie i archiwizowanie danych). Komunikacja powinna być zapewniona także
w drugą stronę, aby możliwe było przesyłanie z centrum diagnostycznego do systemu sterowania pojazdu
np. żądań nadawania danych diagnostycznych, sygnałów sterujących lub odpowiednich nastaw danych
wielkości.
Po analizie usług oferowanych przez poszczególnych operatorów systemów satelitarnych w świetle
wymagań dotyczących transmisji danych z pojazdu
znajdującego się w ruchu oraz kosztów zakupu sprzętu
i transmisji danych zdecydowano o wyborze terminalu
pracującego w systemie INMARSAT – system ten
jako jedyny świadczy usługi łączności z obiektami
ruchomymi (statki, samoloty, pojazdy naziemne) [5,
8].
2. Potencjalne zastosowania transmisji satelitarnej
w obszarze zdalnej diagnostyki trakcyjnych pojazdów szynowych
2.1. Wdrażanie nowych systemów sterowania
W fazie wdrażania nowych systemów sterowania na
trakcyjnych pojazdach szynowych na dane diagnostyczne składają się głównie sygnały wejściowe doprowadzone do sterownika PLC oraz generowane
przez ten sterownik wyjściowe sygnały sterujące.
Zebrane dane diagnostyczne pozwalają zanalizować
poprawność przyjętych algorytmów sterowania oraz
ich implementacji w sterowniku PLC [3].
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
Analiza zmian w czasie sygnałów wejściowych oraz generowanych na ich podstawie sygnałów
wyjściowych wymaga gromadzenia ich wartości z
określonym interwałem czasowym (najlepiej w każdym cyklu pracy sterownika), jednak pojemność pamięci sterownika nie pozwala na zapis tak dużej ilości
danych, dlatego gromadzenie danych diagnostycznych
przebiega następująco:
- sterownik PLC co określony przedział czasowy (wartość tego przedziału zależy od czasu
wykonywania przez sterownik jednego cyklu
programu, od objętości przesyłanej ramki danych oraz od prędkości transmisji) tworzy
ramkę danych diagnostycznych (wielkość
ramki zależy od złożoności systemu sterowania – głównie od ilości wejść i wyjść) i przesyła ją za pośrednictwem interfejsu RS-232
do komputera serwisowego (odpowiednio
oprogramowanego komputera przenośnego)
- odpowiednia aplikacja uruchomiona na komputerze serwisowym odbiera kolejne ramki
danych diagnostycznych z jego portu szeregowego i gromadzi je na twardym dysku
komputera jako kolejne wiersze pliku tekstowego.
Powyższa metoda bazuje na transmisji przewodowej i
wymaga obecności na pojeździe odpowiednio przeszkolonego pracownika wyposażonego w odpowiednio oprogramowany komputer serwisowy. Zastosowanie transmisji satelitarnej wyeliminowałoby konieczność przebywania na pojeździe pracownika oddelegowanego jedynie w celu zebrania danych diagnostycznych z pojazdu znajdującego się często kilkaset kilometrów od siedziby firmy. Pozwoliłoby to
na zminimalizowanie kosztów badań i racjonalne
wykorzystanie zasobów ludzkich (czasu pracy pracowników).
2.2. Eksploatacja obserwowana
Podczas eksploatacji obserwowanej mogą ujawnić się
nieprawidłowości w pracy danego systemu lub samego systemu sterowania. Często nieprawidłowości te
występują sporadycznie (np. raz na tydzień) w związku z czym ich przyczyna jest trudna do wykrycia. W
takiej sytuacji algorytm uzbraja się w „pułapki” wychwytujące moment zaistnienie nieprawidłowości i
tworzące historię przebiegu sygnałów wokół tego
punktu (np. 5 s przed i 5 s po wystąpieniu nieprawidłowości). W tym przypadku ramka danych diagnostycznych zawiera tylko wybrane sygnały, których
analiza pozwala na znalezienie przyczyn nieprawidłowości. Prowadzi to do uzyskania obiektywnych
danych pomiarowych zamiast subiektywnych wrażeń
personelu obsługującego pojazd.
Dla przykładu zostanie omówione badanie
układu przeciwpoślizgowego na zmodernizowanych
lokomotywach ST44 serii 3000 (rys. 1). Lokomotywy
29
te mają 2 wózki 3-osiowe. Dane diagnostyczne zawierały: wartości prędkości poszczególnych osi lokomotywy, wartość prędkości referencyjnej, średnią wartość prędkości 4-ech osi (po odrzuceniu skrajnych
wartości prędkości) oraz sygnały sterujące zaworami
przeciwpoślizgowymi.
Rys. 1. Zmodernizowane lokomotywy ST44 serii 3000 (3001 oraz
3002) należące do PKP Linia Hutnicza Szerokotorowa
spółka z o. o.
Program działania sterownika tego układu został „uzbrojony” w mechanizm, który rejestruje wystąpienie następujących zdarzeń (rys. 2):
- zdarzenie 1: zbiorczy sygnał poślizgu (będący
sumą logiczną sygnałów poślizgu poszczególnych osi) trwa co najmniej 2 s
- zdarzenie 2: w czasie 3 s wystąpią 4 poślizgi
dowolnych osi
- zdarzenie 3: występuje poślizg co najmniej 4ech osi jednocześnie.
Ograniczona pojemność pamięci sterownika nie pozwala na zapis zbyt dużej ilości danych, wobec czego
dla każdego z powyższych zdarzeń zarezerwowano
obszar pamięci sterownika umożliwiający zarejestrowanie stanu wymienionych sygnałów w okresie 2 s
przed i 2 s po wystąpieniu danego zdarzenia (rys. 2).
Niestety obszary te są „nadpisywane” po kolejnym
wystąpieniu danego zdarzenia. Zastosowanie transmisji satelitarnej umożliwiłoby rejestrację wszystkich
wystąpień omawianych zdarzeń a tym samym pełniejszą analizę zjawiska. Wyeliminowałoby również konieczność przebywania na pojeździe personelu gromadzącego dane diagnostyczne w sposób omówiony
w poprzednim podpunkcie (na twardym dysku komputera za pośrednictwem interfejsu RS-232), tym
bardziej, że uchwycenie nieprawidłowości (zebranie
danych diagnostycznych) może okazać się bardzo
czasochłonne zważywszy na przypadkowy charakter
ich występowania.
2.3. Normalna eksploatacja
Podczas normalnej eksploatacji pojazdu trakcyjnego
można zmniejszyć ilość przesyłanych danych diagnostycznych lub ograniczyć się jedynie do przesyłania
tzw. alarmów informujących np. o uszkodzeniu danego czujnika. Dzięki zastosowaniu transmisji satelitarnej alarmy takie byłyby przesyłane do centrum diagnostycznego znajdującego się w lokomotywowni w
wyniku czego personel warsztatowy otrzymywałby
informację o rodzaju uszkodzenia jeszcze przed zjazdem pojazdu ze szlaku. Umożliwiłoby to np. wcześniejsze przygotowanie stanowiska naprawczego oraz
odpowiednich narzędzi i części, skracając tym samym
czas wyłączenia pojazdu z ruchu.
Rys. 2. Badanie działania układu przeciwpoślizgowego lokomotyw ST44 serii 3000 - rejestracja wybranych zdarzeń
30
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
3. Rozwój telekomunikacji satelitarnej
W latach 50-tych XX wieku zarówno Stany Zjednoczone jak i ZSRR dysponowały rakietami zdolnymi
wynieść satelitę w kosmos. Z okazji ogłoszonego od 1
lipca 1957 roku do 31 grudnia 1958 roku Międzynarodowego Roku Geofizycznego oba państwa zamierzały umieścić satelitę na orbicie. Jako pierwszym
udało się to Rosjanom [29].
Era kosmiczna rozpoczęła się 4 października
1957 roku o godzinie 19:28, gdy z kosmodromu Bajkonur w ówczesnym Związku Radzieckim (obecnie w
Kazachstanie) wystartowała rakieta R-7 z pierwszym
sztucznym satelitą Ziemi o nazwie „Sputnik 1” (z
języka rosyjskiego „towarzysz podróży”). Wydarzenie
to stało się początkiem trwającego nieprzerwanie od
ponad pięciu dekad „wyścigu w kosmos” [22].
się liczne sztuczne satelity służące celom praktycznym. W dniu 1 kwietnia 1960 roku wydział administracji rządowej USA zajmujący się amerykańskim
programem kosmicznym oraz rozwojem techniki lotniczej – Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni
Kosmicznej NASA (ang. „National Aeronautics and
Space Administration”) – umieściła na orbicie pierwszego w historii satelitę meteorologicznego „TIROS 1” (ang. „Television InfraRed Observational
Satellite”). Był to satelita do obserwacji telewizyjnych
i podczerwonych. Przesłał on pierwsze zdjęcia Ziemi
widzianej z kosmosu [14, 21, 31].
Rys. 4. Satelita „Echo 1A” wg [16]
Rys. 3. „Sputnik 1” – pierwszy sztuczny satelita Ziemi wg [26]
„Sputnik 1” (rys. 3) był obiektem w kształcie
kuli o średnicy 58,5 cm i wadze 83,6 kg. Aby zbytnio
się nie nagrzewał jego powłokę zewnętrzną wykonano
z wypolerowanego aluminium o grubości 2 mm, które
odbijało promienie słoneczne. Satelita krążył po orbicie oddalonej o 250 km od powierzchni Ziemi przez
trzy miesiące. W dniu 4 stycznia 1958 roku wyczerpały mu się baterie (srebrno-cynkowe) i spłonął w atmosferze. Podczas każdego obiegu wokół Ziemi, który trwał ok. 98 minut, satelita przemierzał prawie
48 tys. km z prędkością 8 km/s. „Towarzysz podróży”
wyposażony był w 2 nadajniki oraz 4 anteny, które
trzy razy w ciągu sekundy emitowały sygnały radiowe
o częstotliwościach 20 MHz i 40 MHz. Sygnały te
mogli odbierać radioamatorzy na powierzchni Ziemi.
Niosły ze sobą informację o temperaturze i ciśnieniu
w przestrzeni kosmicznej. Pomogły również naukowcom w badaniu gęstości elektronów w jonosferze [17,
19, 27, 29, 31].
Rozwój sztucznych satelitów był niezwykle
szybki. W ciągu kilku lat, poza badawczymi, pojawiły
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
W tym samym roku NASA przeprowadziła
próby z pierwszymi sztucznymi satelitami telekomunikacyjnymi pasywnymi (biernymi) o nazwie „Echo”.
Były to balony o średnicy 30 m wykonane z mylaru
(aluminiowanego poliestru), które jedynie odbijały
sygnały radiowe emitowane z Ziemi. W dniu 13 maja
1960 wystrzelono satelitę „Echo 1” jednak z powodu
awarii rakiety nośnej nie osiągnął on orbity. Zaplanowaną dla niego misję wykonał bliźniaczy satelita
„Echo 1A” (rys. 4), którego wystrzelono 12 sierpnia
1960 roku. Dokonano wówczas pierwszej transmisji
sygnałów telefonicznych i telewizyjnych między stacjami naziemnymi stosując częstotliwości 1 GHz i
2,5 GHz. „Echo 1A” był widzialny z Ziemi nieuzbrojonym okiem i był prawdopodobnie najliczniej oglądanym obiektem pochodzenia ziemskiego wystrzelonym w kosmos [2, 14, 15, 16].
W dniu 4 października 1960 roku NASA
wprowadziła na orbitę pierwszego eksperymentalnego
satelitę telekomunikacyjnego aktywnego (czynnego)
„Courier 1B”. Odebrane z Ziemi sygnały zapisywane
były w pamięci magnetycznej satelity a następnie
retransmitowane po otrzymaniu przez niego odpowiedniego rozkazu. Na pokładzie satelity aktywnego
znajduje się tzw. transponder – urządzenie elektroniczne, które odbiera sygnały przychodzące z Ziemi,
31
wzmacnia je, przesuwa do innego pasma częstotliwości i po ponownym wzmocnieniu wysyła z powrotem
w kierunku Ziemi.
W dniu 10 lipca 1962 roku NASA wystrzeliła
satelitę telekomunikacyjnego „Telstar 1”. Był to
pierwszy satelita zaprojektowany od podstaw do
transmisji połączeń telefonicznych i przesyłu danych
(obrazów telewizyjnych, sygnałów telegraficznych
oraz radiowych). Umożliwiał on retransmismisję pomiędzy Europą i USA 240 kanałów telefonicznych
albo zamiennie jednego kanału telewizyjnego. Obecnie satelity najnowszej generacji, po ponad 50-ciu
latach intensywnego rozwoju techniki łączności satelitarnej oraz elektroniki, są w stanie retransmitować do
22 500 kanałów telefonicznych [20].
