Železniška inteligentna infrastruktura: Tehnične rešitve za novo progo Divača - Koper

10. junij 2011, avtor: mag. Boštjan Hernavs, Prometna infrastuktura
Zaradi specifične geografskega poteka trase proge, je potrebno uporabiti nove tehnične rešitve za telekomunikacijske in signalnovarnostne sisteme.

Mr. Sc. Boštjan HERNAVS
GH Holding, d.d.
Tivolska 30, 1000 Ljubljana
bostjan.hernavs@gh-holding.si

Abstract

Because of specific geographical situation second railway track between Divača and Koper require new technical and technological equipment for telecommunication and signal interlocking system.

Key words

Second track Divača-Koper, inteligent railway infrastructure, technical standard of interoperability, ETCS, GSM-R, PTS, ŽAT, transmission system.

Ključne besede

Drugi tir Divača-Koper, inteligentna železniška infrastruktura, tehnični standardi interoperabilnosti, ETCS, GSM-R, PTS, ŽAT, sistemi prenosa.

Uvod

Luka Koper je, kot eden strateško najbolj izrazitih uporabnikov tovornega transporta v Sloveniji, povezana v železniško omrežje od leta 1967, ko je bila zgrajena enotirna proga od cepišča Prešnice do Kopra. Zadnja odločitev o gradnji drugega tira je bila sprejeta na sestanku pri ministru za promet dne 02. 04. 2009. Pred izdelavo projektov izvedbe, je potrebno določiti in izdelati vse študije ter raziskave, ki na kakršenkoli način vplivajo na gradnjo drugega tira te železniške proge. Še posebej koristne so študije vpeljave interoperabilne inteligentne infrastrukture zaradi specifičnega poteka drugega tira.

Izhodišča

Obstoječa proga Divača – Koper je v fazi modernizacije signalnovarnostnih naprav. V tem sklopu bo z elektronskimi napravami opremljenih osem železniških postaj, vključno s postajama Koper in Divača. Prav tako bo nadgrajen telekomunikacijski sistem na nivoju sistemov prenosa, izvedena bo avtomatska najava in obveščanje potnikov, vzpostavljen sistem SOS, video nadzorni sistem, protipožarni sistem in izgrajene dve elektro napajalne postaje. Nadgrajen bo sistem brezprekinitvenega napajanja, izvedeno bo novo progovno kabliranje vključno z vsemi lokalnimi odcepi, ki bodo potrebna za realizacijo projekta. Zato je projekt modernizacije obstoječe proge osnova, na katero se navezujejo vse rešitve nove dvotirne proge. Vodenje prometa se bo po končani modernizaciji izvajalo v celoti iz centra vodenja prometa (CVP) Postojna. Kljub vsemu pa bosta postaji Divača in Koper tovorna še vedno obdržali možnost lokalnega vodenja in upravljanja z železniškim prometom.

Radijski sistemi

Trenutno na obstoječi progi deluje analogni radijski sistem RDZ, ki služi za komunikacijo med vozilom in centrom vodenja prometa (dispečerjem). Sistem bo zamenjan s sistemom GSM-R. Pričakovana mreža GSM-R na obstoječi trasi Divača – Koper je prikazana na risbi 1. Sistem temelji na dvojnem pokrivanju proge oz. popolne redundance na ravni gradnikov sistema GSM-R.

RISBA 1: Pričakovana mreža GSM-R na obstoječi trasi Divača – Koper

MSC je nameščen v Ljubljani, BSC pa so nameščeni na lokacijah Maribor in Ljubljana. Vse mrežne povezave bodo vzpostavljene preko sistema SDH tretje generacije. Radijski sistem bo povezan tudi s sistemom PTS in sistemom ŽAT.

Opis rešitve

Rešitev temelji na zahtevi, da se nova proga Divača – Koper načrtuje kot proga opremljena s sistemom ETCS nivoja 2. Poleg tega izhajamo tudi iz dejstva, da na odseku proge od izstopnega portala predora T2 v km 15923.000 do cepišča Bivje v km 28058.015 ni drugih prometnih mest. Sistem ETCS L2 je sistem za nadzor vlakov, ki kot pogoj postavlja GSM-R sistem, razpoložljivost 99,995% in nivo signala -95 dBm (41,5 dBmV/m).

Konceptualna zasnova GSM-R sistema

Osnovni gradnik GSM-R je centralni sistem, ki ga sestavlja več različnih enot, ki zagotavljajo vse funkcionalnosti, ki so od sistema GSM-R zahtevane glede na raven opremljenosti proge s sistemom ETCS in glede na ostale funkcionalne zahteve.

