3 filary czujnika PLA-TMS

Na jakich filarach opiera się czujnik ruchu pociągów PLA-TMS? Dlaczego wybraliśmy takie rozwiązania i jakie trzy przewagi czynią go urządzeniem o wysokiej niezawodności, precyzji teledetekcji oraz odporności na zakłócenia?

1. Dwie najlepsze technologie wykrywania pociągów

Zgodnie z wymogami Ipi-6 czujniki ruchu pociągów powinny mieć podwójny system detekcji. Firma PKP PLK wymaga zastosowania przynajmniej dwóch z następujących technologii: 

• podczerwień, 
• ultradźwięki, 
• mikrofale (radar),  
• laser.

Celem jest jak największa precyzja i niezawodność pomiaru niezależnie od warunków zewnętrznych, zarówno atmosferycznych, jak i zakłóceń ze strony infrastruktury kolejowej.

Dlaczego wybraliśmy LiDAR i radar

W nowym modelu czujnika ruchu pociągów PLA-TMS postawiliśmy na pomiar laserowy (LiDAR) oraz radar 60 GHz. Dlaczego właśnie te dwie? Podczas prowadzonych badań stwierdziliśmy, że:

• czujniki wyposażone w ultradźwięki oraz podczerwień (triangulacyjne) wykazywały wzajemne oddziaływanie, jeśli były umieszczone naprzeciwko siebie;
• część czujników ultradźwiękowych źle działa podczas głośnego hamowania pociągu i przy innych metalicznych dźwiękach, ta technologia okazała się więc mało odporna na duży hałas;
• gęsta mgła może przysłonić działanie wszystkich czujników optycznych (w świetle widzialnym i podczerwonym), nie przeszkadza jednak w pracy radaru, stąd różne fizycznie techniki teledetekcji zwiększają odporność na wyjątkowo niekorzystne warunki atmosferyczne;
• bardzo ważna dla poprawnego wykrywania ruchu pociągów jest szerokość wiązki pomiarowej. Okazało się, że wibracje od przejazdu pociągów lub silnego wiatru przy szerokiej wiązce mogą spowodować, że pojawią się próbki odbite od podłoża lub innych obiektów w takiej odległości, że zostanie wykryty fałszywy pociąg.  Ponieważ przy ultradźwiękach nie można łatwo ustawić wąskiej wiązki, mieliśmy kolejny argument za rezygnacją z tej technologii;
• po decyzji o zastosowaniu wąskich wiązek detekcji wybraliśmy dla radaru technologię 60 GHz. Pozwala ona kształtować wiązkę radaru za pomocą soczewek z tworzyw sztucznych. Zaprojektowaliśmy soczewkę dającą optymalną wiązkę dla typowych odległości wykrywania pociągu. Próby z technologią radarową 24 GHz kończyły się zbyt szeroką wiązką z listkami bocznymi lub wymagające zbyt dużych anten. Nie bez znaczenia były też trendy z branży motoryzacyjnej, w której obserwuje się stopniowe przechodzenie od starszych częstotliwości 24 GHz na 60 GHz i ok. 80 GHz;
• pomiar laserowy (LiDAR) z definicji jest punktowy, idealnie więc odpowiadał potrzebom wąskiego zakresu detekcji, której szerokość można ustalać za pomocą laserowej wiązki rozproszonej. Dzięki wąskiej wiązce laserowej i odpowiednim algorytmom czujnik PLA-TMS rozpoznaje czarną gumę pomiędzy wagonami, co sprawia, że potrafi je zliczyć, ale nie wysyła informacji o każdym wagonie jako o osobnym pociągu (co zdarza się niektórym konkurencyjnym rozwiązaniom). Czujnik odróżni też pociąg od innego obiektu pojawiającego się w strefie detekcji, np. przelatującej mewy.

Czemu według nas to najlepszy wybór

Na podstawie przeprowadzonych badań wybraliśmy detekcję pociągów opartą o dwie technologie, które według nas stanowią najlepszą kombinację dokładności i niezawodności: 

1. pomiar laserowy (LiDAR) oraz 
2. mikrofale, czyli radar o częstotliwości 60 GHz.

Kombinacja tych dwóch technologii w czujniku PLA-TMS zapewnia:

• poprawne działanie czujnika nawet w skrajnych warunkach atmosferycznych (w gęstej mgle, podczas nawałnic, silnego wiatru, burz, śnieżyc itp.). Oblodzeniom i skraplaniu się wody zapobiega dodatkowo ogrzewanie z przodu obudowy,
• brak wzajemnego oddziaływania czujników, które wpływałoby na zakłócenie ich pracy,
• odporność na hałas i drgania występujące na peronach,
• precyzyjną wiązkę pomiarową pozwalającą poprawnie wykrywać pociągi i nie wysyłać fałszywych sygnałów po detekcji innych obiektów,
• wysyłanie aktualnych informacji o faktycznym ruchu pociągów do CSDIP, co przekłada się na aktualizowaną na bieżąco informację pasażerską o rozkładzie jazdy.

