Linienzugbeeinflussung

Od konce 70. let byla v rámci projektu ministerstva pro výzkum a technologie (Bundesministerium für Forschung und Technologie) zkoumána možnost přenosu informací LZB rádiovou cestou (m.j. i v pásmu 40 GHz). Výsledkem bádání bylo zjištění, že v tehdejší době by bylo převedení na tento systém nehospodárné. Kromě toho zde byla potíž s určováním polohy vlaku - prověřovaly se možnosti měření času letu radiového signálu, satelitní navigace nebo datové body v kolejích. Počátkem 90. let následovala dvouletá studie podporovaná ministerstvem pro vývoj a berlínským senátem[2], která zvolila použití techniky mobilních telefonů (GSM) jako základ železničního systému bezdrátové komunikace.

Dnešní zavádění ETCS vede k dalšímu rozvoji použití bezdrátové komunikace v zabezpečovací technice. V úrovni 2 se přenášejí data pro jízdu podle elektronického rozhledu v železniční variantě GSM - GSM-R. Ke zjištění polohy jsou používány datové body - tzv. balízy.

Následující tabulka přináší přehled nejdůležitějších kroků ve vývoji LZB:

Ačkoliv LZB patří k velmi bezpečným systémům, přesto došlo při jeho použití k několika nehodám nebo ohrožením bezpečnosti provozu[8]:

• 29. června 1991 se srazily dva vlaky v tunelu u Jühnde na trati Hannover – Würzburg. Po poruše vozidlové části strojvůdce zařízení vypnul a vzápětí projel návěstidlo v poloze Stůj.
• 29. června 2001 mohlo dojít k těžké nehodě na trati Lipsko - Drážďany. Ve stanici Oschatz povolovalo LZB strojvedoucímu ICE 1652 pro jízdu přes kolejovou spojku rychlost 180 km/h, ačkoliv spojka byla konstruována pouze pro rychlost 100 km/h. Strojvůdce zpozoroval výhybku postavenou do odbočky a zbrzdil ještě vlak na 170 km/h. Jako příčina byla označena chyba software počítače LZB.
• 17. listopadu 2001 došlo k ohrožení bezpečnosti provozu ve stanici Bienenbüttel na trati Hannover – Hamburg. Vlak ICE měl předjet odstavený nákladní vlak po protisměrné koleji. Ačkoliv kolejová spojka umožňovala maximální rychlost 80 km/h, projel ji vlak rychlostí 185 km/h bez vykolejení. Příčinou byla chyba v zapojení na stavědle při zvýšení dovolené rychlosti ve spojce z 60 na 80 km/h. Kvůli zapomenutému nastavení kontroly funkce přenosu omezení rychlosti podle postavení vlakové cesty se chybný údaj přenesl na počítač LZB a dále na vlak. Strojvedoucí tak dostal prostřednictvím LZB povolení k jízdě maximální rychlostí 200 km/h.
• 9. dubna 2002 hrozila srážka vlaků na trati Hannover – Berlin. Poté, co ve Fallerslebenu vypadl počítač na centrále LZB, došlo k zastavení dvou vlaků v každé traťové koleji. Po naběhnutí počítače byla oběma druhým vlakům povolena maximální rychlost 160 km/h, zatímco prvním 0 km/h. Naštěstí jeden ze strojvůdců viděl vlak před sebou a druhý se před další jízdou pro jistotu zeptal dispečera, který ho varoval.

K přenosu informací mezi traťovou částí a vozidlem slouží na straně trati pár vodičů tvořících smyčku. Jeden z vodičů leží v ose koleje, druhý u paty jedné z kolejnic. Každých 100 m se vodiče kříží. Vzniklý fázový posun signálu 180° vyhodnotí vozidlová část. Podle počtu zaregistrovaných překřížení určuje vozidlo svoji polohu. Maximální počet křížení v rámci jedné smyčky je 126, z čehož vyplývá maximální délka smyčky 12 700 m. Napáječ se nachází přibližně ve středu smyčky.

Krátké smyčky

Technika krátkých smyček

Při použití krátkých smyček je délka jedné smyčky nejvýše 300 m. Napáječe jednotlivých smyček jsou připojeny k centrále paralelně, takže přenášejí stejné informace. Výhoda tohoto uspořádání spočívá v tom, že při poruše jedné krátké smyčky nastane výpadek spojení v úseku nejvýše 300 m. Tuto vzdálenost může vozidlo překonat bez dalších problémů. Z tohoto důvodu se dlouhé smyčky nově neinstalují.

