Raideliikenteen automaation tilannekuva

Rautatieliikenteen automaatio

Automaatiolla on hyvin keskeinen rooli rautatieliikenteen toiminnassa, sillä junat kulkevat paikasta toiseen automatisoitujen turvalaitejärjestelmien ohjaamina ja liikenteenohjaajien valvomina. Kehittyneimmätkin liikenteen hallinnan ja ohjauksen järjestelmät perustuvat tällä hetkellä kuitenkin vielä siihen, että yksikköä ajaa kuljettaja.

Liikenteen automaation lainsäädäntö- ja avaintoimenpidesuunnitelmassa (LVM 2021) (Ulkoinen linkki) todetaan rautatieliikenteen automaatiosta seuraavasti: 

Junien automaattiajaminen eli ATO (Automatic Train Operation) itsessään ei ole turvallisuuskriittinen järjestelmä, vaan turvallisuuden kannalta kriittiset toiminnot määritellään muissa turvallisuuskriittisissä järjestelmissä. ATO-ratkaisut eivät mahdollista junien liikkumista itsenäisesti ilman sitä tukevaa automaattista junien kulunvalvontajärjestelmää eli ATP-järjestelmää.

Raideliikenteen automaatioluokat jaetaan viiteen eri IEC 62290-1:2014-standardissa määriteltyyn tasoon, missä ensimmäinen GoA0-taso on kuljettajan suorittamaa näkemäajoa. Korkeammat automaatioluokat on standardissa määritelty seuraavan taulukon mukaisesti.

GoA2-tason toiminnoilla junat liikkuvat jo asemien välillä tietokoneen ohjaamana optimoiden muun muassa liikenteen täsmällisyyttä, ratakapasiteetin hyödyntämistä sekä energiatehokkuutta. Edellä mainittujen toimintojen toteuttaminen vaatii uusia toiminnollisuuksia sekä juniin että liikennettä ohjaaviin järjestelmiin. Korkeampien tasojen toteuttamiseksi tulee automaatiojärjestelmään lisätä GoA2-tason ratkaisuun verrattuna vielä esimerkiksi kuljettajaa korvaavia toimintoja ympäristön havainnointiin ja poikkeustilanteiden hoitamiseen.

Suomen rautateiden turvalaitejärjestelmiä on vuosikymmenien aikana otettu käyttöön monessa eri vaiheessa, joten käytössä oleva tekniikka on tekniseltä toteutukseltaan hyvinkin monimuotoista ja -ikäistä. Turvalaitejärjestelmät mahdollistavat sujuvan junaliikenteen. Niiden ensisijaisena tehtävänä on varmistaa rautatieliikenteen turvallisuus ja mahdollistaa häiriötilanteissa rautajärjestelmän ohjaaminen tilaan, jossa liikennöintiä voidaan häiriöstä huolimatta jatkaa turvallisesti.

Rautatieliikennepaikan laitteistoa, kuten vaihteita ja opastimia, ohjataan asetinlaitteella. Lisäksi asetinlaitteen avulla muodostetaan junille turvattua kulkuteitä liikennepaikoilla. Kauko-ohjausjärjestelmillä taas keskitetysti ohjataan eri maantieteellisten rataosien asetinlaitteiden toimintaa.

Junien kulunvalvonta (JKV) -järjestelmä on Suomessa toistaiseksi käytössä oleva kokonaisuus, joka varmistaa sekä rataan että vetureihin asennettujen laitteiden osalta sen, että liikennöinnissä noudatetaan radan nopeusrajoituksia, merkkejä ja opasteita. JKV-järjestelmä varoittaa ja tarvittaessa jarruttaa, mikäli veturinkuljettaja ei reagoi nopeusrajoituksiin tai opastimiin. JKV-järjestelmä alkaa olla käyttöikänsä päässä, mikä on EU-sääntelystä tulevien vaatimusten lisäksi keskeinen syy Digirata-hankkeen edistämiselle Suomessa. Kustannushyötyjä voidaan jatkossa saada erityisesti siitä, että junat liikkuvat rataverkolla ilman radan kiinteitä turvalaitteita.

