Bezpieczeństwo ruchu kolejowego - za jaką cenę?

-- piątek, 20 marzec 2009

Pozytywne Sterowanie Ruchem Pociągów (Positive Train Control, PTC) – technologia, która obiecuje znaczące zmniejszenie liczby wypadków kolejowych i której początki sięgają lat 90-tych, znalazła się w centrum uwagi po przerażającym wypadku, jaki 12 września zdarzył się w Chatsworth w stanie Kalifornia. W czołowym zderzeniu pociągu podmiejskiego Metrolink i pociągu towarowego Union Pacific śmierć poniosło 25, zaś obrażenia odniosło 135 osób.

PTC ostrzegłoby rzekomo roztargnionego maszynistę pociągu podmiejskiego, że ma się zatrzymać pod koniec odcinka blokowego torów, po którym poruszał się jego pociąg. Brak reakcji na ostrzeżenie spowodowałby automatyczne zatrzymanie pociągu w bezpiecznej odległości od końca odcinka blokowego. Nie ma wątpliwości, że PTC teoretycznie zapobiegłoby kolizji, mimo że wiele osób związanych z branżą kolejową, urzędników rządowych i dostawców PTC waha się to powiedzieć, zanim Narodowa Rada Bezpieczeństwa Transportu (NTSB) nie poda oficjalnej przyczyny katastrofy.

Współczesna technologia PTC znana jest od ponad 20 lat i została umieszczona na prowadzonej przez NTSB „Liście najpotrzebniejszych usprawnień w dziedzinie bezpieczeństwa”, gdy przygotowywano ją w roku 1990. Przewodniczący NTSB, Mark Rosenker, na zorganizowanej w październiku 2007 r. w Denver konferencji poświęconej bezpieczeństwu ruchu kolejowego, wezwał koleje do wprowadzenia tej technologii. Podobnie postąpił w swoim wystąpieniu w roku 1996 jego poprzednik, Jim Hall, który dowiódł, że korzenie technologii automatycznego zatrzymywania pociągów sięgają w przeszłość do roku 1919.

PTC przekształci system sygnalizacji, polegający niemal całkowicie na załogach pociągów, w model cyfrowy, kompensujący błąd popełniony przez człowieka poprzez automatyczne nałożenie ograniczeń prędkości oraz egzekucję prawa pociągu do zajmowania odcinka torów zwanego odcinkiem blokowym. Z wyjątkiem przypadków jazdy na kilku krótkich odcinkach torów w USA, dziś większość pociągów nie zatrzyma się ani nie zwolni, jeśli człowiek nie wyda im takiego polecenia.

Obecne systemy sygnałowe polegają głównie na analogowych obwodach torowych w szynach, sygnałach i nieruchomych odcinkach blokowych, podczas gdy PTC przechodzi na dynamiczne bloki elektroniczne, które mają utrzymywać pociągi jadące w tym samym lub przeciwnym kierunku w bezpiecznej odległości od siebie. Bloki strukturalne PTC tworzy cyfrowa łączność radiowa, komputery, Systemy Informacji Geograficznej, GPS, a w niektórych przypadkach – także Wi-Fi.

Jeden z wczesnych systemów PTC zwany ARES (Advanced Railroad Electronics System - Zaawansowany System Elektroniki Kolejowej) wprowadzono w latach 80-tych na długim, ponad 400 km odcinku torów na ówczesnej Burlington Northern Railroad (dziś BNSF). System ten działał sprawnie przez sześć lat, do momentu zamknięcia projektu w roku 1993. Według jednej z analiz, mógł on statystycznie zmniejszyć liczbę wypadków związanych z systemem sterowania z 50 do 0,05 rocznie.

Gdy działa PTC, dwa obiekty nie mogą znajdować się jednocześnie w tym samym miejscu. Każdy pociąg, pojazd remontowy lub osobę idącą wzdłuż torów lub pociągu, otacza poruszający się „pęcherzyk” - twierdzi Steve Ditmeyer, były dyrektor ds. badań i rozwoju w BN. Mówiąc o osobach znajdujących się na torach, Ditmeyer ma na myśli konserwatorów wyposażonych w odbiorniki GPS i odbiorniki radiowe podobne do tych, z jakich korzystają żołnierze, a nie przypadkowe i z tego powodu niezabezpieczone osoby, które wybrały się na przechadzkę.

Czy katastrofy w Chatsworth można byłoby uniknąć, nawet gdyby maszynista jadący w pociągu podmiejskim wysyłał wiadomości tekstowe na czerwonym świetle?

