Přečtěte si: Reportáž Proelektrotechniky.cz: Týden s Nissanem Leafem


  

Pozvánky na akce


Stalo se


  
   
  
  

Nápověda k článkům 2

Víte, co je to CBTC a jak funguje?

22.2.2013 V naší rubrice Automatizace dopravy se velmi často vyskytuje zkratka CBTC, používaná v souvislosti s automatickým provozem vlaků. Podíváme se proto, jak tento systém funguje a proč s jeho pomocí mohou jezdit vlaky, například v metru, bez ovládání strojvedoucím nebo zcela bez strojvedoucích.

Abychom pochopili odlišnost a výhody systému CBTC, nejprve si stručně ukážeme fungování kolejového obvodu, který tvoří základ většiny dosavadních systémů zabezpečení jízdy vlaku.

Kolejový obvod pracuje na principu průchodu elektrického proudu přes kolejnice, dvojkolí kolejových vozidel a kolejový přijímač (zpravidla relé), jehož výstup je zapojený do navazujícího zabezpečovacího zařízení (především světelné signalizace).

Nejčastější typ kolejového obvodu, paralelní, lze zjednodušeně popsat takto (viz obrázek č. 1): K jednomu konci elektrického kolejového úseku je připojen zdroj napětí. Ke druhému konci je připojeno relé. Pokud se na koleji nenachází žádné kolejové vozidlo a nedošlo k jiné poruše (případ 1), protéká cívkou relé proud a relé je sepnuto a tento kolejový úsek je vyhodnocen jako volný. Pokud je kolejový úsek obsazený vlakem nebo pokud došlo k poruše (případ 2), cívkou relé teče malý nebo neteče žádný proud, relé je rozpojeno a tento kolejový úsek je vyhodnocen jako obsazený.

Obr. 1 Paralelní kolejový obvod

Trať zabezpečená s využitím kolejových obvodů je tedy rozdělena na úseky, „bloky“, o pevné délce. Vlak projíždějící přes kolejové obvody si dává „červenou“ pro úsek, kde se právě nachází. U moderních systémů zabezpečení se signál zároveň přenáší i na lokomotivu, která sama spustí rychlobrzdu, pokud by vlak vjel do úseku obsazeného jiným vlakem. U méně dokonalých systémů ovládaných člověkem zabezpečovací zařízení nedovolí, aby byl do obsazeného úseku trati vpuštěn jiný vlak – tedy aby dostal „zelenou“. Mezi dvěma úseky obsazenými vlakem musí být alespoň jeden volný úsek, aby vlak, který do něj vjede, stačil spolehlivě zastavit před začátkem obsazeného úseku. Délku úseků je potřeba volit podle nejméně příznivého případu zastavení vlaků s ohledem na rychlost, hmotnost a další parametry.

Moderní systémy pracující s kolejovými obvody tedy dokáží zajistit vysokou míru bezpečnosti jízdy vlaku. Není však těžké si představit, že kvůli nutné opatrnosti zůstává trať v jiných případech, než ten nejméně příznivý, vlastně nevyužitá. Ideální by bylo, kdyby vlaky jely za sebou co nejblíže a přitom s dostatečným odstupem, aby při momentální rychlosti, hmotnosti, sklonu trati apod. následující vlak do předcházejícího vlaku nemohl narazit – tedy pokaždé jinak daleko od sebe. V silničním provozu takto za sebou jezdí automobily a vzdálenost i pohotovost zastavení je ponechána na schopnostech řidiče. Výsledkem jsou časté dopravní nehody.

V kolejové dopravě tento požadavek řeší systém CBTC – communication based train control, tedy ovládání vlaků založené na komunikaci.

Technologie CBTC zahrnuje:
•    řídicí centrum,
•    traťovou část,
•    vlakovou část.

Tyto tři součásti mezi sebou nepřetržitě komunikují s frekvencí 0,5–2 vteřiny. Prostředkem komunikace mezi traťovou částí a vlakem jsou buď radiomajáky, nebo (u starších typů) indukční smyčka v kolejišti.

Takto koncipovaný systém CBTC vykonává tři základní typy úloh:
•    ATP – automatická ochrana vlaku: ochrana proti kolizím, překročení povolené rychlosti a jiným nebezpečným situacím skrze detekci vlaků, rozestupů mezi vlaky a konkrétních úseků trati,
•    ATO – automatický provoz vlaku: regulace rychlosti, plánované zastavování, ovládání dveří, regulace výkonu motorů, případně další obdobné funkce,
•    ATS – automatický dohled nad vlaky: monitorování vlaků, přizpůsobování jízdy jednotlivých vlaků, dodržování jízdního řádu a jejich vzájemné slaďování tak, aby veškerý provoz byl co nejplynulejší a nejhospodárnější.

