ZARYS METODY ANALIZY WPŕYWU ERTMS/ETCS NA WZROST

PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
z. 78
Transport
2011
Andrzej Biao
Instytut Kolejnictwa, Politechnika lska Wydzia Transportu
Pawe Gradowski, Marta Gryglas
Instytut Kolejnictwa
ZARYS METODY ANALIZY WPYWU
ERTMS/ETCS NA WZROST PRZEPUSTOWOCI
LINII KOLEJOWYCH
Rkopis dostarczono, padziernik 2010
Streszczenie: Kada linia kolejowa posiada ograniczon przepustowo. W celu jej okrelenia
stosowane s powszechnie znane metody obliczeniowe. Jednake wraz z rozwojem wyposaenia
urzdze
sterowania ruchem i rozwojem technologicznym pojawia si problem zwikszenia
przepustowoci linii kolejowych. W artykule zaprezentowano wpyw zastosowania rónych
konfiguracji aplikacji ERTMS/ETCS na przepustowo rónych kategorii linii kolejowych. Takie
analizy naley wykonywa oddzielnie dla kadego przypadku.
Sowa kluczowe: przepustowo linii kolejowej, czasy nastpstwa, ETCS (róne poziomy)
1. WSTP
1.1. WPYW INFRASTRUKTURY KOLEJOWEJ I SYSTEMU ETCS
NA ZACHOWANIE PRZEPUSTOWOCI
System ERTMS/ETCS (zwany dalej ETCS) zosta tak zaprojektowany by moliwe byo
stosowanie go na wszystkich kategoriach linii kolejowych obejmujcych ruch pasaerski
i towarowy, odcinkach linii duych prdkoci, na liniach konwencjonalnych i regionalnych
w wzach, na stacjach i stacjach rozrzdowych. Warunkiem o wysokim priorytecie jest
osignicie przepustowoci dla kadej aplikacji ETCS, stosowanej na liniach lub
w wzach kolejowych. W celu oszacowania i spenienia wymaga
przepustowoci linii
naley rozway nastpujce parametry: cechy charakterystyczne infrastruktury, prognozy
6
Andrzej Biao
, Pawe Gradowski, Marta Gryglas
ruchowe uwzgldniajce potrzeby transportu osób i towarów oraz poziom punktualnoci
w wzach kolejowych. W celu oszacowania i spenienia wymaga
przepustowoci linii
naley rozway nastpujce parametry: cechy charakterystyczne infrastruktury, prognozy
ruchowe uwzgldniajce potrzeby transportu osób i towarów oraz poziom punktualnoci.
Sposób osignicia przepustowoci linii zosta zdefiniowany w fiszce UIC
(International Union of Railways) 406 „Przepustowo”, która jest podstaw wspólnego
porozumienia w sprawach obcienia i zawiera uzgodnion metod do obliczania
osignicia przepustowoci. Poniewa fiszka UIC 406 opisuje jedynie ocen dla linii
z konwencjonaln sygnalizacj, w zwizku z tym zaprezentowany model zosta poddany
przebudowie, w celu umoliwienia dostosowania równie dla ETCS we wszystkich trzech
poziomach aplikacyjnych.
1.2. DEFINICJE TERMINÓW
Czas nastpstwa
Opracowanie modelu okrelajcego wspódziaanie pomidzy indywidualnymi
trajektoriami i trasami pocigów jest niezbdne do obliczania wspóczynnika sprawnoci
infrastruktury. W Niemczech model czasu nastpstwa tn, którego celem jest osiganie
wymaganej przepustowoci, jest stosowany od lat 60-tych XX wieku. Mimo
wprowadzenia w ycie codzienne komputerów i wykorzystywania odpowiednich narzdzi
programistycznych wspomagajcych zarzdzanie trasami i trajektoriami pocigu, model
ten w dalszym cigu uywany jest do tworzenia rozkadów jazdy. Ponadto UIC, zaleca
stosowanie tego modelu do wykorzystywania przy szacowaniu przepustowoci.
Podstawow zasad czasu nastpstwa jest kolejno operacji zajcia odstpów blokady
przez poruszajcy si pocig. Odstp blokowy wyznaczany jest przez dwa kolejne
semafory. Na rozwaanym odstpie blokady zajcie nastpuje wycznie przez pocig,
oznacza to, e na danym odcinku blokady moe znajdowa si tylko jeden pocig.
Zapewnia to stosowana technologia instalowanych urzdze
srk na szlakach i odpowiednia
kontrola bezpiecze
stwa. Zajto odstpu blokowego zostaa pokazana na Rys. 1.
Rys. 1. Skadniki czasu nastpstwa
Zarys metody analizy wpywu ERTMS/ETCS na wzrost przepustowoci linii ….
7
Czas nastpstwa jest duszy ni aktualny czas fizycznej zajtoci odcinka. Do
elementów czasu nastpstwa zaliczamy nastpujce skadniki:
- Czas przeczania ts (switching time) – wskaza
sygnaowych, który suy do
utworzenia i zatwierdzenia trasy lub rozwizania trasy. Wartoci tego elementu s
zalene od typu zastosowanych urzdze
.
