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GSM-R: l'ultima frontiera delle comunicazioni ferroviarie

ERTMS: il treno del futuro

 

In futuro la tecnologia GSM ci accompagnerà indirettamente anche durante i nostri viaggi in treno. Tra qualche anno i telefoni GSM faranno parte dell’equipaggiamento base di tutti i treni di nuova progettazione. Sarà così possibile uno scambio continuo di dati ed informazioni tra treno e terra. Il loro utilizzo renderà più veloce ed efficiente il trasporto su rotaia.

Oggigiorno il trasporto ferroviario è sicuramente inadeguato e tecnologicamente obsoleto. Il materiale rotabile, sia locomotori che vagoni, spesso hanno un’anzianità di servizi di parecchie decine d’anni e le linee, progettate quasi un secolo fa, non permettono ai moderni convogli di viaggiare sfruttandone in toto le potenzialità.

Lo scenario è però destinato a cambiare radicalmente nei prossimi anni con l’introduzione delle linee ad alta velocità. I treni super veloci consentiranno di abbattere letteralmente i tempi di percorrenza a cui siamo abituati oggi, rilanciando i treni come mezzo di trasporto alternativo all’aereo. Già oggi in Francia i moderni TGV Thalys, prodotti dalla francese Alstom, permettono di raggiungere Bruxelles da Parigi in poco più di un’ora coprendo i circa 300 km che le separano ad un velocità prossima ai 280 km/h. E’ facile prevedere che la prossima generazione di High Speed Trains possa agevolmente superare i 400 km/h.

Non è però pensabile che simili prestazioni siano ottenibili senza un radicale ammodernamento di tutte le infrastrutture ferroviarie coinvolte. Si pensi che a 400 km/h un treno percorre ogni secondo oltre 100 m ed i tempi di reazione in caso di emergenza diventano strettissimi. Era quindi necessario iniziare a sviluppare delle nuove apparecchiatura che aiutassero il macchinista a condurre il treno in tutta sicurezza anche a velocità elevate.

Fino ad ora in Europa ogni singola rete ferroviaria ha stabilito quali dovessero essere i suoi sistemi di segnalamento. Il progetto Ertms ha lo scopo di superare tale situazione sviluppando un sistema europeo comune. Ciò consentirà ai treni di transitare sulle reti ferroviarie dei vari paesi senza dover cambiare i meccanismi di segnalamento. Al giorno d’oggi il macchinista non necessariamente al corrente dei regolamenti specifici del paese, deve essere sostituito; a volte è necessario sostituire anche le locomotive. In futuro grazie ad Ertms sarà necessario soltanto un tipo di apparecchiatura.

Prima di illustrare le prospettive future per il trasporto ferroviario, è importante introdurre a grandi linee cosa si intenda per segnalamento ferroviario e quale sia "il suo stato dell’arte" in questi giorni.

Per assicurare un servizio regolare e sicuro è necessario che il macchinista sia adeguatamente informato sulla distanza da percorrere e sulla velocità che può essere mantenuta. È inoltre necessario tenere in considerazione la distanza di frenatura, relativamente lunga nel caso di servizio ad alta velocità. La procedura convenzionale è quella di usare i segnali fissi di linea per fornire al macchinista indicazioni riguardanti lo spazio libero e la massima velocità consentita, esattamente come avviene per il normale traffico automobilistico.

Col passare del tempo sono stati introdotti sistemi di controllo della marcia del treno più sofisticati, al fine di integrare e sostituire completamente i segnali di linea. Il sistema di Controllo Automatico del Treno (ATC, Automatic Train Protection) ha come principale scopo l’integrazione del sistema di segnalamento di linea, per garantire che il macchinista rispetti le indicazioni dei segnali. Il sistema normalmente non interviene se la guida è corretta, interviene invece sempre per fermare il treno prima di un punto pericoloso, nel caso di errato comportamento del macchinista stesso.

L’obiettivo dei più recenti sviluppi del sistema di controllo treno consiste nell’installazione a bordo di alcuni dispositivi per la localizzazione del treno e per il controllo della sua integrità. Dispositivi che forniscano al macchina informazioni aggiuntive, quali ad esempio la visualizzazione della massima velocità ammessa in una certo punto della tratta.

L’efficienza e l’affidabilità di questi sistemi dipendono dal tipo di trasmissione dati utilizzato tra terra e treno. Attualmente si ricorre ad una trasmissione di tipo discontinuo, cioè attivata solo nel momento in cui il treno passa sulla corrispondente apparecchiatura di binario. Il sistema radio digitale sta però aprendo nuovi orizzonti fornendo la possibilità di realizzare con relativa semplicità una trasmissione di tipo continuo tra terra e treno.

E’ importante ricordare che per velocità inferiori ai 160 km/h, l’uso della ripetizione del segnalamento in cabina è opzionale e dipende dalle scelte di esercizio e da fattori tecnici e finanziari, mentre per velocità più alte il suo uso è obbligatorio poiché in generale non è possibile vedere i segnali di linea per un tempo adeguatamente lungo.

Poiché, in Europa, non esiste uno standard comune per ATC, fino ad oggi ogni Ferrovia ha deciso per proprio conto, basandosi su scelte concordate con enti legislatori e ditte di apparecchiature ferroviarie.

ERTMS si prefigge come obiettivo: superare le limitazioni imposte dall’utilizzo di sistemi di segnalamento diversi nelle singole nazioni europee standardizzando sia le apparecchiature che l'interfaccia uomo-macchina all'interno della cabina di guida (compito non facile sia per le numerose concezioni di tale sistema che per i linguaggi differenti da un paese ad un altro).

