Dopravní systém

Nová trasa D s automatickým provozem vlaků bez strojvedoucího bude vybavena technologickým zařízením - dopravním systémem, který umožňuje řízení provozních činností a zabezpečuje rychlý a bezpečný provoz prostřednictvím zabezpečovacího a řídícího systému Communication-based train control (CBTC), nových vozidel, nových komunikačních zařízení a bezpečnostní stěny na nástupišti. V technologii zařízení budov (TZB) je to kamerový a informační systém a další bezpečnostní prvky.

Díky automatizovanému provozu vlaků vznikají nové nároky na systém organizace řízení provozu, dálkového ovládání vlakového, energetického a technologického dispečinku. Dispečink řízení provozu je umístěný ve stávajícím dispečinku Na Bojišti, který se rozšíří o pracoviště trasy D. Další dispečink řízení provozu se bude nacházet v provozní budově u stanice Nádraží Krč. 

Nová trasa D s automatickým dopravním systémem bez strojvedoucího si zachová kompatibilitu se stávajícím metrem tras A, B, C pouze v oblasti prostorového uspořádání trati, staveb a zařízení metra, jedná se prostorově o průjezdný průřez metra dle ČSN 73 4509 s odběrem proudu z přívodní kolejnice. 

Technologické zařízení dopravního systému

Technologické zařízení Dopravního systému je nosnou technologií automatického metra bez strojvedoucího pro Prahu třetího tisíciletí. Pro trasu D umožňuje řízení provozních činností a zabezpečuje rychlý a bezpečný provoz. Technologie dopravního systému je tak jako technologie zařízení stavby (TZB) součástí technologických celků trasy D.

Zařízení dopravního systému tvoří neoddělitelný celek, který zahrnuje energetické zařízení, zabezpečovací a řídicí systém CBTC dopravy, komunikační zařízení, vozidla metra a bezpečnostní stěny na nástupišti.

Stupeň automatizace (GOA) z hlediska bezpečnostních požadavků na automatizované dopravní systémy dle ČSN EN 62267 je navržen GOA4 (UTO), tedy jako automatický provoz bez strojvedoucího/ obsluhy. Zařízení bude umožňovat i provoz nižšího stupně automatizace.

Technologie CBTC

Železniční zabezpečovací zařízení je zařízením, které zajišťuje, aby železniční doprava byla nejen plynulá, ale i bezpečná. Jeho účelem tedy je, aby nebylo možné povolit jízdu vlaku v případě, že hrozí jakékoli nebezpečí nehody. Staniční ani traťové zabezpečovací zařízení však nedokáže kontrolovat strojvedoucího a zajistit, aby nedošlo k nehodě z důvodu chyby či indispozice strojvedoucího. Tuto činnost zajišťuje technické zařízení, které označujeme názvem „vlakový zabezpečovač“. 

Vlakový zabezpečovač na trasách A a B pražského metra spadá do kategorie tzv. rychlostních zabezpečovačů, tzn. na soupravu metra se ze stacionární části přenáší údaj o maximální dovolené rychlosti v daném úseku. Mobilní část vlakového zabezpečovače na soupravě tuto rychlost porovnává s aktuální rychlostí soupravy. V případě, že aktuální rychlost soupravy tuto povolenou rychlost překročí, vlakový zabezpečovač zasáhne a vlak zastaví.  Vlakový zabezpečovač na trase C (PA-135) je předchůdce systému "distance-to-go" s pevným blokem a brzdnou parabolou generovanou off-line. To znamená, že vlak dostává informaci o volnosti trati před sebou z kolejových obvodů a sám si vypočítává křivku (parabolu) rychlosti tak, aby zastavil v požadovaném místě. 

Na konci 90. let 20. století dospěl technologický vývoj k základní architektuře nazvané CBTC. Jejími základními prvky je systém řízení vlakového provozu založený na procesorech, nepřetržitý obousměrný přenos dat mezi vlakovými a traťovými systémy, přesná lokalizace vlaků na základě výpočtů prováděných všemi vlakovými jednotkami s aktualizací v krátkých intervalech a technická architektura vybudovaná nad základním datovým komunikačním systémem, která propojuje všechny prvky systému dohromady.