- Czas reakcji tr (reaction time) – maszynisty sucy do optycznego spostrzeenia
sygnau z odlegoci. Warto dla systemów konwencjonalnej sygnalizacji wynosi
w przyblieniu 0,2 minuty.
- Czas zbliania tzb (approaching time) – czas przejazdu midzy sygnalizatorami
poprzedzajcym i gównym (rozwaanym).
- Czas zajcia tzaj (physical occupation time) – odstpu przez pocig.
- Czas zwolnienie odstpu tzw (clearing time) – czas, który wskazuje chwil zjazdu
ostatniego wagonu z zajmowanego odcinka.
Ten zestaw elementów czasu nastpstwa wskazuje na osignicie okrelonej
przepustowoci linii.
Minimalny czas nastpstwa
Minimalny czas nastpstwa okrela odlego w czasie pomidzy dwoma pocigami bez
koniecznoci ich wzajemnego hamowania. Odnosi si to do linii podzielonej na odcinki
(odstpy blokady), jako powizanie midzy dwoma stacjami/wzami, gdzie istnieje
moliwo, zmiany kolejnoci lub umoliwienie przepuszczenia pocigów szybkich, które
doganiaj wolniejsze (Rys. 2.).
s
tH- czas nastpstwa, tB – bufor czasowy
Rys. 2. Sekwencja czasu nastpstwa dla dwóch pocigów
8
Andrzej Biao
, Pawe Gradowski, Marta Gryglas
W celu okrelenia redniego czasu nastpstwa, czas wyjazdu drugiego pocigu jest
przesunity, a do momentu, gdy dotyka wykresu poprzedzajcego pocigu. redni czas
nastpstwa (definiowany dla pary pocigów) obejmuje okres czasu od rozpoczcia czasu
nastpstwa pierwszego pocigu na pierwszym odstpie blokady do czasu zwolnienia
odstpu przez drugi pocig.
Bufor czasowy
Istotny w rozkadach jazdy, bufor czasowy tB pomidzy kolejnymi czasami nastpstwa
jest konieczny, w celu zmniejszenia propagacji opónie
. Stay rozkad jazdy moemy
osign, gdy bufor bdzie zawarty midzy kolejnymi czasami nastpstwa. Czasy buforu
take wpywaj na przepustowo, której nie mona wykorzysta do dodatkowych
trajektorii pocigu.
Bufor czasowy znajduje si porodku kolejnych czasów nastpstwa i ma sta wielko
w istniejcych rozkadach jazdy. Negatywnym zjawiskiem, które wystpuje w tym
przypadku jest, pochanianie przez bufor przepustowoci, która tym samym jest
niedostpna dla dodatkowych trajektorii pocigu.
2. WPYW ETCS NA OSIGANIE PRZEPUSTOWOCI
System ETCS jest stosowany na rónych poziomach aplikacyjnych wykorzystujcych
odmienne metody transmisji danych ze szlaku do pocigów oraz do kontroli odcinków
blokowych. Wpyw na zachowanie przepustowoci musi zosta rozwaony oddzielnie dla
kadego z poziomów aplikacji.
2.1. MODEL CZASU NASTPSTWA DLA ETCS POZIOM 1
ETCS poziom 1 mona opisa podobnie jak konwencjonalny system sygnalizacji
przytorowej z poprzedzajcym i gównym semaforem (Rys. 3.). Grupa balis jest
zlokalizowana bezporednio przy poprzednim semaforze albo w okrelonej odlegoci od
sygnalizatora. Balisy powinny zosta umieszczone w punkcie oddziaywania (indication
point IP) wykorzystywanym do lokalizacji pocigu. Z jednej strony, z powodu krzywych
hamowania ETCS i punktu lokalizacyjnego zwikszamy czas zbliania, z drugiej strony,
nie jest potrzebny czas na reakcj maszynisty. Dlatego ta cz skadowa czasu nastpstwa
moe zosta pominita.
Naley nadmieni, e grupa balis odnoszca si do pocztku obliczania (miejsca startu
czasu) nastpstwa moe by róna dla kolejnych pocigów, jako funkcja wydajnoci
parametru hamowania pocigu. Dlatego dla niektórych pocigów grupa odniesienia balis
wykorzystywanych do liczenia czasu nastpstwa musi znacznie wydua czas zadziaania
(punkt IP).
Zarys metody analizy wpywu ERTMS/ETCS na wzrost przepustowoci linii ….
9
Rys. 3. Model czasu nastpstwa dla ETCS poziom 1
Teoretycznie moe to mie istotny wpyw na czas zbliania. Zmienne narodowe ETCS
dotyczce parametrów hamowania musz by przyjmowane z du ostronoci. W
przeciwnym razie, ETCS poziom 1 po zastosowaniu na danej linii kolejowej moe
prowadzi do spadku przepustowoci.
