Szerző: Bodóczki Anita

Az előző részben azt vizsgáltam, hogyan változtatja meg a digitalizáció a biztosítóberendezések és a forgalomirányítás világát. A korszerű KÖFI-rendszerek, a döntéstámogatás, az automatizált funkciók és a fejlettebb vonatbefolyásolás ugyanabba az irányba mutatnak, a vasút egyre több adat alapján, egyre tudatosabban képes működni. A vonat azonban nemcsak egy színes vonal vagy pont a forgalomirányító képernyőjén.

Miközben a központból követhető, hol jár és milyen vágányút áll előtte, maga a jármű és a rakomány menet közben is változhat. Melegedhet egy csapágy, szorulhat egy fék, kialakulhat kerékhiba, elmozdulhat a rakomány, vagy egy jármű akár „le is léphet” a sínszálról Forgalmi személyzettel ellátott állomásokon, szolgálati helyeken ezek közül több rendellenességet egy állomási dolgozó is észre tud venni, vonatmegfigyelés közben, ahogy a vonat elhalad előtte. A KÖFI-vonalakon azonban egyre több közbenső szolgálati hely működik forgalmi személyzet nélkül, így az emberi megfigyelés egyik hagyományos rétege is ritkul.

Ha tehát a vasútüzem egyre inkább központosított és automatizált, ki – vagy inkább mi – figyeli közben magát a vonatot?

A digitalizáció egyik legnagyobb értéke éppen az lehet, hogy folyamatos, mérhető és visszakereshető információt ad arról, amit korábban csak akkor láthattunk, ha valaki éppen ott volt.

Amikor a pálya figyeli a vonatot

A pályamenti diagnosztikai rendszerek lényegében „érzékszerveket” adnak az infrastruktúrának. A jármű elhaladása közben képesek mérni, képet készíteni, eltérést felismerni és szükség esetén riasztást továbbítani anélkül, hogy a vonatot minden vizsgálathoz meg kellene állítani.

A legismertebb megoldások közé tartoznak a hőnfutásjelzők és a – gyakran azokkal integrált – szorulófék-érzékelők. Infravörös érzékelőkkel mérhető többek között a csapágyak, a kerékabroncsok és a féktárcsák hőmérséklete, így a rendellenes felmelegedés még azelőtt jelezhető, hogy abból tengely- vagy kerékkárosodás, tűz, siklás vagy jelentősebb forgalmi zavar alakulna ki.

A pályába épített érzékelők a kerékterhelés és a dinamikus erőhatások mérésével túlterhelésre, egyenlőtlen terhelésre, keréklaposságra vagy más kerékhibára is utalhatnak. Lézeres és kamerás rendszerekkel pedig felismerhető a rakomány elmozdulása, egy kiálló alkatrész vagy az űrszelvény túllépése. Ezek az információk egyszerre szolgálhatják a közlekedésbiztonságot és a karbantartást.

Nem arról van szó, hogy minden vonalon valamennyi elérhető érzékelőt telepíteni kell. Sokkal fontosabb, hogy már a forgalmi és üzemi koncepció kialakításakor megjelenjen a vonatfelügyelet kérdése. Milyen kockázatokat szükséges menet közben észlelni, hol indokolt a mérés, és hogyan jut el a riasztás ahhoz, aki még időben be tud avatkozni?

Személyzet nélkül – de nem felügyelet nélkül

A KÖFI-vonalakon ennek különös jelentősége van. A forgalomirányító látja a vonat helyét és a biztosítóberendezés állapotát, de ebből még nem feltétlenül ismeri a vonat fizikai állapotát. Ha a közbenső állomáson nincs forgalmi személyzet, nincs ott folyamatosan olyan ember sem, aki az elhaladó szerelvényen egy füstölő féket, rendellenes hangot vagy elmozdult rakományt észrevegyen, akkor ezt a biztonsági rést a korszerű pályamenti diagnosztika részben technikai megfigyeléssel képes lefedni.

