Systemy Informatyczne w Logistyce Systemy informatyczne w transporcie kolejowym (szynowym) (wykład 8) ©dr Ryszard MILER 1

Plan wykładu Pojęcie i morfologia transportu kolejowego. Charakterystyka głównych elementów infrastruktury kolejowej i ich znaczenia w systemie zarządzania ruchem. System zarządzania ruchem kolejowym: ERTMS (European Rail Traffic Managment System) i jego komponenty ETCS (European Train Control System) poziomy 1-3 Q-Pilot (system śledzenia ruchomych obiektów kolejowych dla LHS) 2

Udział (%) poszczególnych gałęzi transportu w pracy przewozowej wyrażonej w tonokilometrach (tkm) w krajach Unii Europejskiej w roku 2005

Wykorzystanie kolei w wybranych krajach

Pojęcie i morfologia kolei kolej – środek transportu lądowego o trasie wytyczonej torem kolejowym albo liną, którą poruszają się pociągi lub pojedyncze wagony, czy kabiny. Kolej jest formą transportu sztywnotorowego, tzn. jej pojazdy mogą poruszać się tylko charakterystycznym dla danej technologii torem. termin "kolej" obejmuje: infrastrukturę – linie kolejowe, stacje (dworce, przystanki), zaplecze techniczne; tabor kolejowy – pojazdy (pociągi) instytucje kolejowe – przewoźników kolejowych, administratorów infrastruktury (zarządy kolejowe).

Główne elementy kolei Głównym elementem infrastruktury kolejowej jest linia kolejowa, którą prowadzi droga kolejowa, złożona z jednego lub więcej torów szlakowych i ich podsypki, tworzących nawierzchnię kolejową, ułożoną na podtorzu (nasypy lub przekopy). Poszczególne tory ułożone są z zachowaniem skrajni umożliwiającej przejazd pociągu, a całe torowisko umieszczone jest w pasie kolejowym wyłączonym z użytkowania innego, niż służące kolei. Droga kolejowa obejmuje budowle inżynierskie, takie jak mosty, wiadukty, tunele i zaopatrzona jest w urządzenia sygnalizacji, będące elementem systemu sterowania ruchem kolejowym. Koleje trakcji elektrycznej w większości wypadków wymagają sieci trakcyjnej lub "trzeciej szyny", doprowadzających prąd elektryczny. Pojazdy poruszające się linią kolejową stanowią tabor kolejowy, który dzieli się na pojazdy trakcyjne i wagony (w sieciach typu tramwajowego: przyczepy/wagony doczepne). Pojazdy trakcyjne mają zdolność samodzielnego poruszania się (są to głównie zespoły trakcyjne, wagony motorowe/silnikowe lub lokomotywy). W normalnej eksploatacji ruch pociągów zorganizowany jest wg rozkładu jazdy. Eksploatacją pociągów zajmuje się przewoźnik kolejowy, a utrzymaniem linii i organizacją ruchu – zarządca infrastruktury kolejowej.

