ertms over satellite

ERSATERTMS over Satellite

Roma, 24 Settembre 2019

Giusy Emmanuele

Cos’è ERSAT?

ERSAT I Giusy Emmanuele

Roma,24 Settembre 2019

ERSAT è nato nel 2012 come un progetto, negli anni si è evoluto come Programma di una serie di Progetti Satellitari in ambiente

ferroviario.

Sviluppo della tecnologia e test

Obiettivi RFI all’interno del Programma ERSAT

1. Riduzione dei costi di investimento (CAPEX) e dei costi di manutenzione (OPEX) per la semplificazione delle infrastrutture tecnologiche;

2. Garantire un livello standard della sicurezza ferroviaria europea (SIL4);

3. Maggiore sicurezza e capacità delle reti di trasporto attraverso l'applicazione di un blocco mobile sulle linee secondarie;

4. Modernizzare il sistema di segnalamento a costi più bassi per garantire la sostenibilità;

5. Garantire l'interoperabilità della flotta;

6. Impatto minimo sull’attuale normativa per il PdC e DCO.

5ERSAT I Giusy Emmanuele

Studio sulla Sostenibilità Economica

I principali vantaggi della nuova soluzione sono due:

- riduzione di balise fisiche, che genera risparmi nel relativo capex e opex

- riduzioni degli investimenti in infrastrutture GSM-R aggiuntive, che generaanche risparmi in capex e connessi opex di manutenzione

Applicazione di un'analisi costi-benefici per

confrontare la convenienza di ERTMS

basata sul GNSS rispetto ai tradizionali ERTMS a

livello europeo

(Fonte: Università Bocconi)

Architettura 3inSat

Architettura di rete TLC

On BoardTrain

Radio Block Center(Cagliari)

BTSGGSN

RBC gateway

Backup Control Center(Rome)

Satellite Gateway

SatComTerminal

Integratedrouter

2G/3GTerminal

TLC node

Backup gateway

TLC node

Sistema di comunicazione Terra-Treno per il segnalamento

Obiettivi di 3inSat

1. Sviluppo di un prototipo per la localizzazione satellitare del treno;

2. Modulo TLC per comunicazione terra-treno (segnalamento):

• Rete 2G/3G Vodafone,• Satcome network (INMARSAT),• Rete TETRA, standard digitale IP.

ERSAT EAV

Il processo di introduzione delle tecnologie satellitari, iniziato grazie al progetto 3InSat,

finanziato da ESA (European Space Agency) e dall’ASI (Agenzia Spaziale Italiana), ha aperto la

strada per le prove sul campo di ERSAT EAV, (ERTMS + SATELLITARE Enabling

Application Validation) finanziato dalla GSA (Global Navigation Satellite System Agency)

• Lunghezza linea: circa 120 km

• Balise fisiche: circa 500

• 3 Stand Alone RIMs equipaggiati con 2 ricevitori GPS

• Treni: 2 Ale.642 equipaggiate con 2 ricevitori GPS

• Track Database basato suposizionamento RTK

Linea Pontremolese

Sito prova sulla linea Pontremolese

LDS come un "BTM virtuale": sovrapposizione di balise virtuali e posizioni Eurobalise reali?

Simulatori ad hoc permettono di "replicare" in laboratorio dei dati GNSS acquisiti durante le corse di prova e valutare le prestazioni di algoritmi proposti su una piattaforma.

Ale.642031-050 / 048

Sito Prova in Sardegna

Linea a Doppio Binario

Lunghezza Totale:~ 50 km (Cagliari- San Gavino) Linea a Doppio Binario

Velocità massima 130 km/h utilizzando Aln 668 3114.

Rete di Augmentation con due Stazioni di Riferimento (RS a Decimomannu e Samassi) con rete RFI SDH

Posto Centrale a Cagliari con RBC&TALS

3 Tetra Antenna a Cagliari, Decimomannu e Samassi

Procedura di Validazione Test di RFI

Valutazione Indipendente di NoBo

Constellazione GNSS (GPS+Galileo)

Decimomannu Reference Station

Samassi Reference Station

Rete SDH RFI

Rete di comunicazione

Virtual Balise

Come Funziona?