Digiradan myötä liikenteen tietoturvariskit voivat kasvaa ja kyky liikennöidä merkittävissä häiriötilanteissa laskee. Raideliikenteen automaation ja digitalisoitumisen myötä myös kyberturvallisuusuhat muuttuvat. Käytössä olevia järjestelmiä ei ole suunniteltu kyberturvallisiksi, ja järjestelmien ikääntyminen muodostaa uhan varaosien ja osaamisen saatavuudelle. Toisaalta Digiradan myötä rautatiejärjestelmän operatiivista tietoliikennettä on tarkoitus viedä kaupallisiin radioverkkoihin, mikä voi lisätä uhkatyyppejä ja laajentaa hyökkäyspinta-alaa. Rautatieliikenteen digitalisoitumisen edistäminen on tarpeellista, mutta haasteena on, että kaikkia riskejä ei välttämättä tunnisteta tai saada käsiteltyä. Riskienhallinta edellyttäisi nykytilaan verrattuna korkeampaa resursointia pitkällä aikavälillä, mikä kasvattaa myös kustannuksia. Digiradan toteuttaminen lisää riippuvuutta digitaalisten laitteiden saatavuudesta, mikä voi heikentää kykyä liikennöidä merkittävissä häiriötilanteissa tai poikkeusoloissa. Tulevaisuuden ennakointi on haastavaa, koska Digiradassa ollaan EU-tasolla edelläkävijöiden joukossa, erityisesti kaupallisen radioratkaisun osalta.

EU:n sääntelyn keskeinen asema rautatieliikenteen automaatiossa

Rautatieliikenteen automaation kehittymisen osalta tärkeimpiä kokonaisuuksia ovat eurooppalainen rautatieliikenteen liikenteenohjausjärjestelmä ERTMS (European Rail Traffic Management System) sekä radioverkkopohjainen eurooppalainen junakulunvalvontajärjestelmä ETCS (European Train Control System). Myös Suomen rataverkon tulee olla yhteentoimiva ERTMS-järjestelmän kanssa, koska Suomen rataverkko on osa eurooppalaista rautatiealuetta ja sillä tapahtuva toiminta kuuluu EU:n sääntelyyn piiriin. Tällä hetkellä on käynnissä EU:n komission ohjaama ja Euroopan rautatievirasto ERA:n koordinoima yhteentoimivuuden teknisten eritelmien tarkastaminen ja uudistaminen. Tämä on keskeinen automaation edistämisen säädöshanke. Yhteentoimivuuden tekniset eritelmät sisältävät komission päätöksinä ja asetuksina annettua yksityiskohtaisempaa teknistä sääntelyä rautatiejärjestelmän eri osajärjestelmistä – esimerkiksi turvalaitteista, kalustosta ja infrastruktuurista. Niiden päivittäminen hyväksyttiin komissiossa syyskuussa 2023.

Tärkeä osa tulevaa eurooppalaista rautatieliikenteen liikenteenohjauksen kokonaisuutta (ERTMS) on uusi rautateiden viestinnässä käytettävä radioverkkojärjestelmä FRMCS (Future Railway Mobile Communication System). EU edellyttää jäsenmaitaan siirtymään junien viestinnässä uuden FRMCS-verkon käyttöön. Suomen tavoitteena on hyödyntää kaupallisia matkaviestinverkkoja rautateiden liikenteenohjauksessa erillisten tietoliikenneverkkojen sijaan.

Rautatieliikenteen automaation kehityssuunta

Suomen rautatieliikenteen automaation kannalta keskeistä työtä tehdään Digirata-hankkeessa, jossa korvataan nykyisin käytössä oleva junien kulunvalvontajärjestelmä (JKV) eurooppalaisella junakulunvalvontajärjestelmällä (ETCS). ETCS:n myötä rataverkolla voidaan muun muassa siirtyä pistemäisestä junankulunvalvonnasta ns. liikkuvan suojastuksen periaatteeseen ja luopua radan varressa olevista opastimista. Tämä mahdollistaa mm. rataverkon kapasiteetin lisääntymisen, suuremmat matkustaja- ja tavaramäärät raiteilla, paremman palvelutason sekä häiriöiden määrän vähenemisen. Rautateiden automaation toteuttamisen kokonaisuuteen liittyy ETCS:n lisäksi keskeisesti myös aiemmin tässä tekstissä mainittu rautateiden radioverkkojärjestelmä (FRMCS).

Digirata-hanke on Suomen rautatiejärjestelmän kannalta todella merkittävä hanke, jonka edistämiseksi tehdään yhteistyötä laajasti eri toimijoiden kesken. Hanketta edistetään vaiheittain. Tavoitteena on, että junien kulunvalvonta kaupallisia matkaviestinverkkoja hyödyntämällä on täysin uudistettu vuoteen 2040 mennessä.

Automaatiota edistetään raideliikenteessä myös muutoin. Raideliikennelakiin (1302/2018) sisällytettiin kesällä 2022 186 § testi- ja pilottihankkeista. Tätä pykälää voidaan hyödyntää muun muassa silloin, jos suljetulla rataverkolla tai sen osalla on tarkoitus käynnistää ilman kuljettajaa tapahtuvan autonomisen junaliikenteen testi- tai pilottihanke. Hankkeesta tulee ilmoittaa Liikenne- ja viestintävirastolle, ja sen yhteydessä on toimitettava testi- tai pilottihanketta koskeva suunnitelma. Koska säädösmuutos koskee lähtökohtaisesti vain suljetulla rataverkolla – eli alueella, johon muut toimijat eivät voi yhtä aikaa päästä – testaamista, on pykälän soveltamisala vielä varsin pieni. Tähän liittyen olisikin hyödyllistä tehdä kattavampi selvitys siitä, millä edellytyksin autonominen liikenne olisi mahdollista ns. yleisellä rataverkolla.

