Planoverganger

__NUMBEREDHEADINGS__

Planoverganger

Hva er en planovergang

Definisjoner

Planovergang: Krysning av vei og jernbanelinje i samme plan

Midlertidig planovergang:

Usikret planovergang:

Sperret planovergang:

Offentlig vei: Vei som er offentlig eid, det vil si statlig, fylkeskommunal eller kommunal vei.

Veisikringsanlegg (SJT): Bom og/eller lys- og lydsignaler med tilhørende tekniske innretninger. Grind er derimot ikke å regne som et veisikringsanlegg.

Veisikringsanlegg (ORV): Del av signalanlegget som viser signal 56A «Planovergangen kan passeres» mot tog og skift når planovergangen er sperret for veitrafikk, eller som på strekning med ERTMS tillater tog å kjøre forbi planovergangen når den er sperret for veitrafikk.

Planovergangsvakt: Den som ved feil på et veisikringsanlegg enten betjener anlegget manuelt eller sperrer planovergangen og viser signal til tog som skal passere.

Veifarende: Alle som benytter seg av veien som krysser planovergangen, f.eks. motorvogn, syklende og gående

Sikker passering: Først og fremst at de veifarende skal ha en reell mulighet til å undersøke om planovergangen er klar eller om det kommer et tog. Dette kan f.eks. sikres gjennom gode siktforhold, lyd- og lyssignaler osv.

Planovergangstyper

Konstruksjonsprinsipper

Planovergang anlegges med dekke utført i følgende materialer:

• gummi
• betong
• asfalt
• tre

De ulike konstruksjonene anvendes i Norge som følger:

• Trelemmer benyttes i private planoverganger med liten trafikk
• Asfaltdekke benyttes i sidespor og terminaler
• Betongelementer og gummielementer benyttes i offentlige planoverganger med større og tyngre trafikk
• Kombinasjoner av elementer av ulike materialtyper nevnt ovenfor kan benyttes i planoverganger med liten trafikk

Planovergangssikkerhet

Sikkerhetstiltak

Hinderdeteksjon

Hensikten med hinderdeteksjon er å forhindre sammenstøt med objekter på planovergang. For at den skal ha en effekt må den veifarende ha stått i ro på planovergangen over en viss tid. Sammenstøt kan forhindres dersom hinderet får mulighet til å flytte seg, eller toget stopper. Sammenstøt kan skyldes kjøretøy som har fått motorstopp på en planovergang eller av andre grunner ikke er i stand til å flyttes raskt. Tiltaket vil derfor ha størst effekt om toget stopper før planovergangen.

For at det skal være mulig å stoppe toget må veien være sperret, og planovergangen være fri når toget er en bremselengde unna planovergangen. Med dagens prosjektering vil hinderdeteksjon kun være aktuelt for planoverganger med helbomanlegg. For dagens planoverganger med lys/lydanlegg og halvbomanlegg kan det ikke utelukkes at det ofte vil finnes kjøretøy på vei over planovergangen også etter at signalene mot tog viser at veien er sperret, og toget må tilsette brems for å kunne stoppe. Ved overgang til ERTMS vil det være mulig å endre kriteriet for når veien anses som sperret på halvbomanlegg dersom hinderdeteksjon ønskes. Dette kan imidlertid føre til flere uønskede bremseinngrep dersom kjøretøy velger å kjøre sikk-sakk forbi bommene. Det vurderes derfor som mest hensiktsmessig å samtidig oppgradere til helbomanlegg dersom hinderdeteksjon skal benyttes.

Typer hinderdeteksjon

Et ideelt hinderdeteksjonssystem trenger å gi en sikkerhetsintegritet som ikke er verre, og ideelt bedre, enn et tradisjonelt veisikringanlegg, forårsake ingen eller minimale forsinkelser på tog på grunn av utstyrssvikt eller falske deteksjoner, være rimelig når det gjelder livsløpskostnader, operere under alle opptredende klimatiske forhold og være praktisk å bruke og vedlikeholde.

