gps na szynach - Polskie Biuro do spraw Przestrzeni Kosmicznej

gps na szynach - Polskie Biuro do spraw Przestrzeni Kosmicznej

GPS NA SZYNACH
Jedziemy do pracy samochodem czy pociągiem? A na wakacje lub w delegację pociągiem czy samolotem? Stan
techniczny polskich kolei, czas i komfort podróŜy, jaki nam oferują nie zachęcają do korzystania z ich usług.
Sytuacja ta jednak ulega zmianie i zmodernizowane linie kolejowe oraz nowe wagony zwiększą atrakcyjność
podróŜy i transportu ładunków drogą kolejową, skrócą czas przejazdu i komfort jazdy. Spory w tym udział
będzie takŜe miało wykorzystanie technik satelitarnych, związanych głównie z lokalizacją, ale takŜe z pomiarem
czasu i odbiorem sygnałów satelitarnych.
Według analiz przeprowadzonych przez CER i UIC moŜna obecnie wskazać ponad 40 obszarów zastosowania
systemu GNSS w transporcie kolejowym. W uproszczeniu moŜna je podzielić na pięć podstawowych grup:
- GNSS w inŜynierii kolejowej, budowie i modernizacji systemów kolejowych, przeglądach, diagnostyce
i obsłudze serwisowej,
- aplikacje komercyjne, rynku masowego, kompleksowej informacji i zarządzania,
- podstawowe systemy bezpieczeństwa,
- aplikacje zwiększające bezpieczeństwo – wspomagania kierowania, zabezpieczenia systemów
podstawowych,
- automatyzacja procesów związanych z zarządzaniem taborem i ruchem kolejowym, precyzyjną
koordynacją, wykorzystaniem GNSS jako źródła czasu dla innych systemów.
Część z tych rozwiązań jest juŜ stosowana obecnie przy wykorzystaniu systemu GPS ze wszystkimi jego
dobrodziejstwami i ograniczeniami. WdroŜenie niektórych rozwiązań, szczególnie w zakresie bezpieczeństwa,
będzie moŜliwe dopiero po certyfikacji systemu Galileo.
Modernizacja, budowa nowych linii kolejowych
Superszybkie i wygodne pociągi muszą się poruszać po odpowiednio przygotowanych torowiskach. Niektóre,
istniejące wystarczy tylko zmodernizować, inne, te najnowocześniejsze naleŜy zbudować od nowa. W obu
przypadkach niezbędne są prace inwentaryzacyjne wykonywane na podstawie zdjęć satelitarnych oraz
precyzyjnych pomiarów geodezyjnych wykonywanych przy pomocy systemu GNSS. Prowadzą one do pełnego,
trójwymiarowego zinwentaryzowania zarówno samego pasa terenu wokół torowiska oraz znajdujących się na
nim urządzeń, budowli jak i instalacji naziemnych i podziemnych.
Tory kolejowe są układane takŜe w miejscach, w których odbiór sygnałów satelitarnych nie jest moŜliwy:
zadaszonych dworcach kolejowych, tunelach lub w głębokich tunelach. Pomiary w takich obszarach mogą być
wykonywane metodami tradycyjnymi, jednak przy wykorzystaniu punktów osnowy geodezyjnej wyznaczonych
metodami GNSS.
Pomiary geodezyjne GNSS są kontynuowane w czasie całego procesu modernizacji lub budowy nowego
torowiska.
Ocena jakości wykonanych prac lub stanu technicznego torowiska moŜe być wykonana przy pomocy mobilnego
zestawu pomiarowego. Wyniki pomiarów są rejestrowane z centymetrową dokładnością. Utworzony w ten
sposób trójwymiarowy, cyfrowy model trasy jest takŜe niezbędny dla systemów bezpieczeństwa umoŜliwiając
weryfikację spójności i dokładności pomiarów pozycji.
Przeglądy duŜych sieci kolejowych są wykonywane przy pomocy kamer cyfrowych sprzęŜonych z odbiornikami
systemu GNSS zainstalowanymi na lokomotywach. UmoŜliwia to proste, bezobsługowe dokumentowanie stanu
sieci kolejowej oraz jej otoczenia.
Informacje dla pasaŜerów
System lokalizacji satelitarnej umoŜliwia dokładne określenie połoŜenia, szybkości poruszania się oraz czasu.
