Univerzita Pardubice

Fakulta elektrotechniky a informatiky přispěje ke zvýšení bezpečnosti vlaků

26.01.2016
Při pracích na projektu RHINOS využijí na Fakultě elektrotechniky a informatiky například pracoviště pro zpracování rádiových signálů
Při pracích na projektu RHINOS využijí na Fakultě elektrotechniky a informatiky například pracoviště pro zpracování rádiových signálů
Foto: Fotoarchiv UPa
Odborníci Fakulty elektrotechniky a informatiky Univerzity Pardubice se od počátku ledna 2016 zabývají prací na prestižním mezinárodním projektu RHINOS. Ve spolupráci se zahraničními univerzitami a institucemi přispějí k efektivnímu využívání satelitních navigací vedoucích ke zvýšení bezpečnosti vlaků.

Tlak ze strany železnice, železničního a kosmického průmyslu na využití satelitní navigace pro zabezpečení vlaků v současné době nebývale roste. A tak úkolem mezinárodního projektu RHINOS (Railway High Integrity Navigation Overlay System) je definovat a vypracovat systém pro lokalizaci vlaků na principu Globálního navigačního satelitního systému GNSS. Musí přitom splnit ty nejnáročnější požadavky na bezpečnost dle evropských železničních standardů. Nesprávné použití satelitní navigace by mohlo ohrozit či zmařit životy mnoha lidí. Od řešení projektu RHINOS se proto očekává, že navržený systém lokalizace bude muset vyhovovat těm nejvyšším cílům bezpečnosti. Jen pro představu to například znamená, že nebezpečné selhání určení polohy vlaku na principu GNSS může nastat jednou za méně než 100 000 let!

RHINOS využije dva navigační systémy

Tento systém bezpečné lokalizace vlaků je určen zejména pro Evropský vlakový zabezpečovač ETCS (European Train Control System), u kterého je v současné době funkce určení bezpečné polohy vlaku realizovaná pomocí nákladných balíz  umístěných na trati. RHINOS nahradí tyto fyzické balízy pomocí tzv. balíz virtuálních. Řešení má za cíl využít bezpečnostní služby GNSS SoL (Safety-of-Life), které byly primárně vyvinuty pro řízení bezpečnostních operací v letectví.

Předpokládá se, že řešení RHINOS bude založeno alespoň na dvou různých satelitních konstelacích (GPS, Galileo) a využije i systém EGNOS. EGNOS je evropská geostacionární překryvná vrstva, která uživateli poskytuje vyšší přesnost určení polohy než samotný GPS a zejména pak garanci přesnosti polohy, tzv. integritu. Dalším důležitým cílem projektu je nalézt taková řešení, pro která bude možné vypracovat mezinárodní standardy s globálním využitím. Evropská komise předpokládá, že právě tato mezinárodní standardizace významně posílí konkurenceschopnost ETCS na trzích mimo Evropu (Austrálie, Čína, Severní a Jižní Amerika atd.).

Zapojení fakulty není náhodné, má kořeny v minulosti   

Samotná myšlenka týkající se využití satelitní navigace pro efektivní zvýšení bezpečnosti na železnici není nová. První úvahy v této oblasti vznikly v ČR na Českých drahách před dvaceti lety. O rok později v  r. 1996 bylo v Pardubicích založeno specializované pracoviště Českých drah s názvem Laboratoř inteligentních systémů, které již provádělo první zkoušky určení polohy kolejových vozidel s využitím GPS v oblasti Pardubice – Hradec Králové – Choceň. Krátce po svém vzniku začalo toto pracoviště úzce spolupracovat s Univerzitou Pardubice, tehdy Dopravní fakultou Jana Pernera. Již v r. 1998 tento tým českých odborníků spolu s dalšími západoevropskými kolegy získal a řešil významný evropský projekt  APOLO (Advanced Train Position Locator). Jedny z prvních zkoušek tehdy vyvíjeného celoevropského satelitního systému EGNOS pod akronymem ESTB (EGNOS System Testbed) se proto ne náhodou uskutečnily ve východních Čechách. Tyto zkoušky proběhly na trati Potštejn – Litice nad Orlicí za úzké spolupráce s francouzským Národním kosmickým centrem CNES v Toulouse v r. 2000.  

