ertms over satellite

ERSATERTMS over Satellite

Roma, 24 Settembre 2019

Giusy Emmanuele

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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.

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Sviluppo della tecnologia e test



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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.

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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)


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Architettura 3inSat


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Architettura di rete TLC

On BoardTrain

Radio Block Center(Cagliari)

BTSGGSN

RBC gateway

OBU

Backup Control Center(Rome)

Satellite Gateway

SatComTerminal

Integratedrouter

2G/3GTerminal

TLC node

Backup gateway

TLC node

Sistema di comunicazione Terra-Treno per il segnalamento


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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.


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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)


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• 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


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Sito prova sulla linea Pontremolese

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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

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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


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Constellazione GNSS (GPS+Galileo)

Decimomannu Reference Station

Samassi Reference Station

Rete SDH RFI

Rete di comunicazione

Radio

Virtual Balise

Come Funziona?

RBC


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Stazione di Riferimento di Decimomannu

Reference Station and TETRA Base Station


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Posto centrale Cagliari

Radio Block Center Roma,24 Settembre 2019

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QuadroLuminoso

Linea Cagliari – San Gavino Roma,24 Settembre 2019

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Equipaggiamento di Bordo


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Installazione Antenna a bordo Treno



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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).


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Balise Virtuale



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Virtual Balise Reader


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Alcuni risultati dei test utilizzando GALILEO, GPS and EGNOS

*video esemplificativo del fornitore STS


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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)


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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


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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


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RFI Game Changers

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

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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

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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



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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



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Progetto DB4Rail

GPS/Galileo SVs

Authentic SIS

Jamming

GNSSReceiver

Virtual Balise

Virtual Balise

Virtual Balise

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Available


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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

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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).


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https://it.wikipedia.org/wiki/Telecomunicazioni

https://it.wikipedia.org/wiki/Onde_radio


Sat4Train


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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


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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



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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.


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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



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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:

TAF

JAZZ

Rotabili merci:

E633 MERCITALIA

E652 MERCITALIA


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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

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Grazie

[email protected]

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ertms over satellite

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