A 3-as szint

A mozgó blokk rendszer

A 3-as szint

Az ETCS jelenlegi legmagasabb szintje. Jellemzője a folyamatos sebesség-felügyelet, a rádiós vonatbefolyásolás és a mozgó blokk rendszer. Kiemelendő, hogy a vonatintegritás, vonategység felügyeletében immár meghatározó szerepet játszik maga a jármű. Ezáltal a pályamenti költséges berendezések (sínáramkörök, tengelyszámlálók) felszámolhatóak, a kapcsolódó berendezések egyszerűsíthetőek. 3-as szinten a vonatok – egy az ERTMS/ETCS specifikáción kívül eső külső egységen keresztül – folyamatosan figyelemmel kísérik a vonatintegritást, és ennek eredményéről információt küldenek az RBC-nek. Ahogy az a fedélzeti vonatintegritás felügyelő rendszerelemnél látható, a vonatintegritás külső eszközzel való, de interoperábilis felügyelete egyszerűen megoldható zárt motorvonatok esetén, ám annál bonyolultabb hosszú tehervonatok esetén.

Az alap itt is a 2-es szinten már említett GSM-R-en keresztüli pálya-jármű kommunikáció, és a balízok pontszerű jelfeladása, leginkább helymeghatározás céljából. Az RBC információkkal látja el a vonatokat, emellett folyamatosan figyelemmel kíséri azokat saját azonosítójukon keresztül. Ezen a szinten pályamenti jelzőkre már egyáltalán nincsen szükség, valamennyi információközlés alapja a rádiókommunikáció. Tekintve, hogy egyre nagyobb feladat hárul a fedélzetre, az ETCS 3-as szintje jellemzően zárt pályás, nagysebességű vonalakon alkalmazható, ahol a járműállomány homogenitása biztosítható. A teljes rendszer feladatainak megoszlása itt a következő:

Ø Főbb fedélzeti funkciók:

• A legkorlátozóbb érték kiválasztása a különböző engedélyezett sebességek közül (ETCS);

• Dinamikus sebességprofil számítása, figyelembe véve a vonat futási/fékezési karakterisztikáit (ETCS);

• Az aktuális és az engedélyezett sebesség összehasonlítása, a fékberendezés működtetése, amennyiben szükséges (ETCS);

• A vezető tájékoztatása, információellátás (ETCS);

• A vonat fogadja a balíz-információkat, s ezzel összhangban elküldi pozícióját a rádiós irányítóközpontnak (ETCS);

• A vonat a mozgási engedélyét, valamennyi pályakarakterisztikát, a statikus sebességprofilokat és a távolságadatokat GSM-R átvitellel kapja (ETCS);

• A vonat maga felügyeli a vonatintegritást (külső funkció, nem része az ERTMS/ETCS-nek), és erről informálja az RBC-t (ETCS).

Ø Főbb pályamenti funkciók:

• Az egyéni mozgási engedély meghatározása minden vonatra külön-külön (ETCS);

• A mozgási engedély és az infrastruktúra adatok átvitele minden vonatra külön-külön (ETCS);

• Biztosítóberendezési funkciók a berendezések vezérléséhez (pl. váltók);

• Központi irányítási funkciók, „hálózatmenedzsment”;

• Valamennyi ERTMS/ETCS felszereltségű és az adott RBC körzeten belül azzal közlekedő vonat ismerete egyéni azonosítójuk alapján (ETCS);

• Valamennyi az adott RBC körzetben közlekedő felügyelt vonat pozíciójának folyamatos követése (ETCS);

• Főként a vonatoktól kapott információk alapján kezelni a „vágányutak” lezárásával és feloldásával kapcsolatos feladatokat (ETCS),

• Vonatok irányításának átadása RBC-k között, azok határainál (ETCS).

A mozgó blokk rendszer

Ebben a részben megismerkedhetünk a mozgó blokk teória lényegével. Az érthetőség kedvéért – egy kis ismétlésen át – a folyamatos sínáramkörös jelfeladástól kiindulva a pontszerű átvitelen keresztül jutunk el a mozgó blokk szisztémáig.

1. Előzmények

Folyamatos jelfeladás sínáramkörökkel:

Ekkor a pályaoldalon egy generátor folyamatos, adott frekvenciájú jelet szolgáltat (nálunk 75 Hz). Az ún. ütemadó az elkövetkező jelző jelzési képe által meghatározott jelzési parancsnak megfelelően vezérli az ütemkövetőt, amely a folyamatos jelet a jelzési parancs által meghatározott ütemben szaggatja.

