I železniční doprava začíná být 4.0

V druhé polovině 20. století ztrácela železniční doprava na významu. Markantní to bylo zvláště v přímém porovnání s rozvojem silniční a letecké dopravy – železnice zažívala období stagnace a útlumu. Příčinou byla její technická zastaralost a strnulost. V poslední době se však v souvislosti s tím, jak se modernizují tratě i vozidla, železnice opět stává konkurenceschopnou, zejména při přepravách na střední vzdálenosti. V rozmezí let 2014 a 2015 například v ČR došlo k meziročnímu nárůstu přepravních výkonů v dálkové osobní železniční dopravě o 11 %. Pro cestující je důležitá jak krátká doba cestování, tak i možnost plnohodnotného využití času stráveného na cestě. Mnoho cestujících dnes například považuje za samozřejmost, že se ve vlaku může připojit k internetu. K tomu poskytuje moderní železnice i bezpečnou, klidnou a tichou jízdu a palubní služby včetně cateringu. I v nákladní dopravě železnice své postavení v poslední době každým rokem výrazně posiluje. K její tradiční roli při přepravě velkého množství materiálu, surovin či finálních produktů, jako je třeba uhlí či automobily, přibyla i role v řetězci intermodální dopravy, spolu s tím, jak se stále více využívá kombinovaná přeprava zboží v kontejnerech. Avšak nejen cestující, ale i zboží spěchá k cíli své cesty, kde je netrpělivě očekáváno. Mantrou řady výrobců jsou dodávky v režimu just-in-time, takže i nákladní vlaky musí jezdit velmi rychle, a hlavně přesně na čas.

Proto ani těm, kteří vlakem cestují jen příležitostně, nemohlo uniknout, že provoz na kolejích se v souvislosti s těmito trendy stále více centralizuje, automatizuje a v poslední době také – jako téměř vše kolem nás – digitalizuje. To železnici do budoucna otevírá velké možnosti.

V jednom prostoru

Velkým kladem železniční dopravy je, že oproti silniční dopravě má podstatně nižší spotřebu energie na tunokilometr přepraveného zboží. To je dáno nízkým valivým odporem mezi ocelovými koly a kolejnicemi, jakož i nízkým aerodynamickým odporem vozidel jedoucích za sebou v těsném zákrytu. Další významnou předností železnice je (a bylo i v minulosti) to, že patří k velmi bezpečným způsobům dopravy a k nehodám na ní dochází jen zřídka. Vděčí za to velmi přísným technickým a provozním opatřením, protože i malá závada či chyba může mít na železnici stejně jako v letecké dopravě velmi tragické následky. Vedle vysokých nároků na zabezpečovací a řídicí techniku je velkou snahou evropských provozovatelů železniční dopravy i technická jednotnost, umožňující mezinárodní propojitelnost – interoperabilitu. Evropa usiluje o sjednocení různých zabezpečovacích systémů a o umožnění co nejrychlejšího průjezdu vlaků napříč celým kontinentem. Zvýšení rychlosti a pravidelnosti nákladních vlaků je účinným nástrojem k naplnění strategického cíle převést dálkovou nákladní dopravu na železnici. Na tomto snažení se značnou měrou podílejí interoperabilní lokomotivy, které umožňují rychlé transfery napříč Evropou, z velkých námořních přístavů do hlubokého vnitrozemí vozí velmi efektivně dlouhé vlaky přepravující především kontejnery. Jde i o využití a produktivitu kvalifikovaných pracovních sil: řidič nákladního automobilu odveze maximálně 2 kontejnery, strojvedoucí nákladního vlaku 92. Zásadní výhodou železniční dopravy je rozsáhlá síť elektrického liniového napájení. Díky tomu může ve velkém měřítku využívat elektrického pohonu. Jeho účinnost dosahuje kolem 90 %, zatímco účinnost spalovacích motorů je 2,5krát nižší, kolem 36 %. Výhodou elektrického pohonu je i to, že dokáže díky rekuperačnímu brzdění využít i kinetickou a potenciální energii jedoucích vozidel. V tom je železnice ve srovnání s automobilovou dopravou, kde se elektrický pohon začíná prosazovat teprve v posledních letech, a to ještě jen ve spojení s akumulátory, o mnoho vpředu.

