Nem kell csoda a sikerhez, pusztán egy program, amely egyetlen szimulátorba tömöríti mindazt, amit a vasútüzemben modellezni tudunk, és egy egyetem, amely támogatja az innovatív kutatási eredmények piacra vitelét. Az OpenTrack Zürichből indult, kilépett a műszaki egyetem kapuin, és ma már öt kontinensen használják vasútüzemi szimulációkhoz.
Az OpenTrack története az 1990-es évek közepén kezdődött, amikor a zürichi műszaki egyetem (ETH Zürich)
munkatársai egy úttörő kutatási projektbe kezdtek: a cél az első olyan szimulációs program kifejlesztése volt, amely egyfelől felhasználóbarát, tehát használata nem igényel elmélyült programozói tudást, másfelől a vasútüzem minden fontosabb technológiai folyamatát képes modellezni. A számítógépes korszak hajnalán indult tudományos műhelymunka mára egy multinacionális vállalkozássá nőtte ki magát, amely a kutatási projekt termékét piac- és versenyképes szolgáltatássá fejlesztette. Az OpenTrack Railway Technology Ltd. néven bejegyzett vállalat szakértői hátterét többek között svájci, osztrák, ausztrál és olasz szakértők adják, kliensei pedig öt kontinens vezető tömegközlekedési operátorai, infrastruktúra-fejlesztői és tanácsadói közül kerülnek ki.
Hogyan működik?
Kétségtelen, hogy az OpenTrack mint üzleti vállalkozás sikere elsősorban magán a terméken múlt. Így a program bemutatása érdekében az InnoRail megkereste Andreas Schöbelt, a cég bécsi irodájának vezetőjét, aki az OpenTrack egyik alkotójaként a szakértő szemszögéből mutatott rá a program legfontosabb jellemzőire.
„A program virtuális laboratóriumként működik: valósághű vasútüzemet modellezhetünk fiktív pályahálózaton fiktív gördülőállománnyal, majd megvizsgálhatjuk és értékelhetjük a vasútüzem fejlesztéseinek hatásait. A szimulátor döntéseket támogat a vasúti infrastruktúrával szemben támasztott követelmények meghatározásakor, nyílt vonalak és állomások kapacitásvizsgálatakor, az optimális járműállomány kialakításakor, menetrendszerkesztés és menetrendek stabilitásvizsgálata esetében, biztosítóberendezések és jelzési rendszerek tervezésekor, valamint műszaki zavarok és késések hálózati szintű modellezésénél – és ekkor csak a szoftver legfontosabb funkcióit soroltuk fel.
Az OpenTrack programcsomagot a Zürichi Szövetségi Műszaki Egyetem Közlekedéstervezési Kutatóintézete
fejlesztette. A projekt célja egy olyan felhasználóbarát vasúti szimulációs szoftver elkészítése volt, amelyet a legkülönbözőbb számítógépes platformokon alkalmazni lehet, és a szimuláció révén választ tud adni a vasútüzem tervezésekor előkerülő problémákra. Az OpenTrack használatának alapelve egyszerű: a program nem optimalizál, hanem a tervezéskor azonosított alternatívákat a későbbi üzemet modellezve hasonlítja össze, könnyen kezelhető eszközt adva a tervező kezébe. A szimulátor a vasútüzem összes elemének viselkedését szinkronizáltan modellezi; a megadott menetrend alapján a felhasználó által definiált pályahálózat és a gördülőállomány paramétereit figyelembe véve számítja ki a fiktív rendszer jellemzőit. A program alkalmas új menetrendek megbízhatóságának vizsgálatára, hosszú távú infrastruktúra-fejlesztési programok hasznainak elemzésére, illetve vizsgálhatjuk a járműállomány cseréjének hatásait is, hogy csak a leggyakoribb alkalmazási területeket említsük.
