Bezpieczeństwo na kolei. Od dzikich przejść do FRMCS, cz. 3

Radio-Stop oraz SHP

Na te wyzwania odpowiadają dwa rozwiązania, do dzisiaj dominujące w Polsce. Pierwszym, związanym z wprowadzeniem klasycznej (analogowej) łączności radiowej na pokłady lokomotyw i posterunki ruchu, było zaimplementowanie systemu Radio-Stop.
To umowna kombinacja dźwięków o określonej częstotliwości – sygnał „Alarm” może zostać nadany przez maszynistę lub dyżurnego ruchu poprzez naciśnięcie zaplombowanego przycisku na radiostacji. Radiostacje na lokomotywach rozpoznają go automatycznie i uruchamiają awaryjne hamowanie. Zasięg sygnału jest ograniczony do danego odcinka linii, ale powoduje zatrzymanie się wszystkich znajdujących się na niej pociągów. Ponieważ system nie jest skomplikowany, łatwo o nadużycia skutkujące sporymi i niepotrzebnymi zakłóceniami w ruchu. Z drugiej strony jego poprawne użycie zapobiega kilku wypadkom rocznie, o ile tylko pominięcie semafora lub inne zagrożenie zostaje w porę dostrzeżone przez pracowników służby ruchu lub innych maszynistów.

Drugi bardzo prosty środek to system SHP – samoczynnego hamowania pociągu. Urządzenia przytorowe bierne są obwodami rezonansowymi o określonej częstotliwości, zainstalowanymi w pobliżu tarcz ostrzegawczych i semaforów. Gdy układ magnetyczny na lokomotywie je wykryje, uruchamia się sygnał świetlny i dźwiękowy dla maszynisty, który w ciągu kilku sekund powinien nacisnąć przycisk czuwania. Jeżeli tego nie zrobi, następuje awaryjne hamowanie. Taki system sprawdza czujność maszynisty, ale już nie to, czy poprawnie odczytał on sygnał na semaforze i czy prawidłowo zareagował.

Z żalem należy przyznać, że instalując SHP, pominięto możliwość niezbyt kosztownego zwiększenia jego funkcjonalności na wzór niemieckiego systemu Indusi. Tam, przy pomocy przekaźnika sterowanego z tarczy ostrzegawczej lub semafora, dokonuje się zwarcia części obwodu rezonansowego – wystarczy stosunkowo krótki kabel i przekaźnik, aby zmienić częstotliwość rezonansową w zależności od wskazań semafora. Na pokład lokomotywy dociera wówczas informacja o wskazaniu semafora, co pozwala uruchomić awaryjne hamowanie, jeżeli maszynista nie zareaguje poprawnie na ostrzeżenie o sygnale „Stój”.

ETCS i ETCS2

Indusi ma pewną wadę, podobnie jak uproszczona wersja nowoczesnego systemu ETCS (ang. European Train Control System, Europejski System Sterowania Pociągami). Ostrzeżenie o sygnale „Stój” pochodzi od tarczy ostrzegawczej lub poprzedniego semafora i wymusza hamowanie (kontrolowane przez maszynistę lub awaryjne). Jeżeli w trakcie pokonywania drogi hamowania semafor pokaże wolną drogę i maszynista to dostrzeże (dzięki temu, że zdążył znaleźć się bliżej semafora), i tak nie będzie mógł przerwać hamowania, dopóki nie dojedzie do układu torowego przy tym semaforze. W rezultacie następuje zmniejszenie przepustowości linii, gdyż nawet niewielkie opóźnienia w ustawieniu semafora powodują niepotrzebne zatrzymania pociągu. Indusi uzupełniano dodatkowymi urządzeniami w połowie drogi hamowania. Z kolei system ETCS może mieć opcjonalne balisy (nadajniki sygnału do lokomotywy) – wymaga to jednak dodatkowego okablowania i większej liczby urządzeń przytorowych, co zwiększa koszty, a i tak nie eliminuje w sposób całkowity odcinka zbędnego hamowania.

Postęp w dziedzinie łączności radiowej umożliwił radyklaną zmianę. Poziom ETCS2, wykorzystujący niezawodność i przepustowość łączności cyfrowej powszechnie znanej jako telefonia komórkowa, umożliwia wprowadzenie danych o ograniczeniu prędkości i wskazaniach semaforów (a ściślej – o pozwoleniach na jazdę, gdyż w przypadku wyposażenia wszystkich podciągów w urządzenia pokładowe ETCS2 semafory przy torach są zbędne) do komputera obsługującego pewien fragment sieci kolejowej. Przy pomocy łączności systemu GSM-R informacje te są przekazywane do lokomotyw na bieżąco, bez opóźnienia. Urządzenia przytorowe służą jedynie ustaleniu lokalizacji pociągu. GSM-R zastępuje klasyczną łączność analogową także w zakresie głosowej telefonii dla maszynistów i służby ruchu.

