Pozor, vlak! Bez strojvedoucího

V Česku se chystá několik zásadních investic, které nás posunou směrem k využívání plně automatizovaných vlaků, tedy těch, které neřídí člověk, ale počítače. Stejně jako v řadě dalších zemí světa bude i v Česku první dráhou, kde začnou vozit cestující vlaky bez strojvedoucího, systém metra. Nejenže nově budovaná linka D pražského metra už nebude potřebovat strojvedoucí, ale také červenou linku C čeká přechod na plně automatický systém. A to především kvůli tomu, aby bylo možné zkrátit interval mezi spoji. Dnes už je v ranní špičce právě linka C na svém technologickém limitu a častěji prostě jezdit nemůže.

Zatímco cestující si mohou představovat, jaké to bude jezdit v Praze do práce metrem, kde bude chybět strojvedoucí, technologické a strojírenské firmy z Česka se podílejí na vývoji automatizovaného řízení vlaků jako nikdy předtím. A investují i v tuzemsku v celkovém součtu stamiliony korun do vývoje. Například společnost AŽD Praha, jež se specializuje na telekomunikační a zabezpečovací technologie, si dokonce pro potřebné testy koupila vlastní železniční trať. Opuštěnou a nevyužívanou lokálku na pomezí Královéhradeckého a Středočeského kraje z Kopidlna do Dolního Bousova.

Výzkumný ústav železniční, na jehož zkušební okruh u středočeské Velimi jezdí zkoušet vlaky výrobci z celé Evropy a také z Asie, připravuje investice, které umožní, aby se tu mohla testovat i autonomní drážní vozidla, protože poptávka po tomto typu zkoušek by měla v dalších letech rychle stoupat. Čeští inženýři Siemensu zase létají uvádět do provozu automatické systémy metra po celém světě. Naposledy třeba v Rijádu nebo v brazilském São Paulu. Zatímco o autech, která nás sama bezpečně dovezou z Prahy do Brna bez zásahu řidiče, vedeme hlavně diskuse, na kolejích je vývoj a nástup technologií do reality dramaticky rychlejší.

Čtyři stupně k automatizaci

Pokud budeme mluvit o autonomních autech, existuje šestistupňová škála jejich autonomie řízení a vlastního rozhodování (viz Euro 17/2021) a nejvyšší stupeň znamená, že automobil se rozhoduje sám a řidič opravdu není potřeba, i když ve vozidle je. U drážních vozidel je to trochu jinak. Existují tu čtyři stupně automatizace, takzvané GoA 1−4 (Grade-of-Automation) s tím, že trendem je dosáhnout nejvyššího stupně GoA 4 bez lidského doprovodu, kdy technika musí sama zvládnout nejen běžný provoz, ale i nouzové situace (viz Automatizace v praxi).

Pokud se dnes podíváme po světě, automatizované vlaky se zatím prosadily v místech, kde jezdí v samostatném uzavřeném systému. Tedy tam, kde je nejmenší pravděpodobnost střetu s čímko­li v jejich okolí. Jde především o systémy metra nebo městských drah, jež jsou oddělené od všeho ostatního, včetně ces­tujících na nástupišti.

„První metro bez strojvedoucích vyjelo v Paříži na známé lince 14 již v roce 1998 a následně se přidávala i další města. Nám nejbližší – jak geograficky, tak charakterem provozu – je Norimberk, kde se lze s automatickým provozem setkat již 13 let, nebo Budapešť, kde jezdí vlaky metra bez strojvedoucích od roku 2014,“ říká Martin Jacura, vedoucí Ústavu dopravních systémů Fakulty dopravní ČVUT v Praze.

