Techniczno-ruchowe i eksploatacyjne uwarunkowania automatycznego prowadzenia pociągu Railway traffics and operational conditions of automatic train operations

z. 121 Transport 2018

Andrzej Żurkowski

Instytut Kolejnictwa, Warszawa

TECHNICZNO-RUCHOWE I EKSPLOATACYJNE

UWARUNKOWANIA AUTOMATYCZNEGO

PROWADZENIA POCIĄGU

Rękopis dostarczono: kwiecień 2018

Streszczenie: W ostatnich latach następuje intensywny rozwój techniczny autonomicznych pojazdów drogowych, a także coraz szersze wprowadzanie ich do eksploatacji. Powstaje zatem pytanie o możliwości przyspieszenia rozwiązań technologicznych w zakresie w pełni automatycznego prowadzenia ruchu pociągów na liniach kolejowych. W artykule przeanalizowano możliwości takiego rozwiązania w celu zastąpienia lub wspomagania maszynisty w aspekcie techniczno-ruchowych wymagań eksploatacyjnych oraz organizacji przewozów. Sformułowane wnioski stanowią przyczynek do dyskusji w tym zakresie prowadzonej z inicjatywy krajowych producentów taboru przez środowiska naukowe w ramach przygotowywanych projektów badawczych i wdrożeniowych. Słowa kluczowe: ruch kolejowy, sterowanie ruchem kolejowym, automatyczne prowadzenie ruchu pociągów.

1. WPROWADZENIE

Autonomiczne pojazdy drogowe znajdują coraz szersze zastosowanie w rzeczywistych warunkach ruchu drogowego. Intensywny rozwój techniki w ostatnich latach, zwłaszcza w zakresie elektroniki i technik cyfrowych pozwala w coraz większym zakresie zastąpić kierowcę pojazdów mechanicznych. Powstaje zatem fundamentalne pytanie o możliwości znacznie szerszej niż dotychczas, analogicznej automatyzacji prowadzenia ruchu na liniach kolejowych. Rozwój technologiczny w tym zakresie ma miejsce już od szeregu lat, natomiast rozwiązania stosowane w transporcie szynowym pozwoliły na pełną automatyzację głównie na wydzielonych liniach metra, kolei lotniskowych itp.

W ruchu kolejowym natomiast znajdują zastosowanie coraz bardziej nowoczesne systemy sygnalizacji kabinowej, które służą do przekazywania na pulpit maszynisty aktualnych wskazań sygnalizacji przytorowej oraz nadzorowania jego pracy (ETCS poziomu 1) po jej stopniowe, prawie całkowite zastąpienie (ETCS poziom 2 i wyższe).

Przeprowadzone w artykule rozważania nad techniczno-ruchowymi i organizacyjnymi aspektami takiego rozwiązania poprzedzone zostają ogólnymi uwagami na temat teoretycznych i praktycznych możliwości automatyzacji prowadzenia ruchu lotniczego,

morskiego, drogowego i kolejowego w kontekście podstawowych zasad mechaniki klasycznej oraz zastosowań praktycznych.

2. PARADOKS STOPNI SWOBODY

W mechanice klasycznej [4] w odniesieniu do ogólnych zasad fizyki stosuje się pojęcie tzw. mechanicznych stopni swobody, jako zmiennej pozwalającej na opisanie stanu układu fizycznego odnośnie do jego położenia i ruchu w przestrzeni. Jednocześnie pod pojęciem trajektorii rozumie się krzywą zakreślaną przez ciału poruszające się w przestrzeni.

Stosując te pojęcia do współczesnych środków transportu, klasyfikowanych wg kryterium środowiska, w którym się poruszają [6] oraz przyjmując dla uproszczenia, że każdy z nich odwzorowywany zostaje jako bryła (ciało) sztywne, a idąc dalej – jako punkt materialny będący jej uproszczeniem – można stwierdzić, że liczby stopni swobody w odniesieniu do poszczególnych z tych środków kształtują się następująco.

