Vědeckotechnický sborník ČD

Vědeckotechnický sborník ČD č. 34/2012


Jindřich Borka1

Bezkontaktní technologie v odbavovacích systémech

Klíčová slova: BackOffice, bezkontaktní čipová karta, FrontOffice, jízdní doklad, odbavovací systém, Nařízení vlády č. 295/2010 Sb., NFC, technický nosič, RFID, Zákon o veřejných službách v přepravě cestujících

Odbavení cestujících, odbavovací systém – úvod a obecná definice Odbavení cestujících z hlediska procesního Pod pojmem odbavení cestujících si lze představit na první pohled poměrně jednoduchý proces „prodeje jízdenky cestujícímu a její následné kontroly v dopravním prostředku“. Takový popis se však jeví jako nedostatečný, uvědomíme-li si, že vlastnímu prodeji jízdenky cosi předchází, že vlastní prodej s sebou nese práci s informačními systémy, výběr vhodného spojení, rezervace, validaci jízdního dokladu atd. Z širšího pohledu lze definovat odbavení cestujících jako množinu procesů, které probíhají nad odbavovacím systémem. Množina procesů odbavení cestujících potom sestává z: • • • • • • • •

Příprava tarifu, ceníky, jízdní řády apod., výběru vhodného spojení (= informování cestujících před cestou), zadání požadavku na jízdní doklad, reservaci, lůžko/lehátko atp., platby, výdeje jízdního dokladu, validace jízdního dokladu, informování cestujících v průběhu cesty, zpracování dat z prodeje.

Procesy odbavení probíhají různě v závislosti na příslušném tarifu, použitém způsobu platby a fyzickém nosiči jízdního dokladu. Fyzický nosič jízdního dokladu, v našem případě umožňující bezkontaktní zápis a čtení jízdního dokladu, je předmětem další části příspěvku.

1

Jindřich BORKA ing., nar. 1974 v Praze, ČVUT FD v Praze, obor automatizace v dopravě a telekomunikacích, pracoviště ČD IS a.s., odd. vývoj Praha, systémový architekt, odbavovací systémy a systémy pro podporu provozu osobní dopravy, studující doktorandského studia na ČVUT FD Ústavu řídící techniky a telematiky.

1


Odbavení cestujících z hlediska systémového Odbavovací systém je v podstatě systém, který pokrývá procesy odbavení a je tvořen jednotlivými prvky odbavovacího systému a vazbami mezi nimi. Základem odbavovacího systému je obecně FrontOffice2, BackOffice3, prvky komunikační infrastruktury, prvek nosiče jízdního dokladu a rozhraní. Do okolí odbavovacího sytému lze zařadit například systémy rozúčtování tržeb, věrnostní systémy, systémy pro informování cestujících atp.

Právní rámec bezkontaktního odbavení Pro ucelený pohled na problematiku odbavení cestujících i odbavovací systémy uvádím základní přehled právních norem, kterými je tato oblast právně pokryta. Problematiku odbavování cestujících částečně pokrývá Zákon č. 266/1994 Sb., o dráhách, podrobněji jsou pak pravidla upravena zákonem 194/2010 Sb. - Zákon o veřejných službách v přepravě cestujících a o změně dalších zákonů. Technické podmínky odbavení cestujících elektronickými jízdními doklady upravuje Nařízení vlády č. 295/2010 Sb., ze dne 20. října 2010 o stanovení požadavků a postupů pro zajištění propojitelnosti elektronických systémů plateb a odbavení cestujících a dále Příloha č. 1 k nařízení vlády č. 295/2010 Sb. „Toto nařízení stanoví požadavky a postupy pro zajištění technické a provozní propojitelnosti elektronických systémů plateb a odbavení cestujících a jejich zařízení a technologií při zajišťování dopravní obslužnosti (dále jen "systém elektronického odbavení cestujících"), provozovaných státem, krajem, obcí nebo jimi pověřenou osobou (dále jen "provozovatel systému elektronického odbavení cestujících"). [1] Nařízení dále v Příloze č. 2 upravuje požadavky na technické řešení systému elektronického odbavení cestujících, ve které stanovuje podmínky, za kterých jsou požadavky splněny. Příloha č. 2. Nařízení dále vyčítá požadavky na „technický nosič dat“ (= nosič jízdního dokladu). Pro další popis zde uváděné problematiky si dovoluji Přílohu 2. uvést. „Požadavky na technický nosič dat jsou splněny za předpokladu, že technický nosič má jednoznačný identifikátor a technologie technického nosiče dat umožňuje: a) řízení přístupu k jednotlivým aplikacím pro účely čtení i zápisu, b) oddělování datových prostorů v paměti tak, aby bylo zajištěno souběžné a nezávislé ukládání, mazání, a změna aplikací a jejich datového obsahu pro různé systémy elektronického odbavení cestujících, a to i v průběhu pozdějšího používání technického nosiče dat cestujícím, c) ukládání aplikací a jejich datového obsahu tvořeného údaji o jízdním dokladu, příplatku nebo místence nezbytnými pro dopravní využití, 2

Pro odbavovací systém ČD jsou to typicky pokladny UNIPOK, prodejní automaty jízdenek, přenosné osobní pokladny POP, web eShopu 3 Centrální systémy. V odbavovacím systému ČD jsou to reservační systém, Archiv primárních dat, CardManagement, systémy rozúčtování – OPT – Odúčtovna přepravních tržeb atp.

2


d) zabezpečení technického nosiče dat, jednotlivých aplikací na něm uložených a jejich datového obsahu proti neoprávněnému čtení, mazání a neoprávněné změně nepovolanou osobou, e) disponování vnitřními bezpečnostními prvky pro šifrování uložených dat a řízení přístupu k aplikacím pomocí kryptografických klíčů, f) zavedení dalších bezpečnostních prvků s využitím prostředků, které jsou na vnitřních bezpečnostních prvcích technického nosiče dat nezávislé, g) obnovování kryptografických klíčů použitých pro ochranu aplikací a jejich datového obsahu uložených na technickém nosiči dat za provozu a h) uložení aplikace využitelné k uchovávání: 1. jízdního dokladu, příplatku nebo místenky, 2. předplatného jízdného v případě bezkontaktní čipové technologie.“ [2]

Druhy jízdních dokladů podle nosiče Jízdní doklad může být zapsán na papírové resp. elektronické médium v podobě přímo čitelné a (nebo) strojově čitelné. Kombinací nosiče jízdního dokladu a jízdního dokladu potom dostaneme:

•

Papírový jízdní doklad – informace jsou vytištěny na papírový nosič – jízdenku, informace jsou v podobě přímo čitelné (resp. strojově čitelné, čárové kódy, QR kódy, Aztécké kódy atp.). Jízdní doklad je zabezpečen proti zneužití fysicky- vodotiskem, giloši, hologramem. Informace uložená v QR kódu resp. Aztéckém kódu je zabezpečena kontrolními součty a šifrováním.

•

Elektronický jízdní doklad – informace (elektronická jízdenka) jsou uloženy v digitální podobě na vhodném paměťovém médiu, přičemž při výdeji je možno vytisknout daňový doklad. Nosičem je potom: o bezkontaktní čipová karta (BČK), uložená informace je zabezpečena zašifrováním kryptografickými klíči a řízením přístupu do aplikací karty, o mobilní telefon, který je vybaven NFC rozhraním, uložená informace je zabezpečena zašifrováním kryptografickými klíči a řízením přístupu do aplikace uložené přímo v telefonu, nebo v SIM telefonu, o paměť mobilního telefonu, SMS/MMS kód elektronické jízdenky, uložená informace je zabezpečena kontrolními součty/zašifrováním, nebo i prostřednictvím webové aplikace (Back-office) provozovatele služby.

3


Obrázek 1 - Druhy jízdních dokladů podle typu nosiče4

Bezkontaktní odbavení Principem bezkontaktního odbavení je čtení/zápis jízdního dokladu z/na nosič jízdního dokladu bez fysického kontaktu nosiče se zařízením určeným ke čtení/zápisu. Zvláštní způsob bezkontaktního odbavení je i zápis jízdního dokladu do čárového resp. QR kódu. I když je tento kód fysicky natištěn na nosiči, umožňuje bezkontaktní čtení čtečkami čárových kódů. Bezkontaktní čipová karta Bezkontaktní čipová karta je základním prvkem bezkontaktního způsobu odbavení. Bezkontaktní čipová karta sestává z čipu s bezkontaktním rozhraním - anténou a příslušnými obvody a plastovým tělem. V plastovém těle, které nemusí být bezpodmínečně známého formátu bankovní karty, je pak čip s rozhraním zalisován. Bezkontaktní rozhraní čipu je tvořeno cívkou/anténou. Anténa je tvořena definovaným počtem a velikostí závitů. Velikost antény a počet závitů určuje kmitočet, na kterém má bezkontaktní čipová karta pracovat. Po přiblížení bezkontaktní čipové karty do elektromagnetického pole čtečky o příslušném kmitočtu, dochází k navázání komunikace karty se čtečkou. Typů bezkontaktních čipových karet je velké množství. Může se jednat o nejprostší tzv. RFID (z Angl. Radio Frequency Identification – identifikace na rádiové frekvenci) TAGy (popisky/polepky), v jejichž čipu je natrvalo uloženo pouze unikátní číslo, a které jsou používány například pro zabezpečení zboží ve formě samolepícího štítku s čipem, nebo o složitější systémy, které obsahují čipy disponující omezenou výpočetní kapacitou pro zajištění výpočtů šifrovacího algoritmu. Čipy těchto karet umožňují zápis dat do definovaných datových sektorů (aplikací). Každý takový sektor může být zabezpečen čtecím a zápisovým klíčem, stejně tak je zabezpečena celá karta. Tyto typy karet jsou pak používány pro zabezpečené uložení malých objemů dat a jsou s výhodou používány v kartových systémech v rámci odbavení cestujících5. 4

Čárkovaná oblast není předmětem tohoto příspěvku Technické specifikace jsou uvedeny v normě ISO 14443

5

4


Zvláštními typy bezkontaktních čipových karet jsou karty duální a hybridní. Duální kartou je možno nazvat nosič, který obsahuje dva a více autonomních systémů, přičemž se může jednat o systém kontaktní + bezkontaktní, bezkontaktní + bezkontaktní, kdy každý systém pracuje na jiném kmitočtu a je používán pro jiné aplikace. Kombinace bezkontaktní a kontaktní technologie je používána například v produktu Visa paywave. Hybridní karta nabízí pro kontaktní čip bezkontaktní rozhraní. Duální a hybridní karty jsou doménou bankovního prostředí, avšak začínají se stále ve větší míře prosazovat na dopravním trhu – jejich bezkontaktní část je možno, za splnění určitých podmínek, použít v odbavovacích systémech, jedná zejména o hrazení mikroplateb bankovní elektronickou peněženkou – elektronickými penězi6. Praktickým příkladem může být Bratislavská Mestská karta7. Technologie NFC NFC - Near Field Communication – technologie bezdrátové komunikace o vysokém kmitočtu na krátkou vzdálenost. NFC je pouze technologií komunikačního rozhraní, nejedná se tedy o bezkontaktní kartu v mobilním telefonu. Technické parametry rozhraní jsou následující: • NFC je bezkontaktní technologie (cca 10 cm), 13,56 MHz, • technologie je standardizována dle ISO 18092, ECMA8 a ETSI9, • technologie je kompatibilní s ISO 14443 (Mifare). Mobilní telefon vybavený rozhraním/technologií NFC a dalšími nezbytnými prvky, které jsou uvedeny níže, umožňuje: • zabezpečenou komunikaci, šifrování dat, • zabezpečenou dálkovou správu aplikací na zabezpečeném servisním kanálu operátora, • stávající infrastruktura odbavovacího systému zůstává beze změn (není třeba výměna čteček bezkontaktních karet). Technologie NFC umožňuje výměnu dat – komunikaci ve třech módech: •

• •

Peer to peer (jeden s druhým): o komunikace mezi rovnocennými zařízeními (podobně jako BlueTooth) dle ISO18092, o obě NFC zařízení jsou aktivní. Reader/Writer (čtení/zápis) mód: o NFC zařízení funguje jako NFC čtečka, o NFC zařízení je aktivní. Emulace čipové karty: o NFC zařízení je pasivní, o využívá čteček bezkontaktních čipových karet.

6

Pojem elektronických peněz a jejich vydávání upravuje Zákon č. 139/2011 Sb., kterým se mění zákon o platebním styku a některé další zákony 7 http://www.karta.bratislava.sk/ 8 European Computer Manufacturers Association (ECMA) 9 European Telecommunications Standards Institute (ETSI)

5


Obrázek 2 - Módy komunikace mobilního telefonu s NFC rozhraním

Využití mobilního telefonu s rozhraním NFC jako nosiče bezkontaktní čipové karty přesněni řečeno jako nosiče její struktury aplikací a příslušných zásad zabezpečení – příslušných klíčů, je podmíněno: • emulací bezkontaktních čipových karet na SIM kartě/microSD kartě, v mobilním telefonu, • zabezpečeným uložením dat v SecureElementu na SIM kartě/microSD kartě, v mobilním telefonu, • implementací TSM (Trusted Service Manager – služba pro komunikaci s bezpečným prvkem v mobilním telefonu, v tomto případě Secure Element na SIM) a OTA (Over The Air – systém pro distribuci nových versí SW a konfiguračních parametrů do mobilního telefonu), • zajištěním bezpečné komunikace TSM se SIM.

Obrázek 3 - Možnosti umístění SecureElementu v mobilním telefonu [4]

6


Obrázek 3 představuje možnosti umístění SecureElementu v zařízení mobilního telefonu. Funkci SecureElementu je možno si představit jako funkci čipu v bezkontaktní čipové kartě. V SecureElementu jsou podobným způsobem uloženy aplikace a jejich datový obsah v souladu s pravidly uvedenými výše v požadavcích na technický nosič dat. Ke čtení a zápisu datového obsahu do aplikací je tedy třeba, stejně jako v případě čipových bezkontaktních karet, klíčů.

Varianty umístění SecureElementu vycházejí z možností výrobců mobilních telefonů a z možností operátorů mobilních sítí. Každá varianta s sebou nese určité výhody a nevýhody. Z hlediska operátora je patrně nejvýhodnější umístění SecureElementu na SIM kartě, která je v jeho vlastnictví. Vydavateli bezkontaktní čipové karty (zpravidla IDS, dopravci, municipality) přináší však nutnost ukládat aplikace a jejich datový obsah na SIM kartu, kterou fysicky nevlastní ani nespravuje. Tato situace je však řešitelná volbou vhodného obchodního modelu a vhodného technického řešení správy aplikací.

Personalizace karty v SIM je na straně mobilního operátora pokryta systémy TSM10 a OTA. Při požadavku zákazníka na personalizaci karty zasílá CardManagement informaci do TSM, který připraví data pro provedení personalizace karty v SIM. Data jsou po té odeslána prostřednictvím systému OTA servisním kanálem operátora. Informace o úspěšně provedené personalizaci je zpětně zaslána do systému CardManagenentu.

10

Není podmínkou, aby byl využíván TSM mobilního operátora (tzv. single mód), existuje varianta delegated mód, kde je systémem TSM vybaven také karetní operátor, TSM pak slouží jako rozhraní k ostatním mobilním operátorům

7


O sk ek ořín K řin ec

N y k mb hl. u n r Ve le lib y Jík ev

multibus

Obrázek 4 .- Odbavovací systém s bezkontaktní technologií, příklad odbavovacího systému ČD výhled

Obrázek 4 představuje možnou architekturu řešení zapojení mobilní technologie do odbavovacího systému, ve kterém jsou využívány bezkontaktní čipové karty. Mobilní operátor provádí na základě požadavků vydavatele karet správu aplikací v mobilním telefonu a umožňuje jeho držiteli využívání uložených aplikací. Systém zabezpečeného uložení struktury aplikací bezkontaktní čipové karty do SIM mobilního telefonu umožňuje nezávislé ukládání struktur karet různých vydavatelů, což současná používaná technologie bezkontaktních čipových karet na standardu Mifare DESfire ev1 8kB umožňuje pouze omezeně a přináší s sebou řadu úskalí v oblasti procesů životního cyklu karty a CardManagementu. Mobilní telefon musí být vybaven aplikačním SW, který umožní komunikaci uživatele s kartami uloženými na SIM. Aplikace na mobilním telefonu pak umožní držiteli pohodlné přepínání mezi jednotlivými „kartami“ například integrovaných dopravních systémů.

8


Jako problematický se do budoucna jeví větší počet typů mobilních telefonů, které s sebou nese větší rozmanitost jak HW, tak SW a zejména druhů operačního systému. Pro telefon vybavený rozhraním NFC, který umožňuje ukládání karet do SIM, bude nutno upravit aplikaci – rozhraní – uživatel vs. uložené karty a zřejmě ne každý takový telefon bude podporován.

Závěr Na místě závěru je nutno říci, že odbavovací systémy, alespoň prozatím, nestojí ani nepadají na použití bezkontaktních technologií (srovnání: odbavovací systém IDS JMK – prozatím nemá vlastní karetní systém – připravuje se, vs. PID – karty jsou nosičem předplatních kupónů, přičemž oba systémy jsou plně funkční). Je bezesporu, že bezkontaktní technologie je přínosem pro další rozvoj odbavovacích systémů, a to jak v oblasti způsobů odbavení, tak v oblasti rozúčtování, dopravních průzkumů a zvýšení komfortu cestujících/zákazníků. Přechodem bezkontaktní karty do mobilního telefonu se dostává bezkontaktnímu odbavení nové dimense. Bezkontaktní karta převedená do mobilního telefonu umožňuje on-line komunikaci s centrální částí odbavovacího systému, její držitel může prostřednictvím SW v mobilním telefonu s kartou interaktivně pracovat – vidí na displeji mobilního telefonu aktuální stav aplikací, vidí zůstatek stavu elektronické peněženky, dokonce může volit IDS, ve kterém se pohybuje. Karta je vydávána a spravována vydavatelem na dálku – držitel nečeká na její výrobu a personalizaci. Z „obyčejného“ odbavovacího systému se stává dopravně-telematický systém.

Literatura [1]

Nařízení vlády č. 295/2010 Sb., ze dne 20. října 2010 o stanovení požadavků a postupů pro zajištění propojitelnosti elektronických systémů plateb a odbavení cestujících a dále Příloha č. 1.

[2]

Nařízení vlády č. 295/2010 Sb., ze dne 20. října 2010 o stanovení požadavků a postupů pro zajištění propojitelnosti elektronických systémů plateb a odbavení cestujících a dále Příloha č. 2.

[3]

Zákon 194/2010 Sb. - Zákon o veřejných službách v přepravě cestujících a o změně dalších zákonů

[4]

Gajdos, M. - Kozler, M: Has our relationship with money and spending changed?, CARDS 2011. Conference 18 – 19 October 2011, Praha

Praha, říjen 2012

Lektoroval:

Ing. Jan Šimůnek ROPID

9


Petr Brouček1

Řešení energetické bilance vozů osobní přepravy Klíčová slova: úspora energie, osobní vozy, železniční doprava Železniční doprava se vyznačuje relativně nízkou energetickou náročností. Tato skutečnost vystupuje do popředí zejména v porovnání s dopravou silniční a leteckou. Energetická náročnost přepravy osob se uvádí a převádí na porovnatelný měrný osobokilometr. Náročnost železniční přepravy je v tomto ohledu řádově více jak poloviční v porovnání s přepravou silniční a zhruba čtvrtinová v porovnání s dopravou leteckou. Konkrétně z hlediska zatížení životního prostředí CO2 je to cca 61g CO2 na osobokilometr v železniční dopravě, oproti 140g CO2 na osobokilometr v dopravě automobilové. Přes tuto skutečnost je snižování energetické náročnosti železniční dopravy samozřejmě stále velmi aktuální. Svědčí o tom i fakt, že pod patronací organizací UIC a UNIFE byl v rámci Evropské unie řešen v letech 2006÷2010 projekt ke snižování energetické náročnosti „projekt Railenergy“, zaměřený na železniční dopravu. Na jeho řešení se podílelo celkem 27 organizací a společností a to jak ze strany výrobců, tak i železničních společností a výzkumných ústavů z celé Evropské unie. Výsledkem jsou doporučení, jejichž realizací by mělo do roku 2020 v železniční dopravě jako celku dojít ke snížení spotřeby elektrické energie cca o 6%. V oblasti tažených vozidel, kterými se zabývá tento příspěvek, bylo poukázáno na rezervy v oblasti tepelné izolace skříní vozidel, na možnost zlepšení izolačních vlastností skel oken a souhrn dalších aspektů souvisejících především s vlastním provozem vozidel. V této souvislosti bylo například doporučeno důsledně aplikovat a tedy i specifikovat podmínky automatického zavírání nástupních dveří při delším stání vozidel, aplikovat možnost temperování vozidel při jejich odstavení, možnost regulace vnitřního osvětlení vozidel apod. Tento projekt předpokládá, že například zlepšením tepelných izolací skříní vozidel by bylo možno uspořit až 20% energie, spotřebovávané taženými vozidly. V této souvislosti je třeba zdůraznit, že v rámci modernizací osobních vozů společnosti Českých drah jsou mnohé z těchto závěrů a požadavků již uváděny do praxe, jako je např. osvětlení LED žárovkami (3÷13watt oproti 40÷60watt dříve používaných zářivek, příp. klasických žárovek), možnost temperování osobních vozů v případě jejich krátkodobého odstavení apod. Provedení tepelné izolace vozů je 1

Ing. Petr Brouček, nar. r.1951, České vysoké učení technické Praha, fakulta elektrotechnická, obor: Silnoproudá elektrotechnika, Výroba a rozvod elektrické energie, v letech 1975-1988 pracoval na Generálním ředitelství železničního průmyslového opravárenství v Nymburce, technickém úseku, od r. 1988 na Generálním ředitelství Československých státních drah, později Českých drah, a.s. na odboru kolejových vozidel.

1


hodnoceno a kvalitativně vyjádřeno koeficientem prostupu tepla skříně vozidla K(W/m2.K), který v sobě zahrnuje vlastnosti izolace vnějších stěn, podlah, stropů včetně vlivu infiltrace vzduchu způsobené netěsností pohybujícího vozidla (zejména v oblasti dveří, oken atd.). Používá se k popisu stupně a kvality tepelné izolace vozidla jako celku nebo jeho částí. Vyhláškou mezinárodní železniční unie UIC 567, resp. evropskou normou EN 13 129-1 je jeho maximální přípustná hodnota stanovena podle pásma, kde má být vozidlo provozováno. Pro středoevropskou oblast u jednopatrových vozů byla tato hodnota stanovena pro prostor pro sedící cestující na max. 1,6W/m2.K. U jedoucích vozů pak může tato hodnota vlivem infiltrace vzduchu narůst maximálně o 0,4 W/m2.K. Podobně je stanovena hodnota koeficientu K i pro nástupní prostory a představky, kde se připouští zvýšení této hodnoty maximálně o 1 W/m2.K, tj. na hodnotu 2,6W/m2.K. Zde je vhodné rovněž zdůraznit, že pro vozidla určená pro mezinárodní provoz je tento požadavek, spolu s platností vyhlášky UIC 567 od r. 2004 závazný a ověřování předmětných hodnot u nových i modernizovaných vozidel by mělo být v rámci schvalovacích řízení samozřejmostí. Ze strany kupujícího pak důsledně vyžadováno a věnována mu maximálně možná pozornost. Měření se provádí v rámci typových zkoušek a jeho postup je detailně popsán ve vyhlášce UIC 553-1, příp. normě EN 13 129-2 jako součást typových měření, prováděných ve speciálních klimatických komorách, umožňujících dosažení velmi nízkých teplot okolí, včetně simulace proudění vzduchu za jízdy, případně i větru. Ke snížení spotřeby el. energie osobních vozů, se rovněž doporučuje ověřovat výskyt tepelně vodivých můstků. U osobních vozů společnosti ČD, a.s. jsou tyto izolace realizovány vesměs z materiálů, obsahující minerální vlákna (případně s různými přídavky) nebo přírodních materiálů na bázi celulozy, v některých případech opatřených ještě hliníkovou folii - např. Isover-Moniflex, Nobasil LSP, Itaver, Rotaflex. Předmětné materiály plní vesměs i funkci hlukové izolace pohlcující hluk z vnějšího prostředí. Musí být hydrofobní, neabsorbovat vodní páry, resp. kondenzovanou vodu a zachovávat stálost po dobu minimálně 15 let. Zejména při modernizacích starších vozidel by bylo proto vhodné v daleko větší míře zaměřit pozornost na eliminaci tepelně vodivých můstků, zlepšení tepelných izolací, zejména podlah a stropů, zajištění dobrého těsnění oken i dveří a v tomto smyslu důsledně požadovat od dodavatelů i příslušné ověřovací zkoušky. Velký vliv na úsporu elektrické energie má rovněž optimalizace regulace klimatizačního zařízení jako celku, zejména v režimu regulovaného chlazení, kdy v rámci jemného doregulování teplot na požadované hodnoty dochází k součinnosti chladícího zařízení a přídavných topnic. Velké rezervy z hlediska úspory tepelné energie jsou rovněž v provedení skel, resp. oken. Například v případě použití oken s trojskly opatřenými reflexními foliemi uvádí výše zmíněný projekt Railenergy možnost zlepšení jejich izolačních termovlastností až o 61%. Z hlediska legislativních požadavků, resp. požadavků předpisů řeší provedení napájení osobních vozů elektrickou energii především vyhláška mezinárodní železniční unie UIC 550 „Elektrická zařízení zásobování osobních vozů elektrickou energií“, poslední, 11. vydání z r. 2005, která stanovuje základní požadavky a podmínky pro elektrovýzbroj osobních vozů mezinárodní dopravy tak, aby umožňovaly jejich technickou součinnost v rámci celého vlaku.

2


Předpokládá, že osobní vozy jsou napájeny prostřednictvím vysokonapěťového kabelu jedním ze systémů popsaných ve vyhláškách UIC 552, resp. UIC 600. Každý vůz je kromě toho vybaven akumulátorovou vozidlovou baterií, která umožňuje plnit základní funkce elektrovýzbroje vozu i v případě přerušení nebo výpadku napájení vozu z vysokého napětí (vn). Tato vyhláška UIC 550 rovněž stanovuje podmínky pro selektivní odpínání jednotlivých spotřebičů instalovaných na vozech osobní dopravy podle jejich důležitosti v případě přerušení napájení vozu z kabelu vn po delší dobu a podmínky instalace jednotlivých spotřebičů, jako jsou např. zásuvky pro PC, pro čistící zařízení atd. Vyhláška UIC 550 stanovuje i důležitou podmínku maximálně přípustného odebíraného el. výkonu vozu Sw z vysokonapěťového vedení v závislosti na venkovní teplotě Te (viz obr.1). Tato podmínka je v podstatě určující a základní podmínkou pro energetickou bilanci každého vozu. Maximálně přípustný odebíraný elektrický výkon vozu odebíraný z průběžného vn vedení je dán především technickými možnostmi, které umožňuje provedení tohoto napájecího průběžného vedení, popsaného ve vyhlášce UIC 552, příp. zdroji el. energie, které jsou umístěny na lokomotivě. Předpokládá se přitom, že vlak může být složen maximálně z 15ti vozů, z nichž maximálně jeden může být vůz restaurační. Pro restaurační vozy se přitom připouští navíc odběr vyšší cca o 50 kVA oproti ostatním vozům.

Obr.1 - Maximální výkon Sw, který může být trvale odebírán osobním vozem z průběžného vn vedení v závislosti na venkovní teplotě Te

3


Se zvyšujícím významem železniční dopravy, zejména dálkové, je samozřejmě kladen ve stále větší míře požadavek na úroveň kultury cestování, což sebou přináší i požadavky na instalaci dalších elektrospotřebičů, zejména u vozů speciálních, jako jsou vozy lůžkové a restaurační a tím i zvýšené nároky na odběr elektrické energie. Z druhé strany nelze očekávat z technických i ekonomických důvodů navýšení mezních limitů maximálního odběru elektrické energie na vůz. Problematika efektivnosti a účinnosti spotřeby elektrické energie osobních vozů a vlastní jejich energetická bilance nabývá proto s časem stále více na důležitosti a nelze předpokládat, že by se tento trend změnil. Konstruktéři i provozovatelé budou proto nuceni se stále důkladněji zabývat hospodařením s elektrickou energií každého vozu, ať už v rámci projektů či vlastního provozování. Už dnes se dá říci, že se dá očekávat, že bude kladen stále větší důraz na účinnost jednotlivých spotřebičů, včetně centrálních zdrojů energie, efektivitu jejich odběru a zapojení tak, aby nemohlo dojít k překročení omezujících hodnot odběrového proudu vozu jako takového. Spolu s neustále se zvyšujícími cenami elektrické energie a zpřísňováním podmínek ze strany správce infrastruktury (SŽDC) lze očekávat, že budou i dopravci nuceni věnovat těmto záležitostem čím dál tím větší pozornost a v důsledku toho budou uplatňovány i přísnější požadavky na konstrukční provedení vozidel.

Skladba elektrických spotřebičů osobních vozů s klimatizací v obvyklém provedení Z hlediska zapojení a spotřeby elektrické energie osobních vozů lze hlavní spotřebiče a zdroje rozdělit do dvou skupin: a) V prvé řadě jsou to nabíječe vozidlových akumulátorových baterií, které zároveň slouží jako zdroje pro napájení palubních sítí. U klasických osobních vozů pro mezinárodní provoz je palubní síť realizována jako izolovaná s jmenovitým stejnosměrným napětím 24V, u lůžkových a restauračních vozů se připouští i jmenovité napětí 110Vss. Napětí palubní sítě 110Vss je například použito u lůžkového vozu ř. WLABmz, vyrobeného firmou Siemens pro Ruské železnice (RŽD). Těmto jmenovitým napěťovým úrovním přísluší i provedení vozidlové baterie. Jako vozidlové baterie jsou používány jak baterie zásadité NiCd, tak i kyselé olověné, ty případně v provedení gelových, bezúdržbových baterií. Na základě provozních zkušeností lze konstatovat, že každý typ baterie má svoje přednosti, ale i nedostatky a nelze jednoznačně konstatovat, který typ baterie je pro železniční kolejová vozidla nejlepší a nejoptimálnější. Při projektování musí být kapacita baterie ověřena zejména ve vztahu k době funkčnosti jednotlivých spotřebičů připojených k palubní síti (např. nouzové osvětlení vozu, chod ventilátorů, řízení jednotlivých spotřebičů apod.) v případě odpojení zdroje vn tak, aby byly splněny požadavky vyhlášek UIC, resp. norem EN. Přitom musí být zohledněno i chování baterií při nízkých venkovních teplotách (pro naše podmínky se uvažuje cca -20°C) a skutečnost, že kapacita baterie během provozu postupně klesá.

4


U osobních vozů se používají vesměs vozidlové baterie o kapacitě cca 400 Ah. Požadavky na kapacitu vozidlové baterie zaznamenaly poslední dobou výrazných změn, souvisejících s používáním centrálních zdrojů elektrické energie (CZE) a tím možností dobíjet baterie vždy při napájení vozu vysokým napětím a ne pouze při jízdě tak, jak tomu bylo dříve. Původně se u vozů, opatřených alternátorem, příp. dynamem, vycházelo z požadavku, že kapacita baterie musí umožňovat minimálně pětihodinové svícení aspoň nouzového osvětlení a tři hodiny funkčnost ventilátoru topení. Se zavedením CZE se tyto podmínky změnily a optimalizovaly v rámci požadavků vyhlášek UIC i norem TSI. Jednotlivé spotřebiče jsou v závislosti na důležitosti funkce selektivně odpojovány po stanoveném časovém intervalu nebo podle velikosti napětí baterie. Nejdůležitější spotřebiče jako je např. magnetická kolejnicová brzda, řízení protismykového zařízení, nástupních dveří, požární ústředny apod. nejsou od vozidlové baterie odpojovány vůbec. U osobních vozů speciálního provedení, jako jsou např. lůžkové, restaurační, vozy s plošinou apod., vychází potřebná kapacita vozidlové baterie vyšší, například až 1100 Ah, zejména s ohledem na požadavek napájet z vozidlové baterie mrazničky, zvedací plošiny apod. Z hlediska úspory elektrické energie se v případě palubních sítí sleduje především možnost využití LED žárovek ve vnitřním osvětlení vozů. Na požadovanou kapacitu akumulátorové baterie má výrazný vliv rovněž snížení požadavků předpisů na dobu osvětlení vozu nouzovým osvětlení (na místo původních, výše zmíněných pěti hodin, předepisovaných v UIC 555, je dnes vyžadováno v legislativně závazném předpisu Evropské unie o interoperabilitě „2008/163/ES–Bezpečnost v železničních tunelech“ jen 90 minut). Rovněž použití asynchronních motorů k pohonu ventilátorů, namísto původních stejnosměrných motorů, vede k dalším dílčím úsporám elektrické energie. Výkon nabíječek se pro výše zmíněné baterie pohybuje cca od 5÷6kVA, na baterii cca 440 Ah, příp. 9kVA při zohlednění potřeby současného napájení spotřebičů palubní sítě a nabíjení vozidlových baterií. V případě dvou vozidlových baterií bývají použity nabíječky dvě. Velikost odebírané energie je samozřejmě závislá na stavu baterie a podmínkách pro nabíjení (nabíjení baterie je omezeno v závislosti na teplotě okolí). Z palubní sítě bývají často přes oddělovací trafo a měniče napájeny i sítě 220V/50Hz pro napájení především zásuvek pro PC, mrazniček apod. Oddělovací trafo musí být použito, aby zůstaly zachovány podmínky pro bezpečnost palubní sítě, jako sítě SELV. b) Měniče, které slouží k napájení nízkonapěťových spotřebičů vozu (230V, 400V), především klimatizačního zařízení, topení a vnitřního vybavení vozů. Zde je koncepce u všech modernizovaných, příp. nově dodávaných osobních vozů ČD,a.s. velmi podobná a liší se především provedením klimatizačních agregátů, příp. velikostí jejich výkonů. Do roku cca 2000, byly v podstatě všechny el. spotřebiče osobních vozů ČD, a.s. napájeny z CZE, což mělo praktickou výhodu v tom, že ošetření a volba různých napěťových systémů byla realizována výhradně na straně vn, pomocí měničů CZE, příp. předřazených spínacích prvků. Výstupy z CZE už mohly být řešeny jako klasické obvody nízkonapěťové, resp. obvody malého napětí. Tímto způsobem jsou řešeny i osobní vozy dodávané ČD,a.s. firmou Siemens

5


v letech 1998÷2006, řady Ampz, Bmz a WRmz. Právě z důvodu úspory el. energie a optimalizace energetické bilance osobních vozů, je však vyhláškou UIC 550 doporučeno řešit napájení topných registrů, jako relativně největších spotřebičů vozů, přímo z vysokého napětí a uspořit tak energii, která by se jinak ztrácela v měničích CZE. Prakticky to sice znamená složitější konstrukční řešení na straně vn i vlastních registrů topení, ale na druhou stranu úsporu energie o cca 10÷15% jejich výkonu (10÷20kW). Výstupy těchto nízkonapěťových měničů centrálních zdrojů energie jsou v provedení: • s proměnou frekvencí výstupního napětí. Regulace a změna frekvence (obvykle cca 5÷80Hz) slouží k regulaci výkonu klimatizačních agregátů (chladících kompresorů a ventilátorů kondenzátorů) a bývá většinou řízena přímo z řídící jednotky klimatizačního zařízení, • s frekvencí pevnou 50Hz, určenou k napájení ostatních nízkonapěťových spotřebičů vozů. Tyto výstupní měniče jsou podobně jako nabíječe vozidlových baterií napájeny z meziobvodu stabilizovaného stejnosměrného napětí CZE (obvykle 600÷700V ss), nebo z vozidlové baterie v případě obvodů, u kterých je žádoucí nepřetržitý provoz, nepřerušovaný např. odpojením CZE od vn (stažení sběrače na hnacím vozidle, příp. krátkodobé odstavení vozu mimo zdroj vn apod.). Týká se to např. napájení zásuvek pro PC nebo mrazniček. Energetická bilance vozu se u klimatizovaných vozů ověřuje samostatně pro letní a zimní provoz. V případě letního provozu se předpokládá plné využití chladících kompresorů, výkonu motorů ventilátorů kondenzátorů, motorů odsávacích ventilátorů a hlavního ventilátoru klimatizačního zařízení. Dále se musí uvažovat rovněž el. energie pro tzv. přídavné regulační topnice, které regulují a vyrovnávají teplotu v jednotlivých oddílech v režimu topení, ale i chlazení. Jejich připojování je řízeno regulátorem, resp. řídící jednotkou klimatizace. V zimním období se musí uvažovat s plným využitím výkonu topných registrů, topnic na představcích, oddílech WC, přídavných regulačních topnic, hlavního ventilátoru klimatizačního zařízení, odsávacích ventilátorů, zařízení na ohřev vody, včetně ohřevu odpadního potrubí a fekálních nádrží jako ochrany proti zamrznutí. Z hlediska úspory elektrické energie a odpovídající energetické bilance, jak už bylo zmíněno dříve, by bylo vhodné zaměřit pozornost zejména na oblast zlepšení tepelně izolačních vlastností vozidel a systémů regulace výkonu klimatizačního zařízení jak v režimu topení, tak i chlazení. Systémy temperování vozů na teplotu kolem 5°C, jejichž využití připadá v úvahu především v případech krátkodobé odstávky osobních a speciálních vozů v zimním období, jsou již aplikovány a v praxi se osvědčily. Nezanedbatelné možnosti zlepšení jsou zejména v oblasti izolačních materiálů, které se používají k tepelné a hlukové izolaci skříní vozidel a v provedení vlastní izolace vozidla jako takovém a zajištění těsnosti zejména v oblasti podlah, stropů, oken a dveří. Zde je potřeba uvést, že některé používané izolační materiály

6


stárnutím ztrácí svoje zejména tepelně izolační vlastnosti a bylo by vhodné, aby při zadání ze strany provozovatele vozů a následně i ze strany výrobců a modernizátorů vozidel byla této skutečnosti věnována patřičná pozornost. Tyto materiály musí samozřejmě odpovídat rovněž požadavkům z hlediska hygienického, požární odolnosti a odolnosti proti absorpci vody. U vozů restauračních se připouští spotřeba elektrické energie zvýšená navíc o 50kVA na spotřebiče instalované v kuchyni. V tomto smyslu bývá zvýšen i maximální výkon centrálního zdroje energie na cca 100kVA. U výstupních střídačů 400V se jedná zpravidla o jeden střídač výkonu cca 30kVA navíc a zdvojené vozidlové baterii odpovídá i rovněž zdvojená nabíječka. Z hlediska spotřebičů se jedná především o zvýšené nároky na ventilaci a ošetření vzduchu v kuchyni, zajištění kvalitní vody z hlediska hygieny, napájení různých kuchyňských spotřebičů jako jsou např. sporáky s indukčním ohřevem, konvektomaty, umývače nádobí, mikrovlnné trouby, kávovary apod. Vesměs jde o spotřebiče s poměrně vysokými nároky na okamžitý, ale časově omezený odběr. Samostatným problémem jsou potom chladničky a mrazničky, u kterých je mnohdy vyžadován nepřetržitý provoz, který musí být řešen v případě odpojení CZE, resp. napájení z VN, napájením prostřednictvím měniče přímo z vozidlové baterie. Předpoklad ke snížení nároků na spotřebu elektrické energie a zlepšení energetické bilance speciálních vozů souvisí především s energetickou náročností jednotlivých spotřebičů a dílčí řešení lze hledat v racionálním řízení zapínání spotřebičů tak, aby přitom nebyla omezena funkčnost el. zařízení vozu, zejména kuchyňských a jiných důležitých spotřebičů.