Nejdelší automatizovaný systém metra na světě najdeme aktuálně v Singapuru, všechny jeho linky Mass Rapid Transit mají automatizaci 4. stupně (GoA 4) a aktuálně tu jezdí jeho vlaky bez strojvedoucích na 199 kilometrech tratí. Dalších 43 kilometrů by tu mělo přibýt do roku 2024. Na druhém místě je pak čínská Šanghaj s téměř 109 kilometry linek s automatizovaným provozem a na pomyslné třetí příčce je Kuala Lumpur se svou sítí Rapid KL a délkou linek 97,4 kilometru v režimu GoA 4. V USA tuto technologii můžete potkat u letištních vlaků spojujících terminály letiště JFK. Pokud odhlédneme od metra, je zajímavý pohled do západní Austrálie, kde těžební společnost Rio Tinto provozuje největší síť vlaků bez strojvedoucích na světě. Vlaky bez lidské kontroly tam jezdí na síti nákladních železnic v délce 1700 kilometrů.

„Ve prospěch autonomity hraje hned několik předpokladů. Rychlost a intenzita technologického rozvoje, narůstající omezená dostupnost lidských zdrojů zejména ve vyspělých zemích, vysoký přebytek finančního kapitálu, velký tlak na bezemisní dopravu a tím zvýšená poptávka na nová vozidla, ambice přemístit část objemu automobilové dopravy na železnici a řada dalších impulzů. Právě souběh všech těchto okolností směřuje k technologicky nové etapě pro železnice,“ domnívá se ředitel Výzkumného ústavu železničního ze skupiny Českých drah Martin Bělčík.

Jeho slova potvrzuje i ředitel Siemens Mobility Česká republika Roman Kokšal: „S růstem vzdělanosti významně klesá zájem obyvatelstva o náročné a odpovědné povolání řidiče. Nedostatek řidičů je podstatnou překážkou rozvoje veřejné dopravy. Ve smyslu zásad Průmyslu 4.0 je řízení vozidel rutinní činností, kterou mohou s rozvojem techniky zvládnout stroje lépe a levněji než lidé. Proto je automatizace řízení vozidel jednoznačným trendem, je po ní silná celospolečenská poptávka. V oblasti systémů metra se v posledních letech již prakticky po celém světě jiné než plně automatické systémy nebudují.“

Na jedné straně bychom tak mohli říct, že autonomní, respektive automatický vlak je technologicky jednodušší než autonomní automobil, který se musí pohybovat v každodenním provozu plném chybujících lidí. Je tu však výrazně větší odpovědnost.

Automatizovaný vlak veze stovky lidí v jeden okamžik a navíc pro záchranáře často ve velmi těžko přístupných místech. A tak by jakékoli selhání systému mělo fatální následky. I proto si odborníci po celém světě kladou otázku. Budou mít lidé ve vlaky bez strojvedoucích důvěru?

První zkušenosti ukazují, že jde jen o zvyk a nakonec i o vyhledávané turistické atrakce, jejichž atraktivita však začne s masivním rozšiřováním této technologie klesat. „Měl jsem možnost jet plně autonomním vozidlem, stát vepředu před čelním sklem, kde obvykle sedí řidič, a byl to pro mě opravdu zajímavý zážitek. Nedovedu dnes odhadnout, jak bude na autonomní vozidla reagovat společnost. Přirovnal bych to k situa­ci s prvními chytrými telefony. Lidé je možná vnímali s jakousi nedůvěrou, nicméně produkt se velmi rychle prosadil a téměř všichni si na chytrý telefon rychle zvykli,“ říká Jiří Liberda, ředitel Škoda Digital ze strojírenské skupiny Škoda Transportation.

Pražské metro jako první v Česku

Pražský dopravní podnik plánuje, že na nově budované lince D i na současné lince C budou jezdit plně automatizované vlaky metra. Každá linka dostane svůj vlastní dispečink, který bude mít její provoz pod dozorem. Práce strojvedoucích je drahá, ekonomicky vychází autonomní metro lépe. „Propočty a analýzy preferují plně automatické metro díky celkové úspoře provozních nákladů po dobu životnosti souprav. Ta je v hodnoticím období nastavena na 35 let. I přes počáteční vyšší pořizovací náklady se propočty celkových úspor za celou dobu životnosti nových vlaků, tedy za 35 let, mohou pohybovat v řádu desítek miliard korun. Druhou stránkou mince bude skutečná cena a pořizovací náklady nejen plně autonomních vlakových souprav, ale celého dopravního systému včetně jeho údržby. To však ukážou až výsledky veřejných zakázek,“ říká šéf pražského dopravního podniku Petr Witowski s tím, že strojvedoucí a další současné pracovníky propouštět nebudou a převedou je na ostatní linky.