Wpyw uaktualniania
Wszystkie klasyczne modele czasu nastpstwa zakadaj ruch pocigów bez utrudnie
.
Czas wymagany dla pocigu, aby przejecha od poprzedzajcego do pierwszego gównego
sygnalizatora w rozwaanej sekcji blokowej (albo od grupy balis odniesienia do gównego
sygnalizatora), jest wymagany przy uwzgldnieniu go w obliczeniach czasu nastpstwa,
jako czas zbliania. Przyjmuje si, e w relacji wzajemnej pocig nie bdzie musia
wykonywa na tym odcinku blokowym (np. na odstpie blokady) hamowania i tym
samym, e sekcja blokady zawczasu zostanie opuszczona przez poprzedzajcy pocig
w okrelonym czasie, aby zapobiec wywietlaniu si maszynicie sygnau stój/wolna
droga. Jest to przypadek, który zakada pynno ruchu bez komplikacji w rozkadzie
jazdy. Taka sytuacja nie zblia do przyjtych wartoci czasu nastpstwa, a jedynie szacuje
czci skadowe jazdy pocigu z ETCS poziomu 1 z funkcj uaktualniania.
Ogólne warunki wpywu kontroli urzdze
sterowania pocigiem z funkcj
uaktualnienia skadaj si z krzywej nadzoru hamowania uniewanianej w chwili, gdy
gówny sygnalizator jest przeczony do mniej restrykcyjnego zobrazowania
sygnalizacyjnego (od Stój do Wolna droga) a pocig, którego to dotyczy moe
przyspieszy do maksymalnej dozwolonej prdkoci przy pierwszej moliwej okazji.
10
Andrzej Biao
, Pawe Gradowski, Marta Gryglas
Jednak konieczne moe okaza si oczekiwanie na czas potrzebny do zwolnienia hamulca
przed ponownym zwikszeniem prdkoci („histereza” hamulców).
Jeli istnieje moliwo staego przekazywania informacji do pocigu przez dug ptl
uaktualniajc albo przy pomocy uaktualniania radiem na caej dugoci odcinka od punktu
lokalizacji do gównego sygnalizatora, na którym zachodzi zmiana podstawowego sygnau
na mniej restrykcyjny, to moliwe jest uzyskanie optymalnego uaktualniania.
Rys. 4. Model czasu nastpstwa dla ETCS poziom 1 z uaktualnieniem
Rysunek 4 pokazuje sytuacj na linii z dug ptl uaktualniajc. W tym przypadku,
gdy pierwszy pocig (o mniejszej prdkoci handlowej) zwalnia odstp blokady, wtedy
maszynista pocigu pospiesznego z opónieniem ma moliwo przejechania na sygna
zezwalajcy. Moemy zaobserwowa na wykresie w paszczynie s-t, e czasy nastpstwa
dwóch pocigów pokrywaj si czciowo. Powstaje konflikt czasu nastpstwa (obszar
oznaczony na szaro). Czas pokrywania si (toverlap) obliczany jest wedug nastpujcego
równania:
toverlap = tDx – tB
(1)
gdzie: tDx reprezentuje aktualne pierwszego pocigu
tB reprezentuje bufor czasowy.
Systemy kontroli prowadzenia pocigu szybkiego (popiesznego) narzucaj stosowanie
hamowania subowego i nadzoru procesu hamowania w funkcji v-s. Drugi pocig musi
zmniejsza prdko.
Zarys metody analizy wpywu ERTMS/ETCS na wzrost przepustowoci linii ….
11
Po dotarciu do punktu R (patrz Rys. 4.), pierwszy pocig zwolni sekcj blokady
i wywietlany sygna wietlny na gównym sygnalizatorze zmienia obraz sygnaowy.
Poniewa, dla przejazdu obok punktu R mija okres hamowania, w tym momencie
podawany jest czas, który dokadnie odpowiada czasowi pokrycia.
Pocig jest informowany o zmianie sygnau na gównym sygnalizatorze na mniej
restrykcyjny, przez co zmieniana jest krzywa nadzoru hamowania na mniej restrykcyjn
i pocig moe przyspiesza, a do momentu uzyskania maksymalnej dozwolonej
prdkoci.
Teoretycznie istniej inne drogi zmniejszenia przenoszenia opónie
- jest to konieczne,
aby wczy niewiele wiksze bufory czasowe do rozkadu jazdy. Jak ju wspomniano
wczeniej, bufor czasowy tB ma na celu agodzenie przenoszenia opónie
, tj. zmniejszania
poziomu opónie
tD2. Ten sam cel jest uzyskiwany przez skadniki uaktualniania, cho
przez wykorzystanie innych moliwoci. Bufor czasowy i czci skadowe uaktualniania
su temu samemu celowi – agodz przenoszenie opónie
z pocigu i zmniejszaj
poziom skutków opónie
.
