El control positivo de trenes ( PTC ) es una familia de sistemas automáticos de protección de trenes implementados en los Estados Unidos. [1] La mayor parte de la red ferroviaria nacional de los Estados Unidos tiene una forma de PTC. Estos sistemas están generalmente diseñados para verificar que los trenes se muevan de manera segura y para detenerlos cuando no lo hagan. [2]
El control positivo de trenes restringe el movimiento del tren a una autorización explícita; el movimiento se detiene en caso de invalidación. Un tren que opera bajo el control positivo de trenes recibe una autorización de movimiento que contiene información sobre su ubicación y dónde se le permite viajar de manera segura. El control positivo de trenes se instaló y estuvo operativo en el 100 % de las vías requeridas por la ley el 29 de diciembre de 2020. [3]
La Asociación Estadounidense de Ingeniería Ferroviaria y Mantenimiento de Vías (AREMA) describe que los sistemas de control positivo de trenes tienen estas funciones principales:
A fines de la década de 1980, el interés en las soluciones de protección de trenes aumentó después de un período de estancamiento de la inversión y declive después de la Segunda Guerra Mundial . A partir de 1990, la Junta Nacional de Seguridad del Transporte de los Estados Unidos ( NTSB ) incluyó al PTC (entonces conocido como separación positiva de trenes) en su "Lista de mejoras de seguridad del transporte más buscadas". [5] [6] [7] En ese momento, la gran mayoría de las líneas ferroviarias en los EE. UU. dependían de que los miembros de la tripulación cumplieran con todas las reglas de seguridad, y una fracción significativa de los accidentes eran atribuibles a errores humanos, como lo evidencian varios años de informes oficiales de la Administración Federal de Ferrocarriles (FRA). [8]
En septiembre de 2008, el Congreso consideró una nueva ley que establecía como fecha límite el 15 de diciembre de 2015 para la implementación de la tecnología PTC en la mayor parte de la red ferroviaria de los EE. UU . El proyecto de ley, aprobado por el Comité de Comercio del Senado y el Comité de Transporte e Infraestructura de la Cámara de Representantes , se redactó en respuesta a la colisión de un tren de pasajeros de Metrolink y un tren de carga de Union Pacific Railroad el 12 de septiembre de 2008 en Los Ángeles , que resultó en la muerte de 25 personas y heridas a más de 135 pasajeros.
A medida que el proyecto de ley se acercaba a su aprobación final en el Congreso, la Asociación de Ferrocarriles Estadounidenses ( AAR ) emitió una declaración en apoyo del proyecto de ley. [9] El presidente George W. Bush firmó la Ley de Mejora de la Seguridad Ferroviaria de 2008, de 315 páginas , el 16 de octubre de 2008. [10]
Entre sus disposiciones, la ley proporciona fondos para ayudar a pagar el desarrollo de la tecnología PTC, limita el número de horas que las tripulaciones de trenes de carga pueden trabajar cada mes y requiere que el Departamento de Transporte determine los límites de horas de trabajo para las tripulaciones de trenes de pasajeros.
Para implementar la ley, la FRA publicó las regulaciones iniciales para los sistemas PTC el 15 de enero de 2010. [11] La agencia publicó las regulaciones enmendadas el 22 de agosto de 2014. [12]
En diciembre de 2010, la Oficina de Responsabilidad Gubernamental (GAO) informó que Amtrak y los principales ferrocarriles de Clase I habían tomado medidas para instalar sistemas PTC según la ley, pero los operadores de trenes de cercanías no estaban en camino de cumplir con el plazo de 2015. [13] A junio de 2015 [actualizar], solo siete sistemas de cercanías (el 29 por ciento de los representados por APTA) esperaban cumplir con el plazo. Varios factores han retrasado la implementación, incluida la necesidad de obtener fondos (que no fueron proporcionados por el Congreso); el tiempo que ha llevado diseñar, probar, hacer interoperable y fabricar la tecnología; y la necesidad de obtener espectro radioeléctrico a lo largo de toda la red ferroviaria, lo que implica el permiso de la FCC y, en algunos casos, negociar con un propietario existente para la compra o el arrendamiento. [14]
El sistema de trenes de cercanías Metrolink en el sur de California tiene previsto ser el primer transportista de pasajeros de Estados Unidos en instalar la tecnología en todo su sistema. Tras algunas demoras, [15] las pruebas de PTC en servicio comercial comenzaron en febrero de 2014; se espera que el sistema esté terminado a finales del verano de 2015. [16]
En el área metropolitana de Chicago , se espera que el sistema Metra no cumpla totalmente con el mandato PTC hasta 2019. [14]
En octubre de 2015, el Congreso aprobó un proyecto de ley que prorrogaba el plazo de cumplimiento por tres años, hasta el 31 de diciembre de 2018. El presidente Barack Obama firmó el proyecto de ley el 29 de octubre de 2015. [17] [18] Solo cuatro ferrocarriles cumplieron con el plazo de diciembre de 2018; los otros 37 obtuvieron prórrogas hasta diciembre de 2020, lo que estaba permitido por la ley para los ferrocarriles que demostraron un progreso en la implementación. [19] El 29 de diciembre de 2020, se informó que las salvaguardas se habían instalado en todos los ferrocarriles requeridos, dos días antes de la fecha límite. [20]
Existe cierta controversia sobre si el PTC tiene sentido en la forma en que lo ordena el Congreso. No sólo se espera que el costo de la instalación del PTC a nivel nacional sea de entre 6.000 y 22.000 millones de dólares , casi todo a cargo de los ferrocarriles de carga estadounidenses [21] , sino que también hay dudas sobre la fiabilidad y madurez de la tecnología para todas las formas de trenes de carga de línea principal y entornos de alta densidad [22] . El requisito del PTC también podría imponer barreras de puesta en marcha para nuevos servicios ferroviarios de pasajeros o de carga que generarían millones de dólares en costos adicionales del PTC. El mandato sin financiación también ata las manos de la FRA para adoptar un enfoque más matizado o flexible para la adopción de la tecnología del PTC donde tenga más sentido o donde sea técnicamente más factible [21] .