Pociąg Zespół sprzęgniętych ze sobą pojazdów kolejowych (w odpowiedniej konfiguracji mogą to być wagon, człony zestawu trakcyjnego, zespół trakcyjny, wagon silnikowy) połączonych z co najmniej jedną czynną lokomotywą albo mających samodzielny napęd, osygnalizowany zgodnie z przepisami, odpowiednio wyposażony (obsługa, materiały eksploatacyjne), przygotowany do drogi albo będący w drodze. Podstawowym przeznaczeniem pociągu jest zaspakajanie potrzeb przewozowych polegających na przemieszczaniu osób i towarów. Przejazd pociągu (w transporcie kolejowym) może zostać zrealizowany wyłącznie na podstawie rozkładu jazdy przygotowanego przez jednostkę zarządzającą organizacją ruchu kolejowego. W Polsce są to wyznaczone jednostki Polskich Linii Kolejowych. Rozkład jazdy konstruowany jest na uprzednie zamówienie operatora kolejowego - uprawnionego do prowadzenia przewozów, z uwzględnieniem: cech technicznych taboru włączonego w skład pociągu, cech technicznych linii kolejowej, po której będzie odbywał się przejazd pociągu możliwych do zrealizowania oczekiwań operatora pociągu. Rozkład jazdy pociągu zawiera: plan przejazdu, określa maksymalną dozwoloną dla danego pociągu prędkość, charakterystykę hamulca oznaczony jest unikalnym numerem, który służy do rozpoznawania danego pociągu przez pracowników uczestniczących w prowadzeniu ruchu kolejowego. Pociąg jest obsługiwany przez wykwalifikowanych i uprawnionych do tego pracowników. Jest to drużyna pociągowa, w skład której może wchodzić: drużyna trakcyjna (maszynista i pomocnik maszynisty, a w przypadku lokomotyw parowych może to być też palacz, albo - w trakcji innej niż parowa - sam maszynista) - do której obowiązków należy przestrzeganie bezpieczeństwa ruchu kolejowego, prowadzenie pociągu zgodnie rozkładem jazdy oraz wykonywanie poleceń przekazywanych za pomocą sygnalizacji kolejowej, drużyna konduktorska (kierownik pociągu i konduktorzy, albo sam kierownik pociągu) - nadzór nad bezpieczeństwem ruchu kolejowego, pomoc i sprzedaż usług pasażerom i opieka nad przewożonym towarem.

Rodzaje pociągów pasażerskie wg zasięgu: pasażerskie wg specyfiki: pociąg podmiejski pociąg osobowy pociąg pospieszny pociąg ekspresowy pociąg Intercity pociąg Eurocity pasażerskie wg specyfiki: pociąg hotelowy pociąg kolonijny towarowe wg specyfiki: pociąg towarowy pociąg inter(bi)modalny pociąg pocztowy itp..

Lokomotywa Pojazd szynowy (stosowany od 1804) z własnym napędem, przeznaczony do ciągnięcia (lub pchania) innych pojazdów (wagonów) po torach. Lokomotywa w zasadzie nie przewozi ładunków (choć istnieją lokomotywy zawierające przedział bagażowy), zaś w przypadku rozbudowania o pomieszczenia służące do przewozu osób jest to wagon silnikowy. Lokomotywa może być jedno-, dwu- lub wieloczłonowa. Czasem nosi nazwę głowicy napędowej, jeżeli stanowi integralną część składu pociągu (np. TGV). Podział: Zależnie od sposobu napędu lokomotywy dzielimy na: parowóz, spalinowóz, elektrowóz, lokomotywa hybrydowa np. lokomotywa elektryczno-parowa typu E3/3. Zależnie od zastosowania lokomotywy dzielimy na: manewrowe, np. SM42, pasażerskie (czasem z podziałem na osobowe i pospieszne), np. EP09, przemysłowe (w tym kopalniane), towarowe, np. ET41, uniwersalne (do pociągów pasażerskich i towarowych), np. SU45, do zastosowań specjalnych. Oznaczenia lokomotyw używanych przez PKP: SM - spalinowa manewrowa SP - spalinowa pasażerska SU - spalinowa uniwersalna (przystosowana do prowadzenia pociągów pasażerskich i towarowych) ST - spalinowa towarowa EP - elektryczna pasażerska EU - elektryczna uniwersalna ET - elektryczna towarowa EM - elektryczna manewrowa

Standardy szerokości torów Tor - dwie szyny podtrzymujące i prowadzące koła pojazdów szynowych, ułożone w określonej odległości od siebie na podkładach lub wlane w specjalną płytę betonową służą jako droga kolejowa, tramwajowa lub metro. Szerokość standardowa toru kolejowego - 1435 mm mierzona między główkami szyn ustawionych na podkładach drewnianych, żelbetowych (strunobetonowych), stalowych itp. 14 mm poniżej powierzchni tocznej główek szyn na odcinkach prostych i w łukach o promieniu nie mniejszym od 250 m. (Szerokość ta równa jest 4 stopy 8 i pół cala w angielskim systemie miar). Każdy tor o szerokości większej od 1435 mm nazywa się torem szerokim, a mniejszej – torem wąskim. Ponieważ w kolei nie stosuje się mechanizmu różnicowego, problem przebywania różnej drogi przez koła na łukach rozwiązano w ten sposób, że średnica kół zmniejsza się na zewnątrz - na łukach wewnętrzne koło opiera się na szynie częścią o mniejszej średnicy. Aby to umożliwić szyny oddala się o:

