Registro de trenes: Panorama actual

Los modernos sistemas de registro de trenes se basan en diferentes planteamientos. Franz Pointner, director de Frauscher RAMS, analiza diversas posibilidades según su idoneidad para cumplir los requisitos actuales.

Las posibilidades digitales cambian los conceptos del registro de trenes.Las posibilidades digitales cambian los conceptos del registro de trenes.

¿Cuáles son las misiones principales de los sistemas de señalización? Deben asegurar una gestión operativa efectiva y evitar colisiones y descarrilamientos. Para ello, estos sistemas necesitan sobre todo una cosa: información lo más actualizada y fiable posible sobre todos los trenes que se encuentran en las secciones de vía supervisadas. Para este fin se utilizan sistemas de registro de trenes. Estos confirman la presencia de un tren y actualizan permanentemente los datos sobre su posición. De este modo, los sistemas de registro de trenes permiten mantener el funcionamiento seguro y eficiente y transmitir información relevante también a los pasajeros y otras personas, por ejemplo, a los trabajadores en la vía.

Diversos requisitos

A partir de las experiencias prácticas, se puede definir toda una serie de requisitos para estos sistemas. Entre ellos está, por ejemplo, el cumplimiento de los requisitos técnicos previos para poder detectar los trenes parados y en movimiento, así como su integridad conforme a las normas de seguridad de CENELEC o SIL 4. Otro factor importante es también la velocidad del registro, especialmente en el área de los pasos a nivel. La exactitud local con la que se registran los trenes en el punto preciso desempeña un papel importante, por ejemplo, en las estaciones y los trabajos de maniobras. Las posibilidades para la detección y el aviso de rotura del raíl son también significativas. Las funciones automáticas o inteligentes que realizan sobre todo actividades repetitivas pueden prevenir errores humanos. Otros de los factores determinantes son la elevada disponibilidad, la facilidad de mantenimiento, una estructura de costes atractiva y la minimización del riesgo para el personal.

El sistema que finalmente elija el operador es algo que dependerá siempre de sus requisitos estratégicos. Porque, dada la diversidad de los diferentes factores, es improbable que un solo sistema pueda cubrir adecuadamente todos los parámetros. Más bien, cada solución demuestra tener puntos fuertes especiales –aun cuando el objetivo de todos los desarrollos debe ser responder a una gran parte de los requisitos.

[véase Marc Antoni | Director of the Rail System Department, UIC: What will digitization bring for train detection? – Paper at Wheel Detection Forum 2017, pp. 1-2]

Estado de la técnica

Los contadores de ejes proporcionan datos fiables y precisos utilizando
sensores de rueda inductivos.Los contadores de ejes proporcionan datos fiables y precisos utilizando sensores de rueda inductivos.

Actualmente los contadores de ejes y los circuitos de corriente de vía representan el estado de la técnica para el registro de trenes. Con ambos enfoques ampliamente establecidos, no es necesario aportar una descripción más detallada de su funcionamiento. Teniendo en cuenta su alta disponibilidad y gracias a los costes de ciclo de vida considerablemente más bajos, en comparación con los circuitos de corriente de vía, los contadores de ejes siguen ocupando un lugar predominante en todo el mundo. Probablemente sea la más sostenible de las dos tecnologías. Sin embargo, ambos sistemas son aptos en principio para la comunicación del aviso de libre/ ocupado de una sección de vía. No obstante, detectan el tren solo en secciones de vía limitadas y no permiten el seguimiento continuo de los trenes.

Tendencia: seguimiento de trenes continuo

Son justamente estos sistemas de registro de trenes continuo los que resultan más atractivos para muchos operadores ferroviarios, porque hacen posibles unas frecuencias de seguimiento de ejes más altas, lo que permite un mejor aprovechamiento de los tramos. En este contexto, se ha desarrollado ya toda una serie de nuevos planteamientos para el registro y la transmisión de los datos correspondientes. Además de la función de registro de trenes continuo, estos sistemas a menudo tienen también el objetivo de reducir el número de componentes montados en la vía.

Entre estas soluciones están el European Train Control System Programm (ETCS) y otros sistemas basados en la localización por satélite, la comunicación Train-to-Train o la detección mediante fibra óptica, así como en la combinación de estas y otras tecnologías.

European Train Control System ETCS

Los niveles 1 y 2 del ETCS combinan equipos de a bordo e instalaciones en la vía. Estas últimas dejarán de ser necesarias en el nivel 3.Los niveles 1 y 2 del ETCS combinan equipos de a bordo e instalaciones en la vía. Estas últimas dejarán de ser necesarias en el nivel 3.

El ETCS incluye tres fases del sistema que, dado que sus conceptos existen desde hace tiempo, se pueden incluir también entre los métodos de registro de trenes establecidos. Se basan en una combinación de innovadores equipos de a bordo para trenes y la comunicación entre los diferentes componentes del sistema operativo a través de redes inalámbricas.