Stazione di Riferimento di Decimomannu

Reference Station and TETRA Base Station

Posto centrale Cagliari

Radio Block Center Roma,24 Settembre 2019

QuadroLuminoso

Linea Cagliari – San Gavino Roma,24 Settembre 2019

Equipaggiamento di Bordo

LDSVBR

Installazione Antenna a bordo Treno

Architettura di Bordo

GSM-3G-LTE

Tetra –Satellite

Virtual Balise Reader

Comunicazioni IP- Base e Balise virtuale basata su IP al fine di:

- Ridurre i costi;- Aumentare la precisione del tachimetro;- Sviluppare un prodotto competitivo sul mercato

internazionale

Sistema TLC Multi-portante: in grado di garantire la qualità del servizio richiesto da ETCS, utilizzando le reti pubbliche (cioè cellulare-satellite) ed interoperabile con il GSM-R.

Un sistema di localizzazione sicuro fornisce i dati dalle cosiddette balise virtuali secondo le esigenze e le interfacce fornite da TCS (Train Control System).

Balise Virtuale

Virtual Balise Reader

Alcuni risultati dei test utilizzando GALILEO, GPS and EGNOS

*video esemplificativo del fornitore STS

Risultati campagna di test di ERSAT EAV

Il valore atteso di precisione di posizione media GNSS per corsa treno è minore di +/- 3metri

Precisione di posizione media GNSS per corsa treno (*)

(*) Ground Truth basato su RTK

Std Dev è solitamente minore di 4 metri (eccetto in due casi)

Risultati campagna di test di ERSAT EAV

Velocità di posizione media GNSS per corsa treno

Il valore atteso della velocità di posizione media GNSS per corsa treno è minore di + 5km/h

Std Dev è di solito approssimativamente minore di 2 km/h

L’evoluzione di ERSAT EAV è ERSAT GGC (ERSAT Galileo Game Changer), il cui piano di sviluppo

prevede la messa in servizio di una prima linea pilota, entro il 2020

trasferendo tutto il know-how acquisito sul trial site Sardo che continuerà

a rimanere il sito di riferimento per gli ulteriori sviluppi di taletecnologia in Italia e per la certificazione

RFI Game Changers

ERSAT sfrutta i potenziali vantaggi di GALILEO & ERTMS per innovare ERTMS con le più recenti tecnologie

ERSAT I Giusy mmanuele

Obiettivi ERSAT GGC

Convalida delle risorse EGNSS e relativo processo dicertificazione compatibile con gli standard ERTMS

Definizione e certificazione di un processo STANDARD,metodologia e set di strumenti per la sostituzione delle balisefisiche con balise virtuali

Consolidamento e certificazione del miglioramentodell'architettura funzionale ERTMS integrata con il sistema dideterminazione della posizione basato su satellite (LDS)

Contribuire al processo di standardizzazione e diffusione deirisultati con le parti interessate del satellite e della ferrovia

Integrazione di EGNSS senza impatto sul sistema ERTMS Roma,24 Settembre 2019

Attività a supporto per il processo di certificazione

Il GNSS e le reti TLC pubbliche sono componenti esterne all’attuale ERTMS standard

L’Adozione del GNSS e le Comunicazioni su rete Pubblica richiedono la definizione di interfacce/Service levels fra i gestori dei servizi ed il «core» ERTMS

Valutare gli impatti sulla safety e sulla disponibilità dell’ERTMS conservizi «esterni» all’ecosistema ERTMS

Sistema di Augmentation Virtual Balise reader Interfaccia RBC – Rete di Augmentation Multi-bearer telecom

il Safety case deve essere predisposto con i livelli di servizio richiesti ai gestori del servizio

Necessario il supporto e coinvolgimento dell’ASI, ESA e GSA esperti del settore Space e ANSF/EUAR per il Railway

1. Trackside CCS e On Board Unit devono essere implementati secondo l'ERTMS Baseline 3 R2 standarde soggetto a certificazione. Per quanto riguarda TRK ETCS, non esportando le condizionidell'applicazione che influiscono sull'interoperabilità con l'OBU, la certificazione verrà eseguita da unNOBO

2. La certificazione delle nuove funzioni di bordo e di terra che includono l'introduzione del GNSSe la funzione di integrità del treno sarà svolta da un DeBO

Tutti i prodotti e le funzioni del GNSS (compresa la rete di augmentation), che sono aggiunti alle disposizioni del punto 1, saranno utilizzati esclusivamente allo scopo di migliorare l'odometria mediante balise virtuale e non ostacolano l'interoperabilità

della linea

Processo di certificazione in accordo con ERA

Progetto DB4Rail

GPS/Galileo SVs

Authentic SIS

Jamming

GNSSReceiver

Virtual Balise

Unavailable

Available

DB4Rail Scenario

Interferenze intenzionali

che interessano i segnali

GNSS ricevuti

La mitigazione di tale

tipo di pericolo è stata

studiata principalmente

per applicazioni militari

Disponibilità di ricetrasmettitori SDR a banda larga a basso

costo progettati per il mercato di massa di LAN (ad es. IEEE

802.11 ac) e comunicazioni mobili (LTE avanzate) Roma,24 Settembre 2019

DB4Rail principio di Funzionamento

DB4RAIL consente di fornire al Virtual Balise Reader i seguenti blocchi:

1. una matrice di antenna GNSS anziché un'antenna GNSS a singolo elemento;

2. tre blocchi di pre-elaborazione Anti-Jamming, per aumentare le funzionalità di GNSS;

3. l'Algoritmo di Navigazione Anti-spoofing per aumentare le funzionalità degli algoritmi GNSS.