Linia Hutnicza Szerokotorowa (LHS)

Mapa linii LHS                                                       LHS pełni funkcję przewoźnika i zarządcy kolei na szerokotorowej linii 1520 mm o długości około 400 km od polsko-ukraińskiego przejścia granicznego Hrubieszów - Izov do stacji Sławków położonej 30 km od Katowic. Spółka świadczy pełny zakres usług w zakresie przewozu ładunków w imporcie, eksporcie oraz w tranzycie. Poprzez szerokotorowy system kolei ukraińskich - LHS uzyskuje bezpośredni dostęp do kolei we wszystkich państwach WNP, w tym Magistrali Transsyberyjskiej, a także Nowym Jedwabnym Szlakiem poprzez Kazachstan do Chin.

Kategorie linii kolejowych Linia kolejowa - element sieci kolejowej składający się z jednego, dwóch lub kilku torów kolejowych łączących punkty początkowy i końcowy (będące stacjami końcowymi lub węzłowymi. Do linii kolejowej zalicza się również grunty zajęte pod torowisko oraz do nich przyległe wraz z budynkami, budowlami i urządzeniami stworzonymi do prowadzenia ruchu. Linie kolejowe posiadają swoje nazwy i numery oraz identyfikację długości, na ogół w formie betonowych słupków hektometrowych. Kilometraż (pikietaż) na ogół rozpoczyna się na tym z punktów końcowych linii, który leży bliżej Warszawy. Najdłuższą linią kolejową jest położona w Rosji linia transsyberyjska o całkowitej długości 9288 km, natomiast najwyżej położoną - linia tybetańska o najwyższym punkcie na wysokości 5072 m n.p.m. (obie linie kolejowe wybudowano w XIX w.)

Parametry eksploatacyjne linii kolejowej

Linia kolejowa Linia kolejowa dzieli się na mniejsze elementy: odcinki szlaki odstępy łącznice

System stacji

Elementy infrastruktury rozrządowej Stacje rozrządowe - znajdują się przy dużych węzłach sieci kolejowej, pozwalają z wielu pociągów przybywających na tory przyjazdowe grupować wagony w nowy skład na torach kierunkowych do tej samej stacji węzłowej lub do stacji przeznaczenia (znajdujących się na jednej linii kolejowej). Stacje rozrządowe z górką rozrządową wykorzystują bardziej efektywną metodę rozrządu grawitacyjnego w porównaniu do rozrządu płaskiego stosowanego na stacjach manewrowych. Górka rozrządowa - niewielkie sztuczne wzniesienie o odpowiednim profilu na stacji rozrządowej, służące do “segregowania” czyli rozrządzania wagonów towarowych. Pociągi towarowe w wielu przypadkach składają się z wagonów o różnych stacjach przeznaczenia.

Pikietaż Pikietaż (kilometraż, kilometracja) – określenie miejsca na drodze lub linii kolejowej poprzez podanie odległości od jej początku. Odległość tę na ogół podaje się z dokładnością do 1 metra w formacie (km) xx+yyy lub xx,yyy (km), gdzie: xx - całkowita liczba kilometrów od początku drogi lub linii kolejowej; yyy - całkowita liczba metrów liczona od ostatniego pełnego kilometra.