Jednoduše řečeno, ATP zajišťuje bezpečnou jízdu vlaku, ATO zajišťuje účelnou a hospodárnou jízdu vlaku a ATS zajišťuje plynulý a účelný provoz všech vlaků na sledovaných tratích podle jízdního řádu. Funkce subsystému ATP přitom mají vždy přednost před funkcemi ATO a ATS.

Pro systém CBTC je tedy charakteristická nezávislost na kolejových obvodech, vysokokapacitní obousměrná komunikace dat mezi vlakem a traťovým zařízením, díky níž je velmi přesně určena poloha vlaku, a vykonávání životně důležitých funkcí vlakovými a traťovými procesory.

Princip fungování systému CBTC lze připodobnit k situaci, kdy strojvedoucí vlaku je nahrazen automatickým systémem, který tvoří:
•    vlakové zařízení („oči a ruce strojvedoucího“) nepřetržitě hlásí řídicímu centru svoji polohu a rychlost a zpětně přenáší jeho pokyny na motory a brzdy vlaku,
•    řídicí centrum skrze traťovou část („mozek strojvedoucího“) nepřetržitě vyhodnocuje hlášení vlaků a vydává každému z nich pokyny k rozjezdu, udržení rychlosti nebo zastavení.

Řídicí centrum tvoří několik počítačů, které řídí vlaky na přidělených částech sítě a přitom se navzájem kontrolují. Jakmile řídicí počítač dostane od vlaku hlášení o jeho poloze, rychlosti a směru, porovná toto hlášení s hlášeními ostatních vlaků a s informacemi o trati včetně sklonů, povolených rychlostí a dalších potřebných parametrů. Na základě toho vypočítá bezpečný bod před vlakem, k němuž se vlak může přiblížit, a vydá mu tzv. povolení k pohybu. Je-li předchozí vlak v pohybu, „táhne“ za sebou i tento bezpečný bod – hranici povolení k pohybu. Hovoří se tak o tzv. „pohyblivém bloku“, na rozdíl od „pevného bloku“ u systémů používajících kolejové obvody.

Na obrázku č. 2 je schematicky ukázáno, jak subsystém ATP systému CBTC modelově řeší nouzové zastavení vlaku před náhle stojícím vlakem nebo jinou překážkou. Vidíme zde profil ATP, tedy modelovaný průběh rychlosti vlaku, spolu s nejhorším možným průběhem skutečné rychlosti vlaku. Předpokládá se, že vlak se právě rozjíždí, když dostane zprávu o překážce. Dále se uvažují veškeré možné nepřesnosti měření polohy a rychlosti vlaku i prodlení mezi vysláním informace a reakcí vlaku na ni. Funkce ATP je nastavena tak, aby i při nejhorších očekávaných hodnotách všech ovlivňujících faktorů vlak zastavil před překážkou ve vzdálenosti odpovídající maximální hodnotě nejistoty její polohy. Tato vzdálenost vymezuje výše popsanou hranici povolení k pohybu.

 

Obr. 2 Schéma průběhu rychlostí při nouzovém brzdění v ATP (zjednodušeno)

Všechny činnosti provádí systém CBTC automaticky. Člověk – dispečer – může vstoupit do řízení vlaků na úrovni ATS, tedy dohledu nad provozem vlaků, skrze uživatelské rozhraní. Dispečer tak může například vypravovat další vlaky na trať nebo přizpůsobovat jejich jízdu momentálním provozním podmínkám. Protože je však automatická ochrana vlaku ATP nadřazena všem ostatním funkcím, systém hlídá, aby tím nebyla ohrožena bezpečnost provozu. Provozní pracovníci někdy v nadsázce konstatují, že systém CBTC funguje nejlépe, pokud se v něm člověk ničeho nedotýká.

Podobně jako řídicí počítače jsou i ostatní životně důležitá zařízení jištěná tak, aby při náhlé poruše některého z nich nemohlo dojít k nebezpečné situaci.  

