První autonomní vlak vyjíždí na české koleje
Technologii autonomních vlaků jsme zvyklí spojovat se zahraničními železnicemi, kde probíhá několik takovýchto projektů, ale systém fungující bez tradičního strojvůdce se vyvíjí a testuje i u nás. Společnost AŽD, která za ním stojí, jej už představila i v reálném nasazení.
První veřejnou jízdu autonomního vlaku po digitální železnici prezentovala AŽD loni na dráze spojující Litoměřice s Mostem v rámci linky U10. Letošní vývojové aktivity v oblasti systémů pro autonomní provoz přesouvá na svou druhou trať Kopidlno – Dolní Bousov, která je dnes bez pravidelné osobní dopravy a je aktuálně významně technologicky modernizována.
Na cestě k automatizované železnici
Vývoj, do něhož AŽD investovala zhruba 100 mil. Kč, začal před deseti lety průzkumem možností jednotlivých technologií pro detekci překážek a zahrnuje integrace různých systémů.
Autonomní systém provozu vlaku kromě jiného implementuje funkce „nahrazující“ smysly strojvedoucího. To v praxi představuje instalaci řady senzorů, detektorů, umělé inteligence (AI), podpůrných a diagnostických systémů na vozidle i na trati s cílem zajistit požadovanou bezpečnost a efektivitu provozu. A jak uvedl generální ředitel AŽD Zdeněk Chrdle: „Technologie jsou z devadesáti procent české, jde o český produkt, který bychom měli dál rozšiřovat.“
Prostor před vlakem i v okolí vozidla monitoruje systém pro detekci překážek podporovaný funkcemi pro identifikaci objektů s využitím umělé inteligence. Řešení využívá laser, optické systémy a satelitní lokalizaci vlaku ve spolupráci s digitální mapou tratě. Konfigurace se aktuálně skládá z LiDARu, modelujícího 3D scény prostoru pomocí laserových paprsků, a systému kamer, který vytváří hloubkovou mapu na základě perspektivního složení pohledů dvou kamer. Součástí systému je i termokamera k zobrazování infračerveného teplotního vyzařování objektů a HD kamera pro zpracování klasického obrazu s vysokým rozlišením.
Použití více rozdílných typů senzorů umožňuje pokrýt monitorovaný prostor před vlakem, přičemž každý senzor vnímá okolí z vlastní perspektivy. Komplex tak zachycuje i informace nad rámec současného vidění oka strojvedoucího. Specialisté z AŽD dokonce pracují i na senzorech, které by umožnily vlaku „vidět“ za roh mimo běžné zorné pole, kterými by bylo možné osadit riziková místa podél trati, nástupiště, vstupy do tunelů či úseky za oblouky. Data z těchto senzorů budou kontinuálně přenášena do rozhodovacích modulů.
Systém dále zahrnuje navazující zařízení, jako jsou GNSS modul (GPS a Galileo), řídicí elektronika, výpočetní moduly pro zpracování senzorických dat a obrazu interpretující viděné scény včetně hledání objektů a potenciálních překážek, a expertní rozhodovací modul (náhrada rozhodování strojvedoucího). To vyžaduje zpracovat obrovské množství dat ze všech senzorů, což aktuálně představuje 1,5 GB/s, tzn. miliony informací během jediné sekundy.
Celý komplex je instalován na měřicím voze ETCS 851.026-5, kdy nejen ověřuje spolehlivost jednotlivých technologií pro autonomní provoz vlaků na trati, ale slouží i pro sběr potřebných dat z kamer a dalších senzorů instalovaných na čele vozidla, z nichž se neuronové sítě učí rozpoznávat objekty v zorném poli. Získané informace jsou neustále zasílány do výpočetního a řídicího modulu. Ten pokyny předává již existující technologii ATO (Automatic Train Operation – Automatické vedení vlaku), která už v běžném provozu umí vlak (po souhlasu strojvedoucího) sama rozjet a zastavit v určené stanici.
Bezpečnost především
Velká pozornost je věnována i otázkám zajištění bezpečné interakce automatizované železnice se silniční dopravou, kde budou využity kooperativní ITS systémy a výsledky projektu C-ROADS, ve kterém jde o přímou komunikaci mezi silničními vozidly či vozidly s infrastrukturou včetně železnice.
V blízké budoucnosti by měla následovat i plná automatizace specifických provozních postupů (např. autonomní posun vlaků v depu) a bude možné nasadit inteligentní asistenční systémy, které ulehčí práci personálu, konkrétně strojvedoucím. Přechod k budoucí plně autonomní železnici však zatím neumožňují současné legislativní podmínky a AŽD tak musí řešit nejen technologické aspekty a technické výzvy, ale i legislativní problematiku, a to jak na národní úrovni, tak v součinnosti s evropskými partnery a institucemi, s nimiž úzce spolupracuje. Kromě evropských projektů v rámci společného podniku EU a železničního sektoru Shift2Rail, do nichž je společnost AŽD jako zakládající člen Europe’s Rail zapojena, kooperuje i s českými výzkumnými centry včetně významných pracovišť v rámci ČVUT v Praze, ZČU v Plzni či VUT v Brně. Ve spolupráci s významnými evropskými partnery, jako jsou železniční správci, dopravci, velcí výrobci a dodavatelé či výzkumná centra, chce prosazovat vizi digitální železnice.
Jak bude vlak bez strojvedoucího fungovat
Vlak počká na příjem jízdního profilu, který je možné generovat automaticky na základě jízdního řádu a ve vazbě na aktuální stav dopravní situace. To umožní dynamicky optimalizovat jízdu vlaku s přihlédnutím k energetickým úsporám a maximálnímu dodržení jízdních dob. Poté, co vozidlo přijme segmentové profily z dispečerského centra se základním popisem tratě z hlediska jízdních poměrů (pro svou přesnou lokalizaci na trati využije systém ETCS – jednotný evropský zabezpečovač – a standardizované lokalizační prvky umístěné v kolejišti) se automaticky zřídí vlaková cesta, která bude plně zabezpečena elektronickým stavědlem AŽD typu ESA 44 s přihlédnutím k energetickým úsporám a maximálnímu dodržení jízdních dob.
Systém je připraven na plně automatický odjezd vozidla ze stanice bez zásahu strojvedoucího podle jízdního řádu. Pokud brání v cestě nějaká překážka (např. osoba v kolejišti) a pomine do jedné minuty od plánovaného odjezdu, systém obnoví automatický odjezd vlaku bez nutnosti dálkového manuálního potvrzení dispečerem.
V případě, že se vlak blíží k přejezdu, kde stojí automobil, systém reaguje houkáním, a pokud vozidlo neodjíždí, vlak před překážkou automaticky bezpečně zastaví. Po vyklizení přejezdu se však nerozjede automaticky, jako to činí např. roboty pokračující v práci, když pomine překážka, která jim v ní bránila a aktivovala bezpečnostní funkce, ale vyčkává na souhlas dispečera, který situaci na dálku zkontroluje prostřednictvím kamer na vlaku. Po jeho obdržení pak pokračuje do následující stanice, kde automaticky zastaví pro výstup a nástup cestujících.
Do běžného provozu by mohly být vlaky bez strojvedoucího – pokud to umožní legislativa – nasazeny zřejmě za dva až tři roky, odhaduje Zdeněk Chrdle.
Josef Vališka
Foto: AŽD
114
