©

Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej

www.kosmos.gov.pl

GPS NA SZYNACH

Jedziemy do pracy samochodem czy pociągiem? A na wakacje lub w delegację pociągiem czy samolotem? Stan
techniczny polskich kolei, czas i komfort podróży, jaki nam oferują nie zachęcają do korzystania z ich usług.
Sytuacja ta jednak ulega zmianie i zmodernizowane linie kolejowe oraz nowe wagony zwiększą atrakcyjność
podróży i transportu ładunków drogą kolejową, skrócą czas przejazdu i komfort jazdy. Spory w tym udział
będzie także miało wykorzystanie technik satelitarnych, związanych głównie z lokalizacją, ale także z pomiarem
czasu i odbiorem sygnałów satelitarnych.

Według analiz przeprowadzonych przez CER i UIC można obecnie wskazać ponad 40 obszarów zastosowania
systemu GNSS w transporcie kolejowym. W uproszczeniu można je podzielić na pięć podstawowych grup:

-

GNSS w inżynierii kolejowej, budowie i modernizacji systemów kolejowych, przeglądach, diagnostyce
i obsłudze serwisowej,

-

aplikacje komercyjne, rynku masowego, kompleksowej informacji i zarządzania,

-

podstawowe systemy bezpieczeństwa,

-

aplikacje zwiększające bezpieczeństwo – wspomagania kierowania, zabezpieczenia systemów
podstawowych,

-

automatyzacja procesów związanych z zarządzaniem taborem i ruchem kolejowym, precyzyjną

koordynacją, wykorzystaniem GNSS jako źródła czasu dla innych systemów.

Część z tych rozwiązań jest już stosowana obecnie przy wykorzystaniu systemu GPS ze wszystkimi jego
dobrodziejstwami i ograniczeniami. Wdrożenie niektórych rozwiązań, szczególnie w zakresie bezpieczeństwa,
będzie możliwe dopiero po certyfikacji systemu Galileo.


Modernizacja, budowa nowych linii kolejowych

Superszybkie i wygodne pociągi muszą się poruszać po odpowiednio przygotowanych torowiskach. Niektóre,
istniejące wystarczy tylko zmodernizować, inne, te najnowocześniejsze należy zbudować od nowa. W obu
przypadkach niezbędne są prace inwentaryzacyjne wykonywane na podstawie zdjęć satelitarnych oraz
precyzyjnych pomiarów geodezyjnych wykonywanych przy pomocy systemu GNSS. Prowadzą one do pełnego,
trójwymiarowego zinwentaryzowania zarówno samego pasa terenu wokół torowiska oraz znajdujących się na
nim urządzeń, budowli jak i instalacji naziemnych i podziemnych.

Tory kolejowe są układane także w miejscach, w których odbiór sygnałów satelitarnych nie jest możliwy:
zadaszonych dworcach kolejowych, tunelach lub w głębokich tunelach. Pomiary w takich obszarach mogą być
wykonywane metodami tradycyjnymi, jednak przy wykorzystaniu punktów osnowy geodezyjnej wyznaczonych
metodami GNSS.

Pomiary geodezyjne GNSS są kontynuowane w czasie całego procesu modernizacji lub budowy nowego
torowiska.

Ocena jakości wykonanych prac lub stanu technicznego torowiska może być wykonana przy pomocy mobilnego
zestawu pomiarowego. Wyniki pomiarów są rejestrowane z centymetrową dokładnością. Utworzony w ten
sposób trójwymiarowy, cyfrowy model trasy jest także niezbędny dla systemów bezpieczeństwa umożliwiając
weryfikację spójności i dokładności pomiarów pozycji.

Przeglądy dużych sieci kolejowych są wykonywane przy pomocy kamer cyfrowych sprzężonych z odbiornikami
systemu GNSS zainstalowanymi na lokomotywach. Umożliwia to proste, bezobsługowe dokumentowanie stanu
sieci kolejowej oraz jej otoczenia.


Informacje dla pasażerów

System lokalizacji satelitarnej umożliwia dokładne określenie położenia, szybkości poruszania się oraz czasu.
Dzięki temu pasażerowie pociągu na swoich indywidualnych terminalach pasażerskich lub na ogólnych
monitorach wagonowych będą mogli zobaczyć mapę pokonywanej trasy ze wskazaniem miejsca, w którym się
aktualnie znajdują oraz dowiedzieć się, z jaką prędkością się poruszają i czy pociąg jedzie zgodnie z rozkładem
jazdy. Pasażerowie planujący przesiadki dowiedzą się czy ich pociągi odjadą zgodnie z rozkładem jazdy i z
którego peronu. Osoby oczekujące na pociąg będą dokładnie informowane o czasie jaki pozostał do jego
przyjazdu.

