Détection des trains: Un instantané

Les systèmes de détection des trains modernes utilisent différentes approches. Franz Pointner, directeur de la FDMS chez Frauscher, analyse leurs diverses possibilités d’adaptation aux exigences actuelles.

Les opportunités offertes par la digitalisation transforment les concepts de détection des trains.Les opportunités offertes par la digitalisation transforment les concepts de détection des trains.

Quelles sont les tâches principales des systèmes de signalisation ? Ils doivent garantir la gestion efficace de l’exploitation et éviter les collisions ainsi que les déraillements. Pour cela, ces systèmes ont avant tout besoin d’informations aussi précises et fiables que possible sur l’ensemble des trains occupant les sections de voie sous leur surveillance. C’est à cela que servent les systèmes de détection de train. Ils confirment la présence d’un train et actualisent en continu ses données de localisation. De cette manière, les systèmes de détection de train peuvent maintenir la sécurité et l’efficacité de l’exploitation, ainsi que transmettre des informations pertinentes aux passagers et tierces personnes, telles que le personnel de quai.

Exigences diverses

Sur la base des expériences pratiques collectées, de tels systèmes peuvent satisfaire une large gamme d’exigences, par exemple, le respect des exigences techniques de détection de trains stationnaires et en déplacement, ainsi que le contrôle de leur intégrité conformément aux normes de sécurité CENELEC jusqu’au niveau SIL 4. La vitesse de détection même constitue un facteur important. Cela vaut particulièrement aux environs des passages à niveau. La précision de détection et de localisation des trains tient un rôle majeur dans les gares et lors des travaux de manoeuvre. Les fonctions de détection et de signalisation de rupture de rails prennent également de plus en plus d’importance. Les automatismes ou fonctions intelligentes qui prennent principalement en charge des tâches répétitives permettent de prévenir les erreurs humaines. D’autres facteurs déterminants sont la disponibilité élevée, la facilité d’entretien, les tarifs attrayants et la minimisation des risques pour le personnel.

Pour l’exploitant ferroviaire, le choix d’un système plutôt qu’un autre dépend toujours de ses exigences stratégiques. En effet, au vu de la diversité des différents facteurs, on ne peut guère s’attendre à ce qu’un système unique couvre tous les paramètres de manière optimale. Chaque solution présente des points forts particuliers, même si l’objectif de tous ces développements reste de satisfaire un maximum d’exigences.

[cf. : 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]

L’état de la technique

Sur la base des capteurs de roues inductifs, les compteurs d’essieux
fournissent des données fiables et précises.Sur la base des capteurs de roues inductifs, les compteurs d’essieux fournissent des données fiables et précises.

À l’heure actuelle, les compteurs d’essieux et les circuits de voie sont conformes à l’état de la technique de détection des trains. Dans la mesure où ces deux approches sont déjà bien établies, une description précise de leur fonctionnalité serait ici superflue. Au vu de leur disponibilité élevée et de leur coût de cycle de vie considérablement inférieur à celui des circuits de voie, les compteurs d’essieux gagnent du terrain dans le monde entier. Ils peuvent donc être considérés comme la plus durable de ces deux technologies. Les deux systèmes sont parfaitement adaptés à l’émission sécurisée des signaux « libre/occupé » sur une section de voie. Cependant, ils détectent uniquement la présence du train à son arrivée sur une section de voie voisine et ne permettent donc pas le suivi continu des trains.

Tendance : suivi continu des trains

Les systèmes de détection continue de trains revêtent un attrait particulièrement fort pour de nombreux exploitants ferroviaires. Ils permettent d’accroître les cadences de trains et améliorent l’exploitation des voies. Dans ce contexte, une nouvelle série d’approches de la détection des trains et de la transmission des données correspondantes a été développée. Outre la fonction de détection continue des trains, ces systèmes visent souvent à réduire le nombre de composants montés en bordure des voies.

Ces solutions comprennent le European Train Control System Programm (ETCS) et d’autres systèmes basés sur la localisation satellite, la communication train-train ou la détection à fibre optique, ainsi que la combinaison de ces technologies avec d’autres technologies.

European Train Control System ETCS

Les ETCS de niveau 1 et 2 combinent des équipements embarqués et des installations sur voie. Ces dernières doivent être supprimées au niveau 3.Les ETCS de niveau 1 et 2 combinent des équipements embarqués et des installations sur voie. Ces dernières doivent être supprimées au niveau 3.

L’ETCS comprend trois niveaux de système et compte déjà parmi les méthodes de détection de train établies, du fait de ses concepts déjà anciens. Ces méthodes se basent sur une combinaison d’équipements embarqués innovants pour trains et la communication radio des différents composants du système d’exploitation.

