Detecção de trens: a captação de um momento

Os modernos sistemas de detecção de trens apresentam diferentes enfoques. Franz Pointner, Diretor de RAMS da Frauscher, analisa diversas opções com relação às suas capacidades para atender às atuais exigências.

Possibilidades digitais mudam os conceitos relativos à detecção de trens.Possibilidades digitais mudam os conceitos relativos à detecção de trens.

Quais são as principais funções dos sistemas de sinalização? Eles devem garantir a eficácia da gestão operacional e impedir colisões e descarrilamentos. Para isso, esses sistemas precisam principalmente de uma coisa: o máximo de informações atuais e confiáveis sobre todos os trens localizados nos trechos da via que eles estão monitorando. É para isso que se utilizam sistemas de detecção de trens. Eles confirmam a presença de um trem e atualizam constantemente os dados sobre a sua posição. Desse modo, os sistemas de detecção de trens possibilitam a manutenção de uma operação segura e eficiente assim como a transmissão de informações relevantes para passageiros e outras pessoas, como trabalhadores na via.

Diversas exigências

Com base em experiências práticas, pode-se definir uma série de exigências a tais sistemas. Dentre elas está, por exemplo, o cumprimento de pré-requisitos técnicos para a capacidade de detectar trens parados e em movimento assim como sua integridade conforme os padrões de segurança CENELEC até SIL 4. A velocidade da detecção em si também é um fator importante. Isso vale especialmente próximo a passagens em nível. A localização precisa em que os trens são detectados é importante, por exemplo, em estações de trem e trabalhos de deslocamento. As possibilidades de detectar e comunicar rupturas nos trilhos também estão cada vez mais importantes. Automatizações ou funções inteligentes, que assumem principalmente atividades repetitivas, podem evitar erros humanos. Outros fatores determinantes são disponibilidade elevada, manutenção simples, custos atrativos e a minimização do risco para o pessoal.

A opção de um operador ferroviário por um determinado sistema sempre depende também das suas exigências estratégicas. Afinal, tendo em vista a diversidade dos fatores, não se pode esperar que um único sistema atenda perfeitamente a todos os parâmetros. Cada solução apresenta determinados pontos fortes – ainda que todos os desenvolvimentos devam ter como objetivo atender ao máximo possível de exigências.

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

A tecnologia atual

Com base em sensores de roda indutivos, os contadores de eixos
fornecem dados confiáveis e precisos.Com base em sensores de roda indutivos, os contadores de eixos fornecem dados confiáveis e precisos.

No momento, os contadores de eixos e circuitos de via representam a tecnologia atual para a detecção de trens. Como as duas aplicações já estão amplamente consolidadas, parece desnecessário apresentar aqui uma descrição detalhada dos seus modos de funcionamento. Devido à sua alta disponibilidade e aos custos significativamente menores do seu ciclo de vida em comparação com os circuitos de via, os contadores de eixos continuam em ascensão internacionalmente. Então talvez eles possam ser considerados a tecnologia mais duradoura das duas. Em princípio, porém, os dois sistemas são próprios para a indicação de uma seção de via livre ou ocupada. No entanto, eles detectam os trens somente em seções de via limitadas e não permitem um monitoramento contínuo dos trens.

Tendência: monitoramento contínuo de trens

Mas justamente esses sistemas de detecção contínua de trens são interessantes para muitos operadores ferroviários. Pois eles possibilitam maiores frequências na sequência de trens e, consequentemente, uma melhor utilização das vias. Diante desse cenário, já se desenvolveu uma série de abordagens novas para a detecção e transmissão dos respectivos dados. Além da função de detectar os trens continuamente, esses sistemas também costumam ter o objetivo de reduzir a quantidade de componentes instalados nas vias.

Dentre essas soluções, encontram-se o European Train Control System Programm (ETCS) bem como outros sistemas que se baseiam no rastreamento por satélite, na comunicação trem-a-trem, na detecção via fibra óptica ou na combinação dessas e outras tecnologias.

European Train Control System ETCS

ETCS níveis 1 e 2 combinam equipamento de bordo e instalações na via. Essas instalações devem ser dispensadas no nível 3.ETCS níveis 1 e 2 combinam equipamento de bordo e instalações na via. Essas instalações devem ser dispensadas no nível 3.

O ETCS abrange três níveis de desenvolvimento de sistema, que também podem ser considerados entre os consolidados métodos de detecção de trens devido à longa existência dos seus conceitos. Eles se baseiam na combinação de um inovador equipamento de bordo para trens com a comunicação de diversos componentes do sistema operacional via redes sem fio.