Závěr Všeobecně se dnes ve světě hledají cesty jak uspořit energii, zejména elektrickou. U vlaků, resp. vozů osobní přepravy, je tato skutečnost umocněna ještě omezenými technickými možnostmi, resp. požadavkem na omezení příkonu elektrické energie dodávaného do vozu přes vysokonapěťový průběžný kabel vlaku v protikladu s rostoucími požadavky na zvyšování úrovně a kultury cestování. Tyto, ve své podstatě protichůdné požadavky jsou a i v budoucnu budou provozovatelé i výrobci, příp. modernizátoři vozidel nuceni řešit, a to i za cenu zvýšení pořizovacích nákladů (např. použitím kvalitativně lepších izolačních materiálů, oken apod.). Snížená spotřeba elektrické energie železničních kolejových vozidel má samozřejmě kladný dopad i na ochranu životního prostředí a sníženou tvorbu přepočteného CO2 .

7


Literatura [1] [2] [3] [4] [5] [6]

Vyhláška UIC 550 Power supply installations for passenger stock, 11th edition, April 2005 Vyhláška UIC 553 Heating, ventilation and air-conditioning in coaches, 6th edition, February 2004 Vyhláška UIC 553-1 Heating, ventilation and air-conditioning in coachesStandard tests, 2nd edition, October 2005 Vyhláška UIC 567 General provisions for coaches , 2nd edition, November 2004 Dokumentace osobních vozů ČD,a.s., zejména vozů ř. Ampz, Bmz, WRmz, WLABmz Závěrečná konference projektu Railenergy, 25th November 2010, Brusel

Praha, říjen 2012

Lektoroval:

Ing. Jiří Konečný ČD, a.s.

8


Radovan Doleček1

Metodika zkratových zkoušek na AC soustavě pro měření nebezpečných napětí

Klíčová slova: napájecí soustava AC, dotyková napětí, kroková napětí, zkraty na trakčním vedení

Úvod V rámci úprav trakční napájecí soustavy AC 25 kV je možné použít uzemňovací nebo ukolejňovací vedení. Pro širší zavedení těchto opatření je zapotřebí ověřit jejich vliv na možný vznik nebezpečných dotykových či krokových napětí v blízkosti trakčních podpěr. První pokusy v tomto ohledu se konaly v roce 1985 formou zkratových zkoušek na trakčním vedení [1].

Popis metodiky Pro zkratové zkoušky konané ve dnech 28. a 29.5.1985 byl vybrán úsek trati Čáslav – Golčův Jeníkov vzhledem k tomu, že v daném úseku docházelo tehdy k nesprávné funkci traťového zabezpečovacího zařízení vlivem ukolejňování. Jako uzemňovací, případně ukolejňovací lano bylo využito upravené zesilovací vedení.Toto vedení bylo u stožáru č.33 a č.125 podélně rozpojeno a v úseku od stožáru č.43 až ke stožáru č.97 připojeno proudovými propojkami na jednotlivé stožáry. Rozmístění a charaktery stožárů je patrno z obrázku 1.

1

Radovan Doleček, doc. Ing., Ph.D., 1971, Univerzita Pardubice, DFJP, obor Dopravní prostředky a infrastruktura - elektrotechnika, V současné době působí na Katedře elektrotechniky, elektroniky a zabezpečovací techniky v dopravě, DFJP, Univerzity Pardubice, Studentská 95, 532 10 Pardubice, tel.: 466 036 427, e-mail: [email protected]. Odborné zaměření: napájení elektrických drah, energetika a EMC.

1


Obr. 1 - Zkušební úsek pro zkratové zkoušky

Oscilograficky byly snímány následující veličiny: U1........... dotykové napětí mezi kolejnicí a sondou U2........... krokové napětí mezi sondami U3........... dotykové napětí mezi stožárem a první sondou U4........... napětí mezi stožárem a vzdálenou zem U5........... napětí mezi kolejnicí a stožárem I ............. zkratový proud

Tyto veličiny byly měřeny podle tehdy platné ČSN 34 1010 tak, že: • • • • •

Obě sondy náležející ke stožáru byly umístěny podél trati na pěšině. Sonda náležející ke kolejnici byla umístěna mezi stožárem a kolejnicí. Vzdálená země byla umístěna ve vzdálenosti asi 40 m od kolejnice. Měřicí sondy byly zatíženy závažím 50 kg. Zatěžovací rezistor pro měření dotykového a krokového napětí měl odpor 1 kΩ.

2


Celkové schéma měřicího obvodu je vedeno na dvou obrázcích: Dne 28.5.1985 bylo měřeno podle schématu na obrázku 2 dotykové a krokové napětí, následující den podle schématu na obrázku 3 krokové napětí s dotykem. Obě schémata se liší pouze ve způsobu měření krokového napětí.

Obr. 2 - Schéma zapojení dne 28.5.1985

3


Obr. 3 - Schéma zapojení dne 29.5.1985

Vzhledem k tomu, že nebylo možné vztáhnout všechna napětí k jednomu bodu, byly pro galvanické oddělení použity přístrojové transformátory napětí značené TR1 až TR3.

Použité přístroje: • • • • • • •

dva smyčkové oscilografy NDR typu 12-LS spouštěné současně odporový dělič 3:1, složený z rezistorů R1 + R2 = 1 kΩ rezistory R3 = R4 = 1 k přístrojové transformátory napětí typu TJP4 se jmenovitým napěťovým převodem 6000/100 V, značené TR1 až TR3, přístrojový transformátor proudu typu PVB 355 se jmenovitým převodem 400/5 A, značený TR4 laboratorní měřicí transformátor proudu Metra typu SLLP s převodem 100/5 A, značený TR5 přístrojový transformátor napětí typu JOV 353 se jmenovitým převodem 27/0,1 kV, značený TR6.

4


Tab. 1 - Podmínky při zkratových zkouškách

Místo zkratu č. st.

Místo měření č. st.

Místo ukolejnění č. st.

Číslo měření

Den

1-1 2-1 3-1 4-1 5-1 6-1 7-1 8-1 9-1 10-1 11-1

28.5.1985 28.5.1985 28.5.1985 28.5.1985 28.5.1985 28.5.1985 28.5.1985 28.5.1985 28.5.1985 28.5.1985 28.5.1985

97 97 87 87 125 125 125 67 67

97 97 97 97 125 125 125 67 67

neukolejněn neukolejněn neukolejněn neukolejněn neukolejněn neukolejněn neukolejněn neukolejněn neukolejněn

1-2 2-2 3-2 4-2 5-2 6-2 7-2 8-2 9-2 10-2

29.5.1985 29.5.1985 29.5.1985 29.5.1985 29.5.1985 29.5.1985 29.5.1985 29.5.1985 29.5.1985 29.5.1985

125 125 125 125 125 97 97 97 97 115

125 125 125 125 125 97 97 97 97 115

125 125 neukolejněn 97 97 97 83 47 neukojeněn 115

Poznámka nastavení měřítek nastavení měřítek

stožár odpojen od z. lana přepálení drátovodů přepálení drátovodů

st. 125 odpojen od ukolej. lana

bet. stožár odpojený od z.lana

Napájení trakčním napětím daného úseku bylo zajištěno z napájecí stanice ČSD Golčův Jeníkov napáječem N 11. Vlastní zkrat byl připraven zkratovacími tyčemi a zapínán napáječem N 11. Další podrobnosti, jako je místo zkratu, místo měření a místo ukolejnění (bylo-li použito), jsou uvedeny v tabulce 1. Naměřené hodnoty jsou po přepočtu uvedeny v tabulkách 2 a 3.

5


Tab. 2 - Výsledky zkratových zkoušek 28.5.1985

Měření číslo

Zkrat.proud I [A]

Napětí U1 [V] stopakolejnice

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

2647 2688 2814 2688 2730 2856 2814

125 129 125 89,4 89,4 80,5 76 40,2 38

Napětí U2 Napětí U3 Napětí U4 [V] [V] [V] stopa-stopa stožár-stopa vzdál zeměstožár 37,4 37,4 37,4 46,6 28 112,6 46,6 46,6

1575 1633 1575 1575 846 846 1575 1575

4288 4422 4154 4154 2412 3216 4221 4020

Napětí U5 [V] stožárkolejnice 4500 4355 4365 4365 5238 2910 2910 4355 4500

Tab. 3 - Výsledky zkratových zkoušek 29.5.1985

Měření číslo

Zkrat.proud I [A]

Napětí U1 [V] stopakolejnice

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

2472 2514 2472 2430 2430 2514 2472 2430 2430 2514

75,9 71,4 205,4 35,7 71,4 169,6 132,1 53,6 241,1 102,7

Napětí U2 Napětí U3 Napětí U4 [V] [V] [V] stopa-stopa stožár-stopa vzdál zeměstožár 93,2 93,2 587,2 223,7 22,4 41,0 89,4 223,7 118,8

295 295 1622 737 147,5 295 590 1475 295

536 536 3216 1340 670 1072 2010 4073 697

Napětí U5 [V] stožárkolejnice 3433 1018 1164 728 1746 4220 -

Poznámka: Podrobnosti k metodice měření dotykových a krokových napětí podle norem platných v současnosti obsahuje ČSN EN 50122-1 ed.2, konkrétně v její Příloze E (normativní) „Měřicí metody dovoleného dotykového napětí“.

6


Změny uvedené v této ČSN mění např. hodnotu rezistoru a plochu sondy..Další podrobnosti, jako místo zkratu, místo měření a místo ukolejnění (bylo-li použito), jsou uvedeny v tabulce 1 Sborníku [2]. Naměřené hodnoty jsou po přepočtu uvedeny v tabulkách 2 a 3 v tomtéž Sborníku.

Literatura: [1] [2]

[3]

HLAVA, K. a kol.: Zkratové zkoušky Golčův Jeníkov. Praha: VÚŽ, 1985 HLAVA, K.- DOLEČEK, R.: Zkratové zkoušky na soustavě AC 25 kV 50 Hz In Sborník z konference ODBORNÁ KONFERENCE: NOVÁ ELEKTRICKÁ ZAŘÍZENÍ ŽELEZNIČNÍ INFRASTRUKTURY 2011 – 2012, OPAVA 18. – 19. 10. 2012. Opava: VTK, 2012. s. 3 – 16. ČSN EN 50 122-1 ed. 2. Drážní zařízení – Pevná trakční zařízení – Elektrická bezpečnost, uzemňování a zpětný obvod – část 1: Ochranná opatření proti úrazu elektrickým proudem. ÚNMZ, listopad 2011. Třídící znak 34 1520.

Praha, září 2012

Lektoroval:

7

doc. Ing. Karel Hlava, CSc.


Jan Hlaváček1, Michal Musil2, Jakub Vágner3

Hlukové emise a vibrace v systému železnice – výsledky projektu „NOVIBRAIL“

Klíčová slova: hluk a vibrace, železniční provoz, protihluková opatření, nekovový brzdový špalík, SEA, simulace

Úvod Výzkumný ústav železniční, a.s. je hlavním řešitelem a koordinátorem projektu NOVIBRAIL, na jehož řešení se podílejí také Dopravní fakulta Jana Pernera Univerzity Pardubice a Výzkumný ústav kolejových vozidel, a.s. Řešení projektu, který je především zaměřen na hodnocení efektivity protihlukových a protivibračních opatření na železnici a dále na modelování hlukových vlastností kolejových vozidel, bylo zahájeno v lednu roku 2011. Projekt je tříletý, ukončení řešení bude v prosinci roku 2013.

1

Ing. Jan Hlaváček, nar. 1944, absolvent ČVUT – Fakulta elektro – Technická kybernetika – Měřicí technika. Zaměření: měření hluku a vibrací. Člen Expertní skupiny UIC/CER „Network Noise“. První zástupce mluvčího CER pro změnu TSI – Hluk, nominovaný ČD, a.s. Člen komise pro implementaci interoperability při O26 GŘ ČD a vedoucí pracovní skupiny „Hluk“, této komise. 2

Ing. Michal Musil, Ph.D., nar. 1969, absolvent Elektrotechnické fakulty VŠDS (Ing.) a ČVUT (Ph.D.). Zabývá se výzkumnou činností v oblastech měření a modelování hluku a vibrací dopravních prostředků. Nyní působí na Dopravní fakultě Jana Pernera, Katedře dopravních prostředků a diagnostiky na pozici odborného asistenta. 3

Ing. Jakub Vágner, Ph.D., nar. 1983, absolvent DFJP, Univerzity Pardubice. Zabývá se hlukovou simulací metodou SEA, experimentálním ověřováním dynamické pevnosti a životnosti a také výpočty kontaktní geometrie kola a kolejnice. Nyní působí na Dopravní fakultě Jana Pernera, Katedře dopravních prostředků a diagnostiky na pozici odborného asistenta.

1


1.

Náplň projektu „NOVIBRAIL“ 1.1

Současný stav znalostí

V současnosti existuje celá řada dostupných protihlukových a protivibračních opatření na infrastruktuře, např. protihlukové stěny, absorbéry na kolejnicích (viz obr. 1), pružné upevnění kolejnic s pružnými podložkami pod patou kolejnice nebo protivibrační rohože. Dále existuje i několik protihlukových opatření aplikovaných na vozidlech, především se jedná o nekovové brzdové špalíky nebo tlumiče hluku instalované na disku kola dvojkolí.

Obr. 1 Absorbéry instalované na kolejnicích – Corus (vlevo), Vossloh (vpravo)

Co však chybí, je přesné zhodnocení efektivity těchto opatření. Deklarace výrobců vozidel a prvků infrastruktury jsou vesměs příliš optimistické a nereflektují provozní technický stav vozidel a místní podmínky. Při měřeních není zohledněn ani vliv případně zkorodované jízdní plochy kolejnic a není analyzován vliv různé technologie jejich broušení na hlukové emise. U dat, která jsou k dispozici, téměř vždy chybí úvodní údaje o stavu před implementací a chybí údaje o efektivitě opatření s ohledem na běžný provoz. Chybí rovněž údaje o vývoji relevantních parametrů protihlukových opatření v průběhu času. Co se týče zjišťování akustické drsnosti koleje, v současné době se používá většinou tzv. přímá metoda, tedy „ruční“ měření pomocí speciálního měřicího přístroje na místě (obr. 2). Přitom je možné využití tzv. nepřímé metody založené na analýze odezvy kalibrované dynamické soustavy (kolej-dvojkolí). Tato metoda je výkonnější – lze změřit řádově desítky kilometrů za hodinu. Obě metody mají svoje výhody i nevýhody a tedy i oblast použití. Z pohledu praktické diagnostiky stavu tratí má však nepřímá metoda zásadní důležitost. Další velmi aktuální problematiku představuje simulace hlukových vlastností vozidel. Výpočtové modely jsou používány pro predikci hluku vozidla s jasným cílem – lokalizace, omezení nebo eliminaci zdrojů hluku a vibrací ve vozidle. Vibroakustické modely skříně kolejového vozidla jsou využívány pro jeho hlukovou optimalizaci. Simulační modely jsou dále využívány pro určování hlukové neprůzvučnosti konstrukčních materiálů vozidel a v neposlední řadě k predikci hlukové zátěže v okolí železničních tratí. 2


Obr. 2 Přístroj MDK 01 na měření akustické drsnosti koleje přímou metodou

1.2 ● ● ● ● ● ● ● ●

Cíle projektu Mezi hlavní cíle projektu „NOVIBRAIL“ patří následující aktivity: vyhodnocení efektivity současných protihlukových a protivibračních opatření analýza hlukových emisí na určených úsecích tratí SŽDC analýza vlivu akustické drsnosti jízdní plochy koleje na vyzařované emise hluku vozidel analýza vlivu vibrací šířících se zemí a jejich souvislosti s emisemi hluku posouzení možnosti využití modelování hlukových vlastností kolejových vozidel posouzení možnosti, návrh a ověření technologie na odstraňování rzi z pojížděné plochy kolejnice posouzení vztahů mezi TSI pro subsystémy vozidla a infrastruktura vypracování analýzy ekonomických nákladů na homologaci vozidel vlivem novel TSI, EN ISO a dalších normativů včetně návrhu upravené metodiky měření.

3


1.3

Hlavní pilíře projektu

Pilíř 1 – Protihluková opatření na infrastruktuře Prvním pilířem je vyhodnocení efektivity protihlukových opatření na provozovaných tratích a jejich příspěvek ke snížení hlukových emisí v porovnání s možným přínosem protihlukových opatření na vozidlech. A dále vyhodnocení efektivity protivibračních opatření a nalezení případné konsekvence ke hlukovým emisím. Přesné a hodnověrné vyhodnocení efektivity všech uvažovaných protihlukových nebo protivibračních opatření je proveditelné pouze pomocí měřicích kampaní na místech, kde budou tato opatření implementována. Je samozřejmé, že bude nutné tyto měřicí kampaně realizovat před aplikací těchto opatření pro zjištění úvodního stavu a po jejich aplikaci. Pilíř 2 – Protihluková opatření na vozidlech Zde se považuje jako klíčové protihlukové opatření použití nekovového brzdového špalíku především na nákladních vozech, jehož přínos z hlediska hlukových emisí je nutné kvantifikovat a vyhodnotit z pohledu podmínek na síti SŽDC. V jasné konsekvenci s tímto zadáním se ukazuje jako nezbytné definovat korekce hladiny emisí hluku v závislosti na akustické drsnosti jízdní plochy koleje. Za tímto účelem byly realizovány měřicí kampaně akustické drsnosti na vytipovaných místech sítě SŽĎC. Pilíř 3 – Ověření možnosti využití modelování hlukových vlastností vozidel Jedná se o ověření v oblastech hlukové optimalizace vozidel a v oblastech ověřování hlukových vlastností vozidel. Nedílnou součástí řešení je verifikace simulačních modelů hlukových vlastností vozidel formou srovnání výstupů modelů s reálným měřením hlukových emisí vozidel. Na základě srovnání výstupů hlukových modelů a reálných měření je možnost hlukové modelování dále optimalizovat a navrhnout možnosti reálného využití tohoto modelování v praxi.

2.

Některé dosažené výsledky projektu „NOVIBRAIL“ v rámci pilíře 1

Aktuální stav řešení projektu již dovoluje prezentaci některých výsledků z aktivit jednotlivých pilířů. 2.1

Efektivita dosavadních protihlukových opatření po cca 1 a půl roce provozu

Byla provedena kontrolní měřicí kampaň na trati Kolín – Poděbrady na km 314.2, kde byly implementovány protihlukové absorbéry “Corus Rail” a “Vossloh” (viz Obr. 1). Výsledky po vyhodnocení ukazují, že hladiny hlukových emisí zůstaly přibližně na stejné úrovni jako bezprostředně po implementaci pouze u absorbérů „Corus Rail“ (nyní TATA), kdežto absorbéry „Vossloh“ ztratily značnou část své efektivity.

4


2.2

Efektivita protihlukových opatření na seřaďovacím nádraží Havlíčkův Brod

na

kolejových

brzdách

Protihlukové opatření odstraňuje pískání vozů při průjezdu kolejovými brzdami (viz Obr. 3). Výrobce deklaruje snížení až o 60 dB. Po realizaci a vyhodnocení měřicích kampaní před rekonstrukcí, po rekonstrukci a po rekonstrukci s mazacím zařízením v činnosti je prokázáno snížení celkových hlukových emisí o cca 8 dB, což představuje měrný útlum cca 80 %. Při optimálním nastavení mazacího zařízení i kolejových brzd je rozumně dosažitelné snížení hluku více než o 10 dB.

Obr. 3 Pohled na kolejové brzdy na spádovišti Havlíčkův Brod

2.3

Efektivita protihlukových opatření na trati Ústí n/Labem – Bílina, zastávka Koštov

Byla provedena implementace protihlukových absorbérů Vossloh a oprava GPK. Následně zvýšení rychlosti s dosavadních 40 km/h na 60 km/h. Po realizaci a vyhodnocení měřicích kampaní bylo konstatováno, že určité snížení hlukových emisí bylo eliminováno zvýšením traťové rychlosti. Výsledek byl neutrální.

5


2.4

Vliv implementace nekovových brzdových špalíků na hladinu vnitřního hluku v prostoru pro cestující a hladinu vnějšího hluku při průjezdu

V rámci řešení projektu bylo provedeno měření vnitřního a vnějšího hluku na dvouvozových motorových jednotkách „Regionova“ během zkušebního provozu jednotek vybavených nekovovým brzdovým špalíkem (viz Obr. 4). Výrazné snížení hladin hluku bylo zjištěno zejména v řídícím voze, kde dosahovalo 6 - 12 dB v závislosti na typu použitých brzdových špalíků a kilometrického proběhu od reprofilace. Snížení hluku v motorovém voze nebylo tak výrazné, neboť se projevil výrazný akustický příspěvek trakce. Naměřené a vypočtené hodnoty jsou pro rychlost 80 km/h na trati Pardubice – Moravany. V následující tabulce jsou uvedeny naměřené a vypočtené výsledky. Typ brzdového špalíku IB 116* COMBI IB 116* Ferodo 3325 Litina

Motorový vůz (průměr) [dB] 74 77 76 78

Řídící vůz (průměr) [dB] 68 69 74 80 Zdroj: autoři

Obr. 4 Dvouvozová motorová jednotka „Regionova“

6


3.

Některé dosažené výsledky projektu „NOVIBRAIL“ v rámci pilíře 2 3.1

Vibroakustická simulace motorové lokomotivy CZ loko řady 742

V dnešní době již lze díky výpočetní technice realizovat vibroakustické simulace. V oblasti návrhu, schvalování a optimalizace kolejových vozidel to však zatím není běžnou praxí. Jedním z cílů projektu Novibrail je ověřit tuto možnost na několika konkrétních příkladech a vyvodit z nich obecné závěry a doporučení. Pro posouzení možnosti simulovat výše popsané byl vybrán software VA-One. Tento software je běžně používán např. v automobilovém a leteckém průmyslu, ale i v jiných průmyslových aplikacích.

Obr. 5 Použitelnost výpočetních metod [11]

Software umožňuje provádět simulace pomocí tří metod: FEM (Finite Element Metod), BEM (Boundary Element Metod), SEA (Statistical Energy Analysis). Vhodnost použití jednotlivých metod je zřejmá z obr. 5. V oblasti kolejových vozidel lze zjednodušeně konstatovat, že FEM je vhodná zejména pro nosné konstrukce a metoda SEA je vhodná pro ostatní části s vyšší vlastní frekvencí. Při tvorbě simulačního modelu na základě metody SEA jsou hlavními stavebními prvky SEA subsystémy. Subsystémem může být samotná geometrie (prut, deska atd.) nebo objemy vyplněné plynem nebo kapalinou (cavity). Každý subsystém je tvořen svou geometrií, materiálovými parametry a parametry, které popisují napojení na ostatní subsystémy. Všechny tyto aspekty pak ovlivňují energetický tok mezi subsystémy. Energetickou rovnováhu subsystému lze popsat následujícím vztahem: Π in = Π diss + Π trans = Π out ,

(1)

Ze zákona zachování energie musí platit, že energie vstupující do subsystému se musí rovnat energii vystupující ze systému. Energie může vystupovat 7


ze subsystému přenosem na jiný subsystém nebo je mařena díky tlumícím schopnostem materiálu jako energie disipativní. Pro ilustraci lze uvést dva subsystémy znázorněné na obr. 6. Do subsystémů vstupuje energie Pi vyjádřená průměrnou energií od aplikovaných buzení. Hodnota ω je střední frekvence zvoleného frekvenčního pásma. Přenos mezi subsystémy je dán modální hustotou (η12 a η21). Disipativní energie z tlumení je ovlivněna „damping loss faktorem“ (n1 a n2). Celkově lze tento vztah popsat následovně: ⎛E E ⎞ P1 = ϖη1 E1 + ϖη12 n1 ⎜⎜ 1 − 2 ⎟⎟ n ⎝ 1 n2 ⎠ ⎛E E ⎞ P2 = ϖη 2 E 2 + ϖη 21n 2 ⎜⎜ 2 − 1 ⎟⎟ n ⎝ 2 n1 ⎠

(2)

Obr. 6 Přenos energie mezi subsystémy [12]

Při výpočtu se využívá „Modal approach“, proto uvedené vztahy (2) jsou platné pouze pro určitý mód. Energie mezi subsystémy (oscilátory) se přenáší při rezonanci. Výpočet je nutné provést pro všechny zvolené frekvenční pásma, kde ω je střední frekvence zvoleného frekvenčního pásma. Vztah lze zapsat maticově: ω ⋅C ⋅ E = P

(3)

Kde C je čtvercová matice hodnot damping loss factorů, E je neznámý vektor energií, P je vektor energií od aplikovaného buzení. Energie subsystému Ei je pak rovna: E = Mv 2 (structural wave field) E = Vp 2 ρc 2 (acoustic wave field)

(4)

Vstupní informace pro tvorbu SEA modelu byla CAD geometrie vozidla. V tomto případě nelze použít CAD model přímo, protože sestava modelu obsahuje mnoho dílů, které v simulačním modelu nebudou zahrnuty. Díly zahrnuté do výpočtu také nelze z CAD geometrie použít přímo. Z těchto důvodů nelze CAD model importovat a SEA model je od základu vytvořen pouze ze souřadnic zjištěných v CAD modelu.

8


Obr. 7 Náhled na CAD a SEA model

Mimo geometrii je nutné znát také fyzikální vlastnosti použitých materiálů. Tyto parametry však není jednoduché dohledat a je poměrně nákladné je experimentálně stanovit. V případě motorové lokomotivy se jednalo o následující materiály: konstrukční ocel různé tloušťky, tepelná izolace IZOMAT a filtrační materiál FIRON. V prvním případě lze použít tabulkové hodnoty. V ostatních případech byly zjištěny hodnoty od výrobce. Pro buzení modelu je nutné znát parametry zdroje akustické energie, což byl v případě stacionárních zkoušek spalovací motor LoCAT 3508C + 1FC2 560. Hlukové emise spalovacího motoru jsou získány od výrobce (Obr. 8).

Obr. 8 Charakteristika zdroje hluku - LoCAT 3508C + 1FC2 560

Při tvorbě stacionárního hlukového modelu bylo přistoupeno k zjednodušení. Nebylo modelováno celé vozidlo, ale pouze strojovna vozidla. Protože ve zvoleném rozsahu spektra lze očekávat, že dominantním příspěvkem k zjištěnému akustickému tlaku nebude energie vyzářena konstrukcí hlavního rámu, ale zejména energie vyzářena kapotami. Nelze také opomenout, že velká část kapot umožňuje svými otvory přímý prostup zvuku. Při tvorbě samotného modelu strojovny byla vytvořena vnější geometrie pomocí prvků SEA-PLATE. Vnitřní prostor byl vytvořen z prvku SEA-CAVITY, který představuje objem vzduchu uvnitř strojovny. Tento objem však 9


musel být zmenšen o objem agregátů, které se nacházejí uvnitř strojovny. Objem agregátů je totiž s ohledem na objem celé strojovny nezanedbatelný.

Obr. 9 Kapota strojovny a způsob umístění spalovacího motoru.

Větrací otvory strojovny jsou na bočních stranách vyplněné filtrační hmotou FIRON, avšak otvory horní šikmé mřížky jsou pro vzduch zcela prostupné. Výsledný SEA model strojovny je zobrazen na Obr. 10.

Obr. 10 Subsystémy SEA modelu strojovny.

Hlavním výsledkem simulace je akustický tlak v určeném místě. Místo bylo zvoleno s ohledem na provedené experimenty a to v místě mikrofonu M01 (výška nad TK: 1,2 m; vzdálenost od osy koleje 7,5 m). Z tohoto důvodu je možné experiment a simulaci porovnat. Výsledné akustické tlaky jsou uvedeny v grafu na Obr. 11.

10


125 Hz

valid SEA model

100 90 80

LOUT [dB]

70 60 50 40 30

Experiment

20

Simulation

10 0 10

100

1000

10000

f [Hz]

Obr. 11 Výsledné akustické tlaky v místě M01 (h = 1,2 m, L = 7,5 m).

1.E+00 1.E‐01

POUT [W] (A‐weighted)

1.E‐02 1.E‐03 1.E‐04 1.E‐05 1.E‐06 1.E‐07

(1) Upper grid (2) Grids M7+M8

1.E‐08

(3) Grid M5

1.E‐09

(4) Main hood

1.E‐10 10

Other 100

1 000

10 000

f [Hz]

Obr. 12 Akustické výkony vyzářené jednotlivými subsystémy.

Uvedený graf (obr. 12) zobrazuje výsledek akustického tlaku ze simulace a z experimentu, avšak SEA model lze považovat za validní až od frekvence 125 Hz. Při nižší frekvenci není dosažena dostatečná hodnota „modes in band“. Hodnota „modes in band“ musí být vyšší než 1 (nejlépe však vyšší než 3), což je základní podmínkou validity modelu pro zvolenou frekvenci. Výsledkem simulace však mohou být i jiné výstupy, např. akustický výkon od jednotlivých subsystémů. Tento výsledek umožňuje analyzovat komponenty, které jsou z pohledu hluku problematické, a u kterých by případná konstrukční změna znamenala největší přínos ke snížení hluku vozidla. Na obr. 8 jsou výsledné hodnoty pro vytvořený simulační model. Nejvyšší hodnotu vyzařované energie vykazuje horní mřížka (1), která není opatřena filtrem. Další dominantní přínos mají mřížky (2) a (3), které jsou opatřené filtrem FIRON. Čtvrtý nejvíce dominantní přínos má hlavní kapota, která vykazuje největší 11


příspěvek při nižších frekvencích. Výsledky lze považovat za validní opět až od frekvence 125 Hz. Účinnost hlukového tlumení krytů motoru a antivibrační opatření u kabiny lokomotivy jsou účinná, což potvrzují realizovaná měření i vibroakustický model. Simulace zároveň ukazuje, že nejvyšší akustický výkon vyzařuje mřížka (1) v horní části kapotování strojovny. Poměrně jednoduchou úpravou (např. přidáním filtru FIRON) by bylo možné tento zdroj hluku potlačit. Tím by se ale výrazně zhoršil odvod tepla ze strojovny.

4.

Poděkování

Příspěvek vzniknul díky podpoře TAČR v rámci projektu TA01031267 Hlukové emise a vibrace v systému železnice.

5.

Seznam použité literatury

[1]

Draft prEN ISO 3095 (January 2001): Railway applications – Acoustic – Measurement of noise emitted by railbound vehicles (ISO/DIS 3095:2001) Draft prEN ISO 3381 (January 2001): Railway applications – Acoustic – Measurement of noise inside railbound vehicles (ISO/DIS 3381:2001) CSN EN ISO 3095 (Září 2005): Železniční aplikace – Akustika – Měření hluku vyzařovaného kolejovými vozidly (idt ISO 3095:2005) ČSN ISO 3381 (Září 2005): Železniční aplikace – Akustika – Měření hluku uvnitř kolejových vozidel (idt ISO 3381:2005) Draft prEN 15610 (December 2006): Railway applications – Noise emission – Rail roughness measurement related to rolling noise generation M. G. Dittrich (TNO) : The Applicability of prEN ISO 3095 for European Legislation on Railway Noise DIRECTIVE 2002/49/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 25 June 2002 relating to the assesment and management of environmental noise Rozhodnutí komise ze dne 23. prosince 2005 o technické specifikaci pro interoperabilitu subsystému “Kolejová vozidla – hluk” transevropského železničního systému - 2006/66/ES Directive 2001/16 – Interoperability of the trans-European conventional rail system – Presentation report of the Draft Technical Specification for Interoperability “Noise” Prof. Dr.-Ing. Marcus Hecht, Dipl.-Ing. Christoph Schäpermeier (Technische Universität Berlin) : Bericht 38/2006 – Messung der Schienenrauheiten auf dem Testring Cerhenice M. Fischer, The Statistical Energy Analysis, JASS 2006, St. Petersburg VA – ONE: User’s Guide, ESI Group, 2010

[2] [3] [4] [5] [6] [7]

[8]

[9]

[10]

[11] [12]

Praha, září 2012

Lektoroval:

Mgr. Bohumír Trávníček SŽDC, s. o.

12


Tomáš Horák1, Martina Lánská2

Návrh parametrů synergie letecké a vysokorychlostní železniční dopravy Klíčová slova: vysokorychlostní železnice, letecká doprava, synergie, konkurence, spolupráce

Úvod Parametry, které určují jak leteckou, tak vysokorychlostní železniční dopravu je celá řada a jejich výběr a sestavení podléhá značné interpretační volnosti, která z nich činí oblíbený faktografický základ pro argumentaci o vhodnosti nebo smysluplnosti rozvoje vysokorychlostních železničních tratí (VRT, dle kontextu také jako „vysokorychlostní železnice“ nebo „vysokorychlostní vlak“). Při výběru parametrů je proto nutné postupovat obezřetně a zároveň vybrat jen nejvhodnější parametry tak, aby nedošlo k negaci jejich vypovídací hodnoty množstvím vzájemně nesouvisejících údajů. Nejdůležitější je zachovat za každých okolností vědomí souvislostí. Parametry je možné klasifikovat podle mnoha kritérií, mezi nejdůležitější jsou obvykle považovány parametry určující preferenci přepravního modu zákazníkem – cestujícím (rychlost přepravy, cena přepravy, frekvence a návaznost spojů, kapacita a obsazenost vlakových souprav, dostupnost přepravního modu, cestovní komfort, časová spolehlivost) a parametry provozní, které popisují zázemí přepravních modů (interoperabilita, integrace dopravních modů, integrace tarifů, integrace odbavovacích, prodejních a propagačních systémů, rentabilita VRT, environmentální dopad, bezpečnost provozu, socioekonomický přínos VRT).

Rychlost přepravy Společně s cenou přepravy se jedná o nejdůležitější parametr, který cestující při výběru dopravního modu zvažuje. S rychlostí přepravy je spojena také přepravní vzdálenost. Rychlost již nelze snadno zvýšit, v letecké dopravě se max. cestovní rychlost pohybuje v rozmezí 800 km/h pro lety na krátké vzdálenosti do 1 000 km a okolo 950 km/h pro lety na dlouhé vzdálenosti nad 1 000 km. Nejvyšší cestovní rychlost souprav VRT je dnes cca 300 km/h. U letadel je problém v podobě bariéry rychlosti zvuku a u vysokorychlostní železnice v nárocích na konfiguraci tratí (např. pro 300 km/h VRT je min. možný poloměr oblouků 5,5 km). Řešení lze hledat 1

Tomáš Horák Ing., 1981, ČVUT v Praze, Fakulta dopravní, Management a ekonomika dopravy a telekomunikací, asistent, Ústav řízení dopravních procesů a logistiky ČVUT v Praze, FD 2 Martina Lánská Ing., Ph.D., 1979, ČVUT v Praze, Fakulta dopravní, Management a ekonomika dopravy a telekomunikací, odborný asistent, Ústav řízení dopravních procesů a logistiky ČVUT v Praze, FD

1


ve zkracování čekacích dob před a po cestě nebo v dostupnosti letišť a železničních stanic VRT. Co se týče přepravní vzdálenosti, v Japonsku a později v Evropě bylo zjištěno, že cestující preferují VRT železnici u přepravních vzdáleností od 150 km – 300 km do 800 km – 1 000 km. Pod touto hranicí dominuje individuální automobilová doprava, klasická železnice a autobusová doprava, nad touto hranicí doprava letecká (viz obrázky 1 a 2). Vzdálenost do 1 000 km je doménou letů na krátké a střední vzdálenosti, které jsou konkurencí VRT ohroženy nejvíce, zároveň je však zřejmé, že existují trasy, kde konkurence VRT není možná, např. z důvodu existence nepřekonatelných přírodních překážek. Z hlediska doby přepravy se dle japonských zdrojů podíl VRT a letecké dopravy vyrovnává, když je cestovní doba VRT vlaku rovna cestovní době letadla plus 150 min – 200 min (2,5 h až cca 3 h).

Cena přepravy V Japonsku se ceny jízdenek na VRT vlaky Shinkansen pohybují zhruba na stejné úrovni jako ceny letenek pro danou trasu, příkladem může být srovnání cen na trase Tokio – Osaka (556 km): Tabulka 1 - Ceny přepravy pro trasu Tokio – Osaka Dopravní prostředek Cena v JPY Cena v CZK Shinkansen 13 400 2 948 klasický vlak 10 080 2 218 letadlo 14 600 3 212 osobní automobil 9 800 2 156 * Náklady na pořízení a údržbu nejsou zahrnuty. Zdroj: [3]

poznámka 2. třída 2. třída třída economy mýtné, PHM*

Podobná situace je i v Číně, např. na VRT trati Wuhan – Guangzhou nebo na nově otevřené (2011) VRT trati Peking – Šanghaj. V Evropě je situace komplikovanější vzhledem k působení nízkonákladových leteckých společností. Německé Deutsche Bahn (DB) a francouzské Société Nationale des Chemins de fer français (SNCF) ale nabízejí výrazné slevy, DB u zahraničních spojů, kdy cestující může např. po příjezdu z Prahy přestoupit v Berlíně na Intercity Express (ICE) v rámci diskontního tarifu. SNCF zase startuje projekt VRT souprav Interactivité et Détente Train à Grande Vitesse (iDTGV) – low-cost Train à Grande Vitesse (TGV). Je třeba mít na paměti, že cestující – turisté jsou mnohem více citliví na cenu přepravy než business cestující.

