1.
Tarihçe
Öncelikle konu
bütünlüğü açısından bu bölümde farklı seviyelerin kısa bir özeti Tablo 1’de
verilmiştir.
ETCS Seviye
sıfırda herhangi bir trafik kontrol sistemi bulunmaz. Sadece sürücü panelinde (DMI-Driver-Maschine-Interface)
anlık hızlar gösterilir ve maksimum hız denetimi yapılabilir. Tren kontrolü
tamamen sürücüdedir.
ETCS Seviye 1’de
ise sürüş bilgileri balisler aracılığı ile belirli noktalarda (ana Sinyal,
yaklaşma sinyali vb.) trene aktarılır. Ayrıca sürekli hız kontrolleri de
yapılır. Ek olarak Balis, EuroLoop, Radio Infill ile verimli bir sürüş için
bilgiler sürekli güncellenir. Sürüş bilgileri tren bilgisayarında (EVC-
European Vital Computer) işlenir ve dinamik hız, fren eğrisi vb. anlık
hesaplanır. Seviye 1 kendi içinde FS (Full Supervision) ve LS (Limited
Supervision) diye ikiye ayrılır. Seviye 1 LS modunda sürücü sadece yol boyu
sinyallerini izler, aracın ivmelenmesini kontrol eder ve yolu gözlemler. Seviye
1 FS modunda ise aracın kontrolü sürücüdedir ancak sınırları aştığında sistem
müdahale eder. Frenleme görevini ETCS alt modülü olan ATP üstlenir. Aynı
zamanda sürücü güzergâhı kontrol etmekle yükümlüdür.
Tablo 1: ETCS Seviyelerinin karşılaştırılması
Seviye
0
1
2
3
Yol boyu Sinyal altyapısı
Var
Var
Yok
Yok
Data aktarımı
Balise
Balise,
EuroLoop, Radio Infill
Balise, Radio
Infill
Balise
RBC (Radio Block Centre)
Hayır
Hayır
Evet
Evet
Tren bütünlüğü
Hayır
Hayır
Hayır
TIMS
Moving Blok
Hayır
Hayır
Hayır
Evet
Konum bilgisi
Ray devresi,
aks sayıcı
Ray devresi,
aks sayıcı
Ray devresi,
aks sayıcı
GPS, GSM-R,
Odometre
Balis Tipi
Sabit
Sabit ve
programlanabilir
Sabit
Sabit
LEU (Lineside Electronic Unit)
Hayır
Evet
Hayır
Hayır
Sinyal
Yol boyu
Yol boyu
Araç içi
Araç içi
ETCS Seviye 2
esaslı değişiklikler içerir. RBC ile araç ve Kumanda Merkezi arasında sürekli
iletişim sağlanır. Sürüş bilgileri sıklıkla güncellenir. Ayrıca RBC araç ile
altyapı arasındaki veri alışverişini de sağlar. Odometre ve balisler
aracılığıyla trenin blok içerisindeki konumu büyük oranda bir doğrulukla hesaplanır.
En önemli ekonomik faydalarından biri yol boyu sinyaller tamamen kaldırılabilir
ve sinyaller kabin içi sinyale dönüştürülerek sürücü panelinde gösterilir.
Sahada kullanılan elementlerin birçoğu RBC ile kontrol edilir ve kablo
kullanmaya ihtiyaç duyulmaz.
2. Çalışma
Prensibi
ETCS Seviye 3
seviye 2’nin geliştirilmiş halidir. En büyük fark hareketli blok (Moving Block)
modelidir. Bu model sayesinde tren algılama ekipmanlarına ihtiyaç duyulmaz.
Yolcu trenlerinde tren üzerine monte edilmiş ve birbiri ile iletişim halinde
olan radyo vericiler ile tren bütünlüğü kontrol edilir.
Tablo 2: ETCS Seviye 2-3 Temel Farklılıkları
Seviye 2
Seviye 3
Tren Tanıma
Tren tanıma ve tren bütünlüğü ray devresi veya aks sayacı ile yapılır.