W tej sytuacji mona zada pytania, dotyczce przedstawionego problemu. Na przykad
ile dodatkowego czasu bufora tB,add naleaoby zapewni w rozkadzie jazdy, aby usun t
sam ilo generowanych opónie
, które byyby dopuszczalne wraz z zastosowaniem
penego uaktualniania. W inny sposób zaokrgla si dodatkowy czas bufora, który mona
okreli jako sum czasów bufora, który moe zosta zachowany przez instalowanie
skadników uaktualniania. Skracanie bufora czasowego zwikszaj przepustowo linii
kolejowych.
Przy pomocy opisanego modelu, wpyw uaktualniania na przepustowo moe zosta
zmierzony. Wad jest to, e tB,add zaley od opónienia pierwszego pocigu tD1. Czas
opónienia tD1 nie jest wartoci zdeterminowan, ale musi zosta pokazany, jako zmienna
losowa. W zwizku z tym, tB,add moe by oszacowany jedynie przez zastosowanie
wyszukanych procesów stochastycznych albo modeli symulacyjnych. W analizowanych
potencjalnych sytuacjach tB,add moe zosta oszacowany, i wynosi od 3 do 25 sekund na
liniach kolejowych. Dotychczas nie uzyskano zadowalajcych wyników dla stacji
wzowych.
2.2. MODEL CZASU NASTPSTWA DLA ETCS POZIOM 2
W ETCS poziom 2 punkt pocztkowy czasu nastpstwa liczy si bezporednio od IP
(Rys. 5.). Inne skadniki czasu nastpstwa nie s wprowadzane przy ETCS poziom 2.
Jeeli pocig nie uzyska pozwolenia na jazd, musi zjecha z zaplanowanej dla niego
trajektorii. Proces obnienia prdkoci musi rozpocz si w punkcie znaku, uzalenionego
od waciwoci oddziaywania na pocig.
Na liniach z ustalonymi staymi minimalnymi odstpami sygnalizatorów blokady, dla
których dolna granica odlegoci zaley od uzasadnie
ergonomicznych, maszynici
szczególnie w przypadku duych prdkoci nie bd zdolni do bezpiecznego
zarejestrowania i rzeczywistego przetworzenia informacji z blisko rozmieszczonych
przytorowych sygnalizatorów. ETCS poziom 2 czy sygnalizacj kabinow i cige
12
Andrzej Biao
, Pawe Gradowski, Marta Gryglas
monitorowanie krzywych hamowania i dlatego nadaje si do obsugi linii z bardzo
krótkimi odstpami blokowymi.
Rys. 5. Model czasu nastpstwa dla ETCS poziom 2
Na liniach z prawie staymi dugociami bloku odstpu blokowego, sekwencje czasu
nastpstwa objte s cakowicie zamknitym wewntrznym obszarem przyspieszania
i zmniejszania prdkoci. W zwizku z tym, porodku linii mona utworzy rezerw
przepustowoci. Optymistyczne jest rozmieszczenie semaforów blokady wedug dynamiki
ruchu pojazdu, przy zaoeniu, e realizacja moliwa bdzie przy ustalonych warunkach
nawet krótkich odstpów blokowych w obszarze startu i hamowania. W efekcie
umoliwioby to znaczcy wzrost redukcji czasu nastpstwa przy minimalnych
dugociach odstpów blokowych i w zwizku z tym nastpiby wzrost przepustowoci dla
linii, której to dotyczy.
Rys. 6. pokazuje lini kolejow wyposaon w ETCS poziom 2 i zoptymalizowane
odstpy blokady. Uatwia to zrozumienie, e sekwencje czasu nastpstwa su, jako
kluczowa pomoc do przygotowania optymalizacji odstpów blokady oraz do póniejszej
metody denia do osignicia zakadanego wspóczynnika przepustowoci. Gdy
kursowanie pocigów odbywa si w minimalnych odstpach, optymalnym jest
rozmieszczenie odstpów blokowych dla ustalonej kolejnoci pocigów wynikajcego ze
scenariusza, w którym wszystkie w kolejnoci czci czasu nastpstwa obejmuj jedynie
kolejne dwa ssiednie obszary. Ze wzgldu na ograniczenia techniczne dy si, w miar
moliwoci, do osignicia w przyblieniu wartoci optymalnych. Nadzwyczaj krótkie
odcinki blokady z reguy umiejscowione s w obszarze przypieszania i hamowania.
Zarys metody analizy wpywu ERTMS/ETCS na wzrost przepustowoci linii ….
13
Rys. 6. Optymalizacja sekcjonowania blokady dla ETCS poziom 2
Wykonana optymalizacja blokady pod dziaanie ETCS poziom 2 jest optymalna dopiero
dla okrelonej scenariuszem kolejnoci pocigów. W przypadkach, gdy niezbdna jest
równoczesna optymalizacja kilku(-nastu) scenariuszy kolejnoci i nastpstwa pocigów,
naley przyj rozwizania kompromisowe. To podstawowe zaoenie zostao
zaproponowane do wdroenia w ycie przez Deutsche Bahn w jego koncepcji CIR-Elke
(Komputerowa integracja transportu kolejowego – podniesienie sprawnoci wewntrz
rdzenia sieci) przez poczenie automatycznego systemu kontroli pocigu LZB
z zaprojektowanymi krótkimi odstpami blokowymi do zoptymalizowanej dynamiki ruchu
pojazdu (blokada duej wydajnoci). Systemu nie instaluje si w Niemczech (wyjtkiem
jest linia pomidzy Karlsruhe i Bazyle) z powodu wysokich kosztów inwestycyjnych
i wysokich kosztów obsugi, generowanych na liniach o bardzo krótkich odcinkach
blokady.