A program bemeneti oldalán három modul található: a járműállomány, az infrastruktúra és a menetrend jellemzőit adatbázisokban rögzíti a szoftver. Ezeket az adatokat a későbbiekben különböző szimulációs feladatokban alkalmazhatjuk – nagyobb pályahálózat jellemzőit tárolva például az egyedi beavatkozások hatásait azok közvetlen közelében, illetve a rendszer egészére vetítve is vizsgálhatja a felhasználó (1. ábra).
1. ábra Modulstruktúra
Felhasználóbarát a program, ami különösen a vágányhálózat meghatározásánál fontos: egy grafikus felület teszi átláthatóvá és könnyen kezelhetővé a vizsgált állomási infrastruktúrát; nagyobb vágányhálózatok bevitele sem idegölő feladat (2. ábra). Az egyes pályaszakaszok kvantitatív paramétereit (pl. emelkedési szögek) a grafikus elemekhez rendelt párbeszédpaneleken adhatjuk meg.
2. ábra Olten, helyszínrajz
A fejlesztők tervei szerint a közeljövőben RailML adatfájlok közvetlen importálására is alkalmas lesz a program, tehát a korábban, más ismert programcsomagokkal elkészített helyszínrajzokat néhány kattintással az OpenTrack adatbázisába konvertálhatjuk. A menetrendi adatok bevitelére űrlapokat kínál az OpenTrack, amelyek kialakításánál szintén a gyors és könnyed adatbevitel volt az elsődleges szempont. A fejlesztők olyan intelligens algoritmusokat (shortcutokat, azaz rövidítéseket) építettek a rendszerbe, amelyekkel felgyorsul és hatékonyabbá tehető a menetrend rögzítése (3. ábra).
3. ábra Menetrend képernyőkép
Példaként említhetjük, hogy a programot előkészítették az ütemes menetrendi struktúrák felismerésére és hatékony kezelésére. A menetrendi adatbázis esetében már jelenleg is közvetlenül importálhatók RailML adatfájlok, így az elterjedt menetrendtervező szoftverek kimeneteit azonnal tesztelhetjük az OpenTrackben. Ha már rendelkezésünkre áll a vágányhálózat és a menetrend is, a szimuláció futtatásához a felhasználónak pusztán ki kell jelölnie az adatbázisban fellelhető járműveket, a vizsgálandó pályaszakaszokat és állomásokat, valamint a tesztelendő menetrendi ciklust. Ezt követően számtalan beállítással finomíthatjuk a szimuláció pontosságát, illetve a megjelenítés módját. Az OpenTrack szinkronizáltan kezeli a folytonos és diszkrét szimulációs folyamatokat, tehát a járművek mozgása és az ehhez kapcsolódó forgalomirányítási feladatok, jelző- és biztosítóberendezési folyamatok szimulációja a menetrendi vázhoz kapcsolódva, valós időszámítás mellett zajlanak le. Animációs módban folyamatosan követhetjük a vonatok mozgását, valamint a jelzők és kitérők állását, de lehetőségünk van arra is, hogy azonnal a szimuláció statisztikáit elemezzük.
Külön figyelmet fordítottak a fejlesztők a jelző- és biztosítóberendezések modellezésére. A szimuláció során a járművek a biztosítóberendezési modul kimeneti értékei, azaz fiktív jelzésképek alapján közlekednek. Így az egyes pályaszakaszok foglaltsága, a jelzésképek megváltoztatásának időszükséglete és a járművezető reakciója tiltó vagy korlátozó jelzések esetén éppúgy részét képezik a szimulációnak, és befolyásolják a vizsgált vasútüzem teljesítménymutatóit. Az OpenTracket felkészítették a hagyományos, jelfogós biztosítóberendezésektől kezdve az ETCS mozgóblokkos szintjéig a legkülönbözőbb rendszerekre; ezáltal a program alkalmas a biztosítóberendezési fejlesztések hatásainak értékelésére is, figyelembe véve az érintett pályaszakasz vagy állomások egyedi jellemzőit.