A mérés azonban önmagában még nem biztonsági intézkedés. Akkor válik igazán értékessé, ha az érzékelés, az adatfeldolgozás és az üzemi beavatkozás egyetlen folyamatot alkot, és a kritikus riasztás eljut ahhoz, aki a vonatot megállíthatja, ellenőrzést kezdeményezhet vagy más szükséges intézkedést tehet. Tervezői oldalról ezért nem pusztán az a kérdés, hogy „kell-e hőnfutásjelző?”, hanem az, milyen vonatfelügyeleti funkcióra van szükség, hol legyen a mérési pont, és hogyan illeszkedjen a rendszer az energiaellátáshoz, az adatkapcsolathoz és az üzemeltetési szabályokhoz.

Európai példák, ahol a pályamenti diagnosztika rendszerré áll össze

Több európai pályahálózat-működtető gyakorlata jól mutatja, hogy az egyes mérőberendezésekből összekapcsolt vonatfelügyeleti rendszer alakítható ki. Itt már nem önmagában egy-egy szenzor az érdekes, hanem az, hogy a különböző mérések ugyanahhoz a járműhöz és üzemi folyamathoz kapcsolódnak.

Ausztriában az ÖBB-Infrastruktur Train Running Checkpoint, illetve Zuglaufcheckpoint rendszere többféle érzékelést egyesít. A mérőhelyeken a hőmérséklet mellett kerékterhelés és kerékhiba, járműprofil-túllépés, lelógó alkatrész, sőt kisiklott kerék is felismerhető. Rendellenesség esetén a forgalmi személyzet értesítést kap, a mérési adatok pedig jármű- és karbantartás-menedzsment céljára is felhasználhatók. A továbbfejlesztés iránya a kerékprofil-mérés és a járműszinten követhető állapottrendek kialakítása.

Svájcban az SBB még tovább viszi a hálózatba szervezett vonatfelügyeletet. A hőnfutás- és szorulófék-érzékelés, valamint a dinamikus kerékterhelés-mérés mellett Dragging Equipment Detection is működik, amely például lelógó féktömlőt vagy csavarkapcsot képes felismerni. Optikai rendszerrel mérhető az áramszedő által okozott felsővezeték-emelés, és tesztelnek olyan kamerás Visual Inspection Systemet is, amely vonali, akár 140 km/h sebességgel elhaladó teljes szerelvényről több irányból készít részletes felvételeket. A képek segítségével a járművek állapota a normál üzem megszakítása nélkül ellenőrizhető, nyomon követhető a kopó alkatrészek állapotának változása és a járművek sérülése, így a rendszer a műszaki vizsgálat és az állapotfüggő karbantartás számára is értékes információt szolgáltathat.

Különösen érdekes, hogy az SBB ZKE Netz V2 rendszere a különböző mérőhelyek adatait a vonatszámmal, a menetvonallal, a vonatösszeállítással és – RFID esetén, amely rádiófrekvenciás azonosító címkék segítségével teszi lehetővé a vasúti járművek automatikus azonosítását és nyomon követését – a konkrét járművel is összekapcsolja. Így nemcsak egy pillanatnyi határérték-túllépés, hanem egy jármű vagy alkatrész állapotának változása is követhető. Kritikus riasztás esetén az információ közvetlenül az intervenciós és forgalomirányító központba kerülhet.

A holland ProRail gyakorlata arra ad jó példát, hogy a szenzoros állapotfelügyelet nemcsak a gördülőállományra terjedhet ki, a pályába telepített érzékelőkkel váltók, illetve problémás fel- és alépítményi helyek állapota is követhető. A német DB Cargo pedig kamerakapukkal és mesterséges intelligenciával támogatott képfeldolgozással fejleszti a teherkocsik műszaki vizsgálatát. München-Nord rendező-pályaudvaron alsó kamerák és mikrofonok bevonását is vizsgálják.

