Lokonawigacja

Z Rainsted
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania

Lokonawigacja jest pomysłem usprawnienia ruchu kolejowego, możliwym do zrealizowania niewielkim kosztem (rzędu 30 milionów złotych) w polskich warunkach. Polega on na wykorzystaniu w lokomotywach (i innych pojazdach kolejowych z napędem) urządzeń używanych jako nawigacja samochodowa, z uzupełnieniem o aktualny stan urządzeń sterowania ruchem, emitowany drogą radiową.

Byłby to system dodatkowy, informujący maszynistę (jak również osoby wykonujące prace w okolicy torów) o aktualnej sytuacji ruchowej. W wielu przypadkach konieczność weryfikacji dodatkowych danych pozwoliła by uniknąć wypadków czy nawet katastrof. Dane zawarte w urządzeniu można regularnie aktualizować, informując dzięki temu w sposób łatwo zauważalny o rozpoczętych pracach torowych czy wprowadzonych ograniczeniach.

W urządzenia te można by wyposażyć wszystkie pojazdy kolejowe z napędem, jak również udostępnić wersje przenośne, np. dla pracowników wykonujących pace w pobliżu torów. Przenośny system ostrzegałby o zbliżaniu się pociągu.

Komponenty techniczne

  • Urządzenie nawigacji samochodowej. Jest to niewielkich rozmiarów komputer z kolorowym wyświetlaczem graficznym i odbiornikiem GPS, wyświetlający fragment mapy według współrzędnych geograficznych, wyznaczonych za pomocą odbiornika GPS. Do celów kolejowych zamiast mapy drogowej użyta by była precyzyjna mapa torów i innej infrastruktury.
  • Odbiornik radiowy. Standardowe urządzenie nawigacji samochodowej musiało by być zintegrowane z odbiornikiem radiowym, z możliwością odbioru pakietów cyfrowych.
  • Specjalne oprogramowanie. W odróżnieniu od nawigacji samochodowej, która umieszcza pojazd użytkownika na najbliższej znalezionej drodze, umieszczenie pojazdu kolejowego np. na jednym torów linii dwutorowej było by dokonywane na podstawie otrzymanego drogą radiową stanu rozjazdów. Istniała by możliwość ręcznej korekty, ale rozbieżność między stanem symulowanym w urządzeniu a stanem rzeczywistym powinna być już sygnałem ostrzegawczym dla maszynisty, że istnieje zagrożenie bezpieczeństwa.
  • Mapa torów kolejowych w wersji wektorowej. Mapę taką można uzyskać na podstawie zdjęć lotniczych, udostępnionych np. na stronie geoportal.gov.pl. Mapę tę należało by uzupełnić o sygnalizatory i wskaźniki na podstawie dostępnej dokumentacji, filmów z przejazdów, ewentualnie rozpoznania na gruncie.
  • Nadajników radiowych na nastawniach. Nadajnik z nastawni powinien regularnie wysyłać ramki cyfrowych danych, zawierające stan urządzeń. W przypadku nastawni sterowanych komputerowo nie będzie większych problemów z uzyskaniem takich danych, dla urządzeń mechanicznych lub przekaźnikowych może być konieczne opracowanie odpowiednich czujników (jeśli nie ma komputera rejestrującego stany). Niezawodność czujników i nadajnika radiowego nie jest krytyczna, ponieważ system pełni funkcję pomocniczą względem standardowych urządzeń SRK. Wysyłane dane nie powinny być szyfrowane, aby były łatwo dostępne dla urządzeń odczytujących innego typu. Wskazane jest jednak cyfrowe podpisywanie wysyłanych danych (odpowiednim certyfikatem). Oprócz informacji o stanie USRK, powinny być również wysyłane (otrzymywane z centralnego systemu) informacje o ograniczeniach prędkości, zmianach w rozkładzie jazdy oraz pozycje innych pociągów.
  • Opcjonalnie: nadajnik radiowy. Możliwość nadawania jest opcjonalna i należało by się dodatkowo zastanowić nad jej celowością, gdyż może znacznie zwiększyć koszt całej instalacji. W szczególności w opcję nadawania powinny być wyposażone pojazdy i ekipy remontowe, których położenie na szlaku kolejowym może się zmieniać w czasie, w nieprzewidywalny z góry sposób, lub ich obecność ma charakter okresowy, nie powiązany z najbliższymi posterunkami (np. prace konserwacyjne przy moście). Pozycje pociągów można by zgłaszać do systemu również w inny sposób, np. poprzez modem GSM ogólnopolskich operatorów telekomunikacyjnych.
  • Centralny system śledzenia ruchu. Specjalny serwer internetowy zawierający informacje o zmianach rozkładów i stanie urządzeń, wykrywający ewentualne niebezpieczeństwa.

