El control de trenes basado en comunicaciones ( CBTC ) es un sistema de señalización ferroviaria que utiliza telecomunicaciones entre el tren y los equipos de vía para la gestión del tráfico y el control de la infraestructura. CBTC permite conocer la posición de un tren con mayor precisión que con los sistemas de señalización tradicionales. Esto hace que la gestión del tráfico ferroviario sea más segura y eficiente. Los metros (y otros sistemas ferroviarios) pueden reducir los intervalos manteniendo o incluso mejorando la seguridad.
Un sistema CBTC es un " sistema de control de trenes automático y continuo que utiliza la determinación de la ubicación de los trenes en alta resolución, independiente de los circuitos de vía ; comunicaciones de datos continuas, bidireccionales y de alta capacidad entre el tren y la vía; y procesadores a bordo y en la vía capaces de implementar trenes automáticos". funciones de protección (ATP), así como funciones opcionales de operación automática de trenes (ATO) y supervisión automática de trenes ( ATS ), tal como se define en el estándar IEEE 1474. [2]
El principal objetivo de CBTC es aumentar la capacidad de las vías reduciendo el intervalo de tiempo ( avance ) entre trenes.
Los sistemas de señalización tradicionales detectan trenes en secciones discretas de la vía denominadas ' bloques ', cada una protegida por señales que impiden que un tren entre en un bloque ocupado. Dado que cada bloque es una sección fija de vía, estos sistemas se denominan sistemas de bloques fijos .
En un sistema CBTC de bloque móvil, la sección protegida para cada tren es un "bloque" que se mueve con él y lo sigue, y proporciona comunicación continua de la posición exacta del tren a través de radio, bucle inductivo, etc. [3]
Como resultado, Bombardier inauguró el primer sistema CBTC basado en radio del mundo en el sistema automatizado de transporte de personas (APM) del aeropuerto de San Francisco en febrero de 2003. [4] Unos meses más tarde, en junio de 2003, Alstom introdujo la aplicación ferroviaria de su sistema de radiocomunicación. tecnología en la línea noreste de Singapur . CBTC tiene su origen en los sistemas basados en bucle desarrollados por Alcatel SEL (ahora Thales ) para los sistemas Automated Rapid Transit (ART) de Bombardier en Canadá a mediados de los años 1980.
Estos sistemas, que también se denominaron control de trenes basado en transmisión (TBTC), utilizaban técnicas de transmisión de bucle inductivo para la comunicación entre vías, introduciendo una alternativa a la comunicación basada en circuitos de vías . Esta tecnología, que funciona en el rango de frecuencia de 30 a 60 kHz para comunicar trenes y equipos a lo largo de la vía, fue ampliamente adoptada por los operadores de metro a pesar de algunos problemas de compatibilidad electromagnética (EMC), así como otras preocupaciones de instalación y mantenimiento (consulte SelTrac para obtener más información). información sobre el control de trenes basado en la transmisión).
Como ocurre con las nuevas aplicaciones de cualquier tecnología, al principio surgieron algunos problemas principalmente debido a aspectos de compatibilidad e interoperabilidad. [5] [6] Sin embargo, ha habido mejoras relevantes desde entonces, y actualmente la confiabilidad de los sistemas de comunicación por radio ha aumentado significativamente.
Además, es importante resaltar que no todos los sistemas que utilizan tecnología de radiocomunicación se consideran sistemas CBTC. Por lo tanto, para mayor claridad y para mantenerse en línea con las soluciones de última generación para los requisitos del operador, [6] este artículo solo cubre el último principio de bloque móvil basado (ya sea bloque móvil verdadero o bloque virtual, por lo que no depende de la vía). Detección basada en trenes) [2] Soluciones CBTC que hacen uso de las comunicaciones por radio .
Los sistemas CBTC son modernos sistemas de señalización ferroviaria que pueden utilizarse principalmente en líneas ferroviarias urbanas (ya sean ligeras o pesadas ) y APM , aunque también podrían desplegarse en líneas de cercanías . Para las líneas principales , un sistema similar podría ser el Sistema Europeo de Gestión del Tráfico Ferroviario ERTMS Nivel 3 (aún no completamente definido [ ¿cuándo? ] ). En los modernos sistemas CBTC, los trenes calculan y comunican continuamente su estado por radio a los equipos distribuidos a lo largo de la línea. Este estado incluye, entre otros parámetros, la posición exacta, la velocidad, el sentido de la marcha y la distancia de frenado .