Uspořádání smyček jedné centrály a vodičů LZB v kolejích
BKW - hranice působnosti centrály
zelená - počítání křížení při jízdě od začátku ke konci úseku s LZB
hnědá - počítání křížení při jízdě od konce k začátku úseku s LZB

Každá centrála má možnost připojení 16 smyček. Tyto smyčky mohou být uspořádány paralelně, anebo vzájemně podřízené. Pro předjízdné koleje jsou potřeba vlastní smyčky (viz obrázek). Podle potřeby je možno instalovat další centrálu (centrály).

• LZB centrála: Jádrem centrály je systém počítačů 2 ze 3, t.j. nejméně dva nezávislé počítače ze tří musí dávat shodný výstup. Tyto počítače zpracovávají na základě postavení a volnosti vlakové cesty data pro jízdu vlaku. Centrála je propojena pomocí speciálních modemů s napáječi smyček, sousedními centrálami a stavědly. Pro přenos dat slouží kabely se dvěma páry vodičů - pro každý směr toku dat jeden pár. Spojení s elektronickým stavědlem je uskutečněno prostřednictvím sítě LAN.
• Napáječe (u krátkých smyček: Kurzschleifenfernspeisegeräte KFS): Napáječe slouží k přijmu dat z centrály a jejich vysílání do smyček a zasílání zpětných telegramů z vozidel do centrály. Při použití krátkých smyček jsou připojeny příslušné KFS paralelně a dostávají z centrály shodná data.
• Nastavovací zařízení nebo vjezdová zařízení (VE-Geräte, A-Geräte): Zařízení pro zasílání nastavovacích telegramů do nastavovacích smyček na začátku úseků LZB.
• Oddělovače: Vlivem trolejového vedení dochází v datových kabelech k naindukování napětí. Prostřednictvím galvanického oddělení je toto napětí omezeno na přijatelné hodnoty.
• Zesilovače: Při větších vzdálenostech mezi centrálou a napáječem se používají k zesílení datových signálů.
• Traťové kabely: Traťové smyčky jsou vytvořeny z jednovodičových kabelů s dostatečnou mechanickou odolností, odolností proti opotřebení a povětrnostním vlivům a navíc s příznivou vyzařovací charakteristikou.

Označení hranice mezi smyčkami (skupinami krátkých smyček)

• Přídavné návěštění LZB: Tabulky LZB se umísťují na hranice oddílů, kde nejsou použita nepřenosná návěstidla. Označují místa, kde musí vlak zastavit, pokud není následující oddíl volný[9]

Vozidlová část LZB se skládá z následujících komponentů:

• Vozidlový počítač LZB: V závislosti na dodavateli existují dvě koncepce:
  • Výpočetní jednotka sestávající ze tří nezávislých počítačů se vzájemným porovnáváním datových výstupů
  • Jeden zabezpečený počítač s diverzifikovaným software

• Napájecí zdroj: Napájení je redundantní a je kontrolováno vozidlovým počítačem.

Anténa LZB na lokomotivě ř. 189

• Vysílací a přijímací antény: Antény jsou taktéž redundantní - dvě vysílací a dvě nebo dva páry přijímacích antén. Počet přijímacích antén se liší podle vozidla a dodavatele

• Měření dráhy: Pro měření dráhy a rychlosti jsou použity dvě impulsní dráhová čidla a měřič zrychlení nebo radar - dle dodavatele.

• Zařízení nouzového brzdění: Zařízení způsobí v případě zásahu LZB vypuštění vzduchu z hlavního potrubí.
• Zadávací jednotka: Zadávací jednotka slouží k zadání odpovídajících dat vlaku - délky, způsobu brzdění, brzdících procent a maximální rychlosti. U moderních vozidel probíhá zadávání prostřednictvím komunikační jednotky vozidla DMI (Driver Machine Interface).

• Modulární zobrazovač (Modulare Führerraumanzeige - MFA): Modulární zobrazovač poskytuje strojvedoucímu úplný přehled o následujícím úseku trati. Tři nejdůležitější zobrazované veličiny jsou vzdálenost cíle, cílová rychlost a stanovená rychlost (okamžitá hodnota daná parametry vlaku, trati, vzdáleností cíle a cílové rychlosti). Tyto veličiny jsou zobrazovány analogově (u starších zařízení) nebo digitálně. Dále obsahuje zobrazovač řadu kontrolek zobrazujících stavy nebo poruchy (porucha přenosu dat, nouzové zastavení atd. U moderních vozidel i tyto funkce přebírá DMI.