Odborníci z Pardubic začali od r. 1999 pracovat v mezinárodních skupinách expertů jako GNSS Rail Advisory Forum v Bruselu (1999–2000) nebo UIC Galileo for Rail v Paříži (2005–2011). Začali rovněž aktivně spolupracovat s odborníky z USA, kteří se zabývali vývojem systému pro zabezpečení a řízení vlaků PTC (Positive Train Control) na principu GPS. Na výsledky projektu APOLO navazovaly další úspěšné národní projekty Grantové agentury ČR, Ministerstva dopravy ČR i Evropské kosmické agentury (ESA). Do řešení těchto navazujících projektů se postupně zapojil i tehdy nově vzniklý Ústav elektrotechniky a informatiky, ze kterého následně v r. 2008 vznikla současná Fakulta elektrotechniky a informatiky. Výzkumníci z Pardubic publikovali dosažené výsledky v této oblasti na četných konferencích v Evropě i zámoří. Byli zváni k přednáškám na zahraničních univerzitách i workshopech. 

Jak určit polohu vlaku?

Minulá dvě desetiletí v tomto oboru byla charakterizována hledáním vhodných způsobů pro dosažení požadované bezpečnosti určení polohy vlaků na principu GPS či GLONASS. Výzkum v minulém období lze pro představu charakterizovat krátkým úsekem na parabole s pozvolným růstem vycházejícím z bodu 0. Nyní lze již určit polohu (byť omezeně) i pomocí dalších globálních systémů, kterými jsou Galileo či BeiDou. Proto kromě dosažení požadované bezpečnosti lokalizace se bude v rámci projektu RHINOS hledat i takové řešení, které umožní efektivní využití více konstelací. Tedy zejména pak s ohledem na co nejvyšší dosažitelnou pohotovost (dostupnost) určení absolutní polohy vlaku – a to globálně.

Obrazně se proto nyní nacházíme na pomyslné parabole v bodu, z něhož poroste křivka strmě vzhůru. Dochází k instalaci systému PTC na mnoha tratích v USA. Po řadě zkoušek demonstrací byly také podepsány první kontrakty na řešení bezpečné lokalizace vlaků dle evropských norem bezpečnosti pro železnice v Austrálii, Evropě a Ruské federaci. Bude proto nutné vypracovat mezinárodní standardy týkající se využití GNSS na železnici. A to nejen pro dosažení vyšší konkurenceschopnosti evropského průmyslu, nýbrž i pro zajištění požadované součinnosti systémů na tratích spojující vzdálené regiony, jako např. mezi Evropu a východní Asií. I k řešení těchto problémů odborníci z Univerzity Pardubice v rámci řešení projektu RHINOS přispějí.     

Fakulta součástí mezinárodního týmu

Fakulta elektrotechniky a informatiky řeší projekt spolu s dalšími institucemi. Koordinátorem projektu RHINOS je sdružení italských univerzit RadioLabs a členy konsorcia kromě Univerzity Pardubice jsou: ANSALDO  STS (Itálie), DLR – Národní centrum pro letectví a vesmír (Německo), Nottingham University (Velká Británie),  SOGEI (Itálie) a Stanford University (USA). Subdodavatelem Univerzity Pardubice je GNSS Centre of Exellence (Česká republika). Prestižním a skutečně mezinárodním se tento projekt stal zejména přizváním vědeckých pracovníků Univerzity ve Stanfordu z proslulého Silicon Valley v Kalifornii, kteří mají s vývojem bezpečnostních systémů na principu GNSS pro letectví významné zkušenosti.

Projekt RHINOS bude trvat 18 měsíců a na jeho řešení z programu Horizont 2020, což je rámcový program pro výzkum a inovace Evropské unie pro období 2014–2020, získalo konsorcium dotaci ve výši 1,5 mil. Eur. Účast Univerzity Pardubice v tomto projektu je 100% hrazená a získá 200 000 Eur (tedy přibližně 5,4 mil. Kč).

Autor: doc. Ing. Aleš Filip, CSc.
Ing. Zdeněk Němec, Ph.D.
Fakulta elektrotechniky a informatiky UPa


Zaujal Vás tento článek? Sdílejte ho a šiřte dál:

Další články:

komentáře provozovány na Disqus