2.3. MODEL CZASU NASTPSTWA DLA ETCS POZIOM 3
Gdy wykorzystywany jest system ruchomego odstpu blokowego, stosowany w ETCS
poziom 3, zawsze dostarcza najkrótszego minimalnego odstpu dla wszystkich scenariuszy
kolejnych pocigów. Obsuga ruchomego odstpu blokowego jest uwarunkowana przez
seri ogranicze
, powodujc pokrywanie czci czasu nastpstwa. Gównie ograniczenia
wywoywane s przez zespoy zwrotnic i sieciowe separatory odcinkowe na liniach
zelekryfikowanych (Rys. 7.).
Dla celów modelowania czasu nastpstwa, ruchomy odstp moe by postrzegany, jako
dyskretna zmiana sekwencji nastpstw czasu. Krzywa zajtoci przedziau czasu nastpstwa
jest okrelona przez aktualnie wymagan dla pocigu odlego hamowania przy
14
Andrzej Biao
, Pawe Gradowski, Marta Gryglas
uwzgldnieniu jego dugoci dla krzywej hamowania z dodatkowym marginesem
bezpiecze
stwa.
Rys. 7. Model czasu nastpstwa dla ETCS poziom 3
Zakres czasu nastpstwa tworzy w ten sposób funkcj graniczn zaoon teoretycznie
dla kolejnoci czasu nastpstwa, dla blokady o niesko
czenie krótkich odstpach
blokowych.
2.4. OBLICZENIE PRZEPUSTOWOCI WEDUG FISZKI UIC 406
Metoda obliczenia osigania zaoonej przepustowoci zaproponowana w fiszce UIC
406 „Przepustowo” oparta jest na kolejnoci czasów nastpstwa. Dlatego, konieczne jest
skoncentrowanie si na wzajemnych oddziaywaniach midzy rónymi trajektoriami
pocigu i ich wpywem na przepustowo linii kolejowej.
Istnieje szereg czynników, które wpywaj na przepustowo sieci kolejowej. Dla
potrzeb analizy mona wzi pod uwag róne wymagania operacyjne, strategie
wysyania, zasady pierwsze
stwa, prdkoci, odlegoci blokowych, wyposaenia
systemów sterowania ruchem i sygnalizacji. Ponadto ruch mieszany, stopie
wspódziaania i interferencji midzy pojemnoci szlaku i dugoci pocigu moe zosta
zmieniony z powodu wprowadzania nowych technologii. Przy uywaniu w kolejnoci
czasów nastpstwa iminimalnego odstpu midzy pociagami, wikszo tych wpywów jest
brana pod uwag, poniewa kady pojedynczy wpyw uwzgldnia si w rachunkach
obliczeniowych czasu nastpstwa i w zwizku z tym minimalnych czasach odstpu.
Wszystkie te rezultaty s rozpatrywane przy minimalnych czasach nastpstwa midzy
dwoma indywidualnymi trajektoriami pocigu, które mog zosta niewtpliwie przyjte do
dalszych oblicze
o osigniciu przepustowoci infrastruktury kolei.
W fiszce UIC 406 metod upakowania przedstawiono procedur dotyczc osignicia
przepustowoci linii kolejowej. Teoretyczne idea kompresji polegajca na zagszczeniu
zostaa przedstawiona w [1]. Wraz z równoczesnym upakowaniem odcinków linii
Zarys metody analizy wpywu ERTMS/ETCS na wzrost przepustowoci linii ….
15
z okrelon kolejnoci czasów nastpstwa, a do uzyskania (teoretycznie) minimalnego
odstpu zostao zweryfikowane podczas bada
.
Ponisze rysunki pokazuj metod kompresji dla badanego okresu 60 minut. Na Rys. 8.
zaprezentowano oryginalny rozkad jazdy, a na Rys. 9. przedstawiono upakowany rozkad
jazdy z skondensowan kolejnoci czasu blokowania. W tym przykadzie czas zajtoci
zaczyna si o 700 a ko
czy si o 733. W ten sposób cakowity czas zajtoci w badanym
okresie wynosi 33 minuty.
Rys. 8.Oryginalny rozkad jazdy
Rys. 9. Skompresowany rozkad jazdy
Tablica 1
Rekomendowany maksymalny wspóczynnik zajtoci max
Typ linii
Okres szczytowy
Okres dzienny
Dedykowana linia podmiejska
0,85
0,70
Dedykowana linia duych prdkoci
0,75
0,60
Linia ruchu mieszanego
0,75
0,60
Kierujc si metodologi fiszki UIC 406, stosunku midzy cakowitym czasem zajtoci
i badanym okresem, w naszym przykadzie wynosi = 33/60 i musi zosta porównany
z zalecanym maksymalnym wspóczynnikiem zajtoci (Tablica 1.).