A nemzetközi példák közös tanulsága számomra az, hogy a valódi szemléletváltás akkor következik be, amikor a különálló érzékelőkből felügyeleti rendszer, az egyedi mérésekből pedig időben és térben összekapcsolható információ lesz. Ekkor a diagnosztika már egyszerre támogatja a biztonságot, a karbantartást és a forgalomirányítást.

Nemcsak rakomány érkezik, adat is

A digitalizáció előnyei az intermodális terminálokon különösen jól láthatók, mert itt a vasúti, közúti, rakodási és informatikai folyamatok közvetlenül találkoznak. Az OCR-kapuk automatikusan felismerhetik a konténer- és járműazonosítókat, rögzíthetik a szükséges adatokat, és kameraképpel dokumentálhatják a rakomány állapotát. Az információ közvetlenül bekerülhet a terminál informatikai rendszerébe, így a rakodási folyamat már a vonat beérkezésekor előkészíthető.

A hamburgi HHLA Container Terminal Altenwerder jó példa arra, hogyan kapcsolódhat össze az OCR, a terminálirányítás és az automatizált anyagmozgatás. A vasúton érkező konténerek adatai a „train gate”-en keresztül jutnak a rendszerbe, miközben szoftvervezérelt darurendszerek és automatikus járművek támogatják a fizikai mozgatást. A digitalizáció itt nem egyetlen berendezést jelent, hanem egymással adatot cserélő technológiák rendszerét.

Ez közvetlenül versenyképességi kérdés. Az azonosításra, manuális adatbevitelre, várakozásra és egymástól elszigetelt folyamatok összehangolására fordított idő növeli a termináli tartózkodást és a költséget. Ha viszont az adat a fizikai árumozgással együtt halad, a vasúti szolgáltatás gyorsabbá és kiszámíthatóbbá válhat.

Mérlegelés megállás nélkül?

Az állomási és termináli technológiában a rakodás utáni tömegellenőrzés is digitalizálható. A hagyományos úgynevezett statikus üzemű vágányhídmérlegen a mérlegelés jellemzően külön technológiai művelet. A járművet vagy kocsicsoportot a mérlegre kell állítani, kocsinként szétakasztva az előírt módon kell pozícionálni, ami plusz tolatási mozgást, vágányfoglaltsági időt igényel, mely így a kapacitáskihasználtságra is hatással van. A hitelesített dinamikus üzemű vágánymérleg ezzel szemben megfelelő kialakítás és üzemeltetési feltételek mellett a kocsik vagy akár a teljes szerelvény tömegét menet közben, kis sebességű áthaladás során is meghatározhatja.

Ennek előnye nem pusztán a gyorsabb mérés. Csökkenhet a mérlegeléshez szükséges megállások száma, a külön tolatási műveletek elmaradnak, rövidülhet a mérlegvágány foglaltsági ideje és a rakodás utáni ellenőrzés könnyebben beilleszthető a technológiai folyamatba. A korszerű rendszerek kocsi-, forgóváz-, tengely- vagy akár kerékterhelési adatot is szolgáltathatnak, így a túlsúly mellett az egyenlőtlen rakodás is felismerhető. A mérési eredmény automatikusan összekapcsolható a kocsi azonosítójával – például OCR- vagy RFID-rendszeren keresztül –, majd továbbadható a terminál- vagy vállalatirányítási rendszernek. A legkorszerűbb mérlegek mindkét üzemmódban, akár távfelügyelet mellett is használhatók.

A dinamikus mérleg természetesen nem minden feladatra és nem minden helyszínre a jobb megoldás. Pontossága, hitelesíthetősége, az alkalmazható sebesség, a szükséges egyenes be- és kifutó szakasz, valamint a pályaszerkezeti feltételek a választott rendszertől és a mérés céljától függenek. Tervezési szempontból azonban éppen ezért fontos már az állomási technológia kialakításakor eldönteni, hogy szükséges-e a különálló műveletet kívánó statikus mérlegelés, illetve megfelel-e a vonat, vagy szerelvény mozgásába integrált dinamikus mérlegelési folyamat. Rakodó helyek körzetében, állomási csomópontokon feladáskor gyakoribb a statikus mérlegelés igénye, határforgalomban vagy rendező pályaudvarokon dinamikus mérlegen célszerű a teljes átmenő forgalom ellenőrzése.