W transporcie powietrznym samolot ma trzy stopnie swobody z uwagi na możliwość poruszania się po trajektorii we wszystkich trzech wymiarach. W transporcie wodnym, zarówno morskim jak i śródlądowym okręty i statki mają dwa stopnie swobody poruszając się po powierzchni (płaszczyźnie) wody. Podobnie jest w ruchu lądowym w odniesieniu do pojazdów drogowych: samochodów, motocykli, rowerów itp.

Natomiast wszystkie pojazdy szynowe, w tym kolej, zwłaszcza w ruchu na liniach kolejowych (na tzw. szlaku, poza strefami rozjazdów) mają jeden stopień swobody mogąc poruszać się jedynie w przód lub w tył.

Wskazywany przez autora paradoks polega na tym, że – jak mogłoby się wydawać – możliwości automatyzacji prowadzenia ruchu pojazdów powinny teoretycznie wzrastać w miarę ograniczania stopni swobody z uwagi na prostsze rozwiązania techniczne. Tymczasem historia rozwoju techniki aż do czasów współczesnych wskazuje, że stało się dokładnie odwrotnie.

Pierwszym środkiem transportu kierowanym automatycznie był samolot, wyposażony już w 1912 roku w żyroskopowy (analogowy) autopilot przez amerykańskiego wynalazcę E. A. Sperry’ego. Rozwiązanie to zastosowano następnie powszechnie także w żegludze. Współczesne rozwiązania w tym zakresie, oparte na technice komputerowej pozwalają oczywiście na całkowicie automatyczne sterowanie samolotem, zarówno co do trajektorii lotu wyznaczanej przez centra kontroli, jak i w zakresie pełnej kontroli całego kompleksu urządzeń pokładowych. Realizowane są także automatyczne operacje startu i lądowania samolotów, a w zastosowaniach wojskowych również tzw. samoloty bezzałogowe.

Rozpowszechnione w ostatnich latach konstrukcje autonomicznych samochodów są również przyczynkiem do prezentowanego paradoksu. Jakkolwiek posiadają one tylko dwa stopnie swobody, to ich praktyczne zastosowanie już nastąpiło, pomimo tak oczywistych utrudnień jak ruch wielu obiektów na drodze, konieczność samodzielnego ustalania trajektorii ruchu, ruch innych pojazdów, ludzi i zwierząt, sygnalizacja świetlna, przejścia dla pieszych itp.

W transporcie szynowym idealnymi warunkami dla ruchu automatycznego są z oczywistych względów linie metra lub kolejki lotniskowe łączące poszczególne

terminale, których pojazdy poruszają się po całkowicie wydzielonej, niezależnej infrastrukturze. Rozwiązania takie w Europie i na innych kontynentach są już niemal powszechne, a liczba zastosowań sięga kilkudziesięciu realizacji.

Rozważania dotyczące perspektyw automatycznego prowadzenia pojazdów na liniach kolejowych poprzedzone zostaną ogólnymi odniesieniami w zakresie ruchu kolejowego.

3. ZASADY RUCHU KOLEJOWEGO A AUTOMATYZACJA

Postęp w rozwoju techniki cyfrowej związanej z urządzeniami i systemami sterowania ruchem kolejowym oraz telekomunikacyjnymi prowadzą do modyfikowania i rozwoju zasad prowadzenia ruchu pociągów, zarówno na stacjach jak i na liniach kolejowych. Przykładem w tym zakresie może być zasada ruchomego odstępu blokowego (bezwzględnego lub względnego) [8], która uzupełnia istniejące od wielu lat dwie zasady prowadzenia ruchu kolejowego: historycznego – w odstępie czasu1 _{oraz stosowanego} dotychczas powszechnie – w odstępie drogi2_.

Zdolność przepustowa całej linii kolejowej zależy od przepustowości tzw. odcinka krytycznego, czyli odstępu o najdłuższym czasie zajętości [6, 8]. Podstawowym sposobem zwiększania zdolności przepustowej w danych warunkach jest oczywiście skracanie czasów następstwa pociągów oraz zwiększanie ich prędkości. Są to zatem elementy techniczno-ruchowe, na który szczególny wpływ mają maszyniści pociągów.