W dniu 6 kwietnia 1965 roku Międzynarodowa Organizacja Telekomunikacji Satelitarnej INTELSAT (ang. „INternational TELecommunications SATellite Consortium”) umieściła na orbicie pierwszego
komercyjnego satelitę telekomunikacyjnego noszący
nazwę „Early Bird” (inne nazwy to „INTELSAT I” i
„Atlantic I”). Był to satelita geostacjonarny do realizacji łączności pomiędzy Europą a Ameryką [18].
Od momentu powstania systemy łączności satelitarnej skupiały się na transmisji sygnałów telefonicznych i programów telewizyjnych. W latach 70tych XX wieku systemy te uzyskały monopol na połączenia międzykontynentalne. Sytuacja ta zmieniła się
diametralnie w 1988 roku, gdy położono pierwszy
kabel światłowodowy między Europą a Ameryką. Ze
względu na znacznie większą pojemność światłowody
zaczęły wypierać systemy satelitarne z tego segmentu
rynku i obecnie systemy satelitarne traktowane są
głównie jako systemy rezerwowe [5].
4. Rozwój satelitarnej radiokomunikacji ruchomej wg [1, 5]
Początkowo satelitarna radiokomunikacja ruchoma
rozwijała się w ramach systemów morskich. Pierwsza
sieć satelitarna do łączności ze statkami została włączona do eksploatacji przez Międzynarodową Organizację Morskiej Łączności Satelitarnej INMARSAT
(ang. „INternational MARitime SATellite Organization”) w 1982 roku. Choć początkowo terminale systemu charakteryzowały się wysoką ceną i dużymi
rozmiarami to rynek satelitarnej telekomunikacji morskiej rozwinął się bardzo szybko. Ocenia się, że do
1995 roku uruchomiono ponad 24 000 terminali tego
systemu.
Jednocześnie prowadzono prace nad rozwiązaniami pozwalającymi na realizację połączeń fonicznych z pasażerami samolotów. Pierwszy taki system
został uruchomiony w 1989 roku przez Skyphone.
Obejmuje on swym zasięgiem wschodnie rejony
USA, obszar Atlantyku, Europy, Afryki i część rejonu
Środkowego Wschodu. Połączenia w systemie realizowane są przy wykorzystaniu satelity INMARSAT.
W 1990 roku INMARSAT samodzielnie przystąpił do
32
realizacji tego rodzaju usług zarówno dla pasażerów,
jak i obsługi linii lotniczych.
Dotychczas najsłabiej rozwijały się publiczne
systemy satelitarne do łączności z obiektami poruszającymi się na lądzie. Pierwotnie były one wykorzystywane przez organizacje humanitarne oraz środki
masowego przekazu w sytuacjach, gdy nie mogły być
użyte konwencjonalne środki łączności. Znacznie
szybciej następował rozwój militarnych systemów
radiokomunikacji satelitarnej. Oprócz systemów łączności strategicznej, których przykładami są amerykański DSCS (ang. „Defense Satellite Communication
System”), brytyjski SKYNET czy NATO SATCOM,
rozwinęły się systemy taktyczne, jak np. amerykański
TACSAT (ang. „TACtical SATellite System”). Z
istoty swego przeznaczenia umożliwiają one komunikowanie się nie tylko z obiektami o stałej lokalizacji,
lecz także z pojedynczymi samolotami, okrętami a
nawet z najmniejszymi pododdziałami różnych rodzajów wojsk.
Na przełomie lat 80-tych i 90-tych XX wieku
rozpoczęto prace nad satelitarnymi systemami telefonii komórkowej, zakładającymi wykorzystanie satelitów na orbitach niższych niż orbita geostacjonarna.
Satelita na niskiej orbicie porusza się względem powierzchni Ziemi i oświetla znacznie mniejszy obszar
niż satelita geostacjonarny, więc aby zapewnić ciągłą
łączność między systemem satelitarnym a użytkownikiem konieczne jest zastosowanie konstelacji wielu
satelitów i przełączanie połączeń między nimi (ang.
„handover”), gdy satelita znika z pola widzenia terminalu naziemnego. Jest to sytuacja analogiczna do naziemnych systemów komórkowych, lecz tu użytkownik może być traktowany jako obiekt nieruchomy, a
poruszają się stacje bazowe tworzące poszczególne
komórki. Opierając się na powyższej koncepcji opracowano i uruchomiono systemy satelitarnej telefonii
komórkowej Iridium i Globalstar, ale problemy związane z małym zapotrzebowaniem na usługi tego typu
zatrzymały prace nad kolejnymi systemami. Nie
przewidziano sukcesu telefonii naziemnej, głównie
GSM, która dzięki usługom roamingu międzynarodowego zapewnia prawie globalny zasięg przy znacznie mniejszych kosztach oraz mniejszych i lżejszych
terminalach niż w systemach satelitarnych.
Rozwój technologiczny końca lat 90-tych XX
wieku pozwolił na realizację systemów satelitarnej
telefonii komórkowej w oparciu o satelity na orbicie
geostacjonarnej. Odpowiada to sytuacji naziemnej
sieci komórkowej, gdzie wszystkie stacje bazowe
zostały wyniesione na pokład satelity. Satelita taki
musi transmitować w kierunku Ziemi sygnał odpowiednio dużej mocy, tak aby można było go odebrać
przy pomocy przenośnego terminalu wielkości klasycznego telefonu komórkowego z niewielką anteną o
dookólnej (wielokierunkowej) charakterystyce promieniowania. Satelita taki jest najbardziej zaawansoPOJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
wanym technologicznie urządzeniem wyposażonym w
anteny o wymiarach rzędu kilkunastu metrów,
mikrofalowe wzmacniacze mocy i cyfrowe układy
przetwarzania sygnałów. Koszt budowy takiego
satelity to około 1 mld USD. Według tej koncepcji
powstały systemy Thuraya i ACeS, które rozpoczęły
pracę w 2000 roku.
Rewolucja informacyjna obserwowana od początku lat 90-tych XX wieku zapoczątkowała ewolucję systemów satelitarnych w kierunku szerokopasmowych systemów transmisji danych multimedialnych. Systemy satelitarne wykorzystywane są do realizacji szybkiego dostępu do Internetu dla użytkowników, którzy nie mają dostępu do usług systemów
naziemnych.
W rozwoju satelitarnych systemów łączności
można zaobserwować stałą tendencję wzrostu komplikacji układów satelity (zwiększenie transmitowanej
mocy, większe anteny, obróbka i przetwarzanie sygnałów na pokładzie satelity) prowadzącą do możliwości zastosowania mniejszych i tańszych terminali
naziemnych (przenośnych i ruchomych). Jednocześnie
w celu zwiększenia pojemności systemów satelitarnych stosuje się zwielokrotnianie przestrzenne i polaryzacyjne sygnałów nadawanych w tych samych pasmach częstotliwości. W ostatnich latach zaczęto
również stosować anteny wielowiązkowe z dynamicznie sterowanymi charakterystykami promieniowania oraz realizować transmisje w paśmie (20 ÷ 30)
GHz.
Ostatnie sondaże wskazują na potencjalnie
duże zapotrzebowanie na komercyjną sieć satelitarnej
radiokomunikacji ruchomej. Wiele organizacji handlowych i przemysłowych oraz ludzi biznesu potrzebuje dostępu do usług telekomunikacyjnych w miejscach, w których brak jest przyłączy do sieci konwencjonalnych, a ich realizacja albo wiąże się ze znacznymi nakładami, albo z trudnością uruchomienia w
odpowiednio krótkim czasie. Są to głównie rejony
budów, eksploatacji surowców, lokalizacji oddziałów
spółek międzynarodowych, jak również obszary odizolowane bądź słabo rozwinięte. W takich sytuacjach
system satelitarnej łączności ruchomej stanowi doskonałą alternatywę dla innych systemów radiokomunikacyjnych.
Obecnie powstają sieci, które realizują nie
tylko podstawowe usługi foniczne, ale także transmisję danych oraz inne rodzaje usług niefonicznych przy
wykorzystaniu małych, przenośnych terminali. Stwarza to dobre warunki do tego, aby systemy satelitarne
odgrywały znaczącą rolę w dalszym rozwoju radiokomunikacji ruchomej.
5. INMARSAT wg [4]
Organizacja INMARSAT (ang. „INternational MARitime SATellite Organization”) powstała w 1979 roku
z inicjatywy Międzynarodowej Organizacji Morskiej
IMO (ang. „International Maritime Organization”).
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
Polska była jednym z 40 państw-założycieli. Obecnie
INMARSAT stowarzysza 75 państw.
Początkowo głównym celem organizacji było
stworzenie globalnego systemu łączności ruchomej
dla użytkowników morskich. Cel ten osiągnięto po
uruchomieniu sieci standardu INMARSAT-A, która
rozpoczęła pracę operacyjną w 1982 roku. W związku
z postępem technologicznym, który nastąpił od tamtego czasu i umożliwił m. in. znaczną redukcję wymiarów i masy urządzeń końcowych (terminali), a także
obniżenie ich ceny, możliwe stało się wykorzystanie
tej samej koncepcji łączności także w powietrzu i na
lądzie. Znalazło to odzwierciedlenie w opracowaniu
przez INMARSAT standardów łączności dostosowanych do nowych obszarów zastosowań.
INMARSAT jest również jednym z najważniejszych elementów Światowego Morskiego Systemu Alarmowania w Niebezpieczeństwie i dla Zapewnienia Bezpieczeństwa GMDSS (ang. „Global Maritime Distress and Safety System”). Umożliwia rozsyłanie i odbieranie wiadomości SafetyNET i FleetNET
oraz retransmisję wiadomości NAVTEX (ostrzeżenia
przybrzeżne) [23].
INMARSAT jest organizacją rozwijającą się
bardzo dynamicznie. Globalny charakter oferowanych
usług oraz ich różnorodność zapewnia jej bardzo dobrą pozycję na rynku usług radiokomunikacji ruchomej. Obserwowany wzrost liczby użytkowników systemu oraz postęp technologiczny umożliwiający redukcję wielkości i masy terminali prowadzą do obniżenia kosztów realizacji połączeń oraz kosztów zakupu terminali. Wraz ze wzrostem liczby użytkowników
system wymaga dalszego zwiększania jego pojemności oraz modernizacji segmentu satelitarnego – obecnie wprowadzane są do użytku satelity IV generacji.
5.1. Struktura systemu INMARSAT
5.1.1. Segment kosmiczny
Segment satelitarny systemu INMARSAT to konstelacja czterech satelitów podstawowych umieszczonych na orbicie geostacjonarnej (rys. 5), które obsługują następujące cztery rejony:
- AOR-W (ang. „Atlantic Ocean Region-West”)
– rejon Oceanu Atlantyckiego – Zachodni (pozycja satelity: 54° W)
- AOR-E (ang. „Atlantic Ocean Region-East”) –
rejon Oceanu Atlantyckiego – Wschodni (pozycja satelity: 15,5° W)
- IOR (ang. „Indian Ocean Region”) – rejon
Oceanu Indyjskiego (pozycja satelity: 64,5° E)
- POR (ang. „Pacific Ocean Region”) – rejon
Oceanu Spokojnego (pozycja satelity: 178° E).
Oprócz wymienionych satelitów podstawowych w
skład segmentu satelitarnego systemu wchodzą również satelity rezerwowe, które w razie awarii lub
uszkodzenia satelity podstawowego przejmują jego
funkcje.
33
Rys. 5. Segment kosmiczny systemu INMARSAT wg [10]
Podział rejonu Oceanu Atlantyckiego na dwa
odrębne rejony obsługiwane przez dwa satelity nastąpiło w 1990 roku, ze względu na występujące tam
największe nasilenie ruchu oraz dla zapewnienia pełnego globalnego pokrycia, którego nie dało się uzyskać w poprzedniej konfiguracji systemu przy wykorzystaniu jedynie trzech satelitów. System nie zapewnia pokrycia obszarów podbiegunowych – zasięg
działania systemu to pas od 70° szerokości geograficznej południowej do 70° szerokości geograficznej
północnej.
Satelity odbierają sygnały nadawane przez
segment naziemny, wzmacniają je, przesuwają do
właściwego pasma częstotliwości i transmitują w
kierunku Ziemi. Łączność pomiędzy satelitą a częścią
ruchomą segmentu naziemnego (terminalami ruchomymi) odbywa się w paśmie L (1,6 GHz do satelity,
1,5 GHz z satelity), natomiast pomiędzy satelitą a
częścią stałą segmentu naziemnego w paśmie C
(6 GHz do satelity, 4 GHz z satelity).
Do segmentu satelitarnego zalicza się także
stacje nadzorujące i sterujące pracą satelitów (ang.
„Telemetry, Tracking and Control Stations”). Ich
zadaniem jest utrzymanie właściwego położenia satelitów, ustawianie pożądanych parametrów urządzeń
telekomunikacyjnych umieszczonych na satelitach
oraz zdalne pomiary parametrów technicznych satelitów (poziom paliwa, obciążenie energetyczne, itp.).
