System ERMTS – wspólna przyszłość komunikacji

Kolej prawdopodobnie jest najlepszym rozwiązaniem wielu problemów współczesnego transportu. Jest znacznie tańsza od transportu lotniczego, szybsza, niż transport morski, bezpieczniejsza, niż transport samochodowy. Tam, gdzie energię elektryczną uzyskuje się ze źródeł odnawialnych, transport kolejowy z trakcją elektryczną może być również bezkonkurencyjnie czysty i przyjazny dla środowiska naturalnego.

Transport kolejowy ma też kilka istotnych ograniczeń: gabaryty przewożonych towarów nie mogą naruszać skrajni, długość pociągu musi odpowiadać ograniczeniom wynikającym z charakterystyki linii kolejowej. W końcu ruch pociągów odbywa się po torach, więc wymijanie i wyprzedzanie jest możliwe wyłącznie w wyznaczonych miejscach, na posterunkach ruchu. Fakt, że pociągi muszą poruszać się po wspólnym torze i w takiej kolejności, w jakiej go zajęły wymusza stosowanie specjalnych rozwiązań w zakresie systemów bezpieczeństwa i sterowania ruchem kolejowym.

 

Problemy

 

Przez lata udało się wypracować skuteczne procedury i zaprojektować wysoce niezawodne systemy zapobiegające najpoważniejszym wypadkom: najechaniu na pociąg poprzedzający, zderzeniu pociągów poruszających się po tym samym torze w przeciwnych kierunkach ale nie są to rozwiązania doskonałe. Wypadki, przed którymi mają chronić wciąż się zdarzają, choć – biorąc pod uwagę nasilenie ruchu na kolei – są wyjątkowo rzadkie. Tradycyjne podejście polegające na stosowaniu Samoczynnej Blokady Liniowej i kontroli zachowania odstępu blokowego oraz liczników osi ma wiele ograniczeń. W szczególności uniemożliwia wykorzystanie całkowitej długości teoretycznie dostępnych torów.

 

Wydłuża to czas, pomiędzy odprawianiem kolejnych pociągów, zmniejsza przepustowość linii kolejowej, komplikuje łączenie ruchu szybkich pociągów pasażerskich ze znacznie wolniejszym ruchem towarowym (nie można odprawić szybkiego pociągu, dopóki istnieje ryzyko, że może on dogonić pociąg wolniejszy). Tymczasem obecnie priorytetem jest zwiększanie płynności ruchu pociągów i przepustowości tras kolejowych. Oznacza to, że pociągi powinny poruszać się z możliwie największą prędkością zachowując jak najmniejsze odległości pomiędzy sobą.

 

Tradycyjny system sygnalizacji również ma wiele ograniczeń. Semafory (początkowo kształtowe, obecnie w zasadzie wyłącznie świetlne) są ustawiane przy torach w miejscach zapewniających maszyniście możliwie najlepszą widoczność. Mimo tego prowadząc pociągi z prędkością rzędu 160 km/h i większą maszynista może przeoczyć sygnał albo odczytać go błędnie. Im większa prędkość tym mniej czasu na reakcję i poprawę błędu. Margines bezpieczeństwa staje się zbyt wąski, co wymusza ograniczanie prędkości pociągów. Rozwiązaniem jest powtarzanie sygnałów semaforów na pulpicie maszynisty.

 

Dzięki takiemu rozwiązaniu maszynista może w każdej chwili upewnić się, jaki sygnał pokazywał minięty semafor a właściwie kilka ostatnio przejechanych semaforów. Tego typu rozwiązania są od dawna stosowane w Czechach, nie ma ich natomiast w Polsce.

 

Zróżnicowanie standardów sygnalizacji to kolejny problem. Każdy kraj wykształcił własny, unikalny system sygnałów i przepisów obowiązujący pracowników prowadzących ruch kolejowy. Utrudnia to prowadzenie pociągów za granicą a takie są założenia rozwoju kolei w Europie: po wspólnej, ujednoliconej pod względem sygnalizacji, sterowania i komunikacji infrastrukturze, bez względu na granice państw mają się poruszać pociągi wszystkich przewoźników, którzy tego zechcą.