Należy jednak zwrócić uwagę na fakt, że czas następstwa pociągów nie może być zmniejszany do dowolnie małej wielkości, nawet przy zapewnieniu pełnego bezpieczeństwa ruchu pociągów. Wynika to z praktyki i doświadczeń eksploatacyjnych wskazujących na regułę, że zmniejszony interwał prowadzi do zwiększenia luki (różnicy) pomiędzy faktyczną a teoretyczną zdolnością przepustową [6].

Podobnie zwiększanie prędkości pociągów przy stosowaniu tradycyjnej sygnalizacji przytorowej obniża efektywność i niezawodność reakcji maszynisty z uwagi na możliwości psychofizyczne człowieka [6]. Powyższe przesłanki wskazują zatem na celowość wprowadzenia zarówno sygnalizacji kabinowej, jak i automatycznego wsparcia dla maszynisty.

Od strony funkcjonalnej oraz terminologicznej wyróżnić można szereg podstawowych rodzajów systemów związanych z automatyzacją ruchu pociągów. Ich zestawienie, usystematyzowane w czterech podstawowych kategoriach wraz z definicjami zawarto w tablicy 1. Z uwagi na międzynarodowy charakter analizowanych pojęć przedstawiono je w odniesieniu do skrótów i nazw angielskich.

1 _{Tzw. „jazda na widoczność”, nie mająca obecnie zastosowania ruchu kolejowym, stosowana natomiast w}

ruchu tramwajów z uwagi na ich udział w ruchu drogowym.

2 _{Zasada wynikająca z podziału sieci kolejowej na tzw. „JOT – jednostkowe odcinki torowe” (odstępy na}

szlakach oraz tory główne na stacjach), na których może znajdować się tylko jeden pociąg lub skład manewrowy.

Porównanie tych rozwiązań prowadzi do wniosku, że tylko systemy APM spełniają kryteria w pełni automatycznego prowadzenia ruchu pociągów, co – z uwagi na wymaganą bezkolizyjność układów torowych – jest możliwe do zastosowania na liniach metra oraz na przykład w portach lotniczych, a w pewnym zakresie na – zazwyczaj odgrodzonych – liniach szybkiego ruchu.

Wszystkie pozostałe systemy spełniają głównie funkcje wspomagania i ułatwiania pracy maszynisty, kontroli jego czujności, a w przypadku stwierdzonych nieprawidłowości mogą automatycznie uruchamiać hamowanie pociągu, co niektórych przypadkach ma charakter bezwzględny i może nie mieć związku z rzeczywistą sytuacją ruchową.

Tablica 1.

Systemy związane z automatycznym prowadzeniem pociągu [5, 8].

Kat. Nazwa Definicja

ang. pl. 1. AWS Automatic Warning Systems Systemy automatycznego ostrzegania

Systemy kontrolujące czujność maszynisty poprzez wizualne i dźwiękowe ostrzeganie przed zbliżaniem się do sygnalizatorów, przejazdów lub odcinków z ograniczeniem prędkości.

1a. Automatic train braking system

SHP Samoczynne

hamowanie pociągu

Stosowany w Polsce system (klasy AWS) automatycznego ostrzegania maszynistów o zbliżaniu się do sygnalizatorów; w przypadku braku reakcji maszynistów następuje wdrożenie hamowania. 2. ATP Automatic Train Protection Automatyczna kontrola pociągu

Systemy kontrolujące w określonych punktach zgodność prowadzenia pojazdu przez maszynistę ze wskazaniami sygnalizatorów; mogą być wyposażone w uproszczoną sygnalizację kabinową odwzorowującą wskazania sygnalizatorów przytorowych na pulpicie maszynisty, ale nie uwzględniające dynamiki ruchu.

3. ATC Automatic Train Control Automatyczne sterowanie pociągiem

Systemy kontrolujące w czasie rzeczywistym zgodność prowadzenia pojazdu przez maszynistę ze wskazaniami sygnalizatorów; kontroli podlega także limit prędkości, hamowanie do punktu ograniczenia prędkości oraz końca pozwolenia na jazdę. Oprócz ciągłej kontroli systemy wyświetlają w kabinie maszynisty informacje pozwalające na kontrolę prędkości i hamowania.