5.1.2. Segment naziemny
5.1.2.1. Terminale ruchome
Najbardziej widocznym elementem segmentu naziemnego z punktu widzenia użytkownika jest urządzenie końcowe nazywane terminalem ruchomym lub
stacją naziemną. Terminal tworzą: antena, część radiowa, modem, urządzenia obróbki sygnału i urządzenia interfejsu użytkownika, czyli aparat telefoniczny, faks lub też złącze do przyłączenia terminalu
komputerowego bądź innego urządzenia mogącego
stanowić źródło danych. Rozróżnia się: statkowe stacje naziemne SES (ang. „Ship Earth Station”) oraz
ruchome stacje naziemne MES (ang. „Mobile Earth
Station”).
34
Terminale mogą znacznie różnić się do siebie
pod względem konstrukcji, w zależności od standardu
w jakim pracują jak i producenta urządzenia, jednak
realizują te same funkcje:
- umożliwiają korzystanie z typowych dla standardu urządzeń interfejsu użytkownika
- „nasłuchują” kanał sygnalizacyjny w celu
wychwycenia próby nawiązania połączenia
- w przypadku odebrania sygnału wywołania
nastrajają się na właściwy kanał w celu realizacji połączenia
ponadto w przypadku inicjalizacji połączenia przez
użytkownika terminalu:
- umożliwiają dokonania wyboru lądowej stacji
naziemnej LES, za pośrednictwem której będzie realizowane połączenie
- wysłają do wybranej stacji LES żądanie przydziału kanału
- umożliwiają wybór adresata połączenia i
przesyłają wybrany numer do stacji LES.
Liczba terminali systemu uzależniona jest jedynie od
liczby użytkowników. Wszystkie terminale pracujące
w systemie stanowią część ruchomą segmentu naziemnego i nie są przypisane na stałe do żadnego z
wymienionych czterech rejonów (AOR-W, AOR-E,
IOR, POR).
5.1.2.2. Lądowe stacje naziemne LES
Lądowe stacje naziemne LES (ang. „Land Earth Station”) nazywane są również brzegowymi stacjami
naziemnymi CES (ang. „Coast Earth Station”). Druga
nazwa pochodzi z czasów, gdy INMARSAT zajmował się wyłącznie łącznością morską. W konstrukcji
stacji LES występują takie same elementy, jak w terminalu ruchomym, tzn. antena, nadawczo-odbiorcza
radiowa część urządzenia, modemy i powiązane z
nimi tzw. wyposażenie kanałowe oraz właściwe tylko
dla stacji LES urządzenia kontroli dostępu i nadzoru
ACSE (ang. „Access Control and Supervisory Equipment”). Stacja LES zamiast w interfejs użytkownika
wyposażona jest w interfejs do sieci publicznej (w
zależności od standardu może to być sieć telefoniczna, teleksowa, pakietowa bądź kilka z nich), stanowi
więc bramę łączącą sieć systemu INMARSAT z sieciami publicznymi.
Stacja LES umożliwia użytkownikowi terminalu ruchomego nawiązanie połączenia z dowolnym
abonentem sieci publicznej znajdującym się w dowolnym miejscu świata. Realizacja takiego połączenia
jest możliwa, jeżeli tylko istnieją łącza telefoniczne
pomiędzy krajem docelowym a krajem, w którym
zlokalizowana jest stacja LES. Dodatkowo użytkownik terminalu ruchomego może skorzystać z pośrednictwa dowolnej stacji LES. Pozwala to użytkownikom wybierać stacje LES w zależności od punktu
docelowego jak też ze względu na wysokość opłat
pobieranych przez operatora danej stacji. Sprawia to,
że wewnątrz systemu istnieje konkurencja pomiędzy
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
operatorami poszczególnych stacji LES, którzy
poprzez atrakcyjność swojej oferty mogą zachęcać
użytkowników do korzystania z ich stacji. Możliwe
jest również nawiązanie połączenia pomiędzy dwoma
terminalami ruchomymi systemu.
Dzięki stacjom LES również abonenci sieci
publicznej mają możliwość nawiązywania połączeń z
terminalami ruchomymi, jednak w tym przypadku
abonent nie ma możliwości wyboru stacji. Wyboru
tego dokonuje krajowy operator telekomunikacyjny,
kierujący ruch poprzez własne stacje LES bądź przez
stacje operatorów z którymi zawarł odpowiednie porozumienia.
W Polsce usługi w systemie INMARSAT oferuje Centrum Usług Satelitarnych TP S.A. mieszczące
się w Psarach koło Kielc, które jest operatorem dwóch
naziemnych stacji satelitarnych standardu INMARSAT-C. Stacje te uruchomiono w dniu 1 października
1997. Aktualnie współpracują one z satelitami INMARSAT trzeciej generacji: F2 15.5°W we wschodnim rejonie Oceanu Atlantyckiego (AOR-E) oraz F1
64°E w rejonie Oceanu Indyjskiego (IOR) [28].
Dostęp z sieci publicznej do sieci INMARSAT następuje poprzez wybór odpowiedniego numeru
kierunkowego. INMARSAT uzyskał przydział numerów kierunkowych (ang. „Country Code”) dla poszczególnych rejonów na takich samych zasadach jak
państwa.
Są to następujące numery (kolejno dla rejonów AORE, POR, IOR, AOR-W):
- dla publicznej sieci telefonicznej: 871, 872,
873, 874
- dla publicznej sieci teleksowej: 581, 582, 583,
584
- dla publicznej sieci pakietowej: 1111, 1112,
1113, 1114.
Pozostałe funkcje, jakie pełni lądowa stacja naziemna
LES, to:
- nasłuchiwanie kanałów sygnalizacyjnych i
wychwytywanie wywołań oraz informacji adresowanych do danej stacji
- automatyczna
weryfikacja
uprawnień
terminali wywołujących stację do korzystania
z systemu i akceptacja wywołań tylko od
uprawnionych użytkowników
- wymiana informacji sygnalizacyjnej z centralą międzynarodową oraz z innymi elementami
segmentu naziemnego, w tym żądanie przydziału kanału satelitarnego
- zestawianie połączeń pomiędzy abonentami
sieci publicznej a użytkownikami terminali
ruchomych lub pomiędzy użytkownikami
terminali ruchomych
- w ramach zestawiania połączeń m. in. dostrajanie modemów nadawczo-odbiorczych do
przydzielonego kanału
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
-
rejestracja czasu połączeń i innych danych
niezbędnych dla wystawienia rachunku dla
użytkownika.
5.1.2.3. Stacje koordynujące sieci
Podstawowym zadaniem stacji koordynującej sieci
NCS (ang. „Network Coordination Station”) jest zarządzanie w czasie rzeczywistym przydziałem kanałów satelitarnych dla poszczególnych połączeń. Generalną zasadą we wszystkich standardach INMARSAT
jest to, że kanał przydzielany jest poszczególnym
użytkownikom tylko na czas trwania połączenia. Pozwala to na optymalne wykorzystanie widma częstotliwości i mocy satelitów. W konsekwencji użytkownik płaci tylko za rzeczywiste wykorzystanie systemu.
Jedna stacja koordynująca obsługuje z reguły przydział kanałów satelitarnych na jednym satelicie i dla
jednego standardu. W celu realizacji przydziału kanałów stacja koordynująca odbiera informacje sygnalizacyjne ze wszystkich lądowych stacji naziemnych
LES pracujących w danym rejonie. Informacje te
stanowią pewnego rodzaju zamówienia na określone
kanały. W zależności od istniejących możliwości stacja NCS przydziela odpowiedni kanał lub wysyła do
stacji LES występującej o jego przyznanie i terminalu
chcącego nawiązać połączenie informację o braku
możliwości realizacji tego połączenia z odpowiednim
kodem pozwalającym rozpoznać przyczynę jego odrzucenia.
5.2. Standardy systemu INMARSAT
Początkowo INMARSAT był systemem dedykowanym przede wszystkim na potrzeby żeglugi morskiej.
Zasadniczym celem pomysłodawców i realizatorów
projektu było zapewnienie możliwości nawiązania
łączności z lądem przez każdy statek znajdujący się
na pełnym morzu.
Najstarszym standardem systemu jest INMARSAT-A uruchomiony w 1982 roku. Standard ten
zapewnia transmisję głosu, usługi teleksowe i faksowe
oraz transmisję danych. Jest to jedyny standard analogowy (zastosowano w nim modulację FM) [9]. Pozostałe standardy są w pełni cyfrowe. Z powodu dużych
rozmiarów urządzeń (antena o średnicy ok. 1 m wyposażona w mechaniczny układ stabilizacji położenia), ich masy (ok. 100 kg), jak i wysokich kosztów
ich zakupu terminale tego standardu instalowane były
głównie na dużych statkach i platformach wiertniczych. W 1993 roku w celu zastąpienia standardu
INMARSAT-A został wprowadzony standard INMARSAT-B, który oferuje te same usługi ale realizowane w technice cyfrowej.
Doskonałe rozwiązania systemowe oraz wysoka jakość funkcjonowania wywołały zainteresowanie systemem również użytkowników lądowych.
Wyjście systemu poza sektor morski nastąpiło w roku
1991 wraz z wprowadzeniem standardu INMARSATC, który nie umożliwia nawiązywania połączeń
35
telefonicznych a jedynie dwukierunkową transmisję
danych z przepływnością 600 bit/s. W 1992 roku uruchomiono przeznaczony dla lotnictwa INMARSATAERO. Od tego momentu to głównie zastosowania
lądowe wymuszały powstawanie nowych odmian
systemu o coraz bardziej wyrafinowanych możliwościach technicznych. Zaowocowało to wprowadzaniem kolejnych standardów, m. in.: M (1992), D/D+
(1995), E/E+, mini-M (1996), M4 (GAN, ISDN)
(1999), R-BGAN (2002), BGAN (2004), Fleet-33/55/-77 (w nawiasach podano rok uruchomienia danego standardu).
5.3. Standard INMARSAT-C
Jak wspomniano standard ten zapewnia jedynie dwukierunkową transmisję danych w trybie simpleksowym z przepływnością 600 bit/s. Kolejną specyficzną
dla tego systemu właściwością jest to, że pracuje on w
trybie „przechowaj i przekaż” (ang. „store-andforward”). Oznacza to, że informacja po jej nadaniu z
terminalu lub z sieci publicznej dociera do lądowej
stacji naziemnej LES, gdzie jest zapisywana w bazie
danych i oczekuje w kolejce na nadanie do odbiorcy.
Czas oczekiwania w kolejce zależy od aktualnego
obciążenia stacji i może wahać się w zakresie od kilkunastu sekund do kilkunastu minut. Lądowa stacja
naziemna może ponadto dokonywać translacji przesyłanych wiadomości do pożądanego formatu np. faksu,
teleksu lub e-maila.
Opisane powyżej cechy standardu nie wykluczają realizacji połączeń w obu kierunkach, tzn. z
sieci publicznej do terminalu ruchomego i odwrotnie
lub pomiędzy dwoma terminalami ruchomymi, jednak
uniemożliwiają prowadzenie konwersacji pomiędzy
nadawcą a odbiorcą.
INMARSAT-C oprócz transmisji danych udostępnia
wiele innych serwisów [24]:
- rozsyłanie i odbieranie wiadomości SafetyNET i FleetNET w ramach Światowego Morskiego Systemu Alarmowania w Niebezpieczeństwie i dla Zapewnienia Bezpieczeństwa
GMDSS (ang. „Global Maritime Distress and
Safety System”)
- APR (ang. „Automatic Positioning Reporting”) – automatyczne ustalanie pozycji i
przesyłanie raportów pozycyjnych wg GPS
- Polling – sprawdzanie, które terminale są aktualnie zalogowane i aktywne
- SCADA (ang. „Supervisory Control And Data Acqusition”) – sterowanie nadrzędne i
zbieranie danych.
Praca w trybie „store-and-forward” może
okazać się niezbyt korzystna dla niektórych zastosowań, zwłaszcza wymagających pracy w czasie rzeczywistym lub pracy konwersacyjnej jednak nie stanowi przeszkody w przypadku przesyłania danych
diagnostycznych z systemu sterowania pojazdu.
36
Niewątpliwymi zaletami tego standardu są
bardzo małe rozmiary terminali oraz małe rozmiary
anten o wielokierunkowej charakterystyce, co
eliminuje konieczność nakierowywania ich na satelitę.
Najbardziej typowo wyglądająca antena standardu
INMARSAT-C to stożek o średnicy podstawy ok.
20 cm i wysokości ok. 30 cm. Najnowsze konstrukcje
anten to krążki o średnicy ok. 12 cm i wysokości ok.
3 cm.
6. Zastosowany terminal satelitarny
W ramach projektu badawczego zakupiono terminal
satelitarny TT-3026L easyTrack duńskiej firmy Thrane & Thrane A/S (rys. 6), który pracuje w systemie
INMARSAT mini-C.
