Sinyalizasyon Sistemleri

Dünyada raylı ulaşım sistemlerinin güvenli ve verimli bir şekilde işletilmesi, yüksek seviye emniyet standartlarına göre geliştirilmiş Sinyalizasyon Sistemleri sayesinde mümkün olmaktadır. Sinyalizasyon sistemleri, ana hat ve metro sinyalizasyon sistemleri olmak üzere iki farklı çözüm olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu çözümler; şehir içi metro araçları için kullanılan iletişim tabanlı tren kontrol sistemi olan CBTC (Communication Based Train Control) ve şehirler ya da ülkeler arası ulaşımda kullanılan ERTMS/ETCS (European Railway Traffic Management System/ European Train Control System) ana hat sinyalizasyon sistemidir.

CBTC Tabanlı Metro Sinyalizasyon Sistemleri

CBTC tabanlı sinyalizasyon sistemleri, maksimum 120 km/saat hızında işletilen özellikle metro hatlarında, yüksek kapasitede taşıma sağlayabilmek amacıyla tasarlanan sistemlerdir. Bu sistemlerin kapalı hatlarda kullanımlarından dolayı uluslararası bir standart oluşturulamamış, bunun sonucunda da firmalar kendi sistem çözümlerini farklı şekillerde geliştirmişlerdir.

ERTMS Ana Hat Sinyalizasyon Sistemleri

ERTMS/ETCS, ana hat raylı sistem işletmeciliğinde, yüksek hızlarda, konfor ve güvenli ulaşım hizmetini sunmak için tasarlanmış sinyalizasyon sistemleridir. Bu sistemler ülkeler arası ulaşım ihtiyacını karşılayabilmek için uluslararası kuruluşlar tarafından ortak bir standarda dönüştürülmüştür. Böylelikle farklı ülkelerde işletilen araçlar ERTMS/ETCS sinyalizasyon sistemi olan diğer hatlarda da kesintisiz, hızlı, güvenli bir şekilde işletilebilmektedir.

ERTMS/ETCS standardı Avrupa’da yaygın olarak kullanılmaya başlanan bir standart haline gelmiştir. Bu standardın Avrupa’da yayılmasıyla ilgili olarak Avrupa Komisyonu tarafından planlamalar yapılmıştır. Bu standart Avrupa kökenli olsa da ülkemiz, Çin, Tayvan, Güney Kore, Hindistan, Cezayir, Libya, Sudi Arabistan, Meksika, Yeni Zelanda ve Avustralya gibi birçok ülkede de kullanılan bir standart haline gelmiştir. Standardın hızlı yayılmasına; hazırlanmasında birçok lider firmanın katkı sağlaması, bu firmaların dünyadaki pazar payının yüksek olması, standardın olgunluk seviyesinin yüksek olması ve standardı Avrupa Birliği’nin desteklemesi gibi etmenler zemin hazırlamıştır. Bu standartların Avrupa Birliği tarafından desteklenen Ar-Ge (Araştırma-Geliştirme) fonlarıyla geliştirilmesine devam edilmektedir. Avrupa Birliği tarafından açılan Shift2Rail programıyla, şu ana kadar CBTC sistemlerinde ihtiyaç duyulan ve her firmanın özgün olarak tasarladığı gelişmiş fonksiyonların standarda eklenmesiyle ilgili çalışmalar yürütülmektedir. Bu fonksiyonlar;

• Yüksek kapasite yaratabilmek için hareketli blok (Moving Block),
• Yüksek bant genişliğinde iletişim ve yeni haberleşme servisleri için LTE tabanlı iletişim,
• Düşük maliyetli ve yüksek hassasiyetli konum hesabı için uydu tabanlı konumlama,
• Verimli işletmecilik için otomatik tren operasyonu (Automatic Train Operation-ATO)

olarak dikkat çekmektedir. ERTMS/ETCS standardının, yakın gelecekte, yalnızca ana hat sistemlerinde kullanılmayacağı, CBTC tabanlı metro sinyalizasyon sistemlerini de kapsayarak sinyalizasyon alanında dünya standardı olacağı öngörülmektedir.