Plany rozwoju kolei dużych prędkości w Polsce Linia "Y" – planowana linia szybkiej kolei łącząca Warszawę, Łódź, Kalisz, Wrocław oraz Poznań; linia ma współpracować z Centralną Magistralą Kolejową, co umożliwi połączenia do Katowic i Krakowa. Przeprowadzone studia wykazały celowość budowy linii szybkiej kolei zamiast modernizacji dotychczas istniejących. Linia "Y" połączyć ma pięć aglomeracji położonych w środkowej części kraju (warszawską, łódzką, kalisko-ostrowską, wrocławską, poznańską). Istnieją dwa warianty przebiegu lini: wariant 1: z rozgałęzieniem i dworcem w Kaliszu (Kalisz Północ) wariant 2: z rozgałęzieniem w okolicach Zduńskiej Woli Układ geometryczny nowej lini projektowany jest na prędkość 360 km/h. Czas przejazdu z Warszawy do Łodzi wynosiłby 45 min., do Kalisza 1 h 15 min., do Wrocławia lub Poznania 1 h 45 min. Rozpoczęcie budowy pierwszego odcinka linii (Warszawa Centralna–Łódź Kaliska) możliwe jest na przełomie 2013/2014 i ma kosztować 10 mld euro; zakończenie budowy planowane jest w 2020.

Przewozy kombinowane kolejowo-samochodowe 1. Ro – La 2. Piggy Back 3. Bimodalny 21 21

Przewozy bimodalne 22 22

Organizacje kolejowe krajowe i międzynarodowe

System zarządzania ruchem kolejowym

Europejski System Zarządzania Ruchem Kolejowym (European Rail Traffic Managment System) ERTMS został zaprojektowany w celu ustanowienia zintegrowanego i przyjaznego użytkownikom (przewoźnikom) systemu transportu kolejowego. Ma on zapewnić interoperacyjność transportu kolejowego, tzn. możliwość swobodnego poruszania się pociągów na sieciach kolejowych poszczególnych państw (właścicieli infrastruktury) bez konieczności zatrzymywania się na granicach oraz wymiany lokomotyw lub maszynistów. ERTMS jest zunifikowanym system Bezpiecznej Kontroli Jazdy Pociągiem (BKJP) klasy A (zgodnie z terminologią Unii Europejskiej) i umożliwia prowadzenie ruchu kolejowego z prędkością dochodzącą do 500 km/h. 

Podstawowe komponenty systemu ERTMS ETCS – (European Train Control System) - system sterowania ruchem GSM-R – (Global System for Mobile Communications-Railways) - system łączności ETML – (European Train  Management Layer) - warstwa zarządzania ruchem – system zarzucony z uwagi na bardzo różne oczekiwania poszczególnych zarządów kolei. Ostatecznie zdecydowano, że ERTMS będzie zawierał możliwość przechowywania informacji i ich przekazywania przy pomocy interface a ich wykorzystanie pozostawiono w gestii poszczególnych zarządów.

ERTMS Wszystkie pociągi wyposażone w ERTMS będą miały standardowe wyposażenie w kabinie maszynisty, zgodnie z właściwymi specyfikacjami TSI, czyli monitory posiadają standardową tarczą szybkościomierza. Interfejs maszynisty - MMI. Lewy zegar wskazuje szybkości (aktualną, dopuszczalną i dopuszczalną na następnym odcinku; prawy - aktualną, zalecaną i maksymalną siłę hamowania - lokomotywy i pociągu. Na obrzeżu ikony zdarzeń, na obudowie - przyciski sterujące m.in. komunikacją przez GSM-R

Europejski System Sterowania Pociągiem (ETCS European Train Control System) Z założenia system kompatybilny pomiędzy wszystkimi krajami Europy. ETCS jest częścią wdrażanego w Unii Europejskiej systemu ERTMS. Ma zapewnić interoperacyjność transportu kolejowego, czyli: możliwość swobodnego poruszanie się pociągów w sieciach kolejowych poszczególnych państw bez konieczności zatrzymywania się na granicach  bez konieczności wymiany lokomotyw  bez konieczności zmiany maszynistów.