Tren konumu ve bütünlüğü RBC saha elemanları ve tren üstü ekipmanı ile
kontrol edilir.
Tren Bütünlüğü
Tren algılama ekipmanları ile yapılır.
Radyo vericiler ile sağlanır. ETCS’den bağımsız bir modüldür.
Sürüş Bilgileri (MA-Movement Authority)
Her tren için ayrı ayrı MA kontrol merkezinden RBC ile trene iletilir.
Trenin konumuna ve güzergâhına göre RBC anklaşmanlı güzergâh
belirler.
Yük
trenleri içinse farklı firmaların farklı ticari çözümleri mevcuttur. Burada
amaç, takip eden trenin öndeki trenin bloğun tamamını terk edene kadar
beklemesi yerine iki tren arasında fren mesafesi kadar takip mesafesi koyarak
kapasiteyi artırmaktır. (Bkz. Şekil 1) İki sistem arasındaki temel farklılıklar
Tablo 2’de özetlenmiştir.
Fren
eğrisi modelinde seviye 2 ile 3 arasında bir fark yoktur. SRS’de tanımlanan
Sistem gereklilikleri her iki seviye içinde aynıdır. Sadece seviye 3’te trenin
sürüş izninin verildiği son noktayı (Supervised Location- SvL) geçmeyeceğinden
emin olunmalıdır.
Seviye
3’te konum tespiti seviye 2’de ki gibi Odometre ve belirli referans
noktalarındaki Eurobaliseler ile yapılır. Odometre aracın teker dönüş sayısını
hesaplar. Yarıçapta dikkate alınarak trenin kat ettiği mesafe hesaplanır.
Patinajdan veya kızaklamadan kaynaklanan hatalar eurobalisler ile belirli
aralıklarla düzeltilir.
Şekil 1: ETCS Seviye 3 Minimum Takip Mesafesi [2]
Odo : Odometre Hatası TIP : Algılama Süresi
Td : Tepki Süresi Tbs : Servis freni tepki süresi
SBD : MA servis fren mesafesi EBD : SvL Acil fren mesafesi
ETCS : ETCS operasyon süresi (DMI güncelleme, EVC döngü, MA güncelleme, MA alış, RBC döngü süreleri dahil
Tren
bütünlüğü Train Integrity Monitoring System (TIMS) ile kontrol edilir. Yolcu
trenleri için bu kolaydır. Tren üzerinde belirli aralıklı radyo frekans ile
çalışan cihazlar birbiriyle devamlı iletişim halindedir. Bu iletişim 5 saniye
de bir yenilenir. İletişimin kopması halinde sistem sürücüyü uyarır. İletişim
kopukluğu 5 saniyeyi aşarsa araç fren yapar. Yük trenleri içinse çeşitli
çözümler vardır.
Bunlardan ilki bir araç üstü ekipman sayesinde tren bütünlüğü kontrol edilir (Bkz. Şekil 2). Bu ekipman trenin başına (HOT: Head of Train) ve sonuna (EOT: End of Train) bağlanarak tren uzunluğu sisteme girilir. Uydular ve GSM-R sistemi ile üçgen oluşturarak “Tren Uzunluğu” sürekli kontrol edilir.
Bir
başka çözümde trenin arkasında bulunan bir “Reflektör” yardımı ile trenin
uzunluğunu sürekli ölçmektir. Ancak trenin kurba girmesi ya da fiziksel
engeller nedeniyle bunu kontrol etmek her zaman mümkün olmayabilir. Ayrıca yük
trenlerinde tren bütünlüğünün bozulması fren hava basıncını etkiler. Bu durumda
da sürücü DMI ile uyarılır. TIMS sistemi aks sayacı, ray devresi vb. yol üstü
ekipmanlarına olan ihtiyacı ortadan kaldırır.
Şekil 2: Yük trenleri için Tren Bütünlüğü Sistemi (TIMS)
Bu
seviyede kumanda merkezinin görevlerinden bir kısmı RBC’ye yüklenmektedir.
