Dopravní prostředky, ať už se jedná o letadla, automobily, lodě anebo třeba vlaky, získávají ve stále větší míře do své výbavy prvky automatizace. Důvodů pro zavádění autonomních funkcí je celá řada, tím nejdůležitějším je snaha o eliminaci nehod a incidentů, neboť strojově rychlé a přesné chování by mohlo zamezit výskytům lidské chyby. Kromě toho je autonomie atraktivní i z dalších důvodů, například umožňuje optimalizovat spotřebu pohonných hmot či energie, čímž přispívá ke zvýšení efektivity dopravy, snížení škodlivých emisí a celkové plynulosti dopravy. A v neposlední řadě vstupuje autonomie do hry i tam, kde se obor potýká s nedostatkem pracovníků.

Ovšem zavádění autonomních prostředků do provozu není jen otázkou technologií a jejich schopností. Nutnou podmínkou pro jejich úspěšný rozvoj je i existence patřičného legislativního rámce, který takový provoz umožní, a taktéž podpora ze strany veřejnosti coby uživatelů dané technologie. Pokud většina uživatelů vůči konkrétnímu dopravnímu prostředku zaujme odmítavý postoj, šance na jeho další rozvoj jsou velmi malé. V tomto směru proto bývají důležité výzkumy a průzkumy přijetí specifických technologií ze strany nejširší veřejnosti. Z průzkumu Centra dopravního výzkumu vyplynulo, že z hlediska vnímané bezpečnosti a důvěryhodnosti jsou přijatelnější autonomní kolejová vozidla, tedy vlaky a metro, než například elektronicky spřažená nákladní vozidla. To ostatně potvrzuje i fakt, že autonomní linky metra fungují po celém světě již mnoho let.

Stupně automatizace kolejových vozidel

Stupně automatizace kolejových vozidel (foto)

Stejně jako se v případě autonomních silničních vozidel rozlišují úrovně automatizace podle normy SAE J3016, mají i kolejová vozidla svoji nomenklaturu stupňů automatizace. V tomto případě se o vytvoření členění zasloužila Mezinárodní asociace veřejné dopravy (UITP), jež rozlišila celkem pět stupňů automatizace kolejových vozidel (tzv. Grade of Automation neboli GoA). Takže zatímco u silničních vozidel se hovoří o úrovních automatizace (anglicky levels of automation), u kolejových vozidel se užívají stupně automatizace (anglicky grades of automation). Tato jazyková distinkce napomáhá minimalizovat nedorozumění, neboť automatizace na kolejích není identická s automatizací na silnicích. Prostřednictvím členění GoA je identifikováno, za které činnosti zodpovídá personál vlaku, a které funkce jsou automatizovány. Graficky je alokace funkcí znázorněna na přiložené tabulce, červená barva reprezentuje činnosti lidské obsluhy, zelená barva náleží automatizaci. Nejnižší stupeň GoA0 koresponduje s městskou tramvajovou dopravou, nejvyšší stupeň GoA4 odpovídá plně automatizovanému systému využívanému například v soupravách metra.