Tratě s CBTC jsou přesto zpravidla vybaveny ještě jiným, jednoduchým záložním systémem zabezpečení. Ten slouží jednak pro případ, že by některý vlak pro poruchu „vypadl z obrazu“ řídicích počítačů a bylo by nutno zastavit provoz a bezpečně jej odvést do depa nebo do stanice, a jednak pro vozidla nevybavená vlakovou částí CBTC, například pracovní vlaky.

Jak patrno, systém CBTC je koncipován tak, aby umožnil provoz vlaků zcela bez strojvedoucích. V takovém případě je vlak navíc vybaven kamerami a čidly vně i uvnitř vlaku, které detekují další možné překážky nebo nebezpečné situace. V konkrétních podmínkách mohou i vlaky s CBTC jezdit se strojvedoucími, kteří však pouze dohlížejí na provoz, případně zajišťují některé dílčí funkce (například otevírání a zavírání dveří). Přítomnost strojvedoucích je samozřejmě nezbytná u vlaků, které jezdí zároveň po tratích vybavených a nevybavených CBTC. (Poznámka: Provoz bez strojvedoucích lze uskutečnit také u systémů vybavených pevným blokem, ztrácí se tím však výhody pohyblivého bloku).

Systém CBTC tedy umožňuje velmi hustý provoz vlaků s vysokou mírou bezpečnosti, protože drtivou většinu nehod způsobuje člověk a čím frekventovanější provoz, tím větší je pravděpodobnost jeho selhání. Provoz je zároveň hospodárný, protože řídicí systém lépe než člověk optimalizuje v každém okamžiku výkon motorů, a tím i spotřebu trakční energie. Pokud jsou vlaky navíc provozovány bez strojvedoucích, ušetří se jejich mzdové náklady. Kromě toho je možné lépe reagovat na počet cestujících počtem vlaků v síti, který není nijak omezen počtem strojvedoucích ve službě

Systém CBTC je však také náročný na investice, protože nejen trať, ale všechna hnací vozidla musí být vybavena příslušnou částí CBTC, pokud se na trati pohybují v běžném provozu. CBTC se proto používá zejména u systémů metra nebo příměstských železnic, tzn. na ohraničené síti tratí, kde jezdí převážně jeden omezený park vozidel pro ně určený a kde je nákladnost zařízení převážena výše uvedenými výhodami.

Jak je vidět z článků v naší rubrice Automatizace dopravy, systém CBTC se pomalu stává standardem u nově budovaných tratí velkokapacitních městských rychlodrah ve světě. V Evropě se s tímto systémem můžeme setkat například u londýnské městské železnice Docklands Light Railway (viz úvodní obrázek), u linky 9 metra v Barceloně nebo u některých systémů lehkých vlaků na pneumatikách. Další tato zařízení jsou postupně instalována v rámci rekonstrukcí na stávajících tratích, kupříkladu u příměstské železnice S-bane v Kodani nebo na části sítě metra v Londýně.

Ing. Jakub Slavík, MBA

Obrázky: archiv redakce

Bonus: Vtip o CBTC

Přečtěte si také:

Řím má první bezobslužnou linku metra se systémem CBTC

21.11.2014 Po městech Milán a Brescia se Řím stal třetím italským městem, na jehož městské rychlodráze se používá bezobslužný provoz. V listopadu 2015 zde byl zprovozněn první úsek linky metra C mezi stanicemi Montecompatri Pantano a Parco di Centocelle. Úsek je dlouhý 12,5 km a zahrnuje 15 stanic. 


Northern Line: další CBTC v londýnském metru

19.11.2014 Londýnské metro je nejstarší městskou rychlodráhou na světě, poprvé vyjelo již v roce 1863. Dnes představuje síť cca 400 km tratí vedených přibližně z poloviny po povrchu a z poloviny pod zemí v hloubených nebo ražených tunelech. Jak byla v polovině listopadu 2014 informována široká veřejnost, jedna z nejstarších hlubinných linek, Northern Line (první ražená a zároveň první elektrifikovaná linka, otevřená v roce 1890), bude prodloužena o 3,3 km úsek z Kennington do Battersea se dvěma stanicemi. 


