Stałe odstępy blokowe vs. ruchome

CZĘŚĆ 3. AUTOMATYKA W METRZE

Automatyzacja zadania kierowania metrem ma wiele zalet. Przede wszystkim, ograniczając wpływ czynnika ludzkiego, zmniejsza się ryzyko popełnienia błędu w prowadzeniu pociągu, na przykład z powodu nieuwagi lub zmęczenia kierującego. Ponadto automatyzacja niektórych zadań skraca czas podróży tym środkiem transportu. Można również zaoszczędzić sporo energii, dzięki optymalizacji pod tym kątem etapów przyspieszania i hamowania składu.

Metro można zautomatyzować na kilku poziomach (Grade of Automation, GoA). Zestandaryzowano je w normie IEC 62267 Railway applications - Automated urban guided transport - Safety requirements.

JAK ZAPOBIEC KOLIZJI?

Poziom zerowy opisuje sytuację, w której maszynista prowadzi i obsługuje pojazd, m.in. otwiera i zamyka jego drzwi, samodzielnie, w oparciu wyłącznie o własną obserwację sytuacji na linii i w pociągu oraz sygnalizację przytorową. Poziom pierwszy (GoA 1) oznacza z kolei, że kierujący prowadzi i hamuje pociąg ręcznie, jego działania nadzoruje jednak system ATP (Automatic Train Protection). Zapewnia on podstawowe bezpieczeństwo, zapobiegając kolizjom i nie dopuszczając do: ignorowania przez kierującego sygnałów ostrzegawczych i przekraczania dopuszczalnej prędkości, dzięki uruchomieniu w razie potrzeby automatycznego hamowania.

Kolizjom na linii metra zapobiega się, dbając o to, aby pomiędzy pojazdami poruszającymi się po tym samym torze zachowana była odpowiednia przerwa. Zapewnia się to przez niedopuszczenie, żeby na określonym odcinku toru, odstępie blokowym, w danej chwili znajdował się więcej niż jeden skład. Dzięki temu w przypadku, gdy dojdzie do gwałtownego hamowania jednego z nich, drugi zatrzyma się w bezpiecznej odległości.

Bezpieczeństwo w metrze UTO

Nieobecność maszynisty sprzyja groźnym incydentom na torach i peronach. Dlatego metro bezobsługowe musi być wyposażone w dodatkowe systemy bezpieczeństwa. Jednym z nich jest system nadzoru nad bezpieczeństwem pasażerów na peronie. Jego zadaniem jest jak najszybsze wykrycie sytuacji, w której człowiek albo inny duży obiekt znajdzie się na torach.

Jak działa system nadzoru peronów?

Przykładowa realizacja polega na zamontowaniu nad szynami, równolegle, w jednakowej odległości od siebie, par nadajnik-odbiornik podczerwieni. Ciągłość transmisji sygnału pomiędzy nimi jest cyklicznie sprawdzana. Jeśli zostanie przerwana, system podejmuje odpowiednie działanie.

Zależy ono od tego, w ilu czujnikach równocześnie nastąpi zakłócenie. Jeżeli w dwóch sąsiednich, może to oznaczać, że ktoś lub coś dużego spadło na tory. Wtedy automatycznie zatrzymywany jest najbliższy nadjeżdżający pociąg. Jeśli natomiast sygnał nie dociera do większej liczby odbiorników, wskazuje to na jakiś poważniejszy incydent. Dlatego oprócz wyhamowania składu zbliżającego się do peronu odłączane jest zasilanie szyn na całym odcinku torów. Zakłócenie transmisji w sensorach w tunelu sygnalizuje zaś obecność intruza. Z ruchu wyłączana jest wtedy cała linia metra. Nie uruchamia się jej, dopóki nie potwierdzi się, że tunel jest pusty. Zwykle sprawdza to personel.

PSD, kamery, czujniki

Na stacjach metra UTO montowane są też systemy ochronnych drzwi peronowych (Platform Screen Door, PSD). Są to przezroczyste przegrody wstawiane pomiędzy peronem a torem. Ich zamykanie i otwieranie jest zsynchronizowane z zamykaniem i otwieraniem drzwiami pociągu. Dodatkowym źródłem informacji są kamery monitoringu rozmieszczone nad torami w tunelu i na peronie.

Składy metra UTO są też wyposażone w systemy detekcji przeszkód. W razie ich wykrycia pociąg automatycznie hamuje. Ponadto w wagonach instalowane są m.in. czujniki temperatury i dymu oraz przyciski awaryjne z możliwością połączenia się bezpośrednio z centrum sterowania. W razie wykrycia pożaru skład jest automatycznie zatrzymywany na najbliższej stacji. Jeśli z jakiegoś powodu ruch pociągu zostanie wstrzymany w tunelu, drzwi w wagonach pozostają zamknięte do czasu, aż zahamuje się wszystkie nadjeżdżające składy, a zasilanie w szynach zostanie odłączone. Dopiero wówczas można bowiem rozpocząć ewakuację pasażerów.