3a. ETCS European Train Control System Europejski System Sterowania Pociągami

Europejski system (klasy ATC) automatycznie kontrolujący prowadzenie pociągu z uwzględnieniem dynamiki ruchu, zdefiniowany szczegółowo w dostępnych publicznie dokumentach wskazanych rozporządzeniem Komisji Europejskiej. Produkowany jest przez wielu producentów oraz wdrażany zarówno w krajach UE, jak i poza Europą.

4. ATO Automatic Train Operation Automatyczne prowadzenie pociągu

Systemy obsługujące automatycznie urządzenia sterowania jazdą pociągu zgodnie z informacjami odebranymi od przytorowych urządzeń sygnalizacyjnych, zastępując maszynistę w prowadzeniu pociągu realizując automatyczną jazdę pociągu (funkcję ATD).

4a. ATS Automatic Train Supervision Automatyczny nadzór pociągów

Systemy przytorowe służące do wspomagania nadzoru nad automatyczną jazdą pociągów (ATD) realizowaną przez systemy automatycznego prowadzenia pociągu (ATO).

4b.

APM Automatic People Movers

Systemy APM

Wydzielone, bezkolizyjne systemy transportowe do przewozu osób, realizowanego wahadłowo lub po pętli pociągami bez maszynistów pojazdami wyposażonymi w ATO, działającym pod nadzorem ATS.

Zastosowanie w pełni automatycznego prowadzenia ruchu pociągów na liniach kolejowych oznaczałoby radykalną zmianę w systemie eksploatacji kolei. Udział pracowników w bieżącym prowadzeniu i nadzorowaniu ruchu pociągów jest bowiem obecnie bardzo znaczący i odbywa się na kilku szczeblach. Bezpośrednio biorą w nim udział dyżurni ruchu, maszyniści czy dróżnicy na przejazdach, a pośrednio również dyspozytorzy różnych szczebli.

Abstrahując od aspektu technologicznej „rywalizacji” kolei z innymi środkami transportu powstaje pytanie o najważniejsze cele takiej automatyzacji. Można je wskazać w trzech podstawowych wymiarach [1]: bezpieczeństwa ruchu pociągów, zwiększenia zdolności przepustowej linii kolejowych oraz optymalizacji zużycia energii na cele trakcyjne.

Automatyzacja prowadzenia pociągów stanowi, już od lat 60-tych ubiegłego wieku, stały element prac badawczo-rozwojowych w zakresie transportu szynowego. Ma ona również swój wymiar społeczny z uwagi na fakt, że na przestrzeni ostatnich lat wiele strajków na kolei było podejmowanych szczególnie przez środowisko maszynistów [3].

Jednocześnie należy zauważyć, że z eksploatacyjnego punktu widzenia istnieją istotne różnice pomiędzy zastosowaniem systemów typu ATO w ruchu pociągów pasażerskich oraz towarowych, zarówno w przypadku prowadzenia ruchu na liniach dedykowanych, jak i o ruchu mieszanym. Dalsze rozważania będą zatem poprowadzone oddzielnie dla przewozów pasażerskich oraz ładunków. Możliwości prowadzenia obu rodzajów ruchu na wspólnych liniach kolejowych zostaną ocenione w części wnioskowej.

4. AUTOMATYZACJA PROWADZENIA POCIĄGÓW

PASAŻERSKICH

Warunki techniczno-ruchowe linii kolejowych, po których kursują pociągi pasażerskie są bardzo zróżnicowane, zarówno pod względem układów geometrycznych torów, systemów prowadzenia ruchu pociągów, jak i ich otoczenia. Na kolejach w Polsce sformalizowany podział linii kolejowych obejmuje cztery kategorie, wyróżniane ze względu na prędkość maksymalną pociągów oraz natężenie przewozów [8]: linie magistralne, pierwszorzędne, drugorzędne oraz miejscowego znaczenia.