Autonomisen junaliikenteen edellytyksiä selvitetään parhaillaan mm. yhdessä kotimaisessa hankkeessa, jonka tavoitteena on synnyttää uudenlainen, autonominen raidelogistiikka teollisuuslaitosten tai terminaalien sisäiseen liikenteeseen ja kasvattaa sitä kautta rautatiekuljetusten määrää. Hankkeen yhteydessä kehitetään sekä teknisiä järjestelmiä että testataan muun muassa nykyisin käytössä olevien osajärjestelmien valmiutta autonomiseen junaliikenteeseen. Hankkeen sivutuotteena saadaan myös tarpeellisia lisätietoja esimerkiksi sääntelyn kehittämisen tarpeesta.

Kaupunkiraideliikenteen automaatio

Metro- ja raitiotieliikenne ovat kaupunkialueiden ympäristöystävällisiä liikennemuotoja ja siten tulevaisuuden liikenneratkaisuja. Raitiotieliikenteessä automaation kehittäminen on haasteellisempaa kuin metrossa, koska raitiotiet kulkevat suurelta osin muun liikenteen joukossa eivätkä metron tapaan täysin erillisellä verkolla.

Suomessa raitiovaunuliikenteen automaatio on vielä melko matalalla tasolla, mutta kiinnostusta automaation kehittämiseen on kuitenkin myös raitioliikenteessä raitiovaunujärjestelmien tehokkuuden ja turvallisuuden lisäämiseksi. Esimerkiksi SmartTram- ja Lyyli Living Lab -hankkeissa on Tampereella kehitetty matkustajapalveluita ja samalla teknologiaa kohti autonomisia ratkaisuja.

Raitiovaunuliikenteen automatisoinnissa on edistytty pitkälle mm. Hampurissa, jossa on otettu käyttöön automatisoitu raitiovaunu. Kuljettaja on edelleen junassa ja voi ohjata junia manuaalisesti rataosuuksilla, joita ei ole varustettu tarvittavalla ohjaustekniikalla. Kaikki muut toiminnot, kuten käynnistys, kiihdytys, hidastus, pysäytys ja vaihtotyöt ovat täysin automatisoituja.

Metroliikenteessä ei olla näillä näkymin siirtymässä täysautomaattiseen ajoon Helsingissä ja Espoossa. (Ulkoinen linkki)

Selvitys raitiovaunun ovien turvallisuudesta automaatioasteen kasvaessa

Osana kansallista SmartRail2-ekosysteemiä on toteutettu hanke, jossa analysoitiin raitiovaunujen ovien turvallisuutta. Hankkeeseen liittyvässä raportissa esiteltiin kaksi eri analyysia, joissa tunnistettiin ja analysoitiin lisääntyneen automaatiotason (GoA1:stä GoA4:ään) vaikutuksia raitiovaunujen automaattiovien käyttöön ja niiden toimintaan.

Analyysien tulokset osoittivat, että osa ovien toiminnoista soveltuu jo tällä hetkellä GoA4-automaatiotasolle: ovet eivät avaudu raitiovaunun ollessa liikkeellä ja ne tunnistavat ovien välissä olevia esteitä. Tunnistettuja kehityskohteita korkeammalle automaatiotasolle siirryttäessä olivat mm. toiminnot, jotka varmistavat esteettömyyden ja turvallisen sisään- ja ulospääsyn kaikille matkustajille – huomioiden erityisesti matkustajat, jotka kulkevat hitaasti, käyttävät rullatuolia tai joilla on liikunta- tai näkörajoitteita. GoA4-tasolle siirryttäessä tulisi lisäksi varmistaa poikkeus- ja hätätilanteiden hallinta (esim. turvallisen evakuoinnin varmistaminen ja ovijärjestelmiin liittyvien häiriöiden hallinta etänä).

Hankkeessa tunnistettiin, että ovijärjestelmät ovat vain yksi osa raitiovaunujen toimintaa. Siten olisi tärkeää, että automatisoidun raitiovaunuliikenteen edistämisen tueksi tehdään myös muita turvallisuusanalyyseja, jotka kattavat laajasti raitiovaunujärjestelmän eri osia ja toimintoja sekä ympärillä olevan liikennejärjestelmän. Korkeampien GoA-tasojen on tunnistettu tuovan mukanaan mm. muutoksia olemassa oleviin toimintaperiaatteisiin, uusia rooleja henkilöstölle sekä uudenlaisia turvallisuusriskejä.