A diagnosztika nemcsak a járművet figyelheti

Szenzorokkal, mérővonatokkal, kamerákkal és állapotfelügyeleti rendszerekkel maga az infrastruktúra is folyamatosabban megfigyelhető, a pálya geometriai állapota, a váltók működése, a felsővezeték, a műtárgyak vagy akár a földművek viselkedése. A holland ProRail mellett a francia SNCF Réseau is alkalmaz elektronikus érzékelőket és mérővonatokat pálya-, felsővezeték- és környezeti kockázatok megfigyelésére.

Ennek egyik legnagyobb hozadéka a karbantartásban jelentkezhet. Az időalapú beavatkozások mellett egyre nagyobb szerepet kaphat az állapotfüggő, megfelelő adatminőség esetén pedig az előre jelezhető karbantartás, nem csak akkor avatkozunk be, amikor már meghibásodás történt, hanem amikor a mért állapot romló tendenciája ezt indokolja. Ez növelheti a rendelkezésre állást, csökkentheti a váratlan hibákat és célzottabbá teheti a karbantartási erőforrások felhasználását.

A rakodás is digitalizálódik

Az árufuvarozás versenyképessége nemcsak a nyíltvonali menetidőn múlik. A teljes eljutási idő jelentős részét állomási, rendezési, termináli és rakodási folyamatok adhatják. A Terminal Operating System (TOS), az OCR, az RFID, a digitális rakodási tervek, valamint a szoftverrel támogatott daru- és rakodásirányítás ugyanazt a célt szolgálhatják, a fizikai árumozgás és az információáramlás ne két külön folyamat legyen.

Egy jól integrált rendszer már a vonat érkezése előtt ismerheti az érkező kocsikat és konténereket, a rakomány helyét és a szükséges eszközöket, a rakodás után pedig az adatok automatikusan továbbadhatók a következő folyamatnak. A hatékonyság sokszor nem egyetlen látványos fejlesztésből születik, hanem abból, hogy megszűnnek az információs törések a folyamat szereplői között.

A jövő lehetőségei már a tervezőasztalon eldőlnek

Az előző rész egyik központi gondolata az volt, hogy a tervező feladata nem minden új technológia automatikus alkalmazása, hanem a lehetőségek ismerete és mérlegelhetővé tétele. A pályamenti diagnosztika, a dinamikus mérlegelés és a termináli digitalizáció jól mutatja, miért fontos ez.

Egy kamerakapuhoz hely kell, egy dinamikus mérőrendszerhez megfelelő pályaszerkezet és mérési szakasz, egy diagnosztikai ponthoz energiaellátás, adatkapcsolat és karbantartási megközelítés. Egy automatizált termináli folyamat pedig csak akkor működik jól, ha a vágányhálózat, a rakodóterület, a daruk, a közúti kapcsolatok és az informatikai rendszer ugyanannak a technológiai folyamatnak a részeként készülnek. Ha ezekre csak a kivitelezés végén gondolunk, könnyen kiderülhet, hogy a későbbi megoldásnak nincs helye vagy nem illeszthető gazdaságosan a kialakított rendszerbe.

A digitalizáció ezért tervezési kérdés is. Nem azért, mert minden érzékelőt és rendszert már az első ütemben meg kell építeni, hanem mert egy több évtizedre készülő infrastruktúránál tudatos döntésnek kell lennie annak is, milyen későbbi lehetőségeket hagyunk nyitva.

Nem több adat kell, hanem használható információ

A digitalizáció könnyen öncéllá válhat, ha minden berendezés adatot termel, de az adatok elszigetelten maradnak. A hőmérsékletmérés akkor ér valamit, ha a veszélyes érték riasztást vált ki, a kamerakép akkor segít, ha az eltérés gyorsan azonosítható, a tengelyterhelési adat akkor hasznos, ha összekapcsolható a járművel és a rakodással, a diagnosztikai adatsor pedig akkor támogatja a karbantartást, ha trenddé és beavatkozási információvá alakítható.

