Wykorzystanie symulatorów wysokiej dokładności do treningu sygnalizatorów

Symulacje wysokiej klasy dokładności

Symulatory stały się tak realistyczne, że są obecnie stosowane nawet w szkoleniach pilotów przechodzących z obsługi jednego typu statku powietrznego na inny, często wręcz z zerowym czasem przebywania w powietrzu. Niniejszy artykuł omawia aspekty techniczne i zastosowanie podobnych technologii w szkoleniach i regularnych weryfikacjach umiejętności dyżurnych ruchu pracujących w elektronicznych centrach sterowania ruchem. W Wielkiej Brytanii pracuje ponad 150 symulatorów stanowiących funkcjonalne kopie stanowisk roboczych dyżurnych ruchu obsługujących odpowiednie obszary zarządzania ruchem kolejowym. Z precyzyjnym zamodelowaniem infrastruktury, działających w jej ramach urządzeń SRK, dokładnym odwzorowaniem ekranów i manipulatorów urządzeń sterujących, według aktualnego rozkładu jazdy, z wiernym odtworzeniem topologii oraz charakterystyk ruchowych pociągów.

Wprowadzenie

Wysokiej jakości symulacje są standardowym elementem programów szkoleniowych dla dyżurnych ruchu, umożliwiając ćwiczenie rutynowych zadań w zakresie prowadzenia ruchu pociągów oraz zachowań w sytuacjach krytycznych, awaryjnych czy w obliczu dowolnych zakłóceń – w bezpiecznym, zamodelowanym, a jednocześnie niezwykle realistycznym środowisku. Uczestniczący w szkoleniu dyżurny ruchu lub dyspozytor znajduje się pod stałą obserwacją doświadczonego trenera, który ma możliwość dowolnej zmiany scenariuszy: od standardowych niezakłóconych sytuacji ruchowych do najbardziej skomplikowanych przypadków obejmujących uszkodzenia pociągów, awarii rozjazdów, sygnalizacji, odcinków torów, przekroczenia sygnałów „Stój”, niekorzystnych warunków pogodowych itp.

 Tło historyczne

Tradycyjne szkolenia dyżurnych ruchu prowadzone były w wielu krajach na zasadzie wspólnej pracy niedoświadczonego adepta z dyżurnym ruchu o wieloletnim doświadczeniu, a baczna obserwacja zachowań i działań starszego kolegi dawała możliwość ich naśladowania. Było to szkolenie prowadzone podczas faktycznej pracy, czasami uzupełniane pokazami przy użyciu miniaturowych modeli fragmentów infrastruktury, taboru czy wyposażenia. W czasach ław dźwigniowych i prostszych pulpitów nastawczych takie metody szkolenia były wystarczająco skuteczne, ponieważ i obszar geograficzny, jak i obciążenie zadaniami były dość ograniczone. Nie mniej jednak skuteczne ćwiczenie scenariuszy sytuacji awaryjnych i obsługi zakłóceń było znacząco utrudnione, ponieważ nie było możliwości bezpiecznego prowadzenia ich w warunkach eksploatacji rzeczywistej kolei. Szkolenia ograniczały się więc do nauki teorii i testów prowadzonych w oparciu o podręczniki, następnym krokiem było zdobywanie doświadczenia w codziennej praktyce prowadzenia rzeczywistego ruchu. Dlatego też adept sztuki (a nawet dyżurny ruchu ze znaczącym doświadczeniem) mógł przez wiele miesięcy lub nawet lat pracować nie doświadczając sytuacji nietypowych lub awaryjnych. Wiele studiów przypadków z sektora kolejowego i podobnych branż z podwyższonymi wymogami bezpieczeństwa (lotnictwo, energetyka jądrowa itp.) wykazało, że samo wyuczenie zasad i teorii nie gwarantuje poprawnych zachowań w rzeczywistych sytuacjach awaryjnych i jedynie regularne konfrontowanie personelu z takimi zdarzeniami i praktyczna ich obsługa mogą zapewnić wysoki poziom bezpieczeństwa działań, przewidywalności zachowań i skutecznego normalizowania sytuacji. Z tego też powodu szkolenia oparte o naukę zasad i wykłady teoretyczne są obecnie w znacznym stopniu uzupełniane o zajęcia bazujące na metodach bezpośredniej aktywności uczestników i rozpoznawania zagrożeń z użyciem realistycznych symulacji.