2


Obrázek 1 - Podíly jednotlivých přepravních modů v osobní dopravě v Japonsku dle přepravní vzdálenosti. Zdroj: [3]

Obrázek 2 - Poměr vzdálenosti a jízdní doby vysokorychlostní železnice, klasické železnice a letecké dopravy. Zdroj: [4]

3


Frekvence a návaznost spojů Podobně jako u dalších přepravních modů je nutné stanovit počet spojů tak, aby byla dosažena optimální obsazenost souprav a tím co největší rentabilita spojů a maximální využití nákladné dopravní cesty (cena 1 km vysokorychlostní tratě v Evropě je dle [1] asi 12 milionů – 30 milionů EUR, tj. zhruba 290 milionů – 720 milionů CZK). Tento parametr úzce souvisí s následujícími parametry – kapacitou a obsazeností vlakových souprav.

Kapacita a obsazenost vlakových souprav Evropské vysokorychlostní vlakové soupravy jsou provozovány v mnoha konfiguracích, jejich kapacita se pohybuje od 300 do 700 cestujících. V Japonsku a Číně mají soupravy vzhledem k hustotě zalidnění a velikosti sídel kapacity v rozmezí 600 až 1 100 cestujících, jsou však provozovány i vlaky s kapacitou kolem 300 cestujících [5]. Kalifornská VRT počítá se soupravami s kapacitou až 1 300 cestujících [6]. Obsazenost souprav je klíčovým parametrem, od kterého se odvíjí rentabilita a environmentální dopad daného přepravního modu - parametry tvořící obvykle jádro diskuse o VRT. Francouzské TGV má dle SNCF obsazenost kolem 70 %, španělské Alta Velocidad Española (AVE) 60 %, německé ICE 50 % (kratší vzdálenosti mezi stanicemi, provozováno na síti společně s klasickými vlaky). Obsazenost japonského Shinkansenu se pohybuje okolo 80 %, což je přibližně obsazenost spojů aerolinek provozujících lety na krátké vzdálenosti. Údaje pro čínské VRT vlaky se zatím nepodařilo přesně zjistit, nicméně vzhledem k relativně vysokým cenám jízdného a paralelnímu vedení klasické železnice se obsazenost nejspíše bude pohybovat pod 50 %. Pro kalifornskou VRT je po jejím úplném dokončení v roce 2025 predikována obsazenost kolem kontroverzních 80 % [6].

Dostupnost přepravního modu Časová dostupnost je silnou stránkou vysokorychlostní železnice. Vysokorychlostní soupravy mohou zajíždět na centrálně umístěná vlaková nádraží, oproti letecké dopravě odpadá proces odbavení. I přes zlepšující se propojení letišť s městy, uvedení samoodbavovacích kiosků nebo služeb jako on-line check-in, je doba, kterou cestující potřebuje na absolvování všech činností spojených s odletem a příletem vždy delší (cca 3 h – 4 h) než doba potřebná pro cestu na vlakové nádraží a odbavení před cestou vlakem (cca do 1 h). Tuto dobu je nutné započítat do doby přepravy a vysokorychlostní železnice tak pomáhá snížit dopad nižší provozní rychlosti oproti letecké dopravě. Dostupnost přepravního modu ale není jen čistě časová dostupnost. Jsou s ní spojeny také náklady cestujícího na cestu na letiště nebo železniční stanici – existence veřejné dopravy, jejich vybavení – možnost parkování, v Japonsku např. i možnost přijet na vlakové nádraží na kole nebo mopedu (!).

4


Cestovní komfort Další parametr, který představuje konkurenční výhodu pro vysokorychlostní železnici, je cestovní komfort. Například vzdálenost mezi sedadly, která se u letecké dopravy ve třídě Economy pohybuje mezi 75 cm až 82 cm, u vlaků ICE-3 ve 2. třídě je to už 97 cm. Vysokorychlostní železnice přirozeně přebírá výhody vlakové dopravy jako je možnost pracovat během cesty, občerstvení v jídelním voze, elektrické přípojky, nově i internetové připojení přes wi-fi, snazší přeprava hendikepovaných osob, možnost vzít si na palubu domácí zvíře apod. U jízdenek 1. (vyšší) třídy jsou např. u Eurostaru v ceně nápoje a tříchodové menu, ve stanici mají zákazníci podobně jako na letišti přístup do lounge a jsou odbaveni přednostně. ICE nabízí v 1. třídě podobně jako některé letecké společnosti (zde i ve třídě Economy) on-board entertainment v podobě videoprogramu na LCD obrazovce umístěné v každém sedadle. Některé ICE mívají také řazen panoramatický vůz. VRT má tak příležitost obnovit prestiž vlakové dopravy z přelomu 19. a 20. století.

Časová spolehlivost Japonský Shinkansen je právem symbolem spolehlivosti – jeho průměrné zpoždění totiž spadá do intervalu 0,5 min – 1 min [8]. Zpoždění vysokorychlostních vlaků v Evropě, např. ve Francii, se pohybuje v 90 % do 10 minut [7]. V Evropě je dle [8] zpožděno o více než 5 minut cca 36% všech letů.

Interoperabilita Interoperabilita je problémem v podstatě jen v Evropě. V Asii, kde jsou VRT provozovány v rámci jednoho státu, není problém ani s napěťovou soustavou (Japonsko i Čína používá 25 kV 60 Hz) ani s rozchodem kolejnic. Čína používá na všech tratích standardní rozchod 1 435 mm, v Japonsku standardní rozchod využívají jen soupravy Shinkansen, ostatní soupravy jsou provozovány na úzkém rozchodu 1 067 mm. V Evropě není naopak problém s rozchodem kolejnic, dokonce již ani s napěťovými soustavami (řešeno v rámci vlakové soupravy), problém je v signalizační a zabezpečovací soustavě, která není sjednocena. Modifikace souprav pro několik národních norem tak, aby vlak splnil kritéria homologace, je nákladná a časově náročná.

Integrace dopravních modů VRT musí být dobře propojena s klasickou železniční sítí, městskou hromadnou dopravou, případně dopravou individuální a stanice VRT musejí být umístěny přímo v prostorách velkých letišť. Jedině tak bude učiněno vše pro maximální zatraktivnění vysokorychlostní železnice a bude umožněno její maximální využití (a rentabilita) v přepravním mixu. V Japonsku funguje velmi dobře integrace VRT s klasickou

5


železnicí, VRT ovšem nevedou na letiště, která jsou obvykle obsluhována právě klasickou železnicí v podobě airport expressu. V Číně je situace podobná; při cestě na letiště je s výjimkou měst na východním pobřeží jako např. Peking, Šanghaj nebo Hongkong, nutno využít silniční dopravu. V Evropě jsou s VRT integrovány pouze letiště ve Frankfurtu (ICE), pařížské letiště Charles de Gaulle (TGV) a také Amsterdam Schiphol (TGV a Thalys).

Integrace tarifu Integrace tarifu je další nutnou podmínkou pro to, aby provoz vysokorychlostní železnice v rámci EU měl smysl. Tato integrace nemusí nutně znamenat vznik jednoho (byť formálního) provozovatele VRT v EU, v Japonsku od privatizace železnic funguje šest provozovatelů, země je rozdělena podle geografického klíče a je zde zavedena plná tarifní integrace. Např. cestující z Tokia do Sappora, který na své cestě projíždí obvody tří provozovatelů, si koupí jízdenku stejným způsobem, jako by cestoval pouze v rámci obvodu JR Central, která provozuje oblast okolo Tokia. V Evropě sice existuje tarif TCV - Tarif Commun international pour le transport des Voyageurs et des Bagages, vysoká cena jízdenek z něj však činí v porovnání s nabídkami zejména low-cost aerolinií nekonkurenceschopný přežitek. Na webových stránkách www.nshispeed.nl provozovaných volným sdružením dopravců Railteam tvořeným DB, SNCF, Eurostar, Nederlandse Spoorwegen (NS) High-Speed, Österreichische Bundesbahnen (ŐBB), Schweizerische Bundesbahnen (SBB) a Nationale Maatschappij der Belgische Spoorwegen (NMBS) sice lze teoreticky zakoupit jízdenky na vlak Marseilles – Berlin, v praxi to však není možné a portál v současné době funguje hlavně pro prodej jízdenek na trasy v oblasti Londýn-Paříž-Brusel-Amsterdam. Z hlediska synergie VRT – letecká doprava je nutné počítat s tarifem „Fly & Ride“, kdy si zákazník zakoupí jízdenku kombinovanou s letenkou. V současné době podobný systém funguje u Air France – KLM), kdy má cestující možnost přejet z Amsterodamu např. do Paříže po VRT s tím, že na železnici platí jeho letenka.

Integrace odbavovacích, prodejních a propagačních systémů Evropská vysokorychlostní železniční síť musí vystupovat srozumitelně (to však neznamená vytvoření jednoho monopolního operátora), mít pro cestujícího snadno čitelnou reklamní kampaň, označení vlaků, prodejních míst a propagaci na internetu, v tištěných médiích, ve stanicích, na letištích, ve vlacích apod. tak, aby cestující jasně věděl, proč je pro něj výhodné využít pro cestu právě VRT a neztratil se v nepřehledných mezinárodních tarifech a uskupeních provozovatelů osobní železniční dopravy. Výsledkem pak bude stav podobný stavu v Japonsku – cestující si u přepážky v Praze bude moci koupit jízdenku za konkurenceschopnou cenu třeba do Paříže a v budoucnu bude moci v rámci této jízdenky integrované s letenkou v rámci tarifu „Fly & Ride” i letět z pařížského letiště Charles de Gaulle např. do Spojených států. Samozřejmostí je pak jedno prodejní místo na internetu a to po vzoru leteckých společností.

6


Rentabilita VRT Další z pečlivě sledovaných parametrů VRT je jejich rentabilita. Souvisí s obsazeností souprav a společně s environmentálním dopadem VRT bývá často využíván oponenty VRT. V materiálu Mezinárodní železniční unie (UIC) z roku 2010 nalezneme údaje o průměrných cenách za výstavbu a provoz VRT: Tabulka 2 - Průměrné náklady na vysokorychlostní tratě položka cena v EUR cena v CZK stavba 1 km VRT 12 – 30 mil. 288 – 720 mil. údržba 1 km VRT/rok 0,07 mil. 1,7 mil. cena nové soupravy (350 míst) 20 – 25 mil. 480 – 600 mil. údržba jedné VRT soupravy 1 mil. 24 mil. Zdroj: [1] Odpůrci VRT argumentují, že prostředky na stavbu VRT pocházejí z veřejných peněz a že se pak nepromítají do provozních nákladů VRT, které jsou tak údajně uměle nízké. Naprosto stejná situace je však u dálnic a letišť, které jsou obvykle stavěny také z veřejných prostředků (byť se na dálnicích platí jako určitá kompenzace mýtné). Vysokorychlostní tratě všude ve světě, a tedy nejen v EU, jsou stavěny tímto způsobem. V Japonsku na stanice VRT dokonce někdy přispívají i místní úřady či firmy, které chtějí využít socioekonomický přínos VRT (viz [2]). Podobně jako u externalit je třeba uvážit i tento socioekonomický přínos. Rentabilita VRT je komplexní parametr.

Environmentální dopad VRT má oproti ostatním druhům dopravy několik výhod, byť tyto výhody bývají odpůrci VRT zpochybňovány (zejména s ohledem na metodiku výpočtu). První z nich je ta výhoda, že VRT souprava je schopna dle [1] na jednotku spotřebované energie (např. kWh) uskutečnit nejvíce oskm (180 oskm), což je asi o polovinu více než u konvenční železnice a přibližně osmkrát více než u letecké dopravy. Co se týče emisí CO2, pak vysokorychlostní železnice dle [1] vyprodukuje pouze 4 kg CO2 na 1 000 oskm, letecká doprava 17 kg, individuální automobilová doprava potom 14 kg. Zde je třeba však na obranu letecké dopravy říci, že její podíl na exhalacích je v porovnání s individuální automobilovou dopravou zanedbatelný. Při ohodnocení externalit vychází dle [1] na VRT € 22,90 na 1 000 oskm, na leteckou dopravu € 52,50, individuální automobilová doprava drží pomyslné první místo se € 76,00. Ohodnocení externalit je však čisté politikum a proto je nutné o něm takto i uvažovat. Skutečností avšak je, že vysokorychlostní železnice má další benefity jako např. vysokou kapacitu, která se odráží nejen v emisích ale také v záboru půdy, počtu vypravených souprav apod.

7


Bezpečnost provozu VRT tratě sdílejí s konvenční železnicí vysokou bezpečnost provozu v případě, že je VRT infrastruktura vybudována kvalitně a nové vlakové soupravy procházejí pečlivými zkouškami před nasazením do ostrého provozu a poté pravidelnou kontrolou. Příkladem tragické nehody zaviněné selháním konstrukce vysokorychlostní železniční soupravy je vykolejení soupravy ICE-1 v roce 1998, důvodem byla konstrukce kola, při nehodě zahynulo 101 cestujících. Co se týče nekvalitně vybudované infrastruktury, nezbývá než uvést příklad z července 2011, kdy při srážce dvou souprav China Rail High-Speed (CRH) v Číně poblíž města Wenzhou zahynulo 40 lidí. Příčinou bylo s největší pravděpodobností selhání signalizace. Tyto dvě nehody jsou zároveň zřejmě dvěma nejvážnějšími nehodami spojenými s provozem VRT za její téměř padesátiletou existenci.

Socioekonomický přínos VRT Vysokorychlostní trať má potenciál přinést do regionu ve spádové oblasti VRT stanice ekonomické a sociální oživení. Oblast – může se jednat o region kolem středně velkého města nebo seskupení menších měst – získá rychlé spojení s velkými centry přesahujícími svým významem daný region a přinášejícími tak do oblasti nové příležitosti. Dochází samozřejmě také k propojení center mezi sebou, což samo o sobě generuje další přínos. VRT stanice nemusejí nutně být pouze ve velkých městech, v případě, že úsek mezi stanicemi je dostatečně dlouhý, je možné zřídit mezilehlou stanici, kde může zastavovat pouze určitá kategorie vysokorychlostních vlaků (viz [2]). Konkrétní příklad oživení lze ukázat u města Kakegawa v Japonsku, které leží 230 km západně od Tokia a 50 km od regionálního centra Shizuoka. Prefektura Kakegawa zaplatila v roce 1988 stavbu stanice VRT (dílem přispěli sami obyvatelé města či místní podniky). Kakegawa měla na konci 80. let asi 72 000 obyvatel, dnes (2011) má asi 118 000 obyvatel. Město zaznamenalo ekonomický a sociální rozvoj: Tabulka 3 - Vývoj zaměstnanosti a odbytu ve sféře obchodu v japonské Kakegawě před a po otevření VRT stanice (1991). rok 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 zaměstnanost 96,0 98,6 96,8 100,0 101,5 103,5 103,2 108,1 odbyt 100,1 96,0 98,1 100,0 105,2 110,4 109,5 137,6 Zdroj: [2] Tabulka 4 - Vývoj zaměstnanosti a odbytu ve sféře průmyslu v japonské Kakegawě před a po otevření VRT stanice (1991). rok 1985 1988 1991 zaměstnanost 88,8 100,0 106,9 odbyt 85,4 100,0 139,2 Zdroj: [2]

8


Sociální přínos lze vidět v lepší dostupnosti města z obou center, tedy Shizuoky (14 min) i Tokia (1:45h), město tak získalo přístup k významným hospodářským a kulturním střediskům a stalo se tak atraktivnějším místem pro život. VRT tak může např. pomoci zmírnit jednosměrnou migraci za prací do měst, která je problémem i v Evropě.

Závěr V článku byly vybrány a stručně analyzovány parametry, které jsou pro vztah vysokorychlostní železniční dopravy a letecké dopravy důležité a jejichž nastavení hraje významnou roli při formulaci ekonomického a provozního harmonizačního modelu synergie těchto dvou druhů doprav.

Literatura [1]

Union of Railways (UIC). High Speed Rail: Fast Track for Sustainable Mobility. Paris: UIC, 2010. 18 s. ISBN 978-2-7461-1887-4 [2] OKADA, Hiroshi. Features and Economic and Social Effects of The Shinkansen. Japan Railway & Transport Review, 1994, No. 3, s. 9-16. ISSN 1342-7512 [3] SHIOMI, Eiji. Do Faster Trains Challenge Air Carriers?. Japan Railway & Transport Review, 1999, No. 19, s. 4-7. ISSN 1342-7512 [4] EU Directorate-General For Mobility and Transport. High-speed Europe, a sustainable link between citizens. Luxembourg: Publications Office of the European Union, 2010. 22 s. ISBN 978-92-79-13620-7 [5] Union of Railways (UIC). World High Speed Rolling Stock [online]. Publikováno 2009 [cit. 2012-08-29]. Dostupné jako PDF: [6] California High-Speed Authority. Project Overview [online]. Aktualizováno 2010 [cit. 2012-08-29]. Dostupné z: [7] TGV Med High-Speed Rail Line Continues to Beat Air Travel in Market Share in Its Fourth Year of Service to the South of France [online]. Publikováno únor 2005 [cit. 2012-08-29]. Dostupné z: [8] Eurocontrol. CODA Digest. Delays to Air Transport in Europe. Annual 2011 [online]. Publikováno: březen 2012 [cit. 2012-08-29]. Dostupné jako PDF: [9] Central Japan Railway Company. Reliability [online]. Aktualizováno 2012 [cit. 2012-08-29]. Dostupné z:
9


Tento článek vznikl v rámci výzkumného záměru MSM6840770043 Rozvoj metod návrhu a provozu dopravních sítí z hlediska jejich optimalizace.

Praha, září 2012

Lektoroval:

ČD, a.s.

doc. Dr. Ing. Roman Štěrba

10


Jiří Kaštura1

Diagnostika trolejového vedení Klíčová slova: trolejové vedení, trolejový vodič, proudový sběrač, trakční vedení

Úvod Diagnostika trolejového vedení je proces, při kterém jsou změřeny určité parametry trolejového vedení, které ovlivňují ve svém důsledku jeho životnost, kvalitu spolupráce trolejový vodič - sběrač a rovněž ovlivňují četnost některých poruch na trolejovém vedení. Základním parametrem trolejového vedení je jeho prostorová poloha nad kolejí. Ta sestává z výškové polohy trolejového vodiče, tzv. výška trolejového vodiče nad temenem kolejnice a stranové polohy trolejového vodiče, tj. směrové odchylky od vertikální roviny proložené osou kolejnicových pásů kolmo na spojnici kolejových pásů tzv. klikatost trolejového vodiče, která se zřizuje z důvodu symetrického opotřebení smykadla sběrače. Hodnoty základních parametrů trakčního vedení jsou vymezeny normou ČSN 34 1530 a EN 50 119. Dodržení správné hodnoty výšky trolejového vodiče a jejího průběhu spolu s hodnotou klikatosti trolejového vodiče je základním předpokladem pro zajištění optimálního přenosu elektrické energie mezi trolejovým vodičem a sběračem. Pro trolejové vedení pro rychlosti nad 120 kmh-1 mají na přenos elektrické energie mezi trolejovým vodičem a sběračem vliv další parametry trolejového vedení obecně nazývané dynamickými parametry, správněji interakce trolejový vodič sběrač. Interakce trolejový vodič - sběrač je specifikována v normě EN 50 367.

1. Metody měření parametrů trolejového vedení Pro měření prostorové polohy trolejového vedení nad kolejí lze využít různé metody, které dokážou změřit výšku a klikatost trolejového vodiče vůči kolejnicovým pásům. Jedná se vesměs o triangulační metody měření využívající optických nebo ultrazvukových metod nebo „ručního“ měření pomocí měřicí tyče. Tyto metody jsou vhodné k proměřování výšky a klikatosti trolejového vodiče v určitém bodě. Pro analýzu parametrů trolejového vedení je nutné měřit jeho parametry ve více bodech, aby bylo možné zobrazit průběh naměřených parametrů trolejového vedení v závislosti na vzdálenosti.

1

Ing. Jiří Kaštura, nar. 1955, absolvent VUT Brno, specializace sdělovací elektrotechnika. SŽDC s.o., TÚDC Praha. Vedoucí specializovaného střediska diagnostiky pevných trakčních zařízení, úsek elektrotechniky a energetiky nám. Mickiewicze 67, Bohumín

1


2. Měření parametrů trolejového vedení měřicím vozem Měření parametrů trolejového vedení z mobilního prostředku, měřicího vozu, umožňuje získat celkový obraz o stavu trolejového vedení a to jak o jeho prostorové poloze, tak o jeho dynamických vlastnostech. Měření parametrů trolejového vedení z mobilního prostředku má nespornou výhodu v získání celkového obrazu o stavu trolejového vedení v proměřeném úseku v relativně krátkém časovém intervalu, závislém na rychlosti jízdy, která je dána maximální traťovou rychlostí v měřeném úseku trati nebo je omezena maximální povolenou rychlostí jízdy měřicího vozu. Opakovaná měření stejného traťového úseku pak mohou eliminovat chyby měření a porovnáním měření můžeme získat informace o správnosti případně provedených opravách trolejového vedení. Nicméně si je třeba uvědomit, že měřené parametry jsou ovlivněny dynamickými vlastnostmi vlastního měřicího vozu a snímače použité pro měření parametrů trakčního vedení ať prostorových parametrů trolejového vodiče, nebo dynamických parametrů, jsou umístěny v bezprostřední blízkosti trolejového vodiče a jsou tak na potenciálu trakčního vedení. To sebou přináší některé problémy, jako je korekce měřených hodnot na výkyvy skříně vozu, rušení snímačů apod. Jak již bylo řečeno v úvodu, je nutno měřit jednak prostorovou polohu trolejového vodiče, tj. hodnotu klikatosti a výšky trolejového vodiče vůči kolejnicovým pásům a dále dynamické parametry trakčního vedení, které se měří na traťových úsecích s traťovou rychlostí nad 120 kmh-1. Pro každou metodu měření je použita samostatná sestava snímačů umístěná na dvou nezávislých sběračích.

3. Měření prostorové polohy trolejového vodiče Při měření prostorové polohy trolejového vodiče musíme respektovat vliv náklonu skříně na měřenou hodnotu klikatosti a výšky trolejového vodiče jak je schematicky ukázáno na obrázku číslo 1, kde: -

a1 a2 k1 k2

polovina vzdálenosti kolejových pásů výška trolejového vodiče nad temenem kolejnice náklon skříně vozu hodnota korekce klikatosti ve výšce a2

Skutečnost je ještě složitější, protože při jízdě měřicího vozu dochází k pohybu skříně měřicího vozu vůči rovině proložené kolejnicovými pásy ve vertikálním směru (vliv na měřenou výšku) a v horizontálním směru (vliv na měřenou hodnotu klikatosti), kolmo na směr jízdy, vůči ose kolejí. Naměřené hodnoty obou parametrů trakčního vedení je nutno na tyto pohyby skříně měřicího vozu korigovat.

2


k2

a2

a2

k 2 = k1 ⋅

a2 a1 k1 a1

a1

Obrázek 1 - Vliv naklonění skříně vozu na měřenou hodnotu klikatosti

Korekce jsou nutné z toho důvodu, že pohyb skříně je závislý na poloměru oblouku a rychlosti, kterou je projížděn. Opakovaně naměřené hodnoty při různých rychlostech jízdy měřicího vozu bez výše uvedených korekcí by nebyly porovnatelné a použitelné v procesu údržby trolejového vedení, kdy je nutno znát hodnotu výšky a klikatosti trolejového vodiče ve „statickém“ stavu. Výška trolejového vodiče je dána součtem vzdálenosti horní hrany rámu sběrače vůči rovině proložené temenem kolejnicových pásů a okamžité hodnoty měřeného zdvihu sběrače, jak je zobrazeno na obrázku 2.

Měřený zdvih

Vzdálenost horní hrany rámu sběrače vůči rovině proložené temenem kolejnicových pásů

Obrázek 2 - Způsob měření výšky trakčního vedení

3


Ve skutečnosti i zde jsou nutné korekce na vertikální pohyb skříně vozu a pohyb vypružení měřicí lišty. Hodnoty klikatosti a výšky trolejového vodiče jsou snímány v závislosti na ujeté dráze co 400 mm a ukládány na disk měřicího počítače spolu s ostatními měřenými údaji, jako je rychlost, korekce výšky a klikatosti, informace o orientaci na měřeném úseku tratě apod.

4. Měření interakce trolejové vedení – sběrač Každý elementární úsek trolejového vodiče, který nutí proudový sběrač k pohybu, je více opotřebováván. Zvláště jsou nevhodné krátké změny ve výškovém průběhu, které při vyšších rychlostech způsobují rázové jevy. Místně takto vzniká výraznější opotřebení trolejového vodiče. Tato místa se zvýšeným opotřebením jsou pak často příčinou častější výměny trolejového vodiče. Sledování a měření těchto jevů může výrazně přispět ke zvýšení spolehlivosti systému trolejové vedení – proudový sběrač. Pomocí přítlačné síly jsou vzájemně vázány dva kmitající systémy s rozdílnými hmotami, pružícími a tlumícími vlastnostmi a vlastními kmitočty. Proudový sběrač nadzvedává trolejový vodič do té míry, do jaké mu to dovolí jeho pružnost. Pružnost stožárového pole, dle druhu konstrukce, kolísá, neměla by však přesáhnout určité meze. Tato skutečnost vede k periodickému pohybu proudového sběrače nahoru a dolů, jehož velikost je určena výsledným působením síly. S touto střední hodnotou přítlačné síly se směšují setrvačné síly hmoty, které jsou závislé na časové změně výškových pohybů. Proudový sběrač musí všechny výškové rozdíly pomocí rychle působících konstrukčních prvků vyrovnat. Některé konstrukční parametry složek systému musí být mezi sebou sladěny, má-li být odběr proudu bez poruch a s nepatrným opotřebením. Se zvyšující se rychlostí je přítlačná síla vyjádřena více dynamickou složkou, tyto změny síly by však neměly překročit určitý dynamický rozsah. Velikost kolísání je na jedné straně důsledek vzájemného působení budících veličin a na straně druhé je závislá na postupujícím kmitavém pohybu systému proudového sběrače dle rychlosti jízdy a především na konstrukčních prvcích obou složek systému. V úzké souvislosti s průběhem sil jsou výškové pohyby proudového sběrače. Rovnoměrný průběh nadzvedávání charakterizuje klidný běh proudového sběrače s nepatrnými dynamickými změnami sil. Z výškového průběhu je možno nejvíce usuzovat na příčinu poruchového místa. Pro určení parametrů se nabízí použít metod matematické statistiky a teorie pravděpodobnosti. Z mnoha výzkumů a zkoušek četnosti sil realizovaných v minulosti vyšlo přibližně Gaussovo normální rozdělení. Tímto jsou pevně stanoveny i vztahy k nejdůležitějším měřeným hodnotám. Jako vyhodnocující kritéria přicházejí zde v úvahu následující veličiny: -

střední přítlačná síla Fm směrodatná odchylka přítlačné síly s extrémní hodnoty sil: maximální přítlačná sila Fmax minimální přítlačná síla Fmin

4


Směrodatnou odchylku přítlačné síly je možno zavést jako přímé chování kontaktu. Pro četnost hodnot normálního rozdělení platí obecně známé vztahy, přičemž hodnoty Fm – 3.s a Fm + 3.s vymezují celkový dynamický rozsah. Součtové hodnoty ze střední hodnoty a směrodatné odchylky určují takto celkové zatížení systému a jeho opotřebení, přičemž rozdílové hodnoty charakterizují zvýšení kontaktního odporu a možnost vzniku elektrických oblouků. Pomocí směrodatné odchylky síly je možné za stejných rámcových podmínek porovnat různá trakční vedení a proudové sběrače v jejich kontaktním chování a změnou konstrukčních parametrů jejich vlastnosti optimalizovat. Vedle těchto kritérií střední a minimální hodnoty zůstává jako další měřítko jakosti kritérium extrémní hodnoty s místním maximálním opotřebením. Výše uvedené parametry trolejového vedení mohou být ovlivněny i závadou na svršku, např. „propadnutí“ kolejového pásu má vliv na změnu všech výše uvedených parametrů trakčního vedení, rovněž průjezd nesprávně nastavenými výhybkami může mít vliv na interakci trolejový vodič - sběrač. Pro měření interakce je na měřicím voze použít sběrač s integrovanými snímači síly v každém bodě úchytu pojezdových lišt, tj. celkem jsou pro měření sil použity čtyři snímače sil. Navíc je v těchto bodech snímáno zrychlení ve dvou osách. Osa “Z“ představuje svislou rovinu, osa “X“ představuje vodorovnou rovinu ve směru jízdy. Hodnoty sil, zrychlení a výšky trolejového vodiče jsou snímány v závislosti na ujeté dráze co 400 mm a ukládány na disk měřicího počítače spolu s ostatními měřenými údaji, jako je rychlost, korekce výšky, informace o orientaci na měřeném úseku tratě apod.

5. Identifikace měřeného místa na trati Pokud máme naměřené hodnoty prostorové polohy trolejového vodiče, nebo interakce, musíme znát jejich polohu. Pro účely identifikace případné závady na trakčním vedení je potřeba znát jejích polohu pokud možno co nejpřesněji. I když se v dnešní době nabízí využití systému GPS, byla odzkoušena a několik let je již využívána jiná metoda. Na tratích SŽDC jsou jednotlivé trakční podpěry ve stanici nebo mezistaničním úseku označeny číslem, to znamená, že stačí pro přesné a jednoznačné určení polohy znát polohu objektu mezi příslušnými trakčními podpěrami. Měřené místo je pak jednoznačně identifikováno směrem jízdy, číslem koleje, číslem stožáru a vzdálenosti od tohoto stožáru. Používaná měřicí metoda na měřicím voze umožňuje identifikaci polohy měřeného bodu a tím i polohu případné závady na trakčním vedení s přesností danou vzorkováním měření, přičemž možnost omylu je prakticky nulová. Měřené parametry trakčního vedení jsou vzorkovány co 0,4 m ujeté dráhy a naměřená data jsou ukládána v průběhu měření na pevný disk, přičemž název souboru s ukládanými daty je odvozen od názvu měřeného úseku a to tak, že název souboru měřených dat ve stanici je odvozen ze jména stanice a směru jízdy, který je dán jménem již projeté stanice a jménem následující stanice, název souboru s měřenými daty mezistaničního úseku je pak složen ze jmen sousedících stanic. Název je navíc doplněn číslem koleje, viz obrázek 3. 5


Měřené místo na trakčním vedení Stožár

Stanice1

Mezistaniční úsek1

Stanice2

Mezistaniční úsek2

Stanice3

Obrázek 3 - Identifikace měřeného místa na trakčním vedení ve stanici a mimo stanici

Podle obrázku 3 jsou dle tohoto pravidla názvy souborů s naměřenými parametry trakčního vedení: Stanice2-1k-směrStanice1-Stanice3 = název souboru s naměřenými daty ve Stanici2 měřeno na první koleji Stanice1-Stanice2-1k = název souboru s naměřenými daty v mezistaničním úseku mezi stanicemi 1 a 2 měřeno na první koleji

Název úseku měřené trati je tedy jedinečný a přesně identifikovatelný v celé železniční síti. Protože průběh měření parametrů trakčního vedení je odvozen z referenčního souboru dat, který obsahuje mapu tratě, probíhá měření zcela automaticky. Obsluha pouze občas opraví polohu identifikace trakční podpěry na základě akustické signalizace odvozené automatikou orientaci. Poloha trakčních podpěr (na obrázku 4 je to bod s číslem nad průběhem klikatosti) není v naměřených datech umístěna přesně v místě úchytu trolejového vodiče. Důsledek této skutečnosti je na obrázku 4. Umístění trakční podpěry v naměřených datech s určitou délkovou toleranci způsobí, že hodnota klikatosti neodpovídá hodnotě v místě úchytu. Na obrázku 4 by byla vyhodnocena u trakční podpěry číslo100 hodnota klikatosti k1, přičemž správná hodnota je k2. Správná poloha úchytu trolejového vodiče je v maximech a minimech průběhu funkce klikatosti, jak je tomu u trakční podpěry číslo104 na obrázku 4. Tato skutečnost není příliš na závadu, pokud se jedná pouze o prohlížení dat v grafické podobě, kdy je zřejmé, kam přiřadit polohu trakční podpěry.

6


k1

y100

y102

y104

y106

k2

Obrázek 4 - Vliv nesprávné polohy trakční podpěry v naměřených datech na hodnotu klikatosti trakčního vedení

Problém nastane tehdy, chceme-li vypsat ze souborů naměřených parametrů trakčního vedení hodnoty v místě trakční podpěry. Tehdy by hodnoty neodpovídaly skutečnosti. Z tohoto důvodu jsou naměřená data následně editována v k tomuto účelu vytvořeném programu, jehož algoritmus automaticky usadí polohy stožárů do maxim a minim průběhů klikatosti, přičemž je navíc kontrolována jejich vzájemná vzdálenost s využitím referenční mapy používané v průběhu měření. Tam, kde není extrém v průběhu klikatosti v okolí trakční podpěry, je poloha trakční podpěry změněna pouze na základě referenční mapy. Pro ilustraci-nastavení správných poloh trakčních podpěr trvá cca 60 s pro trať 250 km dlouhou, tj. asi 4000 trakčních podpěr. Kromě správného usazení trakční podpěry umožňuje program změnit číslo trakční podpěry, vložit polohu nové trakční podpěry, vložit dodatečně informaci o vizuální závadě atd. Pokud dojde v průběhu měření k chybě v orientaci měřicího vozu na trati způsobené obsluhou, ale ukládání měřených dat není přerušeno, dají se všechny tyto chyby dodatečně opravit. To je velmi podstatné, protože bez přesné orientace v naměřených datech ztrácí měření smysl a opakování měření zatěžuje ekonomicky proces údržby, nemluvě o nákladech na vlastní měření. Orientace v naměřených datech je navíc usnadněna videozáznamem obrazu spolupráce sběrače s trolejovým vodičem. Obraz je zaznamenáván na pevný disk počítače. V měřených datech jsou odkazy na jednotlivé videosnímky, takže při grafickém prohlížení naměřených dat je současně k dispozici i aktuální videosnímek konkrétního měřeného místa.

6. Příklady využití měření parametrů trolejového vedení v údržbě Na následujících obrázcích jsou uvedeny konkrétní případy provedených oprav na trakčním vedení. Na obrázku 5 je uveden případ, kdy klikatost v mezilehlé v oblouku dosáhla hodnoty téměř 60 cm- křivka červené barvy. Po provedené opravě regulací polohy trolejového vodiče se hodnota klikatosti snížila na 42 cm.

7


Kynšperk nad Ohří – Dasnice 1. Kolej 17.3.2004 výška klikatost

7.12.2004 výška klikatost po regulaci

Obrázek 5 - Oprava hodnoty klikatosti v oblouku změnou polohy úchytu trolejového vodiče v místě bočního držáku

Na obrázku 6 je situace komplikovanější, neboť zde se jedná o chybu v projektu, která byla objevena až jízdou měřicího vozu. Mezi trakční podpěry číslo134 až 142 bylo nutno vložit ještě jednu a stávající přemístit do nových poloh. Software pro analýzu naměřených parametrů trakčního vedení, který je k dispozici na všech opravnách umí řešit i takovýto problém, tj. je možno na základě naměřených hodnot parametrů trakčního vedení vygenerovat data pro novou polohu trakčních podpěr.

8


Kynšperk nad Ohří – Dasnice 1. Kolej 17.3.2004 výška klikatost

8.12.2004 výška klikatost po rekonstrukci (vložení stožáru)

Obrázek 6 - Oprava hodnoty klikatosti v oblouku změnou počtu trakčních podpěr

Samostatnou kapitolou je měření interakce mezi sběračem a trolejovým vedením. Toto měření získává na prioritě při provozu vysokorychlostních tratí. Vadná místa na trolejovém vedení, jejichž původ byl popsán výše, nejsou zjistitelná měřením klikatosti a výšky trolejového vedení, ani analýzou videozáznamu, pomineme-li skutečnost, že analyzovat videozáznam při rychlosti 160 kmh-1 a výše je prakticky nemožné. Výsledkem měření interakce mezi trolejovým vedením a sběračem jsou data obsahující 4 hodnoty sil v bodech úchytu lišt a 8 hodnot zrychlení rovněž v těchto bodech. Současně je pochopitelně měřen průběh výšky trolejového vedení a napětí v trolejovém vedení, průběh klikatosti je následně vypočten z průběhu sil. Vzhledem k velkému množství dat a nedostatečné zkušenosti pracovníků opraven s použitím naměřených dat interakce sběrač-trakční vedení, jsou naměřená data analyzována pracovníky měřicího vozu a do procesu údržby jsou předávány grafy a protokoly, které vymezují oblast nutného zásahu s udání polohy a druhu závady. Toto měření lze provádět i ze sběrače lokomotivy, jak tomu bylo v minulých letech při homologaci jednotek řady 680.

9


Na obrázku 7 je vidět náhlou změnu přítlačné síly doprovázenou nárůstem zrychlení. Toto bylo způsobeno chybně nastavenými děliči mezi trakčními podpěrami číslo 106 a číslo 104. Při rychlostí 200 kmh-1 došlo dokonce k vylomení uhlíkového obložení. Pokud by tato závada nebyla odstraněna, kromě značného opotřebení a případného poškození uhlíkového obložení smykadel sběračů lokomotiv, mohlo dojít i k havárii na trolejovém vedení.