Rys. 6. Terminal satelitarny TT-3026L easyTrack wg [11]
Poniżej zestawiono wybrane parametry techniczne
terminalu wg [11]:
- napięcie zasilania: (10,5 ÷ 32) V DC
- pobór mocy: max. 32 W
- temperatura pracy: -35 °C ÷ 55 °C
- wymiary: Ø = 163 mm, H = 146 mm
- masa: 1,1 kg.
Omawiany terminal umożliwia transmisję danych z
prędkością 600 bit/s do/z pojazdu poruszającego się z
prędkością nie przekraczającą wartości 140 km/h.
Terminal ten ma wbudowany 12-kanałowy odbiornik
systemu GPS, co umożliwia określenie pozycji pojazdu z dokładnością do 15 m, jego prędkości i kursu
oraz czasu UTC (ang. „Universal Coordinated
Time”). Dane te odświeżane są co 1 s. Transmisja
danych do/z terminalu realizowana jest za pośrednictwem interfejsu RS-232.
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
Rys. 7. Układ laboratoryjny do testowania transmisji satelitarnej wg [11] (1- terminal satelitarny TT-3026L easyTrack, 2 –
skrzynka podłączeniowa TT-3616B, 3 – laptop)
Satelita systemu
INMARSAT
Lądowa stacja naziemna LES
(ang. „Land Earth Station”)
systemu INMARSAT
Terminal satelitarny
TT-3026L easyTrack
Internet
Centrum
diagnostyczne
System sterowania
(sterownik główny pojazdu)
Rys. 8. Tor transmisji danych diagnostycznych z pojazdu szynowego wg [13]
7. Struktura systemu przesyłania danych
Na rys. 7 przedstawiono tor laboratoryjny wykorzystywany do testowania transmisji satelitarnej. Za jego
pośrednictwem możliwe jest przesyłanie danych diagnostycznych jako załączników do listów poczty elektronicznej wysyłanych z wykorzystaniem dostarczonego przez producenta terminalu satelitarnego programu „easyMail”.
8. Oprogramowanie
Oprogramowanie sterownika głównego pojazdu musi
uwzględniać algorytm generowania danych diagnostycznych i przesyłania ich po łączu szeregowym do
terminalu satelitarnego w celu transmisji do centrum
diagnostycznego. Kolejne paczki danych będą dostarczane do komputera pełniącego rolę centrum diagnostycznego jako załączniki poczty elektronicznej.
Oprogramowanie zainstalowane na tym komputerze
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
musi konwertować dane zawarte w załącznikach na
wartości poszczególnych danych diagnostycznych a
następnie dokonać ich analizy, prezentacji i
archiwizacji.
9. Podsumowanie i wnioski
Zastosowanie łącz satelitarnych umożliwia transmisję
danych diagnostycznych z pojazdu szynowego niezależnie od miejsca, w którym on się znajduje. Z bardzo
dużą dozą prawdopodobieństwa można prognozować,
że transmisja satelitarna będzie odgrywać coraz większą rolę w telekomunikacji a postęp w technologii
budowy urządzeń do transmisji satelitarnych spowoduje spadek cen ich zakupu oraz zmniejszenie ich
rozmiarów. Można oczekiwać również zwiększenia
przepustowości łącz satelitarnych oraz obniżenia
kosztów przesyłu danych. W związku z powyższym
zastosowanie transmisji satelitarnej do transmisji danych diagnostycznych z pojazdów szynowych jest
rozwiązaniem przyszłościowym.
37
Literatura
[1]
Amanowicz M.: Satelitarne systemy radiokomunikacji ruchomej, Przegląd telekomunikacyjny, Nr 5-6/1995.
[2] Bem D. J.: Rozwój radiokomunikacji, Przegląd
telekomunikacyjny, Nr 1/2003.
[3] Haba M.: Programy wspomagające uruchamianie mikroprocesorowych systemów sterowania w pojazdach szynowych, Pojazdy Szynowe, Nr 2/2007.
[4] Kmieciak J.: INMARSAT – globalny system
satelitarnej łączności ruchomej, Przegląd telekomunikacyjny, Nr 5-6/1995.
[5] Modelski J., Kurek K.: Perspektywy rozwoju
systemów łączności satelitarnej, Politechnika
Warszawska - Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych - Instytut Radioelektroniki, Warszawa, Październik 2004 (dokument PDF pobrany ze strony: www.urtip.gov.pl).
[6] Nawrocki W.: Rozproszone systemy pomiarowe,
WKŁ, Warszawa 2006.
[7] Nawrocki W.: Komputerowe systemy pomiarowe, WKŁ, Warszawa 2002.
[8] Ryzenko J., Badurska A., Kobierzycka A.: Kierunki rozwoju systemów satelitarnych: łączność
satelitarna, Raport I fazy projektu Foresight
„Przyszłość technik satelitarnych w Polsce
Dziś-Jutro-Pojutrze” prowadzonego przez Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej, Styczeń
2007 (dokument PDF pobrany ze strony:
www.kosmos.gov.pl).
[9] Wesołowski K.: Systemy radiokomunikacji ruchomej, WKŁ, Warszawa 2006.
[10] Thrane & Thrane A/S: TT-3026L/M easyTrack.
Getting Started.
[11] Thrane & Thrane A/S: TT-3026L/M/S easyTrack Transceiver. Installation Manual.
38
[12] Thrane & Thrane A/S: TT-3026L/M/S easy
Track Transceiver. User/Operators Manual.
[13] Thrane & Thrane A/S: Mini-C SCADA Integration Manual.
[14] midob.republika.pl/wyprawy.html
[15] pl.wikipedia.org/wiki/Echo_1
[16]www.firstscience.com/home/articles/machines/sol
ar-sailing_51134.html
[17] pl.wikipedia.org/wiki/Eksploracja_kosmosu
[18] pl.wikipedia.org/wiki/Intelsat
[19] pl.wikipedia.org/wiki/Sputnik
[20] pl.wikipedia.org/wiki/Telstar_1
[21] pl.wikipedia.org/wiki/TIROS_1
[22]www.eduskrypt.pl/czy_ziemia_jest_bezpieczna__
wyklad_na_politechnice_warszawskiej-info6098.html
[23] www.fkn.pl/4,3694,1357627,1,3,artykul.html
[24] www.heading.enter.net.pl/inmarsat.htm
[25] www.inmarsat.com
[26] www.space50.net/sputnik.html
[27]www.polskieradio.pl/nauka/wszechswiat/artykul1
7439.html
[28] www.psary.tpsa.pl
[29] www.sciaga.pl/tekst/4904-5zdobywanie_kosmosu_przez_czlowieka
[30] www.thrane.com
[31]www.wynalazki.mt.com.pl/joomla/index.php?opti
on=com_content&task=
view&id=444&Itemid=51
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
mgr Mikołaj Kirpluk
NTL-M.Kirpluk
mgr inż. Estera Wojciechowska
Instytut Pojazdów Szynowych „TABOR”
Akty prawne (ustawa prawo ochrony środowiska
oraz rozporządzenia ministra środowiska)
odnoszące się do hałasu kolejowego
Po przystąpieniu Polski do Unii Europejskiej znacznie wzrosła aktywność w tworzeniu rozporządzeń dotyczących wykonywania pomiarów poziomu hałasu, w tym również dla taboru
kolejowego. Obecnie ukazują się normy, dyrektywy i rozporządzenia porządkujące tą dziedzinę nauki. W artykule przedstawiono wybiórczo najnowsze, obowiązujące akty prawne dotyczące hałasu kolejowego.
1. Wstęp
Wejście w życie Dyrektywy 2002/49 [1] oraz
przystąpienie Polski do UE (05.2005r.) spowodowało
nagły wzrost prac związanych z unormowaniem dziedziny jaką jest hałas generowany przez pojazdy szynowe Do tej pory Polska posiadała jedną główną normę odnoszącą się do hałasu kolejowego PN91/K11000 [2] zatwierdzoną w 1993r. oraz Ustawę
Prawo Ochrony Środowiska z 2001r [3].
Obecnie ogłaszane są nowe, dostosowane do przepisów Unii Europejskiej Rozporządzenia Ministra
Środowiska regulujące w coraz większym stopniu
tematykę związaną z hałasem kolejowym. W wielu
przypadkach przepisy te wprowadzają dotąd nie stosowane w Polsce zagadnienia, jak np. sporządzanie
map akustycznych.
Prawodawstwo unijne może oddziaływać na wewnętrzny porządek prawny państwa poprzez:
- Rozporządzenia - bezpośrednio zastępują regulacje krajowe przepisami Unii, mają moc wiążącą
we wszystkich państwach członkowskich,
- Dyrektywy - oddziaływują pośrednio na ustawodawstwo krajowe, muszą być wprowadzone w życie w państwach członkowskich w ustawach lub
innych aktach normatywnych w określonym terminie - zwykle 2 lata. Prawa i obowiązki dla obywatela państwa członkowskiego wynikają z aktów
wydanych na ich podstawie przez organy danego
państwa,
- Decyzje - wiążą podmioty do których są skierowane tj państwa członkowskie a także osoby fizyczne i prawne np. przedsiębiorstwo,
- Zalecenia i uchwały - nie mają mocy wiążącej są
wytycznymi postępowania [17].
2. Ustawa Prawo Ochrony Środowiska
Konkretne zadania w zakresie eliminowania hałasu w Polsce, rozłożone na kilkanaście najbliższych lat,
wynikają z ustawy – Prawo Ochrony Środowiska
(27.04.2001r. w Dz. U. Nr.62 poz.627) [3], traktującej
zbyt głośne dźwięki jako zanieczyszczenie środowiska
i określającej takie same ogólne zasady, obowiązki i
formy działania w stosunku do hałasu jak do pozostałych zanieczyszczeń.
Ustawą POŚ zostały w Polsce wdrożone regulacje dotyczące hałasu, zaproponowane początkowo w
projekcie, a następnie w Dyrektywie Unii Europejskiej
w sprawie zarządzania i oceny hałasu w środowisku
[1].
Ustawa przewiduje m.in. obowiązek sporządzania
map akustycznych i programów działań, których celem jest dostosowanie poziomu hałasu do dopuszczalnego.
Ponadto ustawa, wprowadziła bardzo istotną regulację dotyczącą określania w miejscowym planie zagospodarowania przestrzennego standardów akustycznych środowiska.
W kolejnych latach po wydaniu POŚ wprowadzano korekty w ustawie, mające na celu udoskonalenie
istniejących przepisów. I tak do tej pory ukazywały
się następujące zmiany:
Dz. U. Nr.233 poz. 1957 z 2002r.
Dz. U. Nr.190 poz. 1865 z 2003r.
Dz. U. Nr.49 poz. 464 z 2004r.
Dz. U. Nr.62 poz. 552 z 2005r.
Dz. U. Nr.113 poz. 954 z 2005r.
Dz. U. Nr.21 poz.124 z 2007r.
Dz. U. Nr.88 poz. 587 z 2007r.
Wykaz literatury należy aktualizować w miarę ukazywania się nowych pozycji wydawniczych.
Ostatnie naniesione zmiany spowodowały m.in.
uchylenie Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia
9 stycznia 2002r. w sprawie wartości progowych poziomów hałasu [4], określające wartości progowe
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
39
poziomów hałasu w środowisku, których przekroczenie powoduje zaliczenie obszaru, na którym poziom
hałasu przekracza poziom dopuszczalny, do kategorii
terenu zagrożonego hałasem.
Ustawa Prawo Ochrony Środowiska wprowadza
następujące akty wykonawcze związane bezpośrednio
lub pośrednio z hałasem kolejowym:
2.1. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 14
października 2002r. w sprawie szczegółowych
wymagań, jakim powinien odpowiadać program
ochrony środowiska przed hałasem [5]
2.2. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 17
stycznia 2003r. w sprawie rodzajów wyników
pomiarów prowadzonych w związku z eksploatacją dróg, linii kolejowych, linii tramwajowych, lotnisk oraz portów, które powinny być
przekazywane właściwym organom ochrony
środowiska, oraz terminów i sposobów ich prezentacji [6]
2.3. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 14
grudnia 2006r. w sprawie dróg, linii kolejowych
i lotnisk, których eksploatacja może powodować negatywne oddziaływanie akustyczne na
znacznych obszarach, dla których jest wymagane sporządzanie map akustycznych, oraz sposobów określania granic terenów objętych tymi
mapami [7]
2.4. Obwieszczenie Ministra Środowiska z dnia 18
września 2007r. w sprawie wysokości stawek
kar za przekroczenie warunków wprowadzania
ścieków do wód lub do ziemi oraz za przekroczenie dopuszczalnego poziomu hałasu, na rok
2008 [8]
2.5. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 14
czerwca 2007r. w sprawie dopuszczalnych poziomów hałasu w środowisku [9]
2.6. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 1
października 2007r. w sprawie szczegółowego
zakresu danych ujętych na mapach akustycznych oraz ich układu i sposobu prezentacji [10]
2.7. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 2
października 2007r. w sprawie wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów poziomów w środowisku substancji lub energii przez zarządzającego drogą, linią kolejową, linią tramwajową,
lotniskiem, portem [11]
2.8. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 7
listopada 2007r. zmieniające rozporządzenie w
sprawie ustalania wartości hałasu L(DWN) [12].
3. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia
7 listopada 2007r. [12] zmieniające rozporządzenie (Dz. U. Nr. 106 poz. 729 §2) [13] w
sprawie ustalania wartości hałasu LDWN.
Rozporządzenie określa wartość długookresowego wskaźnika hałasu LDWN , który ustala się z
zależności:
40
4
8

 12
LDWN = 10 lg  ⋅10 0,1LD + ⋅10 0,1(LW +5 ) + ⋅10 0,1(LN +10 ) 
24
24

 24
(1)
gdzie:
L DWN - oznacza długookresowy średni
LD
LW
LN
poziom dźwięku A wyrażony w
decybelach (dB), wyznaczony w
ciągu wszystkich dób w roku, z
uwzględnieniem pory dnia (rozumianej jako przedział czasu od
godz. 6.00 do godz. 18.00), pory
wieczoru (rozumianej jako przedział czasu od godz. 18.00 do
godz. 22.00) oraz pory nocy (rozumianej jako przedział czasu od
godz. 22.00 do godz. 6.00),
- oznacza długookresowy średni
poziom dźwięku A wyrażony w
decybelach (dB), wyznaczony w
ciągu wszystkich pór dnia w roku
(rozumianych jako przedział czasu od godz. 6.00 do godz. 18.00),
- oznacza długookresowy średni
poziom dźwięku A wyrażony w
decybelach (dB), wyznaczony w
ciągu wszystkich pór wieczoru w
roku (rozumianych jako przedział
czasu od godz.18.00 do godz.
22.00),
- oznacza długookresowy średni
poziom dźwięku A wyrażony w
decybelach (dB), wyznaczony w
ciągu wszystkich pór nocy w roku
(rozumianych jako przedział czasu od godz.22.00 do godz. 6.00),
Dopuszczalne wartości wskaźników hałasu określa
rozporządzenie [9].
4. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 2
października 2007r. [11]
Z dniem wejścia w życie tego Rozporządzenia
traci moc Rozporządzenie Ministra Środowiska z
dnia 29 stycznia 2003r. Dz. U. Nr. 35 poz. 308).
W praktyce, uchwalenie tego Rozporządzenia nic
nie zmienia w polskim ustawodawstwie w zakresie
ochrony przed hałasem!!!
Akt prawny określa wymagania w zakresie prowadzenia pomiarów poziomów hałasu w środowisku,
do których są obowiązani zarządzający drogą, linią
kolejową, linią tramwajową, lotniskiem lub portem.
Pomiary dotyczą hałasu emitowanego do środowiska
w związku z eksploatacją tych obiektów i wykonywane są w sposób ciągły lub okresowy. Rozporządzenie
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
reguluje metodykę pomiarową, kryteria wyboru
punktów pomiarowych oraz sposób ewidencjonowania wyników.
Wyniki przeprowadzonych pomiarów hałasów
ewidencjonowane są w formie zestawień tabelarycznych, opisów i map sytuacyjnych zapisanych w postaci drukowanej i elektronicznej.
UWAGA!
Poniżej przedstawionoważniejsze informację dotyczące pomiaru hałasu od linii kolejowych i tramwajowych. Numeracja poszczególnych paragrafów
oraz punktów w celu pozostawienia spójności
z tekstem oryginalnym pozostaną niezmienione.
§1. określa wymagania w zakresie prowadzenia
pomiarów substancji lub energii w środowisku, do
których są zobowiązani zarządzający drogą, linią
kolejową, linią tramwajową, lotniskiem, portem,
wprowadzanych w związku z eksploatacją tych
obiektów, oraz ustala przypadki, w których wymagane
są: 1)
ciągłe pomiary poziomów wskazanych substancji lub energii w środowisku;
2)
okresowe pomiary poziomów wskazanych
substancji lub energii w środowisku;
3)
referencyjne metodyki wykonywania pomiarów,
4)
kryteria lokalizacji punktów pomiarowych;
5)
sposoby ewidencjonowania wyników przeprowadzonych pomiarów.
§3. Okresowe pomiary poziomów substancji lub
energii w środowisku prowadzi się dla następujących
substancji lub energii:
1)
hałasu w środowisku od:
c) linii kolejowych magistralnych i pierwszorzędnych - co 5 lat,
d) linii tramwajowych - co 5 lat,
§4. Referencyjne metodyki wykonywania pomiarów oraz kryteria lokalizacji punktów pomiarowych
dla pomiarów:
1) okresowych - hałasu w środowisku, o których
mowa w § 3 pkt 1 lit. a-d, są określone
w załączniku nr 2 do rozporządzenia;
§5. Wyniki przeprowadzonych pomiarów poziomów substancji lub energii w środowisku wykonane
w związku z eksploatacją drogi, linii kolejowej, linii
tramwajowej, lotniska oraz portu są ewidencjonowane
w formie zestawień tabelarycznych, opisów i map
sytuacyjnych zapisanych w postaci drukowanej i elektronicznej.
Załączniki do Rozporządzenia MŚ z dnia 2 października 2007r.
Załącznik nr 2
Referencyjne metodyki wykonywania okresowych pomiarów poziomów hałasu w środowisku
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
dla dróg, linii kolejowych, linii tramwajowych,
urządzeń na terenach portów oraz kryteria lokalizacji
punktów pomiarowych
I. POSTANOWIENIA OGÓLNE
1. Stosowane metody
Okresowe pomiary poziomów hałasu w środowisku,
powodowanego ruchem drogowym, kolejowym,
tramwajowym i urządzeń związanych z pracą portu,
wykonuje się, wykorzystując:
a)
metodę pośrednią, to jest metodę pomiarów
pojedynczych zdarzeń akustycznych,
b)
metodę bezpośrednich pomiarów hałasu z
wykorzystaniem próbkowania,
c)
metodę bezpośrednią ciągłych pomiarów w
ograniczonym czasie,
d)
metody obliczeniowe oparte o modele rozprzestrzeniania się dźwięku w środowisku.
Metoda pomiarów pojedynczych zdarzeń akustycznych stosowana jest w pomiarach hałasu:
a) dla linii kolejowych i tramwajowych,
Metoda bezpośrednich pomiarów hałasu z wykorzystaniem próbkowania stosowana jest głównie do pomiaru hałasu dla dróg o natężeniu ruchu przekraczającym 300 pojazdów na godzinę.
Metoda bezpośrednia ciągłych pomiarów w ograniczonym czasie stosowana jest do nieprzerwanych
wielogodzinnych lub wielodniowych obserwacji hałasu w danym punkcie pomiarowym.
Metody obliczeniowe mogą być stosowane
w odniesieniu do wszystkich wymienionych wyżej
źródeł hałasu.
Powyższe metody służą do wyznaczenia wartości
równoważnego poziomu hałasu wraz z niepewnością
oszacowania:
(2)
L Aeq,T ± ∆L Aeq,T w decybelach [dB]
gdzie:
L Aeq,T - uzyskana w wyniku pomiarów wartość
równoważnego poziomu dźwięku dla czasu odniesienia T [dB],
∆L Aeq,T - niepewność oszacowania wartości poziomu równoważnego [dB].
!!! Rozporządzenie nie określa metod wyznaczania
wartości niepewności ∆L Aeq ,T !!!1
1
zasady prawidłowego określania niepewności pomiarów
akustycznych przedstawiono w punkcie 11 tego artykułu.
41
2. Ogólne wymagania dotyczące zestawów pomiarowych
Zestawy pomiarowe powinny być tak dobrane, by
można było za ich pomocą wyznaczyć równoważny
poziom dźwięku A zarówno metodami bezpośrednimi, jak pośrednimi, to znaczy przez pomiary ekspozycyjnych poziomów dźwięku.
Do bezpośrednich ciągłych pomiarów w ograniczonym czasie mogą być stosowane zestawy przyrządów pomiarowych wykonujących automatyczne pomiary hałasu oraz warunków meteorologicznych.
Zestawy przyrządów pomiarowych, to jest mierników poziomu dźwięku wraz z mikrofonem oraz
innych przyrządów używanych do pomiarów poziomów dźwięku, powinny mieć 1 klasę dokładności.
Wzorcowe źródła dźwięku używane do wzorcowania toru pomiarowego muszą mieć klasę dokładności minimum 1.
Mikrofony pomiarowe powinny mieć założone
osłony przeciwwietrzne, niezależnie od warunków
atmosferycznych.
3. Wzorcowanie, legalizacja
Pomiary mogą być wykonywane wyłącznie za
pomocą przyrządów z ważnym świadectwem legalizacji.
Wszystkie przyrządy używane do pomiarów hałasu powinny być wzorcowane, a sposób wzorcowania
musi być zgodny z instrukcją dostarczaną przez producenta przyrządu.
4. Warunki meteorologiczne
Pomiary hałasu wykonuje się w warunkach meteorologicznych, zapewniających najbardziej stabilne
warunki w czasie rozprzestrzeniania się dźwięku z
dodatnią składową prędkości wiatru od źródła do
punktu pomiarowego, takich jak:
a) prędkość wiatru 0-5 m/s określona na wysokości położenia najwyższego punktu obserwacji,
b) brak silnej inwersji temperaturowej przy
gruncie,
c) temperatura powyżej -5°C,
d) brak opadów atmosferycznych.
Stosując metodę bezpośrednich, ciągłych pomiarów w ograniczonym czasie pomiary parametrów
meteorologicznych wykonuje się równocześnie z pomiarami hałasu.
II. OGÓLNE ZASADY LOKALIZACJI
PUNKTÓW POMIAROWYCH DLA POMIARÓW OKRESOWYCH
1. Informacje wstępne
Lokalizacja punktów pomiarowych ustalana jest indywidualnie dla każdego pomiaru w zależności od aktualnego celu pomiarów, charakterystyk źródła hałasu oraz rodzaju pokrycia i zagospodarowania obszaru, na którym wykonywane są
pomiary.
Punkty pomiarowe dzieli się na dwie kategorie:
42
a) referencyjne,
b) pozostałe.
Referencyjne punkty pomiarowe służą do
oceny i monitorowania zmienności parametrów
akustycznych źródła hałasu. Uzyskane w nich
wyniki służą za punkt odniesienia do:
a) oceny akustycznej źródła,
b) interpretacji wyników pomiarów
uzyskanych w pozostałych punktach
pomiarowych.
2. Kryteria lokalizacji referencyjnych punktów
pomiarowych
Referencyjny punkt pomiarowy lokalizuje
się na wysokości 4,0 m ± 0,1 m. Jeżeli w miejscu
lokalizacji punktu referencyjnego znajdują się
przeszkody na drodze rozprzestrzeniania się
dźwięku (takie jak mur, płot, budynek), punkt
sytuuje się na wysokości minimum 0,5 m nad tą
przeszkodą.
W przypadkach pomiarów hałasu w
miejscu projektowanego ekranu akustycznego,
punkt referencyjny pomiarów sytuuje się w
płaszczyźnie ekranu na wysokości minimum 0,5 m
ponad przewidywaną górną krawędzią ekranu.
Dla linii kolejowych poza miastem,
niezabudowanych, punkt referencyjny w miarę
możliwości oddala się do 25 m.
Przyjmuje się zasadę, iż pomiar w jednym
punkcie referencyjnym charakteryzuje emisję
hałasu z danego jednorodnego pod względem
akustycznym odcinka drogi lub linii kolejowej,
przy czym ta jednorodność dotyczy nie tylko
parametrów ruchu i arterii (linii kolejowej), lecz
jednocześnie najbliższego otoczenia.
Jeżeli arteria (drogowa, szynowa) biegnie
po nasypie, estakadzie itp., a warunki na to
pozwalają, referencyjny punkt pomiarowy hałasu
lokalizuje się także zgodnie z wymienionymi
zasadami, przy czym wysokość punktu
pomiarowego liczona jest w stosunku do
wysokości jezdni (nawierzchni torowej).
Dla dróg przebiegających w wykopie
referencyjny punkt pomiarowy lokalizuje się w
odległości 1 m od krawędzi wykopu na wysokości
4,0 m ± 0,1 m.
3. Kryteria lokalizacji pozostałych punktów
pomiarowych hałasu w środowisku
W przypadku pomiarów hałasu na terenie
chronionym, nie przeznaczonym pod zabudowę,
punkt pomiarowy lokalizuje się na wysokości 1,5
m nad powierzchnią terenu.
W przypadkach skomplikowanego ukształtowania lub zagospodarowania terenu (takiego jak
teren pagórkowaty) lokalizacja punktów pomiarowych musi być rozpatrywana indywidualnie.
Jeżeli pomiary hałasu prowadzone są na terenie zabudowanym, to w celu zminimalizowania
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
wpływu odbić dźwięku, punkty pomiarowe
powinny być sytuowane w odległości co najmniej
3,5 m od najbliższej płaszczyzny odbijającej (poza
podłożem).