JAKA PRĘDKOŚĆ JEST BEZPIECZNA?

Rolą systemu ATP jest wyznaczenie prędkości, która dla danego pociągu, na danym odstępie blokowym, w określonej sytuacji na trasie, będzie bezpieczna. Jest ona stale porównywana z szybkością, z jaką aktualnie porusza się skład. Jeżeli ta druga jest mniejsza, metrem kieruje maszynista. W przeciwnym wypadku system ATP wyłącza napęd pociągu i włącza układ hamulcowy.

Za prędkość bezpieczną z reguły uważa się najmniejszą spośród trzech wielkości. Pierwszą z nich jest szybkość dopuszczalna, stała dla danego odstępu blokowego, która zależy m.in. od specyfiki tego odcinku toru, na przykład jego zakrzywienia. Drugą wielkością jest prędkość dozwolona. Ta jest z kolei zależna od sytuacji na linii, tzn. jej obciążenia. Uwzględnia się również osiągi pociągu (jego prędkość konstrukcyjną) oraz opóźnienie hamowania.

W stopniu GoA 2 maszynista jest wspomagany przez automatyczne systemy ATP i ATO (Automatic Train Operation), które razem tworzą system ATC (Automatic Train Control). Oznacza to, że jego rola ogranicza się do uruchomienia pojazdu i zamknięcia jego drzwi. Za przejazd między stacjami, zatrzymanie pociągu i otwarcie jego drzwi odpowiada system ATO. Kierujący może ewentualnie ingerować w sytuacji awaryjnej.

JAKIE SYSTEMY ZASTĘPUJĄ MASZYNISTĘ?

Poziom GoA 3 (Driverless Train Operation, DTO) oznacza z kolei, że pociąg jest sterowany, a jego ruch nadzorowany, automatycznie, bez udziału człowieka. Zautomatyzowany jest zatem: rozruch, przejazd między stacjami, hamowanie oraz otwieranie drzwi. Maszynista może zamykać drzwi i interweniować w sytuacji awaryjnej. W stopniu GoA 4 (Unattended Train Operation, UTO) wszystkie zadania są zautomatyzowane, a na pokładzie nie ma maszynistów.

Maszynistę na pokładzie metra UTO zastępuje system ATO, który jest nadzorowany przez system ATP. Komputery przytorowe komunikują się z kolei z systemami zarządzania ruchem na wyższych poziomach.

W metrze UTO wdraża się system CBTC (Communication Based Train Control). Wykorzystuje się w nim dwukierunkową transmisję informacji pomiędzy pociągiem a przytorowymi komputerami sterującymi (radiową lub przy użyciu pętli indukcyjnej ułożonej wzdłuż toru). Pierwszy wysyła informacje o swoim aktualnym położeniu, prędkości i kierunku, w jakim się przemieszcza, a drugi odbiera sygnały sterujące. Pozwala to na prowadzenie ruchu w oparciu o tzw. ruchome odstępy blokowe.

STAŁE ODSTĘPY BLOKOWE VS. RUCHOME

Tematy numerów w kolejnych miesiącach

W przypadku stałych odstępów blokowych trasa zostaje podzielona na odcinki o niezmiennych długościach, których początek oraz koniec wyznaczają semafory. Kiedy jeden skład wjeżdża na wydzielony fragment toru, stan sygnalizacji zmienia się w taki sposób, aby odseparować go od składu jadącego z tyłu.

Ponownie zmienia się on, umożliwiając wjazd temu drugiemu, kiedy pierwszy znajdzie się na kolejnym odstępie blokowym. Wymóg zachowania pomiędzy składami zawsze jednego wolnego odstępu blokowego o stałej długości sprawia, że możliwości skrócenia czasu następstwa (headway), od którego zależy częstotliwość kursowania pociągów, są ograniczone.

W przypadku odstępów o zmiennej długości na bezpieczną odległość między składami jadącymi jeden po drugim składa się długość drogi hamowania i marginesu bezpieczeństwa. Pierwsza z nich jest co jakiś czas aktualizowana przez system nadrzędny i na bieżąco przesyłana do urządzeń pokładowych. Dzięki temu kolejny pociąg nie musi się już zatrzymywać na granicy bloków, obydwa składy są zatem w ciągłym ruchu. Pozwala to bardziej skrócić czas następstwa.

Monika Jaworowska