Deteksjonssystemet er påkrevd for å bekrefte at en planovergang ikke er blokkert av en person (inkludert små barn eller noen som kan ha falt om) eller av noen gjenstander som kan forårsake skade på et bevegelig tog. Det kreves separate teknologisystemer for å bekrefte at planovergangen er stengt av barrierer eller porter, og bare når deteksjonssystemet igjen har bekreftet at planovergangen er fri for hindringer, kan et tog fortsette over planovergangen. Dette kan oppnås ved å signalere stopp for passerende tog.

Deteksjonssystemet må bekrefte at en person ikke er fanget rett innenfor beskyttelsesbarrierene og ikke bør forveksles av ikke-skadelige ting som parasoller (ikke holdt av en person), pappesker, aviser, tåke, fallende snø eller kraftig regn . Deteksjonssystemet vil bli utsatt for elektriske forstyrrelser fra trekk- og kraftsystemer, samt støv og skitt fra passerende tog. Det må ikke forstyrre togsignal- eller kommunikasjonssystemet og må overholde alle relevante regler for elektromagnetisk kompatibilitet.

Disse kravene er ofte i konflikt med hverandre. For eksempel kan det være mulig for et bestemt system å tilby gode sikkerhetsfordeler, men bare på bekostning av betydelig driftsforsinkelse. Deteksjonssystemet må også ha et grensesnitt mot eksisterende jernbaneinfrastruktur, og ikke påvirke verken rullende materiell eller driftsprosedyrer.

Et hinderdeteksjonssystem kan bruke en eller flere ulike deteksjonssystemer og deteksjonsmetoder, for eksempel den første generasjonen av Network Rails planoverganger med hinderdeteksjonssystemer bruker både radar og laserbilde gjenkjenning og rekkevidde (LiDAR).

Video og termografering

Et planovergang uten signalering mot tog kan bekreftes klar enten ved direkte observasjon eller av en kompetent overvåker som bruker kameraovervåkning. Kan bildebehandlingsteknologi automatisere den menneskelige kontrollen av planovergang?

Et åpenbart problem med bruk av videoteknologi er hva som skjer om natten eller under tåke når det er vanskelig å se, selv med et automatisert system som sannsynligvis ikke er så følsomt for vanskelige lysforhold som en overvåker. Planovergangen vil derfor ha behov for god belysning, selv om dette vil være til liten nytte under tåkeforhold.

Kameraene vil bli overvåket via programvarealgoritmer med piksel-for-piksel-analyse for å identifisere objekter eller personer. Videosystemer kan imidlertid ikke lett detektere massen eller materialegenskapene til et objekt, og kan derfor ikke bestemme viktigheten eller den relative trusselen til et objekt. Derfor kan for eksempel en pappeske eller avis forveksles med et lite barn. Andre vanskeligheter er å kunne identifisere stasjonære gjenstander, og grensene for planovergangen slik at bevegelser rett utenfor planovergangen ikke blir forvekslet med en gjenstand eller person på planovergangen.

Figur: Videodeteksjonsanlegg fra SelectraVision

Termiske bildekameraer kan overvinne noen av disse begrensningene fordi de skaper et skarpt bilde basert på subtile temperaturforskjeller og ikke påvirkes av miljøutfordringer, som total mørke, røyk eller tåke. De trenger ikke noe lys overhodet og kan ikke bli blendet av direkte sollys.

Det kan være et problem med gjenstander uten at noen varmekilde blir stående på planovergangen, for eksempel en ubremset trailer. Imidlertid kan termisk avbildning vanligvis til og med plukke ut denne typen gjenstander på grunn av temperaturforskjeller, så dette kan være en løsning når den kombineres med annen deteksjonsteknologi.