ASELSAN Sinyalizasyon Sistemleri

Savunma sanayinde dünyadaki en ileri teknolojiyi üretebilen, kurulduğu 1975 yılından bu yana, yurtiçi ve yurtdışında büyük başarılara imza atan ASELSAN, 2014 yılında kurulan Ulaştırma, Güvenlik, Enerji ve Otomasyon Sistemleri (UGES) Sektör Başkanlığı’yla sivil alandaki çalışmalarını başlatmıştır. UGES Sektör Başkanlığının başlangıçta 150 kişilik çekirdek bir ekiple başlattığı çalışmalar, mevcut durumda 700 kişilik yetkin bir kadro ile büyütülerek yürütülmektedir. UGES bünyesinde raylı ve elektrikli araç çekiş ve kontrol teknolojileri, güvenlik sistemleri, algılayıcı sistemleri (sensors systems), enerji, sağlık ve otomasyon sistemleri ile ilgili birçok Ar-Ge projesi başlatılmıştır.

Şekil-2 ASELSAN Ulaştırma Güvenlik, Enerji ve Otomasyon Sistemleri (UGES) Sektör Başkanlığı

ASELSAN ERTMS/ETCS Araç Üstü Tren Koruma Sistemi Projesi

ERTMS/ETCS Araç Üstü Tren Koruma Sistemi (ATP-Automatic Train Protection) Geliştirme Projesi, sinyalizasyon alanında yürütülen Ar-Ge çalışmalarından biridir. Tasarlanan araç üstü sistem, ERTMS/ETCS standardına uygun olarak, yüksek hızlı tren, lokomotif ve bölgesel trenlerin tümünde kullanılabilecektir. Araç üstü sistem aşağıdaki fonksiyonlara sahip olacaktır:

• EUROBALIZ ve GSM-R üzerinden hareket yetkileri ve sinyal verilerinin alınması
• Tanımlı hızların sürücü arayüzünde (Driver Machine Interface-DMI) gösterimi ve sürüşe ait bilgilerin girişi
• Sürücünün hız limitleri dışına çıkması durumunda, görsel ve sesli uyarılar verilmesi
• Hız limitlerinin aşılması durumunda, tren arayüzünden (Train Interface Unit-TIU) sırasıyla; çekişin kesilmesi, servis freni yapılması ve acil fren yapılması
• Sisteme ait tüm verilerin kazalara karşı korumalı kayıt birimine (Protected Juridical Recorder Unit-JRU) kaydedilmesi
• Hızlı onarım imkânı ve düşük bakım ihtiyacı

Şekil-3 ERTMS/ETCS Araç Üstü Tren Koruma Sistemi (ATP)

Sistemde meydana gelebilecek hatalar, ciddi kazalara sebep olabileceği için sistem fonksiyonlarının geliştirilmesi aşamasında aşağıdaki standartlar ve özel tasarım teknikleri kullanılmaktadır:

• ERTMS/ETCS Seviye 1 ve 2 (Baseline 3) uyumluluk
• EN50129 standardına dayanan, düşük arızaya sebep olan, yedekli (Redundant) ve güvenli donanım mimarisi
• EN50128 standardına dayanan modüler, esnek ve güvenli yazılım mimarisi
• EN50126 standardına dayanan yüksek güvenirlik seviyesi, SIL-4 (Safety Integrity Level 4) ve hata güvenli (Fail Safe) tasarım
• Yedekli sistem mimarisi (Redundancy) sayesinde sürekli operasyon (High Availability),
• Özel algoritma ve sensörlerle sağlanan yüksek hassasiyetli konum bilgisi
• Uluslararası bağımsız kuruluşlardan (Independent Safety Assessor) alınan sertifikasyon

ERTMS/ETCS Araç Üstü Tren Koruma Sistemi (ATP-Automatic Train Protection) Geliştirme Projesinin ilk aşaması tamamlanarak prototip bir sistem ortaya çıkarılmıştır. Projenin tamamlanan aşamasında, sistem çözümü laboratuvar ortamında test edilerek doğrulanmıştır. Projenin ikinci safhası için çalışmalar başlatılmıştır. İkinci dönemde, TCDD Taşımacılık A.Ş.’nin desteğiyle temin edilecek bir lokomotif üzerine, tasarlanan sistem entegre edilerek saha testlerine başlanması hedeflenmektedir.