Dzięki temu pasaŜerowie pociągu na swoich indywidualnych terminalach pasaŜerskich lub na ogólnych
monitorach wagonowych będą mogli zobaczyć mapę pokonywanej trasy ze wskazaniem miejsca, w którym się
aktualnie znajdują oraz dowiedzieć się, z jaką prędkością się poruszają i czy pociąg jedzie zgodnie z rozkładem
jazdy. PasaŜerowie planujący przesiadki dowiedzą się czy ich pociągi odjadą zgodnie z rozkładem jazdy i z
którego peronu. Osoby oczekujące na pociąg będą dokładnie informowane o czasie jaki pozostał do jego
przyjazdu.
© Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej
www.kosmos.gov.pl
Zarządzanie taborem i ładunkami
Transport kolejowy to tysiące wagonów osobowych, towarowych, lokomotyw i pojazdów specjalnych
poruszających po torach, stojących na stacjach, oczekujących na załadunek u producentów lub rozładunek w
bazach kontenerowych. NaleŜą one zarówno do wielkich przedsiębiorstw transportowych jak i do małych
producentów ładunków specjalnych. Poszczególne wagony podróŜują na duŜe odległości pomiędzy krajami UE
a takŜe i dalej pomiędzy Europą a Azją. Po drodze są dołączane do róŜnych pociągów, oczekują na stacjach a
czasami takŜe jadą w złym kierunku lub giną. Właściciele wagonów, nadawcy i odbiorcy ładunków oczywiście
chcieliby wiedzieć gdzie się one znajdują i kiedy dotrą do celu. UmoŜliwiają to systemy automatycznej
identyfikacji pojazdów w transporcie kolejowym (AVI - Automatic Vehicle Identification). Na wagonach
kolejowych przyklejane są transpondery RFID, które mogą być odczytywane automatycznie w bramkach, przez
które przejeŜdŜa pociąg lub przez obsługę pociągu po skompletowaniu składu. W tym drugim przypadku, jeŜeli
zebrane informacje o wagonach zostaną wprowadzone do sterownika zainstalowanego np. w lokomotywie, który
jest wyposaŜony w odbiornik GNSS (GPS/EGNOS/Galileo) oraz modem GSM/GPRS to do firmy przewozowej
przesyłane mogą być informacje o składzie pociągu, miejscu w jakim się on znajduje, kierunku i szybkości
jazdy, przebytej drodze itd.
Rozwiązania AVI wymagają jednak rozbudowy infrastruktury kolejowej (bramki do odczytu połączone z
systemem informatycznym) lub manualnej obsługi. W obu przypadkach pełny sukces moŜna osiągnąć tylko pod
warunkiem powszechności zastosowania transponderów oraz urządzeń do ich odczytu.
Problemów takich moŜna uniknąć instalując w poszczególnych wagonach autonomiczne odbiorniki GPS z
odpowiednimi urządzeniami komunikacji z centrum zarządzania. Rozwiązanie takie jest całkowicie
autonomiczne, nie wymaga rozbudowy infrastruktury kolejowej ani obsługi przez personel przewoźnika.
Pozwala śledzić ruch wagonu jadącego „na koniec świata”. Wymaga jednak zasilania energią elektryczną.
Wagony, które przewoŜą cenne ładunki są juŜ obecnie wyposaŜane w róŜne urządzenia elektroniczne np. w
systemy antypoślizgowe zabezpieczające przed blokowaniem się hamulców i posiadają instalacje elektryczne,
które mogą być wykorzystane dla potrzeb lokalizacji. Nie jest równieŜ problemem zapewnienie łączności.
Informacje o połoŜeniu wagonu lub ładunku są obecnie najczęściej przesyłane przez sieci GSM/GPRS, w
przyszłości zapewnią to np. sieci mobilne WiMax. Na obszarach nie objętych ich zasięgiem moŜna korzystać z
łączności (telefonii) satelitarnej poprzez satelity LEO. JuŜ obecnie dostępne są modemy wielosystemowe a
wybór sieci transmisji jest moŜliwy nie tylko wg kryterium dostępności, lecz takŜe na podstawie oceny kosztów
transmisji. Poza informacją o połoŜeniu przesyłane są takŜe inne informacje pomiarowe i sygnalizacyjne np. o
temperaturze w wagonach-chłodniach, wykrytych wibracjach, otwarciu zaworów, poziomie paliwa itd.
Pozyskiwane w ten sposób informacje są wykorzystywane zarówno przez duŜych przewoźników, właścicieli
taboru, jak i nadawców i odbiorców przesyłek w róŜnorodnych systemach logistycznych, zarządzania łańcuchem
dostaw i ERP.