©

Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej

www.kosmos.gov.pl

Zarządzanie taborem i ładunkami

Transport kolejowy to tysiące wagonów osobowych, towarowych, lokomotyw i pojazdów specjalnych
poruszających po torach, stojących na stacjach, oczekujących na załadunek u producentów lub rozładunek w
bazach kontenerowych. Należą one zarówno do wielkich przedsiębiorstw transportowych jak i do małych
producentów ładunków specjalnych. Poszczególne wagony podróżują na duże odległości pomiędzy krajami UE
a także i dalej pomiędzy Europą a Azją. Po drodze są dołączane do różnych pociągów, oczekują na stacjach a
czasami także jadą w złym kierunku lub giną. Właściciele wagonów, nadawcy i odbiorcy ładunków oczywiście
chcieliby wiedzieć gdzie się one znajdują i kiedy dotrą do celu. Umożliwiają to systemy automatycznej
identyfikacji pojazdów w transporcie kolejowym (AVI - Automatic Vehicle Identification). Na wagonach
kolejowych przyklejane są transpondery RFID, które mogą być odczytywane automatycznie w bramkach, przez
które przejeżdża pociąg lub przez obsługę pociągu po skompletowaniu składu. W tym drugim przypadku, jeżeli
zebrane informacje o wagonach zostaną wprowadzone do sterownika zainstalowanego np. w lokomotywie, który
jest wyposażony w odbiornik GNSS (GPS/EGNOS/Galileo) oraz modem GSM/GPRS to do firmy przewozowej
przesyłane mogą być informacje o składzie pociągu, miejscu w jakim się on znajduje, kierunku i szybkości
jazdy, przebytej drodze itd.

Rozwiązania AVI wymagają jednak rozbudowy infrastruktury kolejowej (bramki do odczytu połączone z
systemem informatycznym) lub manualnej obsługi. W obu przypadkach pełny sukces można osiągnąć tylko pod
warunkiem powszechności zastosowania transponderów oraz urządzeń do ich odczytu.

Problemów takich można uniknąć instalując w poszczególnych wagonach autonomiczne odbiorniki GPS z
odpowiednimi urządzeniami komunikacji z centrum zarządzania. Rozwiązanie takie jest całkowicie
autonomiczne, nie wymaga rozbudowy infrastruktury kolejowej ani obsługi przez personel przewoźnika.
Pozwala śledzić ruch wagonu jadącego „na koniec świata”. Wymaga jednak zasilania energią elektryczną.
Wagony, które przewożą cenne ładunki są już obecnie wyposażane w różne urządzenia elektroniczne np. w
systemy antypoślizgowe zabezpieczające przed blokowaniem się hamulców i posiadają instalacje elektryczne,
które mogą być wykorzystane dla potrzeb lokalizacji. Nie jest również problemem zapewnienie łączności.
Informacje o położeniu wagonu lub ładunku są obecnie najczęściej przesyłane przez sieci GSM/GPRS, w
przyszłości zapewnią to np. sieci mobilne WiMax. Na obszarach nie objętych ich zasięgiem można korzystać z
łączności (telefonii) satelitarnej poprzez satelity LEO. Już obecnie dostępne są modemy wielosystemowe a
wybór sieci transmisji jest możliwy nie tylko wg kryterium dostępności, lecz także na podstawie oceny kosztów
transmisji. Poza informacją o położeniu przesyłane są także inne informacje pomiarowe i sygnalizacyjne np. o
temperaturze w wagonach-chłodniach, wykrytych wibracjach, otwarciu zaworów, poziomie paliwa itd.
Pozyskiwane w ten sposób informacje są wykorzystywane zarówno przez dużych przewoźników, właścicieli
taboru, jak i nadawców i odbiorców przesyłek w różnorodnych systemach logistycznych, zarządzania łańcuchem
dostaw i ERP.