Obrázek 7 - Vliv dynamických vlastností trakčního vedení na přítlačnou sílu mezi sběračem a trakčním vedením

7. Bezkontaktní měření prostorové polohy trolejového vodiče V bodě 4 je popsána metoda měření prostorové polohy trolejového vodiče. Při tomto měření je měřicí lišta v kontaktu s trolejovým vodičem a mezi měřicí lištou a trolejovým vodičem působí určitá síla, která způsobí jeho nadzvednutí. Pro kontrolu projektovaných hodnot výšky by bylo vhodné měřit výšku trolejového vodiče metodou, která nikterak nepůsobí na trolejový vodič, jinak řečeno, že při měření není měřicí snímač v kontaktu s trolejovým vodičem. V roce 2009 bylo zakoupeno a instalováno na měřicím voze zařízení pro bezkontaktní měření parametrů trolejového vedení od firmy MERMEC (www.mermec.com). Měřicí zařízení umožňuje kromě měření klikatosti a výšky trolejového vedení měřit i opotřebení trolejového vodiče. Jedná se o optickou metodu měření, která ale vykazuje chyby při měření za plného slunečního svitu a je nepoužitelná za deště a sněžení. Tato metoda není proto vhodná pro pravidelná měření trolejového vedení, protože jak z dopravního, tak ekonomického hlediska nelze tato měření organizovat s ohledem na počasí. 10


Zařízení pro bezkontaktní měření

Obrázek 8 - Umístění zařízení pro bezkontaktní měření parametrů trakčního vedení na měřicím voze

8. Termovizní inspekce Počátkem roku 2009 byla u TÚDC – ÚEE pořízena termovizní technika s příslušenstvím. Hlavním záměrem bylo umožnit snímání teplotního obrazu trakčního vedení za jízdy měřicího vozu tak, aby bylo možno identifikovat a lokalizovat nadměrně oteplené součásti trakčního vedení při pravidelných jízdách měřicího vozu. Dalším záměrem bylo umožnit měření oteplení dle požadavků Oblastních ředitelství na jimi spravovaných zařízeních. Z těchto důvodů byla na měřicím voze nainstalována termovizní kamera s vysokým rozlišením a možností záznamu termografických sekvencí do počítače k následnému zpracování. Lokalizaci dat měřených za jízdy obstarává inerciální navigace s podporou GPS. Montáž systému na měřicí vůz byla provedena v první polovině roku 2009. Součástí systému je i programové vybavení k zachycování měřených dat a k jejich následné analýze. Tyto programy se v současné době stále vyvíjejí. Přestože je systém stavěný jako bezobslužný, po přenosu naměřených dat na pracoviště musí být naměřená data prohlédnuta pomocí programového vybavení na počítači. Tato prohlídka je časově náročná a vyžaduje znalosti v oblasti termografie. Výstupem jsou termogramy, tedy obrázky míst s nadměrným oteplením a údaje o místě pořízení snímku. Určit závažnost takto nalezených míst není snadné, protože při jízdách měřicím vozem nemůžeme sledovat další potřebné parametry, především proud tekoucí v místě oteplení, dobu jeho trvání a také aktuální rychlost větru, který výrazně ovlivňuje hodnotu oteplení. Oteplení v místě svorky nebo spoje o 5 °C, nebo i méně, pak může indikovat závadu, kterou je potřeba opravit v horizontu několika týdnů.

11


11,0°C 11

10

AR02

9

AR01

8

7

6

5,1°C

Obrázek 9 - Příklad termogramu. Snímek pořízený během zkušebního měření, zeměpisná poloha kamery Loc: 50°5'15.17"N, 14°34'13.833"E, spojka proudového propojení, AR01 - max. 11,0 °C, AR02 - max. 8.2 °C

9. Závěr Aby bylo možno provádět cílenou údržbu trakčního vedení, s minimálními náklady, je nutno na základě měření analyzovat místa závad, určit jejich polohu na trati a tak minimalizovat čas potřebný k identifikaci místa poruchy a jejího odstranění. Je tedy nutné nejen zajistit správnost výsledků měření, ale správně a jednoznačně určit polohu případné závady, s co možná nejvyšší přesností, což se autorům metody popisované v bodě 6 povedlo. Popis software pro následnou analýzu naměřených parametrů trakčního vedení je rozsáhlejší a vymyká se rozsahu této práce. Software umožňuje podrobnou analýzu naměřených parametrů trakčního vedení, tisk protokolárních výstupů a tvorbu dalších podkladů pro údržbu trakčního vedení. Zavedením termovizní inspekce trakčního vedení se v průběhu měřicí jízdy odhalí další závady na trakčním vedení, které by nebylo možné měřením parametrů trolejového vedení nalézt.

Použitá literatura [1]

VÚD Praha – výzkum součinnosti sběrače proudu s trolejovým vedením, 1974.

[2]

ZBONČÁK, M. – HOLEČEK, M. Measuring and Diagnostic Systems of Overhead Contact Lines for High Speed Lines In Žilinská univerzita, Veda, vzdelávanie a spoločnosť, 11. medzinárodná vedecká konferencia, 17. – 19. septembra 2003. 12


[3]

KAŠTURA, J. Localising the Place of Failure on the Contact Line In Žilinská univerzita, Veda, vzdelávanie a spoločnosť, 11. medzinárodná vedecká konferencia, 17. – 19. septembra 2003.

[4]

KONVIČNÝ, Josef – KAŠTURA, Jiří – SEDLÁČEK, Petr. Výsledky zkoušek, měření a diagnostika trakčního vedení měřícími vozy ČD a ÖBB v úseku Břeclav – Vranovce při rychlostech 160 a 200 km/h. Nová železniční technika, 2002, roč. 10, č. 4, s. 125 – 133. ISSN 1210-3942

Praha, říjen 2012

Lektoroval:

Ing. Petr Chlum VUZ, a.s.

13


David Krásenský1, Michal Sklenář2

Veřejná doprava Jihomoravského kraje: deset let systémové a technologické integrace IDS JMK Klíčová slova: osobní doprava, integrované dopravní systémy, dopravní obslužnost, dispečerské systémy, poloha vlaků, satelitní systémy GPS

1

Integrované dopravní systémy v přepravě osob

Integrované dopravní systémy (IDS) představují jednotný systém přepravy osob v dané aglomeraci, kraji, regionu či oblasti, se sjednocenými tarify a dokonale provázanou sítí linek a spojů, a nabízejí tak funkční alternativu k individuální automobilové dopravě (IAD). Podívejme se nejprve na systémy IDS obecně.

1.1

Co jsou integrované dopravní systémy

Výrazem integrovaný dopravní systém (IDS) rozumíme systém obsluhy území určitého města, aglomerace, kraje či regionu ve veřejné přepravě osob pomocí více druhů dopravy (městská, regionální autobusová i železniční) s propojením do jednotného celku s jednotnými jízdními řády a tarifními podmínkami. Důležitá je také koordinace jízdních řádů, kdy cestující má k dispozici možnost přestupu mezi jednotlivými linkami bez nadbytečného čekání, a také pravidelnou dopravní obsluhu obce v režimu taktového jízdního řádu. V zahraničí mají typický charakter integrovaného dopravního systému především systémy „rychlé městské železnice“, označované v německy mluvícím prostředí Schnellbahn neboli S-Bahn (Vídeň, Mnichov, Berlín; prvenství je nicméně připisováno Hamburku). Také u nás začíná železniční doprava na dráze celostátní či regionální hrát v integrovaných systémech velmi významnou páteřní roli a autobusové linky mají roli napájecí. Kromě systémového řešení dopravní obslužnosti přináší integrovaný dopravní systém také zvýšení efektivity vynakládaných prostředků (díky odstranění souběhů linek a vyšší kontrole nad koordinací dopravy), pro uživatele pohodlnější cestování i tarifní odbavení, a v konečném důsledku především zvýšení podílu veřejné dopravy v segmentu osobní dopravy oproti individuální dopravě, a tím i úlevu pro životní prostředí měst, obcí i regionů. 1

Ing. Mgr. David Krásenský ([email protected]), narozen 1973, absolvent Fakulty informatiky Masarykovy univerzity Brno, a Dopravní fakulty Jana Pernera při Univerzitě Pardubice, obor Technologie a řízení dopravy. Je odborným konzultantem OLTIS Group a.s. pro oblast koncepce a strategie výstavby informačních systémů. 2 Michal Sklenář ([email protected]), narozen 1964, je systémovým specialistou u ČD a.s., odbor informatiky, zajišťujícím komunikační vazby mezi ČD a systémy IDS.

1


1.2

Systémy IDS v České republice

V České republice začaly být integrované dopravní systémy vytvářeny až začátkem 90. let 20. století. V současné době existují v České republice integrované dopravní systémy ve všech krajích, plus navíc v okolí některých větších měst a příhraničních oblastí (v některých případech je ovšem diskutabilní, zda dopravní systém označovaný jako integrovaný má skutečně charakter IDS; jednotlivé systémy se také nacházejí v různém stupni integrace). Kromě velkoplošných integrovaných systémů existují i mnohé lokální přesahy městských hromadných doprav za hranice města či dohody dopravců o vzájemném uznávání jízdenek. Většina integrovaných dopravních systémů je organizována prostřednictvím společností či příspěvkových organizací zřízených vesměs kraji, z nichž většina je sdružena v České asociaci organizátorů veřejné dopravy, některé kraje organizují dopravu přímo a v této asociaci zastoupení nemají.

1.3

Případová studie: IDS Jihomoravského kraje (IDS JMK)

Podívejme se nyní na konkrétní řešení Integrovaného dopravního systému Jihomoravského kraje (IDS JMK), který se díky svému stupni koordinace dopravy, územního pokrytí i díky propracovanosti dispečerského řízení sítě řadí k předním v republice.

Obr. 1 - Zjednodušené schéma integrovaného dopravního systému (zdroj: http://www.idsjmk.cz/, [2]) Konkrétně se budeme zabývat jednak organizačním a systémovým vývojem IDS JMK, jednak technologiemi pro zjišťování přesné polohy vlaků ze systému provozovatele dráhy ISOŘ CDS, včetně sledování polohy pomocí satelitního systému GPS. Tyto technologie jsou základem dispečerského řízení sítě, které je nezbytným předpokladem správného fungování celého integrovaného systému. 2


2

Deset let vývoje sítě IDS JMK

Od 1. ledna 2004 byla zahájena první etapa činnosti IDS JMK ve městě Brně a okolí. Proces integrace celého Jihomoravského kraje byl završen v roce 2010 připojením oblasti Znojemska. Co všechno ale tomuto okamžiku předcházelo a jakých dalších výsledků IDS JMK za dobu své existence dosáhl?

2.1

Společnost KORDIS - koordinátor integrované dopravy

Organizátorem IDS JMK je společnost KORDIS JMK, spol. s.r.o., kterou v září 2002 založil Jihomoravský kraj a Statutární město Brno. Tato společnost je odpovědná za organizační zajištění dopravní obslužnosti území, za rozvoj jednotného tarifního systému a přepravních podmínek, za smluvní vztahy s dopravci a koordinaci jízdních řádů apod. Založení společnosti KORDIS JMK je v Jihomoravském kraji odpovědí především na potřeby snížení vysoké intenzity individuální dopravy, koordinace veřejné hromadné dopravy včetně dojíždějících mimobrněnských obyvatel, a zkvalitnění nabídky cestování (viz [1]). Samotný provoz IDS JMK byl zahájen 1. ledna 2004 propojením systému brněnské městské dopravy s vlakovými a autobusovými spoji regionů Brněnsko, Blanensko a Tišnovsko. Další roky byly ve znamení postupného rozšiřování sítě linek i spojů, a po ukončení 6. etapy v červenci 2010 obsluhuje IDS JMK celé území Jihomoravského kraje a místně zasahuje i do okolních krajů. Linka č. 104 zajíždí do dolnorakouského Laa an der Thaya, linka č. 910 projíždí mezi Hodonínem a Sudoměřicemi přes slovenské území (obsluhuje Holíč a Skalicu).

2.2

Platné standardy veřejné osobní dopravy IDS JMK

Během přípravy IDS JMK schválili zastupitelé Jihomoravského kraje v roce 2002 Standardy veřejné osobní dopravy, které se na území kraje začaly postupně uplatňovat od 1. ledna 2003: 1. Standard jednotné kvality dopravní obslužnosti. Díky standardu minimální frekvence spojů bude na celém území JMK zajištěna stejná kvalita dopravní obslužnosti. 2. Standard dostupnosti vybraných zařízení veřejnou osobní dopravou. Nedostupností pěší dopravou se rozumí, že obvyklá vzdálenost určitého zařízení pro pěší dopravu přesahuje 3 km; mezi tato vybraná zařízení patří školní a předškolní zařízení, úřady, soudy, zdravotnická zařízení a zaměstnání. 3. Standard dostupnosti veřejné osobní dopravy. S přihlédnutím k místním podmínkám by dostupnost veřejné osobní dopravy (stanic a zastávek) pěší dopravou neměla přesahovat docházkovou vzdálenost 2 km. 4. Standard minimální frekvence spojů do obce. Obsluha obcí v JMK je zajištěna minimálně 6 páry spojů v pracovní den, resp. 3 páry spojů ve dnech pracovního volna a pracovního klidu. 3


5. Standard kvality přestupu. Je dán maximální dobou přestupu 10 min (doba chůze a čekání na spoj) mezi jednotlivými druhy dopravy integrované do IDS JMK. Kromě toho se zavádějí vyšší standardy četnosti spojů v regionální autobusové i železniční dopravě, a to podle přepravních proudů cestujících v dané relaci (přepravním úseku). Pokud je například přepravní proud vyšší než 3000 cestujících za pracovní den v jednom směru, znamená to požadavek intervalu železničních spojů max. 15 min v přepravní špičce a 30 min v přepravním sedle.

2.3

Rozšiřování sítě IDS JMK

Nyní je do sítě IDS JMK zapojeno celkem 330 linek (z toho 25 vlakových a 75 linek městské hromadné dopravy). Průběžně dochází k dalšímu zkvalitňování a rozšiřování nabídky; mezi dalšími projekty rozvoje IDS JMK je možné jmenovat především rozšíření sítě spojů směrem do Dolního Rakouska, s cílem podpory vzájemné spolupráce a turistiky v obou regionech ([4]). Trvale také roste nejen počet cestujících, ale také spokojenost se službami a jejich kvalitou. Jakým vývojem tedy rozšiřování sítě IDS JMK za dobu své desetileté existence procházelo? Etapový vývoj IDS JMK je možné shrnout následovně (viz [1]): •

E1 (1.1.2004) – Brněnsko, Blanensko, Tišnovsko; 116 obcí, 552 tis. obyv.

•

E2A (1.1.2005) – Tišnovsko; 49 obcí, 14 tis. obyv.

•

E2B (1.9.2005) – Slavkovsko, Rosicko; 24 obcí, 27 tis. obyv.

•

E3A (11.12.2005) – Vyškovsko; 22 obcí, 25 tis. obyv.

•

E3B (1.7.2006) – Ivančicko; 21 obcí, 34 tis. obyv.

•

E3C (1.9.2006) – Židlochovicko; 29 obcí, 35 tis. obyv.

•

E4A (4.3.2007) – Boskovicko; 110 obcí, 80 tis. obyv.

•

E3B+ (1.7.2007) – Náměšť nad Oslavou; 1 obec, 5 tis. obyv.

•

E4B (28.6.2008) – Vyškovsko-východ, Kyjovsko; 62 obcí, 50 tis. obyv.

•

E5 (14.12.2008) – Hodonínsko, Břeclavsko; 128 obcí, 275 tis. obyv.

•

E6 (1.7.2010) – Znojemsko; 167 obcí, 142 tis. obyv.

4


Obr. 2 - Přehledový plán sítě IDS JMK, prosinec 2011 (online, zdroj: http://www.idsjmk.cz/, [2]) Tím byla završena kompletní integrace území Jihomoravského kraje do systému IDS JMK. Dnes tento systém obsluhuje 1,24 mil. obyvatel v 729 obcích, z nichž dokonce určitá část se nachází za hranicemi samotného kraje. Každý pracovní den vyjíždí na tratě linek IDS JMK 624 autobusů a 533 vozidel MHD (o víkendech činí tato čísla 230 autobusů, resp. 251 vozidel MHD).

2.4

Koncový uživatel: cestující v IDS JMK

V předchozím textu je zřetelně popsáno, jak během existence IDS JMK docházelo k postupnému rozšiřování sítě a zvyšování počtu obsluhovaných obcí, obyvatel i území. Od spuštění IDS JMK v roce 2004 se počet obcí zvýšil více než šestkrát (z počátečních 112 obcí na 729); rozloha území se zvýšila ze 125 na 803 tis. ha (viz [1]). Počet zón se během této doby zvýšil na více než pětinásobek (z původních 30 na 156); zdánlivě komplikovaný systém je spíše důsledkem komplexního rozvoje a pokrytí velkého území kraje. Obsluhu linek IDS JMK dnes zajišťuje 21 dopravců, zatímco v počátcích systému to byla polovina (10 dopravců). 5


Obr. 3 - Růst přepravních výkonů v IDS JMK podle dělení na oblasti rozšiřované v jednotlivých etapách (zdroj: Zpráva o vývoji IDS JMK 2012, [2]) Růst absolutně vyjádřených počtu přepravených osob i přepravního výkonu v oskm jde samozřejmě z velké části na vrub rozšiřování IDS JMK o další oblasti. Mnohem lépe proto vypovídá graf dělený na jednotlivé oblasti (definované postupně přidávanými etapami rozšiřování IDS JMK). Zde jasně vidíme, že k navýšení počtu přepravených osob a přepravního výkonu dochází i v již zaintegrovaných územích: například v „jádrové“ oblasti E1 se přepravní výkony od roku 2004 do roku 2011 zvýšily zhruba o polovinu, a jen v jediném roce 2008 zaznamenaly meziroční nárůst 11 %. Po mírném poklesu v roce 2009, připisovaném nižšímu hospodářskému růstu, jsme v letech 2010 a 2011 opět svědky nárůstu, a to přibližně o 3 % ročně. Zajímavým důsledkem integrace je také přesun části cestujících v městských zónách na železniční dopravu: na nejsilnější lince v úseku Brno-Královo Pole – Brno-Židenice se počet osob využívajících železnici zvýšil na dvojnásobek, z necelých 2000 v roce 2002 na zhruba 4000 denně (s vrcholem v roce 2007 přes 4500 osob).

2.5

Tarifní otázky IDS JMK

Velmi důležitým atributem integrovaného dopravního systému je také sjednocení tarifů a jízdních dokladů, tedy od městské dopravy ve statutárním městě Brně přes regionální autobusy až po železniční dopravu, včetně rychlíkových spojů na některých linkách (R2 Brno – Březová nad Svitavou, R3 Tišnov – Brno, R4 Brno – Náměšť nad Oslavou, R5 Brno – Břeclav – Hodonín – Moravský Písek, R6 Brno – Veselí nad Moravou a R7 Brno – Vyškov – Nezamyslice).

6


Obr. 4 - Univerzální jízdenky IDS JMK – sjednocené tarify v celém kraji Platný tarif IDS JMK nabízí cestujícímu výběr z následujících typů jízdenek: •

předplatní jízdenky nepřenosné – měsíční, čtvrtletní a roční (v cenovém rozlišení pro dospělé, pro děti, pro studenty a pro důchodce), pro brněnské i mimobrněnské zóny, případně jejich kombinaci

•

předplatní jízdenky přenosné – roční

•

předplatní jízdenky přenosné – na 24 hodin v Brně, v definovaných městských zónách, mimobrněnských zónách, nebo celém IDS JMK; dále ve městě Brně na 5 dnů, 14 dnů a 30 dnů (po označení)

•

jednorázové jízdenky – cena i platnost podle počtu zón; jízdenky se rozlišují na základní, zlevněné a ZTP

•

univerzální – viz obrázek, časová i zónová platnost se odvíjí podle počtu označených polí; velmi vhodná pro nepravidelné cestování po celém území IDS JMK (např. i ve volném čase)

Podrobné znění tarifu a ceník veškerých jízdenek je k dispozici na webu IDS JMK, na adrese http://www.idsjmk.cz/ (viz [2]). Doplňkem tarifů je pak bezplatná přeprava dětí, držitelů průkazů ZTP a ZTP/P, seniorů nad 70 let, ručních zavazadel a podobně.

7


3

Informační podpora integrované dopravy

Kromě koordinace subjektů (zejména dopravců) ve fázi organizace a plánování jízdních řádů je pro provoz integrovaného dopravního systému velmi důležité také operativní dispečerské řízení provozu, které je nezbytným předpokladem bezchybného fungování systému a včasného řešení mimořádných situací.

3.1

Dispečerské řízení IDS JMK

V době zahájení provozu k 1. lednu 2004 žádný centrální dispečink neexistoval a veškerá koordinace operativního řízení provozu byla závislá na dispečinku jednotlivých dopravců a jejich vzájemné dvoustranné komunikaci. Plnohodnotný dispečink byl založen na konci roku 2006 a po období testovacího provozu přešel systém s podporou systému CEDRIS v roce 2008 do rutinního provozu. Dispečer IDS JMK má k dispozici aktuální polohy vlaků, autobusů, včetně telefonického spojení na řidiče zaintegrovaných autobusů. Při své práci komunikuje také s dispečery jednotlivých dopravců (u ČD se jedná o dispečink osobní dopravy ČD O16 v úzké vazbě na dispečink provozovatele [do konce srpna 2011 dispečink řízení provozu ČD O11] a následně na výpravčí). V případě výpadku spoje je dispečer oprávněn nařídit náhradní obsazení spoje i vozidlem (autobusem) jiného dopravce. České dráhy jako klíčový páteřní dopravce celého systému mají k dispozici dvě záložní soupravy, které jsou dislokované přímo v Brně a které mohou být nasazeny v případě vysokého zpoždění vlakového spoje.

Obr. 5 - Pracoviště dispečinku IDS JMK Do centrálního dispečinku IDS JMK vysílá informace o poloze vozidel také Řídící informační systém RIS Dopravního podniku města Brna (DPMB); ze samotných vozidel se tyto informace zasílají přes radiostanice.

8


Obr. 6 - Dispečerské řízení v systému CED: ohrožené návaznosti spojů Při ohrožení přestupu (návaznosti spojů) rozhoduje dispečer IDS u autobusových dopravců o jejich čekání ve vazbě na přípojné autobusové a vlakové linky, při požadavku na čekání vlakových linek u ČD žádá formou pokynu příslušného dispečera ČD, který zajistí, příp. zamítne čekání vlakových linek v požadovaných dopravních bodech tj. i na zastávkách (tedy nikoli pouze ve stanicích obsazených výpravčími).

3.2

Přenos informace o poloze vlaků z ISOŘ CDS

Na straně provozovatele dráhy SŽDC s.o. (resp. do září 2011 na straně ČD a.s. jako operátora obsluhy dráhy) je klíčovým zdrojem informací o poloze vlaků Centrální dispečerský systém ISOŘ CDS (zejména viz [5], [6], [7]). Ten pomocí svých klíčových modulů (Modul sledování vlakové dopravy, Modul informací a dotazů, Modul komunikace, Modul sledování výlukové činnosti, Modul analýzy GVD a Modul zvláštních přeprav) zajišťuje kromě vlastního sledování jízd vlaků a vedení splněného grafikonu vlakové dopravy také důležité podpůrné funkce, jako je zahájení a ukončení výlukových akcí i výluk služby dopravních zaměstnanců, sledování rozborů vlaků a jejich náležitostí, a odesílání a příjem předhlášek okolním systémům včetně systémů sousedních železnic. Pro potřeby dispečerského řízení IDS JMK je pochopitelně klíčovou informací pohyb vlaku (garantovaná informace ze systémů provozního řízení), respektive poloha vlaku (tzv. negarantovaná informace s GPS polohou zasílaná z hnacích vozidel dopravce ČD vybavených tímto modulem). Zatímco systémy provozního řízení v čele s ISOŘ CDS pracují především s informací o pohybu vlaku, dispečink IDS JMK pracuje s informací o poloze vlaku, a proto se i klíčová informace 080 o jízdě vlaku před vysíláním do systému CEDRIS převádí do standardizované informace (V780) s doplněním GPS souřadnic. Obdobně jsou i všechny informace o poloze, které jsou přijímány z hnacích vozidel ČD, převáděny do této standardizované informace. 9


Obr. 7 - Panel systému ISOŘ CDS V panelu splněného grafikonu vlakové dopravy systému ISOŘ CDS jsou informace o poloze vlaku z GPS barevně odlišeny žlutým trojúhelníčkem (viz obrázek); na rozdíl od informace o pohybu vlaku, garantované vždy pouze výpravčím dané stanice, indikují informace z GPS i polohu vlaku v zastávkách, tedy de facto na širé trati. Pro dodržení a zajištění přestupů a návaznosti spojů v zastávkách se ovšem jedná o naprosto nezbytný údaj.

Obr. 8 - Panel systému ISOŘ CDS – detail s polohami vlaků z GPS 10


3.3

Poloha vozidla z GPS: doplňkový, nebo klíčový údaj?

Jak bylo naznačeno v předchozím odstavci, jsou v informačních systémech pro řízení železničního provozu chápány informace o poloze vlaku z GPS spíše jako doplňkové. Pro řízení dopravy v IDS JMK se ale naopak jedná o klíčový údaj (vzhledem k časté návaznosti spojů nejen ve stanicích obsazených výpravčími, ale i na zastávkách).

Obr. 9 - Vybavení vozidel: terminál MSP pro Mobilní Sledování Polohy Veškerá vozidla autobusů v regionální dopravě jsou proto vybavena terminálem MSP pro Mobilní Sledování Polohy (viz obrázek); vozidla DPMB jsou vybavena jiným zařízením. Tento terminál je centrálou pro komunikaci řidiče s dispečinkem: kromě automatického hlášení polohy z GPS na dispečink jsou také na toto zařízení v opačném směru přenášeny různé informace a pokyny dispečinku, mimo jiné o zpoždění přípojů a souvisejícím čekání. Dále může řidič v případě potřeby vysílat vybrané předdefinované zprávy, jako je oznámení o předpokládaném zpoždění, nadměrné frekvenci cestujících, žádosti o telefonické spojení apod. V letech 2007-2008 byla v rámci pilotního projektu vybraná železniční vozidla vybavena modulem GPS, který přes instalovaný datový modul zasílá informace o poloze prostřednictvím GSM/GPRS do komunikační brány železniční bezdrátové přenosové sítě (ŽBPS). V oblasti IDS JMK se jedná o datový modul komunikační jednotky CAB rádia FXM20 od pardubické firmy RADOM, na kterých byla úspěšně testována mimo jiné bezpečnostní funkce dálkového zastavení vlaku (adresný a generální STOP). Konkrétně se jedná o 18 vozidel, resp. 9 ucelených pantografových jednotek řady 560. V současné době probíhá v rámci vybavování dalších vozidel komunikací GSM-R testování datových přenosů s GPS polohou také od jiných dodavatelů na dalších typech hnacích vozidel a jednotek.

11


Oznámení polohy a pohybu vlaků pro IDS Centrální dispečerský systém CDS OLTIS Olomouc

Intranet ČD V8880

TCP/IP

V7800

Procedura ČDT

TCP/IP

Komunikační server

GSM/TCP převodní server

ŽBPS GSM poloha

Procedura ČDT

převod V8880 na V7800

Modul převodu V8880 na V080x

Intranet ČD

TCP/UDP převodník

převod V080x na V7800

SF Pardubice

Aplikační server

FW ČDT

Vykreslení polohy v CDS

Veřejný Internet UDP protokol Zpráva V080x

Informace V7800 se souřadnicemi polohy vlaku

„Vlak odjel“

Pracoviště dispečera SŽDC O11 Brno a ČD O16 Brno

Provozní aplikace výpravčích ( Dopravní deník – GTN – SGVD-D3 )

Centrální dispečink IDS JmK

Obr. 10 - Zpracování polohy vlaků z GPS v centrálních systémech Vlaky pro svou identifikaci používají informaci o poloze vlaku nikoli o pohybu vlaku. Z údajů o poloze lze pak odvodit přesné místo zastavení vlaku v dopravním bodě (hrany nástupiště) a vylučuje mimořádné zastavení před nástupištěm. Z tohoto důvodu je nutný převod mezi systémy a zajištění koordinace předávaných informací. Výsledkem je spolupráce v dopravních bodech a vytvoření přestupních časů pro cestující mezi jednotlivými druhy dopravy. Pro odbornou veřejnost uvádíme i označení druhu zpracovávané informace. Jak již bylo zmíněno, je základním formátem informace o poloze vozidla v systému CEDRIS nikoli pohyb vlaku a jeho souřadnice definovaná dopravním bodem železniční sítě, ale poloha vlaku podle platných obecných GPS souřadnic. Toto řešení je univerzální vzhledem k různorodé skladbě vozidel pohybujících se na území IDS JMK (tramvaje, autobusy, vlaky), na druhé straně vyžaduje převod obvyklé informace 080-0 o pohybu vlaku (Jízda vlaku) do formátu V780-0 Poloha vlaku podle GPS. Převod formátu informací probíhá na komunikačním serveru systému ISOŘ CDS, jak naznačuje obrázek. Poloha vlaku z GPS je přenášena do systému CEDRIS beze změny; naopak pro využití v systémech provozního řízení železnice je převáděna na informaci 080-0. 12


Průběžně aktualizovaná poloha vlaku s přesným údajem včetně možnosti sledování na zastávkách je důležitým předpokladem návaznosti páteřních vlakových linek a napájecích autobusových linek, a proto de facto i předpokladem bezchybné funkčnosti systému jako celku. Po několika letech rutinního provozu je možné konstatovat, že tyto náročné požadavky splňuje popsaný provázaný systém beze zbytku.

4

Na závěr

4.1

Integrovaný dopravní systém jako funkční celek

Integrované dopravní systémy (IDS) propojují v daném městě, kraji, regionu či oblasti různé druhy veřejné dopravy osob v ucelený systém s jednotnými tarify a dokonale provázanou sítí linek a spojů. Tím vytvářejí fungující, propracovanou a životaschopnou alternativu k individuální automobilové dopravě a přinášejí tak významné výhody nejen participujícím dopravcům, ale především příslušným městům, obcím a regionům, a tím pádem i jejich občanům a zejména životnímu prostředí. Nezbytnou podmínkou činnosti každého integrovaného dopravního systému je především dokonalá koordinace jednotlivých spojů a linek prostřednictvím ústředního dispečinku, kterou se zabývá i autor tohoto příspěvku. Důležitou součástí dispečerského řízení je přitom průběžné sledování polohy dopravních prostředků, při němž se často využívají satelitní technologie GPS. Zatímco ale u autobusové dopravy se jedná v podstatě o jediný technický způsob získání informace o poloze vozidla, na železnici je tento systém de facto doplňkovým – hlavní systém tvoří síť dopravních kanceláří výpravčích, zastřešená Centrálním dispečerským systémem ISOŘ CDS. Díky integraci technologie GPS vznikl v IDS Jihomoravského kraje unikátní systém, který je vzorem i pro ostatní regiony České republiky. V současné době byly také zahájeny datové výměny s dalšími vznikajícími dispečinky IDS v ostatních krajích (ODIS, OREDO, ROPID).

4.2

Směry dalšího vývoje IDS JMK

Ani po deseti letech vývoje a po pokrytí celého území Jihomoravského kraje však vývoj IDS JMK nekončí. Postupně probíhají další práce na zkvalitňování vozového parku, přestupních vazeb i šíře spojů. Za nejdůležitější mezníky je možné označit: •

2007 – zprovoznění Centrálního dispečinku IDS JMK

•

2009 – projekty se žádostmi o dotace z programu ROP: ◊

zázemí pro cestující v přestupním uzlu Modřice (8,1 mil. Kč), realizován v roce 2011

◊

intermodální informační služby dopravní telematiky (rozvoj CED a elektronické informační panely), 22,9 mil. Kč, realizace do konce roku 2012 13


◊ •

elektronické odbavování cestujících pomocí čipových karet (realizace v letech 2012-2013)

2011 – podklady pro výběrové řízení na zajištění dopravy v oblasti Brněnska

•

rozšiřování IDS JMK směrem ke slovenským a rakouským hranicím, spolupráce s partnery z obou sousedních zemí Integrovaný dopravní systém Jihomoravského kraje (IDS JMK) za dobu své existence jasně prokázal svou správnost a smysluplnost. Dokazuje to zejména každoroční nárůst počtu cestujících a rovněž zvyšování nabídky spojů v regionální autobusové a železniční dopravě. Do budoucna se IDS JMK hodlá zaměřit na nalezení dalších zdrojů financování, zvýšení efektivity provozu a dořešení vazeb se sousedními zeměmi a kraji. 4.3

Resumé – Summary

Výrazem Integrovaný dopravní systém (IDS) bývá označován jednotný systém přepravy osob v dané aglomeraci, kraji, regionu či oblasti, se sjednocenými tarify a provázanou sítí linek a spojů. Jedním z nejlépe propracovaných systémů IDS v České republice je jihomoravský IDS JMK. Autoři shrnují desetiletou činnost organizátora KORDIS JMK, jejímž výsledkem ze systémového hlediska je propracovaná síť vzájemně navazujících linek a spojů, z technologického hlediska pak funkční, jednotně řízený systém využívající moderní informační a komunikační technologie pro zjišťování přesné polohy vozidel, ať už polohy vlaků ze systému provozovatele dráhy ISOŘ CDS, či obecně pomocí satelitního systému GPS.

4.4 [1] [2] [3] [4]

[5]

[6]

[7]

Literatura Integrovaný dopravní systém Jihomoravského kraje (IDS JMK) – Zpráva o vývoji (bulletin IDS), duben 2012 Webové stránky IDS JMK, online, http://www.idsjmk.cz/ Celosíťový jízdní řád IDS JMK, 2012, platí od 11. prosince 2011 Možnosti přeshraniční dopravy mezi Jižní Moravou a Dolním Rakouskem, Analýza stávajícího stavu a návrhy na rozvoj, studie, srpen 2010 (online: http://www.idsjmk.cz/) Krásenský, D.: Informační interoperabilita jako východisko pro rovný přístup dopravců k železniční dopravní cestě, Sborník konference EURNEX – Žel 2008, Žilinská univerzita v Žiline 2008 Krásenský, D., Skopal, L.: ISOŘ CDS jako klíčový systém pro sledování a prognózování vývoje vlakové dopravy, prezentace na semináři RainWorm 2010, OLTIS Group, Kurdějov Interní materiály společnosti OLTIS Group a.s.

Praha, říjen 2012

Lektoroval:

14

Ing. Miloslav Macháček ČD, a.s.


Radek Kratochvíl1, Mária Jánešová2

Porovnání finančních ukazatelů Liberecké a Petřínské lanové dráhy Klíčová slova: lanová dráha, náklady, tržby, přepravené osoby

Úvod Lanové dráhy patří všude ve světě mezi oblíbený dopravní prostředek nejen pro obyvatele dotyčných zemí, ale zejména pro turisty. V České republice je provozováno několik lanových drah. Mezi velmi oblíbené a hojně využívané patří pražská lanová dráha na Petřín, která je provozována Dopravním podnikem hl.m.Prahy a dále liberecká lanová dráha na Ještěd, která je provozována Českými drahami. Článek stručně porovnává tyto dva odlišné typy lanovek a to zejména z hlediska počtu přepravených osob, přímých nákladů a tržeb plynoucích z provozu těchto lanových drah. Lanová dráha na Petřín je typem kolejnicové pozemní lanové dráhy provozované v hlavním městě Praha zatímco lanová dráha na Ještěd je typem kabinové visuté lanové dráhy provozované na vrchol kopce Ještědu (1012 m n.m), nejvyššího bodu Ještědského hřbetu.

1. Lanová dráha na Petřín Petřínskou lanovou dráhu (LD) můžeme bezesporu zařadit mezi kulturní památky hlavního města Prahy. Lanová dráha spojuje spodní stanici Újezd LD s horní stanici Petřín LD (přes středovou stanicí Nebozízek LD). Obecně můžeme konstatovat, že plní dvě základní funkce. Tou první je zajišťování přepravy osob mezi jednotlivými stanicemi a tou druhou je funkce turistické atrakce, stejně jako například lanové dráhy v Budapešti či Paříži.

1

Ing. Radek Kratochvíl, rok nar.1976, vysokoškolské vzdělání (ČVUT FD, obor management a ekonomie dopravy a telekomunikací, Konviktská 20, Praha 1), obor zaměření činnosti ekonomie, ČVUT FD

2

doc. PhDr. Mária Jánešová, CSc., vysokoškolské vzdělání (Slovensko), obor zaměření činnosti ekonomie, ČVUT FD

1


Obrázek 1 - Lanová dráha na Petřín. Zdroj: http://www.dpp.cz Výstavba lanové dráhy byla zahájena v roce 1891. První zkušební jízda se uskutečnila dne 13.července 1891 a následně byla na lanové dráze dne 25.července 1891 zahájena pravidelná přeprava cestujících. Pohon této původní lanové dráhy fungoval na principu vodní převahy. Tento systém byl ve 30.letech 20.století nahrazen pohonem elektrickým, který slouží dodnes. V současné době je majitelem a provozovatelem petřínské lanové dráhy Dopravní podnik hl.m.Prahy. Lanová dráha je součástí pražské integrované dopravy (PID), která jako moderní systém městské hromadné dopravy (MHD) dále zahrnuje metro, městské a příměstské autobusy, tramvaje, železnici a přívozy. Technická správa komunikací hl.m.Prahy - Úsek dopravního inženýrství vydává pravidelně každý rok ročenku dopravy. V tomto dokumentu jsou obsažena veškerá data týkající se pražské integrované dopravy vč.lanové dráhy na Petřín. Z dokumentu mimo jiné vyplývá, že lanová dráha přepravuje poslední roky pravidelně téměř 2 milióny osob. Z dokumentu můžeme též vyčíst podíl přepravených osob lanovou dráhou na celkovém počtu v rámci celé PID či tržby z jízdného v rámci celé PID. Tabulka 1 - Počet a podíl přepravených osob LD, tržby a náklady LD Počet přepr. Podíl přepr.osob LD na Tržby z jízdného Tržby z jízdného Náklady na LD v rámci LDosob LD celk.počtu v rámci PID v rámci celé PID přepočet 1,80 mil. 0,14% 15,004 mil.Kč 4 398 mil.Kč 2009 6,16 mil.Kč 1,77 mil. 0,14% 14,145 mil.Kč 4 461 mil.Kč 2010 6,25 mil.Kč 1,84 mil. 0,16% 14,368 mil.Kč 4 533 mil.Kč 2011 7,25 mil.Kč Rok

Dopravní podnik hl.m.Prahy nemá k dispozici údaje o tržbách, které jsou přímo vázané k lanové dráze na Petřín. V teoretické rovině můžeme uvažovat, že procentní podíl přepravených osob lanovou dráhou na celkovém počtu přepravených osob v rámci celé PID odpovídá stejnému procentnímu podílu tržeb z jízdného v rámci lanové dráhy na celkových tržbách v rámci celé PID. Ve skutečnosti ovšem nebude tento vztah zcela přesný, protože lanovou dráhu využívají zejména turisté a ti si většinou kupují časové jízdenky a nikoliv zvýhodněné kupóny. Toto tvrzení můžeme podložit provedeným průzkumem, který dne 24.května 2006 realizoval 2


Dopravní podnik hl.m.Prahy. Jedná se zatím o poslední provedený přepravní průzkum tohoto druhu, kdy cílem průzkumu bylo zjistit počet přepravených osob na lanové dráze Újezd – Petřín vč.skladby cestujících a použitých jízdních dokladů. Z průzkumu mimo jiné vyplývá, že celkem 82% přepravených osob (z celkového počtu) bylo turistů a dále, že celkem 64,5% přepravených osob (z celkového počtu) využilo jedn.přestupní jízdenku. V dnešní době (od poslední úpravy cen MHD v Praze dne 1.7.2011) platí na lanové dráze na Petřín běžné časové jízdenky i kupóny, základní jízdné je 32Kč, pro jízdu lanovou dráhou však postačí krátkodobá 30 minutová jízdenka za 24Kč. Na lanové dráze je možné též využívat SMS jízdenky. Zajímavé je možná zmínit to, že na začátku svého provozu v roce 1891 stála jednosměrná jízdenka nahoru 12 krejcarů, směrem dolů 6 krejcarů a obousměrná jízdenka pak 15 krejcarů.