Pour l’utilisation de l’ETCS, chaque véhicule ferroviaire doit être doté d’antennes de communication radio : des balises ou circuits d’échange de données, ainsi que des dispositifs de mesure de distance tels que des systèmes odométriques ou des radars Doppler. En outre, les trains doivent être équipés de leur propre ordinateur, l’European Vital Computer (EVC). Celui-ci calcule les profils de vitesse, enregistre les données relatives aux trains et aux voies, et contrôle l’exploitation. La transmission des informations collectées au conducteur du train passe par une interface conducteur-machine (Driver Machine Interface – DMI).

Les balises transmettent des informations aux trains les franchissant.Les balises transmettent des informations aux trains les franchissant.

Les systèmes ETCS nécessitent la présence de balises le long des voies. Celles-ci sont montées sur les voies et transmettent les données enregistrées aux trains les franchissant. Chaque signal nécessite deux balises pour la détection du sens de passage du train. Le système doit également comprendre des tours de transmission pour la communication GSM-R avec le Radio Block Centre (RBC).

Tandis que les systèmes ETCS de niveau 1 et 2 incorporent également d’autres systèmes de sécurité sur voie, tels que des compteurs d’essieux, l’objectif de développement du niveau 3 est d’éliminer la majeure partie des composants correspondants. L’intégration de la fonction de localisation satellite permet, en outre, l’exploitation de balises virtuelles. De cette manière, le nombre d’Eurobalises physiques peut être réduit sur la voie.

Les cantons fixes doivent être remplacés par des cantons mobiles permettant un contrôle fluide des distances entre les trains et, avec cela, leur déplacement dans le respect de la distance de freinage absolue - théoriquement, du moins. Via le RBC, chaque train transmet sa position et reçoit en contrepartie les informations de localisation actuelles du train le précédant. Une commande optimisée des freinages et des accélérations est ainsi rendue possible. La DMI affiche la distance au point de freinage suivant, la vitesse, ainsi que la décélération dynamique calculée du train.

Systèmes satellites

Les trains localisés par satellite sont dotés d’équipements embarqués supplémentaires et communiquent leur position
en temps réel au centre de contrôle du trafic (TCC).Les trains localisés par satellite sont dotés d’équipements embarqués supplémentaires et communiquent leur position en temps réel au centre de contrôle du trafic (TCC).

Une critique fréquente du programme ETCS se rapporte au coût de l’équipement correspondant des trains. Compte tenu de la demande croissante en alternatives économiques permettant la détection continue des trains, l’UE a encouragé des projets de recherche, tels que SATLOC. Il s’agit d’un système de positionnement par satellite international (GNSS) et d’une solution de localisation des trains prenant pour base les réseaux mobiles publics. Il a été spécifiquement développé - et continuera de l’être - pour les voies aux conditions d’exploitation simplifiées. Ce système associe le RBC issu de l’ETCS et le centre de contrôle pour obtenir un centre de contrôle du trafic (Traffic Control Centre – TCC).

Les véhicules ferroviaires se localisent via le GNSS, un odomètre ainsi que des balises, et transmettent les données correspondantes aux centrales d’exploitation via les réseaux mobiles publics. Cette méthode rend largement obsolète les systèmes de détection de train ainsi que les dispositifs techniques de signalisation. La communication passe par des modems cellulaires à double SIM permettant ainsi l’utilisation de deux réseaux et l’accroissement de la disponibilité.

Des parcours réussis ont été effectués sur une voie d’essai aux conditions adaptées à la détection de véhicules ferroviaires par satellite et à la communication par réseaux mobiles. Le système est conforme à l’European Rail Traffic Management System (ERTMS) et prend en charge les modes ETCS nécessaires ainsi que les télégrammes ETCS.

Le « Train Integrated Safety Satellite System » 3InSat vise aussi à réduire le nombre de composants montés le long de la voie. L’utilisation de SatNav et SatCom doit ainsi permettre d’éliminer la majeure partie des balises physiques et de les remplacer par une solution de suivi des trains par satellite pouvant être intégrée aux systèmes ERTMS. Ces systèmes doivent notamment être rendus plus abordables sur des lignes moins fréquentées, telles que les voies ferroviaires locales et régionales ainsi que les liaisons de transport de marchandises.

Une présentation en ces termes d’Ansaldo STS lors du Wheel Detection Forum 2017 à Vienne a laissé présager de l’avancée de ces approches.

Communication train-train via les réseaux 5G

Des réseaux radio puissants conformes à la norme 5G assurent la mise en réseau des trains entre eux.Des réseaux radio puissants conformes à la norme 5G assurent la mise en réseau des trains entre eux.

La 5G est une nouvelle norme de communication mobile destinée à un nouveau marché répondant à de nouvelles exigences. Les objectifs comprennent l’utilisation de plages de fréquences supérieures à celles de la 4G et ses prédécesseurs, des périodes de latence inférieures à 1 milliseconde, la compatibilité avec les machines et les dispositifs, ainsi que la réduction de la consommation d’énergie par bit de transmission.