Wzrost stopnia automatyzacji

Pod koniec lat osiemdziesiątych w Wielkiej Brytanii zainstalowano pierwsze Centrum Sterowania Sygnalizacją (ang. SCC, Signalling Control Centre) wykorzystujące system wizualny VDU (ang. Visual Display Unit) przy Liverpool Street w Londynie. Wdrożenie tej technologii umożliwiła skokową zmianę w zarówno w stopniu złożoności, jak i geograficznym zasięgu obszarów sterowania. Wraz z rozwiązaniami klasy VDU pojawiły się systemy automatycznego nastawiania przebiegów, w których fundamentalne zadania układania przebiegów w oparciu o rozkłady jazdy, pojawiające się proste zakłócenia i opóźnienia w ruchu w coraz większym stopniu zaczęły być automatyzowane. W związku z tym otoczenie i narzędzia pracy dyżurnego ruchu zmieniły się znacząco. Ławy dźwigniowe, w których każdy element ruchu był sterowany bezpośrednio zastąpione zostały zautomatyzowanymi urządzeniami obsługującymi poszerzone obszary i bezobsługowo realizującymi poszczególne zadania szczegółowe. Wyższy stopień automatyzacji oznacza, że dyżurny ruchu coraz częściej i przez dość długie okresy czasu operuje w środowisku generującym zbyt małe ilości zadań – ale jednocześnie ich ilość może nagle wzrosnąć do poziomu przekraczającego jego możliwości realizacji czy wręcz percepcji w przypadkach awarii, dużych zakłóceń w ruchu czy innych szczególnych okoliczności. Dlatego też podstawową i zaktualizowaną wiedzę o geograficznym obszarze sterowania należy utrzymywać nieprzerwanie, aby zapewnić minimalne opóźnienie ewentualnych interwencji. W obliczu malejącej ilości konfrontacji z sytuacjami nietypowymi, symulacje odwzorowujące sposób rzeczywistego zarządzania ruchem kolejowym są jedyną metodą, w której wszystkie zagrożenia i wydarzenia zakłócające prowadzenie ruchu mogą być zobrazowane, przeanalizowane i przećwiczone – w bezpieczny, nie wpływający na działanie prawdziwej infrastruktury sposób.

Symulatory wysokiej jakości

W wielu gałęziach przemysłu symulatory traktowane są jako rozwiązania na tyle wiernie odtwarzające prawdziwe środowisko operacyjne, że ich użytkownicy nie są w stanie zorientować się czy pracują w warunkach rzeczywistych czy jedynie symulowanych. Jak już wcześniej wspomniano, w przemyśle lotniczym osiągnięty został taki poziom realizmu, że szkolenia na symulatorach wykorzystywane są jako jedyna metoda uzupełniająca kompetencje pilotów przenoszonych do obsługi innych typów samolotów. W odniesieniu do kolejowych symulatorów sygnalizacji za niezbędne uznaje się, by oparte na systemach wizualizujących VDU centra sterowania spełniały następujące wymogi:

a) model zastosowanych urządzeń SRK z czasami reakcji identycznymi z urządzeniami rzeczywistymi. Zapewnia to takie same warunki obsługi występujących awarii, jak w przypadku prawdziwego systemu sterowania – z zachowaniem sposobu zasygnalizowania, wyświetlenia oraz interakcji.

b) wyświetlacze i podstawowe urządzenia sterujące używane przez uczestnika symulacji (myszka, trackball i klawiatura) są dokładnymi replikami prawdziwych urządzeń. W praktyce są to często te same urządzenia peryferyjne.

c) metody komunikacji wykorzystywane przez dyżurnego ruchu są wiernie skopiowane, np. radiotelefony (ang. Secure Car Audio) czy telefony umieszczone przy sygnalizacji w terenie (ang. Signal Post Telephone).

d) stosowanie prawdziwego rozkładu jazdy dla symulowanego obszaru oraz automatycznego nastawiania przebiegów (jeśli występują).

