CÍMLAP

FEJLESZTÉS    FORGALOM    GÉPÉSZET    UTAZÁS    NOSZTALGIA    10.VÁGÁNY

Pótári Zoltán

Szolnok személypályaudvar

forgalmi és menetrendi szimulációja

Szolnok, 2010. január 31.

Az állomások és vasútvonalak kapacitásának számítása mindig is fontos tervezői feladat volt, mert a forgalmi, kereskedelmi, tolatási és műszaki műveleteket előre meg kellett határozni, ennek segítségével lehetett az utasforgalmi létesítményeket kialakítani, a kocsi áramlatokat levezetni, a vonatközlekedési terveket elkészíteni. Ezt korábban grafikus úton tervezték meg.

A képen látható, hogy a VII. vágány egyáltalán nincs használva, a VI. vágányon egy vonat várakozik 10 percet, a ki- és bejárattal együtt ténylegesen foglalja a vágányt 18 percig. Ilyen megfontolások alapján csökkentek az eddig átépített vasútállomások vágányainak számai, pl. Pilisen és Cegléden. Gyakran a „mindenhonnan mindenhová” elv is feladásra került, így a kitérők és a vágánykapcsolatok számai is csökkentek (pl. Pilis, Tápiószecső). Ebben az esetben a hátrányt az jelentette, hogy a tervezésnél megadott idők gyakorlati tapasztalati időintervallumok voltak, azaz sablonossá vált a tervezés.

A mai számítógépek lehetővé teszik a valós idejű tervezést. Előre elkészített „terepasztalon” a vontató járművekre jellemző vonóerő értékeket is figyelembe véve olyan kezelői felületen lehet gyakorolni és modellezni a mozgásokat, mintha az abban a pillanatban történne a tervezett állomáson. Egy vonat átvétele a szomszédos állomásról, és beközlekedtetése a méretezendő állomásra pontosan annyi időt vesz igénybe, mintha a valóságban történnének az események, és nem egy műszaki tervező szobában, hanem az adott állomás forgalmi irodájában irányítanánk a vonatközlekedést.

A NIF Zrt. elkötelezte magát a mai kor igényeinek megfelelő és kapacitásigényű vasútvonalak és állomások megépítésére, ezért minden fejlesztés előtt egy forgalmi és menetrendi szimulációt végeztet el. Jelen írásunkban a Tran-SYS Kft. szimulációs rendszerét mutatjuk be Szolnok személypályaudvar példáján keresztül.

Szolnok állomás Európai Uniós forrásból tervezett átépítését a Nemzeti Infrastruktúra Fejlesztő Zrt. forgalmi- és menetrendi szimulációs vizsgálattal készítette elő. Fontos elvárás volt, hogy a szimuláció mutasson rá a tervezett menetrendi struktúra, járműforduló és egyéb üzemi mozgások alapján az állomás és a kapcsolódó vonalszakaszok szűk illetve bő keresztmetszeteire, kiemelt figyelmet fordítva a Szolnok - Szajol állomásközben esetlegesen szükségessé váló harmadik vágány szerepére is. A szimuláció feladata volt még, hogy határozza meg a fejlesztés műszaki tartalmát, a jövőbeni üzemi, forgalmi és fenntartási szempontoknak maximálisan megfelelő vágányhálózati koncepciót és annak várható költségét.

A vizsgálat keretében a Tran-SYS Kft. a MÁVTI Kft.-vel, valamint a Gauff Budapest Kft.-vel együttműködésben a jövőbeni igényeknek megfelelően áttervezte Szolnok állomás és környezete vágányhálózatát. A tervezők összegyűjtötték és integrálták a jövőbeni menetrendeket, járműfordulókat, egyéb üzemi, forgalmi igényeket és mozgásokat. Ezt követte Szolnok állomás és környezete szimulációs modelljének felépítése, amelyhez a vágányhálózat tervei szolgáltak alapul. A valós idejű forgalmi szimulációs futtatásokat több változatban készítették el, majd a kapott eredmények kiértékelése alapján javaslatokat tettek a többletkapacitások, szűk keresztmetszetek kiküszöbölésére, várható költségeik meghatározásával együtt. A fentieket eredményét, ajánlásait, következtetéseit a tervezők végül egy tanulmányban foglalták össze.