Komunikaci mezi stacionární částí a soupravami je možné provádět různými způsoby, např. pomocí indukčních smyček, vyzařovacích kabelů, vlnovodů apod. V poslední době se však masivně rozšiřuje rádiová technologie s bezdrátovým přenosem informací a to i přes to, že zvládnout šíření radiových vln v tunelech metra a dosáhnout požadované spolehlivosti nebylo jednoduché. 

Systém CBTC (Communication Based Train Control – řízení vlaku na základě komunikace) v principu pracuje tak, že souprava hlásí do centra svoji aktuální polohu a dostává informaci o vzdálenosti nejbližšího tzv. chráněného bodu, tzn. místa, kam až souprava může dojet, aniž by narazila na překážku (předchozí vlak). Palubní počítač pak zpracuje informace o rychlosti vlaku, poměrech na trati, grafikonu, zpoždění, nadjetí atd. Z těchto informací spočítá, jak rychle má souprava jet, jak intenzivně brzdit či zrychlovat a kde zastavit. Tedy jízdu vlaku nejenom zabezpečuje, ale též řídí. Jedná se o princip "distance-to-go" + "moving block" (pohyblivý blok), kdy se chráněný bod posouvá kontinuálně, jakoby si jej předchozí souprava „vlekla“ za svým zadním čelem. Soupravy tak mohou jet za sebou nikoli na vzdálenost danou kolejištěm, ale s určitou rezervou pouze na zábrzdnou vzdálenost daného vlaku. Výhoda pohyblivého bloku proti pevnému bloku je zřejmá z následujícího obrázku.

Podmínkou správné činnosti celého systému je nepřetržitá obousměrná komunikace mezi vlaky a stacionární částí, kdy vlaky jednak předávají informaci o své okamžité poloze a naopak přijímají informaci o poloze nejbližšího chráněného bodu. 

CBTC může pracovat v různých režimech automatizace. Může zajišťovat pouze bezpečnost provozu, případně automatické vedení vlaku se strojvedoucím. Obvykle se však používá ve dvou nejvyšších stupních automatizace.  Ve vyšším stupni automatizace (GoA3) může zajišťovat provoz vlaku bez strojvedoucího, avšak s posádkou na palubě, kdy je tento pracovník k dispozici cestujícím a v případě nutnosti je schopen vlak řídit. V nejvyšším stupni automatizace (GoA4) je možné provozovat dopravu v plně automatickém režimu zcela bez posádky.

V obou těchto režimech je nutné zabezpečit volnost kolejiště. V praxi to znamená zamezit výskytu předmětů a osob v kolejišti. Existuje mnoho druhů zařízení na detekci předmětů a osob v kolejišti a neustále probíhá vývoj dalších. V současné době však pouze nástupištní dveře dokáží zajistit, že se cizí předměty a osoby do kolejiště nedostanou a mají tak preventivní účinek.

V současné době se většina projektů CBTC ve světě týká systémů s vyšší úrovní automatizace bez strojvedoucího/bez posádky. V Evropě tento podíl činí dokonce dvě třetiny

Výhody CBTC oproti konvenčním vlakovým zabezpečovačům:

  • vlakový zabezpečovač pro svoji činnost nepotřebuje kolejové obvody, počítače náprav a v případě radiového přenosu informací ani žádné kabely v kolejišti. Pro provoz CBTC dokonce není nutná přítomnost návěstidel v kolejišti. Tím se výrazně usnadňuje údržba kolejiště 
  • je možné snadno měnit konfiguraci trati, tzn. např. omezení rychlosti při údržbových pracích apod.
  • umožňuje zkrátit intervaly mezi jednotlivými soupravami z dnešních minimálních 90 s až na 60 - 70 s a tím zvýšit přepravní kapacitu metra při zachování její rychlosti
  • umožňuje automatizovaný provoz metra bez strojvedoucího/bez posádky
  • úspora nákladů na provoz (zejména úspora trakční energie optimalizací jízdy, a v bezobslužném provozu i úspora osobních nákladů). Např. na lince 14 v Paříži bylo dosaženo úspory provozních nákladů ve výši 30 % ve srovnání s podobnými linkami metra vybavenými konvenčními systémy