2.5. ZAOENIA DLA WSZYSTKICH PRZYPADKÓW ANALIZY
W dalszej czci na podstawie przykadów wyjaniony zostanie wpyw rónych
poziomów aplikacji ETCS na przepustowo linii kolejowych. Niezalenie od wpywu
zmiennych narodowych ETCS i czynników charakterystycznych dla danej narodowej
infrastruktury do oszacowania osignitej przepustowoci przyjto ogólne cechy
infrastruktury. Wybrano typowe przypadki infrastruktury: gówne linie konwencjonalne
(Rys. 10), linie duych prdkoci (Rys. 11) i linie regionalne (Rys. 12). Dla kadego
16
Andrzej Biao
, Pawe Gradowski, Marta Gryglas
rodzaju linii, zaoono okrelon wielko ruchu i okrelono poziomy punktualnoci.
Analizowane konfiguracje aplikacji ETCS obejmuj poziom 1 z ograniczonym nadzorem,
poziom 1, poziom 2 z regularnymi i optymalizowanymi odstpami blokady i poziom 3.
Infrastruktura
- prdko 160 km/h
- dugo linii 100 km
- dugo odstpu blokowego 3 km
- stacje na pocztku i ko
cu linii
- dwie due stacje i siedem stacji do wyprzedzania na
szlaku
Dane ruchowe
- obsuga dalekobienych i miejscowych pocigów
pasaerskich i towarowych
- 150 pocigów/dzie
na kierunek (20 pocigów
duych prdkoci 30 EuroCity, 20 szybkich i 20
wolnych pocigów regionalnych, 40 pocigów
midzy regionalnych i 20 regionalnych pocigów
towarowych)
Rys. 10. Ukad torowy i schemat ruchowy dla przypadku linii konwencjonalnych
Infrastruktura
- prdko 300 km/h
- dugo linii 100 km
- stacje na pocztku i ko
cu linii
- brak stacji na szlaku
- czci czce nieuywane w normalnej eksploatacji
Dane ruchowe
- jedynie obsuga dalekobienych pocigów
pasaerskich
- 120 pocigów/dzie
na kierunek (80 pocigów
duych prdkoci
i 40 EuroCity)
Rys. 11. Ukad torowy i schemat ruchowy dla przypadku linii duych prdkoci
Infrastruktura
- tor pojedynczy
- prdko 80 km/h
- dugo linii 100 km
- brak odstpów blokowych
- stacje na pocztku i ko
cu linii
- cztery stacje do krzyowania na szlaku
Dane ruchowe
- obsuga miejscowych pocigów pasaerskich i
towarowych
- 25 pocigów/dzie
na kierunek (5 szybkich
regionalnych pocigów na kady kierunek, 15
wolnych pocigów regionalnych na kady kierunek i
5 regionalnych pocigów towarowych na kady
kierunek)
Rys. 12. Ukad torowy i schemat ruchowy dla przypadku linii regionalnych (jednotorowych)
17
Zarys metody analizy wpywu ERTMS/ETCS na wzrost przepustowoci linii ….
W celu uniknicia nieodpowiedniej interpretacji, wzrost przepustowoci przedstawiono
w relacji z podstawowym przypadkiem ETCS poziom 1 bez dodatkowego uaktualniania.
W przypadku uaktualnienia, uwzgldniana jest tylko jedna balisa, umieszczona w punkcie
oddziaywania (IP) najgorzej hamujcego pocigu (pocig odniesienia). IP jest obliczony
zgodnie z [2] i [3]. Przepustowo wspomnianego przypadku odniesienia wynosi 100%.
Wszystkie analizowane konfiguracje aplikacji ETCS oparte s na hamowaniu przy
pomocy hamowania subowego z wyjtkiem scenariuszy: ETCS poziom 1
z niedostpnym hamowaniem subowym i ETCS poziom 1 z ograniczonym nadzorem.
Tablica 2
Parametry klas pocigów
Dugo
[m]
Vmax
[km/h]
Procent
hamowania
Pozycja
hamowania
Wagony
Masa
[t]
Duych prdkoci
400
300
220
R + Mg
14
800
Eurocity
320
200
220
R + Mg
11
637
Express Regionalny
180
140
145
R
6
282
Regionalny
50
100
145
R
90
Midzyregionalny towarowy
500
100
80
P
1250
Towarowy
500
90
80
P
1000
Pocig
W czasie badania przypadków uwzgldniono sze klas pocigów (patrz Tablica 2.).