Ezt a sínszálban (mint fémes vezetőben) futó kódolt jelet veszi az antenna (általában kettő), amely a mozdony menetirány szerinti elején található a vezetőfülke alatt. Az adat azután továbbítódik egy fedélzeti dekódoló biztonsági processzor felé. Az engedélyezett sebesség összehasonlításra kerül az aktuális sebességgel, s ha az az engedélyezett sebességet túllépi, a berendezés figyelmeztet, majd fékezést kezdeményezhet.

Folyamatos jelfeladás sínáramkörökkel

A vonatbefolyásoláshoz szükséges adat tehát kódolt sínáramkörökön keresztül jut a pályától a járműre. Ez, mint folyamatos vonatbefolyásolás ismert, mivel az információ minden időben a vonatra jut. Mindazonáltal megvannak a maga korlátai: hosszabb térközökben jelveszteség lép fel, és ez csökkenti az áramkör hasznos hosszát. A berendezés drága, érzékeny az időjárásra, elektromos interferenciára, veszélyezteti a rongálás, vandalizmus, lopás. Ezen túlmenően az elavulttá vált technológiai alapok miatt az ilyen jellegű berendezések fejlesztése az ETCS megjelenésével párhuzamosan mindinkább elhalt, az alkatrész utánpótlás nehézkessé vált.

Pontszerű vonatbefolyásolás:

Több előbb említett hátrányon is felülkerekedhetünk, ha pontszerű jelfeladást vezetünk be.  Ez a pálya meghatározott részén balízok telepítésével valósítható meg.

A legismertebb rendszer az ADTranz-é, ahol általában két balíz helyezkedik el egymás mögött. Az egyik közli a vonattal a pozíciót (fix), a másik az előrébb lévő térköz állapotáról nyújt (változó) információt. Az adatfeldolgozás és a többi vonatvédelmi funkció hasonlít a folyamatosnál említetthez.

Pontszerű jelfeladás

Példaként nézzük az alábbi ábrát. A képen a vörös A2-es jelző balíza az A1-es jelző előtt helyezkedik el, s ad parancsot a megállásra a közeledő vonatnak. A 2-es vonat itt megkapja a megállási parancsot, s megáll, mielőtt elérné az A3-as jelző balízát.

Közlekedés pontszerű jelfeladás esetén /1

A következő ábrán: a vonat megállt az A2-es jelző előtt, és vár amíg az 1-es vonat kihalad az A2-es térközből, s a jelző továbbhaladást engedélyező állásba kerül. A valóságban persze ekkor nem történik semmi, mivel a mozdonyvezetőnek kell alapba állítania a rendszert, hogy elindulhasson. Ezért ez a típusú vonatbefolyásolás csak manuális vezérlésű rendszereknél alkalmazható.

Közlekedés pontszerű jelfeladás esetén /2

Közbenső frissítés:

Komoly hátránya a pontszerű rendszereknek, hogy amikor egy vonat egy megállásra vonatkozó előjelző üzenetet megkapott, akkor azt megőrzi egészen addig, amíg egy másik balízt meg nem halad, vagy meg nem áll. Ez azt jelenti, hogy amennyiben a következő térköz kiürül mielőtt a 2-es vonat megállna, s a jelző vált, a vonat továbbra is a megállj üzenetnek megfelelően közlekedik, és meg is áll, jóllehet már nem kellene. Miért, kérdezhetnénk, miért nem érvényteleníti a mozdonyvezető a megállító üzenetet, ahogy a megállás után tenné, amikor a jelző szabadra váltott? Ha a vezető érvényteleníthetné a megállító üzenetet miközben a vonat mozog, akkor biztonsági szempontból semmivel nem érnénk többet a rendszer használatával. A vonatvédelem “létfontosságú” (fail-safe), és nem engedhető meg olyan emberi beavatkozás, amely hatékonyságát, és főként biztonságát csökkentené.

Ahhoz, hogy elkerülhessük a felesleges megállást, egy közbenső (infill) balízt szerelünk fel. Ez frissíti a vonat információit, ahogy közelít a megállási ponthoz, s visszavonja a megállási parancsot, ha a jelzés ezt megengedi. Amennyiben az szükséges, akkor több kitöltő balíz is felszerelhető.