Pro představu rozmachu systému CBTC je třeba říci, že koncem roku 2019 bylo ve světě provozováno 1026 km plně automatizovaných linek metra ve 42 městech. Je běžné, že na trasách metra, kde je nutno vlakový zabezpečovač modernizovat, je jako nový typ použita právě technologie CBTC. 

Na plánované lince metra D v Praze je tento moderní systém CBTC připravován a Praha se tak zařadí mezi moderní světová města s plně automatickým provozem metra. Lze předpokládat, že i na lince C, která by měla být v nadcházející dekádě modernizována, bude použit vlakový zabezpečovač CBTC.

Na závěr je potřeba uvést, že za téměř čtyřicet let komerčního provozu plně automatických systémů metra nedošlo k jediné smrtelné nehodě, která by byla způsobena technickým selháním. Automatické metro je tak nejbezpečnějším způsobem hromadné dopravy vůbec.

Technický popis systému

Zabezpečovací a řídicí systém CBTC se skládá ze stacionární části zabezpečovacího zařízení (staniční a traťové ZZ – elektronické stavědlo), dále pak ze stacionární části vlakového zabezpečovače CBTC ATC (Automatic Train Control) ve stanicích a na trati a řídicí části ATS (Automatic Train Supervision) na dispečinku. 

Vlaková část je pak vybavena mobilní částí vlakového zabezpečovače CBTC (ATC) s obousměrnou komunikací. 

Po trati jsou v tunelech rozmístěna radiozařízení umožňující obousměrnou komunikaci jak s traťovou částí (spojení pomocí optických kabelů), tak s vlaky, kterým pomocí radiového přenosu (CBTC) přenáší potřebné řídící povely a naopak získávají informace od mobilní (vlakové) části CBTC. V kolejišti jsou dále umístěny bodové vysílače (tzv. „balízy“), které předávají vlakové části CBTC upřesňující informace o jejich poloze na trati.

Řídicí část se nachází na dispečinku trasy D a jedná se o serverovou místnost včetně řídícího pracoviště dispečerů. Ta je optickými kabely spojena se stacionární částí umístěnou v místnosti CBTC v každé stanici. 

Pro trať D je navržen dispečink v provozní budově SŽ, s.o. ve stanici Nádraží Krč. Záložní zařízení řídícího pracoviště dispečinku včetně zálohy dat bude na stávajících pracovištích v CD na Bojišti. 

Mobilní (vlaková) část, která je součástí vlaku, se skládá z palubní jednotky počítače, radio vysílače/přijímače a zařízení sbírajícího informace z balíz.

Přehled provozovaných plně automatických tratí metra ve světě ( k roku 2018)

zdroj: www.metroautomation.org

Automatická vozidla metra

Pro úsek Pankrác – Nové Dvory budou použity nové vlakové soupravy pro automatický provoz bez obsluhy (strojvedoucího) v systému UTO /GOA4 podle ČSN EN 62 267.

Nové soupravy budou plně průchozí s dalšími moderními a bezpečnostními prvky. Automatické bezobslužné vlaky pro sledování situace ve vozidlech a nouzovou komunikaci s dispečinkem se vybaví kamerovým dohledem, EPS, panelem nouze SOS, textovou informací, rozhlasem, nouzovým tlačítkem otevření dveří. 

Soupravy budou vybaveny pro kombinovanou evakuaci z vlaku dveřmi na únikovou (evakuační) lávku i výklopnými čely z konce vlaku do kolejiště pro bezpečné vystoupení cestujících s omezeným pohybem i zrakovým handicapem. 

V rámci systému CBTC jsou přenášena data pro zajištění provozu palubních systémů i zpětného přenosu informací do traťového a řídicího systému, včetně diagnostických dat vozidla.