Örneğin trenin güzergâhı boyunca rota açma işlemini RBC yapar. Rota açma
sürecinde yol üstü elementlerinin (Makas, hemzemin geçit vs.) ayarlanması da
RBC’nin görevleri arasındadır. Yol üstü elementlerinin kontrolü için belirli
aralıklarla konteynır kurulur. Bu elementlerle bağlantı kablosuz olarak
sağlanır. Böylece daha ekonomik ve sağlam bir model oluşur.
Bu
sistemin en önemli değişikliklerinden birisi hareketli bloktur. Bu modelin
kapasiteye olan etkisi tartışılmazdır. Ancak yine de yapılan araştırmalar şu
soruyu gündeme getirmektedir:
2.1. Hareketli
Blok mu? Sanal (Virtual) Blok mu?
Hareketli blok, anlık zamanlı tren bilgileri ile birbirini takip eden iki tren arasında güvenli bir fren mesafesine emniyet mesafesi (Overlap) eklenerek hesaplanan minimum fren mesafesidir (Bkz. Şekil 1). Yüksek kapasite vaat eden Hareketli Blok prensipleri, kapasite ve performans gibi yüksek gereksinimlere ihtiyaç duyulan metro tarzı küçük çaplı demiryolu ağları (Marmaray gibi) için CBTC tabanlı sinyal teknolojileriyle sağlanmaktadır. Ancak bu tür sinyal teknolojileri tedarikçiye göre değişen özellikler göstermektedir. Bu durum farklı sistemler arasında entegrasyon sorunu olabilir. Ayrıca çok karmaşık ve yoğun tren ağının olduğu yerlerde manuel sürüşlerde sürücünün hız, Reaksiyon süresi vb. göz önüne alındığında kontrol problemi yaşayacağı öngörülmektedir. Bu nedenle Virtual Blok Hareketli Blok’a alternatif olarak görülmektedir. Virtual blokta hat yazılım tarafından sanal bölümlere ayrıldığı bir kesit modeldir. Blok uzunluğu, tren uzunluğuna ve trafik yoğunluğuna bağlıdır. Virtual bloğun avantajı geleneksel modele olan benzerliği ve kullanım kolaylığı olarak özetlenebilir. Hareketli Blok ise kapasiteyi artırır, bekleme süresini azaltır. İşletimsel olarak Hareketli Blok daha avantajlıdır. Çünkü sanal blokta yazılımsal da olsa bloklar arası sinyallerle korunmalıdır. Bu durum seviye 2 ile seviye 3 arasında ki en büyük farktır ve seviye 2 ile 3 arasında ki kapasite farkı sanal blok mesafelerinin küçük olması durumunda az, büyük olması durumunda çok olur.
3.
Sistem Gereksinimleri
Seviye 2 ve seviye 3’ün sistem gereklilikleri Avrupa Demiryolu Ajansı’nın (ERA) yayınladığı System Requirement Specification (SRS) Subset 026’da tanımlanmıştır.
Bu seviye manevra, hizmet veya planlanan trenler için uygun olmalıdır.
Bu seviyede maksimum tren hızı 500 km/h olacak şekilde tasarlanmalıdır.
Verimli olmamasına rağmen hem altyapı hem de araçların geçiş sürecinde alt seviyelere entegre olacak şekilde tasarlanmalıdır. Çünkü uluslararası sürüşlerde ya da tüm demiryolu altyapısı veya araçları Seviye 3 ile donatılmamış olmayabilir.
Şekil 3: ETCS Seviye 3 Sistem Şeması
Manevra
sürüşleri ya da arıza durumlarında geçerli olacak şekilde araç altyapı
elementlerine veri gönderebilmeli ve alabilmelidir. Aynı şekilde yol üstü
elementleri kontrol merkezinden manuel olarak kontrol edilebilmelidir.
Maksimum
altyapı hızına bağlı olarak balisler tekli ya da gruplar halinde yeterli
mesafelerde döşenmelidir.
