Suojavälimitoituksen optimointi ETCS HTD -konseptissa

Abstract

Tässä insinöörityössä käsitellään ETCS-junienkulunvalvontajärjestelmän virtuaalisten suojavälien optimointia ETCS Hybrid Train Detection -konseptissa. Työn tavoitteena oli saada kerättyä tuloksia siitä, miten virtuaalisia suojavälejä voitaisiin paremmin optimoida rataosakohtaisesti. Työn toimeksiantajina toimivat Digirata ja Fintraffic Raide Oy. Tutkimuksen tulosten tarkoituksena on toimia tukena Suomen kansallisen ETCS-suunnitteluohjeen RATO22:n kirjoittamiselle.

Insinöörityön pohjaksi kerättiin tietoa alan eri julkaisuista ja tutkimuksista yleiskuvan muodostamiseksi ETCS HTD -konseptin nykytilasta. ERTMS Users Groupin julkaiseman virallisen HTD -konseptin eri versioita yhdisteltiin kattavan teorian muodostamiseksi, sillä konsepti on edelleen kehitysasteella. Työkaluina työssä hyödynnettiin Väyläviraston tietokantojen ratateknisiä dokumentteja, Euroopan rautatieviraston kehittämää Excel-työkalua jarrutuskäyrien laskennassa ja suojavälien laskentaan kehitettyjä kaavoja. Työssä vertailtiin liikenteeltään kahta erityyppistä rataosaa, jotta saatiin selvitettyä, mitä vaikutuksia rataosan ominaisuuksilla on HTD-konseptin suunnittelussa. Ensimmäinen kohde oli vilkasliikenteinen suuren kapasiteetin kaksiraiteinen rataosa ja toinen pääosin yksiraiteinen pienemmän kapasiteetin omaava rataosa. Näitä kohteita tarkasteltiin ymmärryksen luomiseksi rataosille ominaisista teknisistä rajoitteista koskien virtuaalisten suojavälien sijoittelua. Tarvittavat tiedot kerättiin Väyläviraston tietokannoista, aiheen tutkimuksista ja virallisista HTD-konseptin julkaisuista. Näitä kaikkia tietoja sovellettiin yhteen ja tietojen avulla suoritettiin laskelmia. Laskelmien pohjalta saavutettiin uusia tutkimustuloksia ja päätelmiä.

Työn tuloksina todettiin, että useat radan järjestelmät vaikuttavat HTD-konseptin virtuaalisten suojavälien sijoitteluun. Todettiin, että useat sähköradan kohteet aiheuttavat rajoitteita virtuaalisten suojavälien suunnitteluun monimutkaisemmin kuin työn alussa oletettiin. Rajoitteita ovat mm. imumuuntajat sekä erotusjaksot, joiden vaikutusalueelle ei voida sijoittaa virtuaalisen suojavälin rajakohtaa. Tämän lisäksi pohdittiin HTD-ajastinten arvojen määrittämistä ja niiden käyttöönottamisen vaikutuksia HTD:n kapasiteettihyötyihin. Lopputuloksena todettiin, että HTD-konseptin tarkempaa optimointia varten vaaditaan edelleen lisää tutkimusta ja simulointeja, jotta HTD-konseptista saataisiin mahdollisimman suuret hyödyt rataosan kapasiteetille.

The objective of this Bachelor’s thesis was to determine how the virtual sub-sections of the ETCS Hybrid Train Detection Concept could be optimized to better suite the railway lines. The aim of the work was to obtain results for optimizing virtual sub-sections in the Hybrid Train Detection Concept. This thesis was commissioned by Digirail and Fintraffic Raide Ltd. to support the ongoing work to develop rules for planning ETCS in Finland better known as RATO22.

Firstly, the topic-related releases and research papers were studied to create an over-view of the HTD concept. While the concept is still under development different releases of the official concept had to be combined to create a basis for the research. Theory for optimization of block sections was gathered from releases on capacity and ETCS block sectioning. Excel-based tools were used to determine suitable lengths of the virtual sub-sections. One being a braking curve calculation tool developed by the European Railway Agency and others being derived from formulas in one of the research papers. Furthermore, the thesis utilized a comparison of two railway lines in Finland. The first one being a high-capacity commuter rail line with double track and the second being a mostly single-track line with lower capacity and varying traffic. These two lines were examined to establish an understanding of the requirements for determining the virtual sub-sections on a specific railway line. The required data were collected from the Finnish Transport Infrastructure Agency’s databases and the Excel tools. Finally, with the required data various calculations were performed to find out what restrictions the trackside infrastructure has for the HTD concept.

As a result, calculations on the two railway lines suggested that several technical systems must be considered when designing and optimizing virtual sub-sections. These include restrictions for placing virtual sub-sections around draining transformers and neutral sections. In addition, the type of traffic, occupation rates of the track between the HTD sections and the overall percentage of the TIMS equipped trains on a railway line greatly affect the efficiency of the concept. Conclusions were made and suggestions were given for RATO22 based on the findings. However, further studies and simulations are required to find suitable solutions for optimizing the block sections on the Hybrid Train Detection concept of ETCS.