Przyszłość ETCS

Wprowadzenie systemu ETCS przebiega dość powoli. Konieczne uprzednie zainstalowanie GSM-R i przejście na łączność cyfrową opóźnia się wobec trudności z zabudową stacji bazowych przy liniach kolejowych. Wbrew oczekiwaniom okazało się, że ETCS może efektywnie pracować tylko z urządzeniami komputerowymi na stacjach, a przy starszych systemach jest to kłopotliwe. Wyposażenie eksploatowanych już lokomotyw i zespołów trakcyjnych w urządzenia pokładowe jest kosztowne. W dodatku system GSM-R już teraz jest przestarzały, a jego przepustowość jest mniejsza niż systemu 3G, w telefonii komórkowej postrzeganego jako anachroniczny.

Specyfikację GSM-R (GSM dla kolei) zaczęto formułować w roku 1993 jako szerszą od ówczesnych systemów GSM, ale system upowszechniał się powoli, natomiast w rozwiązaniach stosowanych poza koleją nastąpił w tym czasie znaczący postęp. W rezultacie publiczne sieci telefonii cyfrowej mają obecnie znacznie wyższe parametry niż GSM-R. Z drugiej strony pewne ich wady uniemożliwiają proste zastąpienie nimi systemów GSM-R.
Chodzi o stosunkowo długie przerwy, jakie odnotowano przy korzystaniu z sieci ogólnodostępnych do przekazywania informacji z liczników energii elektrycznej w lokomotywach i zespołach trakcyjnych. Nieoficjalnie wiadomo, że natrafiono na przerwy kilkuminutowe, które były nieszkodliwe przy rejestracji zużycia energii, ale byłyby niedopuszczalne przy wykorzystaniu przez ETCS.

Kolejną wadą sieci ogólnodostępnych jest to, że ulegają one przepełnieniu, gdy zbyt wielu abonentów koncentruje się w jednym miejscu i próbuje jednocześnie uzyskać połączenie (a taka sytuacja może mieć miejsce np. w razie wypadku). W Londynie po zamachach w metrze telefonia komórkowa okazała się dysfunkcjonalna, gdy setki tysięcy ludzi w City usiłowało w tym samym czasie powiadomić rodziny, że żyją. Jednym z wniosków wyciągniętych przez organy odpowiedzialne za bezpieczeństwo było wyposażenie pracowników służb ochroniarskich w jak najbardziej konwencjonalne i umiarkowanie staroświeckie walkie-talkie.

Nie zmienia to faktu, że zapewnienie dostępu do nowoczesnych systemów GSM poziomu 5G wokół linii kolejowych jest ze wszech miar wskazane, choćby po to, by utrzymywać rezerwowy system dla prowadzenia ruchu, zapewnić pasażerom możliwość bezproblemowego korzystania z internetu w trakcie jazdy, a konduktorom zagwarantować ciągłą pracę podręcznych kas biletowych. Poza tym umożliwi to przekazywanie na bieżąco obrazów z peronów oraz przejazdów kolejowo-drogowych, co wpłynie na szeroko pojmowane poczucie bezpieczeństwa wśród pasażerów kolei.

System ERMTS, czyli połączenie ETCS i GSM-R, staje się coraz powszechniejszy, ale już wkrótce będzie wypierany przez nowsze rozwiązanie określane jako FRMCS (ang. Future Railway Mobile Communication System, Przyszły System Mobilnej Łączności Kolejowej). Będzie przeznaczony do obsługi ruchu kolejowego w sposób niezagrożony przepełnieniem przez inne zastosowania. W roku 2030 prawdopodobnie zakończy się wsparcie dotychczasowego GSM-R, a do 2035 roku ma nastąpić migracja do FRMCS. W rezultacie dużym wyzwaniem – nie tylko dla PKP PLK – staje się następująca kwestia: co robić, gdy wciąż jeszcze obserwujemy spore opóźnienia w instalacji GSM-R, a na horyzoncie pojawia się już nowa, bardziej wszechronna specyfikacja?