Mikrobølger/LiDAR

Dette er en metode for hindringsdeteksjon basert på mikrobølger. En antenne sender ut et strålesignal til en sender/mottaker. Hvis en gjenstand kommer inn i strålens bane, blir signalet svekket til mottakeren, noe som indikerer dets tilstedeværelse. Med bruk av reflekser og forsterkere er det mulig å produsere en nett av stråler over et område slik at en stråle kan plasseres på tvers av hver planovergangsinngang og diagonalt fra hjørne til hjørne for å dekke hele planovergangen.

Et av verdens første SIL 4-systemer ble installert i Italia og var basert på millimeter bølgelengdestråling. Selv om det var trygt, var systemet veldig følsomt for endringer i temperatur, regn og kondens på sender- og mottakersensorer, noe som resulterte i lav tilgjengelighet. Det var behov for periodiske kalibreringer og vedlikehold, og dette ble forsterket av behovet for et stort antall sensorer for dekning av hele området for planovergangen. Den smale bjelkebredden og det begrensede synsfeltet resulterte i et krav om enda flere sensorer for høye gjenstander.

LiDAR dekker planovergangsområdet med pulser av nærinfrarødt lys som reflekteres fra overflaten til et objekt på planovergangen. De reflekterte pulser kan deretter analyseres for å bestemme dens beliggenhet, retning og hastighet.

Lys har kortere bølgelengder enn radiobølger, noe som betyr at LiDAR har potensialet for større nøyaktighet enn radar. Network Rail brukte LiDAR i sin første generasjon av objektdeteksjonsanlegg for å supplere radaren for å forbedre oppdagelsen av lave objekter. Imidlertid betyr den forbedrede følsomheten også at den har potensial til å være utsatt for små objekter, for eksempel vanndampdråper som utgjør tåke, selv om dette kan dempes med programvarealgoritmer.

Fordi LiDAR trenger lys for å fungere, må utstyret være plassert i et gjennomsiktig hus og er derfor utsatt for vann, skitt og støv på glasset. Dette krever vedlikehold og kan resultere i lav tilgjengelighet. LiDAR har liten strålebredde og et begrenset synsfelt. Derfor kan det være behov for ekstra sensorer for høye og lave hindringer. Noen systemer har mekaniske bevegelige deler som kan resultere i en lav MTBF.

Induksjonssløyfer

En induksjonssløyfe består av en kabel som inneholder en spiraltrådsender/sender (sender og mottaker), anordnet i en sløyfe for å skape et elektromagnetisk felt. Det brukes til å oppdage metallgjenstander, så det er ikke til noen nytte for deteksjon av fotgjengere som vil kreve en annen teknologi. Sløyfen avgir et elektromagnetisk felt og en metallisk gjenstand som kommer inn i det detekterte området forstyrrer feltet og induserer en strøm. Utgangen fra sløyfen mates inn i en prosessor og videre analyse bestemmer hastigheten og størrelsen på objektet som passeres over feltet.

Dessverre er det et økende antall kjøretøy som bruker kompositt- og aluminiummaterialer som gir mindre indusert strøm enn stål, og det er rapportert om problemer med å oppdage lastebiler med høye aksler/bakkeklaring. En annen vanskelighet er å installere og vedlikeholde induksjonssløyfer i overflaten av den kryssende veien.

Strekkmåler

En strekkmåler kan brukes til å måle deformasjonen (belastningen) av et materiale. En strekkmåler kunne installeres i en planovergang og ville oppdage deformasjoner av planovergangslemmen når et kjøretøy kjører over den. Strekkmåleren kan også bruke fiberoptisk teknologi. En strekkmåler skal kunne kalibreres for både kjøretøy og fotgjengere, men kanskje ikke være i stand til å oppdage små barn.

En lignende deteksjonsteknologi er piezometere som er laget av robuste, værbestandige halvledermaterialer og kan legges i planovergangen. Deformasjon av piezometeret forårsaket av vekten av et objekt endrer konduktiviteten, og dette kan analyseres av en detektor for å identifisere tilstedeværelsen av gjenstander.