Jeżeli pomiary hałasu odnoszą się do terenu,
na którym usytuowana jest zabudowa wymagająca
ochrony akustycznej, to punkt pomiarowy hałasu
w środowisku lokalizuje się w odległości od 1 do
2 m od ściany zewnętrznej oraz na wysokości 1,5
m nad poziomem podłogi kondygnacji, na której
poziom hałasu jest najwyższy.
Kondygnację, na której poziom hałasu jest
najwyższy, ustala się, poprzedzając właściwy
pomiar hałasu pomiarami orientacyjnymi na
poszczególnych kondygnacjach.
W przypadku pomiarów hałasu na obszarach
przeznaczonych pod zabudowę punkt pomiarowy
sytuowany jest na granicy przewidywanej
zabudowy na wysokości:
a) 4 m nad poziomem terenu w przypadku
przewidywanej zabudowy jednorodzinnej,
b) 10 m nad poziomem terenu w przypadku
przewidywanej zabudowy wielorodzinnej.
III. METODA POŚREDNIA - METODA POMIARÓW POJEDYNCZYCH ZDARZEŃ
AKUSTYCZNYCH
a) terenowych pomiarach ekspozycyjnych
poziomów dźwięku,
b) wyznaczeniu równoważnego poziomu
dźwięku na podstawie zmierzonych poziomów ekspozycyjnych.
Ekspozycyjne poziomy dźwięku, oznaczane
LAE, mierzone są dla pojedynczych zdarzeń akustycznych.
Pojedyncze zdarzenia akustyczne łączy się
w klasy. Dla każdej klasy wyznaczana jest wartość średnia oraz odchylenie standardowe.
Podstawowym kryterium łączenia pojedynczych zdarzeń akustycznych w klasy jest uzyskanie możliwie niskiej wartości odchylenia
standardowego dla klasy, oznaczonego jako
σL AE .
W pomiarach hałasu dla linii kolejowych
określa się 3 klasy pojedynczych zdarzeń akustycznych, polegających na przejeździe przed
punktem pomiarowym:
a) pociągu pasażerskiego dalekobieżnego
(takiego jak pospieszny, EuroCity, InterCity),
b) pociągu pasażerskiego lokalnego,
c) pociągu towarowego.
Czas pomiaru poziomu L AE dla każdego
pojedynczego zdarzenia akustycznego nie może
być mniejszy niż akustyczny czas trwania zjawiska, to znaczy by wartość chwilowa poziomu
dźwięku generowanego przez wydarzenie akustyczne zawierała się w przedziale:
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
L A max − 10dB ≤ L A (t ) ≤ L A max
gdzie:
(3)
L A (t ) - chwilowa wartość poziomu dźwięku,
dB,
L A max
- maksymalna wartość poziomu
dźwięku.
Dla każdej klasy pojedynczych zdarzeń akustycznych oblicza się średnią wartość poziomu
ekspozycyjnego według wzoru:
1 n

L AEk = 10 lg  ∑ 10 0.1LAEki 
 n i =1

(4)
w którym:
n - liczebność klasy, to jest liczba pomiarów pojedynczych zdarzeń akustycznych
k-tej klasy,
L AEk - średni dla k-tej klasy poziom ekspozycyjny w dB,
L AEki - zmierzona wartość poziomu ekspozycyjnego zakwalifikowanego do k-tej
klasy.
Dla każdej klasy pojedynczych zdarzeń akustycznych określa się odchylenie standardowe w
próbce według wzoru:
σ L AEk =
1 n
(L AEki − L AEk )2
∑
n − 1 i =1
oznaczenia jak poprzednio2
Wynikową wartość równoważnego
dźwięku określa się z zależności:
1 m

L Aeq = 10 lg  ∑ N k 10 0.1LAEk 
 T k =1

gdzie:
T
(5)
poziomu
(6)
-
czas odniesienia w sekundach,
Nk
iczba pojedynczych zdarzeń
akustycznych k-tej klasy zaobserwowana w czasie odniesienia T,
L AEk - średni dla k-tej klasy poziom
ekspozycyjny w dB,
m
- liczba klas pojedynczych zdarzeń akustycznych.
V. METODA BEZPOŚREDNIA CIĄGŁYCH
POMIARÓW W OGRANICZONYM CZASIE
Przy zastosowaniu tej metody wartości równoważnego poziomu dźwięku dla badanego hałasu
wyznacza się w oparciu o wyniki ciągłej obserwacji zmian poziomu w czasie odniesienia.
1
wzór jest nieprawidłowy z fizycznego punktu widzenia patrz punkt 11 artykułu - przyp.MK
43
Z pełnego okresu ciągłego pomiaru hałasu eliminuje się dane uzyskane w odcinkach czasu, w których
warunki atmosferyczne nie odpowiadają warunkom
podanym w I.4.
Dla odcinków czasu, dla których wyeliminowano
wyniki obserwacji poziomów dźwięku, ich wartości
wyznacza się w oparciu o metody obliczeniowe.
VI. METODY OBLICZENIOWE
Metody obliczeniowe hałasu od dróg, linii kolejowych, linii tramwajowych, urządzeń i statków w
porcie oparte powinny być o model rozprzestrzeniania
się dźwięku w środowisku, zawarty w normie PN ISO
9613-2 [14].
Zastosowanie modelu obliczeniowego może wymagać pomiarów w celu ustalenia wielkości wejściowych do obliczeń dotyczących emisji hałasu ze źródeł.
Pomiary takie przeprowadza się w oparciu o metody
podane w III-V.
VII. DANE REJESTROWANE W PROTOKOŁACH I SPRAWOZDANIACH Z BADAŃ
Każdy pomiar musi być udokumentowany
protokołem pomiarowym zawierającym:
1. Zastosowana metoda pomiarów:
Nazwa lub krótki opis (charakterystyka metody).
2. Przyrządy pomiarowe i wyposażenie:
1) użyte przyrządy pomiarowe, nazwy i
typy poszczególnych przyrządów,
2) metody stosowane do okresowych
kontroli mikrofonów i elementów
składowych
systemów
pomiarowych (nr świadectwa legalizacji),
3) ustawienia przyrządów pomiarowych
(charakterystyka korekcyjna A, zastosowana stała czasowa).
3. Charakterystyka terenu, na którym
prowadzono pomiary hałasu.
Opis terenu, na którym prowadzono badania, a
w tym szkice lub fotografie pokazujące:
1)
ukształtowanie terenu,
2)
powierzchnię terenu,
3)
zabudowę,
4)
obiekty odbijające fale akustyczne w
otoczeniu źródła i punktu pomiarowego,
5)
klasyfikację terenu z punktu widzenia
planu zagospodarowania przestrzennego,
6)
dopuszczalne poziomy hałasu.
4. Charakterystyka lokalizacji punktu
pomiarowego:
1) odległość punktu pomiarowego od
źródła,
2) wysokość punktu pomiarowego,
3) współrzędne geograficzne i/lub topograficzne punktu pomiarowego.
5. Charakterystyka źródła hałasu.
Dane niezbędne do identyfikacji źródła i interpretacji wyników. Charakterystyki te są różne
w zależności od mierzonego źródła:
Hałas dla linii kolejowych i tramwajowych:
1) nazwa odcinka linii, przy której prowadzone są pomiary hałasu,
2) rodzaj linii:
a) miejska,
b) pozamiejska,
3) parametry linii:
a) długość odcinka, przy którym
prowadzone są badania,
b) liczba torów,
c) trakcja,
d) niweleta trasy,
e) stan torowiska (opisowo),
f) położenie (w poziomie terenu, w
wykopie, na nasypie, estakadzie),
4) parametry ruchu:
a) liczba pociągów danego typu,
b) średnia prędkość danego typu pociągu,
c) średnia długość pociągu danego
typu,
5) otoczenie źródła hałasu:
a) rodzaj zabudowy:
- po stronie wykonywania pomiarów,
- po przeciwnej stronie,
b) odległość pierwszej linii zabudowy
od linii:
- po stronie wykonywania pomiarów,
- po przeciwnej stronie,
c) wysokość pierwszej linii zabudowy:
- po stronie wykonywania pomiarów,
- po przeciwnej stronie,
d) liczba obiektów (budynków) bezpośrednio eksponowanych na hałas:
- po stronie wykonywania pomiarów,
- po przeciwnej stronie,
e) oszacowana liczba mieszkańców
(osób) eksponowanych na hałas.
6. Warunki meteorologiczne:
1) prędkość i kierunek wiatru,
2) względna wilgotność,
3) temperatura,
4) ciśnienie.
7. Wyniki pomiarów - dane akustyczne:
1) pora doby, której dotyczą pomiary,
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
44
1) wyniki wszystkich badań (pomiarów)
w punktach obserwacji i punkcie odniesienia (referencyjnym),
2) wartość poziomu równoważnego wraz
z niepewnością, w każdym punkcie
pomiarowym,
3) przekroczenia dopuszczalnych poziomów hałasu,
4) nazwa i adres instytucji wykonującej
badania, data badań,
6) osoba odpowiedzialna za przeprowadzenie badań.
8. Załączniki graficzne - szkic poligonu
badań:
1) wycinek planu z zaznaczeniem położenia źródła, punktów obserwacji, innych pobliskich obiektów o charakterze ekranującym lub powodujących
odbicia,
2) szkice przybliżające lokalizację i wzajemne usytuowanie punktów obserwacji, źródła, punktów odniesienia
(referencyjnych), pobliskich obiektów
mających wpływ na pole akustyczne,
z uwzględnieniem przekrojów poziomych i pionowych (wysokości).
Objaśnienie:
Użyte w niniejszym załączniku określenia
są zgodne z normami PN ISO-1996-1/2 [15] .
5. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia
1 października 2007r. [10]
Rozporządzenie implementuje przepisy Dyrektywy 2002/49/WE [1] Parlamentu Europejskiego i Rady
z dnia 25 czerwca 2002 r. w sprawie oceny i zarządzania poziomem hałasu w środowisku. Zgodnie z zapisami ww. dyrektywy (art. 1) kraje członkowskie zobowiązane są do:
• określenia stopnia narażenia na hałas w środowisku poprzez sporządzenie map akustycznych;
• zapewnienia społeczeństwu dostępu do informacji na temat hałasu w środowisku i jego
skutków;
• przyjęcia, w oparciu o dane pochodzące z map
akustycznych, planów działań zmierzających
do zapobiegania powstawaniu hałasu w środowisku i obniżania jego poziomu, szczególnie w sytuacji zagrożenia zdrowia ludzi.
Mapy akustyczne są elementem długookresowej
polityki ochrony środowiska przed hałasem. Ocena
stanu akustycznego środowiska, obejmująca między
innymi wykonanie map akustycznych, jest obligatoryjna w ramach Państwowego Monitoringu Środowiska (PMŚ).
Nowe Rozporządzenie Ministra Środowiska określa szczegółowy zakres danych, które powinny być
ujęte na mapach akustycznych oraz ich układ i sposób
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
prezentacji w celu ich wykorzystywania do opracowania danych dla PMŚ.
Mapy akustyczne składają się z części opisowej,
zawierającej informacje wprowadzające, tabelaryczne
zestawienia wyników, wykresy, dokumentację fotograficzną i wnioski, oraz części graficznej złożonej z
szeregu map tematycznych obrazujących stan klimatu
akustycznego.
W części opisowej bardzo ważny element stanowi
charakterystyka obszaru podlegającego ocenie, w tym
ogólny opis terenu objętego mapą z podstawowymi
danymi statystycznymi, identyfikacja i charakterystyka
źródeł hałasu, uwarunkowania akustyczne wynikające
z miejscowego planu zagospodarowania przestrzennego lub innych dokumentów prawa miejscowego (np.
Studium uwarunkowań i kierunków zagospodarowania
przestrzennego gminy) i dokumentów planistycznych
(np. opracowanie ekofizjograficzne).
Zakres danych części opisowej mapy akustycznej
jest zróżnicowany w zależności od obszaru objętego
mapą, ponieważ rozróżnia się mapy akustyczne dla
obszaru aglomeracji oraz mapy akustyczne dla obszarów położnych w otoczeniu dróg, linii kolejowych
oraz portów lotniczych.
Zakres danych części graficznej obejmuje mapy
opracowane osobno dla każdego rozpatrywanego rodzaju źródła hałasu oraz osobno dla stosowanych
wskaźników oceny (LDWN i LN), w szczególności:
• Mapę emisyjną (charakteryzującą hałas emitowany z poszczególnych źródeł);
• Mapę imisyjną (mapę stanu akustycznego środowiska kształtowanego przez dany rodzaj
źródła hałasu np. kolejowego);
• Mapę wrażliwości hałasowej obszarów (w zależności od sposobu zagospodarowania terenu
i jego funkcji);
• Mapę terenów zagrożonych hałasem, obrazującą przekroczenia dopuszczalnych poziomów
dźwięku;
• Mapę pokazującą liczbę osób eksponowanych
na hałas.