e) stosowanie wszystkich elementów topologii szlaku (kąty nachylenia, ograniczenia prędkości, widoczność sygnałów) oraz charakterystyk ruchowych taboru (przyspieszenia/hamowania).

f) stanowisko dyżurnego ruchu jest zaaranżowane w sposób możliwie bliski rzeczywistym warunkom pracy w centrum sterowania, np. umeblowanie, oświetlenie.

g) możliwość o wszelkich awariach i zakłóceniach w infrastrukturze, takich jak awarie torów,
zwrotnic, lamp sygnalizacyjnych, urządzeń stacyjnych (całych lub modułów) i pociągów, przekroczenia sygnałów „Stój”, przejazdów pociągów towarowego nie ujętych w rozkładzie jazdy itp.

h) nagrywanie i odtwarzanie przebiegów symulacji, możliwość analizy wyników uczestników.

Zapewnienie funkcjonalności o oznaczeniach od a) do f) gwarantuje, że symulator wiernie odtworzy środowisko pracy dyżurnego ruchu dla celów szkoleniowych z możliwością prowadzenia normalnego ruchu z uwzględnieniem rozkładu jazdy dla dowolnego dnia i określonego czasu.
Wymogi wskazane w punktach g) do h) rozszerzają możliwości zastosowania symulatora daleko poza standardowe operacje obsługowe. Dzięki nim możliwe jest wykorzystanie symulacji do badania i ćwiczenia reakcji na sytuacje awaryjne i wszelkie inne nieprawidłowości. Stanowią one także kompletny i nadający się do audytowania materiał dokumentujący przebieg scenariuszy i podjętych działań.

Pierwsze symulatory wysokiej jakości dla centrów sterowania wykorzystujących systemy wizualne zostały zainstalowane w Wielkiej Brytanii w pierwszych latach XXI wieku, zaraz po publikacji kluczowych raportów, w których odnotowano brak możliwości bezpiecznego szkolenia i regularnej oceny dyżurnych ruchu poza rzeczywistymi warunkami ich pracy. Te wczesne rozwiązania symulacyjne w tym samym pomieszczeniu umieszczały uczestnika szkolenia oraz szkoleniowca. Wkrótce zdano sobie sprawę, że nie jest to rozwiązanie idealne – zwłaszcza, gdy powstała potrzeba komunikacji pomiędzy szkolonym dyżurnym ruchu, a osobą trzecią, np. maszynistą. W związku z odgrywaną przez szkoleniowca rolą maszynisty stwierdzono konieczność zapewnienia fizycznego oddzielenia zajmowanych przez nich pomieszczeń, głównie dla realizmu komunikacji głosowej. Ze względu na wymóg wizualnej obserwacji uczestnika szkolenia i jej wpływ na poprawną ocenę jego działań zastosowano szklane ściany, które obecnie są rozwiązaniem standardowym. Akustyczne oddzielenie obydwu pomieszczeń wyklucza także ryzyko przedwczesnego i niezamierzonego przekazywania uczestnikowi szkolenia sygnałów świadczących o mających nastąpić zmianach sytuacji ruchowej.

