Automatisoitu rautatieliikenne

Transkriptio

1 Automatisoitu rautatieliikenne Matti Henriksson Kristian Peltonen 83883V Jaana Haussalo Asser Salmela 84818C Marketta Ruutiainen Kuljetusvälinetekniikka 1/8

2 Kuljetusvälinetekniikka 2/8 1 Johdanto Tämä työ käsittelee rautatieliikenteen automatisointia Suomessa vuoteen 2030 mennessä. Aluksi käydään läpi Suomen rautateillä nykyisin käytettävää kulunvalvonta- ja turvallisuustekniikkaa, joka olisi mahdollisesti hyödynnettävissä automatisoidussa liikenteessä. Toinen luku esittää erään vaihtoehdon automatisoinnin toteuttamiselle. Esitys käsittelee teknologiaa, henkilöstöä, mahdollista pilottikohdetta sekä arvion kustannuksista. 2 Nykytila Koko tämän luvun lähde on Rautatietekniikka-kurssin opetusmonisteen luku 8 [1]. Junaliikenteen automatisoinnissa olisi kustannustehokasta hyödyntää mahdollisuuksien mukaan jo olemassa olevia turvallisuusjärjestelmiä, kuten kulunvalvontajärjestelmää. Etenkin jos rataosalla liikkuu sekä automatisoitua että ei-automatisoitua kalustoa, on saman järjestelmän hyödyntäminen lähes pakollista. Tämä luku keskittyy suomalaiseen junien kulunvalvontajärjestelmään. Junien automaattinen kulunvalvonta eli JKV on järjestelmä, joka varmistaa junan suurimman sallitun nopeuden, opasteiden ja nopeusrajoitusten noudattamista. Järjestelmä koostuu radassa ja junassa olevista laitteista. Radalla on kahden baliisin eli eräänlaisen radiolähettimen ryhmiä, jotka lähettävät junalla signaalia. Signaali voi kertoa seuraavan opastimen sanoman, nopeusrajoituksen ja muita tietoja. Vetureiden JKV-laitteisiin lukeutuvat keskusyksikkö, releyksikkö, antenni, takometri, jarrujen ohjauslaitteet, kuljettajapaneeli, nopeusmittari sekä rekisteröintilaite. Nämä laitteet keräävät ja käsittelevät tietoa ratalaitteista ja esittävät sen kuljettajalle. Tarvittaessa JKV jarruttaa, mikäli kuljettaja ei noudata JKV:n antamia opasteita.

3 Kuljetusvälinetekniikka 3/8 JKV tulee kehittymään yhteiseurooppalaisen rautatieliikenteen hallintajärjestelmän mukaisesti. Tavoitteena on, että akselinlaskenta ja raidevirtapiirit korvataan paikannuslaitteilla ja valvonnalla. Tiedonsiirto tapahtuu GSM-R tekniikalla jatkuvasti. 3 Teknologia Osa kuljettajan vastuusta ja kyky korjata yksinkertaiset viat paikan päällä voidaan siirtää junanhoitajalle (ks. henkilöstö). Mitä ei voida junanhoitajalla korvata on ennakointi mahdollisissa vikatilanteissa, junan ympäristön dynaaminen arviointi sekä ohjausliikkeiden suorittaminen [2]. Näitä kykyjä voidaan simuloida opetetulla ohjelmistolla, käyttäen deep neural network (DNN) -tekniikkaa, joka sensoreiden ja ennakkoon syötetyn datan sekä aiempien kokemustensa kautta osaa tulkita tilanteet ja toimia niissä oikein [3]. Tällä tavoin jo nykyistä infrastruktuuria opastimineen pystyisi käyttämään tehokkaasti.

