Provozování navigačního systému GPS u ČD
Nástup nových technologií, podpořený neustálým technickým rozvojem, se projevuje v různých oborech lidské činnosti a poslední dobou se nevyhýbá, i přes špatnou finanční situaci a nezájem vedoucích představitelů, ani Českým drahám. Vzrůstající požadavky na zabezpečení jízdy vlaků s potřebou určení přesné polohy, do budoucna i s využitím v mezinárodním měřítku, dává příležitost k nasazení satelitního navigačního systému s celosvětovým dosahem. Ve spojení s dalšími systémy a přenosem dat na dispečerská pracoviště rádiovou cestou (pomocí digitální datové a hlasové komunikace GSM - R) je možno vytvořit zabezpečovací zařízení, pracující v reálném čase. Tato situace se týká i určování reálné polohy vlaků, vozů a lokomotiv s ohledem na technologické procesy - řešení mimořádností, pružnější řízení dopravy a zprostředkování informací zákazníkům o konkrétní poloze jejich zásilky, vozu či vlaku s vazbou na čas doručení do místa určení. V současné době jsou sice tyto informace k dispozici na pracovištích ISOŘ a CEVIS, nepřichází však v reálném čase, ale až po registraci vlaku ve vybraných stanicích a tedy ani není přesnost určení polohy dostatečná.
Satelitní navigační systém GPS byl vyvíjen od roku 1973 v USA pro potřeby armády, která jej také zpočátku výhradně využívala. Později ale došlo k částečnému uvolnění i pro potřeby veřejnosti a satelitní určování pozice našlo široké uplatnění v každodenním životě mnoha organizací a s pokračujícím technickým vývojem se rozšiřuje i počet dalších uživatelů. Proto se pro organizace uvažuje v budoucnosti o zpoplatnění služeb, dnes poskytovaných zdarma.
Americký satelitní navigační systém NAVSTAR pokrývá svým dosahem celou Zemi. Na střední oběžné dráze se ve výšce 20 200 km pohybuje celkem 21 aktivních satelitů a spolu s třemi záložními tvoří jádro celého vesmírného systému. Na jedné z šesti kruhových oběžných trajektorií obíhají vždy čtyři satelity s inklinací 55° (sklon k rovníku). Doba jednoho oběhu satelitu okolo Země je 11,58 hodiny. Další čtyři náhradní satelity jsou připraveny na Zemi, jejich uvedení doprovozu je možné do dvou dnů. Každý ze satelitů je možné polohově korigovat, případně přesměrovat na jinou oběžnou trajektorii. Satelit je vybaven vlastními přesnými atomovými hodinami a jejich vzájemnou časovou synchronizaci, potřebnou pro přesné určení polohy, zajišťuje spolu s dalšími obslužnými a kontrolními činnostmi hlavní řídící středisko na základně FALCON v Colorado Springs v USA. Před případnými útoky nepřátelských vojsk z dob studené války bylo situováno do obranného obrněného komplexu, vytesaného ve skále. Kromě hlavního střediska je GPS řízen jestě ze tří pobočných stanic Ascension (Atlantik), Diego Garcia (Indický oceán) a Kwajalein (Havaj). Odpovědí na americký systém byl ruský projekt GLONASS, pracující na stejném principu a v současnosti také veřejně přístupný.
Princip činnosti GPS vychází z přesného měření času šíření elektromagnetických vln mezi satelitem a mobilním přijímačem. Po započítání chyb a nepřesností je vypočítána ze známé rychlosti šíření elektromagnetických vln a změřeného času vzdálenost satelitu a přijímače. To je při známých souřadnicích polohy nejméně čtyř satelitů dostatečné k určení pozice přijímače. S rostoucím počtem přijímaných satelitů se zvyšuje i přesnost určení polohy.