Jestem przerażony faktem, że zdarzył się taki wypadek. Miejmy nadzieję, że ludzie ci nie zginęli na próżno - nadmienia Ditmeyer, były zastępca administratora ds. badań i rozwoju w Federalnej Administracji Kolei (Federal Railroad Administration – FRA), agencji, która opracowuje i egzekwuje zasady bezpieczeństwa na kolei. Moi przyjaciele i ja zadajemy pytanie: „Czy po tym wypadku Kongres w końcu zmusi linie kolejowe do zainstalowania PTC?”.

Najwyraźniej tak się stało. 1 października 2007 r. Kongres uchwalił znaczącą ustawę dotyczącą bezpieczeństwa ruchu kolejowego, na mocy której technologia PTC ma zostać wprowadzona do 31 grudnia 2015 roku. Prezydent podpisał ją 16 października. Zaś 8 października Union Pacific, dysponująca Zasadniczym Systemem Zarządzania Ruchem Pociągów (Vital Train Management System), obwieściła, że wprowadzi PTC na swoich torach w zatłoczonej niecce Los Angeles do roku 2012 – próby mają się odbyć na ponad 730-kilometrowym odcinku torów w stanie Iowa, Nebraska i Wyoming. Tego samego dnia BNSF ogłosiła, że dotrzyma ustawowego terminu, wprowadzając do roku 2015 PTC w całym swoim systemie, zaś w niecce Los Angeles – do roku 2012. Union Pacific, BNSF i Norfolk Southern także obwieściły, że rozwiązały krytyczne problemy związane z interoperatywnością.

To wszystko bardzo dobre wieści - stwierdza Ditmeyer.

PTC steruje przekaźnikami, takimi jak ten.

PTC składa się z kilku elementów – komputerów pokładowych, radioodbiorników i wyświetlaczy zainstalowanych w lokomotywach i pojazdach remontowych; radioodbiorników przydrożnych i czujników na przełącznikach i detektorach oraz radioodbiorników w dyspozytorniach, komputerów i wyświetlaczy. Łączność w czasie rzeczywistym między tymi trzema elementami ma znaczenie krytyczne. Systemy PTC są początkowo instalowane w połączeniu z już istniejącymi systemami sygnalizacyjnymi. W miarę, jak są one wprowadzane do eksploatacji, zastępują istniejące systemy i koleje mogą wyeliminować znajomo wyglądające sygnalizatory kolejowe.

Podczas gdy opinia publiczna koncentruje się na tym, w jaki sposób PTC może dramatycznie poprawić bezpieczeństwo, koleje poszukują także możliwości odzyskania zainwestowanych środków, puszczając bezpiecznie i z większą szybkością więcej pociągów na tej samej infrastrukturze. Ale podnoszenie kwestii przystępności cenowej po tak tragicznym wypadku, jaki miał miejsce w Chatsworth, jest delikatną kwestią. FRA ocenia, że koszt tego przedsięwzięcia wyniesie od 2,3 do 5 miliardów dolarów w przypadku wdrożenia PTC na szeroką skalę na torach o długości ponad 225 000 km.

Chciałbym, żebyśmy nie musieli skupiać się na kosztach ani na przystępności cenowej. Od dawna rząd musi przeprowadzać tego typu analizy zanim będziemy mogli wprowadzić dany przepis w życie - powiedział Joseph Boardman, administrator FRA podczas telekonferencji dla mediów zorganizowanej kilka dni po wypadku. Robimy stałe postępy, ale nie są one tak szybkie, jak życzyłoby sobie społeczeństwo. Za każdym razem, kiedy przygotowuje się przepis, przeprowadza się analizę kosztów i zysków.

W chwili obecnej na liście FRA znajduje się 11 projektów PTC, które realizowane są na ponad 6400 kilometrach torów w całym kraju. Projekty te wskrzeszono w czerwcu 2005 roku, kiedy to FRA opublikowała standardy oceny i przepisy PTC. Główne przeszkody natury technicznej, zdaniem Boardmana, to opracowanie algorytmów oprogramowania hamującego do zatrzymywania pociągów o różnej masie i długości, uwolnienie pasma radiowego dla niezbędnej komunikacji i interoperatywności między liniami kolejowymi, po których regularnie jeżdżą lokomotywy konkurencji.

Technologia nie jest gotowa do wdrożenia. Istnieje tak wiele zmiennych, biorąc pod uwagę te wszystkie problemy natury technicznej, jakie trzeba rozwiązać - twierdzi Tom White, rzecznik Zrzeszenia Kolei Amerykańskich (Association of American Railroads - AAR), głównej organizacji zajmującej się lobbingiem na rzecz kolei. Usankcjonowane zostało sześć etapów, a żadne linie kolejowe nie wyszły poza etap drugi, więc nie możemy powiedzieć na pewno, kiedy PTC zostanie wdrożone.