Korzyści z zastosowania systemu

  • Prowadzący pojazd może bardzo łatwo określić, z jaką prędkością ma jechać, w jakiej odległości od ograniczenia się znajduje, jaka jest różnica między jego położeniem a wynikającym z rozkładu jazdy. Dane o wszelkich zmienionych warunkach jazdy (tymczasowe ograniczenia prędkości, miejsca robót) mogą być łatwo aktualizowane drogą radiową albo poprzez transmisję GSM.
  • W momencie dojeżdżania do stacji urządzenie nawigacyjne otrzymuje informację o stanie urządzeń SRK, nadawaną przez nastawnię. Możliwe jest wyświetlenie ułożonej drogi przebiegu a także położenia innych pociągów i dostępnego dla nich zakresu ruchu. Otrzymane przez urządzenie dane mogą być zweryfikowane z danymi otrzymanymi wcześniej, w razie niezgodności urządzenie włączy alarm (np. ustawienie przebiegu na tor zamknięty wcześniej w związku z remontem).
  • Podobnie podczas wyjazdu ze stacji, możliwe jest skonfrontowanie ułożonej drogi z wprowadzonym wcześniej rozkładem jazdy. Urządzenie może wykryć błąd, polegający na ustawieniu drogi na nieodpowiedni dla danego pociągu tor (np. w kierunku innej miejscowości, tor bez sieci elektrycznej, zbyt mały promień łuku).
  • Istnieje możliwość skonfrontowania stanu semafora z ułożoną drogą przebiegu. Urządzenie poda dopuszczalną prędkość zależnie od ułożonej drogi, a mając odbiornik GPS również wykryje jazdę ze zbyt dużą prędkością i zaleci hamowanie.
  • Ekipy remontowe pracujące przy torach mogą być ostrzeżone alarmem, gdy nadjeżdża pociąg. Położenie pociągu na szlaku może być odbierane bezpośrednio drogą radiową, jeśli nadaje on swoją pozycję, albo pośrednio, poprzez nadajnik nastawni, lub połączenie GSM. Również przy pracach w stacji, alarm może się włączyć, jeśli zostanie ustawiona droga przebiegu na zamknięty tor albo gdy do miejsca robót zbliżać się będzie jakikolwiek pojazd (np. po torze sąsiednim).
  • Kierowcy samochodów, z urządzeniami nawigacji, mającymi możliwość odbioru danych nadawanych radiowo, będą mogli być ostrzegani w okolicy przejazdu o nadjeżdżającym pociągu.
  • Osoby dysponujące urządzeniem nawigacyjnym, a nie zajęte inną pracą (np. maszyniści oczekujących pociągów, dróżnicy) mogą dodatkowo obserwować symulację ruchu w urządzeniu nawigacyjnym i porównywać ze stanem rzeczywistym. W razie wykrycia niezgodności albo zagrożenia bezpieczeństwa mogą odpowiednio interweniować. Rozproszenie odbiorników (urządzeń nawigacyjnych) powoduje, że wiele osób może jednocześnie obserwować pracę urządzeń SRK, co zwiększa prawdopodobieństwo wykrycia niebezpieczeństwa i odpowiedniej reakcji.
  • Z powodu braku urządzeń instalowanych w terenie nie jest możliwe zablokowanie systemu poprzez kradzież elementów infrastruktury.

Unikanie katastrof

Korzybie, 13 lipca 2010

  • Urządzenie nawigacyjne mogło by informować o aktualnej i planowanej sytuacji ruchowej, a także przypominać o zasadach ruchu na mijankach i koniecznym wyposażeniu.
  • Stan USRK i potwierdzenie odjazdu mogły by być nadawane drogą radiową i odbierane przez urządzenia nawigacyjne, co pozwoliło by szybko wykryć możliwość znalezienia się dwóch pociągów na tym samym torze.
  • Ze względu na charakter tej linii, wskazane by było używanie w pociągach nadajników aktualnej pozycji (radiowo albo przez GSM).

Baby, 12 sierpnia 2011

  • Urządzenie nawigacyjne pokazało by konieczność zmniejszenia prędkości ze względu na stan ułożenia rozjazdów, nawet niezależnie od wskazań semafora. Dzięki odbiornikowi GPS wykryte by zostało ewentualne przekroczenie bezpiecznej prędkości.
  • Zaktualizowane informacje pokazały by, że rozkład jazdy jest zmieniony, a pociąg nie ma opóźnienia.
  • Maszynista by wiedział dużo wcześniej, czy powrót na tor prawy będzie przed, czy za stacją.