Z punktu widzenia wskazanych uprzednio celów oraz możliwości automatyzacji prowadzenia pociągów za szczególnie wskazane należy uznać zastosowanie ATO w dwu przypadkach: na liniach w obszarach największych aglomeracji oraz na liniach dużych prędkości. W obu przypadkach układy torowe są w dużej części odizolowane od otoczenia, a ponadto charakterystyki techniczno-ruchowe składów (zazwyczaj elektrycznych zespołów trakcyjnych lub pociągów zespołowych) pod względem przyspieszania i hamowania są zbliżone lub identyczne.

W przewozach aglomeracyjnych, które charakteryzują się częstymi zatrzymaniami handlowymi pociągów na stacjach i przystankach, praca maszynisty obejmuje dwa podstawowe elementy: prowadzenie składu zgodnie ze wskazaniami sygnalizacji oraz nadzór nad wymianą podróżnych na stacjach przystankach. Ta druga funkcja może być

realizowana we współpracy z drużyną konduktorską lub samodzielnie, na przykład w oparciu o obserwację drzwi wejściowych na monitorach.

W tym drugim przypadku praca maszynisty powoduje duże obciążenie psychiczne i uważa się, że z punktu widzenia cyklu pracy – zamiennie postojów i jazdy na odcinkach pomiędzy stacjami – prowadzenie składu na szlaku stanowi moment „odpoczynku” pomiędzy bardzo stresującymi obowiązkami związanymi z odpowiedzialnością za bezpieczeństwo wsiadania i wysiadania podróżnych [3].

Z teoretycznego punktu widzenia zdolność przepustowa – a w konsekwencji także przewozowa – na liniach o dużym natężeniu ruchu aglomeracyjnego zależy od trzech parametrów [2]: czasu postoju handlowego, czasu hamowania składu oraz tzw. marginesu eksploatacyjnego 3_{, co można opisać następującymi wzorami (1, 2):}

h e p h t m t N   3600 (1) gdzie:

Nh – godzinna zdolność przepustowa w jednym kierunku [poc./h],

3600 – liczba sekund w godzinie,

tp – czas postoju pociągu na stacji lub przystanku [sek.],

me – margines eksploatacyjny [sek.],

th – czas hamowania pociągu [sek.].

Suma czasów tp, me oraz th stanowi interwał I, czyli czas następstwa pociągów.

Zakładając kursowanie składów na rozpatrywanej linii o identycznej pojemności, zdolność przewozowa może być obliczona ze wzoru:

I P

A_h p˜3600 (2)

gdzie:

Ah – godzinna zdolność przewozowa w jednym kierunku [pas./h],

Pp – pojemność składu (liczba miejsc inwentarzowych) [pas.],

3600 – liczba sekund w godzinie,

I – czas następstwa pociągów [sek.].

Powyższe zależności zilustrowano na rysunku 1.

Zastosowanie systemu ATO w oczywisty sposób pozwala skrócić (do racjonalnego poziomu) interwały tp oraz me. Natomiast czas tp zależny od czasu wymiany potoków

podróżnych na stacjach i przystankach, z uwagi na priorytetowe znaczenie bezpieczeństwa oraz uzależnienie od zachowań podróżnych pozostaje niezmienny w każdych warunkach. Ponadto bardzo trudno jest ująć w algorytmie i zastąpić nadzór człowieka w tym zakresie w sposób automatyczny. Obecnie takie rozwiązania stosowane są w metrze i na kolejkach lotniskowych i polegają one na zastosowaniu podwójnych – typowych w taborze i dodatkowych na peronie, automatycznych, zsynchronizowanych drzwi. Przykładem w tym zakresie może być system CDGVAL (rysunek 2).

3 _{Pod pojęciem „marginesu eksploatacyjnego” rozumie się dyspersję parametrów hamowania pociągu, zwłaszcza biorąc}

Rys. 1. Wykres ruchu pociągów aglomeracyjnych z parametrami określającymi zdolność przepustową. Źródło [2], opracowanie własne.