Si bien el Comité Asesor de Seguridad Ferroviaria de la FRA identificó varios miles de "PPA" (accidentes evitables por PTC) en los ferrocarriles estadounidenses durante un período de 12 años, el análisis de costos determinó que los ahorros acumulados que se obtendrían de todos los accidentes no eran suficientes para cubrir el costo del PTC en los ferrocarriles de Clase I. Por lo tanto, el PTC no estaba justificado económicamente en ese momento. [23] La FRA coincidió con esta evaluación de costos en su documento de reglamentación del PTC de 2009.
La razón detrás de la falta de justificación económica es que la mayoría de los accidentes son menores y las normas de resistencia a los choques de la FRA ayudan a mitigar la posible pérdida de vidas o la liberación de sustancias químicas peligrosas. Por ejemplo, en los 20 años entre 1987 y 2007, solo hubo dos accidentes evitables mediante PTC con pérdidas de vidas importantes en los Estados Unidos (16 muertes en el accidente de Chase, Maryland (1987) y 11 en el de Silver Spring, Maryland (1996)), y en cada caso, las causas de los accidentes se abordaron mediante cambios en las reglas de operación. [ cita requerida ]
El costo de implementar el PTC en hasta 25 servicios de trenes de cercanías en los Estados Unidos se ha estimado en más de $2 mil millones y debido a estos costos, varios servicios están teniendo que cancelar o reducir reparaciones, mejoras de capital y servicio. [ cita requerida ] Otros servicios simplemente no tienen los fondos disponibles para el PTC y han aplazado la acción asumiendo algún cambio del Congreso. [ cita requerida ] Los ferrocarriles que operan líneas equipadas con señalización de cabina y sistemas existentes de Control Automático de Trenes han argumentado que su historial probado de seguridad, que se remonta a décadas, está siendo descontado porque el ATC no es tan agresivo como el PTC en todos los casos. [ 24 ]
El número de accidentes evitables con PTC ha aumentado en los últimos años. En 2013, un accidente de Metro-North en el Bronx mató a cuatro personas e hirió a 61. Este accidente fue causado por exceso de velocidad, algo contra lo que PTC es capaz de proteger. En 2015, un accidente de Amtrak en Filadelfia mató a ocho personas e hirió a 185. [25] En este accidente, el tren aceleró más allá de la velocidad segura debido a las acciones de un ingeniero distraído del tren de Amtrak . Según la NTSB, este accidente podría haberse evitado con un sistema PTC que hubiera hecho cumplir el límite de velocidad de 50 millas por hora y evitado el exceso de velocidad y el posterior accidente del tren. [26] En 2017, otro accidente de Amtrak cerca de Dupont, Washington, mató a tres personas e hirió a 62. El ingeniero confundió la ubicación actual de los trenes y, por lo tanto, no estaba siguiendo las restricciones adecuadas para la longitud de la vía en la que se encontraba actualmente el tren, sin notar la señalización que debería haber indicado las restricciones de velocidad en el área en la que se encontraba actualmente el tren. La NTSB se enteró de que recientemente se habían realizado mejoras de seguridad en la vía, a excepción de la sección PTC de las mejoras. Finalmente, se concluyó que el error del ingeniero en la ubicación del tren provocó el accidente. Sound Transit , el propietario de la sección de ferrocarril donde ocurrió el accidente, estaba en proceso de instalar PTC, pero no estaba operativo en el momento del accidente. [26] En 2018, ocurrió otro accidente cuando un tren de Amtrak embistió un tren de carga parado en Cayce, Carolina del Sur , matando a dos miembros de la tripulación e hiriendo a otros 116. El presidente de la NTSB, Robert Sumwalt , declaró que "un PTC operativo está diseñado para prevenir este tipo de incidentes". [27]
Un sistema PTC típico implica dos componentes básicos:
Opcionalmente, pueden existir tres componentes adicionales:
Existen dos métodos principales de implementación de PTC que se están desarrollando actualmente. El primero hace uso de infraestructura de señalización fija, como circuitos de vía codificados y transpondedores inalámbricos para comunicarse con la unidad de control de velocidad de a bordo. El otro hace uso de radios de datos inalámbricos distribuidos a lo largo de la línea para transmitir la información dinámica. La implementación inalámbrica también permite que el tren transmita su ubicación al sistema de señalización, lo que podría permitir el uso de bloques móviles o "virtuales" . La implementación inalámbrica es generalmente más barata en términos de costos de equipo, pero se considera mucho menos confiable que el uso de canales de comunicación "más duros". A partir de 2007 [update], por ejemplo, el sistema ITCS inalámbrico en la línea Michigan de Amtrak todavía no funcionaba de manera confiable después de 13 años de desarrollo, [28] mientras que el sistema ACSES fijo ha estado en servicio diario en el Corredor Noreste desde 2002 ( ver Amtrak, a continuación).
El método de infraestructura fija está demostrando ser popular en líneas de pasajeros de alta densidad donde ya se ha instalado señalización de cabina con código de pulsos . En algunos casos, se promociona como una ventaja la falta de dependencia de las comunicaciones inalámbricas. [29] El método inalámbrico ha demostrado ser más exitoso en territorio oscuro sin señalización y de baja densidad, normalmente controlado mediante órdenes de vía , donde las velocidades ya son bajas y las interrupciones en la conexión inalámbrica al tren no tienden a comprometer la seguridad o las operaciones del tren.
Algunos sistemas, como el ACSES de Amtrak, funcionan con una tecnología híbrida que utiliza enlaces inalámbricos para actualizar restricciones de velocidad temporales o pasar ciertas señales, y ninguno de estos sistemas es crítico para las operaciones ferroviarias.
El equipo a bordo de la locomotora debe calcular continuamente la velocidad actual del tren en relación con un objetivo de velocidad situado a cierta distancia y determinado por una curva de frenado. Si el tren corre el riesgo de no poder reducir la velocidad hasta el objetivo de velocidad dado por la curva de frenado, se aplican automáticamente los frenos y el tren reduce inmediatamente la velocidad. Los objetivos de velocidad se actualizan con información sobre los límites de velocidad fijos y dinámicos determinados por el perfil de la vía y el sistema de señalización.