Podstawowe funkcje pojazdowych i przytorowych urządzeń ETCS

Automatyczne blokady

Samoczynna blokada liniowa (SBL)

Trzy poziomy zaawansowania systemu ETCS Poziom I: zabezpieczenie pociągu jest ograniczone do kontroli szybkości. Lokomotywa wyposażona w urządzenia ETCS 1 posiada:  Bezpieczny komputer EVC (European Vital Computer) Komputer sterujący (Maintenance Computer) Komputer do komunikacji z maszynistą MMI (Man Machine Interface) Przewiduje się stosowanie ETCS 1 na liniach drugorzędnych i słabo obciążonych, gdzie nie są prowadzone pociągi międzynarodowe, gdyż w ETCS 1 maszynista musi obserwować sygnały ustawione przy torach.

Zasada funkcjonowania ETCS 1

Sposoby lokalizacji (monitoringu)

Moduł lokalizujący technologii GNSS dla aplikacji kolejowych

Trzy poziomy zaawansowania systemu ETCS cd. Poziom II: obwody torowe przekazują do lokomotywy sygnał o zajętości torów i dopuszczalnej maksymalnej szybkości. Wyposażenie systemu ETCS 2 opiera się na wcześniejszych urządzeniach wymienionych w ETCS1 oraz dodatkowe: urządzenia do obsługi cyfrowego kanału radiowego (EURORADIO) radiowe centra sterowania RBC (Radio Block Centre) Poziom 2 nie wymaga od maszynisty znajomości sygnalizacji obowiązującej na danej kolei. Przewiduje się stosowanie go przede wszystkim na liniach międzynarodowych i liniach dużych prędkości.

Zasada funkcjonowania ETCS 2

Trzy poziomy zaawansowania systemu ETCS cd. Poziom III: zadanie kontroli zajętości torów zostaje przeniesione z urządzeń przytorowych do urządzeń pojazdowych. Wyposażenie systemu ETCS 3 bazuje na urządzeniach ETCS 2 + dodatkowe : system kontroli całości składu (Train Integrity Unit) Poziom 3 znacząco zwiększa przepustowość linii kolejowej, na której zostanie zainstalowany. Możliwe jest przejście z poziomu 1 do 2 oraz z 2 do 3.

Zasada funkcjonowania ETCS 3

GSM-R (GSM for Railways, Kolejowa Sieć GSM) system łączności cyfrowej oparty na standardzie GSM, zaprojektowany dla potrzeb zapewnienia komunikacji pomiędzy pracownikami firm zajmujących się transportem kolejowym. GSM-R opiera się na standardzie R-GSM: cyfrowa transmisja głosu transmisja danych możliwość przesyłania krótkich wiadomości tekstowych (SMS) Wytyczne Europejskiej Konferencji Administracji Poczty i Telekomunikacji używania częstotliwości do budowy systemów GSM-R w Unii Europejskiej: 876-880 MHz jako uplink 921-925 MHz jako downlink

Schemat łączności na kolei

Plany wdrażania GSM-R w Polsce

ERTMS w Polsce  Rada Ministrów w dniu 6 marca 2006 przyjęła Narodowy Plan Wdrażania ERTMS, który zakłada zarówno wdrożenie ETCS, jak i GSM-R.

Koszty wdrożenia ERTMS w Polsce Budowa: GSM-R ok. 4.6 mld PLN (dla 15000 km linii kolejowych i 3777 pojazdów trakcyjnych) ETCS ok. 14.2 mld PLN (dla 5000 km linii kolejowych i 1513 pojazdów trakcyjnych) Utrzymanie: GSM-R ok. 180 mln PLN rocznie ETCS ok. 120 mln PLN rocznie

Q-Pilot (system śledzenia ruchomych obiektów kolejowych) System został zaprojektowany i zrealizowany przy ścisłej współpracy firmy LHS (Linia Hutnicza Szerokotorowa) oraz Quantum software. Głównym celem jaki przyświecał realizowanemu projektowi było uzyskanie przez LHS: pełnej zdolności monitorowania pociągów, ciągłej komunikacji z pociągami (i maszynistami) możliwości prowadzenia zaawansowanych analiz logistycznych