A szimulációhoz használt BEST mikroszimulációs rendszer kifejlesztését a Tran-SYS kft a 1990-es évek elején kezdte meg. A BEST (rövidítés a német Betriebs- und Stellwerkssimulator kifejezésből) kifejlesztésének elsődleges célja különböző európai vasúti forgalomirányító központok számára olyan PC alapú oktatási, kiképzési célú szimulációs rendszer létrehozása volt, amely lehetővé tette vasúti forgalomirányítók hatékonyabb, a valós forgalomirányítástól időben és térben független oktatását, kiképzését.

Az oktatási célú felhasználáson túl a BEST rendszer továbbfejlesztésével, különböző grafikus és statisztikai kiértékelési modulok révén vált lehetségessé egy adott vonalszakasz, állomás forgalmi-technológiai, kapacitás-kihasználási és egyéb szempontok alapján történő elemzése, ahol a MÁV Zrt. vonatkozó utasításait is figyelembe vették.

Ezzel a rendszerrel készítették elő Németországban, Ausztriában, Belgiumban, Luxemburgban és Svájcban a vasútvonalak és számos nagy pályaudvar – Hamburg, Bréma, Hannover, Frankfurt – korszerűsítését. Svájc és Olaszország találkozási pontja közelében, az Alpok alatt bújik meg egy hihetetlen méretű, 35 kilométer hosszú Lötshberg bázisalagút, melynek egyik felében egy, a másikban pedig két vágány fut. A Bern–Lötschberg–Simplon Vasút (BLS) Svájc legnagyobb magánvasútja. A személyszállító vonatokat 250 km/h-s sebességre tervezték, míg a tehervonatokat „mindössze” 160 km/h-ra. A beruházás komoly irányítástechnikai és biztonságtechnikai kihívások elé állította a Tran-SYS Kft-t: a BLS jóformán a teljes hálózat szimulációját megrendelte.

Magyarországon ennek segítségével került sor a közelmúltban számos hazai vasútvonal forgalmi vizsgálatára a Budapest – Cegléd, a Győr – Csorna – Porpác – Szombathely, Győr – Pápa – Porpác – Szombathely, Győr – Pápa – Celldömölk – Boba , illetve a Budapest – Pusztaszabolcs vonalszakaszokon és Szolnok vasúti csomóponton.

A szimulációs rendszer a következő főbb modulokkal rendelkezik:
- a szimulálni kívánt hálózatrész topológiájának leírását támogató topológia editor,
- az aktuális menetrend és járművek leképezése,
- a biztosítóberendezés funkcionális szimulációja,
- vonat- és tolatómenetek szimulációja,
- a forgalom-lebonyolítást akadályozó zavarok szimulációja,
- a vonatszámjelentés megvalósítása,
- a vonatszám szerinti vágányút-állítás (jelen esetben nem használt funkció),
- a szimuláció eredményeinek értékelését támogató eszközök (tool-ok).

A szimulációs rendszer a vizsgálatok elvégzéséhez létrehozza a szimulálandó hálózatrész topológiájának modelljét (vágányhálózat, váltók, jelzők, sorompók, térközök, lassújelek, stb.). Leképezi magát a biztosítóberendezési funkciókat, valamint a biztosítóberendezés által vezérelt kültéri objektumok működését. A biztosítóberendezési funkciók részben fixek, amelyek a szimulátorban vannak beprogramozva, részben alternatív funkciók, amelyek működését a tervezési fázisban meghatározásra kerülő tervezési esetek befolyásolják. Ezen tervezési esetek beállítása szintén a modell létrehozása során történik.

Az emberi tényezőket is figyelembe vevő szimuláció megvalósítása érdekében a szimulációs rendszer rendelkezik a biztosítóberendezés működtetéséhez egy kezelő és visszajelentő felülettel, amelyen keresztül kiadhatók a szimulált biztosítóberendezés számára a parancsok (váltóállítás, jelzőállítás, vágányút-állítás, stb.), illetve ahonnan leolvashatók a biztosító-berendezés által generált állapotinformációk.  Az ily módon modellezett topológián lehetőség van a vonatok és tolatómenetek létrehozására, és azoknak a biztosítóberendezés pillanatnyi állapota szerinti közlekedtetésére. A vonatok, illetve a tolatómenetek közlekedhetnek akár menetrend szerint, akár a kezelő által manuális módon adott forgalmi helyzetnek megfelelően vezérelve.