2. Lanová dráha na Ještěd Druhou popisovanou lanovou dráhou je liberecká dvoukabinová visutá lanová dráha spojující spodní stanici Horní Hanychov s horní stanicí Ještěd. Tato lanová dráha je v zimním období využívána zejména návštěvníky Ski areálu Ještěd, který poskytuje výborné podmínky pro lyžování, v ostatních měsících pak lanová dráha slouží pro zájemce turistiky či cykloturistiky.

Obrázek 2 - Lanová dráha na Ještěd. Zdroj: http://www.cd.cz Výstavba lanové dráhy na Ještěd byla zahájena v roce 1932 a oficiální provoz byl spuštěn dne 27.června 1933. V letech 1971 až 1975 byla provedena rozsáhlá rekonstrukce, provoz byl následně znovu zahájen dne 31.prosince 1975. V současné době, resp. již od roku 1993 jsou majitelem a provozovatelem liberecké lanové dráhy České dráhy. Tato lanová dráha patří mezi jedinou LD provozovanou ČD. Dle informací Českých drah přepraví lanovka za poslední roky pravidelně kolem 200 tisíc cestujících.

3


Tabulka 2 - Počet a podíl přepravených osob LD, tržby a náklady LD Rok 2009 2010 2011

Počet přepr. Podíl přepr.osob LD na osob LD celk.počtu v rámci ČD 236 048 204 044 218 698

0,14% 0,13% 0,13%

Náklady na LD

Tržby z LD

6,482 mil.Kč 6,624 mil.Kč 8,351 mil.Kč

9,295 mil.Kč 9,547 mil.Kč 9,930 mil.Kč

V dnešní době (od posledního navýšení tarifu TR14 v roce 2009/2010 ) platí na lanové dráze na Ještěd obyčejné základní jízdné pro jeden směr 75Kč, obousměrná základní jízdenka pak stojí 120Kč na osobu. Kromě těchto standardních jízdenek mohou být využívány například i zvýhodněné síťové jízdenky Libnet, které jsou určeny pro cestování v Libereckém kraji a v německém a polském příhraničí. Přeprava na zvýhodněné jízdenky Libnet nebo adekvátní zahraniční jízdenky se neobjevuje v údajích o tržbách, které mají k dispozici České dráhy.

3. Závěrečné porovnání Ze vzájemného porovnání obou lanových drah vyplývá, že lanovou dráhu na Petřín využívá každým rokem přibližně 8krát více osob než lanovou dráhu na Ještěd a tento fakt má samozřejmě i podstatný vliv na celkové provozní náklady daných LD, které jsou u LD na Petřín o poznání vyšší. S ohledem na vytíženost obou LD jsou ovšem tyto náklady na jednu přepravenou osobu vyšší u LD na Ještěd. Tabulka 3 - Porovnání nákladů a tržeb, poměr přepravených osob obou LD

Rok 2009 2010 2011

Poměr přepravených osob LD Petřín / LD Ještěd 7,6 / 1 8,6 / 1 8,4 / 1

Náklady LD na jednu přepravenou osobu Petřín 8,33 Kč 7,99 Kč 7,81 Kč

Ještěd 27,46 Kč 32,46 Kč 38,18 Kč

Tržby LD z jedné přepravené osoby Petřín 3,42 Kč 3,53 Kč 3,94 Kč

Ještěd 39,37 Kč 46,79 Kč 45,55 Kč

Při analýze tržeb plynoucích z provozování daných lanových drah dojdeme k závěru, že u LD na Ještěd tržby převyšují náklady. Ve výpočtu ale uvažujeme pouze přímé provozní náklady, nikoliv náklady nepřímé (režijní, atd.). Významnou položkou, která ovlivňuje nákladovou část porovnání, je i investice do pravidelných servisních prohlídek, případně dalších neočekávaných zásahů na lanové dráze (havárie, atd.). Pravidelné servisní prohlídky jsou prováděny u obou LD velmi podobně, tj. vždy 2x ročně, na jaře a na podzim. Tento zásah trvá zpravidla 1-2 týdny. Hlavním důvodem rozdílných objemů tržeb a vzájemného poměru tržeb a nákladů obou lanových drah je zejména rozdílná cenová politika dotyčných provozovatelů.

4


Tabulka 4 - Poměr tržeb a nákladů obou LD Lanová dráha Petřín poměr Tržby/Náklady

Lanová dráha Ještěd poměr Tržby/Náklady

0,41 0,44 0,50

1,43 1,44 1,19

Je zajímavé, že ač se jedná o dvě velmi rozdílné lanové dráhy, jak do technického řešení tak i do lokálního umístění, mají obě LD téměř stejný podíl přepravených osob na celkovém počtu přepravených osob daných provozovatelů (kolem 0,14%). Lanové dráhy na Petřín a Ještěd nejsou nosnými pilíři pražské integrované dopravy ani Českých drah, tvoří ovšem jejich neodmyslitelné součásti. Každoročně je využívá několik set tisíc osob a to jak obyvatel hl.m.Prahy či Libereckého kraje, tak turistů ze všech koutů světa. Popřejme tedy lanovým drahám na Petřín a Ještěd mnoho dalších let úspěšného a bezporuchového provozu. Zároveň bychom rádi poděkovali přednostovi LD Ještěd (pan Vladimír Štěpán) a vedoucí provozovny LD Petřín (pan Stanislav Laně) za ochotu a poskytnutí veškerých relevantních informací potřebných k napsání tohoto článku.

Literatura [1] TSK ÚDI, autorský kolektiv: Ročenka Dopravy Praha 2011. Praha, TSK hl. m. Prahy, 2012 [2] TSK ÚDI, autorský kolektiv: Ročenka Dopravy Praha 2010. Praha, TSK hl. m. Prahy, 2011 [3] TSK ÚDI, autorský kolektiv: Ročenka Dopravy Praha 2009. Praha, TSK hl. m. Prahy, 2010 [4] ČESKO. DOPRAVNÍ PODNIK HLAVNÍHO MĚSTA PRAHY. DPP: Dopravní podnik hlavního města Prahy [online]. DPP, [cit. 2012-06-06]. Dostupné z: http://www.dpp.cz/ [5] ČESKO. ČESKÉ DRÁHY. CD: České dráhy [online]. CD, [cit. 2012-06-06]. Dostupné z: http://www.cd.cz/

Praha, červenec 2012

Lektoroval:

Ing. Pavel Šitner ČD, a.s.

5


Aleš Lieskovský1, Ivo Myslivec2, Jan Patrovský3

ETCS a AVV - spolupráce v praxi Klíčová slova: ETCS, AVV, ATO-TENT, vlakový zabezpečovač, automatizace jízdy vlaku

Úvod V roce 2006 byl ve Vědeckotechnickém sborníku č. 21 uveden článek " ETCS a AVV - spolupráce, nikoliv konkurence" popisující vzájemný vztah zabezpečovacího zařízení, zde konkrétně systému ETCS (European Train Control System), a automatizačního systému, konkrétně AVV (Automatické vedení vlaku). Bylo ukázáno, že oba systémy si vzájemně nekonkurují, ale naopak se velmi výhodně doplňují, čímž se dosahuje znásobení jejich přínosů pro zvýšení bezpečnosti a zároveň zefektivnění jízdy vlaku.

Realizace Během uplynulých 6 let došlo k realizaci Pilotního projektu ETCS v České republice, v jehož rámci bylo na vozidlech 362.166 a 471/971.042 zprovozněno i propojení mezi ETCS a AVV. Zatímco na jednotce 471/971.042 byl systém AVV standardně instalován již při výrobě a k vyřešení zbyl "jen" interface mezi oběma systémy (což z hlediska hardware vyžadovalo vyměnit procesorovou kartu v AVV za typ s CAN-komunikací a dále navrhnout a dosadit převodník mezi linkami CAN a RS485), bylo na lokomotivě 362.166 nutno kromě jiného vyřešit i samotnou zástavbu systému AVV (včetně všech periferií) do vozidla. Po úspěšném zvládnutí problému se pokračovalo definováním rozhraní jak na hardwarové úrovni (fyzická vrstva komunikace), tak specifikací přenášených dat a přenosového protokolu. Byl použit stejný protokol, jaký EVC (European Vital Computer - jádro systému ETCS) používá pro komunikace s jinými periferiemi - tzv. protokol FFFE. Přenášená data 1

Dr. Ing. Aleš Lieskovský, nar. 1964. Absolvent VŠDS Žilina, obor Elektrická trakce a energetika. V r. 1995 obhájil na VŠDS Žilina doktorskou práci z oblasti řídicích systémů hnacích vozidel. Do r. 1996 ve VÚŽ, nyní v AŽD Praha s.r.o. Zabývá se vývojem automatizačních a diagnostických systémů pro drážní vozidla. Dr. Ing. Ivo Myslivec, nar.1967. Absolvent FEL ČVUT Praha, obor Technická kybernetika. V r. 1995 obhájil na VŠDS Žilina doktorskou práci z oblasti řídicích systémů hnacích vozidel. Do r. 1996 ve VÚŽ, nyní v AŽD Praha s.r.o. Zabývá se vývojem automatizačních a řídicích systémů pro drážní vozidla. 2

3

Ing. Jan Patrovský, nar. 1981. Absolvent FEL ZČU, obor Dopravní elektroinženýrství. Do r. 2012 v pracoval ve firmě Ansaldo STS v Itálii (Janov) a v pobočce v Praze, nyní v AŽD Praha s.r.o. Zabývá se aplikacemi ETCS na vozidlech i na infrastruktuře.

1


byla rozdělena do dvou skupin - data přenášená jednorázově (při startu systému nebo na vyžádání AVV) a data přenášená periodicky. Jednorázově jsou přenášena tzv. statistická data (např. číslo vlaku, délka atd.) a dále parametry brzdicích křivek (aby AVV bylo schopno vygenerovat shodnou křivku, jakou používá ETCS, a pod ní pak regulovat vlastní brzdění). Periodicky se přenášejí proměnná data (rychlost, ujetá dráha, statický rychlostní profil, identifikační číslo posledně přečtené balízy apod.). Zpět z AVV do ETCS se periodicky (avšak s dlouhou periodou) posílá stav AVV.

Zkoušky a provoz Jelikož spolupráce ETCS s AVV nebyla prioritním bodem Pilotního projektu, došlo k ověření této spolupráce až po odzkoušení většiny ostatních (zabezpečovacích) funkcí ETCS na jaře a v létě roku 2010. Po odladění drobných nesrovnalostí začala spolupráce fungovat a AVV začalo řídit vlak podle rychlostních profilů ETCS. Bylo ověřeno, že lokalizace (určení polohy vlaku na trati) pomocí balíz ETCS pracuje s dostačující přesností (je nutno si uvědomit, že z hlediska bezpečnosti jízdy vlaku není závažnou závadou, pokud vlak ve skutečnosti ještě není v místě, jenž je systémem určeno jako jeho aktuální poloha, avšak automatizační systém nemůže pracovat s takovouto bezpečnostní rezervou, protože by to znamenalo např. nedojetí k nástupišti). Též bylo zjištěno, že zásahové (intervenční) brzdové křivky systému ETCS jsou velice opatrné, přesněji řečeno, neuvažují skutečné zrychlení vozidla a nepovolí tedy již brzdícímu a zpomalujícímu vozidlu těsnější přiblížení k brzdné křivce. Proto musí AVV řídit brzdění poměrně hluboko pod brzdnou křivkou ETCS tak, aby se vlak pohyboval pod zásahovou křivkou. Z hlediska vlastní regulace to problém není, parametry křivek jsou z ETCS do AVV předávány dle potřeby, takže AVV má potřebné údaje k dispozici, velmi opatrné brzdění však nepůsobí dobře na strojvedoucího a samozřejmě má nepříznivý dopad na jízdní dobu a potažmo spotřebu energie. Tato skutečnost též může vynutit zásah strojvedoucího (Override LoA) v místech, kde je potřeba dojet až k návěstidlu se zakazující návěstí (nástupiště ukončená návěstidlem, např. ve stanicích Velim či Pečky) Dalším zjištěním je, že měření rychlosti ETCS je zatíženo určitým zpožděním, což se projevilo hlavně při jízdě samotné lokomotivy 362.166 bez zátěže. Vlivem určité minimální dosažitelné hodnoty tažné síly, nízké hmotnosti a nízkého absolutního jízdního odporu samotné lokomotivy dochází k mírné oscilaci rychlosti okolo požadované hodnoty, oscilace jsou však malé, v řádu desetin km/h. Jelikož však ETCS má velice přísná kritéria na vyhodnocení úrovně rychlosti, upozorňuje na překročení rychlosti i při velmi malém překmitu. Zajímavým poznatkem bylo, že indikace překročení rychlosti (zvukový signál + zoranžovění indikátoru rychloměru) nastala až v okamžiku, kdy skutečná rychlost (měřená centrálním regulátorem vozidla) byla po sjetí tažné síly na nulu už v dolní amplitudě a lokomotiva přecházela opět do tahu. V okamžiku horní amplitudy kmitu rychlosti a přechodu lokomotivy do výběhu pak ETCS ukazovalo rychlost pod hlídanou hodnotou. Tento jev je ale v praktickém provozu víceméně výjimečný, protože hmotnost připojených vozů má na kmitání rychlosti vyhlazující účinek (při stejné hodnotě tažné síly je nižší zrychlení) a též se zvýší jízdní odpor soupravy, takže se snižuje velikost přebytku tažné síly při její minimální hodnotě.

2


Jednotka 471 uvedený jev nevykazovala, jednotka jezdí vždy celá (sólo motorový vůz nelze provozovat) a minimální hodnota tažné síly je dostatečně malá pro udržení konstantní rychlosti bez nutnosti pulsování tažné síly. Během zkoušek byl objeven problém nekorektního chování komunikační periferie ETCS při přerušení činnosti jádra ETCS, proto bylo po ukončení zkoušek spojení mezi ETCS a AVV elektricky rozpojeno a do vyřešení problému bylo ETCS provozováno bez spolupráce s AVV. V současné době je systém opět plně funkční a spolupráce mezi ETCS a AVV byla obnovena. Nicméně v praxi je spolupráce provozována téměř výhradně na jednotce ř. 471, kde jsou strojvedoucí s obsluhou AVV dokonale obeznámeni a data AVV jsou průběžně aktualizována (prakticky to znamená aktualizaci při změně grafikonu nebo při stavební změně na trati, což bylo - a opět bude - aktuální hlavně v době výstavby koridoru). Lokomotiva 362.166 je obsazována strojvedoucími, jež v turnusu nemají jiná vozidla vybavená AVV a raději jezdí bez AVV, proto ani palubní data nejsou aktualizována průběžně. Obsluha a činnost systému ETCS není nijak závislá na tom, zda AVV je či není v provozu. Obsluha AVV je mírně odlišná pouze v okamžiku uvedení AVV do činnosti (při zadávání čísla vlaku), kdy při zkouškách ETCS zadává strojvedoucí číslo vlaku zvýšené o 10 000. Důvodem je požadavek, aby se vlak v době mimo zkoušky choval zcela standardně, tedy aby se v pilotním úseku (Český Brod (mimo) - Kolín (mimo)) orientoval podle informačních bodů MIB6. Při zkouškách ETCS je naopak jedním z cílů ověřování orientace podle balíz ETCS. Proto musí být v paměti AVV nahrány dvě různé mapy téže tratě a k jejich výběru slouží právě prefix - vlak XXXX jede po trati vybavené MIBy, zatímco vlak 1XXXX jede po téže trati, avšak vybavené balízami. Rychlostní profil se z ETCS, pokud je v činnosti, přebírá v obou případech, tedy bez ohledu na způsob orientace. Vstup do pilotního úseku, jakož i výstup z něj, probíhá z pohledu AVV bez jakýchkoliv dalších zásahů strojvedoucího zcela automaticky.

Výhody a nevýhody spolupráce Výhody spolupráce ETCS s AVV jsou obecně známé: spojením obou zařízení vznikne systém, jenž zajistí bezpečnou a komfortní jízdu vlaku s přesným dodržováním grafikonu (pokud nezasáhnou vnější vlivy), s minimem spotřebované energie a nižším opotřebením trakčních i brzdových součástí vozidla při současném snížení psychické zátěže strojvedoucího, který může pracovat s vědomím, že případné bezpečnostní selhání jeho či AVV nemusí vést k nehodě, ale bude eliminováno bezpečným zásahem ETCS. Sníží se i jeho pracovní zatížení, kdy z důvodu předávání úplného rychlostního profilu mj. nemusí upřesňovat některé návěstní znaky návěstidel. Nevýhody spojení dosud žádné zjištěny nebyly - propojení obou zařízení je poměrně jednoduché a finančně nenáročné a nepřináší žádné komplikace konstrukční ani provozní. Z hlediska AVV je pouze dosti omezující nutnost regulovat jízdu pod poměrně pesimistickou brzdnou křivkou ETCS, toto je však dané principem samotného ETCS a nevyplývá až z jeho spojení s AVV.

3


Další rozvoj spolupráce systémů ETCS a ATO Dle dostupných informací je naše realizace propojení mezi ETCS a automatizačním zařízením třídy ATO (Automatic Train Operation) vůbec první takovou realizací v Evropě. Po několika prezentacích našeho řešení různým zahraničním odborníkům, včetně příspěvku na 10. světové konferenci ETCS letos ve Stockholmu, se konečně dostává existence fungujícího zařízení třídy ATO do povědomí odborníků v Evropě, což mj. vedlo i k pozvání společnosti AŽD Praha s.r.o. do pracovní skupiny UNIFE (Unie evropských výrobců železniční techniky) ATO-TENT, která má za úkol definovat standardy pro činnost systému ATO a pro jeho spolupráci s ETCS. Prvotní nadšení, že v podstatě není co řešit, protože jak vlastní ATO, tak jeho spolupráci s ETCS máme úspěšně odzkoušené, bylo poměrně rychle potlačeno mnoha novými body k řešení, které jsou dílem objektivní, dílem subjektivní (z pohledu konkrétního řešení AVV). Objektivní body vycházejí z nepoměrně širšího interoperabilního nasazení uvažovaného systému, kde by třeba byla obtížná průběžná aktualizace traťových map nahraných v paměti počítače na vozidle - jednalo by se o tisíce kilometrů tratí spravovaných různými správci infrastruktury v mnoha zemích, s různými informačními databázemi a různými zvyklostmi při předávání informací provozovatelům vozidel. Téměř shodný problém by byl s aktualizací jízdních řádů. Další víceméně objektivní skutečností je rozdílná koncepce systémů u různých výrobců a s tím související různá úroveň rozhraní mezi automatizačním systémem a vozidlem - jinými slovy, do jaké úrovně má problém (hlavně se jedná o otázku řízení pohonu a brzd) řešit ATO a od jaké úrovně ho řeší vozidlo. Nicméně je pravdou, že opravdové provozní nasazení je pouze v ČR, a to v absolutní většině případů na vozidlech bez ETCS, takže direktivní stanovení tohoto rozhraní by nějaké větší komplikace nepřineslo. Nakonec je nutno zmínit i zcela nové funkce, které AVV nemá, např. ovládání dveří vlaku, ovládání dveří na nástupišti či funkce bezobslužného obratu. Jako subjektivní problematické body je možno uvést požadavek na údaje, které objektivně nejsou potřeba, např. poloměry oblouků pro upřesnění jízdního odporu, který je ale sám zatížen nepřesnostmi a náhodnými vlivy (vítr apod.) několikrát převyšujícími toto upřesnění; či naopak absence jiných signálů, které potřeba jsou (např. přístup k surovému signálu z čidel rychlosti, neboť zpracování tohoto signálu pro účely regulace musí být mnohem přesnější a rychlejší než výstupní signál o rychlosti dostupný v ETCS - viz zmiňované kmitání rychlosti sólo lokomotivy 362.166 a obraz této rychlosti poskytovaný ETCS). Nicméně tyto problémy se daří úspěšně řešit tím, že takovéto signály jsou definované jako volitelné či specifické dle výrobce, čímž se zpřístupní těm, kteří je ve svém řešení vyžadují. Samostatnou kapitolou pak je problematika zobrazování dat systému ATO strojvedoucímu. Filosofie zobrazování údajů strojvedoucímu u systému AVV vychází z toho, že strojvedoucí musí být schopen z obrázku vyčíst vše, co v dané chvíli potřebuje k ujištění, že systém pracuje správně. V prvních letech provozu systému AVV (počátek 90. let) jsme vyslechli mnoho připomínek strojvedoucích k tomu, co a jak zobrazovat a co je naopak pro ně v dané chvíli zbytečné. Proto systém zobrazuje hodnoty aktuálně dovolené rychlosti (předcházející rychlostník, v obvodu

4


výhybek přilehlých k návěstidlu pak rychlost dovolenou tímto návěstidlem, trvající pomalá jízda), rychlosti cílové (tj. příští rychlostník, příští návěstidlo atd.) a rychlosti na jednotlivých brzdných křivkách. Dále systém zobrazuje i výslednou (nejvíce omezující) křivku, která je navíc zobrazena blízko rychlosti skutečné, takže strojvedoucí může velice jednoduše porovnat, zda vlak brzdí podle předpokladů a skutečná rychlost tuto křivku nepřekračuje (což např. při brzdění do zastávky není kontrolováno systémem ETCS). Jako velice důležitý údaj považujeme vzdálenosti k jednotlivým cílům (omezení traťové rychlosti, následující návěstidlo, zastávka, příp. pomalá jízda), na nichž se jako na prvních projeví nesprávné chování systému způsobené vadným měřením dráhy (např. smyk, špatně nastavené průměry kol apod.). Tyto příčiny jsou jinak na jedoucím vozidle obtížně technicky zjistitelné a vyžadují další systém měření rychlosti a dráhy, nezávislý na otáčení kol (např. radar či GPS). Na základě připomínek strojvedoucích se měnila i logika zobrazování, aby se zbytečně nezobrazovaly cíle, které jsou ještě daleko (byť s nimi systém už pracuje). Jelikož AVV zobrazuje data ze všech větví regulátoru cílového brzdění (nejen výslednou hodnotu), je strojvedoucí schopen "vidět" i za nejbližší cíl, tj. může se ujistit, že po skončení cílového brzdění např. ke vjezdovému návěstidlu systém plynule přejde na brzdění k nástupišti. Tento přístup však vyžaduje nejlépe samostatný displej či vyhrazený prostor na jiném displeji (displej vozového počítače apod.), či přinejmenším úpravu zobrazení na displeji ETCS. Ostatní členové pracovní skupiny UNIFE zastávají názor diametrálně opačný: strojvedoucímu prý postačí zobrazit jedinou informaci - "zelenou kontrolku", že vše pracuje správně. Náš detailní přístup odmítají s tím, že strojvedoucí nemá zapotřebí vidět do vnitřku systému (kterému by prý stejně neporozuměl) a stačí mu informace, že vše probíhá správně. Snad jediná výhoda tohoto přístupu je v tom, že pro zobrazení této informace se najde místo bez větších problémů víceméně kdekoliv. Nicméně činnost pracovní skupiny stále probíhá a veškeré body jsou stále otevřeny změnám.

Rozvoj v České republice V současné době se začíná s realizací komerčního nasazení systému ETCS na tratě prvního tranzitního koridoru v úseku Kolín - Břeclav. Projekt SŽDC se však týká pouze traťové části systému ETCS, nikoliv vozidel (s výjimkou měřicího vozu zabezpečovacích zařízení, který je připravován pro SŽDC-TÚDC a který bude vybaven jak ETCS, tak AVV, samozřejmě s vazbou na ETCS). Vybavení vozidel mobilní částí ETCS je záležitostí jejich vlastníků, tedy např. Českých drah. Je pravděpodobné, že instalace ETCS se bude dotýkat hlavně těch vozidel, u kterých je předpoklad interoperability a tedy zajíždění do zahraničí, a to na tratě vybavené ETCS. Prakticky jde o jednotky ř. 680 (Pendolína), která sice systémem ETCS vybaveny jsou, ale systém AVV dosazen nemají a ani mít nebudou (ač původní projekt a technické podmínky s ním počítaly) a lokomotivy ř. 380, které naopak AVV mají a na tratích vybavených informačními body ho aktivně využívají, ale nemají zatím instalované ETCS. Případná další nově pořizovaná vozidla pro dálkovou mezinárodní dopravu již budou systémem ETCS zřejmě vybavována standardně, vybavení automatizačním

5


systémem závisí na výrobci konkrétního vozidla, zda-li je schopen takovýto systém nabídnout a samozřejmě zdali je kupující ochoten toto nabídnuté řešení zaplatit.

Závěr Pilotní projekt ETCS v České republice kromě jiného ukázal, že spolupráce ETCS a ATO (AVV) je možná a přináší očekávané výhody (byť na velmi krátkém pilotním úseku dost obtížně prokazatelné. Nezbývá než doufat, že po dokončení traťové části ETCS až po Břeclav budou mobilní částí ETCS schopnou spolupráce s AVV vybaveny i lokomotivy ř. 380, které tak budou moci využívat AVV i na tratích neosazených informačními body MIB6, kde plně prokáží i ekonomickou stránku spolupráce - investiční úspory za neinstalované body a provozní úspory ve snížené spotřebě energie a přesnějším plnění grafikonu. Dále je zřejmé, že automatizace řízení vlaku s ohledem na minimalizaci spotřeby energie se stává jedním z cílů skupiny UNIFE, a tudíž že naše dlouholetá činnost bude zarámována jednotnými evropskými pravidly. Zde je pak nutno prosazovat, aby bylo přijato co nejvíce našich zkušeností z provozu, aby ona pravidla byla ku prospěchu železnici jako celku.

Literatura [1] [2] [3]

[4]

[5] [6]

LIESKOVSKÝ, A., MYSLIVEC, I., ŠULA, B. Moderní řídicí systémy hnacích vozidel Českých drah. Automatizace, č. 8, 1996 MYSLIVEC, I., ŠPAČEK, P., ŠULA, B.: Automatické vedení vlaku AVV. Vědeckotechnický sborník č. 5, VÚŽ,1998 CHUDÁČEK, V., LOCHMAN, L.: Vlakový zabezpečovací systém ERTMS/ETCS (1. a 2. část). Vědeckotechnický sborník č. 5 a č. 7, VÚŽ, 1998 a 1999 LIESKOVSKÝ, A.: Pilotní projekt ČD ETCS, mobilní části - rozhraní k vozidlu. Sborník 2. konference Moderní technologie a diagnostika v železniční telekomunikační a zabezpečovací technice, České Budějovice, 2005 LIESKOVSKÝ, A., MYSLIVEC, I., ŠPAČEK, P.: ETCS a AVV - spolupráce, nikoliv konkurence. Vědeckotechnický sborník č. 21, VÚŽ 2006 LIESKOVSKÝ, A., MYSLIVEC, I.: ETCS a ATO - poprvé společně. Sborník konference Žel2010, Žilina, 2010

Praha, říjen 2012

Lektoroval:

Ing. Petr Varadinov SŽDC, s.o.

6


Adolf Mazurka1

Přenosná osobní pokladna - technické řešení Klíčová slova: přenosná osobní pokladna (POP), odbavení cestujících, bezkontaktní čipová karta (BČK), mobilní terminál, tiketing

Úvod Pilotní ověřování prvních dvou kusů Přenosných osobních pokladen bylo v prostředí ČD zahájeno v roce 1996. Nyní je provozu již IV. a V. generace těchto pokladen vybavená čtečkou bezkontaktních čipových karet, čtečkou čárových kódů a komunikačními komponentami. Systém On-line POP přešel do produktivního režimu od března 2012.

Obr. 1 – HW POP v rukách zaměstnanců ČD je neodmyslitelnou pomůckou v oblasti odbavení cestujících a provozu osobní dopravy.

1

Adolf Mazurka, Ing., 1970, Vysoká škola dopravy a spojů Žilina, systémový specialista odboru informatiky GŘ ČD, [email protected],

1


Vývoj přenosných pokladen ČD Přenosná osobní pokladna (POP) je malý přenosný počítač s integrovanou tiskárnou a dalšími rozhraními pro prodej a ověřování jízdních dokladů. První přenosné osobní pokladny Českých drah byly na bázi zařízení Telxon s malou kapacitou paměti, 4 řádkovým textovým displejem a jehličkovou tiskárnou. Avšak již tyto „historické“ POP byly schopny obsáhnout prodej naprosté většiny jízdních dokladů ČD vydávaných ve vlaku. V roce 1998 byl SW pokladen POP implementován na handheld firmy Casio. Jednalo se o model DT-9000, který nabízel termotiskárnu s rychlejším tiskem, dotykový grafický displej, větší paměťovou kapacitu, operační systém MS-DOS a komfortnější výměnu dat. Těchto pokladen bylo pilotně nasazeno 32 kusů. Ověřovací provoz prokázal, že i díky rychlejšímu odbavení cestujících ve vlaku se snižoval objem úniku tržeb, že POP poskytují přesnou evidenci nejen účetních dat.

Obr. 2 – HW POP ČD, zleva Telxon PTC–710, Casio DT–9000, Casio IT–2000, Casio IT–3000, Casio IT–3100 Další generační obměnou prošly pokladny POP od roku 2002. S novým typem HW POP Casio IT-2000 se razantně zvýšil výkon dodávaných pokladen, ale došlo i k razantnímu nárůstu počtu provozovaných POP, a to postupně až na 621 do roku 2003. Pokladny POP IT-2000 byly vybaveny 32bitovým procesorem, 4 MB RAM a operačním systémem MS DOS. Na pokračujícím vývoji POP se formou podnětných připomínek z provozu výrazně podílí i vlakové čety. Průběžně se zdokonalují komunikační stanoviště – nejprve v provedení jako koncentrátor dat POP, z něhož se vyvinul samostatný modul doplatkové pokladny, posléze jako Organizér POP.

2


K zásadní změně došlo v roce 2004, kdy byl zaveden POP typu IT-3000 na platformě Windows CE, s procesorem 400 MHz, 64/128 MB RAM, výrazně větší kapacitou paměťových karet a dotykovým barevným displejem. Tento POP byl rovněž, v souvislosti se zaváděním In-karty ČD, vybaven čtečkou bezkontaktních čipových karet. Zároveň byly v roce 2004 dovybaveny obdobnou čtečkou i starší POP IT-2000. Při rozhodování o koncepci nového modelu POP v roce 2004 byla zvažována i možnost sestavy přenosného počítače (PDA) a samostatné termotiskárny. Takové řešení POP v té době používaly například Slovenské železnice, MÁV, NSB nebo SJ. Po zvážení kladů (nízká cena a hmotnost standardního PDA) a záporů (slabší odolnost PDA, problémy komunikace mezi PDA a tiskárnou, kapacita a různost typů baterií a nabíječek) takovéhoto řešení POP byla dána přednost zachování kompaktního řešení s integrovanou tiskárnou. Této volbě pak daly zapravdu i zahraniční zkušenosti. Na Slovensku v roce 2004 zavedená kombinace přenosné pokladny iPAQ se samostatnou bluetooth tiskárnou se provozně neosvědčila a byla po několika letech nahrazena kompaktním přenosným počítačem almex.mobile. Obdobnou zkušenost učinily norské dráhy, které v roce 2005 zakoupily přes 800 PDA s oddělenou termotiskárnou s integrovanou čtečkou bankovních karet. V provozu však toto řešení dobře nefungovalo, ověřování elektronické jízdenky trvalo dlouho, komunikace mezi PDA a tiskárnou způsobovala problémy při tisku jízdenek a u plateb kreditní kartou. Proto také NSB přešly v roce 2010 na kompaktní zařízení[1]. V roce 2004 bylo také rozhodnuto o náhradě offline stacionárního pokladního systému AVOS a terminálů ARES novým komplexním on-line systémem PARIS se stacionárními pokladnami UNIPOK. Systém POP byl plně implementován do tohoto nového prostředí – SW pokladny IT-2000 byl přepracován a pokladna IT-3000 byla vyvinuta tak, aby datové výstupy byly plně kompatibilní se systémem PARIS. To znamenalo kromě změny vlastního výpočetního tarifního jádra pokladny i zavedení nového komunikačního systému ORG.Net/ORG.Server, který je integrován přímo do systému PARIS/UNIPOK. Software POP se i nadále průběžně vyvíjí – výrazně se rozšiřují funkce a použití POP, od původního vydávání jízdních dokladů ke kontrolám bezkontaktních čipových karet a eTiketů, pořizování vlakové dokumentace a sčítání cestujících a dalším funkcím. Významným rozšířením byla implementace jízdního řádu, který umožňuje nejen poskytovat informace o spojení cestujícím, ale je využíván při sofistikované kontrole i vydávání jízdních dokladů. V roce 2009 byl do provozu uveden zatím nejvýkonnější typ pokladny IT-3100. Tento POP je vybaven i novou čtečkou bezkontaktních čipových karet, umožňující instalaci až 4 tzv. SAM modulů sloužících k akceptaci dalších bezkontaktních karet. V té době model IT-2000 již nepostačoval výpočetním a kapacitním nárokům POP, a proto po repasi a vytvoření příslušného SW nadále slouží v prostředí DKV (resp. odstavných nádraží) jako terminál pro tvorbu vlakové dokumentace (TVD) již bez možnosti použití pro odbavení cestujících.

3


Posledním velkým milníkem systému přenosných pokladen je zavedení „on-line“ POP, kdy pokladny již nejsou závislé na fyzickém doručení na stacionární aktualizační stanoviště, ale pomocí modemu a speciální komunikační karty si vyměňují data s centrálními informačními systémy ČD průběžně.

Funkcionality POP Stěžejním (a po dlouhou dobu takřka výhradním) úkolem POP ČD byl efektivní prodej jízdních dokladů. POP umožňuje vydávat jakékoli vnitrostátní a příhraniční jízdní doklady, které se mohou vydávat ve vlaku, a to včetně některých dokladů specifických (doplatky, přirážky). POP umožňuje platit doklady jak v hotovosti (v Kč i EUR), tak i pomocí elektronické peněženky (EPIK) na In-kartě. Při využití přenosné osobní pokladny je odbavení cestujících rychlejší a spolehlivější, v paměti přístroje jsou uchovány všechny používané druhy slev a na konci směny je provedena rychlá a přesná uzávěrka. Prostřednictvím řídícího a komunikačního systému ORG.system jsou všechny transakce POP z jednotlivých POP předávány do Archivu primárních dat PARIS. Funkcionality POP se netýkají pouze prodeje jízdních dokladů. POP umožňuje například také pořízení a vedení vlakové dokumentace (výkazu vozidel, zprávy o brzdění, zprávy o vlaku, evidenci závad vozů). Další významnou úsporou pro ČD bylo zavedení čistě elektronického sčítání frekvencí (obsazenosti vlaků). POP také umožňuje podávat cestujícím informace prostřednictvím integrovaného systému o spojeních (obdoba programu IDOS), obsahuje pro vlakovou četu potřebné předpisy a umožňuje i prohlížení tzv. „knižního“ jízdního řádu. V souvislosti s on-line komunikací jsou v POP pravidelně aktualizovány informace o otvíracích dobách výdejen jízdenek a na základě toho se automaticky nastavuje přirážka k jízdnému za nástup bez jízdenky v obsazené stanici. Vybavení průvodčích technickým zařízením je podmínkou pro zavádění nových prodejních kanálů, nových typů jízdních dokladů – typicky prodej přes internet (eShop ČD), a to nejen „doma tištěných“ jízdenek na papír A4 resp. zobrazovaných na monitoru (e-Tikety), ale také prodej elektronických traťových jízdenek a slevových aplikací – kde aktualizaci zákaznické karty provede POP. To umožňuje prodej širší škály jízdních dokladů i na tratích, kde nejsou cestujícím k dispozici „kamenné pokladny“ - pokladní přepážky se zařízením UNIPOK, resp. dokladů, jejichž prodej ve vlaku není povolen, a tedy na POP není implementován.

4

Vědeckotechnický sborník ČD č. 34/2012 Informace o složení soupravy a připravenosti k odjezdu

Předávání údajů o mezinárodních vlacích

Frekvence cestujících (on-line)

Evidence závad vozů – objednání opravy

Validace jízdních dokladů (BČK)

Prodej jízdenek ve vlaku

Black-list cest. dokladů (off-line)

Jízdní řád Platba platební kartou

Black-list dokladů

(on-line)

(on-line synchronizace)

Evidence km proběhů vozů (on-line) - plánovaní údržby

Operativní řízení provozu osobní dopravy

Prodej a evidence místenek (on-line i ve vlaku)

Autorizace platby platební kartou

Evidence vozů zahraničních správ – objednání údržby/náhrady

Operativní informovanost vlakové čety

POP e-shop (catering, služby, kredit,..)

