Najwięcej wypadków związanych z infrastrukturą kolejową dochodzi na przejazdach kolejowych, dlatego poprawa bezpieczeństwa w tych miejscach pozostaje jednym z istotnych wyzwań. Jednocześnie instalacja tradycyjnych systemów rogatkowych wiąże się z wysokimi kosztami. Alternatywne rozwiązanie opracowali Mariusz Markiewicz i Franciszek Bartosik, studenci elektrotechniki na Wydziale EEIA Politechniki Łódzkiej. Jak działa ich pomysł i jakie możliwości otwiera dla poprawy bezpieczeństwa na przejazdach kolejowych? Opowiadają sami twórcy.
W ramach projektu „Uczelnie Przyszłości” opracowaliśmy rozwiązanie, które łączy konkurencyjną cenę z wysoką skutecznością. Nasz system umożliwia wczesne wykrywanie nadjeżdżających pociągów oraz szacowanie ich parametrów ruchu na podstawie złożonej analizy danych drganiowych, pozyskiwanych m.in. z torów kolejowych.
Zespół projektowy: Mariusz Markiewicz (z lewej) i Franciszek Bartosik podczas pomiarów terenowych z użyciem drezyny na terenie historycznej Parowozowni Skierniewice
foto: arch. autorów
Szyny jako nośnik informacji
Nasze badania wskazują, że kierowcy mają duże zaufanie do własnych zmysłów. Wierzymy, że wzrok i słuch w zupełności wystarczą, by w porę dostrzec zagrożenie na niestrzeżonym przejeździe. W przypadku przejazdów strzeżonych rzadko zaś zastanawiamy się, czy systemy zabezpieczeń działają prawidłowo. To przekonanie zderza się jednak z wymową statystyk wypadków: kierowcy wciąż wjeżdżają wprost pod nadjeżdżające pociągi. Okazuje się, że nasze zmysły nie zawsze pozwalają odpowiednio wcześnie rozpoznać zagrożenie. Tymczasem fizyka podsuwa zupełnie inne rozwiązanie.
Warto zwrócić uwagę, że stalowe szyny działają – w pewnym uproszczeniu – jak doskonały falowód. Dzięki temu fale mechaniczne mogą rozchodzić się na duże odległości, znacznie szybciej niż sygnały akustyczne w powietrzu. Na przechwytywaniu i analizie tych sygnałów opiera się nasz projekt. Prototyp, nazwany Systemem Ostrzegania Przed Pociągiem (SOPP), analizuje w czasie rzeczywistym dane drganiowe, wykrywając zdarzenia związane z ruchem kolejowym na długo przed tym, zanim pociąg stanie się widoczny dla obserwatora.
Od pomysłu do prototypu
Zauważyliśmy, że na rynku brakuje rozwiązania, które byłoby jednocześnie niezawodne i tanie we wdrożeniu. Chodzi przede wszystkim o niestrzeżone przejazdy kolejowe, ale również o miejsca, w których brakuje narzędzi pozwalających na bieżąco weryfikować działanie innych systemów automatycznego ostrzegania. Zamiast rozbudowywać kosztowną infrastrukturę, postanowiliśmy „wsłuchać się” w to, co pozostaje poza zasięgiem naszych zmysłów. Udział w projekcie „Uczelnie Przyszłości” umożliwił nam przekształcenie tej koncepcji w działający prototyp. Udało nam się osiągnąć piąty poziom gotowości technologicznej (TRL 5), a rozwiązanie zgłosiliśmy do Sekcji Rzeczników Patentowych Politechniki Łódzkiej w celu objęcia go ochroną i umożliwienia dalszych prac badawczo-wdrożeniowych.
Od sygnału do ostrzeżenia
Detekcja drgań z odległości kilku kilometrów wymaga precyzyjnego doboru sprzętu pomiarowego, odpowiedniego kondycjonowania sygnału analogowego oraz zastosowania cyfrowych metod filtracji. Przejeżdżający pociąg generuje charakterystyczną sygnaturę drganiową, którą należy wyodrębnić z szumów i zakłóceń pochodzących z otoczenia, takich jak hałas ruchu drogowego, podmuchy wiatru czy drgania sejsmiczne.
Opracowanie systemu wymagało połączenia kilku obszarów kompetencji: projektowania toru analogowego, tworzenia autorskich metod cyfrowego przetwarzania sygnałów oraz zastosowania technologii uczenia maszynowego.
Największym wyzwaniem była dla nas precyzyjna analiza zebranych danych i eliminowanie fałszywych sygnałów. Praca nad projektem pozwoliła nam zgłębić zagadnienia związane z fuzją danych pochodzących z różnych czujników oraz wykorzystać zaawansowane algorytmy. To niesamowite uczucie, gdy po wielu godzinach pisania kodu i lutowania układów nasz prototyp po raz pierwszy bezbłędnie zidentyfikował pociąg z odległości, z której człowiek nie jest jeszcze w stanie go usłyszeć.
Interdyscyplinarne spojrzenie na problem
Wierzymy, że o sukcesie projektu decyduje również nieszablonowe podejście do problemów inżynierskich. W tworzeniu koncepcji przydaje się szeroka perspektywa – od precyzyjnej elektroniki, po analizę zachowań kierowców i aspektów etycznych związanych z bezpieczeństwem publicznym.
Udział w inicjatywie „Uczelnie Przyszłości” był kluczowym impulsem. Przejście od pomysłu do działającego prototypu wymagało nie tylko wiedzy technicznej, ale też odpowiedniego zaplecza.
Trzeba dodać, że możliwość budowania i testowania prototypu w rzeczywistych warunkach diametralnie zmienia podejście do nauki. Ten projekt dał nam wyjątkową szansę zmierzenia się z problemem, którego rozwiązanie może mieć realny wpływ na społeczeństwo. Zrozumieliśmy, że współczesna inżynieria to nie tylko kwestie techniczne, lecz przede wszystkim tworzenie rozwiązań, które mogą ratować ludzkie życie.
Co dalej?
Obecnie podejmujemy działania zmierzające do objęcia wynalazku ochroną prawną, dostrzegając jego duży potencjał komercjalizacyjny. Równolegle opracowujemy strategię dalszego finansowania projektu. Kto wie, być może już niedługo przed niestrzeżonymi przejazdami kolejowymi pojawią się urządzenia ostrzegające kierowców o nadjeżdżających pociągach, opracowane przez studentów Politechniki Łódzkiej.