Biorc pod uwag aplikacje ETCS przebadano dla wyej wymienionych typowych
przypadków infrastruktury nastpujce konfiguracje:
- ETCS poziom 1 z ograniczonym nadzorem (odlego pomidzy poprzedzajcym a
gównym sygnalizatorem 1000 m)
- ETCS poziom 1 z niedostpnym hamowaniem subowym
- ETCS poziom 1 z balis w odlegoci najgorszej wydajnoci hamowania pocigu
- ETCS poziom 1 z drug balis uaktualniajc w odlegoci 400 m przed gównym
semaforem
- ETCS poziom 1 z ptl uaktualniajc albo uaktualnianiem radiowym pomidzy
poprzedzajcym a gównym sygnalizatorem (1000 m)
- ETCS poziom 2 z regularnymi odstpami blokowymi
- ETCS poziom 2 z optymalizowanym odstpem blokowym
- ETCS poziom 3 z ruchomym odstpem.
2.6. PRZYPADEK LINII KONWENCJONALNYCH
Wyniki oblicze
zostay pokazane na Rys. 13. Okazuje si, e ETCS poziom 1
prowadzi do stosunkowo niskiej przepustowoci w porównaniu z innymi konfiguracjami.
Odejcie od krzywej hamowania subowego i ETCS poziom 1 z ograniczonym nadzorem,
18
Andrzej Biao, Pawe Gradowski, Marta Gryglas
prowadzi do wzrostu przepustowoci. Dla wielu linii z ruchem mieszanym moliwo
opisanych konfiguracji mogaby by waciwym wyborem zamiast ETCS poziom 1.
Rys. 13. Obliczona przepustowo dla przypadku linii konwencjonalnych
Nawet poziom 2 nie wykazuje znaczcego wzrostu przepustowoci. Jest to
spowodowane rónymi profilami prdkoci pocigów na badanej linii konwencjonalnej.
Minimalne czasy odstpu uwarunkowane s przez rónice szybkoci, które nie mog
zosta zrekompensowane w poziomie 2.
Duy skok w funkcji przepustowoci nastpuje po zastosowaniu poziomu 3 i poziomu 2
z optymalizowanym odstpem blokowym. Mona to wyjani przez odlegoci zaoonych
odstpów blokady o dugoci 3 km (zobacz Rys. 12.). Jeeli odlegoci blokady na
istniejcej linii byyby krótsze, wzrost pojemnoci linii ruchu mieszanego z ETCS poziom
3 mona by byo zredukowa o ponad 50%.
2.7. PRZYPADEK LINII DUYCH PRDKOCI
Wyniki oblicze w przypadku duych prdkoci zostay pokazane na Rys. 14.
Wprowadzenie dodatkowego uaktualniania nieznacznie poprawia przepustowo. Wzrost
ten jest spowodowany przez oszczdzanie czasów bufora. Wzrost przy zastosowaniu
poziomu 2 jest spowodowany przez elastyczne traktowanie czasu, który okrela si
poprzez indywidualny punkt oddziaywania a nie przez miejsce grupy balis. ETCS poziom
3 (ruchomy odstp) prowadzi do najwyszego wzrostu przepustowoci, która jednake nie
jest o wiele wiksza od poziomu ETCS 2 z optymalizowanym odstpem blokowym.
Zarys metody analizy wpywu ERTMS/ETCS na wzrost przepustowoci linii ….
19
Rys. 14. Obliczona przepustowo dla przypadku linii duych prdkoci
2.8. PRZYPADEK LINII REGIONALNYCH
Wyniki oblicze przedstawiono na Rys. 15. Rónica przepustowoci pomidzy
poziomem 1 i 2 jest prawie niewidoczna. Spowodowane jest to przez pocztkow sytuacj
nie zezwalajc na dodatkowe odstpy blokowe midzy punktami krzyowa. Poziom 3
wykazuje olbrzymi skok pojemnoci. Jest to spowodowane przez przyjty scenariusz
ruchowy. Jeeli wzorujemy si na dokadnej jedzie naprzemian, któr zaoono dla linii
jednotorowej – kierunek waciwy/kierunek przeciwny – otrzymamy znaczcy spadek
wartoci okrelajcej wzrost przepustowoci poziomu 3.
Konfiguracje aplikacyjne ETCS
Rys. 15. Obliczona przepustowo dla przypadku linii regionalnych
20
Andrzej Biao
, Pawe Gradowski, Marta Gryglas
3. WNIOSKI
Przedstawione powyej obliczenia przepustowoci pozwalaj na przedstawienie
wstpnych wniosków dla linii duych prdkoci, konwencjonalnych i regionalnych. We
wszystkich trzech przypadkach róne konfiguracje ETCS poziom 1 w penym nadzorze
z interwencj obsugi hamowania dowodz o najniszej przepustowoci we wszystkich
trzech przypadkach. Wpyw uaktualniania jest marginalny, uywany szczególnie gdy
pocigi popieszne kursuj za wolniejszymi (ruch - zatrzymanie – jazda). Wysze wpywy
uaktualniania mog by oczekiwane w odejciach od linii i w stacjach wzowych, gdzie
ruch manewrowy moe zablokowa trasy przybywajcych pocigów oraz w jaki innych
specjalnych okolicznociach. W ETCS poziom 1 z ograniczonym nadzorem i ETCS
poziom 1 z niedostpnym hamowaniem subowym, powoduje wysokie zmniejszenie
szybkoci hamowania pomocniczego co prowadzi do krótszego czasu zbliania si do
gównego sygnalizatora. Dziki temu, uzyskujemy minimalne zmniejszenie odstpów
i wzrost przepustowoci. Porównujc do istniejcej sygnalizacji i systemów kontroli
pocigu, naley ostronie ustawia narodowe wartoci formu hamowania z ETCS.