GoA0 – Za řízení vlaků této kategorie plně zodpovídá strojvedoucí. Ten tedy dohlíží na plynulost, bezpečnost a správnost všech úkonů vozu. Na úkony strojvedoucího v tomto případě nedohlíží žádné technické zařízení, byť v dřívějších dobách byl v kabině přítomný pomocník, který měl v případě nutnosti zasáhnout do řízení. U tohoto stupně automatizace může být zřízeno vlakové, staniční a traťové zabezpečovací zařízení, to nicméně není podmínkou.
GoA1 (Automatic Train Protection - ATP - automatická ochrana vlaku) – Strojvedoucí se nachází v řídicí přední části vozidla a sleduje trať. Jeho zodpovědností je ovládat zrychlování a brzdění vlaku, přičemž rychlost koriguje podle informací na návěstidlech umístěných podél trati. Samotné řízení je pod dohledem vlakového zabezpečovače, což je zařízení, které informuje strojvedoucího o blížících se omezeních. Přenos těchto informací může být bodový, liniový, nebo kombinovaný. Zároveň tento systém dohlíží na činnost strojvedoucího, v případě jeho nesprávné reakce dokáže vlak nouzově zastavit.
GoA2 (Semi-automatic Train operation - STO - polo-automatizovaný provoz vlaku) – V tomto stupni je v kabině přítomný strojvedoucí, který dohlíží na správnou funkci automatického systému, který se stará o zrychlování, brzdění i dodržování spávné rychlosti vlaku. Strojvedoucí má povinnost sledovat trať a v případě nebezpečí zasáhnout. Za bezpečný odjezd vlaku ze stanice zodpovídá provozní personál.
GoA3 (Driverless Train Operation - DTO - provoz vlaku bez strojvedoucího) – Třetí stupeň automatizace vlaku již nevyžaduje v kabině přítomnost žádného člověka. O bezpečnou jízdu se zcela stará automatizovaný systém, který sám dohlíží i na situaci na trati. Nadále však zůstává ve vlaku přítomný provozní personál, který se stará o bezpečnost cestujících například při nástupu a výstupu. V případě nenadálých nouzových situací či v případě poruchy systému taktéž zasahuje provozní personál.
GoA4 (Unattended Train Operation - UTO - bezobslužný provoz vlaku) – Zcela bezobslužný vlak čtvrtého stupně automatizace již nevyžaduje ani provozní personál, systémy vlaku jsou schopny zajistit bezpečný provoz i v případě nástupu a výstupu cestujících. Vůz nicméně disponuje zařízením pro detekci a ohlašování nebezpečných podmínek a nouzových situací. V takových případě je kontaktována pověřená osoba, která následně zajišťuje nápravu.

Provoz

Palubní deska vlaku umožňující provoz ATO (foto)

Impulzem pro zavádění automatizace do kolejových vozidel umožňující automatický provoz vlaku (ATO neboli Automatic Train Operation) byly vysokorychlostní vlaky zaváděné v Japonsku. Jejich rychlost je totiž natolik vysoká, že strojvedoucí nemá téměř žádný čas na zpracování signálů a informací podél trati. Byl proto vyvinut systém automatického řízení vlaku ATC (Automatic Train Control), který se staral o samostatnou jízdu vlaku a dokázal provést nouzové zastavení. Systém samostatně přijímá signál o rychlostních limitech na daném úseku trati a porovnává je s aktuální rychlostí, kterou následně patřičně upraví. Tímto vznikly polo-automatizované vlaky druhého stupně GoA2. Tyto prvky automatizace přispěly ke zvýšení bezpečnosti provozu rychlovlaků, načež se začaly uplatňovat i u běžných vlaků. Kromě bezpečnosti přispívají systémy ATC k přesnosti provozu, neboť pomáhají dodržovat definovaný časový harmonogram provozu vlakové soupravy, tj. dodržovat jízdní řád. Aby byl příjezd do stanice uskutečněn včas, jsou podél trati umístěny vysílače, které projíždějícímu vlaku odešlou signál k aktivaci brzd. Palubní počítač poté kontinuálně počítá brzdnou křivku tak, aby souprava zastavila ve správném bodu nástupiště. Systém po zastavení ještě ověří polohu dveří vůči nástupišti, načež umožní jejich otevření. Po uplynutí předem určeného času systém dveře zavře a po zkontrolování stavu umožní odjezd.

Automatizace kolejových vozidel ve světě

Díky výše zmíněné přijatelnosti automatizovaných vlaků se dnes můžeme s bezobslužnými kolejovými vozidly setkat na mnoha kontinentech. Autonomní linky metra se poprvé objevily v japonském Kobe již v roce 1982. A právě Asie se může pyšnit největším zastoupením kolejové dopravy stupně GoA4. Nejstarší linky metra této úrovně můžeme nalézt v Singapuru, na Tchaj-wanu nebo právě v Japonsku. Autonomní vozy provozuje také Čína, Indie, Malajsie, Turecko nebo Spojené arabské emiráty. V zemích Severní a Jižní Ameriky se lze s autonomním metrem setkat ve Spojených státech amerických, v Kanadě, Brazílii a Chile. Od roku 2018 se mohou cestující svézt autonomním metrem i v Austrálii. V témže roce si Austrálie připsala i prvenství v autonomní nákladní vlakové přepravě. Společnost Rio Tinto, jež přepravuje železnou rudu z oblasti Pilbara k nejbližším přístavům, provozuje nejdelší železniční síť autonomních vlaků na světě, která měří více než 1700 km. Z afrických států vyčnívá Alžírsko, kde je od roku 2011 v provozu linka metra stupně GoA2.