Metro D se začíná právě teď stavět. Na konci června podepsal dopravní podnik smlouvu na stavbu prvního úseku z Pankráce na Olbrachtovu s mezinárodním sdružením pěti společností, které tvoří Subterra, Hochtief CZ, Strabag, Hochtief Infrastructure a Ed. Züblin. Právě toto sdružení nabídlo nejnižší cenu, úsek postaví za 13,75 miliardy korun. První cestující by se „déčkem“ měli svézt v roce 2029. „Aktuální náklady na výstavbu a zprovoznění linky D v celém úseku Náměstí Míru – Depo Písnice jsou 97 miliard korun. V této částce jsou započteny i náklady na nákup plně autonomního dopravního systému,“ doplnil Witowski.

Dnešní linka C pražského metra, která spojuje Háje a Ládví, se potýká s tím, že jezdí již na hraně své kapacity. Minimální provozní interval ve špičce je na této lince 115 vteřin, častěji spoje jezdit nemohou. Právě přeměna linky C na automatické metro umožní zkrátit interval souprav o pětinu, na 90 vteřin. Současné vlaky z této linky by se přesunuly na trasu B a „céčko“ by dostalo nové. Plně automatická by linka C měla být v roce 2030.

Jednou z podstatných výhod automatického metra by měla být jeho větší bezpečnost. Nástupiště od kolejí oddělují prosklené stěny s dveřmi, které se otevřou až v okamžiku, kdy ve stanici zastaví vlak. Do kolejí z nástupiště cestující nespadne, ani kdyby chtěl. Takovou stěnu bychom měli vidět poprvé ve stanici Zličín. Pražské metro totiž už nižším stupněm automatizace disponuje. Soupravy umějí jezdit v režimu automatického vedení vlaku, kdy samy zrychlují i zpomalují podle potřeby, samy zastavují ve stanici atd. To všechno za dohledu strojvedoucího. Cestující nepoznají, jestli vlak, v němž jsou, řídí počítač, nebo člověk.

Metro v Praze se také umí otočit na některých konečných úplně samo, strojvedoucí vůbec nemusí být ve vlaku. Teoreticky. Prakticky je ještě potřeba vyřešit situaci, kdyby před soupravu, kterou neřídí strojvedoucí, spadl při příjezdu do stanice člověk. „V současnosti připravujeme projekt instalace bezpečnostní stěny a dveří na nástupišti stanice Zličín, abychom automatický obrat souprav mohli plně vyzkoušet i s ohledem na všechny bezpečnostní aspekty,“ potvrdil Euru ředitel dopravního podniku Witowski.

Lokálka do Kopidlna jako testovací laboratoř

Obrovský rozmach autonomních technologií na dráze posouvá dopředu i česká firma AŽD Praha. Ta vznikla jako nástupce někdejšího státního podniku Automatizace železniční dopravy Praha. Právě AŽD v minulých letech vyrazila na neobvyklé nákupy a pořídila si dvě opuštěné lokální trati, ze kterých si zřídila testovací polygony pro nové technologie. Tou první dráhou je trať v Ústeckém kraji z Čížkovic do Obrnic. Přezdívá se jí Švestková dráha. AŽD trať kompletně opravila za 100 milionů korun, vybavila nejmodernějšími technologiemi zabezpečovacího zařízení a řízení provozu na trati a na objednávku Ústeckého kraje tu začaly opět jezdit v prosinci 2019 osobní vlaky v každodenním provozu. Tentokrát už nikoli v režii Českých drah jako v minulosti, ale v režii dopravce AŽD. Vznikla tak unikátní laboratoř s reálným provozem vlaků a skutečnou přepravou cestujících.