Quando se utiliza o ETCS, todo veículo ferroviário precisa de antenas para a comunicação por rádio: tanto para a troca de dados com balizas ou loops quanto para aparelhos de medição de distância, como sistemas odométricos ou radares Doppler. Além disso, os trens são equipados com um computador próprio, o European Vital Computer (EVC). Esse computador calcula perfis de velocidade, salva dados de trens e vias e controla a operação. A saída das informações coletadas para o condutor do trem ocorre via Driver Machine Interface (DMI).

Balizas transmitem informações aos trens que passam por elas.Balizas transmitem informações aos trens que passam por elas.

Nas vias, os sistemas ETCS precisam de balizas. Montadas na via, as balizas transmitem os dados salvos nelas aos trens que passam. Por sinal, são necessárias sempre duas balizas para a detecção do sentido. Além disso, o sistema requer torre de transmissão para a comunicação baseada em GSM-R com o Radio Block Centre (RBC).

Ao passo que outros sistemas de segurança nas vias, como contadores de eixos, também são utilizados para o ETCS nível 1 e 2, o desenvolvimento do nível 3 tem como objetivo dispensar tais componentes. A inclusão de posicionamento por satélite também possibilita o estabelecimento de balizas virtuais. Isso deve reduzir a quantidade de eurobalizas físicas na via.

Seções de bloqueio fixas devem ser substituídas por bloqueios móveis, que permitem um controle fluido das distâncias entre trens e, consequentemente – ao menos na teoria –, o deslocamento na distância de parada absoluta. Por meio do RBC, cada trem transmite sua própria posição e, em contrapartida, recebe informações sobre a atual posição do trem à sua frente. Isso possibilita um controle otimizado de frenagem e aceleração. Via DMI, exibe-se a distância até o próximo ponto de frenagem, a velocidade e a redução de velocidade calculada de modo dinâmico.

Sistemas baseados em satélite

Trens localizados por satélite dispõem de um equipamento de bordo adicional e comunicam sua atual posição ao Traffic Control Centre.Trens localizados por satélite dispõem de um equipamento de bordo adicional e comunicam sua atual posição ao Traffic Control Centre.

Um ponto crítico mencionado com frequência em relação ao programa ETCS são os custos com o respectivo aparelhamento dos trens. Tendo em vista a crescente demanda por alternativas econômicas para a detecção contínua de trens, a UE também incentivou, por exemplo, projetos de pesquisa como SATLOC. Trata- se aqui de uma solução para localização de trens, baseada no Sistema de Navegação Global por Satélite (GNSS) e em redes públicas de comunicação móvel, que foi e ainda está sendo desenvolvida especialmente para vias com condições operacionais simplificadas. Nesse sistema, o Radio Block Centre (RBC), que se conhece do ETCS, e o Control Centre se fundem em um Traffic Control Centre (TCC).

Os veículos ferroviários localizam-se via GNSS, odômetro e balizas por si próprios e transmitem os respectivos dados à central de operação por meio de redes públicas de comunicação móvel. Desse modo, os sistemas de detecção de trens e as instalações de sinalização tornam-se, em grande medida, obsoletos. A comunicação ocorre por meio de um modem de comunicação móvel com Dual-SIM, o que permite o uso de duas redes e, portanto, uma maior disponibilidade.

Viagens bem-sucedidas já foram realizadas em uma via de teste com boas condições para a detecção dos veículos ferroviários por meio de satélite e redes de comunicação móvel. O sistema trabalha em conformidade com o European Rail Traffic Management System ( ERTMS) e suporta tanto os modos ETCS quanto os telegramas ETCS necessários.

O "Train Integrated Safety Satellite System" 3InSat também tem o objetivo de reduzir os componentes na via. Com o uso de SatNav e SatCom, deve-se suprimir, por exemplo, grande parte das balizas físicas. Em vez delas, deve surgir uma solução para o monitoramento de trens baseada em satélite, que possa ser integrada a sistemas ERTMS. Esses sistemas devem ser mais viáveis especialmente para linhas menos frequentadas, como linhas de trens locais, regionais e de tráfego de mercadorias.

Uma apresentação de Ansaldo STS a esse respeito no Wheel Detection Forum 2017 ocorrido em Viena demonstrou o nível de avanço de tais abordagens.

Comunicação trem-a-trem via redes sem fio 5G

Redes eficientes sem fio no padrão 5G possibilitam a ligação de trens entre si.Redes eficientes sem fio no padrão 5G possibilitam a ligação de trens entre si.

5G é um novo padrão de comunicação móvel voltado para um novo mercado com novas exigências. Alguns dos objetivos são: a utilização de áreas de maior frequência em comparação com 4G e outros antecessores, os tempos de latência de menos de 1 milissegundo, a compatibilidade com máquinas e aparelhos bem como a redução do consumo de energia por bit transmitido.