Pozadu však není ani Evropa. Největší počet linek autonomního metra se nachází ve Francii a Itálii. V Paříži funguje automatizovaná linka metra od roku 1998, nicméně nejstarší francouzská linka autonomního metra je ve městě Lille, kde funguje již od roku 1983. Od té doby se metro v Lille významně rozvíjí, takže z původních 12 stanic jich nyní obsluhuje 60 na dvou plně automatizovaných trasách. Další autonomní soupravy metra stupně GoA4 jezdí například na britských letištích, ve Španělsku, Švýcarsku, Rusku, Německu nebo v dánské Kodani. Metro hlavního města Dánska bylo od samého počátku navrženo s ohledem na automatizaci, mimo jiné se pyšní oceněním Nejlepší metro na světě v letech 2008, 2009 a 2010.

V České republice jsou linky A a C pražského metra obsluhovány vozidly stupně GoA2, linka B by je měla brzy následovat. Soupravy tedy nejsou řízeny manuálně, obsluha v kabině zajišťuje otevírání a zavírání dveří a uvádí vůz do pohybu. Do následující stanice souprava pokračuje automaticky, strojvedoucí jen jízdu kontroluje. Chystaná nová linka D by měla být bezobslužná, tedy stupně GoA4. Vozy by již měly zcela postrádat místo řidiče či jakoukoli přístrojovou desku. Do stejné kategorie spadají i kolejová vozidla X-Wagen, která začal testovat vídeňský dopravní podnik Wiener Linien v rakouské metropoli.

Oproti soupravám metra, které se pohybují v tunelech, kam by za ideálních podmínek neměl mít nikdo nepovolaný přístup, je prostředí vlaků o poznání komplikovanější, byť se nedá srovnávat s prostředím silniční dopravy. Přesto se vlaky mohou střetnout s celou řadou objektů, ať už se jedná o zvěř, překážku v podobě spadeného stromu, nepozorného chodce nebo třeba neukázněného řidiče na přejezdu. Navíc jsou vlaky výrazně těžší než soupravy metra, zároveň jezdí v proměnlivých povětrnostních podmínkách, takže jejich automatizace obnáší větší míru testování.

Testovací projekty

Zkušenosti s provozem bezobslužného metra proto přiživují snahy zavádět i bezobslužné vlaky. V tomto směru probíhá po světě mnoho aktivit. V rámci projektu „Smart Rail Connectivity Campus“ se v roce 2019 nedaleko českých hranic na německé straně Krušných hor testoval vlak bez řidiče. V tomto případě byl řízený na dálku prostřednictvím takzvané teleoperace z řídicího centra s využitím 5G sítě. Hlavním přínosem této bezdrátové technologie je výrazné snížení prodlevy signálu (latence), jež dosahovala přibližně 10 milisekund. Obsluha vlaku ovládala vůz prostřednictvím obrazovky, kam byl přenášen obraz z kabiny vlaku. Kromě dálkového řízení ale probíhají činnosti na vývoji skutečně autonomního vlaku.

Vlaková souprava stupně GoA3 společnosti Alstom v Německu (foto)

Asi nejaktivnější společností ve vývoji a testování vlaků stupně GoA4 je francouzská firma Alstom. Ta je navíc aktivní nejen v automatizaci železniční dopravy, ale též se angažuje ve zkoumání alternativních druhů pohonu. Úspěšně tak vyvinula a otestovala vodíkový vlak Coradia iLint, jenž se stal prvním vlakem poháněným vodíkovými články na světě. V kontextu autonomních vlaků plánuje firma Alstom na rok 2021 testování posunovacího vlaku stupně GoA4 v Nizozemsku. Lokomotiva společnosti Lineas bude vybavena systémem autonomního řízení se schopností detekce překážek, neboť kromě klasických jízdních úkonů bude testování zaměřeno právě i na schopnost rozpoznávání překážek na trati. Tyto zkoušky by měly probíhat v uzavřeném areálu za přítomnosti obslužného personálu. Na německých kolejích nicméně Alstom již testuje vlaky stupně GoA3, jež by v roce 2021 měly být nasazeny i v běžném provozu.