Mind a biztosítóberendezés működése (annak időfüggő funkciói), mind pedig a vonatok és tolatómenetek közlekedése valós időben történik. A vonatok és tolatómenetek gyorsítása, lassítása a menetdinamikai szabályok szerint valósul meg. A normál — zavarmentes — forgalom-lebonyolítás mellett lehetőség van különböző (műszaki és forgalmi) zavarok aktivizálására is, amivel vizsgálhatók a legkülönfélébb szituációk hatásai, illetve a menet-rend zavarérzékenysége. A szimulátor ily módon lehetőséget teremt a modellezett vonalszakasz valós üzemi körülmények melletti vizsgálatára. Adott bemenő paraméterek változtatásával (pl. menetrend változtatása, késések beépítése, topológiai változtatások, váltó- és vágánykizárások, stb.) vizsgálhatók és összehasonlíthatók különböző alternatívák, elemezhetők a változtatások hatásai. Az alkalmazott szimulációs rendszert – az aktuális forgalomtól, vagyis a kezelési igényektől függően – 1 vagy 2 kezelő irányíthatja, emellett egy központi vezérlő munkahely is rendelkezésre áll. Szolnok esetén a csomópont jelentős forgalma miatt a szimuláció valósidejű futtatása során két kezelőre volt szükség.

A Tervező a BEST szimulációs rendszer úgynevezett ESTW-BZ változatát alkalmazta, amely a MÁV Zrt. és a NIF Zrt. részére korábban elvégzett szimulációs tanulmányok során bevált és sikeresen alkalmazásra került. Ezen rendszert – főképp az objektumterhelési diagramok tekintetében – az igényeknek megfelelően a Tervező továbbfejlesztette. A szimulátor felépítéséhez szükséges alapadatok beszerzése, ellenőrzése, szűrése és rendszerezése után ezek bevitele a szimulátorba egy külön erre a célra kifejlesztett Editor segítségével történik. Ennek segítségével történik egyrészt a vágányhálózati, biztosítóberendezési elemek, másrészt a kezelőfelületi objektumok bevitele a rendszerbe. Az editálás során nemcsak az adott objektumok bevitele, paraméterezése történik meg, hanem egy-mással való függőségük is ekkor kerül meghatározásra. Alkalmazott editor pl. a hálózati és a menetrendi.

Képernyő kép az editorról

A szimuláció során használt kezelőfelületben két nézet lehetséges a kezelés során:

Áttekintő (BERÜ) kép

Az áttekintő (un. BERÜ) kép nagyobb területet ölel fel, de korlátozott, csak a legfontosabb kezelési lehetőségeket tartalmazza (területi irányítási szint).  Az áttekintő (BERÜ) képek kezelőfelülete kevés kivétellel a forgalmi vizsgálat normál üzeméhez szükséges összes kezelést lehetővé teszi, azaz lehetséges:

- Vonatok generálása, törlése, szét-/összekapcsolása,
- Elsődleges és további alternatív vágányutak beállítása, feloldása,
- Nem céllezárt vágányutak (ezen belül tolató vágányutak) művi oldása.

A fenti funkciókon kívüli minden egyéb kezelés a részletesen (LUPE) nézeten keresztül lehetséges. Az áttekintő (BERÜ) képből Szolnok állomás szimulációjához összesen három készült, és ezek alapján készültek el a terhelési diagramok.

Részletes (un. LUPE) kép

A részletes (LUPE) kép kisebb területet tartalmaz, teljes kezelői funkcionalitással (állomási irányítási szint). Forgalmi szimulációs vizsgálat szempontjából legfontosabb kezelői funkciói:

- Egyéni objektumok kezelése (pl. kézi váltóállítás, egyéni jelzőkezelés, stb.)
- Az üzemzavarok szimulációjához kb. 400 különböző objektum és funkcionális egyéb hiba
- Rendkívüli kezelések (pl. objektumok lezárása, foglaltság alatti kezelés, stb.)
- Vágányutak felépülésénél, oldásánál jelentkező problémák kezelése

Ezután meghatározásra kerülnek a futtatási és kiértékelési funkciók, és elkészíthetők a vágányelemek kihasználtság ábrája és az objektumterhelési diagram.