Přenos signálu probíhá v pásmu L na frekvencích 1,57542 a 1,2276 GHz, obě frekvence jsou kódovány. První frekvence je dostupná v přesném a civilním kódu, druhá je kódovaná pouze přesně. Přesný kód využívá americká armáda a z obavy před zneužitím přesného GPS je nutné získání licence od amerického ministerstva obrany. Přesnost civilního kódu je do 100 m horizontálně a 156 m vertikálně. Tyto poměrně velké odchylky vznikají záměrným rozladěním časů jednotlivých satelitů (pouze u NAVSTAR, GLONASS pracuje bez záměrných nepřesností), šumem, průchodem atmosférou a odrazy. Takový rozptyl je pro zabezpečovací techniku nepřijatelný, a proto je nutno souřadnice polohy zpřesnit. K tomu slouží diferenciální metoda určování polohy s využitím přenosu korekčního signálu od pevného bodu se známými souřadnicemi na mobilní přijímač. V přijímači, umístěném v pevně stanoveném bodě se známou pozicí, přijatý signál ze satelitů porovnáme se známými souřadnicemi a vypočítáme reálnou odchylku. Ta je přenesena na mobilní přijímač a po jejím odečtení je známa poloha s přesností do jednoho metru. To už je pro zabezpečovací zařízení, kde požadujeme rozlišení vozidel na sousedních kolejích, přijatelný stav. Nutnou podmínkou správné funkce je neustálý přenos korekčních údajů na mobilní stanici.
V podmínkách ČD se začalo s realizací programu aplikace GPS v druhé polovině 90. let, kdy byla v Pardubicích založena Laboratoř inteligentních systémů. Její pracovníci formou různých grantů a sponzorských darů získaly potřebné vybavení a rozběhly se zkoušky. K testování byla vybrána vlečka z Pardubic na předávací nádraží Nemošice, přijímací zařízení bylo nainstalováno na pracovním vozidle MUV. Pevný bod pro diferenciální metodu zpřesňování polohy byl umístěn na budovu SDC v uzlu pardubického nádraží a přenos na vozidlo se uskutečňoval radiovou cestou na kmitočtu 160 MHz. Zároveň se Laboratoř inteligentních systémů začala zapojovat do mezinárodních projektů, i když bez finanční podpory ČD.
Po uspokojivém vyhodnocení zkušebního provozu, kdy se prokázala dostatečná přesnost zařízení, bylo v roce 1999 navigační zařízení namontováno na lokomotivu ČD. Vybrána byla 130.023-5 DKV Česká Třebová.
Na přelomu října a listopadu 1999 byla v Hradci Králové na střechu nad jedním stanovištěm těsně za reflektor namontována anténa GPS a za ní anténa radiostanice 160 MHz pro příjem diferenciálních údajů. Střecha druhého stanoviště je pak osazena anténou TRS s frekvencí 450 Mhz. Do mezistěny za stanovištěm strojvedoucího byla vmontována vyhodnocovací jednotka a napájecí měniče. Celková hodnota instalovaného příslušenství přesáhla částku 200 000 Kč bez započítání ceny úprav lokomotivy a montáže.
 |
| Lokomotiva 130.023 v Pardubicích (foto Petr Štefek 12.7.2000). |
Pevný bod diferenciální stanice byl mezitím přesunut na budovu starého pardubického nádraží. Pro určování polohy v místech bez příjmu signálu GPS (tunely, husté lesní porosty) je nutno lokomotivu vybavit dodatečným zjišťováním polohy nezávislými prostředky. U stroje 130.0235 byl instalován na nápravu odometr, odvozující polohu od otáček náprav.
Lokomotiva je nasazována od 1. listopadu 1999 na osobní vlaky na vozebním rameni Pardubice - Hradec Králové - Choceň. Vyhodnocování každodenního provozu vykazuje dostatečně přesné určení polohy a je otázkou budoucnosti, jestli dojde na síti ČD k většímu rozšíření systému GPS. Po dobudování TRS dojde k rozšíření vozebního ramena 130.023 až po Českou Třebovou. Lokomotiva je vybavena pouze přijímačem NAVSTAR, i když anténa pracuje i se systémem GLONASS (vyhodnocování s přenosným přijímačem). Sériovou montáží by se cena instalace GPS podstatně snížila.
Budoucnost dalšího využití satelitní navigace je směřována k evropskému projektu GALILEO, který má zpoždění a plnohodnotný provoz by měl být zahájen až v roce 2008. Předpokládá se vyhrazení pásma speciálně pro evropské dráhy, služba bude zpoplatněna. Systém bude spolupracovat i s projekty NAVSTAR a GLONASS, přenos signálu diferenciálních stanic bude
zpočátku přes satelity MARSAT, později jej převezme GALILEO. Využit bude i systém digitálních datových radiových přenosů GSM-R.
Text Daniel Brabenec