Rys. 2. Automatyczny system CDGVAL w Porcie Lotniczym Roissy w Paryżu (fot. Autora).

W systemach tego typu przyjmuje się w ogólności czterostopniową systematykę stopnia automatyzacji (GoV – ang. Grade of Automation). Zakres tej automatyzacji w poszczególnych stopniach obrazuje zestawienie zawarte w tablicy 2.

Tablica 2.

Systematyka automatyzacji ruchu pociągów metra i kolei lotniskowych.

Stopień automatyzacji

Prowadzenie

pociągu Rozbieg Hamowanie

Zamykanie drzwi

Reakcja na zakłócenia Goa 1 ATP +

maszynista maszynista maszynista maszynista maszynista Goa 2 ATP, ATO +

maszynista automatyczny automatyczne maszynista maszynista Goa 3 nadzór

maszynisty automatyczny automatyczne wspomagane wspomagane

Goa 4 UTO

bezobsługowe automatyczny automatyczne automatyczny automatyczny

Powyższa klasyfikacja może mieć również swoje zastosowanie odnośnie do kolejowych systemów aglomeracyjnych.

Problemy związane z wsiadaniem podróżnych nie dotyczą w zasadzie Kolei Dużych

Prędkości (KDP). Wynika to z dostępności takich pociągów ograniczonej jedynie do

nielicznych stacji w centrach aglomeracji. Na liniach dużych prędkości, w przypadku ich saturacji, kluczowym problemem jest natomiast skracanie czasów następstwa pociągów z zapewnieniem pełnego bezpieczeństwa. Stosowane już obecnie krajowe systemy sygnalizacji kabinowej (np. francuski TVM czy niemiecki LZB) oraz europejski ERTMS są pod względem technicznym bliskie całkowitej automatyzacji prowadzenia pociągów.

Przeszkodą w takim ich zastosowaniu, które całkowicie wykluczałoby pracę maszynisty pozostaje natomiast szereg uwarunkowań eksploatacyjnych. Dotyczą one w szczególności jazdy na odcinkach kolei konwencjonalnych, gdzie prędkość zostaje zmniejszona do np. 160 lub 200 km/h z uwagi na przejazdy w poziomie szyn, a ponadto – z powodu braku separacji linii kolejowej – mają miejsce wydarzenia związane z pojawieniem się przeszkód na torze, które trudno jest ująć algorytmicznie.

4. AUTOMATYZACJA PROWADZENIA POCIĄGÓW

TOWAROWYCH

Podobnie jak w przewozach pasażerskich, celem zastosowanie automatycznego prowadzenia pociągów towarowych byłby również wzrost bezpieczeństwa, zwiększenie zdolności przepustowej linii oraz oszczędności energii trakcyjnej. Większość pociągów towarowych kursuje na liniach o ruchu mieszanym, zatem aktualne pozostają wcześniejsze uwagi o trudnych do zastąpienia funkcjach maszynisty w zakresie obserwowania szlaku i podejmowania niestandardowych decyzji, wynikających z oceny sytuacji i opartych na jego doświadczeniu.

W przypadku składów zestawionych z wagonów towarowych rola maszynisty oraz jego doświadczenie są również bardzo istotne do oceny stanu technicznego taboru. W przeciwieństwie do nowoczesnych, pasażerskich zespołów trakcyjnych, wyposażonych w systemy diagnostyki pokładowej, stwierdzenie ewentualnej awarii (zablokowania się) hamulców, rozerwania składu lub innych uszkodzeń pozostaje domeną doświadczenia maszynisty. Objawy takich awarii są trudne do algorytmizacji, gdyż opierają się na przykład na zauważonych, większych oporach rozruchu, nietypowym hałasie czy pojawieniu się dymu.

Nieco odmienna sytuacja – w odniesieniu do linii o ruchu mieszanym – ma natomiast miejsce na odcinkach dedykowanych wyłącznie do ruchu towarowego. W warunkach polskich takim szczególnym przypadkiem jest LHS – Linia Hutnicza Szerokotorowa. Szczególnym problemem eksploatacyjnym związanym z LHS jest zdolność przepustowa. Linia jest jednotorowa, a przewozy realizowane są długimi składami wymagającymi dużego doświadczenia maszynisty do osiągnięcia szybkiego rozruchu i sprawnego prowadzenia składu.