 

Kolejną przeszkodą jest różnorodność systemów komunikacji bezprzewodowej. W Polsce i w wielu innych krajach standardem jest system radiowej łączności analogowej w paśmie VHF. Podatny na zakłócenia, nie zapewniający poufności korespondencji, pozbawiony możliwości transmisji danych jest systemem przestarzałym i sukcesywnie zastępuje się go nowym, z założenia wspólnym dla wszystkich krajów Unii Europejskiej standardem GSM-R.

 

Rozwiązania

 

Odpowiedzią Unii Europejskiej na problemy spowodowane zróżnicowaniem systemów zarządzania ruchem kolejowym w poszczególnych krajach członkowskich jest wspólny system ERTMS. W jego skład wchodzą dwa podsystemy: ETCS (European Train Control System) Europejski System Sterowania Pociągiem, którego zadanie polega na przekazywaniu informacji pomiędzy systemem kontroli ruchu a lokomotywą oraz kontrolowanie stanu lokomotywy i parametrów jazdy. Jeśli maszynista nie zastosuje się do przekazanych sygnałów, system ETCS może samodzielnie wdrożyć nagłe hamowanie pociągu.

 

Działanie systemu ETCS jest dość skomplikowane i nie ogranicza się do powtarzania sygnałów wyświetlanych na przytorowych sygnalizatorach. Potrafi on między innymi obliczyć profil hamowania pociągu w aktualnych warunkach i zasugerować maszyniście tempo zmiany prędkości przy dojeżdżaniu do stacji lub semafora pokazującego sygnał „stój” albo nakazującego zmniejszenie prędkości pociągu.

 

Dane pomiędzy lokomotywą a systemem zamontowanym przy torze mogą być przesyłane na kilka sposobów:

• Za pośrednictwem balisy – rodzaju anteny umieszczonej między szynami. W tym przypadku transmisja danych następuje tylko w chwili przejazdu lokomotywy nad balisą.
• Za pośrednictwem pętli sygnałowej – przewodu ułożonego pomiędzy szynami na dłuższym odcinku. Transmisja danych jest możliwa na całym odcinku, na którym ułożono pętlę.
• Za pomocą sieci łączności bezprzewodowej GSM-R – transmisja danych jest możliwa zawsze wtedy, gdy lokomotywa znajduje się w zasięgu stacji bazowej systemu. Z założenia nadajniki mają być zlokalizowane tak, żeby uzyskać pokrycie całej długości linii kolejowej.

 

W 1989 roku Komisja Europejska rozpoczęła analizę zdarzeń związanych z sygnalizacją w ruchu kolejowym. Jedenaście lat później, w 2000 roku opublikowano pierwszą specyfikację ERTMS (European Rail Traffic Management System). W 2004 roku powstała ERA (European Railway Agency), w zakresie jej obowiązków znalazło się nadzorowanie standardu ERTMS i koordynowanie prac nad standardem prowadzonych w poszczególnych krajach. Polska bierze udział w tych pracach.

 

Prace nad planowaniem i wdrażaniem ETCS (European Train Control System) wciąż trwają, dlatego przewidziano cztery poziomy działania systemu, które mają być kolejno osiągane.

 

Poziom 0 odpowiada sytuacji, w której pojazd szynowy wyposażony w urządzenia współpracujące z ETCS porusza się po torach, na których nie zainstalowano systemu ETCS. Transmisja danych nie jest możliwa, elementy systemu służą jedynie prezentacji danych o bieżących parametrach jazdy.

 

Poziom 1 transmisja danych jest możliwa tylko w chwili przejazdu nad balisą. Sygnały muszą być nadawane przez sygnalizatory umieszczone przy torach. Kontrola zajętości toru, detekcja pociągu muszą być wykonywane przez elementy systemu zarządzania ruchem nie związane z ETCS.

 

Poziom 2 na tym poziomie wdrożenia transmisja danych jest ciągła. Wykorzystuje się w tym celu system GSM-R, nadawanie sygnałów przez semafory umieszczone przy torach nie jest niezbędne. Podobnie, jak w przypadku poziomu 1 za detekcję pociągów odpowiadają systemy spoza ETCS.

