Základným pilierom interoperability v oblasti riadenia železničnej dopravy je európsky systém riadenia železničnej dopravy ERTMS (European Rail Traffic Management System) [2], ktorý pozostáva z dvoch základných, technicky orientovaných projektov:

  • Projekt ETCS (European Train Control System) – európsky systém riadenia jazdy vlakov (nazývaný tiež jednotný systém európskeho vlakového zabezpečovača), ktorého cieľom je zaistiť prenos informácií z riadiacich systémov v staniciach a medzistaničných úsekoch na hnacie vozidlo a jednotným spôsobom vyjadrovať rušňovodičovi podmienky na jazdu vlaku. Špecifikácia systémových požiadaviek na ETCS je uvedená v [3] a bezpečnostných požiadaviek na ETCS v [4].
  • Projekt EIRENE (European Integrated Railway Radio Enhanced Network) – jednotný komunikačný systém, ktorého cieľom je vytvoriť podmienky na budovanie komunikačného systému v železničnej sieti, využívajúceho globálny systém mobilnej komunikácie pre železničné aplikácie GSM-R (Global System for Mobile Communications – Railway). Špecifikácia funkčných požiadaviek na GSM-R je uvedená v [5] a systémových požiadaviek na GSM-R v [6].

V rámci projektu ERTMS sa tiež vyvíjali aktivity s cieľom zaistiť koordináciu riadenia prevádzky na železničných koridoroch na nad-národnej úrovni. Išlo o projekty ETML (European Traffic Management Layer) a HEROE (Harmonization of the European Rail Operation Rules).

Systém ERTMS/ETCS

ERTMS/ETCS (ďalej len ETCS) tvoria tieto dve časti:

  • Stacionárna (traťová) časť umiestnená na trati, ktorej úlohou je získavať aktuálne dáta zo staničných zabezpečovacích zariadení (SZZ), traťových zabezpečovacích zariadení (TZZ), prípadne priecestných zabezpečovacích zariadení (PZZ), a doplniť ich o časovo nepremenné informácie (napríklad statický rýchlostný a sklonový profil trate). Na základe týchto informácií sa vygeneruje povolenie na jazdu vlaku (MA – Movement Authority) a po transformácii do predpísanej štruktúry telegramov sa toto povolenie vhodným spôsobom prenesie do mobilnej časti systému ETCS.
  • Mobilná (palubná) časť umiestnená na hnacom vozidle, ktorej úlohou je prijímať telegramy zo stacionárnej časti a na základe vyhodnotenia ich obsahu vykonávať dozor nad jazdou vlaku takým spôsobom, že porovnáva prijaté dáta s dátami charakterizujúcimi skutočný pohyb vlaku, takže kontroluje neprekročenie medzných parametrov jazdy vlaku (rýchlosť, prejdenú vzdialenosť). V prípade potreby upozorní rušňovodiča na nutnosť znížiť rýchlosť, prípadne automaticky zabrzdí vlak.

Stacionárna časť ERTMS/ETCS

Stacionárna časť ETCS má za úlohu vytvoriť správy pre mobilnú časť a tieto odoslať vlaku prechádzajúcemu riadenou oblasťou. Stacionárnu časť tvoria dve skupiny zariadení:

  • Zariadenia vytvárajúce telegramy – sú prepojené na železničné zabezpečovacie zariadenia, ktorých cieľom je zaistiť bezpečné riadenie jazdy vlaku v obvode stanice a v medzistaničnom úseku. Železničné zabezpečovacie zariadenia kontrolujú podmienky bezpečnej jazdy vlaku a v prípade splnenia týchto podmienok dovolia jazdu vlaku. Konvenčné zabezpečovacie zariadenia dovoľujú, resp. zakazujú, jazdu vlaku prostredníctvom návestných znakov neprenosných návestidiel. V prípade implementácie ETCS tieto zabezpečovacie zariadenia odovzdávajú informácie stacionárnej časti ETCS, ktorá na základe vložených statických informácií o profile trate vygeneruje telegram o povolení na jazdu vlaku na určenú vzdialenosť. V závislosti od zvolenej úrovne a architektúry traťovej časti ETCS sa ako zariadenie vytvárajúce telegramy používa:
    • Traťová elektronická jednotka LEU (Line-side Electronic Unit), ktorá je pripojená priamo na zabezpečovacie zariadenie. Podieľa sa na tvorbe telegramov pre mobilnú časť, a to buď na základe informácií o činnosti obvodov riadiacich svetelné návestidlá, alebo na základe informácií priamo z logiky zabezpečovacieho zariadenia (obr. 1). Jednotky LEU sa používajú pri bodovom prenose informácií z trate na vlak počas približovania sa vlaku k návestidlu. Výstupy LEU sú platné vždy len pre vlak, ktorý sa aktuálne približuje k riadenému návestidlu.
    • Rádiobloková centrála RBC (Radio Block Centre) je riadiaci elektronický systém, ktorý vytvára telegramy nielen na základe komunikácie s viacerými staničnými, resp. traťovými zabezpečovacími zariadeniami (patriacimi do jej pôsobnosti), ale aj na základe komunikácie s mobilnými jednotkami (mobilnými časťami ETCS) vlakov pohybujúcich sa v oblasti riadenej RBC. Telegramy pre mobilnú časť vytvára RBC na základe informácií o aktuálnom stave železničných zabezpečovacích zariadení a tiež o aktuálnej polohe jednotlivých vlakov v riadenej oblasti. Po spracovaní týchto informácií odosiela telegramy jednotlivým vlakom nachádzajúcim sa v oblasti, ktorú riadi. RBC zobrazuje operátorovi informácie o miestach výskytu vlakov nachádzajúcich sa v riadenej oblasti a dovoľuje mu (v prípade potreby) vysielať vlakom v riadenej oblasti aj iné správy, napríklad príkaz na núdzové zastavenie. RBC veľmi často poskytuje aj služby diaľkového ovládania zabezpečovacích systémov v riadenej oblasti. Systémy RBC sa používajú pri líniovom prenose informácií prostredníctvom prenosového systému GSM-R.
  • Zariadenia na prenos telegramov – slúžia ako komunikačné prvky, ktoré vysielajú telegramy pohybujúcim sa vlakom. Ako prenosové zariadenie sa používa:
    – Eurobalíza (ďalej len balíza) – bodové prenosové zariadenie umiestnené medzi koľajnicami (obr. 2), ktoré umožňuje prenos dát z trate na pohybujúce sa vozidlo len v čase prejazdu vozidla nad balízou. Balíza umožňuje prenos informácií o svojej polohe alebo o polohe nasledujúcej balízy (skupiny balíz) na trati, o sklonových pomeroch na trati, o trvalom alebo dočasnom obmedzení rýchlosti, o maximálnej dovolenej traťovej rýchlosti, o povolení na jazdu vlaku a mnoho ďalších informácií. Z funkčného hľadiska sa balízy rozdeľujú na:
    • Neprepínateľné balízy – prenášajú len časovo nepremenné dáta (napríklad polohové informácie, trvalé obmedzenia rýchlosti a pod.), ktoré sú trvale zapísané v pamäti balízy. Neprepínateľné balízy sú autonómne jednotky, ktoré sú umiestnené medzi koľajami a nie sú pripojené k žiadnemu ďalšiemu zariadeniu. Balízy sú bezkontaktne napájané vysokofrekvenčným signálom vysielaným z anténnej jednotky umiestnenej na hnacom vozidle počas prechodu vozidla nad balízou; prítomnosť napájacieho signálu aktivuje odvysielanie telegramu trvale uloženého v pamäti balízy.
    • Prepínateľné balízy – prenášajú časovo premenné dáta, ktoré sa menia v závislosti od aktuálnej prevádzkovej situácie. Sú umiestnené medzi koľajnicami a pripojené k traťovej jednotke LEU. Vysielanie telegramu z prepínateľnej balízy na vozidlo je rovnako ako pri neprepínateľnej balíze aktivované prítomnosťou napájacieho vysokofrekvenčného signálu počas prejazdu hnacieho vozidla nad balízou. Ak treba odoslať na vozidlo väčší počet informácií, možno balízy zoskupovať do balízových skupín, obsahujúcich maximálne osem balíz. Použitie balízovej skupiny umožňuje okrem prenosu väčšieho počtu dát zvýšiť aj spoľahlivosť prenosu opakovaním dôležitých telegramov a súčasne vyhodnocovať smer jazdy vlaku.
    • Euroslučka (ďalej len slučka) – líniové prenosové zariadenie v podobe „deravého koaxiálneho kábla“ (leaky coaxial cable) umiestneného v potrebnej dĺžke na päte koľajnice (obr. 3), ktoré umožňuje prenos informácie z traťovej časti na hnacie vozidlo v čase výskytu vozidla v úseku s inštalovanou slučkou. Slučka sa typicky inštaluje v úseku s určitou dĺžkou pred návestidlom na realizáciu doplnkového prenosu časovo premenných dát v čase, keď vlak minul prepínateľnú balízu, ale stále sa nachádza v úseku pred návestidlom – ide o tzv. in-fill dáta. Slučkou sa na vozidlo prenášajú rovnaké dáta ako prepínateľnou balízou. Slučka sa používa najmä tam, kde treba informácie na vlak prenášať s veľkým predstihom, alebo sa inštaluje v dlhých úsekoch, v ktorých vlaky obvykle zastavujú, napríklad na staničných koľajach pred odchodovými návestidlami.
    • Vysielacia jednotka GSM-R, resp. doplnková vysielacia jednotka GSM-R – líniové prenosové zariadenie, ktoré umožňuje prenos informácií medzi stacionárnou a mobilnou časťou ETCS. V prípade doplnkovej vysielacej jednotky GSM-R sa informácie z traťovej časti na hnacie vozidlo prenášajú spravidla len v dosahu jednej vysielacej antény systému GSM-R umiestnenej v blízkosti návestidla. Analogicky ako euroslučka, aj doplnková vysielacia jednotka GSM-R slúži na doplnkový prenos in-fill dát.