Le principe des couplages au maillage serré permet de relier simultanément différents points du réseau de communication avec plusieurs, voire tous les autres points disponibles. Il est ainsi possible d’établir des liaisons à haut rendement entre des trains en déplacement, permettant alors la transmission aux trains suivants d’informations sur la vitesse, la position et l’accélération. Il en résulte des options supplémentaires pour l’approche à cantons mobiles de l’ETCS de niveau 3 décrite ci-avant, sur des sections à grande vitesse très fréquentées, par exemple.

Les données relatives à des sources de danger possibles peuvent également être distribuées efficacement. Cette transmission directe passe par la communication train-X – c’est-à-dire la communication entre les trains et des objets. Elle permet d’optimiser considérablement la conduite et l’exploitation.

Les principaux défis posés par l’introduction de la technologie 5G sont l’augmentation du débit de données, la réduction des périodes de latence ainsi que l’optimisation de la disponibilité et de la sécurité particulièrement importantes pour le secteur ferroviaire.

Fibre optique

L’utilisation de systèmes à fibre optique pour la détection des trains permet de minimiser les coûts de rééquipement de ces derniers.L’utilisation de systèmes à fibre optique pour la détection des trains permet de minimiser les coûts de rééquipement de ces derniers.

Contrairement aux solutions décrites ci-avant et visant à la réduction des composants sur voie, les systèmes à fibres optiques ont pour objectif de minimiser les coûts de rééquipement des véhicules ferroviaires. L’origine, le modèle et l’inventaire technique des véhicules ferroviaires n’ont aucun impact sur la détection, dans la mesure où celle-ci passe exclusivement par les câbles à fibres optiques posés le long de la voie. Pour cela, des impulsions laser sont acheminées sur chaque fibre de ces câbles. La lumière des impulsions est réfléchie en plusieurs points de la fibre optique et les reflets sont détectés par l’émetteur.

En cas de vibrations ou d’ondes sonores sur la fibre, la lumière réfléchie est légèrement modifiée. Il en résulte une signature analysable à l’aide d’algorithmes appropriés et qui permet d’assigner des événements définis à un emplacement spécifique. Cette détection de véhicules ferroviaires sur une voie surveillée permet de collecter une grande quantité d’informations. Le nombre de systèmes et composants nécessaires à la détection continue des trains est réduit au minimum tandis que l’efficacité d’exploitation et l’interopérabilité en sont considérablement accrues.

Conclusion

Chacune des approches décrites ici a le potentiel d’accroître la cadence des trains sur certaines lignes, que ce soit sous forme de solutions individuelles ou en combinaison avec d’autres technologies. Selon leurs caractéristiques et coûts, les différents concepts peuvent être appliqués à différents segments, tels que les corridors de fret, les lignes à forte fréquentation ou les lignes secondaires à faible trafic.

En périphérie des zones sensibles, tels que les passages à niveau ou les gares, aux endroits où plusieurs voies sont directement juxtaposées, divers points des options mentionnées ici doivent encore être éclaircis, notamment le respect des normes de sécurité applicables. Les exigences en matière de redondance, précision et disponibilité doivent également être satisfaites. Le développement de nouveaux systèmes de détection des trains apporte ainsi son lot de défis.

Cependant, la digitalisation croissante du secteur ferroviaire se traduit déjà par des avancées perceptibles. Il est intéressant de noter que les impulsions motrices de cette transformation ne proviennent pas uniquement du secteur ferroviaire, mais, par exemple, d’innovations dans les domaines de l’acquisition et, principalement, de la transmission des données.

À l’avenir, il est à prévoir que les exploitants et les intégrateurs de systèmes seront fortement sollicités sur ce thème à la fois dynamique et varié. Ils doivent donc, dès aujourd’hui, se pencher de manière ciblée sur la tension existant entre les critères de sécurité et de rentabilité, ainsi que les points forts et les faiblesses des différentes solutions ou, comme pour l’ETCS, leurs capacités d’extension. C’est ainsi qu’ils pourront décider de l’approche qui leur conviendra le mieux, en fonction des exigences individuelles, des cadences de trains réelles ou planifiées, de l’état et du statut de l’infrastructure de voie, des conditions géographiques ainsi que d’autres critères.

L’établissement d’une collaboration étroite entre les fabricants de composants, les intégrateurs de systèmes et les exploitants ferroviaires n’a jamais été aussi indispensable. Ce n’est qu’ainsi que pourront être adressés avec succès les défis complexes formés par la triangulation des capacités techniques, des exigences normatives et des paramètres individuels.

Franz Pointner

Franz Pointner

07.03.2018

Technologies

2966 mots

20 minutes (temps de lecture)

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