RISBA 2: Konceptualna zasnova GSM-R sistema

Centralni sistem zagotavlja tudi povezljivost na ostale sisteme (podatkovna omrežja, ŽAT in PTS omrežje, javno GSM omrežje, povezavo z ostalimi GSM-R železniškimi omrežji ipd) ter upravlja s sistemom baznih postaj.

Tipične rešitve v predorih

Posebno pomemben del, sploh v konkretnem projektu, je zagotavljanje ustrezne ravni signala, in sicer tako na progi kot tudi v predorih. Tehnične rešitve, ki so na voljo za zagotovitev signala v predorih so s postavitvijo anten in z namestitvijo sevalnega antenskega kabla vzdolž tunela. Nekatere tipične možnosti so prikazane na spodnjih slikah pri čemer je rešitev vezana tudi na dolžino predora.

RISBA 3: Primer za predor dolžine do 50m

RISBA 4: Primer za predor večje dolžine

RISBA 5: Primer dveh predorov z majhno medsebojno razdaljo

Uporabljene rešitve

Vse namestitve anten bodo izvedene na način podvojenega pokrivanja proge s celicami. Pri tem se na istem antenskem drogu namestita dva neodvisna sistema, ki zagotavljata prostorsko dvojno pokrivanje. Sistema sta fizično in logično medsebojno ločena, kar je prikazano že na risbi 1.

Postavitve zunanjih baznih postaj

Za pokritost s signalom se postavijo tri bazne postaje in sicer:

  • BTS 1 v km 16.7
  • BTS 2 v km 21.1
  • BTS 3 v km 26.2

BTS 1 pokriva področje od izstopnega portala predora T2 do portala predora T3. BTS 2 pokriva področje od izstopnega portala T7 do vstopnega portala T8. BTS 3 pokriva področje od izstopnega portala predora T8 do cepišča Bivje. Na vsaki od teh lokacij se mora zagotoviti tudi energetsko napajanje. Sama poraba BTS je cca. 1000VA brez upoštevanih ogrevalno/hladilnih naprav in ostalih naprav na loakciji BTS (vstopna kontrola, video nadzor). Pri postavitvi BTS 3 in pokrivanju s signalom, je treba upoštevati dejstvo, da se trasa nove proge Divača – Koper tovorna na odseku od izstopnega portala T8 dalje približa trasi obstoječe proge in nato poteka do cepišča Bivje vzporedno z njo.

Predor T3

Glede na postavitev BTS 1, bo del predora pokrit s signalom iz te BTS. Na izstopnem portalu T3 pa se namesti antena. Napajanje antene bo izvedeno iz BTS 1.

Predor T4

V predoru se namesti sevalni kabel in sicer na levo in desno stran oboka. Napajanje sevalnega kabla se izvede iz sistemskega prostora TP 4.4, kjer se namesti vsa potrebna oprema BTS. Glede na dolžino predora, vmesno ojačanje ni potrebno. V primeru, da se po opravljenih meritvah na terenu ugotovi taka potreba, se ojačevalnik signala namesti v sistemski prostor v TP 4.2, kjer se izvede tudi električno napajanje. Tipična poraba ojačevalnika signala je 500VA, natančna poraba pa je odvisna od proizvajalca.

Predor T5, T6 in T7

Namesti se antena na vstopnem in izstopnem portalu. Napajanje antene se izvede iz BTS nameščene v TP 4.4 in BTS 2.

Predor T8

V predoru se namesti sevalni kabel in sicer na levo in desno stran oboka. Napajanje sevalnega kabla se izvede iz BTS 3. Za ojačitev signala se v sistemskem prostoru TP 8.2 in TP 8.5 predvidi namestitev ojačevalnika signala. Tipična poraba ojačevalnika signala je 500VA, natančna poraba pa je odvisna od proizvajalca.

Zagotovitev signala javnih operaterjev

Z vidika varnosti v primeru izpada GSM-R sistema, za primer izrednih dogodkov na progi pa tudi z vidika zagotavljanja kakovosti storitev do potnikov, je smiselno na celotni trasi zagotoviti tudi signal javnih operaterje GSM storitev. Na podlagi meritev na terenu, bo lahko ugotovljeno zadostno pokritost s signalom.