Esta información permite calcular la superficie potencialmente ocupada por el tren en la vía. También permite a los equipos de vía definir los puntos de la línea que nunca deben ser superados por el resto de trenes de la misma vía. Estos puntos se comunican para que los trenes ajusten de forma automática y continua su velocidad manteniendo los requisitos de seguridad y comodidad ( jerk ). De este modo, los trenes reciben continuamente información sobre la distancia con respecto al tren precedente y luego pueden ajustar su distancia de seguridad en consecuencia.
Desde la perspectiva del sistema de señalización , la primera figura muestra la ocupación total del tren líder incluyendo todos los bloques en los que se encuentra el tren. Esto se debe al hecho de que es imposible para el sistema saber exactamente dónde se encuentra realmente el tren dentro de estos bloques . Por lo tanto, el sistema de bloques fijos sólo permite que el siguiente tren avance hasta el límite del último bloque desocupado .
En un sistema de bloques móviles como se muestra en la segunda figura, los trenes calculan continuamente la posición del tren y su curva de frenado y luego se comunican por radio al equipo en la vía. Así, los equipos de vía son capaces de establecer áreas protegidas, cada una de ellas denominada Autoridad de Límite de Movimiento (LMA), hasta el obstáculo más cercano (en la figura la cola del tren de delante). La Autoridad de Movimiento (MA) es el permiso para que un tren se mueva a un lugar específico dentro de las limitaciones de la infraestructura y con supervisión de velocidad. [7]
El fin de la autoridad es el lugar hacia el cual se permite que el tren avance y donde la velocidad objetivo es igual a cero. El fin del movimiento es el lugar hacia el que se permite que el tren avance según una MA. Cuando se transmite un MA, es el final de la última sección dada en el MA. [7]
Es importante mencionar que la ocupación calculada en estos sistemas debe incluir un margen de seguridad por incertidumbre de ubicación (en amarillo en la figura) sumado a la longitud del tren. Ambos forman lo que se suele llamar 'Huella'. Este margen de seguridad depende de la precisión del sistema de odometría del tren.
Los sistemas CBTC basados en bloque móvil permiten la reducción de la distancia de seguridad entre dos trenes consecutivos. Esta distancia va variando según las continuas actualizaciones de la ubicación y velocidad del tren, manteniendo los requisitos de seguridad . Esto da como resultado un intervalo reducido entre trenes consecutivos y una mayor capacidad de transporte .
Los sistemas CBTC modernos permiten diferentes niveles de automatización o Grados de Automatización (GoA), según se define y clasifica en IEC 62290–1. [8] De hecho, CBTC no es sinónimo de " trenes sin conductor " o "trenes automatizados", aunque se considera una tecnología facilitadora básica para este propósito.
Hay cuatro grados de automatización disponibles:
Los sistemas CBTC permiten un uso óptimo de la infraestructura ferroviaria, así como alcanzar la máxima capacidad y el mínimo intervalo entre los trenes en funcionamiento, manteniendo los requisitos de seguridad . Estos sistemas son adecuados para las nuevas líneas urbanas altamente exigentes, pero también pueden superponerse a líneas existentes para mejorar su rendimiento. [9]
Por supuesto, en el caso de modernizar las líneas existentes, las etapas de diseño, instalación, prueba y puesta en servicio son mucho más críticas. Esto se debe principalmente al desafío de implementar el sistema suprayacente sin interrumpir el servicio de ingresos . [10]
La evolución de la tecnología y la experiencia adquirida en funcionamiento durante los últimos 30 años significa que los sistemas CBTC modernos son más confiables y menos propensos a fallar que los sistemas de control de trenes más antiguos. Los sistemas CBTC normalmente tienen menos equipos en el camino y sus herramientas de diagnóstico y monitoreo se han mejorado, lo que los hace más fáciles de implementar y, lo que es más importante, de mantener. [11]
La tecnología CBTC está evolucionando, haciendo uso de las últimas técnicas y componentes para ofrecer sistemas más compactos y arquitecturas más sencillas. Por ejemplo, con la llegada de la electrónica moderna ha sido posible incorporar redundancia para que fallos únicos no afecten negativamente a la disponibilidad operativa.