4 Kuljetusvälinetekniikka 4/8 Tällä hetkellä itseajavissa autoissa käytetään sensoreita, jotka sisältävät jonkin etäisyyttä mittaavan laitteen sekä tekstuureja lukevan laitteen, eli käytännössä tutkan ja kameran. Esimerkiksi Googlen auton käyttämä tutka on light-sensing radar (LIDAR), joka käyttää näköalueen ulkopuolella toimivaa laseria etäisyyden mittaamiseen [4]. Muut autonvalmistajat suosivat muita ratkaisuja LIDAR-sensorin kalliin hinnan vuoksi, joka on n dollaria [5]. Lisää ennakoitavuutta kokonaisuuteen Kuva 1: Googlen itseajavan auton ympäristön mallinnus saadaan, jos tasoristeyksille, vaarallisille katvealueille ja rautatieasemille asennetaan palvelimella toimivaa ohjelmistoa varten kamerat. Näin liikenteenohjaajalta huomaamatta jääneet mahdolliset vaaratilanteet saataisiin varmemmin viestitettyä opastimien kautta junan ohjelmistolle, joka hidastaisi vauhtia. Koska ihmisistä johtuvat vikatilanteet ovat yleisimpiä [2] ja koska itseohjautuvat junat ja metrot eivät herätä kaikissa ihmisissä luottamusta [6], kannattaa varautua lisäaidoilla niin rautatieasemilla kuin vaarallisimmilla rataosuuksilla, sekä muilla mahdollisilla keinoilla. Uusiin teknologioihin liittyvät tapaturmat ovat myrkkyä niiden imagolle, minkä vuoksi riskit kannattaa minimoida. Ohjelmistovirheiden varalta ja teknisen redundanssin vuoksi ohjelmiston rinnalle kannattaa jättää sekä yksinkertaistetut manuaaliset ohjaimet, että varamoottori liikkumista varten. Myös eettisten ja moraalisten ongelmien käsittely ohjelmistossa kaipaa lisää tarkastelua [6]. 4 Henkilöstö Koko tämän luvun lähteenä on Karvosen et al. artikkeli [2]. Raiteilla tapahtuvaa joukkoliikennettä miehittämättömäksi muutettaessa on muistettava, että asiakkaat ovat silti ihmisiä, jotka toimivat joskus tavoilla, joita koneet eivät pysty ennakoimaan tai käsittelemään. Jos junasta poistetaan henkilökunta, on luultavaa, että matkustajat yhä enemmän jättävät lipun ostamatta kiinni jäämisen riskin pienentyessä. Onkin mietittävä, pitäisikö esimerkiksi juna-asemia muuttaa siten, että asemalle ei pääse ilman lippua.

5 Kuljetusvälinetekniikka 5/8 Asemarakenteen muuttaminen on kuitenkin kallista ja hankalaa maanpäällisessä liikenteessä. Lippujen tarkastus junan ovella taas olisi hidasta. Olisikin järkevämpää, että junassa olisi silti joku työntekijä myymässä ja tarkastamassa lippuja. Tämä sama työntekijä voisi myös reagoida poikkeustilanteisiin junassa, kuten kutsua vartijat paikalle, jos junassa häiriköidään tai tarvittaessa manuaalisesti joko ohjata junaa tai ainakin pysäyttää sen turvallisesti, jos tarve vaatii. Konduktöörit ja veturinkuljettajat korvattaisiin siis yhdellä uudella ammatilla, junanhoitajalla. Jos lippujen oston valvonta saataisiin hoidettua esimerkiksi junan ovilla, voidaan pohtia, tarvitaanko junahenkilökuntaa laisinkaan paikalle. Miehittämättömässä raideliikenteessä on tällä hetkellä kolme erilaista operaatiomallia. Puoliautomaattisessa operaatiomallissa junassa on kuljettaja, joka vastaa asemalta lähdöstä ja pysähtymisestä, mutta muuten juna toimii omillaan. Kuljettajattomassa operaatiomallissa junassa on henkilökuntaa hätätilanteiden varalta, mutta he eivät osallistu junan normaaliajosta. Kolmas operaatiomalli on valvomaton operaatio, jolloin junassa ei ole henkilökuntaa, vaan automaattista operaatiota tukevat valvontakamerat ja muut tarkkailuvälineet, jolloin yksi ihminen voi monitoroida useaa junaa samanaikaisesti. Yleisimmät poikkeustilanteet junissa johtuvat matkustajista. Näitä ovat muun muassa hätäjarrun tarpeeton vetäminen, junan ovien sulkeutumisen estyminen matkustajan takia ja matkustajan sairauskohtaus. Muita poikkeustilanteita ovat esimerkiksi tekniset ongelmat ajossa, junan ovissa jne. sekä ihmiset tai objektit radalla. 5 Pilottikohde Ryhmämme mielestä paras vaihtoehto automatisoidun raideliikenteen pilottikohteelle olisi pääkaupunkiseudun kehärata. Automatisoidun raideliikenteen testaus kehäradalla on luontevaa reitin vilkkauden ja tiheiden vuorovälien, suurten käyttäjämäärien sekä modernin kaluston ansiosta. I- ja P-junat kiertävät kehärataa vastakkaisiin suuntiin Helsingin päärautatieaseman ja lentoaseman välillä. Kuvassa 1 näkyy kehäradan reitti. Junat kulkevat linjalla kellonajasta riippuen minuutin välein ja matka-aika Helsingin päärautatieasemalta lentoasemalle on minuuttia riippuen menosuunnasta. [8]