Povezava na PTS in na ŽAT

Za zagotovitev funcionalnosti, ki jih ima sistem GSM-R, je treba izvesti povezavo na sistem PTS in ŽAT. Gre za priklop preko radijskega vmesnika. Priklop bo izveden že v sklopu izgradnje GSM-R sistema na obstoječi trasi proge Divača – Koper, zato posebnih sprememb na samem sistemu PTS ne bo treba izvesti.

Medsebojna povezava BTS in priklop na napajanje

Funkcionalno je BTS zasnovan na način, da deluje na sistem Plug and Play. V praksi to pomeni, da je vsa oprema BTS izvedena na način, da je potreben samo priklop na optični kabel, za zagotovitev komunikacijskih povezav (preko E1 vmesnika) in priklop na sistem napajanja. V okviru BTS so zagotovljene tudi vse redundančne zahteve. Zato je treba za priklop BTS zagotoviti optični kabel iz dveh smeri in enako tudi redundančni optični kabel. Napajanje BTS se izvede iz izvora energetskega napajanja, če je le mogoče iz dveh medsebojno neodvisnih virov. Tipična poraba BTS je cca. 2000 VA, pri tem pa je odvisna od končne konfiguracije. Glede na to je smiselno predvideti za vsako BTS 5000 - 6000 VA priklop, pri čemer so upoštevani tudi sistemi za ogrevanje/ohlajevanje ter eventualna rezerva za napajanje naprav drugih operaterjev. Vsak BTS ima vgrajen tudi baterijsko podprt brezprekinitveni sistem napajanja.

PTS sistem

PTS sistem je digitalni komunikacijski sistem, ki pokriva potrebe po operativnih telekomunikacijah za železnice. Preko sistema PTS so zagotovljene naslednje povezave oziroma zagotavlja naslednje funkcionalnosti:

  • železniške telefonske zveze (LB, CB, ŽAT, dispečer)
  • interfoni,
  • službeno in potniško ozvočenje
  • radijske zveze (UKV, RDZ in GSM-R)

Sistem PTS temelji na ISDN standardu in je modularno sestavljen. Za različne potrebe so tako vgrajeni različni moduli (CB, LB, S0, audio, linijski, S2M..). Sistem je povezane s sistemom ŽAT, preko katerega je tudi zagotovljena vsa povezljivost v druga telefonska omrežja – železniška in javna kot tudi funkcionalnost neposrednih klicev na telefonske številke za primere nesreč. PTS sistem je zgrajen v ring topologiji, za medsebojno povezavo pa je uporabljeno SDH omrežje. Omogoča lokalno in daljinsko upravljanje in programiranje. Na obstoječi trasi Divača – Koper je PTS sistem vgrajen na lokaciji Divača, Kozina in Koper tovorna. Vmesne lokacije imajo vgrajene različne priključke (TK pult, ozvočenje, TK govorna mesta), za povezavo pa je uporabljen sistem PDH oziroma SDH. Lokalne enote na postajah Divača, Kozina in Koper tovorna so priključene, preko lokalnih kabelskih povezav, neposredno na sistem PTS na konkretni lokaciji. Nadzor in upravljanje sistema je izveden preko centralnega nadzornega sistema nameščenega v Ljubljani z možnostjo dostopanja na lokalni napravi. Preko sistema PTS so krmiljena tudi vsa ozvočenja na obstoječi trasi in sicer je zagotovljeno lokalno posluževanje preko TK pulta kot tudi posluževanje preko sistema za avtomatsko najavo vlakov. Slednje velja samo za potniška ozvočenja. Sistem za avtomatsko najavo vlakov je nameščen na lokaciji Postojna v CVP in krmili vsa potniška ozvočenja na progi Divača – Koper, pri čemer dobiva informacijo o lokaciji vlaka iz elektronske SV naprave. PTS sistem podpira tudi funkcionalnost SOS stebričkov. SOS stebrički so nameščeni na vseh postajah, preko kabla povezani na PTS sistem (enota – centrala za klic v sili) na postaji Kozina in Koper tovorna. Sistem SOS omogoča uporabnikom dvojno funkcionalnost, klic zasedenega operativnega prometnega mesta za pridobitev informacij glede prometa in klic v primeru nezgod ali nepredvidenih situacij povezanih s prometom.

ŽAT sistem

Sistem zagotavlja telefonske funkcije za poslovne potrebe. Prav tako zagotavlja vso funkcionalnost povezav na zunanja telefonska omrežja tako železniška kot javna, vključno s funkcionalnostjo neposrednih klicev na telefonske številke za primere nesreč. Temelji na ISDN/IP telefonskih centralah, ki so medsebojno povezane preko SDH sistemov in preko Ethernet omrežja (protokol TCP/IP). Preko Ethernet omrežja so povezani oddaljeni moduli na manjših postajah. ŽAT centrale so nameščene na postajah Koper tovorna in Divača in so z ostalim ŽAT omrežjem povezane v ring topologiji.