Pociągi pod specjalnym nadzorem
Niektóre ładunki przewoŜone koleją mogą stanowić powaŜne zagroŜeniem dla ludzi lub środowiska. Dotyczy to
środków toksycznych, materiałów wybuchowych i łatwopalnych a takŜe odpadów nuklearnych i materiałów
rozszczepialnych. Wprawdzie, dzięki stosowaniu coraz lepszych zabezpieczeń liczba wypadków kolejowych z
materiałami niebezpiecznymi systematycznie maleje, jednak jednocześnie wzrasta zagroŜenie terroryzmem i
niekontrolowanymi akcjami protestacyjnymi. Zastosowanie systemu satelitarnej lokalizacji pozwala zmniejszyć
zagroŜenie poprzez:
- nadzorowanie ruchu ładunku na całej jego trasie,
- wybór bezpiecznej trasy i miejsc postojowych,
- ograniczenie czasu transportu,
- wykrywanie nieprawidłowości i zagroŜeń,
- szybką lokalizację w przypadku wykrycia zagroŜenia,
- skrócenie czasu reakcji na zdarzenie,
- uŜycie właściwych sił i środków do zwalczania zagroŜenia.
Zarządzanie personelem
Pociągi, zarówno osobowe jak i towarowe, muszą być obsługiwane. Ich załogi muszą dotrzeć na czas do miejsc,
z których pociągi rozpoczynają swój bieg. Trzeba im zapewnić transport, noclegi itd. Rozwiązywane muszą być
© Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej
www.kosmos.gov.pl
problemy związane z chorobami, urlopami itd. Zastosowanie satelitarnej lokalizacji pozwala znacznie usprawnić
procesy dyslokacji personelu.
Bezpieczeństwo
Bardzo duŜe nadzieje wiąŜe się z moŜliwością zwiększenia bezpieczeństwa transportu kolejowego dzięki
wykorzystaniu GNSS przy jednoczesnym obniŜeniu kosztów urządzeń oraz ich obsługi.
System GPS jest skutecznie wykorzystywany do nadzorowania pociągów przemierzających duŜe, otwarte,
często niezamieszkałe przestrzenie np. na Alasce, w Tybecie czy na obszarach pustynnych. Na takich liczących
nawet tysiące kilometrów trasach GNSS umoŜliwia nadzorowanie ruchu pociągów i wykrywanie wielu zagroŜeń
np. nieoczekiwanego zatrzymania się pociągu, przekroczenia dopuszczalnej prędkości na określonym odcinku,
zbyt małej odległości pomiędzy dwoma pociągami jadącymi w tym samym kierunku czy teŜ dwóch pociągów
poruszających się naprzeciw siebie po tym samym torze.
Znacznie trudniejsze problemy do rozwiązania występują na europejskich liniach kolejowych zwykle
połoŜonych na terenach o gęstej zabudowie i duŜym natęŜeniu ruchu, z wieloma przejazdami kolejowymi,
zadaszonymi stacjami kolejowymi, tunelami itd. Tradycyjne systemy zabezpieczeń i kierowania ruchem
kolejowym wykorzystują duŜa liczbę urządzeń instalowanych przy torach. Systemy te były w poszczególnych
krajach budowane niezaleŜnie i są niekompatybilne. W rezultacie w ruchu międzynarodowym na kaŜdej granicy
konieczna jest wymiana lokomotyw oraz załóg pociągów. Dla zapewnienia interoperacyjności w ruchu
kolejowym wdraŜany jest system ERTMS jako ujednolicony, Europejski System Zarządzania Ruchem
Kolejowym. Dwie jego składowe: Europejski System Sterowania Pociągiem ETCS (European Train Control
System) oraz Europejska Warstwa Zarządzania Pociągami ETML mogą wykorzystywać system GNSS. System
ETCS opiera się na wykorzystaniu informacji o połoŜeniu pociągu uzyskiwanej za pomocą eurobalis
zainstalowanych w określonych odstępach bezpośrednio w torowisku. Źródłem informacji o połoŜeniu moŜe być
takŜe system GNSS dostarczając ciągłej informacji o połoŜeniu. Ze względu na ograniczenia widoczności
satelitów a takŜe występowanie lokalnych odbić sygnału drastycznie zmniejszających dokładność pomiaru, dla
zapewnienia ciągłości określenia pozycji konieczne jest stosowanie takŜe innych przyrządów pomiarowych
takich jak odometry i mierniki przyśpieszenia a takŜe cyfrowych, dokładnych map traktu kolejowego. Zaletą
takiego rozwiązania jest całkowita niezaleŜność od infrastruktury kolejowej. Wykorzystanie lokalizacji GNSS w
systemie ETCS umoŜliwi zwiększenie przepustowości linii o duŜym natęŜeniu ruchu oraz pozwoli obniŜyć
koszty inwestycyjne oraz eksploatacyjne linii lokalnych.
Opracowanie: Jerzy W. Sobstel
© Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej
www.kosmos.gov.pl