La mayoría de las implementaciones actuales de PTC también utilizan la unidad de control de velocidad para almacenar una base de datos de perfiles de vías adjunta a algún tipo de sistema de navegación. La unidad realiza un seguimiento de la posición del tren a lo largo de la línea férrea y aplica automáticamente cualquier restricción de velocidad, así como la velocidad máxima autorizada. Las restricciones de velocidad temporales se pueden actualizar antes de que el tren salga de su terminal o mediante enlaces de datos inalámbricos. Los datos de la vía también se pueden utilizar para calcular curvas de frenado en función del perfil de pendiente . El sistema de navegación puede utilizar balizas de vía fijas o estaciones GPS diferenciales combinadas con la rotación de las ruedas para determinar con precisión la ubicación del tren en la línea en unos pocos pies.
Mientras que algunos sistemas PTC interactúan directamente con el sistema de señales existente, otros pueden mantener un conjunto de sistemas informáticos vitales en una ubicación central que pueden realizar un seguimiento de los trenes y emitirles autorizaciones de movimiento directamente a través de una red de datos inalámbrica. Esto suele considerarse una forma de control de trenes basado en comunicaciones y no es una parte necesaria del PTC.
El tren puede ser capaz de detectar el estado de los dispositivos de la vía (y a veces controlarlos), por ejemplo, las posiciones de los cambios de agujas . Esta información se envía al centro de control para definir con más precisión los movimientos seguros del tren. Los mensajes de texto y las condiciones de alarma también pueden intercambiarse de forma automática y manual entre el tren y el centro de control. Otra capacidad permitiría al empleado a cargo (EIC) dar permiso a los trenes para pasar por sus zonas de trabajo a través de un dispositivo inalámbrico en lugar de comunicaciones verbales.
Incluso en los casos en que los sistemas de seguridad, como la señalización en la cabina, han estado presentes durante muchas décadas, la industria ferroviaria de carga se ha mostrado reticente a instalar dispositivos de control de velocidad porque la naturaleza a menudo brusca de dichos dispositivos puede tener un efecto adverso en el funcionamiento seguro de los trenes. Los algoritmos avanzados de control de velocidad basados en procesadores que se encuentran en los sistemas PTC afirman ser capaces de regular adecuadamente la velocidad de los trenes de carga de más de 5000 pies (1500 m) de longitud y que pesan más de 10 000 toneladas cortas (9100 t), pero persisten las preocupaciones sobre la posibilidad de quitarle la decisión final a los ingenieros ferroviarios expertos . El uso inadecuado del freno de aire puede provocar que un tren se desboque, se descarrile o se separe inesperadamente. [ cita requerida ]
Además, un sistema PTC demasiado conservador corre el riesgo de reducir la velocidad de los trenes por debajo del nivel en el que habían sido operados con seguridad por ingenieros humanos. Las velocidades de los ferrocarriles se calculan con un factor de seguridad tal que los ligeros excesos en la velocidad no resulten en un accidente. Si un sistema PTC aplica su propio margen de seguridad, entonces el resultado final será un factor de seguridad doble ineficiente. Además, un sistema PTC podría ser incapaz de tener en cuenta las variaciones en las condiciones climáticas o el manejo de los trenes, y podría tener que asumir un escenario de peor caso , disminuyendo aún más el rendimiento. [30] En su presentación reglamentaria de 2009, la FRA afirmó que era de hecho probable que el PTC redujera la capacidad de los ferrocarriles de carga en muchas líneas principales. [31] El proyecto europeo LOCOPROL/LOCOLOC había demostrado que la navegación por satélite mejorada con EGNOS por sí sola no podía cumplir con la integridad de seguridad SIL4 requerida para la señalización ferroviaria. [32]
Desde un punto de vista puramente técnico, el PTC no evitará ciertas colisiones a baja velocidad causadas por la operación de bloqueos permisivos , accidentes causados por "empujones" (marcha atrás con una observación inadecuada), descarrilamientos causados por defectos en las vías o en los trenes, colisiones en pasos a nivel o colisiones con trenes descarrilados previamente. Cuando el PTC se instala en ausencia de bloqueos en el circuito de vías, no detectará rieles rotos, vías inundadas o escombros peligrosos que obstruyan la línea.
La infraestructura inalámbrica planificada para el uso de todos los ferrocarriles de carga de Clase I de los EE. UU ., la mayoría de los ferrocarriles de carga pequeños y muchos ferrocarriles de cercanías se basa en radios de datos que operan en una sola banda de frecuencia cercana a 220 MHz . Un consorcio creado por dos ferrocarriles de carga llamado PTC 220 LLC ha comprado espectro significativo alrededor de 220 MHz , de licenciatarios anteriores para su uso en la implementación de PTC. Parte de este espectro está en forma de licencias a nivel nacional y parte no. El consorcio planea poner este espectro a disposición de los ferrocarriles de carga de los EE. UU., pero ha indicado tan recientemente como 2011 que no están seguros de si tienen suficiente espectro para satisfacer sus necesidades. Varios ferrocarriles de cercanías han comenzado a comprar espectro de 220 MHz en sus áreas geográficas, pero existe una preocupación generalizada de que la adquisición de suficiente espectro de 220 MHz puede ser difícil de lograr debido a la falta de disponibilidad, dificultades para negociar acuerdos complejos entre múltiples partes para obtener suficiente espectro adyacente y porque el costo financiero de las adquisiciones puede hacer que la tarea sea imposible para algunas agencias estatales. Sin embargo, las investigaciones sugieren que la asignación dinámica del espectro puede resolver el problema de asignación del espectro en el ancho de banda de 220 MHz. [33] [34]
Muchos de los ferrocarriles han solicitado que la FCC les reasigne partes del espectro de 220 MHz . Argumentan que deben tener espectro de 220 MHz para ser interoperables entre sí. La FCC ha declarado que no se prevé ninguna reasignación, que los ferrocarriles no tienen justificación para solicitar la reasignación del espectro porque no han cuantificado cuánto espectro necesitan y que los ferrocarriles deberían buscar espectro en los mercados secundarios de 220 MHz o en otras bandas. [35]
No existen requisitos técnicos ni reglamentarios que exijan el uso de 220 MHz para implementar PTC (si es que una implementación de PTC va a utilizar componentes inalámbricos). Si es necesaria la transmisión inalámbrica de datos, el espectro de 220 MHz tiene algunas ventajas , siempre que se pueda adquirir a un costo razonable. La primera razón para considerar el uso del espectro de 220 MHz es la interoperabilidad de PTC para el transporte de mercancías y para algunas operaciones de trenes de cercanías, pero no todas. Las operaciones de transporte de mercancías en los EE. UU. a menudo incluyen el uso compartido de vías ferroviarias donde los vehículos ferroviarios de un ferrocarril operan como invitados en las vías anfitrionas de otro ferrocarril. La implementación de PTC en un entorno de este tipo se logra más fácilmente utilizando el mismo equipo de PTC, y esto incluye radios y el espectro de radio asociado.