O princípio de tais estreitas conexões é possibilitar a ligação simultânea de diferentes pontos na rede de comunicação com vários pontos ou possivelmente todos os outros pontos disponíveis. Assim também é possível estabelecer conexões bastante eficientes entre trens em deslocamento. Isso possibilita a transmissão de informações sobre velocidade, posição e aceleração para trens posteriores. E também gera outras opções para a abordagem dos bloqueios móveis do ETCS nível 3 descrita mais acima, por exemplo, em vias de alta velocidade intensamente frequentadas.

Dados sobre possíveis fontes de risco também podem ser disponibilizados com eficácia. Esses dados são obtidos via comunicação trem-a-X – isto é, a comunicação de trens com quaisquer objetos – e transmitidos de forma direta. Assim é possível otimizar significativamente a condução e operação.

Os maiores desafios com a introdução de 5G são o aumento da produtividade de dados, a diminuição da latência e – especialmente determinante no setor ferroviário – a máxima disponibilidade e segurança.

Fibra óptica

Com a utilização de sistemas baseados na fibra óptica para a detecção de trens, os gastos com o reaparelhamento dos trens são
reduzidos a um mínimo.Com a utilização de sistemas baseados na fibra óptica para a detecção de trens, os gastos com o reaparelhamento dos trens são reduzidos a um mínimo.

Diferentemente das soluções descritas até agora, que buscam uma redução dos componentes na via, os sistemas baseados na fibra óptica apostam na minimização dos gastos com o reaparelhamento dos veículos ferroviários. A origem, o tipo e o inventário tecnológico dos veículos ferroviários não influenciam na detecção, já que ela ocorre exclusivamente por cabos de fibra óptica dispostos ao longo da via. Para isso, basta uma única fibra desses cabos receber pulsos de laser. A luz destes pulsos é refletida em uma série de pontos dentro da fibra óptica e as reflexões são detectadas na unidade de transmissão.

Quando ondas vibratórias ou sonoras atingem então a fibra, a luz refletida se modifica minimamente. Assim surge uma sinalização, que pode ser avaliada por algoritmos e atribuída a determinados acontecimentos em um local específico. A detecção de veículos ferroviários realizada dessa maneira ao longo de uma via monitorada pode originar uma série de informações. A quantidade de sistemas e componentes necessários para a detecção contínua de trens é reduzida a um mínimo, enquanto a eficiência operacional e interoperabilidade aumentam significativamente.

Conclusão

Como solução individual ou em combinação com outras tecnologias, cada uma das abordagens aqui descritas tem o potencial de aumentar a frequência na sequência de trens em determinadas vias. De acordo com suas características e custos, os diferentes conceitos são apropriados para aplicação em diferentes segmentos, como corredores de transporte de carga, linhas altamente frequentadas ou vias secundárias com pouco tráfego.

Especialmente próximo a áreas sensíveis, como passagens em nível ou estações ferroviárias, onde várias linhas férreas correm paralelamente, ainda há diversos pontos a serem esclarecidos em relação a todas as opções aqui descritas. Isso vale principalmente no que diz respeito às normas de segurança vigentes. As exigências relacionadas a redundância, precisão e disponibilidade também precisam ser atendidas. Portanto, o desenvolvimento de novos sistemas de detecção de trens ainda possui uma série de desafios pela frente.

Devido à crescente digitalização do setor ferroviário, no entanto, já há avanços bem evidentes agora. Há impulsos que vêm até de fora da indústria ferroviária, como os decorrentes das novas possibilidades de coleta de dados e, principalmente, de transmissão de dados.

Tendo em vista a dinâmica e diversidade do tema, os operadores e integradores de sistemas serão bastante exigidos futuramente. Eles precisam analisar bem os pontos fortes e fracos das diferentes soluções – ou, como no caso do ETCS, os níveis de desenvolvimento – considerando os critérios de segurança e rentabilidade. Conforme as exigências individuais, as frequências de trem reais ou planejadas, o estado e a condição da infraestrutura das vias, as condições geográficas e outros critérios, eles podem decidir qual abordagem é a mais apropriada.

Uma estreita cooperação entre fabricantes de componentes, integradores de sistemas e operadores ferroviários será ainda mais importante no futuro do que já era até agora. Pois somente assim será possível vencer os complexos desafios do triângulo formado por possibilidades técnicas, exigências normativas e parâmetros individuais.

Franz Pointner

Franz Pointner

07.03.2018

Tecnologias

2814 palavras

Tempo de leitura: 19 minutos

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