Mapy akustyczne stanowią podstawę do tworzenia i
aktualizacji programów ochrony środowiska przed
hałasem. Tereny objęte programami ochrony przed
hałasem to między innymi tereny położone w zasięgu
oddziaływania akustycznego głównych dróg, linii
kolejowych i lotnisk.
6. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 14
czerwca 2007r. w sprawie dopuszczalnych poziomów hałasu w środowisku [9].
Z dniem wejścia w życie niniejszego Rozporządzenia traci moc Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 29 lipca 2004r. Dz. U. Nr. 178 poz. 1841).
W Rozporządzeniu pozostawiono dotychczasowe
wartości dopuszczalne dla celów kontrolnych (dla
45
dróg, kolei i przemysłu). Istotną zmianą jest wprowadzenie przypisu dotyczącego pory nocnej dla "terenów
zabudowy związanej ze stałym lub czasowym pobytem
dzieci i młodzieży" oraz wykreślenie słowa "poza miastem"
przy
"terenach
rekreacyjnowypoczynkowych" - konsekwencją tego może być
objęcie ochroną np. ogródków działkowych, które
kiedyś były w dawnej strefie ochronnej zakładu przemysłowego. Dodano również przypis dotyczący pory
nocnej dla "terenów rekreacyjno-wypoczynkowych”.
Usunięto kategorię "tereny zabudowy mieszkaniowej jednorodzinnej z usługami rzemieślniczymi", za
to wprowadzono jednoznacznie określoną kategorię
"tereny mieszkaniowo-usługowe".
Wprowadza się takie same wartości długookresowych wskaźników L DWN i L N jak wskaźniki L AeqD
i L AeqN - czego konsekwencją jest Zaostrzenie polityki długookresowej w stosunku do dróg, kolei
i przemysłu, jako że wskaźnik L DWN zawiera w sobie
ostrzejszy o 5 dB poziom wieczorny oraz o 10 dB
poziom nocny!
Natomiast pozostawiając dla pewnych kategorii
terenów różnice pomiędzy L DWN i L N w wysokości
5 dB powoduje się to, że w większości przypadków
dla tych terenów wartość wskaźnika nocnego będzie
bezprzedmiotowa, bo we wskaźniku L DWN poziom
nocny jest o 10 dB ostrzejszy.
Poza tym Rozporządzenie ma zastosowanie, w
przypadku ustalania wykazu miejscowości, w których
może być pobierana opłata miejscowa (pobierana za
każdy dzień pobytu od osób fizycznych przebywających dłużej niż dobę w celach turystycznych, wypoczynkowych lub szkoleniowych). Miejscowość ubiegająca się o taki status powinna spełniać minimalne
warunki klimatyczne tzn. zachowanie w miejscowości
dopuszczalnych poziomów hałasu, określonych w
niniejszym rozporządzeniu Ministra Środowiska.
ZAŁĄCZNIK
DOPUSZCZALNE
ŚRODOWISKU
POZIOMY
HAŁASU
W
Dopuszczalne poziomy hałasu w środowisku powodowanego przez
poszczególne grupy źródeł hałasu (*) w odniesieniu do jednej doby
Tabela 1
Dopuszczalny poziom hałasu w [dB]
Drogi lub linie kolejowe 1)
Lp.
1
Rodzaj terenu
a)
b)
a)
b)
2
c)
d)
a)
3
4
b)
c)
Strefa ochronna „A” uzdrowiska
Tereny szpitali poza miastem
Tereny zabudowy mieszkaniowej
jednorodzinnej
Tereny zabudowy związanej ze stałym lub czasowym pobytem dzieci i
młodzieży 2)
Tereny domów opieki społecznej
Tereny szpitali w miastach
Tereny zabudowy mieszkaniowej
wielorodzinnej
i zamieszkania zbiorowego
Tereny zabudowy zagrodowej
Tereny rekreacyjno – wypoczynkowe
L AeqD
L AeqN
przedział czasu
odniesienia równy
16 godzinom
przedział czasu odniesienia równy
8 godzinom
50
45
55
50
60
50
65
55
2)
d) Tereny mieszkaniowo - usługowe
Tereny w strefie śródmiejskiej miast powyżej 100 tys. mieszkańców 3)
* z wyłączeniem hałasu powodowanego przez starty, lądowania i przeloty statków powietrznych oraz linie elektroenergetyczne, wyrażone wskaźnikami
1)
2)
3)
46
L AeqD
i
L AeqN , które to wskaźniki mają zastosowanie do ustalania i kontroli
warunków korzystania ze środowiska
Objaśnienia:
Wartości określone dla dróg i linii kolejowych stosuje się także dla torowisk tramwajowych poza pasem drogowym i
kolei linowych.
W przypadku niewykorzystania tych terenów, zgodnie z ich funkcją, w porze nocy, nie obowiązuje na nich dopuszczalny poziom hałasu w porze nocy
Strefa śródmiejska miast powyżej 100tys. mieszkańców to teren zwartej zabudowy mieszkaniowej z koncentracją
obiektów administracyjnych, handlowych i usługowych. W przypadku miast, w których występują dzielnice o liczbie mieszkańców pow. 100 tys., można wyznaczyć w tych dzielnicach strefę śródmiejską, jeżeli charakteryzuje się
ona zwartą zabudową mieszkaniową z koncentracją obiektów administracyjnych, handlowych i usługowych.
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
Dopuszczalne poziomy hałasu w środowisku powodowanego przez poszczególne grupy źródeł hałasu ( *) dla
wszystkich dób w roku
Tabela 2
Dopuszczalny długookresowy średni
poziom dźwięku A w [dB]
Drogi lub linie kolejowe 1)
Lp.
1
2
3
4
L DWN
Rodzaj terenu
a)
b)
a)
b)
LN
przedział czasu
przedział czasu
odniesienia równy odniesienia równy
wszystkim dobom w wszystkim porom
roku
nocy
Strefa ochronna „A” uzdrowiska
Tereny szpitali poza miastem
Tereny zabudowy mieszkaniowej jednorodzinnej
Tereny zabudowy związanej ze stałym lub czasowym pobytem dzieci i młodzieży
c)
Tereny domów opieki społecznej
d)
Tereny szpitali w miastach
a) Tereny zabudowy mieszkaniowej wielorodzinnej
i zamieszkania zbiorowego
b) Tereny zabudowy zagrodowej
c) Tereny rekreacyjno – wypoczynkowe
d) Tereny mieszkaniowo - usługowe
Tereny w strefie śródmiejskiej miast powyżej 100 tys. mieszkańców 2)
50
45
55
50
60
50
65
55
* z wyłączeniem hałasu powodowanego przez starty, lądowania i przeloty statków powietrznych oraz linie elektroenergetyczne, wyrażone wskaźnikami
LDWN
i
L N , które to wskaźniki mają zastosowanie do prowadzenia długookresowej po-
lityki w zakresie ochrony przed hałasem
Objaśnienia:
Wartości określone dla dróg i linii kolejowych stosuje się także dla torowisk tramwajowych poza pasem drogowym i kolei
linowych.
Strefa śródmiejska miast powyżej 100tys. mieszkańców to teren zwartej zabudowy mieszkaniowej z koncentracją obiektów administracyjnych, handlowych i usługowych. W przypadku miast, w których występują dzielnice o liczbie mieszkańców pow. 100 tys., można wyznaczyć w tych dzielnicach strefę śródmiejską, jeżeli charakteryzuje się ona zwartą zabudową mieszkaniową z koncentracją obiektów administracyjnych, handlowych i usługowych.
7. Obwieszczenie Ministra Środowiska z dnia 18
września 2007r. – załącznik 5 [8]
Określa, wysokości kar za przekroczenie warunków wprowadzenia ścieków do wód lub ziemi oraz za
przekroczenie dopuszczalnego poziomu hałasu, na
rok 2008. (Dane należy aktualizować corocznie).
Tabela 3 Wysokość kar za przekroczenie dopuszczalnego
poziomu hałasu
Wielkość przekroczenia
od 1 do 5 dB
powyżej 5 do 10 dB
powyżej 10 do 15 dB
powyżej 15 dB
w zł za każdy dB
przekroczenia
w porze
w porze
dnia
nocy
9,19
11,50
16,10
19,55
23,00
27,61
34,49
41,41
8. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia
14.12.2006r. [7] w sprawie dróg, linii kolejowych i
lotnisk kolejowych i lotnisk, których eksploatacja
może powodować negatywne oddziaływanie akustyczne na znacznych obszarach, dla których jest wymagane sporządzanie map akustycznych, oraz sposobów określania granic terenów objętych tymi mapami.
UWAGA!
Poniższy tekst zawiera wyłącznie informację dotyczące pomiaru hałasu od linii kolejowych i tramwajowych. Numeracja poszczególnych paragrafów oraz
punktów w celu pozostawienia spójności z tekstem
oryginalnym pozostaną niezmienione.
UWAGA: nie dotyczy dróg, linii tramwajowych ani linii kolejowych!
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
47
§ 1. Rozporządzenie określa:
1) drogi, linie kolejowe i lotniska, których eksploatacja może powodować negatywne oddziaływanie akustyczne na znacznych obszarach, dla
których jest wymagane sporządzanie map akustycznych;
2) terminy zaliczenia dróg, linii kolejowych i lotnisk do obiektów, których eksploatacja może
powodować negatywne oddziaływanie na środowisko;
3) sposoby określania granic terenów objętych
mapami, o których mowa w pkt 1.
§ 2. Do obiektów, których eksploatacja może powodować negatywne oddziaływanie akustyczne na
znacznych obszarach, zalicza się:
1) z dniem wejścia w życie rozporządzenia:
a) linie kolejowe, po których przejeżdża ponad 60
000 pociągów rocznie,
2) z dniem 1 stycznia 2011 r.:
a) linie kolejowe, po których przejeżdża ponad 30
000 pociągów rocznie.
§ 3. Granice terenów objętych mapą akustyczną, w
związku z eksploatacją dróg, linii kolejowych
oraz lotnisk, o których mowa w § 2, określa się
liniami rozgraniczającymi, pokrywającymi się z
izoliniami odpowiadającymi wartościom długookresowego średniego poziomu dźwięku A, wyrażonego w decybelach (dB):
1) wyznaczonego w ciągu wszystkich dób w roku — LDWN = 55;
2) wyznaczonego w ciągu wszystkich pór nocy
w roku — LN = 50.
9. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia
17.01.2003r. [6] w sprawie rodzajów wyników pomiarów prowadzonych w związku z eksploatacją
dróg, linii kolejowych, linii tramwajowych, lotnisk
oraz portów, które powinny być przekazywane właściwym organom ochrony środowiska, oraz terminów
i sposobów ich prezentacji
UWAGA!
Poniższy tekst zawierał będzie wyłącznie informację
dotyczące pomiaru hałasu od linii kolejowych
i tramwajowych. Numeracja poszczególnych paragrafów oraz punktów w celu pozostawienia spójności
z tekstem oryginalnym pozostaną niezmienione.
§1. Rozporządzenie określa rodzaje wyników
pomiarów prowadzonych w związku z eksploatacją
dróg, linii kolejowych, linii tramwajowych, lotnisk
oraz portów, które ze względu na szczególne
znaczenie dla systematycznej obserwacji zmian stanu
środowiska, wynikających z eksploatacji tych
obiektów, powinny być przekazywane właściwym
organom ochrony środowiska, oraz terminy i sposób
ich prezentacji.
§ 2. Właściwemu organowi ochrony środowiska
przedkłada się wyniki:
2) okresowych pomiarów poziomów substancji lub energii w środowisku na skutek
eksploatacji:
a ) dróg, linii kolejowych, linii tramwajowych, na które, na mocy art. 176 ustawy
z dnia 27 kwietnia 2001 r. - Prawo ochrony środowiska oraz w związku z art. 175
ust. 1 i ust. 3 tej ustawy, został nałożony
obowiązek ich prowadzenia.
§3. Wyniki ciągłych i okresowych pomiarów emisji substancji lub energii wprowadzanej do środowiska, o których mowa w § 2, przedkłada się
w formie drukowanych zestawień tabelarycznych,
opisów, szkiców i schematów sytuacyjnych..
§ 4.
3) Układ przekazywanych wyników okresowych pomiarów poziomów hałasu w środowisku
dla linii kolejowych i tramwajowych jest określony
w załączniku nr 3 do rozporządzenia.
§ 6.
1) Wyniki ciągłych pomiarów hałasu
w środowisku, prowadzone w okresie miesiąca
kalendarzowego, przekazuje się w terminie 30 dni
od dnia zakończenia pomiarów.
2) Wyniki okresowych pomiarów poziomów
substancji lub energii w środowisku przekazuje się
w terminie 21 dni od daty wykonania pomiarów.
§ 7. Rozporządzenie weszło w życie z dniem 1
stycznia 2004 r.