Elementy funkcjonalne systemu QGUAR-PILOT

Elementy funkcjonalne systemu Terminal komunikacyjny KOLIBER, którego funkcja (oprócz zadań ściśle związanych z przepisami kolejowymi) polega na zapewnieniu przepływu informacji z urządzeń pomiarowych oraz od obsługi obiektu do serwera komunikacyjnego. W tym celu wykorzystuje on transmisję GPRS w sieci GSM. •    Urządzenia pomiarowe rejestrujące zużycie i stan paliwa (energii elektrycznej), tachograf, czujniki stanów – ich zadaniem jest pomiar wymagań wielkości i przekazanie w odpowiednim formacie do terminala komunikacyjnego celem danego i automatycznego przesłania ich do systemu informatycznego. •    Serwer komunikacyjny, którego funkcja polega na odbieraniu/wysyłaniu informacji z/do urządzeń na obiektach (terminali KOLIBER). Jest on odpowiedzialny za transmisję danych pomiędzy urządzeniami na obiektach monitorowanych a bazą danych ( w obu kierunkach). Zapewnia on mechanizmy komunikacji i ochrony przesyłanych danych oraz identyfikacji urządzeń nadawczo/odbiorczych. •    Serwer bazy danych systemu, odpowiada za składowanie i przetwarzania w bazie danych wszelkich informacji o obiektach monitorowanych zarówno przesłanych do jak i odebranych z obiektów oraz danych wprowadzonych przez operatorów systemu oraz poprzez interfejsy zewnętrzne do innych programów. •    Aplikacja prezentacji mapy (wielomonitorowa). Zapewnia ona wizualizację położenia i stanu obiektów nadzorowanych. Jej główną cechą jest możliwość wyświetlania mapy lub schematu nadzorowanego obszaru rozłożonego na wiele monitorów.  Dzięki takiej technice prezentacji można pokazać duży obszar z odpowiednio wysoką szczegółowością, dostosowaną oczywiście do potrzeb użytkownika. Podstawowym zastosowaniem takiego sposobu prezentacji są dyspozytornie.

Mapa NavigoX PPWK

Widok przykładowych raportów

Monitoring ruchu pociągów Przewozy Regionalne

Aktualne położenie pociągu 60537

Pytania Krótko scharakteryzuj znaczenie transportu kolejowego dla GN. Jakie jest znaczenie głównych elementów infrastruktury kolejowej w systemie zarządzania ruchem? Syntetycznie opisz ERTMS (European Rail Traffic Managment System) i jego komponenty. Wykaż róznice systemowe w poziomach 1-3 ETCS (European Train Control System) Jaka jest zasada funkcjonowania Q-Pilot (systemu śledzenia ruchomych obiektów kolejowych dla LHS)? 54

Literatura (wg wykazu +) Rydzkowski W., Wojewódzka-Król K., Transport, PWN, Warszawa 2007 Neider J., Transport międzynarodowy, PWE, Warszawa 2008 Stępniewicz H., Kotowski Z., ERTMS - założenia funkcjonalne i techniczne. Ideał interoperacyjności. „Rynek Kolejowy”. Dyrektywa (2001/16/WE) Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 19 marca 2001 r. w sprawie interoperacyjności transeuropejskiego systemu kolei konwencjonalnych (z późniejszymi zmianami): 2004/50/WE 2007/32/WE Ustawa z dnia 28 marca 2003 r. o transporcie kolejowym (z późniejszymi zmianami) Szulc W., Zastosowanie standardu GSM-R w systemach zarządzania ruchem kolejowym, "Zabezpieczenia", Maj 2006. Dyduch J., Pawlik M., Systemy utomatycznej kontroli jazdy pociągu, Wydawnictwo Politechniki Radomskiej 2002. Pilotowa instalacja ERTMS na linii E-20 Kunowice - Warszawa (studium wdrożeniowe) Warszawa 1997. 55