Kilometrická banka vedená on-line

Validace jízdních dokladů, 2D čárový kód

Marketingová sdělení

Validace mezinárodních jízdních dokladů

Evidence úklidu vozů (nezávislá kontrola) – objednání úklidu

(on-line)

(on-line)

Reklamace, stížnosti (on-line)

Oblast

Oblast

Oblast

Oblast

Oblast

TAP – TSI

Evidence

Cestovní komfort

Prodej

Anti-fraud

Obr. 3 – Základní funkcionality POP dle oblastí před a po zavedení on-line komunikace a HW update Před Po (ne všechny uvedené funkcionality jsou k dnešku implementovány – viz. níže)

Současné funkcionality POP • • • • • • • • • • • •

prodej jízdenek ČD a smluvních dopravců do celé železniční sítě ČR (v CZK i cizí měně, příjem plateb EPIK) odbavení spoluzavazadel, výdej pokut či přirážek výdej potvrzení o zpoždění a kompenzací u stanovených kategorií vlaků akceptace/kontrola/ověřování platnosti slevových průkazů a jízdních dokladů uložených na bezkontaktních čipových kartách, a to jak ČD, tak partnerů (karty ZSSK, opuscard, plzeňská karta, opencard, ODISka) kontrola jízdenek eTiket z eShopu ČD kontrola jízdenek eTiket DB či ÖBB (v přípravě), prohlížení knižních jízdních řádů předpisy TR10, SPPO, KC1, KC3 databáze ztracených přesně účtovaných jízdních dokladů a zařízení otvírací doby zastávek a stanic mobilní sběr dat (sčítání cestujících), poskytování informací o spojení (IDOS) 5


• • • •

zpracování vlakové dokumentace (složení soupravy, připravenost vlaku k odjezdu) evidence závad vozů a objednání opravy poskytování operativních informací o zpoždění nebo výlukách (v přípravě) servisní režim a funkce pro zácvik obsluhy

Plánované další funkcionality POP • • • • • •

předání reklamací/stížností/informací dispečerskému aparátu/helpdesku informace o rezervacích (obsazovací plánek vlaku) klient rezervačního systému (prodej místenek ve vlaku) podpora pro „virtuální“ eTiket (obdoba internetového prodeje letenek) práce s importovanými turnusy průvodčích operativní řízení provozu osobní dopravy a informovanost vlakových čet o mimořádnostech

Technické řešení POP SW POP je vytvořen pro prostředí. NET Compact Framework a je portovatelný na různé HW platformy (je přenositelný na nové modely). SW zohledňuje víceúrovňové zabezpečení dat, jednoduchost a rychlost obsluhy, přehlednost, intuitivnost, ergonomii a shodné principy ovládání v celém programu. Ovládání je důsledně duální, tj. stejnou funkci lze vyvolat pomocí dotykového displeje i příslušného tlačítka na klávesnici. Řídící a komunikační systém POP (dále ORG.system) zahrnuje centrální správu a komunikaci mobilních zařízení s návaznými centrálními systémy. ORG.systém POP je založen na hierarchické struktuře, redundanci (při výpadku automatické přepnutí na zálohu), řízené aktualizaci SW a dat, nezávislosti na návazných centrálních systémech provozovatele i na aplikacích, provozovaných na mobilních zařízeních, bezpečném přenosu účetních i dalších dat a jejich konverzi z/do potřebných formátů. Návazným IS ČD předává řídící a komunikační systém POP sekvenci všech transakcí, informace pro eShop ČD a jeho dohledové centrum, informace o kontrolách čipových karet, data vlakové dokumentace, logy atd. Z centrálních systémů do POP se pak automaticky importují nové verze SW i dat, seznamy eTiketů, blacklisty čipových karet, seznamy oprávněných osob, aktuální kurzy (EUR), informace pro vlakovou dokumentaci (číselníky, databáze vozidel, …), jízdní řády, informace o otvíracích dobách zastávek, seznamy ztracených PÚT atd.

6


Obr. 4 – Organizační hierarchie systému POP Portál PARIS, tedy webové rozhraní pro přístup k zařízením systému PARIS – poskytuje přehled POP – zobrazuje detailní informace o každém zařízení POP (číslo, domovskou stanici, informaci o HW a SW komponentách, verzi SW, verzi klíčů pro čtení BČK). Vzhledem k nedostatečnému pokrytí tratí ČD signálem GSM sítí neznamená on-line komunikace POP nepřetržité on-line připojení do centrálního systému. Jde spíše o semi on-line připojení, kdy musí být systém připraven na krátké i dlouhé výpadky spojení s automatickým opakováním pokusů o připojení po takovém výpadku a POP musí být schopny plné funkce i bez připojení k centrálnímu systému. On-line komunikace je vyvolána jednak aktivním úkonem obsluhy - například při dokončení soupisu vlakové dokumentace nebo při uzavření směny - anebo probíhá automaticky na pozadí v zadaných časových intervalech a s ohledem na dostupnost datového signálu.

7


Centrální aplikace pro podporu provozního řízení železničního osobního dopravce Aplikace pro tvorbu dlouhodobých plánů

Aplikace pro aktualizaci plánu

Modul pro tvorbu směnového plánu DISOD

Diagnostika vozidel Diagnostika

Aplikace pro tvorbu plánu oběhů, obratů a turnusů ASO/KASO

Aplikace pro řízení vlakového personálu APS pers., EDO

Modul pro monitoring provozu a korekci odchylek DISOD

Další aplikace

Proběhy vozidel zahraničních žel. Správ IS OPT

Aplikace pro řízení HV APS techn.

Modul pro analýzu plnění a vyhodnocení GVD DISOD

Podpora

Centrální aplikace manažera infrastruktury (SŽDC, s.o.)

Datové sklady

Správa a dohled HelpDesk

Archív provozních dat dopravce APD, ADPV, DTOP

Sestava jízdního řádu SENA/CEV (KANGO)

Centrální systém pro monitoring skladby vlaků COMPOST

Elektronické provozní dokumenty DMS

Prezentace dat PARIS

Správa tras ad hoc ISOŘ KADR

Centrální dispečerské řízení ISOŘ CDS

Další aplikace

Aplikace pro analýzu a vyhodnocení ISOŘ AG

Správa identit LogServer, IMS

Číselníky

Řídící a komunikační systém ORG.System

…

MT

MT

Obr. 5 – Vybrané centrální systémy relevantní pro komunikaci POP a TVD Hlavním impulsem pro zavedení on-line komunikace v přenosných pokladnách byla legislativa EU – Nařízení komise (ES) č. 62/2006 o technické specifikaci pro interoperabilitu telematických aplikací železničního systému. Ještě před odjezdem vlaku je nutné, aby manažer infrastruktury (Správa železniční dopravní cesty-SŽDC) věděl, v jakém složení je vlak dopravce ČD připraven k odjezdu. Jako modelový příklad lze uvést i mezinárodní vlaky EuroCity mezi Prahou a Vídní, kde partnerská železnice ÖBB chce znát minimálně hodinu před vstupem vlaku na železniční sít ÖBB veškeré informace o soupravě a hnacím vozidle vlaku, které následně předá svému manažerovi infrastruktury.

8


Dalším podnětem pro zavedení on-line komunikace POP bylo precizování evidence závad vozů. V rámci implementace podpory zpracování vlakové a vozové dokumentace je sledování provozních závad na osobních vlacích zajišťováno prostřednictvím přenosných pokladen. To umožnilo racionalizovat sběr a distribuci informací o vozových závadách a opustit papírovou evidenci. Avšak u POP v offline režimu existoval problém zpoždění přenosu informace - domovské depo soupravy vlaku se mohlo dozvědět o závadě až po vyčtení POP, tedy zpravidla za několik dní od okamžiku záznamu závady. Toto „zpoždění přenosu“ je u on-line POP eliminováno, a tudíž závady mohou být odstraňovány operativně, včetně možnosti rychlejší výměny porouchaných vozů. Zařízení POP umí zpracovat 1D i 2D čárové kódy, u ČD pak nově kód AZTEC, uváděný na jízdních dokladech vydávaných eShop ČD, který se používá i u sousedních železnic (DB, ÖBB). Aztécký kód se postupně se zaváděním termotiskáren jízdních dokladů bude tisknout na všechny druhy vnitrostátních i mezinárodních jízdenek. Jde jednak o ochranný prvek, jednak o prvek automatizace kontroly jízdenky prostřednictvím načtení kódů přenosnou pokladnou. Dalším z důvodů pro technologický upgrade POP byl i přechod na nový typ čipu zákaznických karet ČD a dopravních karet IDS – čip DESFire EV1, jehož potenciál by na starých čtečkách nemohl být plně využit. Jedním z cílů on-line komunikace přenosných osobních pokladen je zlepšení informovanosti vlakových čet. Podobně jako do pokladen UNIPOK v železničních stanicích mohou být i do přenosných pokladen vlakových čet zasílány všechny potřebné informace k aktuální provozní situaci. Zejména v případě mimořádností v dopravě tak bude přenosná pokladna sloužit jako další informační zdroj pro vlakový personál ČD tak aby zákazníkům mohly být poskytovány přesné a jednoznačné informace. Záměrem ČD je mít v přenosné pokladně POP pracovní pomůcku, zahrnující všechny informace a funkcionality, které vlaková četa ke své práci potřebuje.

Situace v zahraničí Zařízení pro vlakový personál musí reflektovat převažující způsob odbavení používaný danou železnicí tak, aby v maximální možné míře podpořil činnosti vlakového doprovodu. Typickým příkladem jsou holandské železnice NS – kde v rámci celostátního přechodu na odbavení pouze na čipové karty, tj. na národní dopravní kartu OV-chipkaart a jednorázové papírové karty s čipem pro náhodné cestující, zakoupily v loňském roce 6000 ks zařízení Nautiz eTicket švédského výrobce Handheld. Zařízení je určeno především pro platební transakce a validaci jízdních dokladů ve veřejné dopravě na bázi bezkontaktních technologií standardu NFC i Mifare.

9


Tab. č. 1: Indikativní technické parametry používaných sestav POP parametr

IT3100

almex.mobile

Workabout pro

M3 eTicket

Typ zařízení Odolnost

kompaktní

kompaktní

Samostatná tiskárna

IP54

IP54

Samostatná tiskárna IP54

Mechanická odolnost Hmotnost vybaveného kompletu Procesor

1,5 m

Neuvedeno

1,1 m

1,5 m

cca 800g

cca 1100g

650-950g podle typu tiskárny

650-950g podle typu tiskárny

RAM

Intel PXA 255 Xscale, 400 MHz 128 MB

Intel PXA 255 Xscale, 400 MHz 128 MB SDRAM

Intel PXA-270 Xscale, 520 MHz 128 MB

OS

Windows CE 5.0

XScale PXA320, 400 MHz 512 MB SDRAM, 512 KB SRAM Windows CE 6.0

Windows CE 5.0

Windows CE.NET 5.0

Up to 1 GB Flash Disc CF Slot, SD Slot

64-256 MB

64-256 MB

CF Slot, SD Slot

Mini SD slot M3: AKU 2,0 Ah (cca 8 hod), tiskárna AKU 1,2 Ah (cca 6,2 hod) 3,5", 320×240 px, touchscreen Podsvícení

FLASH F-ROM

128 MB

Rozšíření paměti Napájení

SD slot

Displej

Mechanická klávesnice

Tiskárna

Čtečka čárového kódu

Kamera Komunikace

Čtečka bankovních karet Čtečka bezkontaktních čipových karet SAM moduly

IP64

AKU 7,4 V / 2,2 Ah (cca 12 hod)

AKU 12 V, 2,16 Ah (26 Wh), (cca 8 hod)

AKU 3,7 V, 3,3 Ah (cca 10 hod)

3,5" 320 × 240 px, touchscreen podsvícení, senzor světelných podmínek 19 kláves, z toho 10 číslic, 1 On/Off, 2 programovatelná tlačítka na boku Integrovaná termotiskárna s odtrhem, rozlišení: 8 dot/mm (tj.cca 70mm/s) Indikátor konce papíru, Detekce značek Integrovaná čtečka volitelně, možnost externí čtečky spojené s tělem POP Ne

6,4" 640x480 px, VGA, touchscreen

3,5" 320 × 240 px, touchscreen

5 kláves

23 kláves

Integrovaná termotiskárna,

Externí, samostatná

Integrovaná čtečka



ve čtečce čárového kódu GSM, GPRS, EDGE, IrDA, Bluetooth, USB, WLAN, Ethernet

ne

1,3 Mpx

RS232, Bluetooth, USB, volitelně GSM, GPRS, WLAN

USB/host/client/serial port, Bluetooth, GSM, GPRS, EDGE, WLAN

Integrovaná

ne

Volitelně jako součást tiskárny

Interní ISO14443A/B

Interní ISO14443A/B

Interní ISO 14443(A/B)

4 SAM sloty

Neuvedeno

2 SAM sloty

RS232, Bluetooth, IrDA, GSM/GPRS/ WLAN přes komunikační kartu v PC slotu volitelně

Integrovaná do těla POP, ISO 14443 (A/B), 4 SAM sloty

Zdroj dat: webové stránky výrobců a prodejců HW [3]

10

21 kláves (10 číslicových, 4 navigační, 7 funkčních) Externí, samostatná


Problémy sestav: • •

Odlišné akumulátory pro M3eTicket a tiskárnu, tj. nutnost dvou nabíječek bezkabelové propojení mezi PDA a tiskárnou

Tab. č. 2: Příklady aktuálně používaných typů HW POP u některých evropských železnic: Od roku

typ POP

výrobce HW

2004

IT3000

Casio

900

2009

IT3100

Casio

700

DB

2006

IT3000

Casio

12 000

SŽ

2007

IT3000

Casio

460

Przewozy Regionalne

2009

IT3100

Casio

1 500

PKP Intercity

2009

IT3100

Casio

400

SBB

2005

Almex.mobile

Höft & Wessel

2 000

ÖBB

2007

Almex.mobile

Höft & Wessel

2 300

ZSSK

2007

Almex.mobile

Höft & Wessel

630

Koleje Mazowieckie

2007

Almex.mobile

Höft & Wessel

Cca 200

2011

BIP-1300

Bluebird

400

VR

2008

Almex.mobile

Höft & Wessel

915

MÁV

2003

WORKABOUT MX + tiskárna

Psion Teklogix/Citizen

1 550

DSB

2005

PDA + tiskárna

Psion Teklogix/Zebra

1 350

SNCF

2006

WORKABOUT PRO+ tiskárna

Psion Teklogix/Brother

11 500

NSB

2010

BIP-1300

Bluebird

SJ

2008

M3 eTicket

Handheld

není znám

NS

2012

Nautiz eTicket

Handheld

6 000

ATOC

2002

AVANTIX Mobile

Steatite Ltd, Chalgrove, Oxfordshire

4 500

železnice ČD

indikativní počet kusů

Cca 800

Zdroj dat: webové stránky výrobců a prodejců HW a dodavatelů odbavovacích systémů

HW zařízení POP je využíván i jinde v prostředí veřejné dopravy, typicky • • •

odbavení v jídelních vozech (IT-3000 JLV, almex.mobile švýcarské společnosti Elvetino), prodej na palubách letadel (IT3000 ČSA, almex.mobile TUIfly, Ingenico iPA280 Air France, BIP-1300 SAS), kontrola jízdenek v MHD (M3 eTicket DP Praha, Nautiz eTicket DP Ostrava, PDA WORKABOUT PRO STIB Brusel, IT3000 Kölner Verkehrsbetriebe). 11


Závěr Článek popisuje vývoj HW přenosných osobních pokladen používaných u Českých drah, silné a slabé stránky variant technického řešení POP, funkcionality přenosných terminálů a poskytuje přehledovou informaci o používaných typech POP u zahraničních železnic.

Seznam použitých zkratek

POP

Přenosná osobní pokladna (mobilní pokladna pro odbavení cestujících ve vlaku)

BČK

Bezkontaktní čipová karta

UNIPOK

Univerzální pokladna (stacionární pokladna pro odbavení cestujících v železniční stanici)

PÚT

Přesně účtované tiskopisy

DKV

Depo kolejových vozidel

PARIS

Prodejní a rezervační informační systém

EPIK

Elektronická peněženka na in-kartě

Použitá literatura [1]

Reference společnosti Optidev (www.optidev.se)

[2]

Dokumentace a uživatelská příručka POP, ODP-software, spol. s r.o.

[3]

Dokumentace výrobců HW POP (CASIO, Höft & Wessel, Handheld Group, Psion)

Olomouc, srpen 2012

Lektoroval:

Ing. Vladimír Matoušek ODP – software spol. s r.o.

12


Ivan Novák 1

Vývoj kombinované přepravy po železnici Klíčová slova: kombinovaná doprava/přeprava

Úvod Kombinovaná doprava/přeprava na evropském kontinentu, tedy i v České republice (dříve ČSSR) se realizuje již více než 40 let. Samostatná ČR existuje 20 let, a proto je následující text zaměřen na toto období. Podle geografického hlediska může být kombinovaná přeprava (dále „KP“) mezi jednotlivými kontinenty, tj. mezikontinentální nebo též maritimní (označovaná jako intermodální), kdy rozhodující je přeprava po moři, resp. přes oceán nebo v rámci jednoho kontinentu, tj. kontinentální (označovaná jako kombinovaná), kdy je rozhodující přeprava po železnici, či po vnitrozemské vodní cestě. (Pozn.: Při využití pobřežní plavby toto hledisko však nemusí být jednoznačné.) Pro mezikontinentální KP jsou využívány téměř výhradně ISO (námořní) kontejnery, především řady 1. Součástí mezikontinentální KP je návazná přeprava po souši a to po železnici či vnitrozemské vodní cestě (označovaná zpravidla jako návazná pozemní doprava/přeprava „hinterland transport“). Pro kontinentální nedoprovázenou KP jsou využívány především výměnné nástavby, vnitrozemské kontejnery, silniční návěsy uzpůsobené pro vertikální překládku. U doprovázené KP se pak jedná o silniční jízdní soupravy (silniční vozidla). Vývoj KP po železnici lze velice dobře dokumentovat dlouhodobými statistickými údaji. V rámci KP lze vycházet z několika zdrojů, z nichž lze uvést především Statistické ročenky dopravy ČR, Statistické ročenky UIC (Union internationale de chemins de fer – Mezinárodní železniční unie) a Statistické údaje, resp. zprávy UIRR (Union internationale des sociétes de transport combiné Rail-Route – Mezinárodní unie kombinované dopravy železnice-silnice). Přestože došlo a dochází v průběhu doby k určité změně metodiky pro některé sledované statistické údaje, přičemž převážně se jedná o upřesnění a také k rozšíření počtu sledovaných hodnot, jsou k dispozici víceméně ucelené řady údajů za posledních dvacet let.

1

Ing. Ivan Novák, CSc., 1948 – absolvent inženýrského studia (zaměření železniční stavby) na ČVUT Fakultě stavební v Praze (1971), absolvent vědecké přípravy tamtéž (1980), absolvent odborné stáže v rámci UNESCO na TU Graz (1979). Ministerský rada na odboru drah, železniční a kombinované dopravy Ministerstva dopravy ČR, zástupce ČR ve Výboru Marco Polo II v rámci Evropské komise, zástupce ČR v pracovní skupině (WP.24) pro intermodální dopravu a logistiku EHK OSN. Externí vysokoškolský pedagog na ČVUT - Fakulta stavební.

1


1. Vývoj přepravních objemů kombinované přepravy v ČR Statistické údaje KP v ČR se průběžně sledují a tak lze dokumentovat vývoj celkových přepravních objemů (tj. počet přepravených tun) v rámci KP již od roku 1993, tj. vzniku samostatné ČR. Původně se jednalo o Přehledy ČD (502, 509), později o Statistické ročenky dopravy, přičemž došlo k určité změně metodiky a postupně i určitému zvětšení rozsahu sledovaných údajů. Důvodem byl nejen další rozvoj KP, včetně používání nových technik (systémů) KP, ale i vstup dalších železničních dopravců do nákladní dopravy, včetně dopravy v rámci systémů KP. Souhrnné statistické údaje vycházejí z ročních výkazů Ministerstva dopravy (Dop (MD) 7-01). Počínaje rokem 2000 se jedná o následující údaje: hrubé a čisté tuny (hrt a čt), počty přepravených intermodálních přepravních jednotek (dále jen „přepravních jednotek“) v kusech a tunokilometry, přičemž počty přepravních jednotek v TEU2 jsou sledovány až od roku 2006. Celkové přepravní objemy zahrnují pouze přepravy naplněných (ložených) přepravních jednotek, tj. kontejnerů ISO řady 1, vnitrozemských a odvalovacích kontejnerů, výměnných nástaveb a silničních návěsů (konstruovaných pro vertikální překládku) - vše v členění vnitrostátní přepravy a mezinárodní (mezistátní) přepravy – vývoz, dovoz, průvoz (tranzit). Hrubé tuny přitom zahrnují vlastní hmotnost (tzv. tara) přepravních jednotek a hmotnost v/na nich přepravovaných věcí (zboží). Čisté tuny zahrnují jen hmotnost věcí (zboží) přepraveného v/na přepravních jednotkách. Pokud se uvádí ukazatel hrubé tuny u přepravených prázdných přepravních jednotek, tak tento odpovídá vlastní hmotnosti přepravních jednotek a netýká se tedy přímo přepravy věcí (zboží). Nutno však uvést, že mnohé údaje vycházejí z příslušných nákladních listů železniční dopravy, takže některé zásilky KP mohou být zahrnuty do statistiky dvakrát (např. dovoz + vnitro, dovoz + vývoz). V podmínkách ČR je KP výhradně založena na spolupráci silniční a železniční dopravy, i když obecně lze využívat i vnitrozemskou vodní dopravu3. V současné době je provozována pouze nedoprovázená KP v kombinaci železnice – silnice, přičemž zcela dominantní je přeprava ISO (námořních) kontejnerů. Doprovázená KP (systém Ro-La) - tj. přeprava silničních vozidel a silničních jízdních souprav na železničních vozech pomocí horizontální nakládky/vykládky, se realizovala pouze v období 1993 – 2004 a to při poskytování nezbytné provozní dotace z veřejných rozpočtů. Vývoj celkových přepravních objemů v ČR (tj. počet přepravených hrubých tun) v rámci KP od roku 1993 je znázorněn na obr. 1. Celkový vývoj byl značně ovlivněn objemy doprovázené KP na dříve provozovaných linkách Ro-La Lovosice – Drážďany a České Budějovice – Villach, které v letech 1995 až 2000 dokonce překračovaly

2

TEU (Twenty-foot Equivalent Unit) standardizovaná statistická jednotka KP odpovídající kontejneru délky 20 stop, sloužící pro přepočet přepravních jednotek různé délky. 3 Nedoprovázená KP po vodě - Labské vodní cestě, je prakticky bezvýznamná a relativně vyšší objemy (naplněné i prázdné kontejnery) v rozsahu 10 až 20 tis. hrt za rok byly přepraveny jen v období 1994 až 2002. Od roku 2008 nebyla v ČR provozována KP po vodě, neboť nebyly přepraveny žádné naplněné přepravní jednotky.

2


objemy nedoprovázené KP. Objemy nedoprovázené KP po železnici4 se průběžně zvětšovaly a celkový nárůst mezi roky 1993 a 2011 je více než devítinásobný. Meziroční nárůsty u nedoprovázené KP se do roku 2007 pohybovaly většinou mezi 10 – 15 %, pouze v roce 2008 byl tento nárůst nižší. Následně v roce 2009, s ohledem na celosvětovou ekonomickou a hospodářskou krizi, došlo k meziročnímu poklesu o cca 10,5 %. Z výsledků za roky 2010 a 2011 je patrný nejen značný nárůst oproti roku 2009, ale i k pokračování trendu před rokem 2008, tj. s meziročními nárůsty KP cca 12 %. Velkým pozitivem posledních let je nejen zvyšování objemů KP, ale také zvyšování jejího podílu na železniční přepravě, i když pozvolné. Rostoucí význam KP lze také dokumentovat jejím, stále se zvyšujícím, podílem na mezinárodní nákladní přepravě (tj. silniční, železniční, vnitrozemské vodní, letecké a potrubní) - v roce 2011 byl tento podíl 5,15 %. Pro úplnost lze uvést i její podíl na celkové přepravě (mezinárodní a vnitrostátní), který byl podstatně nižší a to pouze 1,72 % (pro srovnání v roce 2000 cca 0,8 %), a to především z důvodu, že KP je převážně mezinárodní. K průběžnému nárůstu přepravních objemů nedoprovázené KP po železnici dle hrt dochází ve všech jejích segmentech, tj. ve vnitrostátní přepravě i v mezinárodní přepravě - v dovozu, ve vývozu a v tranzitu, což je patrné z obr. 2. Obdobně je to i u přepravních objemů dle čt, kde ve sledovaném období 2000 až 2011 došlo k více než trojnásobnému navýšení objemů. Objemy vnitrostátní KP také stále stoupají, přitom se ale mnohdy jedná o pokračování přeprav kontejnerů z/do velkých námořních přístavů. Mírně se zvyšují přepravy sypkých substrátů a volně ložených odpadů a chemikálií při použití vnitrozemských a odvalovacích kontejnerů. U mezinárodní přepravy je největší navýšení v dovozu, kde mezi roky 1993 a 2011 došlo k více než pětadvacetinásobnému nárůstu přepravy zboží, u vývozu pak téměř k devítinásobnému nárůstu. U tranzitu je také nárůst, ale již ne takového rozsahu. V roce 2011 byl sice objem tranzitních přeprav cca šestinásobný oproti roku 1993, ale v posledních třech letech došlo k mírnému poklesu oproti předchozímu období. Toto je zřejmě následek jiného trasování některých tranzitních ucelených vlaků KP, změn přepravních proudů KP i organizování přeprav a tvorby ucelených vlaků KP. Postupně se zvyšuje podíl KP na celkové železniční nákladní přepravě, který v roce 2011 dosáhl 10,8 % - pro srovnání v roce 2005 to bylo pouze 6,2 %. U mezinárodní přepravy je tento podíl mnohem vyšší - v roce 2011 dosáhl již 14,9 % - viz obr. 3. Obdobně i u rozhodujícího železničního dopravce (ČD Cargo, a.s.) průběžně roste podíl KP na celkové mezinárodní přepravě - v roce 2011 dosáhl již 13,4 %, zatímco v roce 2005 byl pouze 7,1 %. Rostoucímu trendu odpovídá také neustále se zvyšující celkový počet přepravených ložených (naplněných) přepravních jednotek (obr. 4), který poprvé v roce 2010 překonal půlmilionovou hranici. Zvyšuje se výrazně počet přepravených kontejnerů (který poprvé v roce 2010 překonal půlmilionovou hranici), naproti tomu počet přepravených výměnných nástaveb klesá. V této souvislosti je vhodné se zmínit o stále rostoucím počtu přepravených ložených silničních návěsů (konstruovaných pro vertikální překládku) v rámci KP po železnici. Tyto přepravy jsou běžné v mnoha Zahrnuta hmotnost pouze ložených (naplněných) přepravních jednotek (tj. kontejnery ISO řady 1, vnitrozemské a odvalovací kontejnery, výměnné nástavby a silniční návěsy). 4

3


státech západní Evropy, ale v ČR se jedná poměrně o novinku. První přepravy silničních návěsů se sice uskutečnily v roce 2004, ale pravidelné přepravy až od roku 2006. V minulém roce bylo přepraveno již 10 965 ložených silničních návěsů, což je cca čtyřnásobek v porovnání s rokem 2009. Vývoj u nedoprovázené KP lze tedy hodnotit velmi pozitivně. Její postupný nárůst úzce souvisí s růstem světového obchodu a tím i stále se zvyšující přepravou kontejnerů ISO po moři zvláště z/do Asie. Následkem toho dochází k nárůstu železniční přepravy kontejnerů z/do velkých evropských námořních přístavů (především Hamburg, Bremerhaven a Rotterdam), což jsou rozhodující zdrojová a cílová místa pro KP. V této souvislosti dochází i k postupnému zvyšování počtu přímých ucelených vlaků na linkách z/do námořních přístavů a k zavádění dalších návazných anténních linek z tzv. „hub“ překladišť KP na území ČR významných operátorů KP. Naproti tomu rozsah kontinentální nedoprovázené KP je dosud poměrně malý. V létě 2005 byly zahájeny přepravy dřevní štěpky převážně vnitrostátními ucelenými vlaky KP ve speciálních vnitrozemských kontejnerech. V říjnu 2005 byla zavedena první mezinárodní kontinentální linka KP Lovosice – Duisburg a v červnu 2006 pak linka Lovosice – Hamburg-Billwerder. Tyto dvě linky, směřující do SRN, jsou určeny především pro přepravu výměnných nástaveb, tankových kontejnerů a silničních návěsů umožňujících vertikální překládku. Počet vlakových spojů se na obou linkách postupně zvyšuje. V roce 2011 byla zavedena pravidelná přeprava kontejnerů, výměnných nástaveb a silničních návěsů v relaci Paskov – Duisburg (přes Lovosice), a také silničních návěsů v relaci Brno – Rostock a zahájen provoz linky KP Praha – Duisburg. Zároveň se zavádějí nové, resp. rozšiřují linky KP do Ruska, převážně s využitím kontejnerů ISO řady 1. Tomu odpovídá také zvýšení vývozu v rámci KP směr Polsko (Malaszewicze) v letech 2010 a 2011. Právě další rozšíření kontinentálních přeprav představuje velký potenciál KP do budoucnosti. Využívání jednotlivých typů přepravních jednotek V ČR byla a je stále dominantní přeprava věcí (zboží) ve velkých kontejnerech. V rámci nedoprovázené KP jsou nejrozšířenější kontejnery odpovídající normě ISO, nazývané též námořní kontejnery, přičemž běžně užívané a nejvíce rozšířené jsou pak kontejnery pro všeobecné použití (univerzální kontejnery) délek 20 a 40, příp. i 45 stop. Z dalších druhů kontejnerů, které se využívají především v kontinentálních přepravách v Evropě, lze uvést především vnitrozemské, tankové a odvalovací kontejnery. Kontejnery se na celkovém počtu přepravených přepravních jednotek v ČR podílí více než 94 %, přitom z největší části se jedná o kontejnery ISO řady 1, využívaných v některých případech i v kontinentálních přepravách. Pokud se však vychází ze vzájemného porovnání hmotnosti (čt) přepravených věcí (zboží) v jednotlivých druzích přepravních jednotek, tak podíl kontejnerů v roce 2011 byl 94,6 %, výměnných nástaveb 2,4 % a silničních návěsů 3,0 %. Na obr. 4 je vidět určitou změnu oproti roku 2008, kdy podíl kontejnerů byl dokonce 98,2 %, výměnných nástaveb 1,6 % a silničních návěsů pouze 0,2 %. Realizace KP vyžaduje bohužel i značný rozsah přeprav prázdných přepravních jednotek. Nárůst počtu přepravovaných prázdných přepravních jednotek, znázorněný

4


na obr. 5, s menšími odchylkami kopíruje nárůst přepravních objemů i nárůst počtu přepravených ložených (naplněných) přepravních jednotek. Např. podíl prázdných kontejnerů se na celkovém počtu přepravených kontejnerů pohybuje v rozmezí 24 až 28,5 %. U výměnných nástaveb je tento podíl ještě nepříznivější (až 36 %), což je však dáno značným rozsahem prázdných výměnných nástaveb v tranzitních přepravách.

2. Vývoj kombinované přepravy vybraných železničních podniků/dopravců – členů UIC Členy UIC jsou především „národní“ železniční podniky (společnosti), dále pak i některé soukromé železniční podniky a v poslední době i někteří železniční dopravci. UIC vydává pravidelné statistické ročenky, jejichž součástí jsou tabulky č. 61 Komerční doprava vozových zásilek na národním území a č. 65 Intermodální železniční doprava na národním území – zahrnující však ložené a prázdné (intermodální) přepravní jednotky. Tyto ročenky tedy nezahrnují celý rozsah veškeré železniční a kombinované dopravy/přepravy v Evropě. Statistické údaje KP se průběžně sledují a tak lze dokumentovat vývoj počtu přepravených přepravních jednotek, počet železničních vozů ložených přepravními jednotkami, celkových přepravních objemů (tj. počet hrubých tun) a celkových přepravních výkonů (v tunokilometrech) v rámci KP a to v členění vnitrostátní přepravy a mezinárodní (mezistátní) přepravy – vývoz, dovoz, průvoz (tranzit). Některé údaje však některé železniční podniky zřejmě neposkytují, nebo je poskytují jen v určitých letech, takže není vždy k dispozici kompletní řada statistických údajů. Vzhledem ke značnému počtu železničních podniků – členů UIC, jsou uvedeny jen některé statistické údaje týkající se vybraných železničních podniků ve střední Evropě. V tab. 1 jsou uvedeny údaje o nákladní přepravě celkem a kombinované přepravě a jejím podílu v období 1993 až 2010. Vývoj podílů KP v období 1993 až 2010 u vybraných železničních podniků je znázorněn na obr. 6. Údaje za rok 2011 zatím nejsou k dispozici, protože Statistická ročenka 2011 nebyla zatím vydána. Pozn.: Jsou zahrnuty ložené i prázdné přepravní jednotky, jedná se o hrubé tuny (hrt) z pohledu KP. Pro vzájemné porovnání by bylo vhodnější uvažovat nákladní přepravu bez prázdných soukromých vozů, která zde však v tab. 1 není uvedena, neboť příslušné údaje nejsou kompletní (mnohé železniční podniky je totiž neuvádějí). Názvy železničních podniků jsou uvedeny v souladu s názvy uvedenými ve Statistické ročence 2010, přestože názvy některých železničních podniků/dopravců se v uvedeném období měnily. Uvedené údaje v tab. 1, resp. obr. 6 dokumentují mírný pokles nákladní přepravy v období 1993 – 2010, (index 2010/1993 většinou v rozmezí 0,6 až 0,8), s výjimkou ÖBB a SŽ, kde je nárůst - index cca 2,2, resp. 1,5 (u SŽ souvisí s rostoucími přepravami do/z námořního přístavu Koper). Index nárůstu u KP je některých železničních podniků značně vysoký, ale v mnoha případech je to dáno především velice malými objemy KP v roce 1993. I nadále však zůstává značně rozdílný podíl KP na celkové nákladní přepravě u jednotlivých železničních podniků. Snížení tohoto podílu u ÖBB je např. dáno celkovým zvýšením nákladní přepravy, přičemž větší

5


podíly a tudíž i větší objemy (v období 1998 – 2008) jsou důsledkem dříve provozovaných a státem dotovaných mnoha linek doprovázené KP (Ro-La) a také vstupem dalších železničních dopravců.

3. Vývoj kombinované přepravy v rámci UIRR UIRR se sídlem v Bruselu byla založena v roce 1970 jako mezinárodní asociace národních operátorů kombinované dopravy a v roce 1991 přeměněna do korporátní společnosti s ručením omezeným (scrl) podle belgického práva. Dle statutu z roku 2003 může do UIRR vstoupit každý zainteresovaný kombi-operátor (provozovatel KP), který je či není součástí železničního podniku. Společnost nyní zastupuje 17 kombi-operátorů (společnost Bohemiakombi s.r.o. je členem od roku 1995). Hlavní činností uvedených společností je kontinentální KP, která se ve značné míře realizuje hlavně v tzv. „Alpském tranzitu“. Řada kombi-operátorů však není členem UIRR a tak ročenky a zprávy UIRR nezahrnují sice celý rozsah, ale podstatnou část, kontinentální KP v Evropě. Zde je nutno upozornit, že v průběhu sledovaného období se měnil/mění počet členů UIRR, takže uváděné souhrnné statistické údaje nejsou zcela jednoznačně srovnatelné, ale přesto mají dobrou vypovídací schopnost, neboť kombioperátoři realizující rozhodující přepravní objemy jsou stálými členy. Souhrnné statistické údaje jsou zveřejňovány v ročních zprávách/statistikách UIRR. Jedná se především o počty přepravních jednotek a to v členění doprovázená/nedoprovázená, resp. vnitrostátní/mezinárodní KP v kusech (počtu zásilek), od roku 1998 i v TEU, dále tunokilometry také v členění doprovázená/nedoprovázená, resp. vnitrostátní/mezinárodní KP. Roční statistiky UIRR obsahují obdobně tyto statistické údaje i za jednotlivé společnosti (kombioperátory) a to doplněné (zřejmě od roku 2004) ještě o přepravené hrt (hrubé tuny). Počty zásilek KP v období 1993 – 2011 v členění doprovázená/nedoprovázená jsou znázorněny na obr. 6. Je patrný průběžný nárůst počtu zásilek nedoprovázené KP, zatímco počty zásilek doprovázené KP (Ro-La) prakticky od roku 1998 zůstávají na stejné výši. Podíl doprovázené KP (Ro-La) se přitom nepatrně snižuje, zatímco v roce 1993 byl 16,3 %, v roce 2011 jen 13,3 %. Na rozsahu doprovázené KP (Ro-La) má velký vliv poskytovaná veřejná podpora na provoz, příp. dílčí restriktivní opatření jednotlivých dotčených států. Počty zásilek KP v období 1993 – 2011 v členění vnitrostátní/mezinárodní jsou znázorněny na obr. 7. (Pozn.: Odpovídající údaje v TEU jsou k dispozici teprve od roku 1998.) Je patrný průběžný nárůst počtu zásilek v obou segmentech. Podíl vnitrostátní KP se přitom průběžně mírně snižuje, zatímco v roce 1993 byl 48 %, v roce 2011 jen 39,9 %. Podíl vnitrostátních přeprav je poměrně vysoký (cca 40 %). Největší rozsah vnitrostátních přeprav realizovala v roce 2011 belgická společnost IFB, na druhém místě pak německá společnost Kombiverkehr a jako třetí rakouská Ökombi (zde výhradně Ro-La). Naproti tomu největší rozsah mezinárodních přeprav realizovala v roce 2011 německá společnost Kombiverkehr, na druhém místě pak švýcarská společnost Hupac a jako třetí italská společnost Cemat. Podíl jednotlivých technik (systémů) KP v rámci UIRR je pak znázorněn na obr. 8. V průběhu daného období nedochází však k podstatným změnám. V roce 2011

6


i několika předchozích letech došlo k mírnému zvýšení podílu přeprav výměnných nástaveb a kontejnerů v porovnání s obdobím 1993 – 2003. Také se snížil podíl přepravených silničních vozidel (Ro-La) na 13 %, přičemž max. podílu (22 – 24 %) bylo dosahováno v letech 1999 až 2003.

4. Závěr Z uvedených údajů je patrné, že rozsah KP se nejen v Evropě, ale i v ČR průběžně zvětšuje. Velkým pozitivem je nejen zvyšování objemu KP, ale i jejího podílu na železniční nákladní přepravě. Lze předpokládat, že v budoucnu i v ČR se ještě více uplatní některé výhody kontinentální KP, obdobně jako je tomu v řadě západoevropských států (především SRN, Rakousko, Švýcarsko a Francie) a tak se bude nadále zvětšovat rozsah kontinentálních přeprav realizovaných ostatními druhy přepravních jednotek (nikoliv pouze kontejnery ISO). Silniční doprava je nepostradatelnou součástí celého dopravního systému, avšak existují určité segmenty trhu, kde kontinentální KP se může uplatnit vůči přímé silniční přepravě. Pro další vývoj KP bude rozhodující především hospodářská a ekonomická situace nejen v ČR, ale i v celoevropském/celosvětovém měřítku, možnost uplatnění progresivních technologií, ale také dostupná kvalitní železniční infrastruktura. Údaje v tisících hrubých tun [tis. hrt]

10000 9000 8000

Dopr. po železnici (Ro-La)

7000 6000

Nedopr. po vodě

5000 4000

Nedopr. po železnici mezinárod. Nedopr. po železnici vnitrostát.