Załącznik nr 3
UKŁAD PRZEKAZYWANYCH WYNIKÓW OKRESOWYCH POMIARÓW POZIOMÓW
HAŁASU W ŚRODOWISKU DLA DRÓG, LINII KOLEJOWYCH I LINII
TRAMWAJOWYCH
Nazwa obiektu
Data wykonania pomiaru .......................................................................................................................
Lokalizacja punktu pomiarowego...............................................................................................................
48
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
Układ współrzędnych płaskich prostokątnych ,,1992":
Długość geograficzna ..................................................................................................................................
Szerokość geograficzna ...............................................................................................................................
Względna wysokość punktu pomiarowego [m]...........................................................................................
Opis i charakterystyka źródeł hałasu (w tym natężenia ruchu, parametry ruchu, liczby
pojazdów)
.....................................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................................
Szkic sytuacyjny:
Szkic sytuacyjno-wysokościowy w skali 1: 500 lub l: 1000, z oznaczeniem kierunku wiatru,
położeniem terenów chronionych przed hałasem i z opisem dopuszczalnych poziomów hałasu
Metoda badań:
Metoda pośrednia, to jest metoda pomiarów sygnałów elementarnych..........................
Metoda bezpośrednich pomiarów hałasu z wykorzystaniem próbkowania....................
Metoda bezpośrednia ciągłych pomiarów w ograniczonym czasie................................
Metoda obliczeniowa oparta o modele rozprzestrzeniania się dźwięku w środowisku...
Warunki atmosferyczne:
Zmierzone na wysokości..........
Wartości mierzone
Wartości maksymalne
Wartości minimalne
Wartości średnie
prędkość i kierunek wiatru: m/sek /°
temperatura otoczenia: °C
wilgotność względna %
ciśnienie atmosferyczne (hPa)
stan pogody w okresie wykonania pomiaru
inne spostrzeżenia
Aparatura pomiarowa: ......................................................................................................................................
typ ............, z mikrofonem typu .......................................................................................................................
świadectwo uwierzytelnienia nr ............................ wydane dnia ..... przez Prezesa Głównego
Urzędu Miar w Warszawie, ważne do dnia .....................................................................................................
Parametry pomiaru: stała czasowa: .................................................................................................................
korekcja: .......................................................................................................................
Warunki pozaakustyczne: odpowiednio dla źródła emisji hałasu (natężenie ruchu pojazdów
z uwzględnieniem udziału pojazdów ciężkich, liczby przejeżdżających pociągów, tramwajów)
WYNIKI POMIARÓW
Metoda pośrednia - metoda pomiarów sygnałów elementarnych
Kategoria sygnału
Zmierzone wartości ekspozycyjnego
Lp.
Numer pomiaru
elementarnego
poziomu dźwięku A , [dB]
Data przeprowadzenia pomiarów: od ............. godz. ......... do ............. godz. ..........
(data)
(data)
Określenie średnich wartości poziomów ekspozycyjnych dla każdej kategorii sygnału elementarnego wraz z odchyleniem standardowym
.......................................................................................................................................................
Określenie równoważnego poziomu hałasu wraz z niepewnością wyniku
.......................................................................................................................................................
(opis sposobu określenia równoważnego poziomu dźwięku oraz niepewności pomiaru, tabelaryczne
zestawienie uzyskanych wartości)
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
49
Metoda bezpośrednich pomiarów hałasu z wykorzystaniem próbkowania
Zmierzone wartości
Numer
Czas
Lp.
Poziom
równoważny
Poziom
Poziom minimalpomiaru pomiaru t [s]
zmierzony w czasie t [dB] maksymalny [dB]
ny [dB]
Data przeprowadzenia pomiarów: od ......... ............. godz. ......... do ................ godz. ..........
(data)
(data)
Określenie równoważnego poziomu hałasu wraz z niepewnością wyniku
.......................................................................................................................................................
(opis sposobu określenia równoważnego poziomu dźwięku oraz niepewności pomiaru, tabelaryczne
zestawienie uzyskanych wartości)
Metoda bezpośrednia ciągłych pomiarów w ograniczonym czasie
Lp.
Pora pomiaru
Wartość równoważnego
poziomu dźwięku (zmierzona), [dB]
Data przeprowadzenia pomiarów: od ......... ............. godz. ......... do ................ godz. ..........
(data)
(data)
Określenie równoważnego poziomu hałasu wraz z niepewnością wyniku
.......................................................................................................................................................
(opis sposobu określenia równoważnego poziomu dźwięku oraz niepewności pomiaru, tabelaryczne
zestawienie uzyskanych wartości)
Metoda obliczeniowa oparta o modele rozprzestrzeniania się dźwięku w środowisku
Zastosowany model obliczeniowy (charakterystyka):
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
Dane wejściowe do modelu: ...................................................................................................
Wyniki pomiarów danych wejściowych do modelu, o ile takie były wykonywane,
.......................................................................................................................................................
Dane wejściowe do modelu pozyskane w inny sposób niż za pomocą pomiarów (źródło danych,
wiarygodność danych)
.......................................................................................................................................................
Określenie równoważnego poziomu hałasu
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
(opis sposobu określenia równoważnego poziomu dźwięku oraz niepewności pomiaru, tabelaryczne
zestawienie uzyskanych wartości)
Graficzne przedstawienie zasięgu hałasu (o ile takie oceny wykonano)
Szkic sytuacyjno-wysokościowy w skali 1: 500 lub l: 1000
Inne, nie wymienione wyżej, dane rejestrowane w czasie badań, wynikające z referencyjnej
metodyki pomiarów
.......................................................................................................................................................
Okres przeprowadzenia pomiarów: od ......... ............. godz. ......... do ................ godz. ..........
(data)
(data)
Wykonujący pomiar:
Zarządzający:
.....................................
.....................................
(data i podpis)
(data i podpis)
50
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
10. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia
14.10.2002r. [5]
Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska
w sprawie szczegółowych wymagań, jakim powinien
odpowiadać program ochrony środowiska przed hałasem. Kolejność realizacji zadań programu na terenach
mieszkaniowych następuje z uwzględnieniem wskaźnika charakteryzującego wielkość przekroczenia dopuszczalnego poziomu hałasu i liczbę mieszkańców
na terenie, ustalonego w sposób następujący: „Kolejność realizacji zadań programu na terenach mieszkaniowych (...) ustala się, zaczynając od terenów o najwyższej wartości wskaźnika M do terenów o wartości
wskaźnika M najniższej. Punktem wyjścia do ustalenia kolejności realizacji inwestycji jest tzw. współczynnik M, obliczany wg następującej zależności:
(
)
M = 0,1m 10 0,1DL − 1
(7)
gdzie:
M
- wartość wskaźnika,
DL - wielkość przekroczenia dopuszczalnego
poziomu hałasu dB,
M
- liczba mieszkańców na terenie o przekroczonym poziomie dopuszczalnym
W programie określa się i ocenia następujące zagadnienia:
1) powstającą emisję hałasu w związku z eksploatacją:
d) dróg, linii kolejowych, linii tramwajowych,
lotnisk oraz portów;
2) powstający hałas w środowisku w związku z eksploatacją źródeł hałasu, o których mowa w pkt 1,
przed i po realizacji zadań programu, z uwzględnieniem liczby mieszkańców na terenie objętym programem;
3) efektywności ekologicznej i ekonomicznej zadań
programu we wzajemnym ich powiązaniu.
Określanie niepewności pomiarów akustycznych [18]
W pomiarach poziomu hałasu od linii tramwajowej lub kolejowej mierzymy ekspozycyjne poziomy
dźwięku L AE dla pojedynczych zdarzeń akustycznych (przejazdów), grupowanych w odpowiednie
klasy.
Uzyskujemy w ten sposób zbiory wartości L AEi
dla każdej z klas z osobna.
Jednak z uwagi, że są to poziomy dźwięku wyrażane w decybelach - nie mają one cechy addytywności
(nie dodają się arytmetycznie) - zatem nie można bezpośrednio do nich stosować znanych wzorów statystycznych, zawartych w podręcznikach.
W celu prawidłowego wykonania rachunków statystycznych należy „odlogarytmować” poziomy, czyli
wyrazić zmierzone zdarzenia jako ekspozycje względne określone wzorem:
E Ei = 10 0,1⋅LAEi
(8)
I dopiero na tak uzyskanym zbiorze wartości ekspozycji względnych (mających cechę addytywności)
możemy wykonywać rachunki stosując znane wzory
statystyczne.
Określamy
zatem
przedział
niepewności
o zadanym poziomie ufności (zazwyczaj 95%)
dla wartości ekspozycji względnych. Konsekwencją
tego faktu jest - po ponownym przeliczeniu
na poziomy dźwięku w celu wyrażenia wyniku końcowego w decybelach - asymetryczne granice przedziałów niepewności wyrażanych w decybelach
względem wartości średniego poziomu ekspozycyjnego.
Szczegółowe sposoby obliczania niepewności typu A (statystyka pomiarowa) oraz typu B (niedokładności związane z aparaturą, czynnikami zewnętrznymi
czy modelowaniem zdarzenia) w celu określenia niepewności rozszerzonej uzyskanego wyniku badania
(zbioru wyników pomiarów) są przedstawione w artykułach na stronie internetowej www.ntlmk.com w
zakładce „E-biblioteka”.
Literatura
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
10.
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008
[7]
[8]
Dyrektywa 2002/49/WE z dnia 25.06.2002r. „Ocena i kontrola poziomu hałasu w środowisku”
PN-91/K11000 „Tabor kolejowy. Hałas”
Prawo Ochrony Środowiska – Dz.U. Nr.62 poz.
627 z dnia 27.04.2001r.
Dz. U. Nr.8 poz.81 2002r. Rozporządzenie Ministra
Środowiska z dnia 09.01.2002r. w sprawie wartości progowych poziomów hałasu.
Dz. U. Nr.179 poz.1498 Rozporządzenie Ministra
Środowiska z dnia 14.10.2002r. w sprawie szczegółowych wymagań, jakim powinien odpowiadać program ochrony środowiska przed hałasem.
Dz. U. Nr.18 poz.164 Rozporządzenie Ministra
Środowiska z dnia 17.01.2003r. w sprawie rodzajów wyników pomiarów prowadzonych w związku z
eksploatacją dróg, linii kolejowych, linii tramwajowych, lotnisk oraz portów, które powinny być
przekazywane właściwym organom ochrony środowiska, oraz terminów i sposobów ich prezentacji.
Dz. U. Nr.1 poz. 8 2007r. Rozporządzenie Ministra
Środowiska z dnia 14.12.2006r. w sprawie dróg,
linii kolejowych i lotnisk, których eksploatacja może powodować negatywne oddziaływanie akustyczne na znacznych obszarach, dla których jest wymagane sporządzanie map akustycznych, oraz sposobów określania granic terenów objętych tymi mapami.
M.P. Nr.65 poz.732 Obwieszczenie Ministra Środowiska z dnia 18.09.2007r. w sprawie wysokości
stawek kar za przekroczenie warunków wprowadzenia ścieków do wód lub do ziemi oraz przekroczenie dopuszczalnego poziomu hałasu, na rok
2008.
51
[9]
[10]
[11]
[12]
52
Dz. U. Nr.120 poz.826 Rozporządzenie Ministra
rodowiska z dnia 14.06.2007r. w sprawie dopuszczalnych poziomów hałasu w środowisku.
Dz. U. Nr.187 poz.1340 Rozporządzenie Ministra
Środowiska z dnia 1.10.2007r. w sprawie szczegółowego zakresu danych ujętych na mapach akustycznych oraz ich układu i sposobu prezentacji.
Dz. U. Nr.192 poz. 1392 Rozporządzenie Ministra
Środowiska z dnia 2.10.2007r. w sprawie wymagań
w zakresie prowadzenia pomiarów poziomów w
środowisku substancji lub energii przez zarządzającego drogą, linią kolejową, linią tramwajową,
lotniskiem, portem.
Dz. U. Nr.210 poz.1535 Rozporządzenie Ministra
Środowiska z dnia 7.11.2007r. zmieniające rozporządzenie w sprawie ustalania wartości hałasu
L(DWN)
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
Dz. U. Nr.106 poz.729 2007r.
PN ISO 9613-2 „Akustyka. Tłumienie dźwięku
podczas propagacji w przestrzeni otwartej.
Obliczanie
pochłaniania
dźwięku
przez
atmosferę/Ogólna metoda obliczania”
PN ISO 1996-1/2/3 „Opis i pomiary hałasu
środowiskowego.
Podstawowe
wielkości
i
procedury”
www.portaldrogowy.pl
Dębicka – Fobie G., Jankowska M.; „Zagadnienia
i wytyczne dotyczące Ochrony Środowiska w UE”,
Związek Rzemiosła Polskiego 2004r.
Strona
internetowa
firmy
NTL-M.Kirpluk:
www.ntlmk.com, zakładka „E-biblioteka”
POJAZDY SZYNOWE NR 4/2008