4. ábra Jármű képernyőkép
A járművek mozgásának alapját a járműdinamikában megszokott mozgásegyenletek jelentik, ahol a gördülőállomány fizikai jellemzői és a pálya geometriája is befolyásoló tényezők (4. ábra). A szerelvények kinematikai paramétereit, azaz a sebesség, a gyorsulás és a megtett távolság változását folyamatosan rögzíti a szimulátor. Objektumorientált nyelven íródott a program, ami az adattípusok, megjelenítési formátumok és specifikációk széles választékát adja a felhasználó kezébe. A szimulációt követően a rögzített adatok értékelésére számtalan módszertant kínál az OpenTrack. A grafikus formában megjelenített járműadatoktól kezdve a pályahálózat teljesítményét összesítő statisztikákig válogathatunk az aktuális feladatnak leginkább megfelelő kimenetek közül (5. ábra).”
5. ábra Út-idő jelzéskép
Másodpercek alatt modellezhetjük a teljes vasútüzemet, ami a szimuláció legnagyobb előnye, hiszen a tervezés során megcélzott ideális kialakítást iteratív úton, a bemeneti adatok folyamatos finomhangolásával érhetjük el. Egyes esetekben éppen véletlenszerű bemeneti értékekkel érdemes több szimulációt lefuttatni, ezzel tesztelve például a menetrend stabilitását, a késések továbbgyűrűzését a vasúthálózaton.
Ahol az OpenTrack már bizonyított
Ugyan egy egyetem kutatási projektjének keretében indult a fejlesztése, ám az OpenTrack hamar átlépte az akadémia falait, és igazi sikerét nem a tudományos világ berkein belül érte el, hanem a közlekedésszervezés és infrastruktúra-fejlesztés területén. A programot 1999-ben dobták piacra, ami elsősorban a svájci vasúti szektorban való áttörést jelentette. Nem meglepő, hogy a vasútvállalatok közül elsőként a Svájci Szövetségi Vasút, az SBB alkalmazta a szimulátort gyakorlati feladatok megoldására.
Svájc meglehetősen színes vasúti szektora napjainkig fontos piaca maradt az OpenTracknek: a 2000-es évek folyamán a Rhätische Bahn, a BLS és a tanácsadói szférában jól ismert SMA is az OpenTrack szolgáltatásait választotta.
A hazai pályát elhagyva először Európán belül hódított a szimulátor, többek között a portugál, a német, a finn, az északír, a holland, az olasz, a cseh, majd a közelmúltban a francia állami vasúti infrastruktúra-kezelő is partnerségre lépett a svájciakkal. Nemcsak a nagyvasúton, hanem a városi közlekedésben is nagy népszerűségnek örvend a program: a belga De Lijn, a párizsi RATP, a barcelonai FGC és a Transport for London is az OpenTrack szimulátorával tervezi a vasútüzemet. Rendkívül korán, a piacra lépést követő harmadik évben már egy Európán kívüli szereplő, Adelaide város közlekedésszervezője is csatlakozott a felhasználók táborához, ezzel Ausztráliában is megvetette lábát a svájci vállalkozás. Az első sikereket követően világszerte növekvő ismertségre tett szert az OpenTrack, a kliensek között olyan egzotikus cégeket is találunk, mint az újzélandi vasútvállalat vagy a chilei Santiago, az argentin Buenos Aires, a kínai Kanton, Peking és Sencsen metróüzemeltetője.
A program nagysebességű vasúti közlekedés szimulációjára is alkalmas, ennek köszönhetően többek között az új holland vasútvonal, a HSL Zuid és a tajvani nagysebességű vasút üzemének tervezésekor is az OpenTrack lett a befutó.