3000 2000 1000

19

93 19 94 19 95 19 96 19 97 19 98 19 99 20 00 20 01 20 02 20 03 20 04 20 05 20 06 20 07 20 08 20 09 20 10 20 11

0

Rok

1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011

Nedoprov. po železnici - vnitrostátní Nedoprov. po železnici - mezinárod. Nedoprovázená po vodě

5

Doprovázená po železnici Ro-La Komb. přeprava celkem

Obr. 1

438 578

388 474 518 487 734 947 1471 1668 2396 826 1425 1931 2629 3511 4389 5681 5150 6984 10

14

19

11

5

2

3

0

0

27 2557 2575 2749 2463 2784 0 0 0 0 1048 3781 4488 5217 5590 7034 5338 7155 6818 9380

Celkové objemy kombinované přepravy v ČR

7


Údaje v tisících hrubých tun [tis. hrt]

10000 9000 8000 7000 6000

Tranzit Vývoz Dovoz Vnitrostátní

5000 4000 3000 2000 1000

11

10

20

09

20

08

20

07

20

06

20

05

20

04

20

03

20

02

20

01

20

00

20

99

20

98

19

97

19

96

19

95

19

94

19

19

19

93

0

Rok

1993

1995

1997

1999

2001

2003

2005

2007

Vnitrostátní

438

388

474

518

487

734

947

1471

2009 1668

2011 2396

Mezinárod. dovoz

131

263

443

642

931

1503

2001

2799

2560

3299

Mezinárod. vývoz

344

329

557

707

1034

1267

1793

2209

2187

3056

Mezinárod. tranzit

103

234

425

582

664

741

595

673

403

629

Celkem

1016

1214

1899

2449

3116

4245

5336

7152

6818

9380

Obr. 2

Objemy nedoprovázené kombinované přepravy po železnici v ČR Údaje v tisících hrubých tun [tis. hrt]

Obr. 3

Mezinárodní železniční a kombinovaná přeprava

8


Údaje v tisících kusů

600 550 500 450 400

Silniční návěsy Výměnné nástavby Kontejnery

350 300 250 200 150 100 50 0 2000 2001

2002 2003 2004 2005

2006 2007 2008

2009 2010 2011

Rok

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

Kontejnery

175,9

180,4

190,9

221,4

253,6

300,5

342,5

422,8

471,5

417,2

499,0

529,2

23,0

25,9

21,1

16,5

13,5

13,0

10,9

12,3

9,0

9,3

14,5

18,0

Výměnné nástavby Silniční návěsy Celkem

Obr. 4

0

0

0

0

0

0

0,1

1,8

1,5

1,4

4,3

11,0

198,9

206,3

212,0

237,9

267,1

313,5

353,4

436,9

482,0

427,9

517,8

558,2

Počty zásilek (ložených přepravních jednotek) v rámci nedoprovázené kombinované přepravy po železnici v ČR Údaje v tisících kusů

220 200 180 160 Silniční návěsy Výměnné nástavby Kontejnery

140 120 100 80 60 40 20 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

Rok

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

Kontejnery

44,3 13,6

39,3 13,8

71,6 11,3

82,6 5,2

91,1 2,4

97,1 6,2

109,3 4,8

156,8 6,6

188,7 6,0

159,2 4,8

180,2 8,1

194,7 9,6

Výměnné nástavby Silniční návěsy Celkem

Obr. 5

0

0

0

0

0

0

0,2

0

0

0,1

0,1

0,2

57,9

53,1

82,9

87,8

93,5

103,3

114,1

163,4

194,7

164,1

188,4

204,5

Počty prázdných přepravních jednotek v rámci nedoprovázené kombinované přepravy po železnici v ČR 9


Tab. 1

Přeprava po železnici u vybraných železničních podniků v rámci UIC dle tab. 61 Statistických ročenek UIC, údaje v tisících hrubých tun 1993

1995

1997

1999

2001

2003

2005

2007

2009

2010

2010/ 1993

82112 5374 6,5

95469 5726 6,0

0,62 9,01 14,86

ČD

nákladní přepr. celkem z toho KP podíl KP %

92082 7251 7,9

83366 5431 6,5

91010 7042 7,7

68162 76560 6235 7993 9,1 10,4

DB AG

nákladní přepr. celkem 308682 300374 294878 276710 276967 267925 z toho KP 36546 30126 29119 27132 27540 36508 podíl KP % 11,8 10,0 9,9 9,8 9,9 13,6 nákladní přepr. celkem 42513 45588 45492 43111 42961 42590 z toho KP 1972 3247 4866 4996 5593 4889 podíl KP % 4,6 7,1 10,7 11,6 13,0 11,5 nákladní přepr. celkem 60281 68474 74347 80601 85809 86247 z toho KP 12783 14799 15915 18235 23754 23489 podíl KP % 21,2 21,6 21,4 22,6 27,7 27,2

262223 42335 16,1 44017 5157 11,7 86194 17970 20,8

300806 51628 17,2 44521 4559 10,2 90526 24813 27,4

228948 256500 0,83 43145 49643 1,36 18,8 19,4 1,64 x 0,98 x 2,35 x 2,4

MÁV

ÖBB

PKP

nákladní přepr. celkem z toho KP podíl KP %

SŽ

nákladní přepr. celkem z toho KP podíl KP % ŽSSK nákladní přepr. celkem z toho KP podíl KP % Pozn.:

x

122959 108775 103307 887 2853 4692 0,7 2,6 4,5

109652 131792 18040 17012 16,5 12,9

2,19 1,33 0,57

208291 220857 222295 185093 165718 161751 149744 153363 110062 128035 502 929 1407 1777 1948 2334 2409 3746 2748 3263 0,2 0,4 0,6 1,0 1,2 1,4 1,6 2,4 2,5 2,5 11882 13772 14360 14226 14919 17238 18104 19284 14636 17257 644 1057 1275 1453 1729 2568 3167 3734 3229 4015 5,4 7,7 8,9 10,2 11.6 14,9 17,5 19,4 22,1 23,3 64587 60759 59377 49130 53588 50521 47745 49890 37565 42646 641 304 385 395 586 856 1256 1809 1985 2779 1,0 0,5 0,6 0,8 1,1 1,7 2,6 3,6 5,3 6,5

0,61 6,50 12,5 1,45 6,23 4,31 0,66 4,34 6,5

zde poměr 2008/1993

- údaje neuvedeny v procentech z celkové nákladní přepravy [%]

35

30

ČD

25

DB AG 20

MÁV ÖBB

15

PKP SZ

10

ŽSSK 5

19 93 19 94 19 95 19 96 19 97 19 98 19 99 20 00 20 01 20 02 20 03 20 04 20 05 20 06 20 07 20 08 20 09 20 10

0

Obr. 6

Podíly kombinované přepravy u vybraných železničních podniků v rámci UIC

10


Údaje v tisících zásilek

3500 3000 2500 2000

Nedoprovázená Doprovázená

1500 1000 500

19 93 19 94 19 95 19 96 19 97 19 98 19 99 20 00 20 01 20 02 20 03 20 04 20 05 20 06 20 07 20 08 20 09 20 10 20 11

0

Obr. 7

Počty zásilek doprovázené a nedoprovázené kombinované přepravy v rámci UIRR

Pozn.: Nedoprovázená KP zahrnuje přepravené výměnné nástavby, kontejnery a silniční návěsy. Doprovázená KP zahrnuje přepravená silniční vozidla (Ro-La) Údaje v tisících zásilek

3500 3000 2500 Mezinárodní

2000

Vnitrostátní

1500 1000 500

19 93 19 94 19 95 19 96 19 97 19 98 19 99 20 00 20 01 20 02 20 03 20 04 20 05 20 06 20 07 20 08 20 09 20 10 20 11

0

Obr. 8

Počty zásilek vnitrostátní a mezinárodní kombinované přepravy v rámci UIRR

Pozn.: Mezinárodní, nebo-li mezistátní, tj. překračující státní hranice.

11


v procentech dle celkového počtu zásilek [%]

100 90 80 70 60

VN, kontejnery

50

Siln.návěsy

40

Siln.vozidla (RoLa)

30 20 10

19 93 19 94 19 95 19 96 19 97 19 98 19 99 20 00 20 01 20 02 20 03 20 04 20 05 20 06 20 07 20 08 20 09 20 10 20 11

0

Obr. 9

Podíly jednotlivých technik (systémů) kombinované přepravy v rámci UIRR

Pozn.: Z důvodu zaokrouhlování se některé číselné údaje ve výše uvedených tabulkách mohou na posledním místě lišit.

Poznámka ke klíčovému slovu: Kombinovaná doprava/přeprava = systém přepravy unifikovaných přepravních (intermodálních) jednotek, do kterých je naloženo zboží. Tyto přepravní jednotky jsou v rámci jedné přepravy přepravovány dopravními prostředky nejméně dvou oborů dopravy, přičemž překládka přepravních jednotek se provádí zpravidla v překladištích za použití speciálních překládacích mechanizmů. S pojmem kombinovaná doprava/přeprava se setkáváme poměrně často. Existuje celá řada definic pojmu kombinovaná doprava, které se mnohdy značně liší. V rámci technických norem (ČSN 269375) je kombinovaná doprava definována jako intermodální doprava, kdy hlavní část evropské trasy prochází po železnici, vnitrozemskou vodní cestou nebo na moři a jakákoli úvodní a/nebo závěrečná část, silniční svoz nebo odvoz, je co nejkratší. Kombinovanou dopravu lze obecně charakterizovat jako systém přepravy specifických unifikovaných přepravních (nákladových, přepravně-manipulačních, ložných, intermodálních) jednotek, do kterých je naloženo zboží. Tyto přepravní jednotky jsou v rámci jedné přepravy přepravovány dopravními prostředky nejméně dvou oborů dopravy, přičemž překládka přepravních jednotek se provádí zpravidla v překladištích za použití speciálních překládacích mechanizmů.

12


Poněkud nejasně se vysvětluje rozdíl mezi kombinovanou a intermodální dopravou/přepravou. Podle mnoha užívaných definic prakticky žádný neexistuje nebo rozdíly jsou prakticky nepodstatné. Pojem „kombinovaná doprava“ se běžně užívá v Evropě a to ve všech důležitých jazycích (angličtina - combined transport, francouzština - transport combine, němčina - kombinierter Verkehr). Toto označení odpovídá vlastnímu systému kombinované dopravy, při kterém se používá na přepravní trase kombinace různých oborů dopravy. Tomu odpovídají i názvy nejen mnoha evropských společností kombinované dopravy (např. Combiberia, Kombiverkehr, Crokombi, Kombi Dan, Hungarokombi, Ö-KOMBI, Polkombi, SWEKOMBI), ale i českých společností (Bohemiakombi, Česká a slovenská kombinovaná doprava - INTRANS). V těchto jazycích se také zpravidla nerozlišuje pojem doprava a přeprava. Naproti tomu pojem „intermodální doprava“ (intermodal transport) se ve světě užívá většinou ve spojení s námořní dopravou. Uvádění tohoto pojmu zřejmě také souvisí s přebíráním anglických slov, kterému se mnohé jazyky většinou marně snaží bránit. V podmínkách ČR jako vnitrozemského státu a téměř výhradního využití železnice na tzv. „evropské trase“ se tedy jedná o kombinovanou dopravu. Určitým problémem je již označení „doprava“, neboť podle české terminologie se jedná ve většině případů o „přepravu“. Pojem „kombinovaná doprava“ je však zavedený a velice těžko se prosazuje používání přesnějšího pojmu „kombinovaná přeprava“. V tomto příspěvku je používán pojem „kombinovaná přeprava“.

Literatura: [1] Ročenky dopravy České republiky [2] Statistické ročenky UIC [3] Statistické ročenky a zprávy UIRR [4] NOVÁK, J. a kol. Kombinovaná přeprava. Praha; Pardubice: Institut Jana Pernera, 2010. 319 s. ISBN 978-80-8653-59-8

Praha, říjen 2012

Lektoroval:

Michal Roh ČD Cargo, a. s.

13


Jiří Pohl1

Systémové řešení hluku železniční dopravy Klíčová slova: železnice, tramvaje, rychlost, hluk, brzda, energie, děti

Úvod Hluk patří k průvodním jevům mnoha uvědomělých lidských činností včetně dopravy, nevyjímaje dopravu železniční. Hluk je objektivně měřitelnou veličinou a lze jej, podobně jako jiné průřezové vlastnosti železničního dopravního systému, v určitých mezích řídit. Podmínkou řízení hluku je systémový přístup, to znamená řešení hlučnosti železničního dopravního systému spolu s ostatními jeho parametry a vlastnostmi již v průběhu navrhování subsystémů a komponent železnice.

1. Parametry železničního systému Podle systematiky TSI je železnice tvořena čtyřmi strukturálními subsystémy: ‐ tratě (INS), ‐ elektrické napájení (ENE), ‐ řízení a zabezpečení (CCS), ‐ vozidla (RST). Navenek působí železnice svými výslednými parametry. Tyto parametry charakterizují užitnou hodnotu železnice, pro kterou je zřizována a provozována. Jsou to zejména: ‐ přepravní výkonnost regionální osobní dopravy (oskm/rok), ‐ přepravní výkonnost dálkové osobní dopravy (oskm/rok), ‐ přepravní výkonnost nákladní dopravy (netto tkm/rok), ‐ cestovní rychlost regionální osobní dopravy (km/h), ‐ cestovní rychlost dálkové osobní dopravy (km/h), ‐ cestovní rychlost nákladní dopravy (km/h). Železnice jako systém však působí navenek i takovými parametry, které je třeba minimalizovat. Důsledkem toho jsou buď náklady, nebo nežádoucí vnější vlivy. Jde zejména o následující parametry: ‐ spotřeba energie na jednotku přepravní práce (kWh/oskm, respektive kWh/netto tkm),

1

Jiří Pohl, Ing., 1951, Vysoká škola dopravy a spojů, Fakulta strojní a elektrotechnická, Žilina, Engineer Senior, Siemens, s.r.o.

1


‐ spotřeba kapalných uhlovodíkových paliv na jednotku přepravní práce (dm3/oskm, respektive dm3/netto tkm), ‐ náklady na jednotku přepravní práce (Kč/oskm, respektive Kč/netto tkm), ‐ potřeba pracovních sil na jednotku přepravní práce (Nh/oskm, respektive Nh/netto tkm). K těmto parametrům patří i emise hluku. Tedy to, jakým akustickým výkonem, respektive akustickým tlakem (v určitém místě) působí železnice na své okolí. Stojí však za povšimnutí, že emise hluku způsobeného železnicí jsou hodnoceny absolutně (dB), nikoliv v přepočtu na jednotku přepravního toku (dB/(osob/h), respektive dB/(netto t/h)). Negativní dopad železnice na životní prostředí je tedy hodnocen jen absolutně. Nikoliv ve vztahu k užitečné přepravní práci, kterou železnice pro společnost vykonává. To není systémově správné. Negativní dopady uvědomělých činností je potřebné hodnotit v relaci k cílům a přínosům, kvůli kterým jsou prováděny. Teprve pak mohou být objektivně posuzovány, zejména ve srovnání železnice s jinými způsoby dopravy.

2. Struktura hluku emitovaného železnicí Na úroveň hluku emitovaného železnicí mají přímý vliv zejména její subsystémy INS a RST, nepřímo jej ovlivňuje i subsystém ENE (elektrická vozba je, nebo není umožněna). Jízdu vlaku po železniční trati generuje akustický výkon, který má čtyři základní složky: ‐ základní (klidovou), na rychlosti jízdy nezávislou složku Pz = k · v0; ‐ trakční, na rychlosti jízdy přibližně lineárně závislou složku Pt = k · v1; ‐ valivou, na rychlosti jízdy kubicky závislou složku Pv = k · v3; ‐ aerodynamickou, na rychlosti jízdy vyššími mocninami závislou složku Pa = k · vn. Celkový akustický (hlukový) výkon železnice vyvolaný vlakem je součtem těchto složek: P = Pz + Pt + Pv + Pa. Základní (klidová), na rychlosti jízdy nezávislá složka Pz = k · v0 Tato hluková složka je tvořena agregáty činnými i při stojícím vlaku (topení, klimatizace, statické měniče pro napájení palubních sítí, kompresory…). Při zdvojnásobení rychlosti (v´ = 2v) zůstává tato složka nezměněna: Lz´ = 10log (Pz´/Pz) = Lz + 10log (v´/v)0 = Lz + 10 · 0 · log 2 = Lz + 10 · 0 · 0,3 = Lz + 0.

2


Trakční, na rychlosti jízdy lineárně závislá složka Pt = k · v1 Tato hluková složka je generována komponenty trakčního pohonu (trakční motor, převodovka). V oblasti rychlostí jízdy, ve které je tato složka dominantní (rozjezdu stálou silou), má na rychlosti jízdy lineární průběh. Při zdvojnásobení rychlosti (v´ = 2v) vzroste tato složka o 3 dB: Lt´ = 10log (Pt´/Pt) = Lt + 10log (v´/v)1 = Lt + 10 · 1 · log 2 = Lt + 10 · 1 · 0,3 = = Lt + 3 dB Valivá, na rychlosti jízdy kubicky závislá složka Pv = k · v3 Tato hluková složka je generována valením kola po kolejnici. Při zdvojnásobení rychlosti (v´ = 2v) vzroste tato složka o 9 dB: Lv´ = 10log (Pv´/Pv) = Lv + 10log (v´/v)3 = Lv + 10 · 3 · log 2 = Lv + 10 · 3 · 0,3 = = Lv + 9 dB Aerodynamická, na rychlosti jízdy vyššími mocninami (zhruba n = 7) závislá složka Pv = k · v3 Tato hluková složka je generována povrchem vozidla částmi na jeho povrchu (sběrač proudu a další vn přístroje, madla, antény, ...). Při zdvojnásobení rychlosti (v´ = 2v) vzroste tato složka o 21 dB: La´ = 10log (Pa´/Pa) = La + 10log (v´/v)7 = La + 10 · 7 · log 2 = Lv + 10 · 7 · 0,3 = = Lv + 21 dB

Obr. 1 - Složky hluku emitovaného železnicí (princip) 3


Jakkoliv je z výše uvedeného zřejmé, že akustický výkon emitovaný jedoucím vlakem roste s jeho rychlostí, není vliv rychlosti na posuzování hlučnosti železnice pouze negativní. Jednotlivá vozidla jsou hodnocena podle okamžité hodnoty akustického výkonu, který generují (a který se projevuje jako akustický tlak v určité vzdálenosti od nich), a ten podle výše uvedených vztahů roste s rychlostí jejich jízdy. Železnice jako systém je hodnocena podle ekvivalentní hladiny akustického tlaku hluku. V zásadě tedy podle celkové akustické energie, kterou za určitou dobu produkuje. Tato energie závisí nejen na akustickém výkonu, ale i na době jeho působení, tj. na době průjezdu vlaku určitým místem. Akustický výkon roste (jak je výše uvedeno) s rychlostí jízdy vlaku. Doba průjezdu vlaku určitým místem však klesá s rostoucí rychlostí jízdy vlaku (T = L/v). Jinými slovy: rychleji jedoucí vlak zatěžuje okolí vyššími hodnotami akustického tlaku, ale po kratší dobu, což bere hodnocení dopravních systémů podle ekvivalentní hladiny akustického tlaku v úvahu. Velmi zjednodušeně lze říci, že okamžité hodnoty akustického tlaku rostou (v rozsahu rychlostí s dominantním hlukem valení) se třetí mocninou rychlosti, ale ekvivalentní hladiny akustického tlaku rostou zhruba jen s druhou mocninou rychlosti. Tedy z hlediska hodnocení železnice podle ekvivalentní hladiny akustického tlaku lze připustit, aby byl rychleji jedoucí vlak mírně hlučnější než vlak pomalý.

3. Vývoj hluku emitovaného železnicí Ještě v nedávné minulosti byl vnější hluk produkovaný železniční dopravou, tj. jízdou vlaku, určen zejména jeho: ‐ trakční složkou (typicky spalovací motory, převodovky); ‐ případně i základní složkou (typicky chladicí ventilátory). V průběhu posledních let se situace změnila. Dominantní zdroje hluku jsou v současnosti jiné, zejména z důvodu: ‐ pokroku ve stavbě vozidel (méně hlučné agregáty); ‐ zvýšení rychlosti jízdy vlaků. V současnosti jsou určujícími jiné složky hluku: ‐ na konvenčních železnicích (CR), které určují rychlosti zhruba do 200 km/h, je dominantní valivá složka; ‐ na vysokorychlostních železnicích (HS), tedy zhruba od 200 km/h, je dominantní aerodynamická složka.

4


4. Hlučnost konvenční železnice Ze čtyř možných složek hluku způsobených provozem vlakové dopravy (základní neboli klidový, trakční, valivý a aerodynamický hluk) je v současné době na konvenčních železnicích s provozní rychlostí v rozsahu cca 60 až 160 km/h dominantní hluk valení. Hluk valení má dvě základní vlastnosti: ‐ na rozdíl od ostatních složek hluku z vlakové dopravy (základní, trakce, aerodynamika), které jsou v zásadě jen vlastnostmi samotných vozidel, je hluk valení společnou vlastností vozidel tvořících vlak a také tratě; ‐ rozhodující vliv na akustický výkon hluku valení má drsnost povrchu obou dotýkajících se ploch (kola a kolejnice). Proti výchozímu stavu, který železnice dvacátého století představuje, lze technickými opatřeními významně snížit hluk valení. Pro železnici 20. století jsou typická kola zdrsněná používáním třecí brzdy s litinovými špalíky a neošetřovaný povrch koleje. Náhradou třecí špalíkové brzdy s litinovými špalíky kotoučovou brzdou (oběžné plochy kol nejsou zdrsněné, ale vyválcují se jízdou do zrcadlového lesku) lze snížit hladinu akustického výkonu hluku valení až o 9 dB, tedy lze snížit akustický výkon valení na jednu osminu. Kvalitní konstrukcí a provedením železničního svršku, přesným srovnáním polohy kolejnic a vybroušením nerovností z jejich povrchu lze snížit hladinu akustického výkonu hluku valení až o 6 dB, tedy snížit akustický výkon valení na jednu čtvrtinu. Celkem tak lze stavem dotykových ploch snížit hladinu akustického výkonu hluku valení až o 9 + 6 = 15 dB, tedy snížit akustický výkon valení na jednu dvaatřicetinu. Souprava 32 vozů odpovídajících stavu techniky a jedoucích na kvalitní trati generuje hluk o stejném akustickém výkonu jako jediný tradiční železniční vůz jedoucí stejnou rychlostí na zanedbané trati. 4.1 Třecí špalíkové brzdy Třecí špalíkové brzdy s litinovými špalíky mají dva negativní účinky na hlučnost železnice. Intenzivně hlučí v průběhu brzdění a zdrsňují povrch kol, což má negativní dopad na úroveň hluku valení – nejen při brzdění, ale i v dalších fázích jízdy. K zaválcování plochy kol do hladkého povrchu dochází až po ujetí velké vzdálenosti. Vývin hluku při vlastním brzdění (při tření silou přitlačovaného špalíku o povrch kol) má některé specifické vlastnosti. Při poklesu rychlosti k nule, kdy prudce stoupá součinitel tření mezi litinovým špalíkem a povrchem kola, též prudce stoupá akustický výkon hluku brzdění. Hluk vyzařují rozkmitaná (drnčící) pákoví, proto je zvlášť intenzivní u starších vozidel s dlouhým brzdovým pákovím (s brzdovým válcem umístěným na rámu vozu a s rozvodem přítlačné síly do podvozků a odtud ke dvojkolím dlouhými táhly). Hluk při brzdění litinovými špalíky obsahuje (zejména v nízkých rychlostech těsně před zastavením) složky o velmi vysoké frekvenci. Také zvýšení hluku valení, způsobené zdrsněním povrchu kol v důsledku brzdění třecími brzdami s litinovými brzdovými špalíky, má své zákonitosti. Nejhorší akustická situace (nejdrsnější povrch jízdní plochy kol) nastává po brzdění a další jízdou 5


vozidla se po ujetí delší vzdálenosti povrch kol valením po kolejnici válcuje a vyhlazuje. Z tohoto důvodu jsou horší provozní akustické parametry vozů provozovaných na tratích v horách a u vlaků s častými zastávkami (tj. s vysokou četností brzdění). Lepší stav je u vozů provozovaných na tratích v rovinách a bez zastávek (tj. s malou četností brzdění). Z toho lze vyvodit, že jsou velmi hlučné zejména osobní zastávkové vlaky a rychlíky nižší kategorie, které často zastavují, respektive osobní i nákladní vlaky, které sjíždějí táhlé velké spády, pokud používají litinové brzdové špalíky. Jak z energetických, tak i z akustických důvodů je tedy potřebné potenciální i kinetickou energii vlaku prioritně přeměňovat elektrodynamickou rekuperační brzdou v elektrickou energii a předávat ji k dalšímu využití. Nikoliv ji třením mařit přeměnou v teplo a ještě k tomu generovat hluk. Přitom zvýšená hlučnost provází vozidla s brzdami s litinovými špalíky jak při brzdění, tak vlivem drsných kol i v průběhu další jízdy vlaku. S ohledem na převládající dobu jízdy bez brzdění nad dobou vlastního brzdění je z hlediska vlivu litinových špalíkových brzd na hlučnost vlakové dopravy rozhodující právě jejich nepříznivý dopad na stav povrchu kol. Nikoliv hluk při vlastním brzdění. Přínos kotoučové brzdy a s ní související nezdrsněný, zrcadlově hladký povrch jízdní plochy kol je pro hlučnost vlaku značný. Vůz s koly zdrsněnými litinovými špalíky generuje při jízdě, jak je výše uvedeno, zhruba osmkrát vyšší akustický výkon (+9 dB) než stejně rychle jedoucí vůz s hladkými koly. Příznivě akusticky působí i snížení drsnosti druhé dotykové plochy styku kola s kolejnicí, tedy kolejnice. Vyrovnávání polohy kolejnice podbíjením štěrkového lože se použitím moderních traťových strojů výrazně zlepšilo. Avšak touto technologií nelze dosáhnout úplné shody skutečnosti s požadovanou polohou temene kolejnic. K docílení klidného chodu vozidel proto bylo zavedeno broušení kolejnic, které dokáže zbytkové nerovnosti výrazně snížit. Lokální nerovnosti jsou prakticky odstraněny, skutečná geometrická poloha temene kolejnic se téměř shoduje s požadovanou. Přitom je pozoruhodné, že broušením docílená geometrie povrchu kolejnic s malými odchylkami (tolerancemi) od ideálního stavu je v dlouhodobém měřítku stabilnější než pouhým podbíjením docílená geometrie povrchu kolejnic s většími odchylkami od ideálního stavu. Příčinou dlouhodobé stability přesné geometrické polohy povrchu broušených kolejnic je právě minimalizace tolerančního rozptylu. Ta totiž snižuje velikost dynamických sil, které působí mezi vozidly a tratí. Naopak nerovnosti tratě vedou ke vzniku dynamických sil, které provázejí jízdu vlaku a které trať ještě více deformují. Kvalita tratě se lavinovitě zhoršuje (účinkem kladné zpětné vazby). Právě vytvořením rovného povrchu broušením hlav kolejnic se trať uvede do stavu, který nevede k iniciaci tohoto procesu. Zavádění kotoučových brzd a broušení kolejnic, tedy snížení drsnosti povrchu kol i kolejnic, snižuje hluk valení, což je ale paradoxně jen vedlejší průvodní jev. Obě tato 6


opatření byla zavedena z jiných důvodů. Primárním důvodem k náhradě špalíkových brzd kotoučovými brzdami je odstranění tepelného namáhání oběžné plochy kol v průběhu brzdění (s potenciálem nebezpečí tvorby martenzitu a tím i iniciace trhlin). Přechod na kotoučové brzdy souvisí zejména se zvyšováním rychlosti jízdy vlaků osobní dopravy. Vyšší výkony brzd související s vyššími rychlostmi jízdy totiž nelze koncentrovat do nevelké plochy povrchu kol s omezenými možnostmi vyzařování tepla. Primárním důvodem k broušení hlav kolejnic je také zklidnění chodu vozidel s cílem snížit rázy dynamických sil. Díky minimalizaci oscilací dynamických sil zůstává geometrie koleje s vybroušeným povrchem kolejnic dlouhodobě stabilní. Obě vysoce účinná opatření ke snížení hluku železnic (dohromady až –15 dB) nebyla tedy prvotně zavedena s cílem snížit hluk k tíži nákladů protihlukových opatření, ale ze zcela jiných důvodů. Z hlediska řízených snah o snížení hlučnosti železnice šlo o činnost neúmyslnou. O souvislost, která vznikla v podstatě náhodně. 4.2 Řešení moderních vozidel s nízkou úrovní hlučnosti Ačkoliv vznikla některá zásadní protihluková opatření neúmyslně, v současnosti je situace jiná. Hlučnost je chápana jako jedna ze základních a garantovaných průřezových vlastností vozidla. Management hluku je neopomenutelnou činností při navrhování vozidla. Stejně tak jako vozidlo nesmí překročit limit hmotnosti, dovolenou úroveň elektromagnetických polí či linii obrysu, musí splnit požadované hodnoty vnějšího i vnitřního hluku. Základním principem je pokud možno potlačovat hluk v místě zdrojů, tedy snižovat akustický výkon těchto zdrojů. Vždy jde o cílený soubor protihlukových opatření, uskutečněných v jednotlivých subsystémech vozidla: ‐ motorové lokomotivy: umístění dieselagregátu v odhlučněné strojovně, účinné tlumiče sání a výfuku spalovacího motoru, odhlučněný systém chlazení, měkce vypružené podvozky s odpruženě uloženými trakčními motory, hladký povrch kol (elektrodynamická a kotoučová brzda), hladká zaoblená karoserie; ‐ elektrické lokomotivy: umístění komponent v odhlučněné strojovně, vodou chlazené polovodičové měniče, řízení chlazení podle zatížení, měkce vypružené podvozky s plně odpruženě uloženými trakčními motory, hladký povrch kol (kotoučová a elektrodynamická rekuperační brzda), hladká zaoblená karoserie; ‐ osobní železniční vozy: žádné ostré hrany, hladké podélné linie, zakrytí komponent na spodku vozidla, měkce vypružené podvozky, hladký povrch kol (kotoučová brzda), tlakotěsnost (pro snížení vnitřní hlučnosti), hladká zaoblená karoserie; ‐ netrakční jednotky: protáhlý tvar čela, žádné ostré hrany, hladké podélné linie, zakrytí komponent na spodku vozidla, pneumaticky vypružené podvozky, hladký povrch kol (kotoučová brzda), těsné mezivozové přechody (pro snížení vnitřní hlučnosti), tlakotěsnost (pro snížení vnitřní hlučnosti), hladká zaoblená karoserie; ‐ trakční jednotky: protáhlý tvar čel, velké poloměry zaoblení, hladké podélné linie, zakrytí komponent na spodku vozidla, pneumaticky vypružené podvozky, hladký povrch kol (kotoučová a elektrodynamická rekuperační brzda), těsné 7


mezivozové přechody (pro snížení vnitřní hlučnosti), tlakotěsnost (pro snížení vnitřní hlučnosti), pečlivé řešení střešní elektrické výzbroje.

4.3 Snižování hlučnosti nákladních vozů Na rozdíl od lokomotiv, trakčních jednotek a osobních vozů, u kterých byla zavedena kotoučová brzda z funkčních důvodů (tj. výkonnost brzdy), je u nákladních vozů situace složitější. Levná třecí brzda s litinovými špalíky je u nich stále standardem. Pro snížení hlučnosti je pro nákladní vozy hledána jednodušší cesta k hladkým kolům (a tím i nižší hlučnosti), než jakým je kotoučová brzda. Tou jsou nekovové brzdové špalíky místo litinových. Nekovové brzdové špalíky mají ve srovnání se špalíky z litiny nejen schopnost nezdrsňovat povrch kol, ale i vyšší a stálejší součinitel tření. Skutečnost, že při konstrukci nových vozů lze potřebnou brzdnou sílu vyvolat menší přítlačnou silou, je výhodou. Brzdové válce mohou být menší a pákoví lehčí. Vyšší součinitel tření však komplikuje aplikaci nekovových špalíků na starších, již provozovaných nákladních vozech, jejichž brzdy byly navrženy pro špalíky z litiny. Jejich brzdové ústrojí je potřeba upravit tak, aby došlo ke snížení přítlačné síly. To je technicky řešitelné, ale je nutno vynaložit určité náklady na úpravu brzd vozu. Pro zjednodušení zpětných úprav starších vozů jsou proto vyvíjeny nekovové brzdové špalíky, které mají zhruba stejný součinitel tření jako špalíky litinové. Při náhradě litinových brzdových zdrží tímto druhem nekovových zdrží proto není nutné upravovat brzdový systém vozidla. V superpozici s trendem zvýšení rychlosti jízdy nákladních vlaků, který je motivován jak vyšší atraktivitou nákladní dopravy, tak i větší produktivitou vozidel i personálu, je přechod nákladních vozů na nekovové brzdové špalíky, které nezdrsňují povrch oběžné plochy kol, velmi potřebný. Ovšem je nutné jej provést hromadně, neboť akustický výkon hluku valení vozů s litinovými špalíky je násobně vyšší než akustický výkon hluku valení vozů s nekovovými špalíky. Proto by přítomnost i jen několika vozů s koly zdrsněnými litinovými špalíky v soupravě nákladního vlaku s většinou vozů s nekovovými brzdovými špalíky, tedy s hladkými koly, kazila výsledný akustický efekt. Z těchto důvodů se například Švýcarsko rozhodlo nevpouštět na své území od roku 2020 žádné nákladní vozy s litinovými brzdovými špalíky. 4.4 Aerodynamický hluk Aerodynamická složka hluku se u jedoucího vlaku stává dominantní až při rychlostech nad 200 km/h, tedy na vysokorychlostních železnicích. Přesto nelze podcenit význam aerodynamického hluku ani na konvenčních železnicích. Hluk je určitá forma energie. Proto jsou zásady minimalizace aerodynamické složky hluku velmi blízké zásadám minimalizace jízdního odporu: ‐ žádné ostré hrany, ‐ vše zaobleno patřičně velkým poloměrem (alespoň 20 % šířky), ‐ žádné kolmé čelní plochy, ‐ žádné výčnělky. 8


Všeobecně platí, že vozidla pečlivě aerodynamicky řešená s cílem nízké spotřeby energie mají i příznivé vlastnosti v oblasti aeroakustiky. Zvláštní pozornost si zaslouží sběrače proudu (jde o souhru funkčních vlastností – vliv rychlosti jízdy na funkci sběrače a zabránění generování hluku) a vznik nízkofrekvenčních složek hluku (infrazvuk u hranatých vozidel s kolmými plochami) – nebezpečí únavy strojvedoucího.

5. Zvyšování rychlosti 5.1 Systémové řešení železnice pro rychlost 120 km/h V druhé polovině dvacátého století byly v ČR budovány železnice pro rychlost 120 km/h. Jakkoliv byla rychlost 120 km/h zavedena jen velmi omezeně (pouze vybrané úseky mezi Prahou a Přerovem), byla na tuto rychlost dimenzována řada technických zařízení: lokomotivy (498.0, 498.1, E 499.0, S 499.0), motorové vozy (M 296.1,2), osobní vozy (Aa, Ba, BRa, Bac, BRa…), rychlíková špalíková brzda DAKO R, převýšení v obloucích, zabezpečení výhybek, světelná rychlostní návěstní soustava, automatický blok se zábrzdnou vzdáleností 1 000 m, liniový vlakový zabezpečovač, řetězovkové trakční vedení s přídavným lanem, trakční napájecí stanice, výkonově navržené pro lokomotivy o výkonu 2 až 4 MW. 5.2 Systémové řešení železnice pro rychlost 160 km/h V některých evropských zemích byla v průběhu druhé poloviny dvacátého století zavedena rychlost 160 km/h. Systémový přístup byl založen na následujících krocích. Vlaky jedoucí touto rychlostí musejí být brzděny tak, aby bezpečně zastavily na dráze dlouhé 1 000 m. To vyžaduje brzdu R + MG s brzdným účinkem 208 %, která je reálně proveditelná pouze jako kotoučová. Zvýšení rychlosti jízdy ze 120 km/h na 160 km/h vede fyzikálně ke zvýšení výkonu hluku valení o 3,7 dB (30log (160/120) = 3,7). Tento nárůst však byl s rezervou kompenzován přechodem od kol zdrsněných litinovými špalíky na hladká kola s efektem až –9 dB. Nebylo nutné činit žádná další protihluková opatření, neboť vlaky jezdící rychlostí 160 km/h byly díky přechodu na kotoučovou brzdu méně hlučné než původní vozidla jezdící rychlostí 120 km/h („stará hluková zátěž“). Systémové jízdní doby pro taktový jízdní řád rychlíků byly konstruovány na rychlost 160 km/h, neboť všechny odpovídající vlaky byly sestaveny z vozidel, která ji dovedou využít. Výsledkem je, že na trati s rychlostí 160 km/h jezdí vlaky rychlostí 160 km/h, a to bez protihlukových stěn. 5.3 Řešení železnice pro rychlost 160 km/h v ČR V České republice byla na přelomu dvacátého a jednadvacátého století zavedena rychlost 160 km/h nákladnými úpravami na straně infrastruktury (upgrade tratí tranzitních koridorů) – ovšem bez provedení tomu úměrné systematické obnovy parku vozidel. Odklad investice do nákupu nových vozidel se projevil řadou důsledků. V provozu byly ponechány vozy se špalíkovou brzdou, která omezuje jejich nejvyšší provozní rychlostí na 140 km/h. Neprovedení řádově nižší investice do vozidel znemožnilo plnohodnotně využívat parametry řádově vyšší investice do dopravní cesty. Vozidla brzděná špalíkovou brzdou (s litinovými špalíky) jsou hlučná, vyšší 9


rychlost jízdy zvyšuje jejich akustický výkon, a to jak přímo (efektem třetí mocniny), tak i nepřímo (zvýšeným zdrsněním kol intenzivnějším brzděním). To má vliv jak na kulturu cestování vlakem, tak i na okolí tratě. Podél tratí byla učiněna pasivní protihluková opatření s nákladem cca 2 miliardy Kč (i když skutečná hluková zátěž okolí tratě je vlivem kvalitnějšího železničního svršku a poklesu rozsahu nákladní dopravy zpravidla nižší než před provedením její modernizace). Systémové jízdní doby pro taktový jízdní řád rychlíků byly konstruovány na rychlost 140 km/h, neboť ne všechny odpovídající vlaky byly sestaveny z vozidel, která dovedou využít rychlost 160 km/h. V zásadě lze konstatovat, že z hlediska řešení hluku způsobovaného železniční dopravou byla infrastruktura s životností kolem 100 let přizpůsobena vozidlům s životností kolem 30 let, a to právě dožívajícím. Navíc vozidlům, která neplní (a principiálně nejsou schopna splnit) požadavky TSI noise. Důsledkem bylo, že na nákladně modernizovaných tratích pro rychlosti 160 km/h jezdily četné vlaky rychlostí jen 140 km/h, a to za protihlukovými stěnami. Až dodatečně bylo železnici umožněno investovat do nákupu moderních tichých vozidel s kotoučovými brzdami, která v zásadě protihlukové stěny nepotřebují a která dokážou využít plné traťové rychlosti. Navíc na rozdíl od protihlukových stěn snižují investice do nových vozidel hluk nejen v ojedinělých místech, ale v celé délce jejich vozebních ramen.