Přes LZB mohou být přenášeny i hodnoty maximálního odebíraného proudu, vypnutí hlavního vypínače a povolení použití vířivé brzdy. Prověřuje se také možnost využití LZB k bezpečnému vyloučení vzájemného míjení osobních a nákladních vlaků v tunelech na vysokorychlostních tratích Hannover–Würzburg a Mannheim–Stuttgart se smíšeným provozem. S tímto opatřením by mohla být zvýšena rychlost v tunelech z 250 na 280 km/h. Informace o druhu vlaku by se odvozovala z nastavení druhu brzdy na vozidlové části.[11] ]

Následující úvahy o možném rozšíření funkce LZB nebyly uplatněny v praxi:

• Při zatažení za záchrannou brzdu v úseku s nařízeným přemostěním záchranné brzdy (tunely, mosty) automaticky nastavit pomalou jízdu 60 km/h na konci tohoto úseku.[2] Tato možnost byla plánována k nasazení na nově budovaných tratích koncem 80. let.
• Další možností bylo omezení rychlosti nákladních a osobních vlaků, které se měly potkat v tunelu. Toho by se dosáhlo virtuálním úsekem s dočasným omezením rychlosti zřizovaným dle potřeby. Jelikož bylo vzájemné míjení těchto vlaků vyloučeno jízdním řádem, nebylo této možnosti využito.
• Taktéž bylo zvažováno při vyšší hustotě provozu průběžně upravovat maximální dovolenou rychlost tak, aby byla zvýšena plynulost dopravy a uspořila se tak trakční energie.[2]

Jak již bylo popsáno, vodiče v koleji se kříží v pravidelných vzdálenostech 100 ±5 m. Dvě křížení ohraničují díl smyčky. Vozidlová část odpočítává díly ve směru jízdy v pořadí 1 až 127, proti směru jízdy -1 (255) až -127 (129). K přesnějšímu určení polohy slouží dráhová čidla. Vozidlový počítač si každý díl rozdělí na 8 dílků (čísla 0 až 7) o délce 12,5 m. Odměřování těchto dílků začíná na každém křížení od nuly.

Předpokladem přechodu do režimu LZB je zařízení v provozu se zadanými údaji o vlaku (druh brzdy, brzdící procenta, délka vlaku, maximální rychlost vlaku). LZB převezme kontrolu nad jízdou vlaku v místě, kde zařízení zaregistruje změnu úseku (smyčky). Proto se na začátku úseků traťových s LZB instalují vstupní smyčky, které předávají pevně zadaná data (číslo úseku, směr jízdy, délka vstupní smyčky 50 nebo 100 m). Po najetí na první smyčku obdrží vozidlo dotaz z centrály na vstupní bod a odpoví předepsaným způsobem. Na to začne posílat centrála telegramy s rozkazy pro jízdu.

Pokud nezaregistruje vozidlo vstupní smyčku, začne LZB fungovat až na hranici další smyčky.

Za jízdy zasílá centrála pravidelně výzvové telegramy s veličinami pro jízdu (označení úseku (smyčky), číslo dílu smyčky, směr jízdy, brzdná křivka a informace o cíli). Vlak odpovídá telegramem s potvrzením čísla dílu smyčky, druhem brzdy, číslem odměřeného dílku a okamžitou rychlostí. Z informací z vlaku, ze stavědla o postavené vlakové cestě a z údajů o trati ve vlastní paměti (oblouky, sklony atd.) vypočítá centrála data pro další jízdu vlaku a odešle opět ve formě telegramu na vlak. Každý vlak obdrží v závislosti na počtu vlaků v daném úseku dva až pět telegramů za sekundu.

Pokud vozidlo nezaregistruje křížení, je schopné křížení dopočítat pomocí měření dráhy. Takto mohou být nahrazeny nejvýše tři po sobě jdoucí křížení, jinak vozidlo vypadne z režimu LZB.

Hlavní úlohou LZB je předávání a sledování nepřekročení dovolené rychlosti. K tomu vysílá centrála vlaku veličinu XG a brzdící křivku do nulové rychlosti. Veličina XG určuje brzdnou dráhu až k bodu zastavení. Při omezení maximální rychlosti se tento bod používá jako fiktivní.