Niepowodzenie i perturbacje

Oprócz symulowania i ćwiczenia niezakłóconych warunków prowadzenia ruchu kolejowego, ustalania przebiegów i wydawania dyspozycji, istotną częścią symulacji jest kreowanie warunków niestandardowych. Dlatego też podczas, gdy uczestnik szkolenia odbiera obrazy identyczne z rzeczywistymi odczytami występującymi w centrum sterowania, szkoleniowiec korzysta z odrębnego interfejsu graficznego przedstawiającego ogólniejszy obraz obszaru geograficznego i szeroki zestaw elementów sterujących pozwalających na wprowadzanie stanów odbiegających od normalnych sytuacji ruchowych.  Zwykle aby rozpocząć sesję symulacji szkoleniowiec wybiera rozkład jazdy oraz odpowiedni czas uruchomienia w danym dniu. Ekrany uczestników szkolenia wypełniane są wizerunkami pociągów ustawionych w odpowiednich położeniach dla wybranego czasu startu oraz ustawień urządzeń SRK oraz sygnałów wzdłuż szlaku. Podczas sesji szkoleniowiec wprowadza pojedyncze lub wieloelementowe zakłócenia, co natychmiast znajduje odpowiednie odzwierciedlenie w materiale wyświetlanym na ekranie uczestnika, wraz ze wszystkimi adekwatnymi alarmami dźwiękowymi. Urządzenia SRK oraz elementy infrastruktury także reagują w sposób identyczny, jak w rzeczywistych sytuacjach, gwarantując, że osoba szkolona będzie miała do dyspozycji dokładnie te same sekwencje zachowań systemu sterowania, z zachowaniem wizualnych i dźwiękowych warunków obsługi. Jeśli w reakcji na wprowadzoną sytuację wymagana jest komunikacja głosowo, osoba szkolona lub trener mogą zainicjować wzajemne połączenie, przy czym trener może przyjąć rolę osoby trzeciej. Wszystkie komunikaty głosowe są automatycznie rejestrowane z odpowiednimi znacznikami czasowymi w celu ich późniejszego odtwarzania i przeglądu po zakończeniu sesji szkoleniowej. Poza manualnym wprowadzaniem dowolnej ilości zakłóceń podczas sesji, szkoleniowiec może także skorzystać z przygotowanych wcześniej skryptów zawierających odpowiednie scenariusze symulacji. Pozwala to na automatyczne i bezobsługowe wywołanie zaprogramowanej ilości awarii i zakłóceń infrastrukturalnych w odpowiednim czasie sesji, pozwalając prowadzącemu skupić się na obserwowaniu zachowań uczestnika szkolenia. W podejściu tym możliwe jest także porównawcza ocena osób szkolonych w oparciu o te same scenariusze.

Nagrywanie sesji

Każda sesja szkoleniowa jest rejestrowana w symulatorze w celu późniejszej analizy, odtwarzania i przeglądu z osobą szkoloną. Obejmuje to wszystkie elementy komunikacji, które podczas niej wystąpiły. Dostępny jest prosty automatyczny raport wyników uczestnika szkolenia, ale ogranicza się on jedynie do analizy zgodności z rozkładem jazdy, zagregowania minut utraconych lub zaoszczędzonych i ilości połączeń odwołanych. Rozważa się dalszą automatyzację oceny uczestników szkoleń poprzez badanie ich działań w sytuacjach awaryjnych, jednak obecnie uważa się, że znacznie lepszą metodę stanowi połączenie obserwacji uczestnika i poszerzony przegląd jego zachowań podczas odtwarzania zapisanych symulacji połączony z instrukcjami udzielanymi przez szkoleniowca.

Inne zastosowania

Chociaż fundamentalnym celem stosowania symulatorów wysokiej jakości było szkolenie i egzaminowanie dyżurnych ruchu, precyzja symulacji otworzyła szereg innych możliwości zastosowań. Obejmują one między innymi testowanie zmian rozkładów jazdy jeszcze przed ich wprowadzeniem, planowanie zwiększenia przepustowości szlaków kolejowych czy ograniczeń przejazdów podczas prac inżynieryjnych. Dodatkowe zastosowania wchodzą także w sferę badań czynników ludzkich w obliczu zupełnie nowych i znacząco poszerzonych obszarów geograficznych zarządzanych poprzez pojedynczy interfejs użytkownika. Przykładem jest tu efekt obciążenia polegający na dopuszczeniu do zarządzania większym obszarem geograficznym infrastruktury w okresach ograniczonego ruchu przez na jednym stanowisku jednego dyżurnego ruchu. Kolejnym zastosowaniem jest przygotowanie symulacji na bardzo wczesnym etapie tworzenia nowego schematu połączeń kolejowych i sygnalizacji. Pozwala to na wyprzedzające przetestowanie projektowanego układu przez dyżurnych ruchu z zastosowaniem proponowanego rozkładu jazdy, punktów większego natężenia ruchu i analizą wszystkich sygnałów wysokiego ryzyka (jak przejechanie sygnału „Stój”) – jeszcze przed zatwierdzeniem projektów do realizacji.

Zapraszamy do pogłębienia wiedzy o naszych symulatorach
HICSE Research & Development Team