Közbenső balíz alkalmazása kitöltő információ továbbítására

2. Mozgó blokk – a teória

Ahogy a rendszerek fejlődtek, számos finomítás történt, de a legutóbbi időkben a hangsúly a fix blokkokkal történő szakítást támogató elképzelések felé tolódott. A fix blokkoktól való megszabadulásnak megvan az az előnye, hogy változtatható a vonatok közötti követési távolság, aktuális és egymáshoz képesti sebességük függvényében. Ez meglehetősen hasonlít az autópályákon megfigyelhető sebességválasztási szabályokhoz: nem szükséges teljes féktávra követni az előttünk haladó autót, hiszen az nem fog hirtelen egy helyben megmerevedni. Ha ugyanolyan sebességgel haladunk, mint ő, akkor elméletben közvetlenül mögötte haladhatunk, és ha fékez, mi is azt tesszük. Amennyiben hagyunk még pár métert a féklámpa kigyulladását követő reakcióidő és az eltérő fékhatás miatt, a dolog működik.

Noha tudjuk jól, hogy elég néhány látványos ütközés az autópályán ahhoz, hogy megcáfolja e teóriát a közúti közlekedésben, a vasutak sokkal inkább szabályokhoz kötött világában azért megvan a valóságalapja, főként ha teljes biztonságú féktávolságot alkalmazunk.

A mozgó blokk teória

A fenti ábrán látható, hogy feltéve, hogy mindegyik vonat azonos sebességgel halad, mint az első, s mindegyik ugyanolyan fékhatással is rendelkezik, akkor elméletben néhány méterre követhetik egymást. Némi teret engedve a reakcióidőnek és a kisebb eltéréseknek, a vonatok 50 km/h-s sebességnél kb. 50 méter távolságra követhetnék egymást. Nos ez helytálló az elméletben, de nem a gyakorlatban!

Mozgó blokkos ETCS üzleti projekt még nem indult sehol a világon. Ráadásul az ETCS specifikációs folyamat közepén (vö. specifikációk), az 1998. június 3-án bekövetkezett németországi ICE vonatbaleset alapjaiban rendítette meg a mozgó blokk teória követési távolságára vonatkozó eddigi elképzeléseit. 

Az eschedei vonatszerencsétlenség és kihatása a mozgó blokk teóriára

A tragédia kapcsán újfent világossá vált, hogy egészen apró hiba is hatalmas károkat okozhat. Tökéletes rendszer nincs, és beigazolódott, hogy rendkívüli esetben egy szerelvény métereken belüli megállására is fel kell készülni, akár 300 km/h-s sebességről is! Így két vonat között a biztonságos féktávolság minden körülmények közötti fenntartása alapkövetelmény maradt.

Amit mindenesetre ezután is érdemes megfontolni, az a blokkok helyének és hosszának a vonat helyével és sebességével megegyezően történő megválasztása. A fix kiosztás helyett mozgathatóvá kell tenni a térközöket. Ez a fajta rugalmasság ugyanakkor – hogy a vonat helyét, sebességét és irányát felügyelhessük, illetve, hogy közöljük a vonattal a megengedhető sebességet – sokkal inkább a rádióátvitelt követeli meg, mintsem a hagyományos sínáramköröket.

3. Mozgó blokk és rádióátvitel

Mozgó blokkal kiépített pályán a vonalat általában régiókra, körzetekre osztják, ahol minden körzet egy számítógép irányítása alatt áll, s mindegyiknek megvan a maga rádiós átviteli rendszere. Minden vonat továbbítja azonosítóját, helyét, irányát és sebességét a körzeti számítógépnek, amely elvégzi a szükséges számításokat a biztonságos közlekedtetés fenntartásához, és közli a menetengedélyeket a vonatokkal.

Mozgó blokkos rádiókörzetek

Felhívjuk a figyelmet, hogy az alábbiakban leírtak a mozgó blokkos üzemet kivéve megfelelnek a 2-es szinten lebonyolított rádiókommunikációnak is!

A rádiókapcsolat a vonatok és a körzeti számítógép között folyamatos, így a számítógép mindenkor ismeri valamennyi, a körzetben tartózkodó vonat pozícióját. Minden vonattal közli az előtte haladó vonat pozícióját és elküld egy fékgörbét, ami megakadályozza, hogy beérje az előtte levő vonatot. Ennek eredményeként beszélhetünk dinamikus követési távolságról.

Egy fix blokk jellemvonás azért megmaradt – a teljes féktávolság követelménye két vonat között. Ez garantálja, hogy amennyiben a rádiókapcsolat megszűnik, az utolsó adat rögzül a követő vonatban, és emiatt megáll, mielőtt beérhetné a megelőző vonatot. Az autópálya stílusú víziója annak, hogy két 50 km/h-val közlekedő vonat között 50 méteres követési távolság legyen egyelőre túl távoli, pusztán virtuális valóság maradt a vasút-üzemeltetők számára.