MA
güzergâh üzerinde her bir nokta için tanımlanabilmelidir. Bunun için tren
istikametine göre hat kilometresi kullanılacağı gibi koordinatlar da
kullanılabilir. Koordinatların kullanılması durumunda çok hassas bir konum
tespiti yapılması gerekir. Çünkü ray aralığının birkaç metre olduğu düşünülürse
trenin gidiş yönü ve hangi hattı kullanıldığı çok önemlidir. Ayrıca tünel gibi
kapalı alanlarda “Diferansiyel GPS” (DGPS) desteği gerekir.
4. Uygulamaları
Seviye 3’ün uygulaması (ETCS Regional) şimdiye kadar İsveç’te ve Kazakistan’da yoğun olmayan yan hatta Bombardier tarafından yapılmıştır. Son olarak yine Bombardier tarafından Zambiya’da (Güney Afrika) 2000 km bir hat planlanmıştır.
5. Sonuç ve Yorum
Geleneksel tren takip sistemine göre seviye 3’te blok modelinin olmayışının kapasiteye çok ciddi olumlu etkileri vardır. Sinyal tepki süresi, yaklaşma süresi, bloktan çıkış süresi gibi parametrelerin olmayışı trenin hattı meşguliyet süresini azaltır. Nitekim şekil 4’de de görüleceği gibi hızlı tren hatlarında kapasite artışı Seviye 1’e göre seviye 3’te yüzde 62,5 artış göstermiştir. Ancak uygulama da grafikteki gibi sadece hızlı trene ayrılmış yol olmayabilir. Karışık trafiğin olduğu yollarda seviye 2’ye göre ortalama %10-20 gibi bir artış olabilir.
Şekil 4: Yüksek hızlı tren hattında seviyelere göre kapasite artışı
Bu seviyede yeni yapılacak hatların maliyetleri daha düşük olur. Çünkü saha elementlerinin birçoğu (Sinyal, aks sayacı vb.) bu seviyede kullanılmaz. Çalışmalar, ETCS seviye 3 için altyapı ekipmanlarındaki sermaye tasarrufunu seviye 2’ye kıyasla %25, çok yönlü bir sinyal bloğu sistemine kıyasla %50’ye veya%60’a varan oranlarda tahmin etmektedir. Ama bu durum, on board iletişim, tren bütünlüğü gibi güvenlik sistemlerinin maliyet artışıyla dengelenecektir. Ayrıca kablosuz çalışan sistemlerin sistematik bakımları da artarak bir bakım maliyeti çıkaracaktır. Ayrıca seviye 3’te sürüşün büyük bir kısmının otomatize edilmiş olmasından dolayı ciddi bir enerji tasarrufu söz konusudur. Daha çevrecidir.
Seviye 3’ün ana hatlar üzerinde uygulanması durumunda, radyo
sistemine olan bağımlılık ve hat kapasitesinde oluşan veri hacminin büyüklüğü
radyo şebekelerinin kapasitelerini yeniden gündeme getirmektedir. GSM-R
sisteminin trafik kapasitesine yetip yetmeyeceği şüphelidir ve bu nedenle
seviye 3’ün yeterli bir radyo standardına sahip olup olmayacağı önemlidir.
Bu seviyede aks sayaçları ve ray devrelerine ihtiyaç olmadığı
düşünülürse yetkisiz araçların ya da sürüşleri tehlikeye atacak durumların
tespiti hayati önem taşımaktadır. Raylara giren tanımlanmamış araçların takibi
mümkün olmamaktadır.
Sonuç olarak, seviye 3’te halen çözülmemiş sorunların olmasından
dolayı şimdilik sadece konvansiyonel hatlarda ya da trafiğin düşük olduğu ana
hatlarda uygulanabilir.
Yazar: Sinan KÜÇÜK
Kaynak: http://dergipark.gov.tr/demiryolu
Orjinal Makale İçin Tıklayınız