Další CBTC pro bezobslužné metro v Paříži

7.11.2014 Pařížské metro patří k průkopníkům bezobslužného provozu v Evropě. 9 km dlouhá linka 14, nazývaná též METEOR (Métro Est Ouest Rapide – rychlé východo-západní metro), zde funguje jako bezobslužná již od roku 1998. Podobně jako u čtyř dalších linek pařížského metra jsou zde provozovány vlaky na pneumatikách. Prodloužení této linky směrem na východ bude zabezpečeno a řízeno pomocí systému CBTC. To bylo v říjnu 2014 zadáno opět společnosti Siemens 


CBTC pro rychlodráhu v Sydney

2.10.2014 Městská rychlodráha North West Rail Link (NWRL) v australském Sydney, řešená jako veřejně soukromé partnerství (PPP) s konsorciem Northwest Rapid Transit, dostane zabezpečovací systém typu CBTC a vlaky od společnosti Alstom. Dráha NWRL je 23 km dlouhá s 13 stanicemi a využívá adaptovanou část nepoužívané staré železniční trati, 16km ražený tunel a 4km vyvýšený úsek. 


CBTC pro monorail v Sao Paulo

17.6.2014 Systém dopravy v brazilské metropoli Sao Paulo dostane pro svoji linku 17, řešenou jako monorail, tedy vozidlo pohybující se na jedné koleji vedené nad zemí, zabezpečovací zařízení typu CBTC SelTrac. V květnu 2014 to oznámil odborné veřejnosti dodavatel této technologie, společnost Thales. 


Bezobslužné metro v Budapešti

4.4.2014 Prvním plně automatickým metrem v „nových“ zemích EU se stala linka 4 metra v Budapešti, jejíž provoz byl slavnostně zahájen na konci března 2014. Linka je dlouhá 7,4 km a je v celé délce vedena raženými tunely. Provoz vlaků bude probíhat bez zásahu strojvedoucího 


Docklands Light Railway: automatická městská dráha dosahuje rekordní přesnosti

27.2.2014 Londýnská lehká městská železnice Docklands Light Railway (DLR) využívající technologii CBTC pro provoz bez strojvedoucích, vykázala v lednu 2014 rekordně vysokou přesnost vlakových spojů za svoji 26letou historii. Její vlaky dodržovaly jízdní řád z 99,7 % (v ročním průměru 99,3 %), a to i v převážně venkovním provozu vystaveném rozmarům anglického počasí. (Pro srovnání, přesnost pražského metra, které až na výjimky jezdí v uzavřeném prostoru, v roce 2012 činila 98,3 %.) DLR se tak zařadila mezi nejdochvilnější kolejovou dopravu ve Velké Británii. Ukazuje tím přesnost jako jednu z důležitých předností provozu bez strojvedoucích, který eliminuje vliv lidského faktoru. 


Projekt Marmaray: CBTC a ETCS L1 na jedné trati

5.11.2013 Tunel Marmaray, železniční projekt století spojující pod Bosporskou úžinou dva kontinenty v tureckém Istanbulu, byl slavnostně otevřen pro provoz 29. října 2013. Tento projekt zahrnuje 1,4km podmořský tunel ponořený v hloubce 60 m (nejhlubší svého druhu na světě), na nějž z obou stran navazuje celkem 12,2 km převážně ražených tunelů se čtyřmi stanicemi. Tunel Marmaray je součástí stejnojmenného městského železničního koridoru dlouhého 77 km 


NGTC: Evropský projekt pro novou generaci automatického řízení vlaků

4.11.2013 V říjnu 2013 informovala Mezinárodní unie veřejné dopravy (UITP) širokou odbornou veřejnost o úspěšném zahájení výzkumného a vývojového projektu NGTC – Next Generation Train Control, tedy řízení vlaků nové generace, a o připravované analýze systémů automatizace řízení vlaků CBTC a ERTMS, která bude v jeho rámci prováděna. O systémech CBTC jsme psali již mnohokrát v rubrice Automatizace dopravy


Kolejová MHD: trendy v technologii, organizaci a financování

11.10.2013 Zatímco elektromobilita v silniční dopravě je vnímána jako průkopnická oblast, elektromobilita na kolejích je součástí každodenního života již více než sto dvacet let. Přesto jsou její současné vývojové trendy velmi zajímavé, jak dokládají i články v naší rubrice Automatizace dopravy a Elektromobilita. Tyto trendy, zahrnující oblasti technologie, organizace a financování, shrnul hlavní konzultant firmy Ing. Jakub Slavík MBA – Consulting Services, která provozuje náš portál, na semináři Čistá mobilita, pořádaném 10. října 2013 Ministerstvem životního prostředí ČR při MSV Brno. 


 

Naše tipy
















Copyright © 2012 – 2016 Ing. Jakub Slavík, MBA – Consulting Services