Cuando una operación ferroviaria de cercanías debe operar en un territorio ferroviario de carga, lo más probable es que el viajero deba instalar equipo PTC (incluida una radio) en su vehículo ferroviario que sea compatible con el sistema PTC del ferrocarril de carga, y esto generalmente significa el uso de radios y espectro de 220 MHz . Si el viajero usa el mismo equipo PTC, radios y espectro en su propia propiedad, podrá usarlo cuando sus vehículos viajen en el territorio de un ferrocarril de carga. Desde un punto de vista práctico, si el viajero en cambio elige usar otro tipo de PTC en su propia propiedad, necesitará instalar un segundo conjunto de equipo a bordo para poder operar PTC en su propia propiedad mientras también opera PTC en la propiedad de un ferrocarril de carga. Si no está disponible una radio multibanda (como las radios definidas por software de la generación actual ), entonces serán necesarias radios y antenas separadas. Con la complejidad de las geometrías de las vías, PTC requiere una cantidad variable de espectro de manera crítica en el tiempo. Una forma de lograrlo es ampliar las radios definidas por software de PTC, de modo que tengan la inteligencia necesaria para asignar el espectro de forma dinámica. Añadir la inteligencia a la radio también ayuda a mejorar la seguridad del medio de comunicación de PTC. [36]
Si un pequeño ferrocarril de carga o de cercanías no opera en el territorio de otro ferrocarril, entonces no hay ninguna razón basada en la interoperabilidad que lo obligue a usar el espectro de 220 MHz para implementar PTC. Además, si un pequeño ferrocarril de carga o de cercanías solo opera en su propio territorio y alberga otros ferrocarriles invitados (ferrocarriles de carga u otros ferrocarriles de pasajeros), todavía no hay ninguna razón basada en la interoperabilidad por la que el anfitrión esté obligado a usar el espectro de 220 MHz para implementar PTC. Un ferrocarril de este tipo podría implementar PTC eligiendo libremente cualquier espectro de radio y exigiendo a los ferrocarriles invitados que instalen equipos PTC compatibles (incluidas radios) a bordo de sus trenes o proporcionen equipos al costado de la vía para que su implementación de PTC invitado se instale en la propiedad del ferrocarril anfitrión. Un caso interesante que resalta algunas de estas cuestiones es el corredor noreste. Amtrak opera servicios en dos propiedades de trenes de cercanías que no son de su propiedad: Metro-North Railroad (propiedad de Nueva York y Connecticut) y Massachusetts Bay Transportation Authority (MBTA) (propiedad de Massachusetts). En teoría, Amtrak podría haberse encontrado instalando su propio sistema PTC en estas propiedades anfitrionas (alrededor del 15 por ciento del corredor), o peor aún, encontrarse en la ridícula posición de intentar instalar tres sistemas PTC diferentes en cada tren de Amtrak para atravesar las propiedades de cercanías. Este no fue el caso. Amtrak tenía una ventaja significativa sobre las agencias ferroviarias de cercanías en el corredor en la implementación de PTC. Pasaron una cantidad considerable de tiempo en investigación y desarrollo y obtuvieron aprobaciones tempranas para su sistema ACSES en el corredor noreste con la FRA. Eligieron primero usar 900 MHz y luego pasaron a 220 MHz , en parte debido a una mejora percibida en el rendimiento del sistema de radio y en parte porque Amtrak estaba usando 220 MHz en Michigan para su implementación de ITCS. [37] Cuando las agencias de cercanías en el corredor analizaron las opciones para implementar PTC, muchas de ellas optaron por aprovechar el trabajo avanzado que Amtrak había realizado e implementar la solución ACSES usando 220 MHz . El trabajo inicial de Amtrak dio sus frutos y significó que atravesarían propiedades de cercanías que instalaron el mismo protocolo con la misma frecuencia, lo que las haría todas interoperables. (En realidad, la mayor parte del Corredor Noreste es propiedad de Amtrak y está operada por ella, no las propiedades de cercanías, incluidas las vías desde Washington, DC hasta la estación Penn Station de Nueva York y las vías desde Filadelfia hasta Harrisburg, Pensilvania . El estado de Massachusetts posee las vías desde la frontera estatal de Rhode Island hasta la frontera estatal de New Hampshire, pero Amtrak "opera" estas líneas. Solo la línea entreLa ciudad de Nueva York y New Haven, Connecticut, en realidad son propiedad de y están operadas por una línea de cercanías).