Ehhez adatstruktúrák, interfészek, felelősségi szabályok, kiberbiztonság, megfelelő adatminőség és jól kialakított üzemi folyamatok is szükségesek. A digitális vasút tehát nem attól lesz intelligens, hogy sok adatot gyűjt, hanem attól, hogy az adatból időben jó döntés születik.

Biztonság, hatékonyság, versenyképesség – ugyanannak a rendszernek három oldala

A bemutatott megoldások első pillantásra különbözőek – hőnfutásjelző, dinamikus mérleg, kamerakapu, mesterséges intelligencia, terminálirányítás, állapotfelügyelet. Mégis ugyanabba az irányba mutatnak, csökkentik a bizonytalanságot. Amit korábban csak egy meghibásodás után ismertünk fel, azt ma egyre több esetben mérhetjük, dokumentálhatjuk, összehasonlíthatjuk, sőt romló tendenciaként is észlelhetjük, így lehetőség van kellő időben beavatkozni.

Ez a biztonság szempontjából korábbi észlelést és gyorsabb beavatkozást, a hatékonyság szempontjából célzottabb karbantartást, kevesebb manuális műveletet és rövidebb átfutási időt, a versenyképesség szempontjából pedig kiszámíthatóbb és megbízhatóbb vasúti szolgáltatást jelenthet. A digitalizáció ezért nem önálló „informatikai” téma, hanem ugyanannak a működő vasúti rendszernek a része, amelyben a vasúti pályának, a biztosítóberendezésnek, a járműnek, a terminálnak, az üzemeltetésnek és az emberi döntésnek együtt kell működnie.

A hiányzó láncszem

A cikksorozat első részétől kezdve ugyanahhoz a gondolathoz tértem vissza különböző oldalakról, a vasúti infrastruktúra akkor válik valóban megfelelővé, ha nem különálló műszaki létesítmények összességeként, hanem működő rendszerként tervezzük. Ehhez a forgalmi és üzemeltetési igényeket időben meg kell ismerni, a szakágaknak együtt kell gondolkodniuk, a műszaki alternatívákat pedig nemcsak abból a szempontból kell vizsgálni, hogy megépíthetők-e, hanem abból is, hogyan fognak működni.

Talán ez a vasúti tervezés valódi hiányzó láncszeme – nem egy újabb szakág vagy technológia, hanem az a rendszerszemlélet, amely a műszaki döntések mögött mindig a működő vasutat keresi.

A cikksorozat öt részében azt jártam körül, hogyan lehet úgy megtervezni a vasúti infrastruktúrát, hogy az a forgalmi és üzemeltetési igényeket, valamint a jövőbeni fejlődés lehetőségeit egyaránt figyelembe vevő, jól működő rendszerré váljon. Ehhez időben meghozott szakmai döntésekre, a szakterületek valódi együttműködésére és olyan mérnöki gondolkodásra van szükség, amely a tervezőasztalon túl is látja a vasutat.

Hiszen a korszerű vasúti tervezés nem ott kezdődik, hogy milyen technológiát építünk be, hanem abban a mérnöki gondolkodásban, amely már ma megteremti a jövő vasútjának lehetőségeit.

Mert nem „csak” vasúti pályát, állomást, biztosítóberendezést vagy felsővezetéket tervezünk.

Azt tervezzük meg, hogyan fog működni – és hogyan tud majd jól működni – a vasút.

A Szerző ezúton fejezi ki köszönetét az ARDIN Dinamikus Mérleggyártó, Ipari Rendszerfejlesztő Kft. munkatársainak a cikk elkészítéséhez nyújtott szakmai segítségért, valamint a dinamikus vasúti mérlegelési megoldásokkal kapcsolatos szakmai ismeretek megosztásáért.