Konkrétne použitie uvedených komponentov stacionárnej časti ETCS závisí od zvolenej aplikačnej úrovne ETCS, tak ako je to principiálne znázornené na obr. 4 a 5. Na obr. 5 je tiež znázornená väzba RBC na rôzne zdroje informácií, resp. konzumentov informácií poskytovaných RBC.

V ďalšej časti seriálu bude popísaná mobilná časť, základné aplikačné úrovne ETCS a spomenieme aj aktuálny stav budovania a využívania ETCS v Slovenskej republike.

Literatúra

[1] Control command and signalling – CCS TSI. [online]. Publikované 23. 2. 2012. Citované 21. 3. 2016. Dostupné na: http://www.era.europa.eu/document-register/pages/ccs-tsi.aspx 
[2] The European Rail Traffic Management System. [online]. Citované 21. 3. 2016. Dostupné na: http://www.ertms.net/
[3] System Requirements Specification. Subset – 026, version 3.4.0. [online]. Publikované 6. 1. 2015. Citované 21. 3. 2016. Dostupné na: http://www.era.europa.eu/Document-Register/Pages/Set-2-System-Requirements-Specification.aspx .
[4] Safety Requirements for the Technical Interoperability of ETCS in Levels 1 & 2. Subset – 091, version 3.4.0. [online]. Publikované 1. 12. 2015. Citované 21. 3. 2016. Dostupné na: http://www.era.europa.eu/Document-Register/Pages/Set-2-System-Requirements-Specification.aspx 
[5] GSM-R Functional requirements specification – version 8.0.0. [online]. Publikované 18. 12. 2015. Citované 21. 3. 2016. Dostupné na: http://www.era.europa.eu/Document-Register/Documents/FRS-8.0.0-UIC%20950-0.0.1.pdf
[6] GSM-R Functional system specification – version 16.0.0. [online]. Publikované 18. 12. 2015. Citované 21. 3. 2016. Dostupné na: http://www.era.europa.eu/Document-Register/Documents/FRS-8.0.0-UIC%20950-0.0.1.pdf
[7] Siemens – ETCS lineside equipment. [online]. Citované 21. 3. 2016. Dostupné na: http://www.mobility.siemens.com/mobility/global/en/interurban-mobility/rail-solutions/rail-automation/train-control-system/european-train-protection-system/etcs-lineside-equipment/pages/etcs-lineside-equipment.aspx
[8] ETCS Driver Machine Interface, version 3.5.0. [online]. Publikované 18. 12. 2015. Citované 21. 3. 2016. Dostupné na: http://www.era.europa.eu/Core-Activities/ERTMS/Pages/Recommendations.aspx
[9] WINTER, P. et all: Compendium on ERTMS. Hamburg: Eurail press 2009. ISBN 978-3-7771-0396-9.

Ing. Peter Nagy, PhD.
prof. Ing. Karol Rástočný, PhD.
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Katedra riadiacich a informačných systémov
karol.rastocny@fel.uniza.sk