Utrudnieniem jest przy tym trakcja spalinowa z uwagi na relatywnie mniejsze moce lokomotyw w porównaniu do elektrycznych. Ewentualna automatyzacja prowadzenia pociągów, wspierająca pracę maszynistów, mogłaby zatem, w powiązaniu z innymi działaniami inwestycyjnymi (elektryfikacja, dodatkowe mijanki itp.) przynieść bardzo wymierne efekty.

Automatyzacja ruchu towarowego ma szczególny wymiar w ruchu międzynarodowym, zwłaszcza w kierunku wschodnim, przy bardzo długich relacjach pociągów. Utrudnieniem, a nawet zagrożeniem dla pracy maszynisty w tych warunkach jest zmęczenie i znużenie z uwagi na monotonię. Jako przykład podawany jest ruch pociągów towarowych na trasie Berlin – Pekin [3]. W tym przypadku systemy ATO również powinny raczej wspierać niż w pełni zastępować pracę maszynisty (na zasadzie lotniczego „automatycznego pilota”), zastępując go ewentualnie na określonych odcinkach.

5. WNIOSKI I REKOMENDACJE

Z przeprowadzonej analizy wynika, ze przesłanki opóźniające proces całkowitej automatyzacji ruchu pociągów na liniach kolejowych mają w pełni racjonalny charakter. Odnosząc się do wskazanych uprzednio, trzech podstawowych celów tej automatyzacji można je podsumować w następujący sposób.

W zakresie bezpieczeństwa ruchu kolejowego jest oczywiste, że zastosowanie ATO zapewnia niemalże pełne bezpieczeństwo komunikacyjne dotyczące następstwa pociągów, drogi hamowania, oceny stanu technicznego jednostek trakcyjnych itp. Umożliwia to zastosowanie takich systemów w warunkach pełnej separacji infrastruktury transportu szynowego. W przypadku kolei mogłoby to dotyczyć na przykład linii dedykowanych do przewozów podmiejskich w rejonie aglomeracji oraz linii dużych prędkości całkowicie ogrodzonych, lub przebiegających na estakadzie.

W warunkach tzw. kolei konwencjonalnej, której układy transportowe są w pełni dostępne dla otoczenia (ludzie, zwierzęta, pojazdy drogowe), perspektywa pełnej automatyzacji prowadzenia ruchu pociągów wydaje się odległa. Wynika to z omówionego uprzednio, szerokiego spektrum wydarzeń, które bardzo trudno jest ująć w algorytmy, będące podstawą oprogramowania systemów ATO. Doświadczenie i nadzór ze strony maszynisty są w tym zakresie trudne do zastąpienia. Ważnym elementem w tym zakresie pozostają także kwestie prawne dotyczące oceny i dopuszczenia systemu, który spełniałby wymagania bezpieczeństwa na zadowalającym poziomie [3, 7].

Również z punktu widzenia płynności ruchu kolejowego nieobecność maszynisty staje się utrudnieniem. Pozostaje on bowiem główną, kompetentną osobą, która oceniając zaistniałą sytuację i wydarzenie na torze (w odniesieniu do precyzyjnych w tym zakresie przepisów kolejowych) może podjąć decyzję o ponownym uruchomieniu zatrzymanego pociągu, powiadomić o zagrożeniu na sąsiednim torze itp.

W zakresie zwiększenia zdolności przepustowej linii kolejowych zastosowanie ATO pozostaje bezwzględnie optymalnym narzędziem wspomagającym pracę maszynisty oraz zdolnym stanowić element np. liniowego lub obszarowego systemu sterowania ruchem kolejowym. Automatyzacja funkcji maszynisty w tym zakresie jest w pełni zasadna

i z technicznego punktu widzenia możliwa do realizacji. Warunkiem skuteczności jej zastosowania pozostaje jednak wyposażenie wszystkich pojazdów trakcyjnych na danej linii kolejowej w kompatybilne systemy ATO oraz możliwie jednorodny ruch pociągów, ułatwiający zbudowanie optymalnych algorytmów.