Pociągi pod specjalnym nadzorem

Niektóre ładunki przewożone koleją mogą stanowić poważne zagrożeniem dla ludzi lub środowiska. Dotyczy to
ś

rodków toksycznych, materiałów wybuchowych i łatwopalnych a także odpadów nuklearnych i materiałów

rozszczepialnych. Wprawdzie, dzięki stosowaniu coraz lepszych zabezpieczeń liczba wypadków kolejowych z
materiałami niebezpiecznymi systematycznie maleje, jednak jednocześnie wzrasta zagrożenie terroryzmem i
niekontrolowanymi akcjami protestacyjnymi. Zastosowanie systemu satelitarnej lokalizacji pozwala zmniejszyć
zagrożenie poprzez:
- nadzorowanie ruchu ładunku na całej jego trasie,
- wybór bezpiecznej trasy i miejsc postojowych,
- ograniczenie czasu transportu,
- wykrywanie nieprawidłowości i zagrożeń,
- szybką lokalizację w przypadku wykrycia zagrożenia,
- skrócenie czasu reakcji na zdarzenie,
- użycie właściwych sił i środków do zwalczania zagrożenia.


Zarządzanie personelem

Pociągi, zarówno osobowe jak i towarowe, muszą być obsługiwane. Ich załogi muszą dotrzeć na czas do miejsc,
z których pociągi rozpoczynają swój bieg. Trzeba im zapewnić transport, noclegi itd. Rozwiązywane muszą być

©

Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej

www.kosmos.gov.pl

problemy związane z chorobami, urlopami itd. Zastosowanie satelitarnej lokalizacji pozwala znacznie usprawnić
procesy dyslokacji personelu.


Bezpieczeństwo

Bardzo duże nadzieje wiąże się z możliwością zwiększenia bezpieczeństwa transportu kolejowego dzięki
wykorzystaniu GNSS przy jednoczesnym obniżeniu kosztów urządzeń oraz ich obsługi.

System GPS jest skutecznie wykorzystywany do nadzorowania pociągów przemierzających duże, otwarte,
często niezamieszkałe przestrzenie np. na Alasce, w Tybecie czy na obszarach pustynnych. Na takich liczących
nawet tysiące kilometrów trasach GNSS umożliwia nadzorowanie ruchu pociągów i wykrywanie wielu zagrożeń
np. nieoczekiwanego zatrzymania się pociągu, przekroczenia dopuszczalnej prędkości na określonym odcinku,
zbyt małej odległości pomiędzy dwoma pociągami jadącymi w tym samym kierunku czy też dwóch pociągów
poruszających się naprzeciw siebie po tym samym torze.

Znacznie trudniejsze problemy do rozwiązania występują na europejskich liniach kolejowych zwykle
położonych na terenach o gęstej zabudowie i dużym natężeniu ruchu, z wieloma przejazdami kolejowymi,
zadaszonymi stacjami kolejowymi, tunelami itd. Tradycyjne systemy zabezpieczeń i kierowania ruchem
kolejowym wykorzystują duża liczbę urządzeń instalowanych przy torach. Systemy te były w poszczególnych
krajach budowane niezależnie i są niekompatybilne. W rezultacie w ruchu międzynarodowym na każdej granicy
konieczna jest wymiana lokomotyw oraz załóg pociągów. Dla zapewnienia interoperacyjności w ruchu
kolejowym wdrażany jest system ERTMS jako ujednolicony, Europejski System Zarządzania Ruchem
Kolejowym. Dwie jego składowe: Europejski System Sterowania Pociągiem ETCS (European Train Control
System) oraz Europejska Warstwa Zarządzania Pociągami ETML mogą wykorzystywać system GNSS. System
ETCS opiera się na wykorzystaniu informacji o położeniu pociągu uzyskiwanej za pomocą eurobalis
zainstalowanych w określonych odstępach bezpośrednio w torowisku. Źródłem informacji o położeniu może być
także system GNSS dostarczając ciągłej informacji o położeniu. Ze względu na ograniczenia widoczności
satelitów a także występowanie lokalnych odbić sygnału drastycznie zmniejszających dokładność pomiaru, dla
zapewnienia ciągłości określenia pozycji konieczne jest stosowanie także innych przyrządów pomiarowych
takich jak odometry i mierniki przyśpieszenia a także cyfrowych, dokładnych map traktu kolejowego. Zaletą
takiego rozwiązania jest całkowita niezależność od infrastruktury kolejowej. Wykorzystanie lokalizacji GNSS w
systemie ETCS umożliwi zwiększenie przepustowości linii o dużym natężeniu ruchu oraz pozwoli obniżyć
koszty inwestycyjne oraz eksploatacyjne linii lokalnych.

Opracowanie: Jerzy W. Sobstel