Otra razón percibida para considerar 220 MHz para PTC puede ser la disponibilidad de equipo de radio compatible con PTC. El equipo de radio específicamente dirigido a PTC actualmente solo está disponible de un número limitado de proveedores, y se centran solo en 220 MHz . Un proveedor de radio en particular, Meteorcomm LLC, puede admitir el protocolo I-ETMS PTC con una radio de 220 MHz . Meteorcomm es propiedad conjunta de varios de los fletes de Clase I , y algunos en la industria han indicado que el uso de su radio de 220 MHz y el equipo asociado se realizará sobre la base de una licencia por sitio. Las tarifas recurrentes también pueden estar asociadas con este proceso. Existe una preocupación adicional de que la "compra" y las tarifas de licencia sean significativas, y esto ha llevado a algunos a especular que los propietarios de Meteorcomm (los fletes) pueden tener exposición legal a violaciones antimonopolio. [ cita requerida ] Para muchos ferrocarriles, no hay otra opción práctica para cumplir con el mandato federal que instalar PTC a 220 MHz utilizando I-ETMS con las radios Meteorcomm. En el corredor noreste, otro proveedor de radio, GE MDS, puede soportar el protocolo ACSES de Amtrak con una radio de 220 MHz . Cabe destacar que la principal preocupación entre los transportistas con respecto a la fecha límite de PTC es la disponibilidad de equipos PTC. [38] Con la vista puesta en cuestiones antimonopolio y la disponibilidad inmediata de radios, los diseños de radio Meteorcomm han sido subcontratados a radios CalAmp . Todo esto puede significar que no hay suficiente equipo de radio PTC de 220 MHz disponible para todos los ferrocarriles que deben implementar PTC. [ cita requerida ]
También existen problemas con el uso de estas frecuencias fuera de los EE. UU.; en Canadá, 220 MHz sigue siendo parte de la banda de radioaficionados de 1,25 metros . [39] [40]
Otras bandas además de la de 220 MHz soportarán el PTC y se han utilizado para obtener las aprobaciones de la FRA para el PTC. Cuando Amtrak recibió su aprobación inicial, planeaba utilizar frecuencias de 900 MHz para ACSES. BNSF Railway obtuvo sus primeras aprobaciones de PTC de la FRA para una versión temprana de ETMS utilizando una radio multibanda que incluía frecuencias de 45 MHz , frecuencias de 160 MHz , frecuencias de 900 MHz y WiFi. Un pequeño transporte de mercancías o de cercanías que seleccione una o más de estas bandas u otra como 450 MHz podría encontrar más fácil adquirir espectro. Necesitarán investigar cuestiones de espectro, equipos de radio, antenas y problemas de compatibilidad de protocolos para implementar con éxito el PTC. [ cita requerida ]
No existe un único estándar definido para los "sistemas PTC interoperables". Varios ejemplos de sistemas interoperables ilustran este punto. En primer lugar, la UP y la BNSF son interoperables en todos sus sistemas. Ambos están implementando I-ETMS y utilizarán diferentes frecuencias de radio en diferentes ubicaciones. [ cita requerida ] En el segundo ejemplo, Amtrak es interoperable con Norfolk Southern en Michigan. Amtrak utiliza ITCS, mientras que Norfolk Southern utiliza I-ETMS. Para interoperar, se instalan dos radios de 220 MHz en cada ubicación de la vía y ambas interactúan con un sistema PTC común a través de un dispositivo de interfaz (similar a una puerta de enlace de red o un convertidor de protocolo) en cada ubicación de la vía. Una radio se comunica con los trenes de carga utilizando I-ETMS y la otra radio se comunica con los trenes de pasajeros utilizando ITCS. En este caso, la interoperabilidad se detiene en la vía y no incluye el segmento inalámbrico hacia los vehículos ferroviarios o los sistemas de a bordo. En el tercer ejemplo, similar al primero, Metrolink, la agencia ferroviaria de cercanías de Los Ángeles, está implementando I-ETMS y utilizará el mismo equipo PTC que UP y BNSF. Metrolink está adquiriendo su propio espectro de 220 MHz para que los trenes en el territorio de Metrolink (de cercanías y de carga) utilicen otros canales que los utilizados por UP y BNSF. La interoperabilidad se logra al indicarle a la radio a bordo que cambie de canal según la ubicación. [ cita requerida ] Para SEPTA , la operación de cercanías en Filadelfia y sus alrededores , Ansaldo está implementando ACSES , el protocolo PTC del corredor noreste de Amtrak. Para CSX, todas las transacciones PTC de ACSES se entregarán a CSX en la oficina administrativa de SEPTA, y CSX será responsable de implementar la infraestructura I-ETMS que utilizarán para comunicarse con sus trenes de carga. El modelo de interoperabilidad de SEPTA es muy similar al de la comunidad de radio de seguridad pública, en la que diferentes sistemas de radio que utilizan diferentes frecuencias y protocolos están interconectados solo en la oficina administrativa para respaldar las comunicaciones de sistema a sistema. [ cita requerida ]
Para los principales ferrocarriles de carga y Amtrak, la respuesta parece ser que una banda de frecuencia es suficiente. Estas operaciones ferroviarias miden el rendimiento puntual en una escala mucho más burda que la de los pasajeros, por lo que su tolerancia a los retrasos es mayor y tiene menos impacto en los horarios de los trenes. [ cita requerida ] Además, las implementaciones de PTC implementadas por las operaciones de pasajeros se ejecutarán mucho más cerca del límite de rendimiento que las de Amtrak o las de carga. Por lo tanto, para los pasajeros en particular existe cierta preocupación de que la implementación de PTC con una sola banda de frecuencia puede no ser suficiente. El enfoque de banda de frecuencia única para respaldar el control de trenes en tiempo real tiene un historial de ser difícil de usar para tales aplicaciones. [ cita requerida ] Esta dificultad no es exclusiva del control de trenes. La interferencia, tanto artificial como natural, a veces puede afectar el funcionamiento de cualquier sistema inalámbrico que dependa de una banda de frecuencia. Cuando se utilizan tales sistemas inalámbricos para redes de control en tiempo real, es muy difícil garantizar que el rendimiento de la red no se vea afectado en ocasiones. CSX se encontró con este problema cuando experimentó problemas de conductos de propagación en su red de Sistema de Control Avanzado de Trenes (ATCS) de 900 MHz en la