Şekil-4 ERTMS/ETCS Araç üstü Sistem Mimarisi

Şekil-5 ASELSAN ERTMS/ETCS Araç Üstü Tren Koruma Sistemi (ATP)

Proje, ülkemizdeki ERTMS/ETCS alanında gerçekleştirilen ilk çalışma olması sebebiyle, ülkemizdeki bilgi birikiminin oluşması adına özel bir statüye sahiptir. TÜBİTAK-TEYDEB tarafından desteklenen proje,  ülkemizdeki milli imkânlarla geliştirilen ilk SIL-4 (Safety Integrity Level) sistem, yazılım ve donanım çalışmalarını kapsamaktadır. Bu nedenle, ASELSAN öz kaynakları ile güvenli sistem, yazılım ve donanım geliştirme, test ve analiz alanlarında, dünyada sayılı firmada bulunan, altyapı yatırımları tamamlanmıştır. Ayrıca Ar-Ge çalışmaları sayesinde, üniversitelerimiz, ülkemizdeki paydaşlarımız, yurtiçi ve yurtdışı üreticiler ve bu alanda faaliyet gösteren küresel firmalarla işbirliği olanakları sağlanmıştır.

Proje kapsamında üretilen prototip sistem TCDD ve TCDD Taşımacılık A.Ş. yönetimi tarafından yakından takip edilmektedir. Sistemin demiryollarında kullanıma alınmadan önce detaylı testlerin tamamlanması, bağımsız akredite kuruluşlardan (ISA) sertifikasyonun alınması ve sinyal sistemlerinin standartlara uygun olarak doğrulanması esastır.

ASELSAN Metro Araç Üstü Milli Sinyalizasyon Sistemi Projesi

ERTMS/ETCS geliştirme projesiyle kazanılan tecrübeler, metro hatlarında sözleşmeli bir projenin alınmasında zemin hazırlamıştır. İstanbul M1 hattının uzatılması ve modernizasyonu kapsamında Metro İstanbul Sanayi ve Ticaret A.Ş., TÜBİTAK ve ASELSAN işbirliği ile milli bir metro sinyalizasyon sistemi (CBTC) geliştirilmesi amacıyla sözleşme imzalanmıştır.

Projede, milli tasarım ve yerli kaynaklarla, ülkemizdeki ilk milli metro sinyalizasyon sistemi geliştirilerek İstanbul’un hizmetine sunulacaktır. M1 olarak bilinen Yenikapı-Otogar-Havalimanı-Kirazlı-Halkalı Metrosu hattında kullanılacak yeni 68 metro araç setinde (tren), Otomatik Tren Kontrol Sistemi Donanımı ve Yazılımı ASELSAN tarafından geliştirilecek olup sistemlerin kurulumu ve devreye alınması tamamlanacaktır.

Tasarlanan sistem sayesinde, aynı yönde hareket eden trenler arası servis zamanı aralıkları düşürülerek, taşınan yolcu kapasitesi artırılacaktır. Tasarlanacak CBTC Sistemi; Araç Üstü, Hat Boyu ve Kontrol Merkezi bileşenlerinden oluşacaktır. CBTC sisteminde Araç Üstü ve Kontrol Merkezi bileşenleri arasında sürekli, anlık ve çift yönlü iletişim olacaktır. CBTC sisteminde Otomatik Tren Koruma (ATP), Otomatik Tren İşletimi (ATO) ve Otomatik Tren Denetimi (ATS) fonksiyonları yer alacaktır.

Sistem ile mevcut metro hatlarının otomasyon seviyelerinin yükseltilmesi ve sürücüsüz yeni metro hatlarının kurulumu hedeflenmektedir. Araç Üstü Sinyalizasyon Sistemi; Kontrol Merkezinden haberleşme sistemi ile aktarılan verilerin alınması, işlenmesi, trendeki ilgili birimlere aktarılması, trenin belirlenen sınırlamalara uymaması durumunda otomatik tren koruma fonksiyonlarının işletilerek trene doğrudan müdahale edilmesi, trenin hassas konum, hız, durum verilerinin hesaplanması ve Kontrol Merkezine bildirilmesi gibi işlevleri yerine getirmektedir. SIL-4 seviyesinde konumlama, tren koruma, tren bütünlüğü kontrolü, kapı ve hız kontrolü gibi kritik fonksiyonlar, gerçek zamanlı gömülü yazılımlar ile model tabanlı ve sertifikalı geliştirme araçları ile geliştirilmektedir.

Şekil-6 Metro Sinyalizasyon Sistemi Bileşenleri