Vzdálený dohled a řízení

Obecně platí, že u objektů, které lze sledovat a řídit prostřednictvím elektrických signálů, jsou k dispozici technické prostředky k tomu, že je možné je na dálku monitorovat, diagnostikovat i řídit a postupně je začleňovat do internetu věcí. Díky tomu lze na železnici propojit řízení železničních stanic, automatické stavění vlakových cest i automatické řízení vozidel. Avšak základem je bezpečnost. Mít poslušný vlak, který jede, jen když je mu to povoleno, dodržuje předepsané rychlosti a zastaví před koncem jemu určené vlakové cesty. Taková je úloha moderního vlakového zabezpečovače ETCS, který je základním pilířem Železnice 4.0. Na evropské železnici se na rozsáhlém projektu moderního jednotného evropského vlakového zabezpečovače pracuje již od raných 90. let minulého století. Tedy od dob, kdy ještě internet nebyl všeobecně znám a nikdo neměl představu o internetu věcí. Železnice 4.0 vznikala spontánně z přirozené potřeby. V roce 1990 iniciovala Mezinárodní železniční unie (UIC) vytvoření pracovních skupin, jejichž cílem byl vývoj jednotného evropského systému zabezpečení jízdy vlaků – ETCS. Dosud na evropských železnicích existuje přes 20 různých typů historicky vzniklých a zpravidla nepříliš dokonalých národních vlakových zabezpečovačů. To je velkou překážkou mezistátního volného pohybu hnacích vozidel. Lokomotivy bylo proto nutno na hranicích států měnit, což mělo nepříznivý dopad na rychlost a produktivitu železniční dopravy. Je však jasné, že má-li železnice v konkurenci silniční dopravy uspět, je nutné snižovat náklady na přepravu a zkracovat přepravní doby. Prvním krokem je vybavování hnacích vozidel pro mezistátní provoz několika typy národních vlakových zabezpečovačů, avšak to je řešení pouze částečné. Na žádnou lokomotivu se totiž všechny národní vlakové zabezpečovače se svými snímači nemohou vejít.

ETCS

ETCS (European Train Control System) je zkratka pro evropský vlakový zabezpečovací systém. Je jednou ze součástí systému European Rail Traffic Management System (ERTMS). Jeho cílem je nahradit přes 20 různých národních systémů vlakových zabezpečovačů a umožnit vedení vlaků po celém území Evropy bez nutnosti výměn hnacích vozidel na hranicích, popřípadě bez nutnosti vybavení hnacích vozidel různými národními systémy. A to při výrazně vyšší úrovni funkčnosti a bezpečnosti. Je jednotně budován na vysokorychlostních tratích i na konvenčních tratích, v prvé řadě na tranzitních koridorech. Do budoucna nahradí všechny stávající národní systémy. Na projekt ETCS navazuje od roku 1992 z iniciativy UIC projekt EIRENE (European Integrated Railway Radio Enhanced Network), jehož cílem je vytvořit jednotné evropské železniční digitální rádiové spojení pro hlasovou i datovou komunikaci. Je využíváno též pro poskytnutí komunikačního prostředí pro ETCS, slouží pro bezpečný přenos informací mezi vlaky a železničními stanicemi.

Funkce ETCS level 2

Digitálním rádiovým spojením obdrží vlak od rádioblokové centrály oprávnění k jízdě po určité trati určitým směrem, vytvořené stacionární částí ETCS podle aktuální situace na trati a ve stanicích. Spolu s oprávněním k jízdě dostane vlak pro určenou jízdu zadaný i rychlostní profil, který má respektovat. Ten obsahuje všechna pro vlak platná aktuální trvalá i přechodná rychlostní omezení. Řídicí počítač palubní jednotky ETCS si k tomu při uvažování délky vlaku a jeho brzdových schopností vypočte dynamický rychlostní profil daného vlaku. V průběhu jízdy mobilní část ETCS kontroluje, zda strojvedoucí či zařízení pro automatické vedení vlaku dodržuje dynamický rychlostní profil. V případě zjištěného nesouladu aktivuje brzdění natolik včas, aby vlak žádné rychlostní omezení či místo zastavení nepřekročil. Výsledkem je, že vlak jede tak, jak mu bylo stanoveno, neohrožuje sám sebe ani další vlaky. Tak funguje internet věcí na železnici, Železnice 4.0.

Budoucnost železnice

Cílem moderních železničních zabezpečovacích systémů je zajistit, aby vlaky mohly bezpečně jezdit v těsném sledu. Jejich aplikací se zvýší bezpečnost železniční dopravy i propustná kapacita železničních tratí. Výrazně se sníží počet nehod způsobených chybou strojvedoucího, zvýší se výkonnost trati, vlaky budou moci jezdit v těsnějším sledu a díky lepší znalosti situace na trati se sníží i spotřeba energie.