década de 1990. [41] El protocolo ATCS, que la AAR había recomendado a la FCC que considerara como PTC en 2000 (cuando la AAR solicitó una licencia "de cinta" a nivel nacional de 900 MHz ), [42] puede soportar la operación de control de trenes tanto a 900 MHz como a 160 MHz . [43] La última banda de frecuencia solo se usa para ATCS en unas pocas subdivisiones y líneas cortas. Más recientemente, la industria se había estado moviendo hacia una solución de radio multibanda más robusta para aplicaciones de datos como PTC. En 2007, BNSF obtuvo por primera vez la aprobación de la FRA para su sistema ETMS PTC original utilizando una radio de banda de frecuencia múltiple. [44] Además, a mediados de 2008, un esfuerzo patrocinado por la FRA por la AAR para desarrollar una radio de datos de alto rendimiento (HPDR) para su uso en 160 MHz resultó en la adjudicación de un contrato a Meteorcomm para una radio de 4 bandas que se utilizaría para voz y datos. [45] Estos esfuerzos de radio multibanda más recientes se archivaron a fines de 2008, después de que la Ley de Mejoras de la Seguridad Ferroviaria se convirtiera en ley, y las compañías de carga decidieron buscar PTC utilizando solo 220 MHz , en una configuración de banda de frecuencia única. Amtrak y la mayoría de las operaciones de cercanías siguieron rápidamente su ejemplo, seleccionando 220 MHz . [ cita requerida ]
Poco después de que se aprobara la Ley de Mejoras de la Seguridad Ferroviaria, muchos ferrocarriles de cercanías decidieron no desarrollar su propio protocolo PTC y, en su lugar, ahorrar tiempo y dinero utilizando un protocolo desarrollado para operaciones de transporte de mercancías o de pasajeros de larga distancia (Amtrak). Implementar un protocolo de este tipo para operaciones de transporte urbano de cercanías, donde será necesario dar soporte a numerosos trenes pequeños y de rápido movimiento, será un desafío. Queda por ver si el rango de rendimiento de los protocolos PTC desarrollados y optimizados para trenes menos numerosos, más lentos y/o más grandes puede dar soporte a un escenario operativo más complejo, como el de una operación de tren de cercanías, sin afectar el rendimiento en tiempo. Las pruebas de simulación de protocolo detalladas y exhaustivas pueden reducir el riesgo de problemas; sin embargo, hay demasiadas variables, especialmente cuando se considera el componente inalámbrico, para garantizar de antemano que, en ciertos perfiles operativos de peor caso en ciertas ubicaciones, las operaciones de los trenes no se verán afectadas. De hecho, durante las pruebas de aceptación del sistema, es posible que ni siquiera se prueben esos perfiles operativos de peor caso debido al esfuerzo que implica. Basta con considerar lo que se necesitaría para identificar las limitaciones de capacidad de los trenes del protocolo PTC en cada enclavamiento de una gran operación ferroviaria de cercanías cuando un tren se avería en el enclavamiento y otros 10 a 20 trenes se encuentran dentro del alcance de comunicación de una única ubicación a lo largo de la vía. Este escenario hipotético se puede probar en unos pocos enclavamientos, pero no en los 30 o más enclavamientos de una gran propiedad de cercanías. [ cita requerida ]
Un gran grupo de expertos de la industria del gobierno federal, [ ¿cuáles? ] fabricantes, ferrocarriles y consultores están participando en un grupo de estudio patrocinado por el grupo de trabajo IEEE 802.15 , para analizar el uso de las lecciones aprendidas en el desarrollo de protocolos en la suite IEEE 802 para proponer una solución integral para el componente inalámbrico de PTC. Si bien este esfuerzo puede no cambiar significativamente los esfuerzos actuales de PTC en los Estados Unidos que ya están en marcha, un estándar abierto podría posiblemente proporcionar una manera de avanzar para que todos los ferrocarriles implementen eventualmente una solución más interoperable, robusta, confiable, a prueba de futuro y escalable para el componente inalámbrico de PTC. [ cita requerida ]
La industria ferroviaria, al igual que la industria de procesos y la industria de servicios públicos de energía, siempre ha exigido que el retorno de la inversión para las grandes inversiones de capital asociadas con mejoras de infraestructura se realice completamente antes de que el activo sea desmantelado y reemplazado. Este paradigma se aplicará también a PTC. Es muy poco probable que haya actualizaciones importantes en las implementaciones iniciales de PTC incluso dentro de los primeros 10 años. El cálculo del retorno de la inversión no es simple y algunos ferrocarriles pueden determinar, por ejemplo, después de cinco años, que una actualización de ciertos componentes de PTC puede estar justificada. Un ejemplo podría ser el componente de radio de PTC. Si un estándar abierto crea un producto de radio menos costoso que es compatible con versiones anteriores de los sistemas existentes y que tal vez mejora el rendimiento del sistema PTC y también incluye mejoras que ahorran costos operativos, entonces un ferrocarril sería prudente al considerar un plan para reemplazar sus radios PTC. [46]
Wabtec está trabajando con Alaska Railroad para desarrollar un sistema de prevención de colisiones, Vital PTC, para su uso en sus locomotoras. El sistema está diseñado para evitar colisiones entre trenes, hacer cumplir los límites de velocidad y proteger a los trabajadores y equipos de la carretera. El sistema electrónico de gestión de trenes (ETMS) de Wabtec también está diseñado para funcionar con el sistema de despacho TMDS de Wabtec para proporcionar control de trenes y operaciones de despacho desde Anchorage. [47]
Los datos entre la locomotora y el despachador se transmiten a través de un sistema de radio digital proporcionado por Meteor Communications Corp (Meteorcomm). Una computadora a bordo alerta a los trabajadores sobre restricciones que se aproximan y, si es necesario, para detener el tren. [48]
El sistema avanzado de control de velocidad civil (ACSES) de Alstom y PHW está instalado en partes del corredor noreste de Amtrak entre Washington y Boston . El ACSES mejora los sistemas de señalización de cabina proporcionados por PHW Inc. Utiliza transpondedores pasivos para hacer cumplir las restricciones de velocidad civiles permanentes. El sistema está diseñado para prevenir colisiones entre trenes (PTS), brindar protección contra el exceso de velocidad y proteger a los equipos de trabajo con restricciones de velocidad temporales. [49] [50]