Na základě veličiny XG, brzdícího zpomalení b a ujeté vzdálenosti vozidlový počítač průběžně vypočítává požadovanou rychlost (m/s) podle vztahu:

${\displaystyle V_{\rm {\mbox{pož}}}={\sqrt {2\cdot b\cdot (XG-s)}}}$

V grafu je vidět změna maximální rychlosti z 300 na 200 km/h a následné brzdění do zastavení, včetně fiktivního bodu zastavení u křivky pro snížení rychlosti.

Výzvový telegram je vysílán přenosovou rychlostí 1.200 Baud z centrály na vozidlo a má délku 83,5 bit, z nichž je kvůli synchronizaci v hlavičce jeden bit o délce 1,5 bitu. Telegram obsahuje následující údaje:

• adresa (Označení smyčky a úseku)
• bezpečnostní data (směr jízdy, číslo a tvar brzdné křivky)
• informace o brzdě
• informace o cíli (vzdálenost a rychlost)
• informace na displej (signalizace a doplňkové informace)
• pomocné údaje (typ vyžadované odpovědi - částečná / úplná)
• Cyklický redundantní součet (kontrolní součet)

Odpovědní telegram o délce 41 bitů je zasílán z vozidla do centrály rychlostí 600 Baud. Podle obsahu se rozlišují následující typy:

Typ 1

• typ telegramu
• potvrzení dílu smyčky
• údaje o brzdě (druh a účinek)
• odpočítaný dílek
• rychlost
• provozní a diagnostické hlášení
• kontrolní součet

Typ 2

• typ telegramu
• potvrzení dílu smyčky
• údaje o brzdě (druh a účinek)
• odpočítaný dílek
• maximální rychlost vlaku
• délka vlaku
• kontrolní součet

Typ 3

• typ telegramu
• označení dopravce
• číslo vlaku
• kontrolní součet

Typ 4

• typ telegramu
• řada vozidla
• číslo
• délka vlaku
• kontrolní součet

Přenos telegramů z centrály na vozidlo probíhá cestou Frekvenční modulace na nosném kmitočtu 36 kHz a s frekvenčním zdvihem ± 0,4 kHz rychlostí 1200 Baud. Opačným směrem probíhá přenos na frekvenci 56 kHz ± 0,2 kHz. Menší frekvenční zdvih omezuje přenosovou rychlost na 600 Baud.

• Augsburg–Dinkelscherben–Ulm (Trať 5302: km 7,3–28,5)
• Berlin–Nauen–Glöwen–Wittenberge–Hagenow Land–Rothenburgsort–Hamburk (Trať 6100: km 16,5–273,1)
• Berlin–Ludwigsfelde–Jüterbog–Wittenberg–Bitterfeld–Leipzig (Trať 6132: km 10,6–136,4; Trať 6411: km 48,2–72,3)
• Bielefeld–Rheda-Wiedenbrück–Hamm (Trať 1700: km 113,4–175,3)
• Bremen–Rotenburg–Buchholz–Hamburg (Trať 2200: km 253,9–320,1)
• Dortmund–Kamen–Hamm (Westf) (km 120,4–143,4)
• Frankfurt am Main–Gelnhausen–Fulda (km 24,8–40,3)
• Hannover–Stadthagen–Minden (Trať 1700: km 4,4–53,4)
• Hannover–Celle–Uelzen–Lüneburg–Hamburg (Trať 1710: km 4,0–40,8; Trať 1720: 43,6–166,5)
• Hannover–Orxhausen–Kassel-Wilhelmshöhe–Kirchheim (Hessen)-Fulda–Burgsinn-Würzburg (km 4,2–325,6)
• Lehrte–Stendal–Berlin-Spandau
• Karlsruhe–Achern–Offenburg–Kenzingen–Leutersberg–Weil am Rhein–Basel Bad. Bf. (km 102,2–270,6)
• Köln–Köln-Ehrenfeld–Düren–Cáchy (Trať 2600: km 1,9–41,8)
• Köln–Düsseldorf–Duisburg (km 6,7–37,3 und km 40,1–62,2; Düsseldorf hlavní nádraží není vybaveno)
• Köln–Troisdorf–Montabaur–Limburg a.d. Lahn–Frankfurt am Main (km 8,7–172,6)
• Leipzig–Wurzen–Riesa (km 3,6–59,5)
• Lengerich (Westf)–Münster (Westf)
• Mannheim–Karlsruhe (bis Abzw Saalbach über die SFS Mannheim–Stuttgart)
• Mannheim–Hockenheim–Vaihingen an der Enz–Stuttgart (Trať 4080: km 2,1–99,5)
• München–Augsburg–Donauwörth (Trať 5503: km 9,2–56,3; Trať 5300: km 2,7–39,8; Augsburg hl. n. není vybaven)
• München–Petershausen–Ingolstadt (Trať 5501: km 6,8–38,7)
• Nürnberg–Fischbach–Allersberg–Kinding–Ingolstadt-Nord (Trať 5850: km 97,9–91,6; Trať 5963: km 6,3–8,9; Trať 5934 (NBS): km 9,0–88,7)
• Nürnberg–Neustadt an der Aisch–Iphofen–Würzburg (km 34,8 – 62,7)
• Osnabrück–Bohmte–Kirchweyhe–Bremen (Trať 2200: km 139,7–232,0)
• Paderborn–Lippstadt–Soest–Hamm (Westf) (Trať 1760: km 125,2–180,8; Trať 2930: km 111,5–135,6)
• Zeppelinheim bei Frankfurt/Main–Mannheim