Szczekociny, 3 marca 2012

  • Jeśli urządzenie nawigacyjne pokazało by (zgodnie ze dostępnym stanem USRK) jazdę po torze prawym, a pociąg fizycznie znajdował by się na torze lewym, byłby to dla maszynisty istotny powód znacznego ograniczenia prędkości, zatrzymania pociągu czy nawet użycia radiostopu.
  • Jeżeli zgodnie ze dostępnym stanem USRK pociąg wyjechał na tor lewy, błąd mógłby być wykryty na poziomie centralnego systemu śledzenia ruchu, który następnie zaalarmował by dyżurnych, którzy mogli by użyć radiostopu.
  • Jeśli urządzenia nawigacyjne odebrały by odpowiednio wcześniej sygnał radiowy z kolejnego posterunku, wykryły by znajdowanie się pociągów na tym samym torze (niezależnie od zadziałania centralnego systemu śledzenia ruchu), co umożliwiło by szybsze ich zatrzymanie.

Koszty

  • Jedno urządzenie nawigacyjne na każdy pojazd z napędem (około 4000 sztuk). Cenę urządzenia wraz z oprogramowaniem można oszacować na około 2000zł. W szczególności, w urządzenia można wyposażyć maszynistów, zamiast trwałego instalowania na pojazdach.
  • Urządzenie czujnikowo-nadawcze na każdej nastawni. Cena odpowiedniego zestawu będzie się różnić w zależności od dotychczasowego skomputeryzowania nastawni. W przypadku nastawni sterowanych komputerowo albo posiadających komputerowy rejestrator stanu urządzeń, potrzebny jest jedynie moduł wysyłający pakiety danych drogą radiową. W przypadku braku takich urządzeń, potrzebne będą dodatkowo odpowiednie czujniki określające stan urządzeń mechanicznych albo przekaźników i na tej podstawie tworzące pakiety danych.
  • Urządzenia przenośne z alarmem (dla ekip remontowych) muszą mieć własne źródło zasilania (akumulatory). Wskazane by było również nadawanie własnej pozycji oraz informacji o charakterze prac.
  • Opracowanie wektorowej mapy infrastruktury dla obszaru całej Polski.
  • Przygotowanie oprogramowania dla urządzeń nawigacji.
  • Przygotowanie centralnego systemu informacji, zbierającego dane o położeniu pociągów oraz wprowadzonych zmianach w infrastrukturze (zamknięcia, ograniczenia itp.). System ten również wysyłał by informacje w określonych miejscach (wiele informacji wystarczy aktualizować na większych stacjach).
  • Poszczególne urządzenia systemu nie muszą się cechować wysoką niezawodnością, ponieważ cały system ma znaczenie pomocnicze dla ruchu kolejowego. W przypadku uszkodzenia musi być możliwość szybkiej wymiany na sprawne możliwie małym kosztem, aby nie następowała przerwa w działaniu z powodu dużej ceny naprawy.
  • Koszt uruchomienia byłby znacznie mniejszy (tysiąc razy) niż dla GSM-R i ETCS.

Faza eksperymentalna

Wprowadzanie systemu należało by zacząć od średniej lub większej stacji z dużym ruchem, w szczególności z tendencjami do generowania sytuacji niebezpiecznych. Dostępność stanów USRK w postaci cyfrowej obniżyła by znacznie koszt instalacji nadajnika (można zacząć od protokołu AX.25). Jednocześnie trzeba by uruchomić oprogramowanie do odbioru danych radiowych, pozycji GPS i symulacji ruchu. Dla uproszenia można zacząć od programu pod system Windows i standardowego laptopa, jedynie przystosowanego do zasilania dostępnego w lokomotywach.

Do testowania najlepiej by było użyć lokomotywy manewrowej albo pociągu osobowego, najczęściej pojawiającego się na danej stacji. Po upewnieniu się co do stabilnego funkcjonowania sprzętu i oprogramowania, można uruchomić dodatkowe podobne stanowiska i przeszkolić maszynistów do samodzielnego korzystania z urządzeń oraz sposobów zgłaszania błędów i uwag.

Na tym etapie powinny być już zauważalne korzyści z uruchomienia systemu. W następnej kolejności należało by rozważyć/przetestować użycie innych protokołów komunikacji radiowej oraz wybrać optymalny sprzęt docelowy. Ustalić także, czy dostępne w handlu urządzenia mają możliwość (opcję) odbioru cyfrowej transmisji radiowej, czy jest konieczna rozbudowa o zewnętrzne moduły. Przetestować trzeba by również możliwość nadawania na tym samym kanale przez różne posterunki ruchu (półdupleks) oraz skalę błędów przy odbiorze takich komunikatów.

Realizacja praktyczna

  • Film z jazdy szynobusem przedstawia proste zastosowanie uniwersalnej aplikacja GPS do przypominania o semaforach wjazdowych.