Además, estos sistemas ofrecen total flexibilidad en términos de horarios o horarios operativos, lo que permite a los operadores ferroviarios urbanos responder a la demanda de tráfico específica de manera más rápida y eficiente y resolver los problemas de congestión del tráfico. De hecho, los sistemas de operación automática tienen el potencial de reducir significativamente el avance y mejorar la capacidad del tráfico en comparación con los sistemas de conducción manual. [12] [13]
Finalmente, es importante mencionar que los sistemas CBTC han demostrado ser más eficientes energéticamente que los sistemas tradicionales accionados manualmente. [11] El uso de nuevas funcionalidades, como estrategias de conducción automática o una mejor adaptación de la oferta de transporte a la demanda real, permite importantes ahorros energéticos reduciendo el consumo eléctrico.
El principal riesgo de un sistema electrónico de control de trenes es que si se interrumpe el enlace de comunicaciones entre cualquiera de los trenes, es posible que todo o parte del sistema tenga que entrar en un estado a prueba de fallos hasta que se solucione el problema. Dependiendo de la gravedad de la pérdida de comunicación, este estado puede variar desde que los vehículos reduzcan temporalmente la velocidad, se detengan o funcionen en modo degradado hasta que se restablezcan las comunicaciones. Si la interrupción de las comunicaciones es permanente se deberá implementar algún tipo de operación de contingencia que puede consistir en una operación manual mediante bloqueo absoluto o, en el peor de los casos, la sustitución por una forma alternativa de transporte . [14]
Como resultado, la alta disponibilidad de los sistemas CBTC es crucial para una operación adecuada, especialmente si dichos sistemas se utilizan para aumentar la capacidad de transporte y reducir el avance. A continuación, se deben comprobar minuciosamente los mecanismos de redundancia y recuperación del sistema para lograr una alta robustez en el funcionamiento. Con la mayor disponibilidad del sistema CBTC, también existe la necesidad de una capacitación exhaustiva y una actualización periódica de los operadores del sistema sobre los procedimientos de recuperación . De hecho, uno de los principales peligros del sistema CBTC es la probabilidad de error humano y la aplicación inadecuada de los procedimientos de recuperación si el sistema deja de estar disponible.
Las fallas en las comunicaciones pueden deberse a un mal funcionamiento del equipo, interferencias electromagnéticas , intensidad de señal débil o saturación del medio de comunicación. [15] En este caso, una interrupción puede resultar en la aplicación de un freno de servicio o de emergencia , ya que el conocimiento de la situación en tiempo real es un requisito de seguridad crítico para CBTC y si estas interrupciones son lo suficientemente frecuentes, podrían afectar seriamente el servicio. Esta es la razón por la que, históricamente, los sistemas CBTC implementaron por primera vez sistemas de comunicación por radio en 2003, cuando la tecnología requerida estaba lo suficientemente madura para aplicaciones críticas.
En sistemas con mala línea de visión o limitaciones de espectro/ancho de banda, es posible que se requiera una cantidad mayor de transpondedores de lo previsto para mejorar el servicio. Esto suele ser más un problema al aplicar CBTC a sistemas de tránsito existentes en túneles que no fueron diseñados desde el principio para soportarlo. Un método alternativo para mejorar la disponibilidad del sistema en túneles es el uso de cable alimentador con fugas que, si bien tiene costos iniciales más altos (material + instalación) logra un enlace radioeléctrico más confiable.
Con los servicios emergentes en bandas de radio ISM abiertas (es decir, 2,4 GHz y 5,8 GHz) y la posible interrupción de los servicios CBTC críticos, existe una presión cada vez mayor en la comunidad internacional (ref. informe 676 de la organización UITP, Reserva de un espectro de frecuencia para Aplicaciones críticas de seguridad dedicadas a los sistemas ferroviarios urbanos) para reservar una banda de frecuencia específica para los sistemas ferroviarios urbanos basados en radio. Tal decisión ayudaría a estandarizar los sistemas CBTC en todo el mercado (una demanda creciente por parte de la mayoría de los operadores) y garantizaría la disponibilidad de esos sistemas críticos.