Pro dosažení intervalu 90 s byla v roce 1972 vybavena LZB kmenová trať S-Bahn v Mnichově.[12] Systém byl později vyřazen z provozu a demontován, v roce 2004 však byl znovu uveden do provozu s novou technikou.

Trať Offenburg–Basel je vybavena rozšířenou verzí LZB - CIR-ELKE. Maximální rychlost v tomto úseku je 160 km/h. Dále má být tento systém nasazen na tratích Köln–Rhein/Main, Köln–Düren a Hamburg–Berlin a taktéž na kmenové trati mnichovské S-Bahn.

• Wien–Pöchlarn–St. Valentin–Wels–Salcburk (62,4–108,6; 125,9–178,9; 190,5–241,6)

• Madrid–Córdoba–Sevilla (9 centrál/480 km). Trať je v provozu od roku 1992

• Od března 2004 též nádraží Madrid-Atocha.

• V listopadu 2005 byla uvedena do provozu odbočka do Toleda (20 km).

• Od 16. prosince 2006 je v provozu úsek Córdoba–Antequera (dvě centrály/102 km). Koncem roku 2007 měl být prodloužen do Málagy (celkem 3 centrály/154 km)

• S-Bahn Madrid, linka C5 z Humanes přes Atochu do Móstoles (2 centrály/45 km a 76 vozidla ř. 446).

V 70. letech osadily LZB zkušebně dvě tratě i Švýcarské spolkové dráhy. Z blíže neznámých důvodů byly zkoušky zastaveny a zařízení se nevyužilo.[13]

Koncem roku 1971 zadaly SBB firmě Standard Telephon & Radio AG (STR) vybavení jižní gotthardské rampy mezi stanicemi Lavorgo (zde byla umístěna centrála) a Bodio systémem L72 firmy SEL. Současně obdržela firma Brown Boveri AG objednávku na vývoj vozidlové části a následné vybavení šesti lokomotiv řady 4Z/4 II. Vozidlovou částí byly vybaveny také jednotky RABDe 8/16 2004. Systém byl poprvé vyzkoušen v září 1974. 1. července 1976 převzaly SBB traťovou část. Každý den jelo v tomto úseku cca 15 vlaků v režimu LZB. Tento systém zohledńoval při výpočtu brzdných křivek sklonové poměry a zahrnoval čtyři oddíly. Ačkoliv se systém z velké části shodoval se systémem použitým na trati Brémy - Hamburk, rozhodly se SBB pro jiný systém uložení (podle UIC-normy A3 místo B3).[14]

Zavedení LZB ve švýcarsku nemělo za cíl zvýšení rychlosti vlaků, ale zkrácení intervalů mezi vlaky. Jiný pramen uvádí jako nejdůležitější cíl zvýšení bezpečnosti provozu.[14] Použitá varianta zařízení je někdy také označována jako UIC-LZB.[15] V letech 1978 - 79 byla provedena ekonomická studie, na jejímž základě bylo rozhodnuto o zavádění LZB na švýcarských drahách.[14] K plošnému zavedení však nakonec nedošlo.

Španělské úzkorozchodné dráhy používají upravený systém vyvinutý pro německé průmyslové dráhy na tratích

• Bilbao-Atxuri–Durango–Zarautz–Donostia-San Sebastián–Hendaye.
• Bilbao-Deustu–Lezama.

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Linienzugbeeinflussung na německé Wikipedii.

• Obrázky, zvuky či videa k tématu Linienzugbeeinflussung na Wikimedia Commons
• LZB, fotky ukazatele na stanovišti^{[nedostupný zdroj]}