Základní technické parametry

Délka vlaku 100m
Šířka skříně soupravy cca 2 700 mm
Počet modulů (vozů) v soupravě max. 5 modulů, (vozů)
Rozchod kolejí 1435 mm
Nejvyšší dovolená rychlost 80 km/h
Obsaditelnost soupravy: standard kvality sedící + stojící 2,6 osob/m2
Obsaditelnost soupravy: 5 vozů – délka 100m 525 osob
Napětí v síti 750 V, spodní odběr
Monitoring stavu soupravy (poruchy zařízení vlaku) na dispečink datový přenos přes CBTC
Vozové soupravy budou vybaveny pro případ výpadku systému panelem pro nouzové manuální řízení vlaku.  
Vybavení vozidla čidly pro detekci vykolejení (překážka na trati, stav kolejnice).  

Bezpečnostní stěna na nástupišti

Bezpečnostní stěna uzavírá celou délku nástupiště včetně vstupu do tunelu, na nástupišti zajistí bezpečnou přepravu cestujících, bezpečný provoz vlaků a je nezbytnou součástí automatického metra. Dveře ve stěně navazují umístěním na dveře vlakové soupravy a otevírají se po zastavení vlaku na dobu nástupu a výstupu cestujících. Tunely uzavírají kolmé dveře, případně šikmé umožňující přístup zaměstnancům do tunelu a nouzovou evakuaci.

Bezpečnostní stěny zvyšují bezpečnou přepravu cestujících, zabraňují přístupu do kolejiště a do tunelů metra, zvyšuje se i celková bezpečnost provozu metra jako je: 

  • komfort při nastupování a vystupování z vlaku
  • účinná ochrana proti nehodám na okraji nástupiště, pádu do kolejiště
  • ochrana cestujících proti prachu, hluku, a proudění vzduchu z tunelu při příjezdu vlaku
  • vylepšené pracovní podmínky pro zaměstnance stanice
  • celkové zlepšení komfortu na nástupišti

Základní technické parametry:

Délka stěny cca 100 - 105 m, podle užitné délky nástupiště
Výška stěny cca 2,3 m
Počet dveří ve stěně 20 dveří
Šířka dvoukřídlých dveří 1 600 mm, upřesní se podle přesnosti zastavení vlaku
Počet bezpečnostních stěn 10 (pro 5 stanic, v každé stanici 2 stěny)
  • Na trase D budou použity nové průchozí vlakové soupravy a předpokládá se uplatnění konstantní rozteče dveří cca 4600 mm.
  • Stěna by měla být složená z 20 modulů 4600 mm a 4 vložených modulů cca 800 mm.  Krajní pole jsou v délce podle délky nástupiště jednotlivých stanic
  • Posuvné dveře pro nástup cestujících budou 1600 mm široké, tj. o 300 mm širší než světlá šířka dveří soupravy. Nouzové východy se umístí do čel stěny pro případ vychýlení vlaku, případně i do mezilehlých polí 
  • Stěna výšky cca 2300 mm neuzavírá traťový tunel, je zachován jeden prostor nástupiště a kolejiště včetně volného proudění vzduchu systému hlavního větrání
  • Jednotlivé moduly bezpečnostní stěny budou v nadpraží vybaveny ovládacími a řídícími prvky dveřní stěny v modulu dveří a doplňkovými prvky informačního systému v pevných modulech
  • Stěnu včetně zařízení předpokládáme jako sestavu modulů spojenou spojovacími čepy a spojovacími konektory. Kotvení stěny se předpokládá do konstrukce nástupiště

Řešení provozu

Údaje o provozu – úsek Náměstí Míru – Depo Písnice

Provozní délka km 10,6
Provozní interval s 180
Přepravní zatížení os/h 9 500
Dopravní nabídka os/h 10 500
Jízdní doba min 16
Počet souprav (inventárních) souprav 16
Přepravené osoby (odhad) osob/rok 45 mil.