Ahogy láthattuk, mozgó blokk rendszerben a vonatok folyamatosan közlik pozíciójukat a körzeti számítógéppel rádión keresztül. Továbbá minden vonat hitelesíti saját pozícióját a balízok segítségével, amik referenciapontként szolgálnak a vonat által a szenzorok alapján számolt pozícióhoz.

A vonatnak egyik körzetből a másikba történő „átengedését” szintén rádiókapcsolattal végzik mind a 2-es, mind a 3-as szinten, mégpedig rendszerint a két szomszédos körzeti számítógép közötti kapcsolat segítségével. A körzetek átfedik egymást, így amikor egy vonat először ér az új terület határára, az első körzet számítógépe felveszi a kapcsolatot a második körzet számítógépével, s figyelmeztetést küld annak, miszerint fogadja a hozzá érkező új vonat jeleit. Ugyanakkor a vonattal is közli, hogy változtassa meg rádiókódját, illeszkedve az új körzethez. Amikor azután az új körzet megkapta a vonattól annak azonosítóját, visszaigazolja az átvételt az első körzet felé, és az átengedés megtörtént.

Mozgó blokkos közlekedés a rádiókörzetek határán

A mozgóblokk rendszerű közlekedés másik fajtája, amikor is a helymeghatározó számítógép a fedélzeten található. Minden vonat tudja, hol van a többi vonathoz képest, és ennek megfelelően számítja és felügyeli a számára biztonságos sebességet. E rendszer előnye a kisebb pályamenti berendezés-igény, hátránya viszont az átvitelek számának jelentős növekedése. Emiatt csak kis forgalmú szigetszerű közlekedési területeken alkalmazható hatékonyan.

4. Egy korai mozgó blokkos rendszer – a Seltrac

Az első mozgó blokkos rendszer elnevezésre az Alcatel Seltrac márkája formálhat jogot. Kanadában és Londonban került kiépítésre. Megvannak a szükséges kellékei a mozgó blokknak, de a közvetítő eszköz szerepét a pályára szerelt hurkok képezik, amelyek a sínpár között találhatóak. Ezek a hurkok 25 méterenként keresztezik egymást, ezáltal lehetővé téve, hogy a kábelkeresztezések megváltozott mágneses jellemzőinek érzékelésével a vonat hitelesíthesse pozícióját. Az adatátadás a fedélzeti számítógép és az irányító központ között a hurkok segítségével történik. Az irányítóközpont vezérli a 2-es vonat sebességét az 1-es vonat pozíciójának megfelelően, és számolja a biztonsági fékgörbét.

A Seltrac mozgó blokkos rendszer működési elve

A Seltrac rendszer nem igényel vezetőt, mivel teljesen automatizált. Rendszerhiba esetén, ha a vonatot mégis manuálisan kell vezetni, tengelyszámlálók figyelik a hurok nélkül közlekedő vonat pozícióját. A koncepció egyik legnagyobb hátránya a sínek között folyamatosan végigfektetett kábelek, amelynek velejárója mind a drága telepítés, mind a pályakarbantartásoknál való sérülékenység.

A legfőbb különbség ezen és a modern rendszerek között, hogy a Seltrac kábelen keresztüli elektromágneses adatátvitelt használ, miközben a rádió alapú rendszer esetén „megszabadulhatunk” a kábelezési igénytől. Napjainkra az Alcatel továbbfejlesztette Seltrac rendszerét rádió alapú átvitelre.

5. Miért a mozgó blokk?

A hagyományos vonatbefolyásoló rendszerek a teljes vonal mentén igénylik a drága és érzékeny hardware-t, kitéve azt az időjárás viszontagságainak, elhasználódásnak, vandalizmusnak, lopásnak és a nagy igénybevételnek. A meglehetősen kiterjedt elhelyezkedés miatt a fenntartás drága, és gyakran csak a vonatmentes időközökre korlátozódhat. A hibák nehezen behatárolhatók, és nehezen megközelíthetők. Ezen okok miatt az üzemeltetők igyekeznek visszaszorítani a pályamenti (vonal menti) berendezéseket, ezzel csökkentve a fenntartás és a telepítés költségeit. Ezzel tökéletesen összhangban van a mozgó blokkos rendszer, amely kevesebb pályamenti berendezést igényel, mint a fix térközös.

Az üzemeltetők számára igen fontos eredmény továbbá a nagyobb elérhető vonalkapacitás is.

Lap teteje