Bez nadsázky je možné říct, že podhůřím Českého středohoří vede z pohledu technologií nejmodernější regionální trať v Evropě. Druhou lokálkou, která zůstala opuštěná v krajině a kterou firma AŽD koupila, je trať z Kopidlna do Dolního Bousova. Původně AŽD chtěla testovat autonomní vlaky právě v Ústeckém kraji, ale když se na jejich dráze rozjel každodenní plnohodnotný železniční provoz, padlo rozhodnutí přesunout testování těchto technologií na východ Čech.

„Disponujeme kompletním řetězcem systémů, který provoz vlaků bez strojvedoucích umožňuje. První testy máme za sebou a vše vypadá velmi slibně. Protože je trať Kopidlno – Dolní Bousov soukromou dráhou s vlastními technologiemi, jež se zde postupně instalují dle požadavků našich techniků, a navíc zde není pravidelný provoz vlaků, můžeme testy provádět volně bez ohrožení jakéhokoli drážního provozu. Není tajností, že na trať instalujeme sít 5G právě pro provoz těchto vlaků. Je paradoxem, že právě tato zapomenutá dráha bude mít jako první v republice k dispozici síť 5G,“ řekl Euru ředitel AŽD Zdeněk Chrdle. Trať bude sloužit hlavně jako zkušební polygon.

S pravidelným návratem vlaků se už nepočítá, potenciál cestujících tu není, i proto zde vlaky v minulosti jezdit přestaly. Ve hře jsou pouze sezonní turistické spoje, které na trati jezdily i o letošních prázdninách. AŽD za sebou má už první testy na trati, kdy vlak jel bez zásahu strojvedoucího a sám zastavil před překážkou. A také jízdu, při které technici vlak ovládali pouze z tabletu. V letošním roce společnost trať vybavuje dalšími technologiemi a bez zajímavosti není, že tu bude i evropský vlakový zabezpečovací systém ETCS (European Train Control System). Mimochodem právě AŽD je dodavatelem systému pro automatický obrat vlaků na konečné v pražském metru.

„I když se najde řada hlasů, které jednoznačně hlásají, že jsou autonomní vlaky na širé trati utopií, my tvrdíme, že je to mnohem jednodušší než u automobilů. Už jenom z toho důvodu, že u vlaku přesně víte, kudy pojede, kde je jaký přejezd, tunel a tak dále. Musíme se vypořádat s řadou nástrah jako přebíhající zvěř, neukáznění řidiči na přejezdech a tak dále. Dle našeho názoru je to postupně řešitelné. Pokud bychom tomu nevěřili, nedávali bychom miliony korun do vývoje systému,“ doplnil Zdeněk Chrdle z AŽD. Do vývoje autonomních technologií firma v minulých letech už investovala 100 milionů korun a jen do technologií na trati Kopidlno−Dolní Bousov vložila přes 30 milionů.

Ústav upraví okruh

Přímo u středočeské Velimi se nachází unikátní evropská zkušebna. Testovací okruhy a laboratoře Výzkumného ústavu železničního, který patří pod skupinu Českých drah. Největším tahákem je třináctikilometrový velký zkušební okruh, kde je možné testovat vlaky až do rychlos­ti 200 km/h a v případě souprav s naklápěcími skříněmi až do rychlos­ti 230 km/h. Jde o nejrychlejší trať v Česku. Na volnou kapacitu na velkém okruhu se čeká řadu měsíců, a to i přesto, že se tu testuje ve třísměnném provozu 365 dní v roce bez ohledu na víkendy a svátky. Své vlaky sem jezdí zkoušet výrobci z celé Evropy a dnes už i z Asie, některé zkoušky tu absolvovaly například německé rychlovlaky ICE nebo soupravy pro francouzské TGV. Často se do Česka dopravují soupravy na testy i přes polovinu Evropy.