El sistema de control incremental de trenes (ITCS) de GE Transportation Systems está instalado en la línea Michigan de Amtrak , lo que permite que los trenes viajen a 110 mph (180 km/h). [51]
El descarrilamiento del tren de Filadelfia en 2015 se podría haber evitado si se hubiera implementado correctamente el control positivo de trenes en la sección de la vía por la que circulaba el tren. Los comandos de advertencia y penalización por exceso de velocidad no se instalaron en esa sección de la vía en particular, aunque sí se instalaron en otro lugar. [52]
El sistema electrónico de gestión de trenes (ETMS) de Wabtec está instalado en un segmento de la línea ferroviaria BNSF . Se trata de una tecnología superpuesta que amplía los métodos de control de trenes existentes. El ETMS utiliza GPS para el posicionamiento y un sistema de radio digital para controlar la ubicación y la velocidad del tren. Está diseñado para prevenir ciertos tipos de accidentes, incluidas las colisiones de trenes. El sistema incluye una pantalla en la cabina que advierte de un problema y luego detiene automáticamente el tren si no se toman las medidas adecuadas. [53]
CSX Transportation está desarrollando un sistema de gestión de trenes basado en comunicaciones (CBTM) para mejorar la seguridad de sus operaciones ferroviarias. CBTM es el predecesor de ETMS. [54]
El sistema electrónico de gestión de trenes (ETMS) de Wabtec proporcionará soluciones PTC junto con el sistema de gestión y despacho de trenes (TMDS) de Wabtec , que ha servido como solución de despacho de KCS desde 2007, para todas las operaciones ferroviarias con base en EE. UU. a lo largo de la línea KCS. En enero de 2015, KCS comenzó a capacitar al personal en PTC en su centro de capacitación TEaM en Shreveport, Luisiana, con una clase inicial de 160 personas. [55]
La mayoría de las locomotoras y vagones de cabina de los trenes de cercanías de la MBTA , a excepción de los vagones de control Bombardier de la serie 1625-1652 y las locomotoras F40PH de la serie 1000-1017 (ahora retiradas) , están equipadas con la tecnología ACSES compatible con PTC que está instalada en el Corredor Noreste de Amtrak . Todos los trenes de la MBTA que viajan en cualquier segmento del Corredor Noreste deben estar equipados con aparatos de a bordo ACSES en funcionamiento, lo que afecta a los trenes en las rutas de las líneas Providence/Stoughton , Franklin/Foxboro y Needham . La MBTA cerró algunas líneas los fines de semana de 2017 y 2018 para cumplir con la fecha límite federal de diciembre de 2020 para el PTC del sistema completo. [56]
En noviembre de 2013, la Autoridad de Transporte Metropolitano de Nueva York firmó un contrato de 428 millones de dólares para instalar un control positivo de trenes en el ferrocarril de Long Island y el ferrocarril Metro-North a un consorcio formado por Bombardier Transportation Rail Control Solutions y Siemens Rail Automation . [57] [58] Las instalaciones de LIRR y Metro-North incluirán modificaciones y actualizaciones de los sistemas de señalización existentes y la incorporación de equipos ACSES II [49] . Siemens afirmó que la instalación del PTC se completará en diciembre de 2015, pero no cumplió con esa fecha límite [59] y no completó la instalación hasta finales de 2020. [60]
El sistema avanzado de control de velocidad (ASES) de Ansaldo STS USA Inc. se está instalando en las líneas de cercanías de New Jersey Transit . Está coordinado con el ACSES de Alstom para que los trenes puedan operar en el Corredor Noreste. [29]
Norfolk Southern Railway comenzó a trabajar en el sistema en 2008 con la electrónica ferroviaria de Wabtec para comenzar a desarrollar un plan para implementar el Control Positivo de Trenes en los rieles de NS. NS ya ha implementado el PTC en 6,310 millas de vías y tiene planes de implementarlo en 8,000 millas de vías. NS ha solicitado una extensión del tiempo para tener el PTC activo en sus millas de vías debido a la necesidad de trabajar más en áreas sin señales de vía, así como hacer provisiones para que los ferrocarriles más pequeños con los que la compañía hace negocios sean capaces de usar el PTC. NS sigue experimentando problemas con el sistema y quiere tomarse el tiempo adecuado para arreglar el sistema para garantizar la seguridad de sus empleados y todos los demás que usan sus vías. NS ha estado agregando y actualizando sus locomotoras con computadoras capaces de usar el PTC para permitir que esas locomotoras se usen en las líneas principales. 2,900 locomotoras de las casi 4,000 que tiene la compañía han sido equipadas con las computadoras capaces de usar el PTC. NS planea almacenar al menos 500 locomotoras usando precisión NS ha estado actualizando su equipo en las vías, como torres de radio e iluminación de puntos de control para ayudar en las operaciones de PTC en el ferrocarril. Con las nuevas computadoras en las locomotoras, las locomotoras pueden interactuar entre sí y con los sistemas de las vías. Las locomotoras General Electric Transportation de Norfolk Southern están equipadas con GPS para ayudar en el uso de PTC. Todas las locomotoras de NS están equipadas con Energy Management, un sistema informático que proporciona datos en tiempo real sobre la locomotora. El sistema también puede controlar la velocidad del tren y los sistemas de freno a bordo. El sistema EM permite que los locativos usen menos combustible y sean más eficientes. El objetivo final de NS es el funcionamiento completamente autónomo de sus trenes. Este sistema se utilizará junto con Auto-router, que se utiliza para enrutar los movimientos de los trenes con poca o ninguna interacción humana. Con estos dos sistemas integrados con PTC, se permite un movimiento más preciso y un control del tren en todo el ferrocarril. NS, Union Pacific , CSXT , BNSF y Virginia Railway Express han estado probando la interoperabilidad para asegurarse de que los sistemas PTC de cada empresa funcionen entre sí para garantizar un viaje seguro en tren. Para ello, un tren NS en vías CSXT tiene que actuar como lo haría un tren CSXT o viceversa. Eso requiere que los ferrocarriles utilicen las mismas comunicaciones y frecuencias de radio para que todo funcione sin problemas. Casi 3000 locomotoras han sido equipadas con computadoras con capacidad PTC. [61] [62] [63] [64]