2. Wbudowane łącze światłowodowe z wymiennymi wkładkami SFP

Zgodnie z wymogami Ipi-6 czujnik ruchu pociągów powinien mieć interfejs sieciowy 10/100 Mbit/s Ethernet (IEEE 802.3) full duplex RJ 45 lub FO (łącze światłowodowe). Nie dopuszcza się stosowania mediakonwerterów (przejściówek) FO/ETH.

Czujnik PLS-TMS ma oba typy styków: miedziany i światłowodowy. Do połączenia czujnika z siecią LAN rekomendujemy wbudowany styk światłowodowy (gniazdo na wymienne wkładki SFP – ang. Small Form-factor Pluggable), które są dobierane do konkretnego projektu. Takie rozwiązanie pozwala na:

• całkowitą odporność na silne zakłócenia elektromagnetyczne (EMC) występujące w sieci LAN infrastruktury kolejowej,
• uniwersalność oraz prostą integrację z przełącznikami sieciowymi i zastosowanym okablowaniem światłowodowym poprzez dostarczanie pary kompatybilnych wkładek SFP wymaganych w danym projekcie,
• brak ograniczeń zasięgu związanych z miedzianym standardem LAN, czyli 100 m.

3. Własne algorytmy i praca z czujnikami na niskim poziomie

Technologia teledetekcji i transmisji to jedno, natomiast za poprawnym działaniem czujnika PLA-TMS stoi także jego oprogramowanie. Opracowaliśmy algorytmy, które uwzględniają specyfikę detekcji ruchu pociągu poruszającego się przy krawędzi peronu:

1. analizujemy próbka po próbce wyniki pomiaru odległości od wykrytego obiektu. W przeciwieństwie do zintegrowanych detektorów, które zwracają wynik zerojedynkowy (jest obiekt lub go nie ma), ustawiamy zakres spodziewanej odległości pociągu na pobliskim torze, co pozwala na pewniejszy wynik pomiaru;
2.  poprzez skierowanie czujnika PLA-TMS pod kątem w dół stale odczytujemy odległość od podłoża, co na bieżąco potwierdza sprawność i poprawne ustawienia urządzenia. Jeżeli zmieniłby się kąt skierowania wiązki pomiarowej czujnika, np. wskutek aktu wandalizmu, wykryjemy to przez zmianę odczytu odległości od podłoża. Sytuację taką czujnik może zgłosić jako alarmową lub tymczasowo bazować na drugiej technologii, jeśli zakłócenie okaże się przejściowe (np. okienko zasłonięte podczas śnieżycy zostanie po chwili odmrożone przez wbudowaną grzałkę);
3. nie musimy stosować prostych kryteriów logicznych AND (oba czujniki muszą wykryć obiekt) lub OR (wystarczy, że jeden wykryje). W skrajnych warunkach pogodowych mogą się one nie sprawdzić. Gdy pomiar jednego czujnika zostanie zakłócony, możemy od drugiego wymagać dużo większej pewności (np. na podstawie analizy historii próbek porównać, jak długo trwało dane zakłócenie i o czym ono świadczy), aby ostatecznie potwierdzić, że czujnik PLA-TMS wykrywa pociąg.

Dopuszczenie do eksploatacji

Na takich trzech filarach zbudowaliśmy nowy czujnik ruchu pociągów PLA-TMS. Po analizie rynku jesteśmy przekonani, że mamy produkt o najwyższym poziomie niezawodności w skrajnych warunkach pogodowych oraz odporny na wysoki poziom zakłóceń elektromagnetycznych wywołanych pracą systemów kolejowych czy wyładowaniami atmosferycznymi. 

Czujnik ruchu PLA-TMS po badaniach został dopuszczony do eksploatacji w sieci kolejowej PKP Polskich Linii Kolejowych S.A. w odniesieniu do wytycznych Ipi-6, co jest formalnym potwierdzeniem, że spełnia najwyższe wymogi zarządcy narodowej sieci kolejowej.

Pierwsze sztuki nowego modelu czujnika ruchu pociągów PLA-TMS zostały zainstalowane w maju 2026 na stacji Biała Podlaska Wschodnia. Zobacz realizację.

Pisali dla Was:
Marcin Tułodziecki – opis zastosowanych technologii
Joanna Lewandowska – redakcja