Como se requiere que un sistema CBTC tenga alta disponibilidad y, en particular, permita una degradación gradual, se podría proporcionar un método secundario de señalización para garantizar cierto nivel de servicio no degradado en caso de indisponibilidad parcial o total de CBTC. [16] Esto es particularmente relevante para implementaciones brownfield (líneas con un sistema de señalización ya existente) donde el diseño de la infraestructura no se puede controlar y se requiere la coexistencia con sistemas heredados, al menos temporalmente. [17]
Por ejemplo, la línea Canarsie de la ciudad de Nueva York estaba equipada con un sistema de señalización de bloqueo automático de respaldo capaz de soportar 12 trenes por hora (tph), en comparación con los 26 tph del sistema CBTC. Aunque esta es una arquitectura bastante común para proyectos de renovación, puede anular algunos de los ahorros de costos de CBTC si se aplica a nuevas líneas. Este sigue siendo un punto clave en el desarrollo de la CBTC (y todavía se está debatiendo), ya que algunos proveedores y operadores argumentan que una arquitectura totalmente redundante del sistema CBTC puede alcanzar por sí sola altos valores de disponibilidad. [17]
En principio, los sistemas CBTC pueden diseñarse con sistemas de supervisión centralizada para mejorar la mantenibilidad y reducir los costos de instalación. De ser así, existe un mayor riesgo de que un único punto de falla pueda interrumpir el servicio en todo un sistema o línea. Los sistemas de bloques fijos suelen funcionar con lógica distribuida que normalmente es más resistente a este tipo de interrupciones. Por lo tanto, durante el diseño del sistema se debe realizar un análisis cuidadoso de los beneficios y riesgos de una arquitectura CBTC determinada (centralizada versus distribuida).
Cuando CBTC se aplica a sistemas que anteriormente funcionaban bajo control humano total con operadores trabajando a la vista, en realidad puede resultar en una reducción de la capacidad (aunque con un aumento de la seguridad). Esto se debe a que CBTC opera con menos certeza posicional que la vista humana y también con mayores márgenes de error cuando se aplican los parámetros del tren en el peor de los casos para el diseño (por ejemplo, velocidad de frenado de emergencia garantizada versus velocidad de frenado nominal). Por ejemplo, la introducción del CBTC en el túnel del tranvía del centro de Filadelfia resultó inicialmente en un marcado aumento del tiempo de viaje y la correspondiente disminución de la capacidad en comparación con la conducción manual sin protección. Esta fue la compensación para erradicar finalmente las colisiones de vehículos que la conducción directa no puede evitar y muestra los conflictos habituales entre el funcionamiento y la seguridad.
La arquitectura típica de un sistema CBTC moderno comprende los siguientes subsistemas principales:
Así, aunque una arquitectura CBTC siempre depende del proveedor y su enfoque técnico, generalmente se pueden encontrar los siguientes componentes lógicos en una arquitectura CBTC típica:
La tecnología CBTC se ha implementado (y se está implementando) con éxito para una variedad de aplicaciones, como se muestra en la figura siguiente (mediados de 2011). Van desde algunas implementaciones con vía corta, número limitado de vehículos y pocos modos de operación (como las APM de los aeropuertos de San Francisco o Washington ), hasta superposiciones complejas sobre redes ferroviarias existentes que transportan más de un millón de pasajeros cada día y con más de 100 trenes (como las líneas 1 y 6 del Metro de Madrid , la línea 3 del Metro de Shenzhen , algunas líneas del Metro de París , el Metro de Nueva York y el Metro de Pekín , o la red Sub-Surface del Metro de Londres ). [18]
A pesar de la dificultad, la siguiente tabla intenta resumir y hacer referencia a los principales sistemas CBTC basados en radio desplegados en todo el mundo, así como a los proyectos en curso que se están desarrollando. Además, la tabla distingue entre las implementaciones realizadas sobre sistemas existentes y operativos ( brownfield ) y las realizadas sobre líneas completamente nuevas ( Greenfield ).
[posición del vídeo 1:56] Los trenes podrán circular con una frecuencia de 1 minuto y 55 segundos en lugar del límite actual de dos minutos y medio. [2:19]Cuando se complete la instalación a lo largo de toda la línea en 2019, permitirá hasta un 25% más de capacidad. [2:33]ATC entrará en funcionamiento en toda la Línea 1 en fases para fines de 2019, comenzando con la parte de la Línea 1 entre las estaciones Spadina y Wilson y con la extensión de la Línea 1 hacia la
Región de York
que se inaugura a fines de este año. .