El sistema de señales superpuestas basado en comunicaciones (CBOSS) de Caltrain se ha instalado, pero no se ha probado por completo, a lo largo del corredor de la península entre San Francisco, San José y Gilroy, California. [65] Caltrain había seleccionado a Parsons Transportation Group (PTG), que había estado trabajando en un sistema similar para Metrolink en el sur de California, para implementar, instalar y probar CBOSS en noviembre de 2011. [66] En febrero de 2017, la junta directiva de Caltrain canceló el contrato con PTG por no cumplir con la fecha límite programada para 2015. [67] PTG y Caltrain presentarían demandas por incumplimiento de contrato. [65] [68] En su reunión de la junta directiva del 1 de marzo de 2018, Caltrain anunció que otorgará un contrato a Wabtec para la implementación de I-EMTS. [69]
Se han desarrollado tecnologías de control positivo de trenes (PTC) y sistemas de monitoreo de vehículos para las nuevas líneas de trenes de cercanías del área metropolitana de Denver que comenzaron a abrir en 2016. [70] Después de que la Línea A de la Universidad de Colorado se inauguró el 22 de abril de 2016 entre la estación Denver Union y el Aeropuerto Internacional de Denver , experimentó una serie de problemas relacionados con tener que ajustar la longitud de los espacios sin energía entre diferentes secciones de energía aérea, rayos directos, cables enganchados y señales de cruce que se comportaban de manera inesperada. [71] En respuesta a los problemas de cruce, Denver Transit Partners, el contratista que construye y opera la Línea A, colocó guardias de cruce en cada lugar donde la línea A cruza calles locales a nivel, mientras continuaba explorando revisiones de software y otras correcciones para abordar los problemas subyacentes. [72] La FRA requirió informes de progreso frecuentes, pero permitió que RTD abriera su Línea B como se programó originalmente el 25 de julio de 2016, [73] porque la Línea B solo tiene un cruce a nivel a lo largo de su ruta actual. [72] Sin embargo, la FRA detuvo las pruebas en la línea G más larga hasta Wheat Ridge , originalmente programada para abrir en el otoño de 2016, hasta que se pudiera demostrar un mayor progreso en la resolución de los problemas del cruce de la línea A. [74] Las pruebas de la línea G se reanudaron en enero de 2018, aunque la línea A continuó operando bajo una exención. [75] La línea G se abrió al servicio de pasajeros el 26 de abril de 2019. [76]
Se ha implementado un control positivo de trenes en los 63 cruces de Sonoma–Marin Area Rail Transit a lo largo del corredor inicial de pasajeros de 43 millas (69 km) que comenzó a funcionar regularmente el 25 de agosto de 2017 después de que la FRA diera su aprobación final para el sistema PTC de SMART. [77] SMART utiliza el sistema E-ATC para su implementación de PTC. [78]
El 28 de febrero de 2016, la SEPTA recibió la aprobación de la FRA para lanzar el PTC en sus líneas de ferrocarril regional . [79] El 18 de abril de 2016, la SEPTA lanzó el PTC en la línea Warminster , la primera línea en utilizar el sistema. [79] [80] En el transcurso de 2016 y en 2017, el PTC se implementó en diferentes líneas de ferrocarril regional. El 1 de mayo de 2017, la línea Paoli/Thorndale , la línea Trenton y la línea Wilmington/Newark (todas las cuales corren sobre vías de Amtrak) recibieron el PTC, la última de las líneas de ferrocarril regional en recibir el sistema. [81]
Metrolink , el sistema ferroviario de cercanías del sur de California involucrado en la colisión de trenes de Chatsworth de 2008 que proporcionó el impulso para la Ley de Mejora de la Seguridad Ferroviaria de 2008 , fue el primer sistema ferroviario de pasajeros en implementar completamente el control positivo de trenes. [82] En octubre de 2010, Metrolink otorgó un contrato de $120 millones a PTG para diseñar, adquirir e instalar PTC. [83] PTG diseñó un sistema PTC que usaba tecnología GPS para informar la posición a las computadoras de a bordo del tren, que se comunican de forma inalámbrica con señales en la vía y una oficina central. [84] Metrolink esperaba colocar a PTC en servicio comercial para el verano de 2013. [84] Sin embargo, Parsons anunció que la FRA había autorizado a Metrolink a operar PTC RSD utilizando el I-ETMS de Wabtec en servicio comercial en la línea de San Bernardino en marzo de 2015. [85] Metrolink anunció que PTC se había instalado en todas las millas de derecho de paso propias para junio de 2015, y estaba trabajando para instalar el sistema en vías compartidas con Amtrak, carga y otros socios ferroviarios de pasajeros. [86]
En la década de 1990, Union Pacific Railroad (UP) tenía un proyecto de asociación con General Electric para implementar un sistema similar conocido como "Precision Train Control". Este sistema habría implicado una operación de bloques móviles , que ajusta una "zona segura" alrededor de un tren en función de su velocidad y ubicación. Las abreviaturas similares a veces han causado confusión sobre la definición de la tecnología. GE abandonó más tarde la plataforma Precision Train Control. [87]
En 2008, un equipo de Lockheed Martin , Wabtec y Ansaldo STS USA Inc instaló un subsistema ITCS en un segmento de 120 millas de la vía de UP entre Chicago y St. Louis. Otras importantes empresas de software, como PK Global y Tech Mahindra , también son algunos de los socios estratégicos de TI en el desarrollo de sistemas PTC. [88]
Al 31 de diciembre de 2017 [update], Union Pacific había instalado el 99 por ciento, o más de 17.000 millas, del total de millas de ruta con hardware de señal PTC. Union Pacific ha instalado parcialmente hardware PTC en aproximadamente el 98 por ciento de sus 5.515 locomotoras destinadas a la misma tecnología y ha equipado y puesto en servicio 4.220 locomotoras con hardware y software PTC. Union Pacific también ha instalado el 100 por ciento de las antenas de vía necesarias para soportar PTC a lo largo del derecho de paso de la empresa. [89]
La separación positiva de trenes (que pasó a llamarse control positivo de trenes en 2001) fue incluida por primera vez en la lista de los más buscados de la Junta de Seguridad.
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