A szolnoki vasúti csomópont felépítése

A vizsgálat első lépése volt, hogy a megrendelői (NIF Zrt.) és üzemeltetői (MÁV Zrt.) oldalról illetve egyéb, az állomás átépítése által érintett felektől (MÁV Cargo, MÁV Gépészet, Stadler, stb.) világosak legyenek a szimuláció alapjául szolgáló jövőbeni vágányhálózat, menetrend, állomási technológia legfontosabb paraméterei.

A korábbi vizsgálatok alapján meghatározásra került, hogy Szolnok csomóponton a mértékadó vonatforgalom 5.00 és 8.00 közötti időintervallumba esik. Ennek az időintervallumnak részbeni átfedésével a Vasúti Pályakapacitás-elosztó Kft. (VPE Kft.) 6.00 - 10.00 óra közötti időszakra elkészítette Szolnok állomás becsatlakozó vonalaira a távlati ütemes menetrendet, mint alapváltozatot. A menetrend Szolnok – Szajol állomásközben kétvágányú pályát vett figyelembe. Szolnok csomópont esetében azonban a mértékadó keresztmetszet a késő esti 22.00 órától hajnali 5.00 óráig terjedő időszakra esik, ekkor történik a legtöbb személyszállító szerelvény befutása, műszaki előkészítése, tárolása, indításra történő felállítása. Az említett időszaknak a szimulációs vizsgálatba történő bevonása tehát a vágányhálózati elemek kihasználtságának, szükségességének megállapításához elengedhetetlen. Ezért a Szolnok – Szajol közötti változatokra egyenként elkészítették a 22.30 – 6.00 óra közötti hajnali,- reggeli időszakot is magában foglaló menetrendi változatokat, úgy, hogy az szervesen kapcsolódjon a már említett 6.00 – 10.00 közötti távlati ütemes menetrendhez. Meghatározásra kerültek az alkalmazott vonattípusok:

Lefuttatták a csomópont tevékenységét normál üzemi működés, majd késések és zavarok imitálásával, vagyis ugyanazon karbantartási, előkészítési, elegyrendezési, gépcserélési mozgások, és vonatközlekedések közbeni váratlan események előfordulásával. Külön elemezték a Szolnok - Szajol vonalszakasz, hiszen a két nemzetközi kétvágányú fővonal itt mindössze két vágányra szűkül, és műszaki szempontból aggályos a Tisza- és Zagyva-hidak kétvágányú szerkezete tartószerkezeti meghibásodás esetén. Az ebből adódó zavartatások csomópontra és Szolnokon túlmutató hálózati szintű kihatásai is elemzésre kerültek.

A szimuláció eredményei a vágányelemek foglaltsági és lezárási diagramjaiban lettek kiértékelve. A terhelési értékek ismeretében levonható az a következtetés, hogy Szolnok személypályaudvar tervezett geometriai kialakítása mellett mind a személyvonati, mind a tehervonati vágánycsoport vágányainak kihasználhatósága kapacitásának határa közelében van. Figyelem véve azonban az esetleges zavarállapotok kezelhetőségét, további terhelése egyéb keresztmetszetekre (térköz, be-, kijárati vágányút) való visszahatás nélkül nem növelhető. Az állomási vágányok terhelési értékeinek ismeretében megállapítható, hogy a tervezett vonatforgalom, mind a négy vizsgált változatban a gyakorlatilag akadályoztatás nélkül lebonyolítható. A hiányzó IX. és XIV. vágány megépítése szükséges.

További érdekes eredmény, hogy a forgalmi terhelés nem indokolja a Szolnok - Szajol közötti nyíltvonali harmadik vágány létesítését. Ez ugyan kétségtelen előnyökkel járna a forgalom lebonyolításában, létesítési költségei azonban aránytalanul nagyok az abból származó előnyökkel szemben. A meglévő állomási fogadóvágányok mennyisége, a tanulmány által javasolt vágánykapcsolatok (kiegészítve a két hiányzó átmenő fővágánnyal) elegendő a tervezett forgalom lebonyolításához, figyelembe véve azonban az esetleges zavareseteket is, tovább nem fokozható. Emiatt mindenképpen szükséges a műszaki karbantartó bázis megépítése és a javasolt technológiai rend bevezetése (a karbantartó tevékenységet le kell venni a személypályaudvar vágányairól).

Fentiekből látható, hogy a kapacitás igények felmérése a gazdaságos megvalósítás érdekében nagyon fontos, ezért az ilyen jellegű forgalmi és menetrendi szimulációk elvégzése a jövőben alapvető előkészítő tevékenység lesz.