ERTMS si basa concettualmente su tre elementi: il sottosistema di bordo, comprendente il complesso delle apparecchiature installate a bordo del locomotore, il sottosistema di terra, controparte del sottosistema di bordo con il compito di gestire il traffico ferroviario, e la rete GSM-R di terra che fornisce la copertura radioelettrica lungo le tratte.


Sistema ERTMS/ETCS

Ciascun treno sarà equipaggiato con uno o più terminali GSM-R. Un computer di bordo, detto Computer Vitale, sorveglierà il corretto e sicuro movimento del treno, scambiando informazioni via radio con le apparecchiature di terra. Data la criticità di questa apparecchiatura per la sicurezza del treno, il suo progetto e la sua realizzazione sono guidati da particolari criteri improntati a garantirne la massima affidabilità. Infine una console posta nel locomotore permetterà al macchinista di interagire con il sistema ricevendo in tempo reale, visualizzati su un display, tutti i dati di viaggio (velocità attuale, massima velocità permessa, posizione del treno, punto di inizio frenata, ecc.). Le informazioni, fornite con un certo anticipo al conducente, ed in particolare la velocità limite, lo aiuteranno ad impostare efficacemente le manovre di frenatura, così che il treno possa mantenere una velocità media elevata, la più alta possibile.

Prima di ogni viaggio verranno scaricate nel computer vitale di bordo tutti i dati utili sulla tratta che il treno andrà a percorrere, ed in particolare il profilo di velocità. Alcuni strumenti installati a bordo forniranno al computer vitale la posizione precisa del treno lungo tratta così che questo possa verificare se la velocità di percorrenza impostata dal macchinista rientri nei limiti di sicurezza; nel caso questi siano superati deve entrare in azione e, agendo sui freni, riportare la velocità al di sotto del limite. In tal modo si garantisce al treno una marcia sicura, lasciando al macchinista il completo controllo del treno, ma, allo stesso tempo, se ne sorveglia "intelligentemente" l’operato.

Ertms si pone però un altro obiettivo molto ambizioso: rendere dinamica e flessibile la gestione del traffico ferroviario. Oggi la marcia del treno è regolata, analogamente al traffico automobilistico, mediante semafori e cartelli indicatori posti a lato del binario. Ciò consente al centro di controllo del movimento ferroviario di rallentare o accelerare la marcia di un treno in funzione del traffico presente in quel momento sulla linea (ad esempio penalizzando un treno locale per farlo sorpassare da un treno "veloce", magari in ritardo). Gli ordini non sono però impartibili istantaneamente, in tempo reale, ma solo a tempi discreti, cioè solo in concomitanza con il passaggio del treno in prossimità dei semafori di binario. Non é invece possibile trasferire informazioni da bordo a terra.

Sfruttando la comunicazione radio GSM-R tra terra e treno diventa semplice ed istantaneo ricevere informazioni da bordo ed inviare ordini da terra. I centri di controllo del traffico possono così ricevere con regolarità informazioni (quali posizione, velocità, eventuale ritardo, ecc.) da tutti i treni in circolazione su una data linea. Tutta questa grande quantità di dati viene elaborata per stabilire il miglior piano di traffico, che ottimizzi sia la capacità della linea che i tempi di percorrenza. I risultati ottenuti sono inviati a ciascun treno così che il computer vitale di bordo possa calcolare a sua volta la giusta velocità da mantenere, nel rispetto delle norme di sicurezza fissate ed in considerazione della distanza dal treno che lo precede. Il macchinista vedrà visualizzato sul display il nuovo limite di velocità imposto dalle attuali condizioni di traffico così come richiesto da terra ed elaborato dal computer vitale. Se non lo rispetterà prontamente sarà ancora una volta il computer di bordo ad intervenire per riportare la marcia del treno entro i limiti imposti.

Il sistema Ertms, quando entrerà pienamente in funzione, porterà una ventata di novità e di tecnologia avanzata in un settore, come quello ferroviario, tradizionalmente obsoleto e poco avvezzo ai cambiamenti e agli ammodernamenti.

Il suo sviluppo ha portato l’industria europea del segnalamento ferroviario in posizione di leadership mondiale. L’adozione del sistema da parte dei maggiori operatori ferroviari europei, sia appartenenti all’Unione Europea che non, ha suscitato l’interessamento anche degli altri operatori mondiali, tra questi quelli di India, Sud Africa, Cina e Stati Uniti. Tale interessamento offre l’opportunità di promuovere Ertms a futuro standard mondiale del trasporto ferroviario.

Il motto "Innovazione attraverso la cooperazione" riassume egregiamente la filosofia che ha accompagnato lo sviluppo di Ertms. La collaborazione tra le maggiori case costruttrici e gli operatori è un chiaro indicatore del processo di rinascita del settore ferroviario sempre più consapevole che il mercato globale del futuro sarà trainato da tre forze: attenzione al cliente, competizione e cambiamento.

 

RIFERIMENTI WEB

ACRONIMI

ATC Automatic Train Control
ATP Automatic Train Protection
EEIG European Economic Interest Group
EIRENE European Integrated Railway Radio Enhanced Network
ERTMS European Rail Traffic Management System
ETCS European Train Control System
ETS European Telecommunication Standard
ETSI European Telecommunications Standards Institute
FIS Functional Interface Specification
MMI Man Machine Interface
MORANE MObile RAdio for railway Networks in Europe
UIC Union Internationale des Chemins de Fer

Per maggiori informazioni sul sistema ERTMS e sullo standard GSM-R potete consultare alcuni capitoli della Tesi di Laurea di Marcello Scatą.