Řídící dispečer je vedoucí dispečinku, který řídí, koordinuje a kontroluje práci podřízených dispečerů. Provozní (vlakový) dispečer řídí provoz vlakové dopravy na trase. Provozní technik ZZ obsluhuje zabezpečovací zařízení pro zabezpečení jízd vlaků. Přepravní dispečer provádí dohled a komunikaci s cestujícími ve vlaku a ve stanicích a podává jim informace o omezeních provozu. Technologický, elektro a sdělovací a zabezpečovací dispečeři řídí, kontrolují a vyhodnocují signalizace stavů příslušných zařízení na trase. Bezpečnostní dispečer řeší bezpečnostní incidenty ve spolupráci s ostatními dispečery trasy D a bezpečnostním dispečinkem DP.

Ve stanicích a ve vlacích zajišťují plynulost a bezpečnost přepravy dozorčí stanice, informátoři a případně při zavádění automatického provozu i stewardi. Dozorčí stanice zajišťuje bezpečný chod stanice po dopravní a přepravní stránce a operativně řeší mimořádné situace a závady. Informátor se nachází u vstupu do stanice, podílí se na zajištění provozu ve stanici, informuje cestující jako první provozní pracovník, se kterým přijde cestující do styku. Stewardi se pohybují přímo ve vlakových soupravách, komunikují s cestujícími, seznamují cestující s řešením mimořádných situací a svou přítomností zvyšují pocit bezpečí. Vzhledem k tomu, že termín zprovoznění je v řádu několika let a automatický provoz existuje ve světě již několik desítek let, rozhodne DPP o případném dočasném nasazení stewardů či alternativním řešení až před zprovozněním trasy. 

Bilance ostatních pracovníků oproti stávajícím trasám je snížena o strojvedoucí, zůstávají manipulační strojvedoucí a navíc na trasu jsou zařazeni pracovníci servisu a čištění vozidel. V této bilanci se předpokládá, že údržba technologických zařízení a stavebních objektů bude zajišťována pracovníky metra. Údržba bude spočívat především ve vykonávání preventivních periodických prohlídek a běžných oprav, které je možné řešit případně smluvním způsobem. 

Pro pravidelnou údržbu trati budou ze stávajících dep vypravovány služební vlaky na trasu D. Běžná údržba technologické a stavební vybavenosti TZB má své zázemí v jednotlivých stanicích na trase D a v budově Správy Železnic na Nádraží Krč.

Následující obrázek znázorňuje schéma odstavů vlakových souprav využívaných v noční přepravní výluce a v denním přepravním sedle pro nejbližší úsek Pankrác  - Nové Dvory.

 

Komunikace s pasažéry v krizových situacích

S ohledem na složité podmínky evakuace cestujících v tunelu je prioritou dojezd vlaku při mimořádné události do stanice, kdy cestující jsou evakuováni výstupy ve stanici. Pro zajištění dojezdu do stanice budou nové vlakové soupravy splňovat požární ochranu železničních vozidel podle normy ČSN EN 45545-1, která definuje provozní kategorie vozidel a související způsob evakuace cestujících. Pro nové soupravy se navrhuje technické řešení provozní kategorie 4 s dojezdem do bezpečného místa evakuace ve stanici s dojezdovým časem do 4 min. Konstrukce vozidel z hlediska požární bezpečnosti bude odpovídat požadavkům normy ČSN EN 45545-4 pro automatický provoz v souladu s ČSN EN 62267, při mimořádné události (jako je technická porucha, zadýmení, požár vlaku, nebo v tunelu, překážka na trati apod.) se preferuje jako v současnosti dojezd vlaku do stanice a cestující jsou evakuováni výstupy ve stanici. 

Automatické bezobslužné vlaky pro sledování situace ve vozidlech a nouzovou komunikaci s dispečinkem budou vybaveny kamerovým dohledem, EPS, panelem nouze, textovou informací a rozhlasem. Dále bude monitorován technický stav funkce vozidla, překážka a stav kolejnic na trati, dopravního systému (napájení, CBTC, stěny na nástupišti). Také v tunelu i ve stanicích bude instalován evakuační rozhlas a nouzová komunikace prostřednictvím SOS hlásek.