Piezometre og strekkmålere har potensiale til å være mer pålitelige enn induksjonssløyfer, men å lokalisere detektorene i planovergangen gjør dem vanskelige å vedlikeholde.

Ultralydsensor

Disse er designet for å oppdage tilstedeværelsen av objekter ved endringer i frekvensen av lydbølger. Sensoren avgir ultralydlydpulser som ikke kan høres av det menneskelige øret. Når pulsen når et objekt, reflekteres lyden av overflaten.

Ved en jevn kryssing måtte ultralydsensorer henges over planovergangsområdet og kunne avgi lydbølgene på planovergangen. Flere sensorer ville være påkrevd for å unngå svarte flekker, og på elektrifiserte baner ville utstyret være nær kontaktledningen.

Utstyret vil være mer utsatt for hærverk og skader fra publikum, siden det er mye mer fremtredende ved et kryss enn andre former for påvisning. Det er imidlertid gjort forsøk i USA som karakteriseres som vellykkede ved bruk av en rekke ultralydsensorer som er spredt over et planovergang.

Radar

Denne bruker radiobølger for å oppdage objekter, og det er derfor det kalles radar - radiodeteksjon og rekkevidde. Radardetektoren sender radiobølger over et område og søker etter eventuelle ekko. Hvis et ekko mottas, indikerer dette at en bølge har truffet en overflate av en gjenstand og blitt reflektert tilbake.

Figur: Radar for hinderdeteksjon (IDS)

Ved å analysere ekkoet kan avstanden, posisjonen og hastigheten til et objekt bestemmes. Avstanden til objektet kan identifiseres med tiden det tar for ekkoet å returnere til kilden, eller hvis radaren bruker frekvensmodulering, kan avstanden bestemmes av forskjellen mellom den utsendte frekvensen og ekkoet. Avstanden og retningen kan deretter brukes sammen for å bestemme hvor et objekt ligger innenfor planovergangen. Reflektorer kan installeres på grensene av planovergangen for å få et referansesignal og bruke det til å overvåke statusen til området og selve sensoren.

Figur: Planovergang utstyrt med radardeteksjonssystem (IDS)

Radarsystemer for hinderdeteksjon er utviklet med min. SIL 3-integritet. Disse inkluderer nå systemer med stor signalbredde, så det er ikke behov for flere sensorer for høye og lave hindringer, og som er i stand til å oppdage hindringer som skadelig materiale eller personer (inkludert barn). Radarbaserte systemer er i stand til å påvise gjenstander pålitelig gjennom regn, tåke, snø, hagl, og uten mekaniske bevegelige deler kan de levere høy tilgjengelighet.

En fordel med radar i forhold til andre deteksjonsmetoder er at noen materialer med lav tetthet, for eksempel en tom papirboks, blir ignorert. Bruk av et radar-OD-system vil normalt kreve en radiolisens, men dette betyr at infrastrukturforvalter vil ha eksklusiv bruk av frekvensen og være i stand til å håndtere enhver forstyrrelse.

IDS Ingegneria Dei Sistemi er verdensledende innen leveranse av radarsystemer for en rekke bruksområder og har omfattende forsknings- og utviklingsanlegg. I september 2016 leverte selskapet i samarbeid med Intecs SpA gjennom Stars Railway Systems-konsortiet sitt første planovergangssystem i Nord-Italia. Totalt er mer enn 100 systemer installert og i drift.

Systemet er i stand til å overvåke planoverganger av hvilken som helst form, med normalt bare en sensor som kreves per planovergang. Imidlertid kan opptil fire radarsensorer brukes til å dekke alle geometriforhold. Sensoren er i stand til å operere i alle værforhold og har en forutsagt MTBF lenger enn 10 år. Systemet er i stand til å bli konfigurert til å oppdage objekter fra 100 til 200 mm, så det er en veldig lav risiko for at objekter eller personer (vertikal eller horisontal) ikke blir oppdaget. Erfaringer så langt viser at anleggene fungerer som designet, uten falske alarmer rapportert.