 

Poziom 3 oznacza pełną implementację ETCS. Transmisja danych następuje za pośrednictwem GSM-R, sygnalizatory przytorowe są zbędne, podobnie jak urządzenia odpowiedzialne za wykrywanie pociągów. Za kontrolę integralności pociągu i informowanie o rozerwaniu składu odpowiadają systemy zainstalowane w pociągu.

 

GSM-R (Globalny System Kolejowej Radiokomunikacji Ruchomej) jest systemem zbudowanym w oparciu o komponenty i standardy wywodzące się wprost z sieci telefonii komórkowej. Różnice polegają na implementacji dodatkowych funkcji umożliwiających komunikację pomiędzy członkami grup nadawców tworzonych na potrzeby przejazdu pociągu (maszyniści wszystkich pociągów znajdujących się na określonym odcinku linii, pracownicy kolejowi przy torach, dyżurni ruchu itd.)

 

System ETCS powinien zostać wdrożony na wszystkich liniach kolejowych modernizowanych ze środków unijnych. Linie wchodzące w skład sieci bazowej TEN-T powinny być wyposażone w ERTMS w terminach wskazanych w Europejskim planie wdrażania ERTMS, nie później niż do 2030 r. Linie wchodzące w skład sieci kompleksowej TEN-T muszą być wyposażone w ERTMS do końca 2050 r.

Pilotażowe wdrożenie ETCS i GSM-R zaplanowano na odcinkach dwóch linii kolejowych. Na linii E65, na odcinku o długości ok. 220 km z Grodziska Mazowieckiego do Zawiercia wybudowano  infrastrukturę ERTMS/ETCS na poziomie 1. Prace zakończono w listopadzie 2013 roku i w tym samym miesiącu zostało wydane pozwolenie na eksploatację.  W rezultacie na tym odcinku pociągi mogą poruszać się z prędkością przekraczającą 160 km/h.

Drugi odcinek o długości 85 km  został zaplanowany na linii E30.  Postanowiono uruchomić tam system ERTMS/ETCS na poziomie 2, wymagający dostępu do sieci łączności radiowej GSM-R. Odcinek wdrożeniowy jest linią dwutorową zelektryfikowaną, obejmującą fragmenty następujących linii o znaczeniu państwowym: nr 275 na odcinku Legnica – Miłkowice, nr 282 na odcinku Miłkowice – Węgliniec i nr 295 na odcinku Węgliniec – Bielawa Dolna. Maksymalna prędkość pociągów na odcinku wdrożeniowym wynosi: 160 km/h dla osobowych oraz 120 km/h dla towarowych.

 

Ponadto system ERTMS/ETCS został przewidziany na liniach:

• Warszawa – Gdynia (poziom 2),
• Legnica – Wrocław – Opole (poziom 2),
• Kunowice – Warszawa (poziom 1)
• Warszawa – Łódź Widzew (poziom 2),
• Psary-Kozłów (poziom 1), linia 357,
• Poznań Wschód – Wągrowiec (poziom 1 Limited Supervision dla linii o niewielkim natężeniu ruchu),
• Podłęże – Rzeszów (poziom 2).

 

Inwestycje na tych liniach znajdują się na różnych etapach realizacji.

 

Równolegle z budową infrastruktury przytorowej trwają prace nad wyposażaniem w urządzenia systemu ERTMS/GSM-R pojazdów szynowych.

 

Budowa systemu ERTMS na polskiej sieci kolejowej zdecydowanie poprawi jej przepustowość, zapewni interoperacyjność z siecią kolejową UE, poprawi bezpieczeństwo w transporcie kolejowym oraz komfort podróżnych (m.in. poprzez skrócenie czasu jazdy). Projekty, których celem jest wdrażanie ERTMS w Polsce, są realizowane przy wsparciu środków unijnych z Programu Infrastruktura i Środowisko (POIiŚ) oraz Instrumentu „Łącząc Europę” (CEF). Dzięki nim ponad 1800 kilometrów linii kolejowych zostanie wyposażonych w system ETCS, a prawie 14 000 kilometrów w GSM-R.