W przeciwnym razie, ETCS poziom 1 moe prowadzi do spadku przepustowoci na
istniejcych liniach kolejowych.
We wszystkich przypadkach ruchowych, ETCS poziom 2 pokazuje wzrost
przepustowoci w porównaniu do poziomu 1. Na liniach kolejowych poziomu 2 moliwy
jest wzrost przepustowoci, który moe by wyszy, z powodu licznych rónic w drogach
hamowania rónych typów pocigu. ETCS poziom 2 z optymalizowanym odstpem
blokowym charakteryzuje si znaczc wysz przepustowoci.
ETCS poziom 3 ma najwiksze moliwoci wzrostu przepustowoci dziki ruchomemu
odstpowi. Jednake wzrost przepustowoci dla ETCS poziomu 3 w porównaniu do ETCS
poziomu 2 z optymalizowanym odstpem blokowym jest stosunkowo niewielki.
Istotne jest to, aby zauway, e na przepustowo linii kolejowej wpywa kilka
parametrów (system sygnalizacji, profile prdkoci, model operacyjny, itd.). Dotychczas,
badane przypadki daj pogld wpywu ETCS na przepustowo. Nie dopuszcza to do
generalizowania wymienionych wartoci przepustowoci dla wszystkich linii kolejowych.
Natomiast, zalecane jest wykorzystywanie ogólnej metodologii dotyczcej teorii czasu
nastpstwa, w celu oszacowania przepustowoci okrelonej linii kolejowej wyposaonej
w ETCS wedug okrelonej konfiguracji.
Bibliografia
1. Adler G.: Die Verkettung der Streckenbelegungen einer Gesamtstrecke (Linking of track occupation for
railway lines. Diss. A., Hochschule für Verkehrswessen, Dresden (1967).
2. Description of the brake curve calculation. Version 6K, ERTMS Users Group, Brussels (2007).
3. Gröpler O.: Bremswege und Bremswegsicherheit (Braking distances and related safety). ZEV Rail
Glassers Annalen 132 2008/1-2, str 31-39.
4. Happel O.: Sperrzeiten als Grundlage der Fahrplankonstruktion (Bloking times as base fort the
timeetabling). ETR 8, 1959/2, str .79-80.
Zarys metody analizy wpywu ERTMS/ETCS na wzrost przepustowoci linii ….
21
5. Meier M, Bär M.: Minimale Zugfolge und notwendige Puffereiten im Hochgeschwindigkeitsverkehr mit
ETCS (Minimal train spacing and required buffer times in high-speed train operation with ETCS). Proc.
20. Verkehrswiss. Tage, Dresden (2005), Sesion 4c.
6. Schwanhäußer W.: Die Bemessung der Pufferzeiten im Fahrplangefüge der Eisenbahn (Dimensioning of
buffer times in context of railway time-tables). Veröffentlichungen des Verkehrswiss. Institut der RWTH
Aachen, vol. 20 (1974).
7. UIC Code 406 „Capacity“. UIC, Editions Techniques Ferroviaires, Paris 2004
8. Wegel H.: Der Hochleistungblock mit linienförmiger Zugbeeinflussung (High performant block based on
LZB). Die Deutsche Bahn 68 1992/7, str 735-739
9. Wendler E.: Weiterentwicklung der Sperrzeitentreppe für moderne Signalsysteme (Further development
of blocking-time sequences related to modern signalling systems). Signal+Dracht 87, 1995/7-8, str 268273.
10. Wendler E.: ETCS und Kapazität (ETCS and capacity). Proc. VDE Kongress 2006 Aachen, vol. 2, str
369-374, VDE-Verlag Berlin, Offenbach (2006).
11. Winter P.: Global perspectives for ERTMS, ETCS and GSM-R UIC, Editions Techniques Ferroviaires,
Paris 2007.
THE OUTLINE OF THE METHOD TO ANALYSE INFLUENCE OF ERTMS/ETCS ON
INCREASE OF RAILWAY LINES CAPACITY
Summary: Every railway line owns limited capacity. With the aim of its determining the well-known
analytical methods are applied commonly. However, together with development of equipment for the
control-command devices and the technological development, the problem of increase of railway lines
capacity appears. In the present paper the influence of use of different configurations of ETCS application on
capacity the different categories of railway lines is presented. One should execute such analyses separately
for each single case.
Keywords: railway line capacity, blocking times, ETCS (the different levels)
Recenzent: Wiesaw Zabocki