Jednak pewne dobrze poinformowane źródło określiło problemy techniczne jako „temat zastępczy”, twierdząc, że można je było rozwiązać wiele lat temu. Co się tyczy kosztów, to źródło to stwierdziło, że 3 mld dolarów za wart 40-50 mld dolarów przemysł kolejowy to „grosze”.

Oczywiście, wypadek stał się bodźcem dla niedawno wprowadzonych udoskonaleń, ale felietonista Trains Magazine, Don Phillips, docenia wkład Boardmana, który stara się, by koleje wprowadziły technologię PTC.

Jest on faktycznie pierwszym administratorem FRA, który robi coś w tym kierunku. Prawie zrezygnował, bo Biały Dom nie pozwalał mu nic zrobić - twierdzi Phillips, który także pisał o transporcie dla Washington Post. Ten facet to uczciwy gość i chce coś po sobie zostawić. Rozmawiałem z wieloma osobami pracującymi na kolei, które powiedziały: ‘a niech mnie, on to (PTC) faktycznie zrobi’. Za każdym razem, kiedy zdarzył się wypadek, on traktował to jako okazję do lobbowania. A dawno temu koleje obliczyły sobie, że taniej wychodzi płacenie za wypadki (niż wprowadzenie PTC). Mimo kilku próśb, Boardman nie zgodził się na udzielenie wywiadu.

Mamy plan wdrożenia, ale wolałbym nie podawać żadnych ram czasowych - powiedział Peter Hyatte, dyrektor ds. przekazu informacji między firmami w BNSF, przed oświadczeniem wygłoszonym 8 października. Mimo kilku próśb, Union Pacific zdecydowało, że nie będzie uczestniczyć w przygotowywaniu niniejszego artykułu.

BNSF wprowadza swój Elektroniczny System Zarządzania Pociągami (Electronic Train Management System – ETMS) w 35 pododdziałach i bardziej zaawansowaną wersję 480-kilometrowego toru w stanie Teksas i Oklahoma. Jeśli jakaś zwrotnica zostanie ustawiona w nieprawidłowym położeniu, system ostrzeże załogę lub zatrzyma pociąg - wyjaśnia Hiatte.

ETMS opracowany przez BNSF wykorzystuje GPS w połączeniu z systemem informacji geograficznych (w celu określenia położenia pociągu) i radioodbiornikiem VHF służącym do komunikacji. Załoga znajdująca się w kabinie stale otrzymuje dane na temat stanu pociągu i torów, które są prezentowane na dwóch wyświetlaczach wewnątrz lokomotywy i dotyczą limitu uprawnień, prędkości, położenia zwrotnicy, integralności torów w celu lokalizacji pękniętych szyn oraz wskazania sygnału (kolor). Jeśli załoga nie zareaguje na ostrzeżenie, ETMS zatrzyma pociąg, wyręczając załogę.

Z prospektów informacyjnych BNSF na temat ETMS dowiadujemy się, że: Czynnik ludzki nadal ma znaczny wpływ na możliwość bezpiecznej pracy w tej branży. ETMS umożliwi nam wyeliminowanie błędów ludzkich poprzez zwiększenie świadomości pracowników. Dostawcą PTC dla BNSF jest firma Wabtec z Pittsburgha, liczący się deweloper systemów PTC. Wabtec zdecydowała, że nie będzie brać udziału w przygotowywaniu tego artykułu, ale Ditmeyer przypuszcza, że na technologię Wabtec znaczny wpływ mógł mieć stosowany przez BN system ARES, który został opracowany przez firmę Rockwell Collins. Wabtec wykupił należący do Rockwell Collins Wydział Elektroniki Kolejowej jakieś 10 lat temu.

Rysunek przedstawia ruchomy blok, oddzielający pociągi.

Dwóch innych wiodących dostawców – Ansaldo STS-Union Switch & Signal (US & S) oraz Lockheed Martin – chętnie opowiedziało nam o swoich technologiach PTC.

US&S pracuje na Alaska Railroad nad implementacją PTC, niezbyt subtelnie nazwaną Systemem Unikania Kolizji (Collision Avoidance System), który ma być używany w połączeniu z sygnalizacją i systemem Bezpośredniej Kontroli Torów (Direct Track Control). Proces ten ma zostać zakończony pod koniec bieżącego roku lub na początku roku 2009. Jak na ironię, dwa główne czynniki motywacyjne stojące za PTC wprowadzają bezpieczeństwo bez nazywania sprawy po imieniu, twierdzi Keith Szewczyk, zastępca wiceprezesa ds. technicznych w US&S.