Con el ETCS, cada vehículo de vía necesita antenas para la radiocomunicación: para el intercambio de datos con balizas o bucles y para aparatos de medición de la distancia como, por ejemplo, los sistemas odométricos o los radares Doppler. Además, los trenes están equipados con su propio ordenador, el European Vital Computer (EVC), que calcula el perfil de velocidad, almacena datos de trenes y de líneas y controla el funcionamiento. La emisión de la información recopilada para el conductor del tren se produce a través de una interfaz conductor-máquina (Driver Machine Interface, DMI).

Las balizas transmiten información a los trenes que circulan por ellas.Las balizas transmiten información a los trenes que circulan por ellas.

En la vía, los sistemas ETCS necesitan balizas, que se montan en la vía y transmiten los datos almacenados a los trenes que circulan por ellas. Para cada señal, se necesitan siempre dos balizas para reconocer el sentido de marcha. Además, el sistema requiere torres de difusión para la comunicación basada en GSM-R con el Radio Block Centre (RBC).

Si bien para ETCS nivel 1 y 2 se utilizan también otros sistemas de seguridad en la vía, como contadores de ejes, el objetivo del desarrollo del nivel 3 es poder renunciar en gran medida a este tipo de componentes. La inclusión del posicionamiento por satélite permite, además, establecer balizas virtuales. De este modo, sería posible reducir el número de eurobalizas físicas en la vía.

Las secciones de bloqueo fijas se sustituirían por los denominados Moving Blocks, que permiten el control fluido de las distancias entre trenes y con ello –al menos en teoría– la circulación a la distancia de frenado absoluta. A través del RBC, cada tren transmite su propia posición y recibe de vuelta información sobre la posición del tren que tiene por delante. De ello se deriva la posibilidad de control óptimo del frenado y la aceleración. Mediante el DMI se muestra la distancia hasta el siguiente punto de frenada, la velocidad y la reducción de la velocidad calculada dinámicamente.

Sistemas basados en satélite

Los trenes localizados por satélite cuentan con un equipo de a bordo adicional y comunican su posición actual al Traffic Control Centre.Los trenes localizados por satélite cuentan con un equipo de a bordo adicional y comunican su posición actual al Traffic Control Centre.

Un punto crítico citado a menudo en relación con el programa ETCS son los costes del equipamiento que requieren los trenes. A la vista de la creciente demanda de alternativas económicas al registro de trenes continuo, la UE promovió también proyectos de investigación como, por ejemplo, SATLOC. Se trata de una solución de localización de trenes basada en el sistema global de navegación por satélite (GNSS) y en las redes móviles terrestres públicas, que se desarrolló y sigue desarrollándose especialmente para tramos con condiciones operativas simplificadas. En este sistema se fusionan el Radio Block Centre (RBC) utilizado en el ETCS y el Control Centre para formar un Traffic Control Centre (TCC).

Los vehículos de vía se localizan mediante GNSS, odómetros y balizas, y transmiten los datos correspondientes a través de las redes móviles terrestres públicas al centro de operaciones. De este modo, los sistemas de registro de ejes y los dispositivos de señalización han quedado prácticamente obsoletos. La comunicación se realiza mediante módems de telefonía móvil con SIM dual, lo que permite utilizar una segunda red y, de este modo, aumentar la disponibilidad.

Se han realizado ya pruebas de funcionamiento con éxito en un tramo de pruebas con buenas condiciones para el registro de los vehículos de vía por satélite y comunicación a través de redes móviles terrestres. El sistema trabaja conforme al Sistema Europeo de Gestión del Tráfico Ferroviario (European Rail Traffic Management System, ERTMS) y es compatible con los modos ETCS y los telegramas ETCS necesarios.

El «Train Integrated Safety Satellite System» 3InSat tiene también el objetivo de reducir los componentes en la vía. Con él, se podría prescindir, por ejemplo, de una gran parte de las balizas físicas, gracias al uso de SatNav y SatCom. En su lugar, se crearía una solución de seguimiento de trenes basada en satélite que se podría integrar en sistemas ERTMS. Esto haría que estos sistemas fueran más asequibles, especialmente para las líneas menos frecuentadas, como las de los ferrocarriles locales y regionales y las rutas de transporte de mercancías.

Una presentación de Ansaldo STS sobre este tema en el Wheel Detection Forum 2017 de Viena dejó entrever cómo están ya de avanzadas estas iniciativas.

Comunicación Train-to-Train a través de la red móvil 5G

Las potentes redes móviles según el estándar 5G permiten la interconexión entre los trenes.Las potentes redes móviles según el estándar 5G permiten la interconexión entre los trenes.