Esettanulmány: a Fertővidéki HÉV szolgálatában
Hogyan működik az OpenTrack a gyakorlatban? A program egyik legsikeresebb alkalmazására éppen a magyar-osztrák Fertővidéki HÉV (Ausztriában Neusiedler Seebahn) Nezsider (Neusiedl am See) és Pomogy (Pamhagen) közötti szakaszának fejlesztésekor került sor. Andreas Schöbel az InnoRail kérdésére elárult néhány kulisszatitkot az OpenTrackkel szerzett fertővidéki tapasztalatokról. „A Fertővidéki HÉV használói elsősorban bécsi ingázók, így a közelmúltban lezajlott infrastruktúra-fejlesztés célja a pályasebesség növelése és a menetidő csökkentése volt Parndorf irányában. A beavatkozási pontok kiválasztásakor az OpenTrackkel modellezték a tervezők az egyes fejlesztési forgatókönyvek esetén megvalósuló vasútüzemet és az új menetrendek megbízhatóságát. A vasútvonal topológiája és az állomások kialakítása alapján Bad Neusiedl, Mönchhof-Halbturn, Frauenkirchen, St. Andrä am Zicksee, Wallern és Pomogy állomásokon keresztezhetnek a vonatok.
A vizsgálat első lépésében, az állapotfelmérés jegyében a fejlesztés előtti pályahálózat menetrendi tartalékait elemezték a szimulátorral. A vasútvonal grafikus menetrendjéről leolvasható, hogy a hajnali, illetve késő esti órákban nincsenek keresztek, mivel a munkaidő kezdetekor csak Nezsider, este pedig kizárólag Pomogy irányába közlekednek vonatok. Hamar kiderült, hogy a vonal szűk keresztmetszete a Bad Neusiedl és Mönchhof-Halbturn közötti szakasz, ahol az egyvágányú pályán létesített megállóhelyeken vonatok keresztezésére nincs lehetőség – ez az elsődleges gátja a harmincperces ütemes menetrend megvalósításának mindkét irányban. Ezt követően a tervezett fejlesztések révén megvalósuló pályasebesség-növekedés hatásait vizsgálták az OpenTrack segítségével. Míg a korábbi menetrendben St. Andrä am Zickseeben kereszteztek a vonatok, a nezsideri érkezési időpontok megtartása érdekében a szimuláció kimeneti adatai szerint Wallernbe kellett áthelyezni a vonattalálkozásokat.
A pályasebességet növelő beavatkozások révén a személyvonatok menetideje a vonal két végpontja között öt perccel rövidült. Szintén ötperces időmegtakarítást lehetett volna elérni olyan regionális vonatok indításával, amelyek nem állnak meg a vonal összes megállóhelyén. Így Pomogy és Nezsider között a korábbi 38 percről 28 percre csökkenhetett az utasok vonaton töltött ideje. Az OpenTrackkel végzett szimulációra támaszkodva szintén tesztelték rendszeres vonatkereszteket bonyolító állomások kitérőinek cseréjét, amely további időmegtakarítást eredményezett.”
Hogyan tovább?
Ma sem állt meg az OpenTrack fejlesztése. A piaci szereplők mellett a tudomány berkein belül is aktív partneri hálózatot tart fenn a cég, amely Európa vezető egyetemei, például a delfti, drezdai és bécsi műszaki egyetemek mellett budapesti és győri közlekedési tanszékekkel is kapcsolatot tart. A fejlesztések elsődleges célja a kompatibilitás javítása, azaz olyan modulok előállítása, amelyekkel újabb országokban, más vasútüzemekben is alkalmazhatóvá válik a program.
Az OpenTrack csapata nem csak műszaki szempontból mutat példát a vasútüzemmel és vasúti informatikával
foglalkozó tudományos világnak, hiszen egy kutatási projektből a magánszférában is életképes terméket faragtak. A sikerben persze hatalmas szerepe volt az ETH Zürich spin-off vállalatokat támogató politikájának; az egyetem elkötelezett a kutatási eredmények piacra vitelének segítésében. Ez egyfelől új munkahelyeket teremt, másfelől pedig az egyetemen tartja az ambiciózus fiatal tehetségeket, akik számára az önálló vállalkozás lehetősége komoly vonzerőt jelent.