DB4RAIL studia l'interferenza intenzionale, che possono essere classificate in base all'obiettivo degli attacchi:

- se l’atto di disturbare volutamente le comunicazioni radio di posizione e di tempo (jamming);

- errore della posizione e del tempo (spoofing e meaconing).

Sat4Train

Sat4Train, riguarda la progettazione e sviluppo di una Piattaforma di comunicazione via satellite Multi Link (MLCP), volta a garantire:

- Il soddisfacimento dei requisiti applicativi ferroviari (in particolare per il segnalamento ferroviario);

- La compatibilità/interoperabilità con la normativa europea in corso di definizione di un sistema di comunicazione adattabile per il segnalamento ferroviario (ERTMS);

- La sostenibilità economica per le linee regionali e merci, utilizzando reti pubbliche (terrestri e satellitari) e la loro evoluzione (ad esempio 5G), evitando qualsiasi infrastruttura dedicata lungo linea.

Sat4Train – Campo di applicazione

Gate4Rail

GATE4Rail fornirà un'ARCHITETTURA DI

PROVA DI LABORATORIO in grado di simulare scenari ferroviari per applicazioni ERTMS

basate su GNSS integrando diversi

blocchi di simulazione e definendo le loro

interfacce al fine di coprire una catena di simulazione globale

SBS fase 2

L'applicazione consiste nel mettere in funzione un

sistema ERTMS utilizzando i satelliti GNSS con adeguati sistemi di

localizzazione e servizi di telecomunicazione

pubblica basati su IP (incluso SATCOM) anziché

GSM-R. Queste funzionalità sono abilitate

da "servizi" esterni all'ERTMS, riducendo la

necessità di costruire infrastrutture dedicate.

Roadmap per la certificazione e messa in servizio

2017 2020 2021 2022 2023

Selezione del treno e degli elementi logistici per lo

sviluppo della localAugmentation Network

Attivazione ERTMS L2 + GNSS + Local Augmentation Network

Implementazione ERTMS L3+ GNSS+ IP Based Public TLC

Upgrade ERTMS+ GNSS

+ EGNOS Based SBAS

Activation ERTMS L3 + GNSS+ IP Based Public TLC

Attività preparatorie

Attivazione –Nov 29 L3 Impl. – Nov

Pronto – SepAttività

preparatorieERA target window

perupgrade delle STI

ERTMS L2 baseline 3

Activities underway Ruolo di GSA-ESA

Sforzo cooperativo che coinvolgeComunità ferroviaria e satellitare

Asset satellitare per conformarsi al processo di certificazione ERTMS

Linea Pinerolo Sangone

PILOT LINE MONCALIERI SANGONE - PINEROLOLa linea è lunga 30 km:

Singolo binario 1 treno ogni 30 minuti per lo stesso

senso di marcia nell’ora di punta

Elettrificata

Vmax 135 Km/h

Sistema di Protezione SCMT ASTS

Sistema di Blocco Conta Assi Ducati\GETS

Operatori Trenitalia\ Mercitalia

Presenza traffico passeggeri\merci

17 PL automatici

No gallerie, solo viadotti per automobili

1 raccordi merci attivo Candiolo

Rotabili passeggeri:

Rotabili merci:

E633 MERCITALIA

E652 MERCITALIA

Conclusioni

Il concetto di Virtual Balise è ora una realtà grazie a questi anni di esperienza sul sito di prova Sardo dimostrando che l'ERTMS basato sul satellite VBR (Virtual BaliseReader) funziona correttamente.

La comunicazione radio basata su reti a commutazione pubblica è adatta per l’ERTMS L2 / L3 nelle linee regionali.

Gli eventi locali temuti a bordo (ad es. Multipath, interferenze in radiofrequenza) verranno mitigate per applicazioni ferroviarie

Tecnologia Satellitare +Euroradio con bearer pubblico +

ERTMS L2 / L3

Per la messa in servizio di una linea in esercizio commerciale

Grazie

gi.emmanuele@rfi.it

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