Zastosowanie zautomatyzowanych systemów w celu optymalizacji zużycia energii

trakcyjnej oraz jak najpełniejszego jej odzyskiwania (rekuperacja przy hamowaniu) jest

również w pełni zasadna i możliwa do realizacji. Głównym zainteresowanym w tym zakresie pozostaje zazwyczaj operator przewozów (przewoźnik kolejowy), zainteresowany jak najmniejszymi opłatami za energię trakcyjną lub – w przypadku trakcji spalinowej – zużyciem paliwa.

Opisane przesłanki techniczno-ruchowe oraz eksploatacyjne stanowią – zdaniem autora – czytelną rekomendację w zakresie wprowadzania systemów ATO w transporcie kolejowym. Pełne zastąpienie maszynisty w typowym ruchu kolejowym jest perspektywą raczej odległą. Zasadne pozostaje jednak coraz szersze wdrażanie systemów wspomagających i nadzorujących jego pracę, które w pełni mogą ją zastąpić (zautomatyzować) jedynie w określonych, szczególnych warunkach.

W ogólności można postawić tezę, że w odleglejszej perspektywie pełna automatyzacja prowadzenia pociągów będzie zapewne zrealizowana [3, 6, 7], ale osiąganie tego celu musi następować drogą ewolucyjną, obejmującą zarówno dalszy rozwój techniki i technologii, ale uwzględniającą także warunki prawne i społeczne.

Kolejne etapy coraz szerszego zastosowania systemów ATO pozwolą jednocześnie na gromadzenie odpowiedniego zasobu doświadczeń eksploatacyjnych oraz na weryfikację skuteczności przyjmowanych rozwiązań.

Jak pokazuje doświadczenie kolei europejskich, ważnym elementem pozostaje także unifikacja stosowanych rozwiązań, co od wielu lat było przedmiotem starań kolei zrzeszonych w UIC, a obecnie pozostaje domeną państw należących do Unii Europejskich, zainteresowanych zbudowaniem ujednoliconego systemu transportu kolejowego w skali całego kontynentu, czego przykładem może być wdrażanie systemu ERTMS.

Bibliografia

1. Hansen A. I., Pachl J.: Railway timetabling & operations. Eurailpress, Hamburg 2008. 2. Królikowski W., Rubinowicz W. : Mechanika klasyczna, PWN Warszawa 2012. 3. Leksykon terminów kolejowych. Kolejowa Oficyna Wydawnicza, Warszawa 2011.

4. Menay M.: Les interfaces sol/train des automatismes de service et leurs effets sur exploitation. Revue Générale des Chemins de Fer 11/2017.

5. Messulam P.: Considérations actuelles sur le pilotage automatique en ferroviaire. Revue Générale des Chemins de Fer 11/2017.

6. Yin J. i wsp.: Research and development of automatic train operator for railway transportation systems: A survey. Transportation Research Part C 85 (2017).

7. Żurkowski A., Pawlik M.: Ruch i przewozy kolejowe. Sterowanie ruchem. Kolejowa Oficyna Wydawnicza, Warszawa 2010.

8. Левин Д. Ю.: Эксплуатационная работа железных дорог. Аксиомы и закономерности.

RAILWAY TRAFFICS AND OPERATIONAL CONDITIONS OF AUTOMATIC TRAIN OPERATIONS

Summary: In recent years, there has been intense technical development of autonomous road vehicles, as well as the increasingly widespread putting them into operation. Therefore, the question arises about the possibility of accelerating technological solutions in the area of fully automatic operation of trains on railway lines. The article analyzes the possibilities of such a solution to replace or assist the driver in the aspect of technical and operational requirements and organization of transport. The conclusions form a contribution to the discussions in this area conducted on the initiative of domestic rolling stock manufacturers and the scientific community as part of the prepared research and implementation projects.