Nytte

For at hinderdeteksjon skal ha en effekt må kjøretøyet ha stått i ro en tid før sammenstøtet. Tabellen nedenfor viser fordeling av disse ulykkene på hendelsesforløp ut fra kategorisering i [Synergi].

Sikring	Sammenstøt med kjøretøy i bevegelse	Sammenstøt med kjøretøy som i ro	Person på planovergang
Helbomanlegg	5	7	6
Halvbomanlegg	9	7	0
Lys/lyd-anlegg	3	1	1

En nærmere gjennomgang av disse tallene viser at ytterligere 3 av hendelsene har vært med kjøretøy som har stått i ro på planovergangen. De siste to hendelsene inneholder ikke tilstrekkelig informasjon om hendelsesforløpet, men det antas at hinderdeteksjon ville kunne forhindre alle sammenstøt med kjøretøy på helbomanlegg der kjøretøyet ikke først har kjørt ned bommen. Dette gjelder en av hendelsene. Det er da 11 hendelser fordelt på 10 år. Det forventes dermed at hinderdeteksjon på alle dagens 121 helbomanlegg vil kunne forhindre i snitt 1,1 sammenstøt per år.

En nærmere gjennomgang av hendelsene viser at det ikke er noen dødsfall eller alvorlig skadde som resultat av disse sammenstøtene, men to lettere skadde i tillegg til materielle skader. Hendelsesforløpet er som regel at personene i bilen rekker å komme seg ut før sammenstøtet. Det kan likevel ikke utelukkes at systemet også vil kunne forhindre dødsfall. Med bakgrunn i hendelsene fra de siste 10 årene antas det at hinderdeteksjon på alle helbomanlegg vil kunne forhindre ett dødsfall per 20. år.

10 av 11 hendelser er med personbil, og den siste er en semihenger. Det antas at hendelser med større kjøretøy i stor grad kan forhindres ved at bommen på helbomanlegg allerede fungerer som en hinderdetektor når den blir hindret i å komme helt ned. Faren for storulykke er dermed allerede redusert, og tas ikke med i analysen som nytte.

For å regne på nytte/kost må de være angitt i samme enhet. Nytten omregnes derfor til kroner. Kostnaden for et sammenstøt uten alvorlig personskade eller dødsfall varierer veldig fra hendelse til hendelse. Ved noen hendelser er toget kun så vidt borti et kjøretøy, mens ved andre hendelser kan det være store skader på både kjøretøy, tog og infrastruktur. I tillegg til kostnadene for materielle skader er det kostnader for forsinkelser og ekstra arbeid som følge av hendelsen.

Gjennomsnittlig kostnad for veitrafikkulykke med kun materielle skader er i den norske verdsettingsstudien fra Transportøkonomisk institutt [TØI rapport 1053C/2010 Den norske verdisettingsstudien Ulykker – Verdien av statistiske liv og beregning av ulykkenes samfunnskostnader] anslått å være kr 30 000,- i 2009, noe som tilsvarer kr 36 000,- 2018-kroner. Det er antatt at gjennomsnittskostnadene for sammenstøt med tog vil være en del høyere enn dette, men hendelsene varierer stort, fra at et tog har kommet borti en støtfanger, til sammenstøt med større kjøretøy. Gjennomsnittlig kostnad settes med bakgrunn i dette til kr 500 000,-. Ett dødsfall omregnes til kr 36 437 000,-. Også dette tallet er fra [TØI rapport 1053C/2010 Den norske verdisettingsstudien Ulykker – Verdien av statistiske liv og beregning av ulykkenes samfunnskostnader], justert til 2018-kroner og avrundet.