Právě Výzkumný ústav železniční vidí v autonomních technologiích velkou příležitost a chce investovat do úprav i svého druhého, menšího zkušebního okruhu. „Malý okruh je unikátní svou kombinací poloměrů oblouků, je částečně v otevřené krajině, částečně v lese, má přejezdy… Má všechny předpoklady pro dobudování na polygon pro testování autonomních vozů jak na úrovni vývoje nových vozidel, tak pro ověřovací zkoušky. Časově bychom chtěli stihnout první část přípravy na autonomizaci nejpozději do deseti let, přičemž opravy a základní investice bychom rádi zvládli do pěti let. Rychlost přeměny bude kopírovat rychlost nástupu poptávky,“ říká ředitel Výzkumného ústavu železničního Martin Bělčík. Podle něj celkové investice, které plánují do rozvoje, přesáhnou ve střednědobém horizontu částku půl miliardy korun.

Tramvaje to budou mít nejtěžší

Zatímco v případě metra nebo uzavřených drah (jako jsou ty na některých letištích) můžeme dnes mluvit už o plnohodnotném autonomním provozu nejvyššího stupně, městské dráhy v ulicích, po kterých jezdí tramvaje, to mají s nástupem autonomních technologií mnohem složitější. Musí zvládnout skutečný a těžko předvídatelný provoz, a tak jsou v podobné situaci jako autonomní auto­mobily. „Je-li tramvajová trať vedena na samostatném tělese bez nutnosti interakce s ostatními druhy dopravy, lze postupovat podobným způsobem jako u metra. Jestliže jde však o klasickou tramvajovou trať, kdy tramvajový pás je součásti pozemní komunikace, či je dokonce částečně pojížděný ostatní dopravou, pak je situace výrazně složitější,“ říká Martin Jacura z Fakulty dopravní ČVUT v Praze.

Tramvaje se v podstatě musejí naučit to, co autonomní auta. A tak se automatizace tramvajového provozu zatím ubírá spíše cestou velmi chytré technologické podpory pro řidiče. „Velký rozvoj autonomních systémů a asistentů očekáváme v městské dopravě. Zde si dovedu představit rozvoj různých typů antikolizních systémů, asistentů řidiče, systémů komunikujících se záchrannými složkami, systémů pro řízení městské dopravy,“ domnívá se Jiří Liberda, ředitel Škoda Digital, jež mimo jiné vyvinula vlastní systém ATO (Automatic train operation). Ten jednoduše zajišťuje řízení vozidla bez zásahu strojvedoucích či řidičů, aby se dostalo z bodu A do bodu B, zastavilo na určeném místě s požadovanou přesností, v určeném čase dle jízdního řádu a s minimální spotřebou energie.

Velmi dobré zkušenosti mají s antikolizním systémem pro tramvaje v Ostravě. Jako první nainstalovali tyto systémy do svých tramvají od švýcarského Stadleru. „Vnímáme to jako předstupeň autonomity, kdy systém pomocí kamerových a laserových technologií sám identifikuje překážky na trati a podle situace pak reaguje a informuje řidiče světelným i zvukovým signálem. V případě krize dokonce i samočinně zabrzdí,“ vysvětluje ředitel ostravského dopravního podniku Daniel Morys. O antikolizní systém pro tramvaje by měla zájem i Praha, řadu z nich už otestovala, ale zatím nenašla takový, který by ve velmi specifických podmínkách metropole perfektně fungoval. Hustý provoz v kombinaci s extrémně ostrými oblouky tratí v historickém centru města a desetitisíci chodců všude kolem dělá pražskou tramvajovou síť v řadě ohledů unikátní.

Jedna věc je však jistá – automatický provoz na kolejích má obrovský potenciál a je blíž, než si možná nezúčastněný cestující umí představit. Česko se k tomuto způsobu dopravy v dalších letech také připojí a české firmy nezůstávají stranou vývoje, do něhož dávají nemalé peníze. Velmi zajímavé bude sledovat, s čím se přihlásí světoví hráči na dopravním trhu do obří soutěže pražského dopravního podniku na automatizaci provozu linek C a D pražského metra. Tendr vypíše dopravní podnik už v průběhu příštích dvou let.