Jeden to poprawa ruchu postępowego, czyli szybkości, z jaką można przeprowadzić pociąg przez system. Im szybciej koleje mogą puszczać pociągi, tym więcej ludzi i towarów mogą przewieźć i tym więcej pieniędzy zarobić. Obszary graniczne (bloki) przemieszczają się razem z pociągiem, nie są nieruchome - twierdzi, dodając, że PTC „wyciśnie odpadki” z nieużywanego toru. Drugim powodem jest wyeliminowanie konserwacji sprzętu torowego, który blokuje tory.

PTC opracowane przez US&S musi przejść wyczerpujące testy pod kątem bezpieczeństwa, by statystycznie udowodnić, że system jest gotowy. Bezpieczeństwo podnosi się do poziomu, który wszyscy akceptują - stwierdza Szewczyk.

Opracowane przez Lockheed Martin urządzenie do kontroli położenia podaje pozycję lokomotywy z dokładnością do 3 metrów.

Konwencjonalne systemy sygnałowe wykorzystują obwody torowe, zarówno do określania wskaźnika zajęcia bloku, jak i detekcji pękniętych szyn. PTC nie potrzebuje obwodów torowych do ustalenia, w którym miejscu znajdują się pociągi, ale koleje będą mieć możliwość lokalizacji pękniętych szyn za pomocą obwodów torowych lub innego typu technologii.

Obwody torowe wykrywają pęknięte szyny. Jeśli przejdzie się na PTC, straci się tę możliwość. W przypadku PTC stosowanego jako ‘nakładka’, obwody torowe nadal będą widoczne - wyjaśnia Szewczyk.

Lockheed Martin stosunkowo niedawno zajął się technologią PTC i wykorzystuje opracowaną przez siebie dla okrętów podwodnych technologię nawigacyjną. Projektuje mający duże znaczenie system PTC dla Australian Rail Track Corp. (ARTC) zwany Zaawansowanym Systemem Zarządzania Pociągami (Advanced Train Management System - ATMS) na odcinku torów na północ od Adelaide.

W chwili obecnej ARTC wykorzystuje tzw. „Train Orders” (uprawnienia nadane pociągowi na mocy polecenia pisemnego lub wydanego głosem) w czymś, co jest znane jako teren pozbawiony sygnalizacji kolejowej, więc ATMS będzie mieć istotne znaczenie, kiedy wejdzie do eksploatacji w roku 2010. ATMS zawiera trzy podstawowe podzespoły pozostałych systemów, ale wykorzystuje komercyjną sieć komórkową zamiast stanowiącej własność kolei częstotliwości radiowej.

Kiedy dyspozytor planuje trasę pociągu, kieruje ruchem zwrotnic z centrali. Nie chcielibyście, żeby pociąg znajdował się na zwrotnicy lub tuż przed nią, kiedy jest ona przestawiana - twierdzi Steve Osborne, główny inżynier ds. systemów kolejowych pracujący w Lockheed Martin. Będąc nadal na etapie badań i rozwoju, Lockheed Martin opracowuje także system dla Norfolk Southern Railroad.

Jak twierdzi Osborne, ARTC uważane jest za linię o średnim zagęszczeniu ruchu, czyli 20 do 25 pociągów dziennie. Po niektórych liniach o wysokim natężeniu ruchu i liniach przeciążonych w USA porusza się ponad 80 do 100 pociągów dziennie, co będzie prawdziwym sprawdzianem dla PTC. BNSF na przykład pilotuje jego wdrażanie, zaczynając od linii o niższej gęstości i w łatwiejszym terenie.

Działamy w środowisku roboczym na pociągach osobowych i towarowych, na wielu magistralach z rozjazdami w terenie zarówno dysponującym sygnalizacją, jak i jej pozbawionym. Potem przechodzimy do nachylonych terenów górskich i tuneli, a potem zmierzamy w stronę trudniejszego terenu i obiektów - stwierdza Hiatte z BNSF.

PTC niesie ze sobą obietnicę zmniejszenia znacznej części tego tłoku, który częściowo spowodowany jest przez obecny, a w niektórych miejscach – przestarzały system sygnalizacji. Sprawi także, że jazda pociągiem stanie się o wiele bezpieczniejsza. Jednak specjaliści nadal powstrzymują się od stwierdzenia, że wszystkie większe kolizje i wypadki powodowane przez przekroczenie prędkości zostaną wyeliminowane.

Nikt nigdy nie powie, że ryzyko kolizji lub wypadku spowodowanego nadmierną prędkością zostało całkowicie wyeliminowane, ale dzięki zastosowaniu PTC z całą pewnością zmniejszone zostanie prawdopodobieństwo ich wystąpienia. Znacznie większa liczba urządzeń i ludzi musi zawieść, zanim będzie mógł wydarzyć się wypadek - dodaje Ditmeyer.