Sistemi prenosa

Na obstoječi progi Divača – Koper so zgrajeni naslednji sistemi prenosa FMX/SDH in Ethernet. Vsak od teh sistemov je sestavni del celotnega sistema prenosnih sistemov na železniškem omrežju. Konfiguracija je izvedena v obliki obročev s čemer je zagotovljena visoka stopnja zanesljivosti in razpoložljivosti. Povezave so izvedene preko optičnega kabelskega sistema. Vsi sistemi so centralno nadzorovani in upravljani iz nadzornega centra v Ljubljani z možnostjo tudi lokalnega upravljanja.

Zaključek

Zaradi velikega povečanja pretoka blaga in s tem potreb po njegovem transportu na eni strani in omejenega prostora gradnje nove prometne infrastrukture ter izjemno zapletenih postopkov umeščanja le-te v prostor, postajajo sistemi inteligentne železniške infrastrukture vse pomembnejši pri načrtovanju povečanju prevoznih zmogljivostih železniških prevoznikov. Projekt drugega tira železniške proge Divača-Koper ponuja zato prvo priložnost o enotnem načrtovanju povečanja prevoznih zmogljivosti železniške proge z vpeljavo inteligentnih transportnih sistemov na nacionalni ravni. Pri tem pa izkušnje v tujini že implementiranih tovrstnih sistemov kažejo, da ni pomembna samo njihova postavitev, temveč tudi spremenjeni načini vodenja železniškega prometa, modeli vzdrževanja in s tem spremenjeni poslovni modeli delovanja celotnega železniškega sektorja. Kako in koliko pa bomo pri tem uspešni, je odvisno predvsem od nas samih.

Literatura

  1. Georg Theeg, Techniche Universitat Dresden, Sergej Vlasenko, Omsk State Transport University: Railway Signaling & Intelocking, DW Media Group, Hamburg 2009
  2. Peter Winter, et all: ERTMS, DW Media Group, Hamburg 2009
  3. Boštjan Hernavs: Technical and technological view of introduction and compatibility of supervision, control and management of railway traffic ETCS in dependence to infrastructural technological factors and equipment of rolling stock, EZS, ISEP 2010, Ljubljana 2010,
  4. Karl Vinck: Obvestilo Komisije – Letno poročilo šestih evropskih koordinatorjev o napredku določenih čezevropskih transportnih mrežnih projektov: Poročilo o dejavnosti Koordinatorja Karla Vincka o projektu ERTMS (Evropski sistem za vodenje železniškega prometa), Brussels, 2006
  5. EC: Strategy and implementation plan for the ERTMS migration, Coridor D study, Ljubljana, 2005,
  6. Boštjan Hernavs: Implementacija novega inteligentnega sistema nadzora in vodenja vlakov na slovenskem železniškem TEN-T omrežju, Fakulteta za gradbeništvo, Maribor, 2006, Mag. delo,
  7. ERTMS Implementation: ERTMS, 2006, Brussels, 2006,
  8. Lyoyola de Palacio: Prednostni projekt št. 6, Brussels, 2006,
  9. Boštjan Hernavs, Andrej Godec: Influence of intelligent systems of railway traffic management on railway infrastructure interoperability, EZS, ISEP 2006, Ljubljana 2006,
  10. Kerbeck M., Zuverlässige adaptive Informationssysteme, Technische Universität Kaiserslautern, Januar 2006
  11. Boštjan Hernavs, Implementation of intelligent infrastructure systems IIS on railway sector – D corridor, EZS, ISEP 2007, Ljubljana 2007.
  12. Direktiva 2001/16/ES evropskega parlamenta in sveta, z dne 19. marca 2001 o interoperabilnosti vseevropskega železniškega sistema za konvencionalne hitrosti
  13. DIREKTIVA SVETA 96/48/ES z dne 23. julija 1996 o interoperabilnosti vseevropskega železniškega sistema za visoke hitrosti.
  14. Slovenske železnice: Final report for MATTILD, Slovenske železnice, d.o.o., Služba za elektrotehnično dejavnost, Ljubljana, Februar 2008
  • © GH HOLDING, Letališka cesta 27, 1000 Ljubljana
  • t 08 2002 800