5G es un nuevo estándar de comunicación móvil orientado a un nuevo mercado con nuevos requisitos. Sus objetivos son, entre otros, el uso de rangos de frecuencia mayores en comparación con 4G y otros predecesores, períodos de latencia de menos de 1 milisegundo, la compatibilidad con máquinas y aparatos, así como la disminución del consumo de energía por bit transmitido.

El principio de los vínculos estrechamente combinados debe permitir establecer una unión entre puntos individuales de la red de comunicación y los otros –o potencialmente todos– puntos disponibles al mismo tiempo. De este modo, se pueden establecer también uniones altamente eficientes entre los trenes en circulación. Esto permitiría la transmisión de información sobre velocidad, posición y aceleración a los trenes siguientes. De ello se derivan otras opciones para el enfoque de Moving Block de ETCS nivel 3 descrito anteriormente, por ejemplo en tramos de alta velocidad muy frecuentados.

También es posible proporcionar eficazmente datos sobre posibles fuentes de peligro, obtenidos a través de la comunicación Train-to-X; es decir, la comunicación entre los trenes y cualquier objeto, y transmitidos de forma directa. De esta manera, se pueden optimizar considerablemente los comportamientos de conducción y el funcionamiento de forma general.

Los mayores retos que plantea la introducción de 5G residen en el incremento del volumen de datos, la reducción de la latencia y –algo especialmente decisivo para el sector del ferrocarril– la máxima disponibilidad y seguridad.

Fibra óptica

Utilizando sistemas basados en la fibra óptica para el registro de trenes se reduce al mínimo el coste de adaptación de los trenes.Utilizando sistemas basados en la fibra óptica para el registro de trenes se reduce al mínimo el coste de adaptación de los trenes.

A diferencia de las soluciones descritas hasta aquí, que aspiran a reducir los componentes de vía, los sistemas basados en la fibra óptica tienen como objetivo minimizar los costes de modificación de los vehículos de vía. El origen, el diseño y el inventario técnico de los vehículos de vía no desempeñan ningún papel en el registro, ya que este se realiza únicamente a través del cable de fibra óptica tendido a lo largo de la vía. Para ello solo es necesario enviar impulsos láser por uno de los hilos de este cable. La luz de los impulsos se refleja en numerosos puntos dentro de la fibra óptica, y las reflexiones se registran en la unidad emisora.

Si se producen ondas vibratorias o acústicas en la fibra, la luz reflejada cambia solo mínimamente. De ello se obtiene una signatura que se puede evaluar con los correspondientes algoritmos y asignar a determinados eventos en un lugar concreto. A partir del registro de vehículos de vía que esto hace posible a lo largo de un tramo supervisado, se puede derivar un gran número de informaciones. De este modo, se reduce al mínimo el número de sistemas y componentes necesarios para el registro de trenes continuo, al tiempo que se incrementa de forma significativa la eficiencia operativa y la interoperabilidad.

Conclusión

Todos los planteamientos aquí descritos tienen el potencial de aumentar la frecuencia de seguimiento de trenes en determinados tramos, ya sea como solución individual o en combinación con otras tecnologías. Según las propiedades y los costes, los diferentes conceptos son adecuados para su aplicación en diferentes segmentos, como corredores para el transporte de mercancías, líneas muy transitadas o líneas secundarias con un bajo volumen de tráfico.

Especialmente en la periferia de áreas sensibles, como, por ejemplo, en pasos a nivel o estaciones, donde varias filas de carril transcurren en paralelo, en todas las opciones aquí descritas quedan aún varias cuestiones por aclarar. Estas son, en particular, las relativas a las normas aplicables sobre seguridad. También hay que satisfacer los requisitos de redundancia, precisión y disponibilidad. En definitiva, hay que afrontar aún una serie de retos para el desarrollo de nuevos sistemas de registro de trenes.

Sin embargo, los avances son claramente perceptibles, sobre todo gracias a la creciente digitalización del sector ferroviario. Los impulsos provienen también desde fuera de la industria ferroviaria, por ejemplo con las nuevas posibilidades para el registro y, especialmente, la transmisión de datos.

En vista de esta dinámica y de la diversidad del tema, las demandas a los operadores e integradores de sistemas serán importantes en el futuro. Se deben ocupar del punto crítico de los criterios de seguridad y la rentabilidad analizando específicamente los puntos fuertes y débiles de los diferentes planteamientos –en el caso del ETCS, de sus niveles de desarrollo. En este sentido, pueden elegir, según sus requisitos individuales, el enfoque más adecuado en cada caso, como las frecuencias de trenes reales o previstas, el estado y la situación de la infraestructura de vía, las particularidades geográficas y otros requisitos.

La estrecha colaboración entre fabricantes de componentes, integradores de sistemas y operadores ferroviarios será más importante que nunca, porque solo así será posible enfrentarse a los complejos retos del triángulo formado por las posibilidades técnicas, los requisitos normativos y los parámetros individuales.

Franz Pointner

Franz Pointner

07.03.2018

Tecnologías

2931 palabras

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