Kostnader

Bane NOR har vært i kontakt med Trafikverket i Sverige for å få mer informasjon om kostnader og tilgjengelig teknologi. Hovedbildet er at det finnes ingen god tilgjengelig løsning for hinderdeteksjon i dag. Trafikverket har omtrent 80 anlegg som må skiftes ut, og har siden 2013 jobbet sammen med en leverandør for å få en ny løsning. Løsningen utvikles i henhold til SIL 3, og skal detektere et tysk standardhinder på 1×0,5×0,5 m. Utviklingen har tatt lenger tid enn forventet, og løsningen er ennå ikke godkjent. Det er blant annet problemer med vinterforhold og tilgjengelighet. Testanleggene har i dag mange feil, og feil som krever vedlikehold omtrent hver 14. dag, noe som vil gi uakseptabelt høye vedlikeholdskostnader.

Det som finnes av løsninger som benyttes av andre jernbaneforvaltninger har stort sett en anskaffelseskostnad på 7- 800 000,- SEK per anlegg.

I Sverige finnes også 2 anlegg med laser/lidar-teknologi i drift. Disse anleggene er enkle, og benytter standard industrikomponenter. De skanner kun i ett plan, ca 70 cm over bakken. Anleggene har vært i drift siden 2006, og fungerer godt, men mangler godkjenning, har ikke noe SIL-nivå, og er ikke gjennomført i henhold til RAMS-standarden (EN 50126). Effekten blir også enklere, da de kun vil detektere kjøretøy som står i planet som skannes, og ikke personer eller andre elementer utenfor dette planet. De vil ikke kunne gi noen garanti for at alle hindre blir detektert. Kostnadene for disse er omtrent 80 000,- SEK per anlegg.

I tillegg til kostnader for anskaffelse av anleggene kommer kostnader for tilpasning til veisikringsanleggene, godkjenningsprosess og vedlikehold. Dette vil blant annet kreve en endringsordre i prosjektet for anskaffelse av infrastruktur for ERTMS. Det må også regnes med kostnader knyttet til forsinkelser som følge av feildeteksjoner. Med bakgrunn i dette er det grunn til å anta at kostnadene for er godkjent anlegg med SIL-sertifisering vil bli i størrelsesorden kr 1 500 000,-. Kostnaden for det første anlegget kan antas å være enda større. Dersom et enklere anlegg uten sikkerhetsansvar tas frem anslås innkjøpskostnadene til å bli omkring en tidel, men også dette vil komme i tillegg til kostnader knyttet til anskaffelse og tilpasning.

Nytte/kost

121 anlegg à kr 1 500 000,- med levetid 25 år gir en kostnad på kr 7 260 000,- per år for å utruste alle veisikringsanlegg med helbom med SIL-sertifisert hinderdeteksjon. Nytten blir 1,1 hendelser à kostnad kr 500 000,- per år, og 0,05 hendelser à kostnad kr 36 437 000,- per år, som gir en total nytteverdi på kr 2 371 850,- per år. Nytte/kost blir da 0,33. Høyere kostnad for det første anlegget vil gi enda lavere nytte/kost.

Dersom det viser seg å finnes en enklere løsning til lavere innkjøpspris kan dette gi høyere nytte/kost. Nytte/kost anslås å bli omkring 1 dersom gjennomsnittlig totalkostnad per anlegg med 25 års levetid blir ca kr 500 000,-. Denne verdien må inkludere kostnader knyttet til anskaffelse/utvikling og tilpasning, vedlikeholdskostnader, og kostnader knyttet til og forsinkelser og vedlikehold som følge av eventuell feildeteksjon. Underlag for disse kostnadene mangler i stor grad.

Referanser

Risikovurdering: Forsterkede barrierer for planoverganger med veisikringsanlegg, rev. 15.5.2019, Bane NORs risikoanalysearkiv.

TØI rapport 1053C/2010 Den norske verdisettingsstudien Ulykker – Verdien av statistiske liv og beregning av ulykkenes samfunnskostnader

Artikkelen Obstacle detection for level crossings publisert i Rail Engineer 30.5.2017

Presentasjon av hinderdeteksjonssystem fra IDS datert mars 2020

Info fra SelectraVisions hjemmeside besøkt 29.5.20