6. Protihlukové stěny Protihlukové stěny se v České republice staly charakteristickým prvkem nejen pro protihluková opatření, ale i pro modernizované tratě všeobecně. Přesto (respektive i právě proto) je nutno povšimnout si také jejich negativ: energii hluku z převážné části nepohlcují, ale jen odrážejí jinam, z hlediska zákazníka železnice (cestujícího) i zaměstnanců železnice (vlakový personál) jsou tyto stěny nikoliv protihlukové, ale prohlukové (zvyšují úroveň vnitřního hluku ve vozidlech), brání zákazníkům železnice sledovat krajinu podél trati, zhoršují přístup k trati při její údržbě a při mimořádných událostech, v krajině jsou nevzhledné, mnohdy jsou stavěny proti vůli těch, které mají chránit, a jsou velmi drahé. Vzájemné relace směrných cen liniových staveb dokládají, že protihlukové stěny jsou drahé nejen absolutně, ale i relativně, a to jak v porovnání s jinými stavbami, tak s přinášeným efektem. Jednostranná protihluková zeď stojí řádově 20 mil. Kč/km a přinese mírné snížení intenzity hluku v okolí železnice. Elektrizace jedné traťové koleje (trakční vedení plus trakční napájecí stanice) vyžaduje zhruba 10 mil. Kč/km s efektem poklesu nákladů na trakční energii (ve srovnání s naftou) na 1/3 až 1/4. Při instalaci ETCS Level 2 pro jednu traťovou kolej za přibližně 2 mil. Kč/km dochází ke zvýšení bezpečnosti (odstranění železničních nehod způsobených přehlédnutím či nerespektováním návěstí).

10


7. Snižování hlučnosti tramvají Základem užitné hodnoty tramvaje je pouličnost, tj. schopnost pohybovat se po dráze vedené v těsné blízkosti obytných budov. To však pochopitelně vyžaduje, aby tramvaj byla ohleduplná vůči svému okolí, a to i v oblasti hluku generovaného tramvajovou dopravou. Hluk je KO kritériem pro provoz tramvají: odmítnutí stavby tramvajové tratě Kobylisy – Bohnice občany Prahy 8, náhrada nočních tramvají nočními autobusy v Brně (plus další výhody), snížení rychlosti jízdy tramvají na vybraných úsecích v Praze v nočních hodinách z 50 km/h na 40 km/h (efekt cca: 30log (40/50) = –3 dB). Řešeními na straně infrastruktury jsou: broušení kolejnic, pohlcování hluku místo odrážení hluku (zatravňování, respektive štěrková lože versus betonové panely). Řešeními na straně vozidel jsou aplikace pryžových prvků ve vypružení, hladká kola (ne mnohohranná – kvalitní protismyková ochrana), zakrytí podvozků plentami (dodatečně: T3, KT8, T6A5), zastínění podvozků dřevěným bedněním (Vídeň), potlačení kvílení v obloucích (vypružení kol s úmyslem zmenšit frekvenci torzních kmitů dvojkolí při průjezdu oblouků o malém poloměru, respektive aplikace pojezdů s volnými koly).

8. Spotřeba energie pro vytváření hluku Hluk provázející jízdu vlaku je určitou formou energie. To přirozeně vyvolává dvě základní otázky. Kde se tato energie bere? Kdo tuto energii platí? Do energie hluku se přeměňuje část trakční práce vytvořené trakčním pohonem vlaku A = ∫F dL. Základem trakční práce je vynaložení síly na překonání jízdního odporu F0 = A + B · v + C · v2 = m · g · (a + b · v + c · v2), kde: a ………konstantní složka (valení, ložiska); b · v …..lineární složka (neklidný chod – kmitání a jeho tlumení); c · v2 ….kvadratická složka (aerodynamika a vlastní ventilace). 8.1 Jízdní odpor – konstantní složka (valení) V současné době prováděné zkoušky moderních vozidel s kotoučovou brzdou vedou ke zjištění konstantní složky měrného jízdního odporu, který vyjadřuje vliv součinitele valivého tření, v hodnotě přibližně a = 1,0 N/kN. Přitom měřením na prázdných a naložených (obsazených) vozech téhož typu byla tato hodnota shledána naprosto neměnnou (shodnost i v řádu setin). To je znatelně méně, než tomu bylo v nedávné minulosti (v 60. až 80. letech minulého století), kdy bývaly u nových vozidel brzděných litinovými špalíky zjišťovány měřením hodnoty zhruba a = 1,5 N/kN pro ložené, respektive těžké vozy, a = 2,0 N/kN pro prázdné, respektive lehké vozy. Lze odvozovat, že tento pokles měrného jízdního odporu souvisí s přechodem z brzdění litinovými špalíky na kotoučové brzdy. Hladká kola mají menší součinitel 11


valivého tření a odpadají zbytkové síly způsobené nedokonale odlehlými brzdovými špalíky (ty jsou absolutně stálé, a proto relativně vyšší u prázdných vozů). Bude-li v zájmu snížení hluku na železnicích v ČR zcela upuštěno od třecích brzd s litinovými špalíky, dojde primárně k významnému snížení hluku vlakové dopravy (až o 9 dB), a to celoplošně na všech tratích v celé síti. Sekundárně dojde ke snížení valivé složky jízdního odporu (v průměru odhadem o cca 0,7 N/kN) s významným dopadem na pokles spotřeby energie. Pro celou síť českých železnic s ročním dopravním výkonem D = 60 miliard tkm lze odhadnout úsporu trakční práce: ΔA = Δp · m · g · L = Δp · D · g = 0,7 · 60 000 000 000 · 9,81/3 600 = =115 000 000 kWh/rok. Vytváření hluku je energeticky náročné. Odhadnutá úspora trakční práce vede k úspoře nákladů na elektrickou energii a na motorovou naftu. Při 80% podílu elektrické vozby činí úspora elektrické energie: ΔE = k · ΔA/η = 0,8 · 115 000 000/0, 7 = 131 kWh/rok (tedy při ceně 2,5 Kč/kWh činí úspora cca 329 mil. Kč/rok). Při 20% podílu motorové vozby činí úspora motorové nafty: ΔB = (1 – k) · ΔA/η /H = (1 – 0,8) · 115 000 000/0,3/10 = 7 700 000 dm3/rok (tedy při ceně 30 Kč/dm3 úspora 230 mil. Kč/rok). Celková odhadnutá roční úspora: ΔC = ΔCe + ΔCn = 329 + 230 = 559 mil. Kč/rok Místo prodlužování životnosti přestárlých hlučných a energeticky náročných vozidel s třecí brzdou s litinovými špalíky je lépe pořídit soudobá tichá a energeticky úsporná vozidla s hladkými koly. 8.2 Jízdní odpor – lineární složka (kmitání pojezdu) V současné době prováděné zkoušky moderních vozidel na kvalitních tratích vedou ke zjištění lineární složky měrného jízdního odporu, která vyjadřuje vliv kmitání, tedy neklidného chodu, v nulové (neměřitelné) hodnotě: b = 0,0 N/kN/(km/h). Přitom v nedávné minulosti (v 60. letech minulého století), bývaly měřením na reálných tratích (nikoliv na zkušebním okruhu) hodnoty zhruba: b = 0,008 N/kN/(km/h). Lze odvozovat, že tento pokles měrného jízdního odporu souvisí se změnami jak na straně infrastruktury, tak na straně vozidel:

12


‐ kolejnice v přesné geometrické poloze a s hladkým povrchem. Mimo jiné i vliv „skutečně bezstykové koleje“ – náhrada termitových svarů elektrickými, tedy nejen stálá statická poloha, ale i stálá dynamická poloha (homogenní tuhost kolejnic), ‐ kvalitní pojezdy vozidel, koleji přizpůsobený tvar jízdní plochy kol. Kvalitní tratě se stálou statickou i dynamickou polohou koleje a nová moderní vozidla s technicky vyspělými pojezdy přinášejí primárně klidný a bezpečný chod vozidel a spolu s tím i cestovní komfort. Sekundárně dochází ke snížení kmitavé složky jízdního odporu (zhruba o cca 0,008 N/kN/(km/h)) s významným dopadem na pokles spotřeby energie. Terciálně přináší i významné snížení hluku vlakové dopravy, neboť klidně jedoucí vozidla méně hlučí. Pro celou síť českých železnic s ročním dopravním výkonem D = 60 miliard tkm lze při střední rychlosti 80 km/h odhadnout úsporu trakční práce: ΔA = Δp · m · g · L = Δp · D · g = 0,64 · 60 000 000 000 · 9,81/3 600 = = 105 000 000 kWh/rok. Vytváření hluku je energeticky náročné. Odhadnutá úspora trakční práce vede k úspoře nákladů na elektrickou energii a na motorovou naftu. Při 80% podílu elektrické vozby činí úspora elektrické energie: ΔE = k · ΔA/η = 0,8 · 105 000 000/0,7 = 120 kWh/rok (tedy při ceně 2,5 Kč/kWh úspora cca 300 mil. Kč/rok). Při 20% podílu motorové vozby činí úspora motorové nafty: ΔB = (1 – k) · ΔA/η/H = (1 – 0,8) · 105 000 000/0,3/10 = 7 000 000 dm3/rok (tedy při ceně 30 Kč/dm3 úspora 210 mil. Kč/rok). Celková odhadnutá roční úspora: ΔC = ΔCe + ΔCn = 300 + 210 = 510 mil. Kč/rok. Místo stavění protihlukových stěn je rozumnější dát do pořádku tratě a nakoupit na ně nová moderní vozidla s klidným chodem. 8.3 Jízdní odpor – kvadratická složka (aerodynamika) V minulosti byla v ČR prakticky všemi výrobci, zejména v letech 1970 až 2000, dodávána tehdejšími ČSD vozidla, jejichž vnější tvar odpovídal nikoliv požadavkům aerodynamiky, ale tehdejšímu módnímu stylu designu (hranaté tvary), který též byl technologicky nenáročný. Vozidla řad 753, 731, 163, 363, 460, 560, 810 a dalších podobných symbolů výtvarného stylu tehdejší doby jsou toho dokladem. Tato vozidla lze charakterizovat činitelem tvaru jejich samotné čelní partie cca 1. Hranaté tvary mají dva negativní dopady. Na velikost aerodynamické složky jízdního dopadu a tím na spotřebu energie železniční dopravy a na hluk produkovaný železniční dopravou (při vyšších rychlostech). 13


Soudobá moderní vozidla mají pečlivě řešené vnější tvary (včetně čel) s cílem minimalizovat energetickou náročnost železniční dopravy a s příznivými účinky na jejich hluk generovaný jízdou. Typická hodnota činitele tvaru jejich samotné čelní partie je cca 0,3 u konvenčních vozidel a 0,1 u vysokorychlostních vozidel. Dopad snížení aerodynamické složky jízdního odporu na energetickou náročnost železniční dopravy je značný. Pro celou síť českých železnic s ročním vlakovým výkonem W = 200 milionů vl. km lze pro efektivní rychlost 80 km/h odhadnout úsporu trakční práce způsobenou toliko záměnou hranatých čel trakčních vozidel za zaoblená: ΔA = ΔCx · S · 0,5 · ρ · v2 · L/3,62/3 600 = = (1 – 0,3) · 12 · 0,5 · 1,25 · 802/ 3,62 · 150 000 000/3 600 = 108 000 000 kWh/rok. Toto snížení aerodynamické složky trakční práce je provázeno i odpovídajícím snížením aerodynamické složky hluku. Odhadnutá úspora trakční práce vede k úspoře nákladů na elektrickou energii a na motorovou naftu. Při 80% podílu elektrické vozby činí úspora elektrické energie: ΔE = k · ΔA/η = 0,8 · 108 000 000/ 0,7 = 123 kWh/rok (tedy při ceně 2,5 Kč/kWh úspora cca 309 mil. Kč/rok). Při 20% podílu motorové vozby činí úspora motorové nafty: ΔB = (1 – k) · ΔA/η/H = (1 – 0,8) · 108 000 000/0,3/10 = 7 200 000 dm3/rok (tedy při ceně 30 Kč/dm3 úspora 216 mil. Kč/rok). Celková odhadnutá roční úspora: ΔC = ΔCe + ΔCn = 309 + 216 = 525 mil. Kč/rok. Místo prodlužování životnosti přestárlých hlučných a energeticky náročných vozidel s hranatými tvary je lepším řešením pořídit soudobá, tichá a energeticky úsporná vozidla se zaoblenými tvary. Technická dokonalost moderních vozidel v sobě spojuje nízkou spotřebu energie, klidný chod a nízké emise hluku. Nevytvářením hluku lze ušetřit náklady na energii a odstraňování následků opotřebení. Výše vyčíslené úspory jsou jen směrné odhady, nikoliv přesná čísla, avšak přesto je užitečné se nad nimi zamyslet.

9. Specifika působení hluku na děti Před zhruba dvaceti lety došlo v ČR ke snížení porodnosti z cca 130 000 narozených dětí ročně na cca 80 000 až 90 000 narozených dětí ročně. V důsledku toho je v ČR v současnosti o zhruba 900 000 méně dětí než před 30 lety. Dětí bychom si měli vážit, neboť jsou budoucností světa. Nikoliv je diskriminovat. Proto stojí za povšimnutí, jak lhostejně se chovají dospělí vůči dětem při posuzování hluku. 14


Podmínkou technické způsobilosti technických zařízení k jejich provozu je splnění určitých akustických parametrů (akustický výkon, případně akustický tlak zjišťovaný v určité vzdálenosti od zařízení). Ke zjištění těchto hodnot jsou prováděna podrobná a fyzikálně správná měření. Naměřené hodnoty hluku (W, Pa, respektive W/m2) jsou však nejprve korigovány filtrem A, který vyjadřuje subjektivní vnímání intenzity zvuku (druhé mocniny akustického tlaku) člověkem. Dospělý člověk vnímá jen zvuky v rozsahu cca 20 Hz až 20 kHz. Této skutečnosti je přizpůsoben i filtr A, který vyhodnocuje pouze zvuky do 20 kHz, frekvence vyšší než 20 kHz neuvažuje.

Obr. 2 - Váhové filtry pro hodnocení účinků hluku na lidský organismus 9.1 Dětské ouško Frekvenční rozsah funkčnosti lidského ucha je na základě fyzikálních principů úměrný jeho rozměrům. Tóny s frekvencí nad 20 kHz nejsou schopny rozechvět sluchové ústrojí dospělého (které je matematicky modelováno filtrem). Avšak dětské ouško je schopno vnímat i tóny vyšší než 20 kHz, neboť jeho sluchové ústrojí je geometricky menší. Proto jej mohou rozechvět i vyšší tóny s menší vlnovou délkou (analogie: průměr výškového reproduktoru je menší než průměr hloubkového reproduktoru).

15


V důsledku toho dochází při měření a vyhodnocování hluku k metodické chybě. Hluk je posuzován jen podle toho, jak jej vnímají dospělí, nikoliv podle toho, jak jej vnímají děti. To není správné, neměli bychom zapomínat na to, jak hluk působí na děti. Vysoké tóny hluku, které děti dobře slyší, jsou při hodnocení hlukového prostředí díky způsobu, kterým je definován filtr A (jež modeluje ucho dospělého člověka): ‐ při frekvencích kolem 10 kHz – 20 Hz vyhodnocovány slaběji, než jak skutečně působí a než jak je děti vnímají; ‐ při frekvencích nad 20 kHz jsou zcela opomenuty, avšak přitom ve skutečnosti objektivně existují a děti je vnímají. Popsaná metodická chyba způsobuje, že dětem může působit potíže prostředí, které je podle všeobecně používaných akustických a hygienických norem a předpisů zcela v pořádku. Situace je o to komplikovanější, že dospělí lidé vysokofrekvenční hluk neslyší, a tedy o něm vůbec nevědí. Takže nepodnikají kroky k jeho změření a následnému odstranění. Tato skutečnost platí všeobecně a nevyhýbá se ani kolejovým vozidlům. Lze to doložit dvěma skutečnými příklady. Prvním příkladem je modernizace tramvají KT4 ve městě Gera. Druhým příkladem je skřípění brzd osobních železničních vozů. 9.2 Tramvaje KT4 ve městě Gera Po rekonstrukci elektrické výzbroje tramvají KT4 na pulzní řízení bylo pozorováno, že děti v kočárku se po chvíli pobytu v tramvaji rozpláčou. Prvotní podezření na vliv elektromagnetického pole bylo vyvráceno měřením polí. Příčina nebyla k nalezení, až nakonec byla jedním zkušeným pediatrem shledána v akustice. Kabel k brzdovému odporníku byl na střechu veden okenním sloupkem. Magnetickými účinky proudu se sloupek mechanicky rozkmitával. Jím generovaný zvuk měl tónový charakter, což je pro člověka obzvlášť nepříjemné. Avšak jeho frekvence mírně překračovala 20 kHz, tedy jej dospělí neslyšeli a při hodnocení výsledků měření byl účinkem filtru A anulován. Shodou náhod byl právě v těsné blízkosti tohoto sloupku prostor, vyhrazený pro přepravu dětských kočárků. Dětem tento zvuk (navíc tónového charakteru) velmi vadil, a proto plakaly. Problém nebyl snadno identifikovatelný, neboť dospělí lidé svýma ušima žádný zvuk vydávaný sloupkem neslyšeli. Proto o něm vůbec nevěděli. Ani výsledky měření filtrem A korigovaných hladin akustického tlaku LpA nenaznačovalo žádné příčiny nespokojenosti malých dětí. Po objasnění příčiny neklidného chování dětí se uvedenou vadu podařilo snadno vyřešit jednoduchou úpravou sloupku s kabelovým vedením. 9.3 Skřípění brzd osobních železničních vozů Osobní vozy dodávané bývalými ČSD v 60. a 70. letech minulého století vyvozují při brzdění, zejména těsně před zastavením, tedy v oblasti nárůstu součinitele tření 16


mezi litinovým brzdovým špalíkem a povrchem kola, pískavý zvuk. Snad nejvíce je tento jev patrný u vozů bývalé řady Baim (později Bnp, 053, 054, …). Stojí za povšimnutí, že děti, které stojí na nástupišti a čekají na vlak (tedy jsou jen několik metrů vzdáleni od jeho podvozků (a pokud je nástupiště nízké, tak i téměř ve výšce podvozku) si při brzdění zastavujícího vlaku zakrývají rukama obě uši. Malé děti se při působení tohoto hluku rozpláčou (ověřeno náhodným pokusem). Z toho lze odvozovat, že ve spektru zvuku skřípaní brzd jsou pravděpodobně významně obsaženy složky na vyšších frekvencích, které vnímá dětské ouško podstatně silněji než dospělý člověk, respektive než jak je ohodnocuje filtr A. Jistě by stálo za to, tyto jevy blíže analyzovat a brát ohled při posuzování hluku vyvolaného provozem železniční dopravy nejen na dospělé, ale i na děti.

Závěr Hluk je průřezovou vlastností železničního systému. Proto je účelné systematicky jej řešit spolu s dalšími parametry a průřezovými vlastnostmi již při návrhu komponent železničních subsystémů. Dodatečné konstatování úrovně hluku a pozdě vznikající snaha o potlačování jeho následků různými extenzivními pasivními opatřeními není efektivní cestou.

Literatura [1]

POHL, Jiří. Rychlá železniční osobní doprava, díl třináctý. Železniční magazín, 2009, č. 4, s. 15 – 19.

Praha, září 2012

Lektoroval:

Ing. Jan Hlaváček VUZ, a.s.

17


Roman Štěrba1

Mezinárodní železniční statistika UIC a sektorové analýzy

Klíčová slova: železniční statistika, Mezinárodní železniční unie (UIC)

Úvod Statistická skupina UIC je pracovním orgánem odpovědným za unifikaci metodických pravidel pro sběr a zpracování dat železniční statistiky. Role skupiny spočívá v konsensuální definici ukazatelů a statistických výkazů pro sběr sektorových dat od členských podniků a jejich metodickém zajištění. Právě jednotná metodika je klíčem k věrohodné a komparativní statistice. Koherentní statistika železniční dopravy je výzvou pro experty. Stále více se totiž jednotlivé subjekty v železničním sektoru odlišují jak svoji právní formou, tak realizovanými činnostmi a jejich rozsahem. Statistická skupina tak představuje platformu pro stanovení a sdílení jednotných pravidel pro sběr, hodnocení a interpretaci dat mezinárodní železniční statistiky. Členství ve statistické skupině je otevřeno všem členským podnikům, především pak aktivním členům UIC.

1. Governance Nejvyšším orgánem statistické skupiny je plenární zasedání reprezentantů členských podniků, které schvaluje stanovy skupiny, volí prezidenta a přijímá rozhodnutí o odborné činnosti řídícího výboru. Řídící výbor je výkonným orgánem, jehož předsedou je prezident skupiny a stávajícími členy reprezentanti BDŽ, CFR, CFR Marfa, ČD, DB, FS, MAV, NRIC a SNCF (stav k 30.9.2012). Řídící výbor rozpracovává návrhy z plenárního zasedání anebo vlastní návrhy. Výsledky činnosti podléhají souhlasu plenárního zasedání. Na základě vzájemné dohody UIC a CER se na jednáních statistiky UIC zúčastňuje i zástupce CER s hlasem poradním.

1

Doc. Dr. Ing. Roman Štěrba – vedoucí projektu Interní finanční řízení v rámci VIZE2012, odbor strategického controllingu GŘ ČD, a.s.; předseda Statistické skupiny UIC (od roku 2010), předseda skupiny HCF - Finanční ukazatele UIC (2006-2009), místopředseda dozorčí rady Nadace Okřídlené kolo. Absolvent inženýrského a doktorandského studia na FD ČVUT v Praze (1998), postgraduálního studia na TU Dresden (1996) a vědeckovýzkumných stipendijních pobytů na Katalánské polytechnice Barcelona (1994), TU Dresden (1998-2002) a College of Europe Bruges (2010). Praxe vedoucího kanceláře ředitele organizace ROPID Praha (1995-1998). Externí vysokoškolský pedagog na FD ČVUT (od roku 1995).

1


2. Projekty V současné době je na úrovni řídícího výboru rozpracováno několik projektů. V gesci rumunského provozovatele dráhy CFR a ve spolupráci se Společenstvím evropských železničních podniků a provozovatelů infrastruktury (CER) je veden projekt statistiky infrastruktury se zaměřením na intenzitu vlakové dopravy na devíti hlavních Panevropských koridorech nákladní dopravy. První z koridorů bude implementován do 10.11.2013. Řídící orgán každého z koridorů bude zpracovávat „Zprávu o monitoringu výkonnosti“ obsahující ukazatele např. Počet nákladních vlaků, Celkové vlakové kilometry, přesnost provozu měřená na určených místech, plánovaná a aktuální průměrná rychlost vlaků, počet nevyužitých vlakových tras atpod. První implikací projektu do statistiky UIC je zavedení nové tabulky 19 – Přesnost provozu na infrastruktuře měřená a vykazované provozovatelem dráhy. Tabulka 19 doplňuje již dříve zavedenou tabulku 59 - Přesnost vlaků osobní dopravy a tabulku 69 Přesnost vlaků nákladní dopravy. V gesci maďarského provozovatele dráhy MAV je veden projekt Ukazatelů produktivity s cílem vytvořit systém měření a hodnocení železničních podniků v sektorech osobní dopravy, nákladní dopravy, trakce (vozby) a infrastruktury. Pro zajištění dat je zavedena tabulka 100. V roce 2012 dochází k redukci počtu ukazatelů z padesáti na třicet.

Ukázka grafického znázornění ukazatele produktivity (Zdroj: MAV)

V gesci francouzského státního integrovaného železničního podniku SNCF je rozvíjen projekt statistiky osobních nádraží jakožto samostatného podnikatelského segmentu s ambicí vytvořit kritéria pro kategorizaci stanic podle výkonových ukazatelů a rozsahu nabízených doprovodných služeb a realizovaných aktivit. Osobní stanice jsou 2


podnikatelským segmentem podnikajícím v pronájmu kapacity vlakovým dopravcům a ostatního majetku (např. maloobchodní prodej a služby). Nádraží, dříve mystická a fascinující brána do měst a do dálek, získává znovu spolu s přeměnou železnice na zákaznicky orientovaného dopravce svůj význam. Cílem je učinit z nádraží pulsující centrum cestování, které nabízí snadno dosažitelné vlaky, komplexní služby související s přepravou i s životní úrovní a komfort pro cestující a návštěvníky bez ohledu na to, zda potenciální zákazníci dráhy její nabídku využijí nebo ne. To není pouze otázka architektury a vybavení, ale také vysokých požadavků na myšlení a konání nádražního personálu. V pilotní fázi projektu proběhne mezi vybranými podniky anketa na ukazatele: počet zastavení vlaků, výnosy od dopravců, výnosy z komerčních pronájmů, plocha ke komerčnímu pronájmu, kapitálové a provozní výdaje. V gesci německého železničního holdingu DB je veden projekt s cílem vymezit klíčové statistické formuláře a ty využívat pro každoroční statistické šetření. Ostatní formuláře by byly aplikovány v sudých letech anebo ad-hoc podle aktuální potřeby a poptávky uživatelů. V gesci předsednických ČD je veden projekt zaměřený na analýzu kvality dat v klíčových statistikách (tabulky 57, 58, 67, 68 na celkovou přepravní vzdálenost bez ohledu na komerční odpovědnost jednotlivých dopravců a tabulky 19, 59, 69 na přesnost provozu vlakové dopravy). Výsledky těchto šetření mají posloužit Evropské komisi při hodnocení splnění prioritních cílů Společné dopravní politiky, především pak ohledně požadovaného přesunu přepravy na železnici u vzdálenosti nad 300 km a očekávaného zlepšení kvality služby.

3. RAILISA V zájmu zajištění řádné dostupnosti a on-line sdílení statistických dat provozuje UIC databázovou aplikaci RAILISA – železniční informační systém a analýzy. Databázový program založený na technologii SQL serveru umožňuje on-line sdílet veškerá data dostupná na UIC, tzn. data ze všech statistických šetření. Výhodou aplikace RAILISA je především fakt, že sebraná data od individuálních členských podniků jsou on-line k dispozici všem uživatelům dříve, než dojde k jejich publikaci v tištěné podobě. K dispozici jsou tak data od roku 1970 až po nejnovější. Uživatelé mohou využívat standardní výkazy anebo aplikovat vlastní (personifikovaná) kritéria pro výběr a zpracování dotazů a následnou tvorbu uživatelských výkazů. Uživatel má k dispozici sedm formátů pro export a tisk dat.

3


Ukázka reportu z RAILISA s možností exportu (Zdroj: UIC)

4. Statistická šetření a publikace Sběr statistických dat organizuje UIC měsíčně, pololetně a ročně. V současné době je v oběhu 58 statistických formulářů, z nichž je 37 tabulek publikováno v ročence UIC. Měsíčně probíhá sběr základních dat o železniční osobní a nákladní přepravě a o běhu vlaků na síti. Výsledky jsou k dispozici průběžně a publikovány čtvrtletně. Pololetně se sbírají informace o hlavních ukazatelích, tzn. rozšířená data o intermodální přepravě, výkonech vysokorychlostních vlaků, tržbách z přepravy a o nehodovosti. Roční výsledky jsou sbírány v členění na: a) hlavní ukazatele, zahrnující data o infrastruktuře, vozidlech, dopravních a přepravních výkonech, o nehodovosti a o tržbách z přepravy; b) statistika o přepravě mezi členskými podniky (origin-destination) – nákladní přeprava, intermodální přeprava a osobní přeprava; 4


c) statistika o přepravních výkonech a tržbách z přepravy sloužící pro výpočet členského příspěvku; d) data určená k publikaci ve Statistické ročence UIC, která je jedinou tištěnou publikací pro veřejnost; TABULKA 11 12 13 15 16 19 21 22 23 31 32 41 42 43 51 56 59 61 62 63 64a 64b 65 66 69 71 72 73 74 76 81

NÁZEV Tratě Běh vlaků všech dopravců na infrastruktuře Hrubé tunové kilometry všech vlaků na infrastruktuře Úrovňové přejezdy Délka tratí vybavených ETCR Přesnost provozu vlaků na síti Hnací vozidla Osobní vagony Nákladní vagony Zaměstnanci podle činnosti Zaměstnanci podle věku a pohlaví, fluktuace Běh vlaků dopravce Hrubé tunové kilometry vlaků dopravce Běh vozidel dopravce Komerční osobní přeprava v tuzemsku Komerční osobní přeprava – oskm Přesnost provozu osobních vlaků Komerční nákladní přeprava v tuzemsku Komerční nákladní přeprava v tuzemsku (tuny) Komerční nákladní přeprava v tuzemsku (tkm) Komerční nákladní přeprava podle kategorií NST-2007 (tuny) Komerční nákladní přeprava podle kategorií NST-2007 (tkm) Intermodální přeprava v tuzemsku Komerční nákladní přeprava celkem (tkm) Přesnost provozu nákladní dopravy Rozvaha Výkaz zisku a ztráty Výsledky hospodaření hlavních činností Finanční účast státu a veřejných rozpočtů Investice Spotřeba trakční energie 5


91 95 10 20 40 50 e)

Železniční nehody Železniční trajekty Vysokorychlostní infrastruktura Vysokorychlostní vozidla Výkony vysokorychlostních vlaků Osobní přeprava vysokorychlostními vlaky data určená k publikaci ve Statistické ročence UIC v pětileté periodicitě (naposledy za rok 2010)

TABULKA A11 A24 A25 A26 A27 f)

NÁZEV Tratě a zařízení Nákladní vagony zvláštní stavby Stáří hnacích vozidel Stáří osobních vozů Stáří nákladních vagonů

pilotní šetření

TABULKA 33 34 35 52 53 54 57 58 67 68

NÁZEV Školení a vzdělávání Bezpečnost práce Odpracované roky Druh osobní přepravy Struktura prodeje jízdenek Spokojenost cestujících Osobní přeprava podle vzdáleností (počet cestujících) Osobní přeprava podle vzdáleností (osobo-kilometry) Nákladní přeprava podle vzdáleností (Tuny) Nákladní přeprava podle vzdáleností (tunové kilometry)

Tradiční publikace časových řad hlavních ukazatelů od roku 1970 je k dispozici pro členské podniky v elektronické podobě. K dispozici je i varianta s volitelným bazickým rokem a procentuálními hodnotami ukazatelů.

TABULKA B11 B21 B22

NÁZEV Délka provozovaných tratí ke konci roku Hnací vozidla Osobní vagony 6


B23 B31 B41 B42 B51 B61 B65 B72

Nákladní vagony Zaměstnanci – průměrný evidenční počet přepočtený na plně zaměstnané Výkony vlaků osobní dopravy Výkony vlaků nákladní dopravy Počet přepravených osob a oskm Nákladní přeprava: tuny, tkm, počet ložených vagonů Intermodální přeprava: tuny a tkm Provozní náklady a výnosy

Stejně tak i důvěrná statistika o nehodovosti, kompenzacích provozních ztrát atd. je k dispozici v elektronické podobě. Činnost Statistické skupiny se neomezuje jen na sběr primárních dat, nýbrž zhotovuje i přehledy vybraných poměrových ukazatelů a výsledky publikuje v číselné i grafické podobě v dokumentech „Mapy a grafy“ (jedná se o nefinanční ukazatele), „Zpráva finanční ukazatele“ a „Ukazatele výkonnosti“. Pozornost statistické skupiny UIC je upřena na statistické podchycení soudobých výzev kladených před železniční sektor, jako jsou: –

společenská odpovědnost, především v oblastech ochrany životního prostředí a udržitelného rozvoje,

–

infrastruktura a koridory páteřních tratí,

–

lidské zdroje (vzdělávání, školení, věkové rozvrstvení aj.),

–

bezpečnost (safety) dopravy a bezpečí (security) ve smyslu vandalismu, násilí aj.,

–

měření produktivity a hodnocení efektivnosti železnic.

5. Finanční ukazatele V minulosti se finančnímu šetření v rámci UIC věnovala skupina HCF (Harmonisation Comptable et Financiere) aplikující Vyhlášku č. 318. Od roku 2000 byla skupina HCF přetransformována na skupinu Benchmarking v rámci tehdejšího Výboru pro ekonomii, finance a životní prostředí (Comité 6) UIC. Tehdy se zúčastněné členské železniční podniky dohodly, že právě prostřednictvím skupiny Benchmarking je vhodné a potřebné využít možností společného sdílení metod, postupů a opatření členských železničních podniků s úspěchem uplatněných při zvyšování produktivity a efektivity v zájmu zvýšení konkurenceschopnosti celého železničního sektoru na přepravním trhu. Ustavením skupiny Benchmarking došlo k posunu v chápání spolupráce drah v rámci původní HCF, kdy se již nejednalo o pouhé shromažďování a publikaci číselných údajů, ale především o znalost a pochopení procesů klíčových pro zásadní restrukturalizační změny železniční firmy. Od roku 2006 došlo k redefinici náplně činnosti skupiny, jejímu 7


přejmenování na Finanční ukazatele a jmenování ČD vedením skupiny. Prvním dosaženým výsledkem pod předsednictvím ČD byla harmonizace metodických ustanovení Finančního šetření se šetřením statistickým, což umožnilo odstranit duplicitní sběr dat od členských podniků a výlučné využití výsledků statistického šetření UIC. Každý rok vydává ředitelství UIC Zprávu Finanční ukazatele, která se člení na seznam ukazatelů, jejich popis, komparativní analýzu podniků jako celku a podle hlavních činností provozovaných na železnici: dopravní cesty, osobní dopravy a nákladní dopravy. Jednou za tři roky vydává ředitelství UIC příslušné časové řady finančních ukazatelů.

Ukázka grafického znázornění finančního ukazatele obnova stálých aktiv (Zdroj: UIC)

6. Implikace Společné dopravní politiky EU do železniční statistiky Bílá kniha Cesta k jednotnému Evropskému dopravnímu prostoru prezentující Společnou dopravní politiku Evropské unie klade nové požadavky na resortní statistiku železniční dopravy. Jedná se především o rebalanci přepravního trhu u vzdáleností nad 300 km ve prospěch ekologických druhů dopravy, ztrojnásobení délky sítě vysokorychlostních tratí, dokončení plně funkční Transevropské dopravní sítě a napojení klíčových letišť a námořních přístavů na železniční síť. K vyhodnocení splnění úkolů Dopravní politiky v letech 2030 a 2050 bude nutné disponovat adekvátní 8


časovou řadou potřebných ukazatelů. UIC v tomto směru aktivně spolupracuje s Evropským statistickým úřadem EUROSTAT v zájmu zajištění potřebných dat.

Závěr Mezinárodní železniční statistika UIC představuje výhodný způsob syntézy a agregace velkého množství dat v reálných provozních procesech do strukturalizovaného informačního systému. Výstupy ze statistických šetření UIC jsou efektivním zdrojem dat pro sektorové analýzy nejen na podnikové úrovni, ale ve své agregované podobě i na úrovni Evropské komise. Přínos pro využití dat mezinárodní železniční statistiky UIC je umocněn aplikací moderních metod jako např. Balanced Scorecard a Benchmarking. Věrohodné sektorové analýzy jsou základem snah vedoucích ke zlepšení dopravních procesů v takové míře, že vytvoří pro firmu nové příležitosti na trhu a konkurenční výhody. Efekt sektorové statistiky je na podnikové úrovni spatřován především jako nástroj pro rozpoznání problémů ve výkonnosti firmy a definování příležitostí pro zlepšení, definování pozice firmy na trhu ve vztahu ke konkurenci, nalezení způsobu, jak zlepšit výkonnost, dohledu nad zlepšováním procesů používaných ve firmě, tj. stanovení dosažitelných, ale dostatečně agresivních cílů špičkové výkonnosti a konečně i předpovědi budoucích trendů. Bez sektorového monitoringu, reportingu a benchmarkingu by management železničního podniku neznal komparativní úroveň podnikatelských aktivit, jakou úroveň by mohly mít a jakým způsobem toho dosáhnout. Metodické zajištění mezinárodní železniční statistiky je klíčovým kritériem pro komparativnost dat a věrohodnost ukazatelů mezi jednotlivými členskými železničními společnostmi. Mezinárodní železniční statistika UIC přitom slouží jak k rozborům a analýzám pro manažerské řízení firem a realizovaných dopravních procesů tak je i důležitým podpůrným nástrojem pro formulaci strategických cílů železničních podniků.

Literatura [1] Štěrba Roman. Benchmarking – nástroj ke zvýšení konkurenceschopnosti. Vědecko-technický sborník Českých drah, a.s., 2005. č. 19, ISSN 1214-9047. [2] Štěrba R.: Wettbewerbsfähigkeit der tschechischen Eisenbahnen. Der EisenbahnIngenieur, Jahrgang 52, Nr. 3/2001, S. 16 -17, Hamburg, ISSN 0013-2810. [3] Štěrba R., Pastor O.: Finanzanalysen beim Internationalen Eisenbahnverband (UIC). Internationales Verkehrswesen, Nr. 10, Oktober 2008, S. 24-26, 60. Jahrgang, DVV Media Group, Eurailpress, Hamburg, ISSN 0020-9511. 9


[4] Štěrba Roman. Porovnání národních železničních podniků ze zemí přistupujících do Evropské unie. Logistika, 2004, č. 6, s. 43-45. ISSN 1211–0957. [5] Štěrba Roman. Benchmarking národních železničních podniků. Logistika, 2005, č. 3, s. 20-21. ISSN 1211–0957. [6] Štěrba Roman. Uplatnění benchmarkingu u národních železničních podniků. Doprava, 2005, č. 2, s. 32-34. ISSN 0012-5520.

V Praze, říjen 2012

Lektoroval: Ing. Michal Nebeský Člen představenstva a náměstek ředitele ČD pro ekonomiku

10

generálního

Vědeckotechnický sborník ČD

Recommend Documents