6 Kuljetusvälinetekniikka 6/8 Pääkaupunkiseudulla automatisaation määrän lisääntyminen näkyy jo lähiaikoina julkisessa liikenteessä. HSL on ottamassa käyttöön uutta informaatiojärjestelmää, jonka avulla lipunmyynti, tiedostusten ajantasaisuus sekä toiminnan seuranta monipuolistuu. [9] Aikataulu HSL:n informaatiojärjestelmän uudistuksesta näkyy kuvassa 2. Kuva 2 Kehäradan reitti ja asemat [7] Kuva 3 HSL informaatiojärjestelmän uusiutuminen [10]

7 Kuljetusvälinetekniikka 7/8 6 Kustannusarvio junien ja junaradan automatisoinnista Helsingin metron automatisointiprojektin perusteella kaluston automatisointi on erittäin haastavaa. Helsingin metrossa automatisoinnin osuus kustannuksista olisi ollut 157,3 milj. euroa. Näin ollen yhden junayksikön (1 veturi) automatisoinnin kustannukseksi saadaan 2,13 milj. euroa. [11,12] Kehäradan automatisoinnissa oletetaan, että ratainfralle ei tarvitse tehdä parannus ja kunnostustöitä. Näin ollen kustannusarviossa tullaan keskittymään junavaunujen ja kehäradan automatisointiin. Seuraavaksi käsitellään hankkeen toteutumisesta aiheutuvat säästöt. Automatisoinnin tuloksena verkon hallinta ei juurikaan tule edullisemmaksi, vaan se voi päinvastoin kallistua. Lisäkustannukset tulevat lähinnä valvontaan ja kunnossapitoon liittyvistä kuluista. On arvioitu, että henkilötyövuosisäästön sijaan, henkilötyövuodet lisääntyisivät. HKL:n raporttien mukaan vuoden metron kuljettajasta siirryttäisiin vuoteen 2017 mennessä, 124 junavalvojaan. [14] Arvioiden mukaan Helsingin metron käyttökustannukset olisivat kasvaneet 6-7 miljoonalla eurolla vuodessa automatisoinnin myötä [15]. Kulut lisääntyvät tällöin Kehäradan osalta 5,1-6 milj. euroa vuodessa Kehäradan pituuden ollessa 18 km. [16] Helsingin metron automatisoinnin hinta on 2,13 milj. euroa. Kehäradalle suhteutettu kustannusosuus on tehtyjen olettamusten perusteella n. 85 % (18km/21km) Metron kustannuksista. Näin ollen kehäradalle suhteutettu automatisoinnin kustannus on 1,83 milj. euroa. 7 Lähteet: 1. Hölttä Pasi Kurssin Yhd opetusmoniste luku 8, Liikenteen ohjaaminen ja turvalaitteet 2. Hannu Karvonen et al Hidden roles of the train driver: A challenge for metro automation. [Viitattu ]. Saatavissa: r_a_challenge_for_metro_automation 3. Amnon Shashua, Mobileye. What goes into sensing for autonomous driving? [viitattu ]: I&list=WL&index=34&ab_channel=Mobileye 4. Google Self-Driving Car Project. [Viitattu ]:

8 Kuljetusvälinetekniikka 8/8 5. Cadie Thompson, Tech Insider. There's one big difference between Google and Tesla s self-driving car technology [Viitattu ]: 6. Allen et al Why Machine Ethics?. [Viitattu ] Saatavissa: 7. Liikennevirasto. Kehärata. WWW-sivu. URL-saatavilla: Viitattu HSL. Kehärata. WWW-sivu. URL-saatavilla: Viitattu HSL. Uudet laitteet. WWW-sivu. URL-saatavilla. Viitattu HSL. Informaatiojärjestelmän uusiutuminen. WWW-sivu. URL-saatavilla. Viitattu Tommy Pohjola (HBL) Etenemissopimus ja muita päivämääriä. Helsinginmetro- Blogi. [Viitattu ]. Saatavissa: Kalusto. Helsingin Kaupunki [Viitattu ]. Saatavissa: Pisararata. Liikennevirasto [Viitattu ]. Saatavissa: Minna Knus-Galán Metro umpitunnelissa: käsikirjoitus. Yle. [Viitattu ]. Saatavissa: Marja Salomaa HKL luopuu metron automatisoinnista. Helsingin Sanomat. [Viitattu ]. Saatavissa: Kehärata. Wikipedia.2016.[Viitattu ]. Saatavissa: