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14:47 Pagina 1 2006 Tecnologie Ambiente Ingegneria [ A r g o m e n t i ] 10 2006 8-05-2007 [ A r g o m e n t i ] 10 COVER II DI COP. 8-05-2007 14:47 Pagina 1 Comitato Scientifico Coordinamento Prof. Ing. Dario Lo Bosco Ordinario di Ferrovie della Facoltà di Ingegneria nell’Università degli Studi Mediterranea di Reggio Calabria Prof. Attilio Celant Preside della Facoltà di Economia dell’Università “La Sapienza” di Roma Prof. Ing. Salvatore Di Mino Delegato della Società Italiana Infrastrutture Viarie Prof. Avv. Serafino Gatti Ordinario di Diritto Commerciale nella Facoltà di Diritto Privato e Comunitario dell’Università “La Sapienza” di Roma Prof. Marius Stoka Ordinario nel Dipartimento di Matematica dell’Università di Torino 8-05-2007 14:48 Pagina 1 [ A r g o m e n t i ] 10 2006 SOMMARIO SOMMARIO 8-05-2007 14:48 Pagina 2 Sommario Quadrimestrale di RFI – RETE FERROVIARIA ITALIANA Anno 4 - n. 10 - dicembre 2006 Editoriale • Fattore umano, tecnologie, soddisfazione del cliente Direttore Responsabile Ida D’Antonio Direttore Scientifico Dario Lo Bosco Responsabile Tecnico Giuseppe Sciumè Coordinamento Redazionale Pietro Stramba-Badiale Segretaria di redazione Maria Grazia Occhipinti e minimizzazione dei rischi: qualità e sicurezza al primo posto per RFI Dario Lo Bosco Focus | Tecnologie • I sistemi tecnologici per la circolazione 7 Giorgio De Giorgi, Giorgio Di Marco, Pasquale Ventrella • I sistemi informativi per la circolazione 13 Pier Luigi Guida, Alfonso De Ascaniis • Il sistema ACC, dal banco elettromeccanico al mouse Progetto grafico, impaginazione e stampa Ideal Comunicazione srl Via Colli 24 - 10129 Torino 4 31 Rolando Bassignani, Nicola Benini, Andrea Sagrini • Dal CTC al SCC 43 Giuseppe Boccassi Foto e illustrazioni Fototeca Ferrovie dello Stato SpA Redazione Piazza della Croce Rossa, 1 00161 Roma Telefono: 06.44104402 Fax: 06.44103726 [email protected] www.rfi.it • Il sistema di controllo marcia treno (SCMT) 59 Matteo Scordato • Il progetto PIC-IaP 75 Furio Cinerari, Simona Cristofari, Nuccio Piccinini • SSC: Sistema di supporto alla condotta 89 Paolo Sanna, Daniele Seglias • Le sale operative ferroviarie 101 Valerio Giovine • Sistemi circolazione in sigle 115 Registrazione Tribunale di Roma n. 421/2003 del 3 Ottobre 2003 Ambiente | Diritto | Economia | Ingegneria Le opinioni espresse negli articoli impegnano unicamente le responsabilità dei rispettivi autori. Scritti, fotografie e disegni inviati non vengono restituiti. La riproduzione degli articoli deve essere autorizzata dalla Direzione • Una formulazione agli elementi di contorno per l’analisi unificata 121 aeroacustica e aerodinamica d’un treno ad alta velocità R. Ardito Marretta, M. Carley, G. Davi, D. Lo Bosco, A. Milazzo, G. Tesoriere Ambiente | Diritto | Economia | Ingegneria • Gestione della manutenzione della rete di telecomunicazione di RFI 137 Attilio Gaeta • Prestazioni delle traverse ferroviarie: confronto tra dispositivi tradizionali e innovativi Marco Guerrieri 143 Chiuso in tipografia il 29 dicembre 2006 3 EDITORIALE 8-05-2007 14:49 Pagina 4 [ Argomenti ] 10 EDITORIALE Fattore umano, tecnologie, soddisfazione del cliente e minimizzazione dei rischi: qualità e sicurezza al primo posto per RFI DARIO LO BOSCO - direttore scientifico FI ha posto in essere, negli ultimi (Apparato centrale computerizzato), men- anni, un continuo processo d’otti- tre si riuscirà ad avere la copertura del- mizzazione della qualità e della l’intera rete già alla fine del 2007 con par- sicurezza della circolazione ferroviaria, ticolari sistemi di comando e controllo per utilizzando i più avanzati sistemi tecnolo- la gestione del traffico, denominati SCMT gici per la gestione del traffico nella rete (Sistema controllo marcia treno) e SSC e nei nodi. Ciò ha consentito anche di (Sistema di supporto alla condotta). minimizzare gli inconvenienti in esercizio Quest’ultimo, in particolare, introduce e di rendere il servizio per la clientela un’ulteriore interfaccia tra il sistema di sempre più efficiente e funzionale alle segnalamento di terra e quello di bordo, molteplici esigenze di mobilità di persone nel treno, eliminando, in tal modo, l’even- e merci. tuale possibilità d’errore umano. La pro- In questo numero di Argomenti viene illu- tezione del convoglio viene, infatti, realiz- strato l’incessante sforzo compiuto dalle zata mediante un opportuno monitoraggio Ferrovie italiane per mitigare il più possi- tecnologico della marcia del treno rispet- bile, grazie all’impiego d’opportuni siste- to ai segnali fissi lungo il percorso e ai mi informatici e di controllo, l’incidenza limiti di velocità imposti dalla stessa infra- del cosiddetto “fattore uomo” nel traspor- struttura ferroviaria. to su rotaia, essendo proprio tale elemen- RFI, in tal modo, sta portando a compi- to il “punto debole” della sicurezza del mento un complesso e diffuso program- sistema. ma di riqualificazione e miglioramento del Nelle stazioni, ad esempio, per regolare sistema che consentirà presto d’estende- la circolazione, dai primi apparati elettro- re anche alle linee regionali (frequentate meccanici di manovra centrale, risalenti ai da numerosi pendolari e, dunque, a ele- primi del ‘900, s’è passati ai più com- vato livello d’attenzione per FS) gli alti plessi ed efficienti ACEI (Apparato cen- standard di sicurezza che le Ferrovie ita- trale elettrico a itinerari) e, poi, agli ACC liane forniscono già compiutamente per la R 4 rete AV/AC e a quelle principali, preve- di dirigente “tecnologo” impegnato nella dendo anche l’interoperabilità delle appa- supervisione e nella gestione della circo- recchiature di sicurezza adottate con gli lazione da apposite postazioni, dotate di emergenti sistemi europei di controllo complesse strumentazioni che mettono della regolarità di marcia. a disposizione una serie d’informazioni Il sistema SCMT, che appartiene alla automatizzate, rendendo, così, pratica- famiglia degli apparati ATC ( Automatic mente nullo il rischio d’errore. Train Control), è stato, ad esempio, prima installato sperimentalmente sulla rete sarda, per poi essere adeguatamente esteso a tutta la rete di carattere complementare e regionale, per un totale di circa 6.000 km. Esso opera attraverso uno specifico canale di segnalamento cosiddetto RSDD (Ripetizione segnali di tipo digitale discontinuo), che stabilisce un particolare “dialogo” fra terra e bordo (nel rotabile) in alcuni punti significativi della linea, ognuno dei quali è fornito di specifiche “boe”, installate sulle traversine delle rotaie, capaci d’inviare al ricevente posto sul mezzo di trazione appositi “messaggi” con i dati prescrittivi di marcia. Il sistema, inoltre, s’integra efficacemente con il controllo della ripetizione continua dei segnali in macchina (RSC), garantendo, così, la massima sicurezza d’esercizio. Insomma, grazie ai nuovi strumenti di controllo della circolazione in rete e nelle stazioni messi a disposizione dall’utilizzo delle tecnologie più avanzate e affidabili è in atto una profonda trasformazione anche di figure professionali storiche, come quella del capostazione, verso ruoli Inoltre, RFI ha proficuamente utilizzato l’innovazione tecnologica pure per migliorare efficacemente l’informazione al pubblico, avviando una profonda trasformazione dei sistemi di comunicazione, ottimizzando il grado di soddisfazione della clientela che sceglie il trasporto ferroviario rispetto alle altre modalità di spostamento offerte. In questo numero viene illustrato il significativo risultato ottenuto anche in tale direzione dalle Ferrovie italiane, che hanno concepito l’informazione al pubblico non come un semplice processo operativo da realizzare a valle dei provvedimenti di circolazione adottati, ma come attività finalizzata alla mitigazione dei disagi che i clienti possono talvolta subire, fornendo sempre, in tempo reale, soprattutto in condizioni d’anormalità della circolazione, informazioni certe e attendibili, indicando pure utili alternative di viaggio. Tutto ciò a testimoniare il costante e produttivo impegno di RFI, come grande impresa a servizio del paese, per migliorare sempre più la “qualità globale” del trasporto ferroviario, nelle stazioni e in ogni parte della rete. 5 A1 8-05-2007 14:49 Pagina 6 I sistemi tecnologici per la circolazione GIORGIO DE GIORGI direttore della Direzione Information & Communication Technology di RFI SpA GIORGIO DI MARCO direttore della Direzione tecnica di RFI SpA Focus Tecnologie Il costante perseguimento della massima sicurezza del trasporto ferroviario e della soddisfazione dei clienti – imprese ferroviarie e passeggeri –, unito allo studio, alla sperimentazione e all’applicazione delle migliori tecnologie disponibili, ha portato negli anni RFI a dotare le linee di apparati di controllo e pianificazione sempre più avanzati e sicuri, minimizzando i rischi legati al “fattore umano”. Un’ampia panoramica dello stato dell’arte e delle applicazioni più significative a descrizione dell’evoluzione dei sistemi tecnologici per la regolazione della circolazione ferroviaria non può prescindere da considerazioni di tipo antropologico in cui, a volte, nostalgia e tradizione possono prendere il sopravvento rispetto a una concezione d’intendere il trasporto su rotaia profondamente mutata negli ultimi decenni in uno scenario di modernizzazione spinta. Dalla letteratura al cinema, le stazioni e i treni fanno parte, nell’immaginario collettivo, della storia del nostro paese. Le immagini delle sequenze drammatiche del neorealismo cinematografico di Germi, del capostazione del principe De Curtis e, più recentemente, di Rubini raccontano un indimenticabile vissuto quotidiano che documenta uno scorcio d’epopea italica, in cui le linee ferrate e le stazioni rappresentarono l’anima pulsante d’un paese alla ricerca della propria identità per poi divenire fulcro determinante nel suo sviluppo economico e sociale, oltre che riferimento d’appartenenza nel processo d’unificazione fisica e morale di tutto un popolo. Dai primi apparati elettromeccanici di manovra centrale dell’inizio del ‘900 ai più complessi ACEI e poi ACC per regolare la circolazione nelle stazioni, fino alle ultime realizzazioni di sistemi di comando e controllo per la gestione del traffico nelle linee e negli impianti, favorite dall’avvento dell’informatica, la priorità negli investimenti è sempre stata volta al conseguimento dei migliori standard qualitativi, tali da garantire la massima sicurezza dei clienti e la minimizzazione degli inconvenienti d’esercizio. In questo contesto, che ha visto l’introduzione di tecnologie sempre più avanzate, la figura carismatica del capostazione sta progressiva- L PASQUALE VENTRELLA responsabile Struttura esercizio della Direzione movimento di RFI SpA 7 A1 8-05-2007 14:49 Pagina 8 FOCUS | Tecnologie [ Argomenti ] 10 mente evolvendo verso la figura di dirigente operatore che, intervenendo da postazioni remote, ha a disposizione strumentazioni e informazioni automatizzate per la supervisione e gestione della circolazione che consentono d’ampliare la giurisdizione su più linee e territori. Questa profonda trasformazione organizzativa, che sta portando alla realizzazione di posti centrali, invisibili agli occhi dei viaggiatori, impone alcune riflessioni sul tema della gestione d’un complesso sistema “impresenziato”. Un compito fondamentale delle società del Gruppo, nei prossimi anni, sarà sicuramente costituito dal sempre maggiore coinvolgimento dei clienti e delle istituzioni locali nel nuovo modello ferroviario. Le stazioni dovranno continuare a essere un punto d’incontro, un luogo plurifunzionale radicato nel tessuto urbano circostante, spazio sociale da vivere e condividere, mentre il treno dovrà diventare sempre più uno strumento di trasporto, per una mobilità sostenibile, da privilegiare in ogni situazione e per ogni condizione di viaggio. La diversificazione delle risposte da adottare, la confortevolezza e l’informazione di ogni momento del percorso, unitamente a collegamenti sempre più rapidi e sicuri, sono le sfide già avviate e da consolidare. Con una corretta e appropriata comunicazione e informazione nei confronti dei viaggiatori e con la creazione d’una serie di servizi complementari in stazione sarà possibile coniugare le esigenze dei clienti con il progressivo superamento dei vecchi modelli gestionali, superati per l’evoluzione tecnologica che ha portato alla razionalizzazione e al potenziamento dell’infrastruttura e degli impianti. Il fattore umano che era, perciò, un tempo essenziale per far circolare i treni viene oggi fortemente supportato e talvolta sostituito dalle tecnologie innovative. I nuovi sistemi tecnologici, infatti, attraverso un lungo percorso che ne ha segnato lo sviluppo nel tempo, stanno entrando prepotentemente nel processo ferroviario 8 I sistemi tecnologici per la circolazione della circolazione, e oggi una ferrovia moderna ed evoluta non può prescindere da essi. Le funzioni d’automazione di processo e di governo delle informazioni che è possibile svolgere hanno significativi riflessi sulla sicurezza, sull’organizzazione dell’esercizio, sulle prestazioni dell’infrastruttura e sulla qualità del servizio offerto alla clientela. Questi elementi possono essere considerati articolati su un doppio livello: il primo, relativo ai sistemi impiegati per le funzioni di base della circolazione e legati al segnalamento ferroviario, e il secondo relativo a quelli impiegati per funzioni di coordinamento, supervisione e distribuzione delle informazioni e legati al mondo dell’Information & Communication Technology. Nel presente numero della rivista si darà una visione dello stato dell’arte di tali due livelli, descrivendone le applicazioni più significative, dopo averne di seguito preliminarmente delineato i tratti generali che le contraddistinguono. Al primo livello appartengono gli impianti che disciplinano la circolazione nelle stazioni e in linea (apparati, blocco), sono preposti alla protezione della marcia del treno (SCMT) e al supporto alla condotta (SSC) e consentono il comando centralizzato del traffico (CTC, SCC). L’Apparato centrale computerizzato (ACC) rappresenta l’ultimo nato nella numerosa famiglia degli apparati, cioè di quegli impianti che consentono la circolazione in sicurezza nelle stazioni, centralizzando la formazione degli itinerari e la manovra delle apparecchiature di piazzale.Tali impianti sono stati contraddistinti nel tempo dal tipo d’energia impiegata per la manovra dei deviatoi (meccanica, idraulica ed elettrica) e dalle modalità con cui si sono sviluppate le funzioni di “logica” (o d’interblocco tra le varie apparecchiature di piazzale). L’ACC è caratterizzato dall’impiego della logica programmata per le funzioni di “logica” e dell’energia elettrica per la movimentazione delle apparecchiature di piazzale; aumenta le prestazioni degli apparati tradizionali e s’avvale delle tecnologie e metodologie più avanzate nell’elaborazione e trasmissione dati con caratte- 9 A1 8-05-2007 14:49 Pagina 10 FOCUS | Tecnologie [ Argomenti ] 10 re di sicurezza. È già prossima una sua evoluzione in una configurazione, dove s’integrano le funzioni d’apparato e quelle di sistema di distanziamento, che costituirà un nuovo passo in avanti verso soluzioni che coniugano l’integrazione/ottimizzazione delle funzioni con la riduzione dei costi. Il SCMT consente la chiusura a bordo del treno dell’anello di sicurezza costituito a terra dagli impianti di segnalamento. Attraverso questo sistema sono fornite al treno quelle informazioni che consentono di controllarne la marcia in relazione ai vincoli imposti alla sua circolazione dal segnalamento e dall’infrastruttura. RFI s’è impegnata in un programma d’attrezzaggio delle linee ampio e concentrato nel tempo, per poter ottenere nel più breve tempo possibile su una rilevante parte della rete quel salto qualitativo per la sicurezza che i tempi imponevano. Il SCC rappresenta l’evoluzione della famiglia degli impianti di telecomando del segnalamento (CTC) in termini tecnologici e funzionali, integrando, insieme alla funzione principale di gestione a distanza degli apparati periferici di linea o di nodo, funzioni come la diagnostica, le informazioni al pubblico e la telesorveglianza. Questi impianti sono una primaria sorgente informativa, relativamente alla circolazione, per gli impianti del secondo livello dell’ICT. Passando al secondo livello, occorre subito dire che quello della circolazione treni è uno dei processi aziendali che storicamente sono stati più spesso oggetto d’analisi da parte dell’Information & Communication Technology, vuoi per la sua centralità nell’ambito del sistema ferroviario – e l’ICT “vuole” essere di supporto ai processi core – vuoi per la sua specificità, che rende obbligatoriamente unico, e quindi stimolante, l’approccio da parte degli analisti, vuoi per la sua complessità, che ben si presta a essere studiata con tecniche sempre più sofisticate e innovative. Il binomio inizia dalla metà degli anni ’70 col CCR (Controllo centralizzato rotabili) a supporto del Servizio movimento e commerciale nella ripartizione dei veicoli, nel monitoraggio dei carri e nella gestione della merce su di essi trasportata, e col Progetto 10 I sistemi tecnologici per la circolazione orario, dal cui “fotocomposto” la Tipolitografia FS produceva Il treno – Orario ufficiale delle Ferrovie dello Stato. Una decina d’anni più tardi, la nuova Sala operativa nazionale realizza il monitoraggio, manuale ma in tempo reale, di circa 300 treni viaggiatori e 60 merci attraverso il Sistema informativo treni che, insieme ad AFT (Andamento e frequentazione treni) e Ranger è stato tra i primi sistemi informativi a recepire il concetto di puntualità in termini sia quantitativi (andamento) sia qualitativi (cause di ritardo). Ma il vero salto di qualità lo si realizza a partire dalla metà degli anni ’90 con il Sistema integrato di supervisione della circolazione treni (SISCT), sistema a più livelli (linea, compartimento, centro) che realizza la vera automazione a carattere nazionale della regolazione, coordinamento e supervisione della circolazione treni, abilitando gli operatori che intervengono nel ciclo di vita del treno all’utilizzo delle tecnologie informatiche (personal computer e stampanti) in sostituzione degli strumenti tradizionali (telefono, matita e carta). Dal punto di vista architetturale, l’inizio del processo d’automazione è segnato dal mainframe, il “cervellone” centrale, mentre gli utenti dispongono di terminali “stupidi” senza capacità elaborativa locale; poi comincia la “distribuzione” dei sistemi, utilizzando architetture client-server che consentono di posizionare basi-dati ed elaboratori fisicamente nei pressi dell’utente che li deve utilizzare; infine, gli anni ’90 vedono l’affermarsi delle tecnologie Internet, che permettono la “delocalizzazione” del centro elettronico, potendo disporre d’infrastrutture di connettività estremamente performanti; le applicazioni web-based diventano le più diffuse, anche perché consentono un approccio facilitato da parte dell’utente non specialistico. D’altra parte, l’utilizzo di reti geografiche non proprietarie e l’apertura dei sistemi al mondo “pubblico” (Internet) rendono indispensabile garantire ai sistemi un livello di security molto alto, non solo per proteggere il proprio patrimonio applicativo dagli attacchi esterni, ma soprattutto per rendere disponibile, riservato e 11 A1 8-05-2007 14:49 Pagina 12 [ Argomenti ] 10 integro verso gli utenti il dato prodotto dal sistema stesso. Come tutte le grandi aziende che hanno capito il ruolo importante che l’ICT può svolgere a supporto del business, in qualche caso stimolando e abilitando cambiamenti nei processi, anche RFI ha percorso tutte le fasi evolutive delle architetture ICT e si trova ora con un parco applicativo giovane, tecnologicamente avanzato e con un’ottima copertura dei processi; dispone di un’infrastruttura di rete all’avanguardia per la connessione in rete geografica, metropolitana e locale dei siti periferici; adotta policy, sistemi di gestione e strumenti di sicurezza informatica che le garantiscono un’adeguata protezione dai rischi di perdita e/o inquinamento dei dati. L’ultima frontiera è costituita dalla SOA (Service Oriented Architecture), architettura applicativa che consente di progettare sistemi flessibili e modulari, in grado di potersi adattare più facilmente alle esigenze d’aziende complesse come il Gruppo FS; non disponendo di standard di mercato applicabili alla circolazione, la scelta strategica è stata l’adozione della SOA come modello di riferimento; con il quale è iniziata la progettazione della Piattaforma integrata circolazione (PIC), che rappresenta l’oggetto principale dello sviluppo dei sistemi informativi della circolazione. 12 A2 8-05-2007 15:14 Pagina 13 I sistemi informativi per la circolazione o sviluppo delle tecnologie dei sistemi di circolazione negli anni 90 del XX secolo e nel corrente decennio ha consentito di realizzare in RFI un insieme di progetti, mirati essenzialmente verso due obiettivi sempre più integrati fra loro: • l’automazione delle operazioni sul “campo”, per la gestione diretta del movimento dei treni, al fine di raggiungere i relativi obiettivi di sicurezza e di produttività delle risorse; • il completamento del sistema informativo della circolazione a tutti i livelli dell’organizzazione tipica del gestore infrastruttura (stazioni, linee e compartimenti, intera rete), soprattutto al fine della regolarità e qualità del servizio. In questo sviluppo è stata coinvolta non solo la cosiddetta gestione operativa, alimentata dagli apparati centrali di stazione, ma l’intero processo della produzione ferroviaria, che si può in sintesi visualizzare come in figura 1. In questa il processo della produzione ferroviaria, ovvero della circolazione, si compone d’una catena integrata d’attività che riguardano: • la pianificazione, nel cui ambito rientra la progettazione dell’orario di servizio; • la programmazione operativa, che comprende una finestra temporale di più corto periodo e che si chiude, convenzionalmente, alcuni giorni prima dell’effettivo evento di partenza del treno; • la gestione operativa, propriamente detta, che riguarda la circolazione nel suo svolgersi in tempo reale, e che può convenzionalmente concludersi con l’arrivo a destino d’un treno; • il controllo, quale fase essenziale della verifica a posteriori della stessa circolazione, nonché d’analisi storica dei dati, i cui risultati devono riportarsi alle precedenti fasi del processo in ottica di miglioramento continuo del servizio. L PIER LUIGI GUIDA responsabile Sistemi informativi circolazione della Direzione Information & Communication Technology di RFI SpA ALFONSO DE ASCANIIS responsabile Piattaforma integrata circolazione della Direzione Information & Communication Technology di RFI SpA 13 A2 8-05-2007 15:14 Pagina 14 FOCUS | Tecnologie [ Argomenti ] 10 fig. 1 – Schema generale di processo della produzione ferroviaria Tale inquadramento del processo della circolazione ferroviaria non è pertanto diverso dal modello tipo d’ogni sistema di produzione, con le naturali specializzazioni che riguardano il caso in oggetto. Caratteristica generale ne è infatti il cosiddetto “controllo cibernetico”, per cui i risultati d’una fase devono riportarsi quale input alle fasi precedenti, per il miglioramento continuo dell’intero processo, una volta che siano stabiliti gli obiettivi da conseguire: essenzialmente i volumi e la qualità del servizio reso, in termini di regolarità e sicurezza della circolazione ferroviaria, unitamente ad altre caratteristiche proprie del servizio reso alla clientela, di più ampio interesse. Nel caso indicato, la distinzione, in particolare, tra “pianificazione” orario e “programmazione operativa” è del tutto convenzionale e specifica delle procedure di cui, da alcuni anni, s’è dotata RFI, anche al fine di soddisfare in maniera idonea il rapporto con le imprese ferroviarie, oltre che per rispondere alle direttive comunitarie, che hanno esplicitamente indica- 14 I sistemi informativi per la circolazione to la cosiddetta programmazione “contingente” o di breve periodo (short notice) dell’orario quale specifica caratteristica d’accesso all’infrastruttura, specie per quanto riguarda il traffico merci. Ciò in definitiva ha fatto comprendere, sotto la definizione di programmazione operativa, tutti gli eventi d’aggiornamento dell’orario di servizio che risultano definiti in anticipo di quattro o più giorni prima dell’evento di circolazione d’un treno, ovvero il “congelamento” della relativa traccia orario, salvo ulteriori eventi in esercizio 1. Un altro motivo della distinzione tra pianificazione e programmazione operativa, che in teoria non avrebbe motivo d’avere una particolare soluzione di continuità, in termini di processi informatici, dipende dalla relativa complessità dell’organizzazione ferroviaria, per cui è necessario stabilire e comunicare per tempo, a tutti gli operatori dell’esercizio, un programma di circolazione, che viene pertanto bloccato in pianificazione, a una certa data; salvo tutte le esigenze di riprogrammazione contingente che si possono richiedere e che, comunque, restano attività normale della stessa gestione operativa. In pratica, una “nuova” traccia orario può essere modificata o disegnata in pianificazione entro il suddetto numero di giorni in anticipo sulla prevista partenza del treno, e quindi diffusa, in modo opportuno, a tutte le unità interessate dell’esercizio. Entro l’intervallo di tempo suddetto, la gestione operativa potrà comunque utilizzare, in caso di necessità (treni straordinari ecc.), le cosiddette tracce libere, comunque inserite e presenti in piano orario. Dal suddetto schema di processo s’evidenziano anche le principali interfacce che il “mondo” della gestione operativa conserva con le fasi a monte e a valle, richiedendo da un lato, come input fondamentale, il piano orario, e dall’altro fornendo in output la traccia reale o andamento storico della marcia dei treni. 15 A2 8-05-2007 15:14 Pagina 16 FOCUS | Tecnologie [ Argomenti ] 10 I sistemi informativi per la circolazione Quest’ultima viene registrata in maniera automatica grazie ai sistemi informatici della circolazione ovunque siano presenti, nonché opportunamente integrati dagli operatori, con le eventuali cause di ritardo e altri dati, che interessano la storicizzazione e le funzioni d’analisi proprie del controllo, non altrimenti acquisibili. Il processo di circolazione può quindi schematizzarsi come una matrice di processo che ha due dimensioni: • la dimensione orizzontale, come sopra illustrata, che ne richiama le corrispondenti fasi temporali; • la dimensione verticale, che vede al primo (più basso) livello l’ottica di stazione e quindi risale verso i livelli organizzativi più alti, che interessano aree più vaste o l’intera rete ferroviaria, anche in relazione alle varie funzioni e competenze gestionali. LA 16 GESTIONE OPERATIVA DELLA CIRCOLAZIONE fig. 2 – Organizzazione e sistemi di gestione operativa della circolazione In figura 2 si riporta uno schema dell’organizzazione e dei sistemi di “gestione operativa della circolazione”, che rappresentano il focus del discorso. Si evidenziano i diversi livelli operativi, fra cui i sistemi di campo, che rilevano come detto gli eventi elementari della marcia dei treni e altre condizioni di stato dell’infrastruttura, e ai livelli superiori le diverse funzioni organizzative che caratterizzano l’esercizio ferroviario. Tali funzioni possono a loro volta distinguersi tradizionalmente in tre strati: • stazioni e centri di comando-controllo d’intere linee ferroviarie; • centri di controllo e coordinamento del traffico su aree di rete più vaste (Compartimenti o simili); • un centro di controllo nazionale dell’intera rete (che ha sede presso la Direzione generale di RFI). Questa impostazione visualizza come determinati sistemi di comando/controllo, più oltre descritti, in particolare SCC, possono alimentare in modo diretto il sistema informativo della gestione operativa. Nello stesso quadro s’osserva inoltre la posizione relativa dei diversi e più specifici sistemi che compongono il “mondo circolazione”, nel quale in particolare si distinguono: • i sistemi d’automazione (SCC, CTC, Sistemi impianto) che interfacciano direttamente la linea nonché i treni; • i sistemi che svolgono le diverse funzioni di quanto oggi può senz’altro definirsi Sistema informativo circolazione, quale insieme delle applicazioni che supportano le diverse strutture, che fanno anche riferimento a sale operative o centri di coordinamento e gestione del traffico. Nella stessa figura – le cui numerose sigle saranno chiarite qui di seguito e nei diversi articoli – s’evidenzia come a partire dai dati 17 A2 8-05-2007 15:14 Pagina 18 FOCUS | Tecnologie [ Argomenti ] 10 di marcia treno rilevati dagli stessi apparati centrali di stazione (ACEI e più modernamente ACC), nonché dagli apparati di blocco automatico di linea, le informazioni, essenzialmente d’occupazione da parte dei treni degli itinerari e dei binari di stazione, da un lato alimentano, come s’è detto, i sistemi di controllo centralizzati, e dall’altro i sistemi d’informazione al pubblico. Questi ultimi, a seconda della funzione svolta, vengono inoltre convenzionalmente indicati come: • InfoStazione; • InfoNodo; • InfoLinea a seconda che interessino la gestione e distribuzione delle informazioni su una specifica stazione, un nodo o un’intera linea ferroviaria. I SISTEMI INFORMATIVI E I SISTEMI D’AUTOMAZIONE I sistemi di circolazione si possono in sintesi suddividere in: • sistemi informativi; • sistemi d’automazione. La principale differenza concettuale è che i sistemi d’automazione intervengono direttamente, tramite telecomando, sugli impianti di campo (apparati centrali) della circolazione, mentre i sistemi informativi propriamente detti rivestono funzioni di controllo e supervisione del traffico, che peraltro impattano direttamente sulla regolarità della marcia treni. Storicamente il livello degli apparati centrali di stazione, singolarmente manovrati dagli operatori sul campo (dirigenti movimento), s’è nel tempo evoluto verso sistemi centralizzati della circolazione che, da un unico posto centrale (ove ha sede il dirigente centrale operativo), sono in grado di telecomandare intere linee e nodi ferroviari, tramite gli stessi apparati centrali, che pertanto risultavano telecomandati da remoto e progressivamente “impresenziati”. Si comprende come la funzione degli stessi apparati, che presiede al comando-e-controllo degli enti di stazione (deviatoi e 18 I sistemi informativi per la circolazione segnali), continua ad assicurare un ruolo di sicurezza vitale sul movimento dei treni, da cui nascono specifici requisiti e normative proprie del segnalamento ferroviario. Quindi più apparati di un’intera linea o d’un nodo ferroviario venivano posti sotto un unico “sistema centrale”. Trattasi dei cosiddetti sistemi CTC (Controllo del traffico centralizzato) introdotti sulla rete italiana sin dal 1957, con lo storico impianto del nodo di Bologna, e che in seguito si sono sempre più diffusi, per i sensibili vantaggi di sicurezza e produttività generale dell’esercizio. I sistemi informativi sono costituiti da apparati che acquisiscono solo informazioni dal campo, per alimentare i processi decisionali propri degli operatori che hanno essenzialmente in cura la regolarità della circolazione – dirigenti centrali – e che intervengono nella stessa attività di regolazione solo tramite ordini e informazioni ai dirigenti movimento delle stazioni. Su tale linea di sviluppo, sin dalla fine degli anni 70 del XX secolo si sono cominciati a diffondere i primi sistemi CCL (Controllo circolazione linee), a supporto del dirigente centrale nonché degli stessi dirigenti movimento. La prima applicazione in tal senso fu realizzata sul tratto di linea Parma-Lavino e successivamente sulla Roma-Formia (entrambi estesi successivamente, il primo da Bologna a Milano e il secondo da Roma a Napoli) (figura 3). fig. 3 – Controllo circolazione linee 19 A2 8-05-2007 15:14 Pagina 20 FOCUS | Tecnologie [ Argomenti ] 10 Sia il CCL sia i successivi CTC (in particolare quello della Direttissima Roma-Città della Pieve, prima di raggiungere Firenze con il completamento della linea) introducevano estesamente la tecnologia informatica nelle funzioni degli elaboratori centrali, anche se tramite “filosofie” diverse: • il CTC attraverso architetture d’elaboratori di processo di tipo industriale, tipici dei sistemi d’automazione industriale; • il CCL tramite elaboratori più tipicamente utilizzati nell’informatica gestionale. Anche i CTC, peraltro, in relazione alla diversa caratteristica delle linee cui erano destinati, si sarebbero costruttivamente differenziati in almeno due categorie: quelli di più alto livello di sofisticazione (oltre al caso citato della Direttissima, si ricorda quello del nodo di Genova) e quelli destinati a linee regionali e a traffico limitato, che si sono sempre più diffusi (figura 4). Alla fine degli anni 90 del secolo scorso la filosofia del CTC veniva “ri-esportata” anche sulle principali direttrici di traffico, dando vita al programma SCC (Sistema di comando e controllo), divenuto strategico e tuttora in via di completamento sulla rete di RFI (come s’illustra in altro articolo). fig. 4 – Moderno CTC di linee regionali 20 I sistemi informativi per la circolazione A parte comprensibili e sostanziali differenze di costo delle architetture d’impianto, fra i due sistemi sopra menzionati – essendo peraltro l’intervento del CTC anche vincolato a piani di rinnovo più generali dell’infrastruttura (quali l’installazione di nuovi apparati centrali telecomandabili e d’impianti di blocco automatico, a correnti di binario o conta-assi) – tutti i sistemi di gestione della circolazione sono concepiti per svolgere le funzioni identificabili in sintesi come segue: • comando e controllo: assicura l’invio di comandi agli apparati di stazione, di cui si controlla la corretta esecuzione e lo stato degli enti di piazzale, al fine di renderne compatibili le logiche di sicurezza della circolazione (è pertanto tipica di impianti CTC/SCC)2; • informativa: acquisisce lo stato degli enti sul campo (itinerari, occupazione del blocco ecc.) ed elabora la circolazione (marcia treni) rappresentandola in opportuna forma grafica o analogica (“train describer”) agli operatori di movimento (caratteristica sia di CTC sia di CCL); • messaggistica: provvede allo scambio dei messaggi necessari alla gestione della marcia treni, sia fra l’operatore centrale e il sistema sia assicurando le comunicazioni fra gli stessi operatori di movimento; • previsionale: fornisce all’operatore centrale (DC/DCO) un supporto decisionale per le attività di previsione e di migliore regolazione della marcia treni (tramite precedenze e incroci); • statistica: costituisce una base dati storica della circolazione ai fini delle analisi d’andamento treni e controllo a posteriori o di qualità della produzione ferroviaria. In relazione alle varie categorie d’impianti, le stesse funzioni, come già accennato, si sono diversamente attualizzate, a partire da quelle essenziali sino a quelle più sofisticate, in linea con la complessità raggiunta nelle diverse realizzazioni o con nuove versioni tecnologiche o “generazioni informatiche” nel frattempo maturate. La stessa originale architettura “gestionale” del 21 A2 8-05-2007 15:14 Pagina 22 FOCUS | Tecnologie [ Argomenti ] 10 CCL s’è nel tempo evoluta verso modelli sempre più prossimi ai sistemi di controllo di processo. Per completezza del quadro di riferimento, si deve ricordare che a fianco del CCL ha operato per diversi anni un altro impianto, essenzialmente meno evoluto, di tipo informativo, denominato ATN (Annuncio treni numerico), limitato all’essenziale funzione di rappresentare la successione treni ai dirigenti movimento di linea, oltre che al DC; sistema peraltro progressivamente sostituito dal CCL. Alla fine del 2006 la copertura dei sistemi automatici di circolazione, sui 16.200 km d’intera rete di RFI, è la seguente (valori arrotondati): • CTC 7.907 km; • SCC 1.470 km; • SCC-AV 303 km; • CCL 2.400 km; • ATN 1.550 km circa. Pertanto i sistemi centralizzati di telecomando assicurano a oggi la copertura di 9.680 km e quelli informativi coprono 3.550 km circa. Più di recente, nell’ambito dello stesso settore è stato realizzato anche il cosiddetto Sistema impianto, che ha trasferito le citate funzioni al servizio d’un grande impianto di stazione, per le particolari funzioni di circolazione che in questo vengono svolte nonché per le particolari attività tipiche di quest’ultimo (manovra e piazzamento dei treni). Di tale sistema è finora stato realizzato solo l’impianto di Milano Centrale, anche al fine di sostituire un precedente sistema informativo (detto “cappello elettronico”, interfacciato con lo stesso apparato centrale di quella stazione). Un’altra funzione che è divenuta sempre più fondamentale dei sistemi di circolazione è quella delle informazioni al pubblico che, nascendo, alle origini dai suddetti sistemi quale funzione integrativa e pressoché “gratuita” degli stessi, s’è andata via via sviluppando, con propria autonomia e con specifiche architetture, 22 I sistemi informativi per la circolazione al fine di soddisfare i crescenti ed essenziali requisiti d’informare e tradurre nel linguaggio della clientela i dati di circolazione acquisiti ed elaborati dagli stessi sistemi di gestione dell’esercizio. Informazione peraltro che, nelle particolari contingenze di circolazione, dev’essere opportunamente integrata dall’intervento dell’uomo per la diffusione di particolari eventi o decisioni non ancora acquisite o tradotte in comandi operativi nei sistemi. LE APPLICAZIONI DEL SISTEMA INFORMATIVO CIRCOLAZIONE Quanto sopra detto ha inteso fornire un quadro del tutto generale, e oltremodo sintetico, dei sistemi di circolazione, come introduzione agli articoli che seguono e che ne descrivono in modo più dettagliato i vari “costituenti”, nell’ambito in particolare: • del nuovo sistema PIC (Piattaforma integrata circolazione) di cui s’è dotata in anni recenti RFI, portando a fattor comune tutte le esperienze realizzate nel settore a partire come indicato dai primi anni 90 del secolo scorso; • del sistema SCC (Sistema comando controllo), che ha introdotto una nuova classe di sistemi centralizzati di gestione sulla rete fondamentale e regionale; • del sistema IaP (Informazioni al pubblico), sviluppato al fine di soddisfare le crescenti esigenze in tale settore, anch’esso strategico per la qualità del servizio del sistema ferroviario. Il “mosaico” in definitiva dei diversi sistemi e dei principali progetti o “applicazioni” informatiche della circolazione appare in figura 5: in particolare sul lato sinistro dello schema sono indicati i progetti relativi alle funzioni d’accesso all’infrastruttura, programmazione degli orari e piazzamento in stazione, che sono stati già trattati nel precedente numero 9 di questa rivista, mentre il sistema PIC, con le relative evoluzioni, risulta più estesamente descritto nell’articolo a esso dedicato. 23 A2 8-05-2007 15:14 Pagina 24 FOCUS | Tecnologie [ Argomenti ] 10 fig. 5 – Il “mosaico” delle applicazioni informatiche del processo circolazione Inoltre s’osserva come fra i sistemi di controllo della circolazione già menzionati una specifica applicazione, che fu introdotta in RFI quale interfaccia comune per tutti i “clienti” di livello superiore, è stato il cosiddetto SSDC (Sistema di supporto al dirigente centrale) (figura 6). Come ne indica il nome, si tratta d’una workstation che sostituì il tradizionale grafico compilato a mano dallo stesso dirigente centrale, allo scopo di: • consentire ai dirigenti centrali (DC), in attesa delle estensioni di sistemi automatici sul campo, d’inserire manualmente i dati d’andamento dei treni, allo scopo di completare “dal basso” l’intero sistema informativo della circolazione e quindi coprire in tal modo, in breve tempo, l’intera rete; • dare la possibilità al DC d’inserire/integrare le informazioni non acquisibili in modo automatico (cause di ritardo ecc.); • costituire un’interfaccia standard d’“uscita” per i tutti i suddetti sistemi (CTC/CCL/SCC) e verso i livelli superiori dell’organizzazione di circolazione. 24 I sistemi informativi per la circolazione Altri progetti significativi completano oggi il sistema informativo in oggetto. Di questi un ruolo importante ha avuto la Scheda treno, che consente di fornire a ciascun treno il proprio orario di servizio e le velocità massime del percorso, oltre che altre indicazioni utili alla guida (in sostituzione dei fascicoli orario un tempo utilizzati). Un’ulteriore applicazione nella stessa linea di programma (ASTER), di recente completata e in corso di sperimentazione nel compartimento di Palermo prima della prevista estensione intera rete, è il progetto M3/M40, che ha l’obiettivo d’informatizzare le tradizionali “prescrizioni di movimento”, consegnate ai treni attraverso moduli omonimi (quali i “rallentamenti” che i treni devono rispettare con riduzione di velocità sulle linee, imposta per varie cause, e altri specifici ordini di condotta al macchinista). Altre applicazioni informatiche del sistema circolazione, che per il loro specifico interesse è utile richiamare nella presente rassegna, sono: • BDS (Banca dati sicurezza), che supporta RFI nella gestione di tutte le informazioni e dei relativi casi d’incidentalità della rete (analisi, amministrazione dei processi d’inchiesta ecc.), secondo fig. 6 – Postazioni SSDC (Sistema supporto dirigente centrale) 25 A2 8-05-2007 15:14 Pagina 26 FOCUS | Tecnologie [ Argomenti ] 10 peraltro quanto disposto dalle norme in vigore, che affidano al gestore dell’infrastruttura detto specifico compito; • TECS, il cui acronimo significa Trasporti eccezionali e speciali, che si cura di supportare il ciclo di programmazione e comunicazione alla linea e a tutte le altre unità dell’esercizio interessate della messa in circolazione di treni che, per eccedenza della cosiddetta “sagoma” e/o dei relativi pesi assiali, richiedono una particolare procedura; • RIACE (Reporting informativo andamento controllo esercizio), quale banca dati storica di tutti gli eventi di circolazione, comunque acquisiti e consolidati dai sistemi di gestione operativa; • PEDAGGIO, che si cura della rendicontazione commerciale della circolazione ferroviaria (imprese di trasporto verso RFI), in base a quanto disposto dai decreti ministeriali e dalle relative condizioni generali d’accesso all’infrastruttura. Diversi di questi progetti sono peraltro in fase di migrazione avanzata verso la nuova architettura “a servizi” di PIC. Nella figura 7 si presenta, infine, uno schema riassuntivo e di carattere funzionale in cui si tenta di raffigurare come i diversi processi e applicazioni del Sistema informativo circolazione interagiscono e scambiano dati fra loro, secondo i principali flussi di riferimento. Si deve inoltre sottolineare che, in particolare nell’ambito della gestione operativa, è stato già da tempo realizzato un efficace canale informativo dal sistema RFI verso Trenitalia e le altre imprese ferroviarie che ne hanno fatto richiesta, per fornire a queste ultime il flusso dati della circolazione in tempo reale relativo ai treni delle stesse imprese. Nel contempo le imprese e altri soggetti autorizzati possono accedere ai dati di competenza (applicazioni RIACE e BDS già menzionate) attraverso il cosiddetto “Portale PIC”, che consente di gestire sia l’accesso sia il processo autorizzativo. Fra gli stessi soggetti si ricordano, in particolare, il ministero dei Trasporti (Ufficio di vigilanza delle Ferrovie) e le Regioni, che in aggiunta alle imprese ferroviarie figurano quali clienti del nostro sistema di trasporto, in base ai relativi processi istituzionali. 26 I sistemi informativi per la circolazione fig. 7 – Sintesi funzionale delle applicazioni del Sistema informativo circolazione Ulteriori sviluppi sono in corso per integrare, in modo sempre più sinergico ed efficiente possibile, i sistemi informativi che comunque attengono alla circolazione tra RFI e Trenitalia e le altre imprese di trasporto. IL PROGETTO EUROPTIRAILS Una particolare applicazione nel mondo della circolazione in cui pure è impegnata RFI è il progetto EUROPTIRAILS, che ha l’obiettivo di costituire un sistema di controllo circolazione linee a livello europeo. Il progetto ha le sue origini nel programma ETML (European Traffic Management Layer) patrocinato dell’UIC, e portato quindi avanti da un consorzio costituito nel 2003 tra vari gestori infrastruttura europei (RFF, RFI, DBNetz, OeBB, Prorail, SBB)3. Un notevole sforzo fu fatto in tal senso per unificare il protocollo dei dati e il “linguaggio” dello scambio dei dati fra le diverse reti, oltre che per 27 A2 8-05-2007 15:15 Pagina 28 FOCUS | Tecnologie [ Argomenti ] 10 realizzare un comune clima di collaborazione e di fiducia circa lo scambio d’informazioni. Il progetto è stato finanziato al 50% dall’Unione Europea, tramite la DG-TREN (Direzione generale trasporti ed energia) e fondi a carico del programma ERTMS-TEN (Trans European Network). Il progetto, di recente consegnato agli utenti per concludere la validazione, ha puntato alla realizzazione d’un sistema informativo dedicato al monitoraggio e controllo del traffico su linee internazionali, avendo come primo traguardo il corridoio Rotterdam-Milano, e interessando i nostri transiti sia con l’Austria sia con la Svizzera. Ulteriori estensioni in fase d’attivazione sono l’allargamento dello stesso corridoio (figura 8) su altre direttrici internazionali verso la Francia (transiti di Modane e Ventimiglia). I sistemi informativi per la circolazione in tempo reale senza soluzione di continuità su tutta l’area controllata (esempi nelle figure 9a e 9b), e facilitare tutte le connesse funzioni di gestione, previsione e controllo a posteriori del traffico, in completa analogia con le funzioni tipicamente nazionali o, come più spesso si dice,“domestiche”. fig. 9a – EUROPTIRAILS: Diagramma in tempo reale della circolazione Monaco-Verona fig. 9b – EUROPTIRAILS: Vista in tempo reale dei treni internazionali nella stazione di Monaco fig. 8 – Corridoio internazionale del progetto EUROPTIRAILS Il progetto, il cui elaboratore centrale è peraltro ospitato presso il CED-RFI di Roma, ha lo scopo di raccogliere e coordinare attraverso un unico sistema i dati dei diversi sistemi informativi circolazione dei rispettivi partner, mettendo a disposizione i dati sulla marcia treni 28 29 A2 8-05-2007 15:15 Pagina 30 [ Argomenti ] 10 Sono comprensibili le funzioni e il ruolo più generale di detto sistema quale supporto alla gestione dei traffici internazionali, superando tradizionali difficoltà informative e migliorando i processi di riprevisione e di riprogrammazione anticipata dei treni “oltre confine”. È inoltre previsto che le stesse informazioni siano messe anche a disposizione tramite accesso Internet alle imprese ferroviarie proprietarie del treno, mentre è indubbia l’importanza del progetto verso la progressiva unificazione dei protocolli e delle procedure informatiche nell’ambito degli standard di prevista definizione in ambito europeo, a corredo delle Specifiche tecniche d’interoperabilità (TSI), cosiddette applicazioni telematiche nei settori merci e passeggeri (TAF e TAP). Unitamente agli sviluppi in precedenza descritti, ciò testimonia come i nostri sistemi informativi di circolazione siano ormai, come si dice, “senza barriere”. Si tratta in sintesi d’un programma che, in particolare negli ultimi dieci anni, rappresenta il risultato d’un notevole impegno sostenuto in Rete ferroviaria italiana per migliorare la propria missione nell’area della circolazione, e che oggi, con un po’ d’immodestia, ci pone senz’altro fra gli esempi più significativi realizzati nel contesto dei gestori di reti ferroviarie. NOTE 1 Si veda a tal proposito “Argomenti”, n.9, dedicato al processo di pianificazione orario. 2 Detto termine (ampiamente usato) di “controllo”, qui di natura più tecnica, non è da confondere con quello, di carattere più generale, impiegato per esprimere le attività di super visione e di regolazione della circolazione di più alto livello gerarchico, tipiche ad esempio d’un dirigente centrale; né con la funzione aziendale, d’ancor più ampio significato, di “controllo” di qualità (a posteriori) della circolazione. 3 Trattasi di Réseau Ferré de France e dei gestori di Germania, Austria, Olanda e Svizzera. 30 A3 8-05-2007 14:50 Pagina 31 Il sistema ACC, dal banco elettromeccanico al mouse ROLANDO BASSIGNANI responsabile Progetto ACS della Direzione norme, standard, sviluppo e omologazione della Direzione tecnica di RFI SpA INTRODUZIONE NICOLA BENINI, ANDREA SAGRINI Progetto ACS della Direzione norme, standard, sviluppo e omologazione della Direzione tecnica di RFI SpA L’Apparato centrale computerizzato (ACC) costituisce allo stato attuale uno dei sistemi al massimo livello tecnologico per la gestione della circolazione ferroviaria. Nasce come evoluzione tecnologica degli apparati tradizionali elettromeccanici impiegati nella movimentazione di treni e manovra attraverso la gestione degli enti di piazzale (deviatoi, segnali, circuiti di binario ecc.). Il risultato s’evidenzia, sotto il profilo realizzativo, mediante la sostituzione dei relé (figura 1) con apparecchiature elettroniche a logica programmata (figura 8). Il nuovo sistema offre un notevole miglioramento sotto il profilo operativo dell’interfaccia d’apparato, conservando allo stesso tempo tutte le caratteristiche funzionali dei vecchi sistemi: i comandi impartiti dall’operatore vengono accettati ed eseguiti se e solo se l’apparato verifica l’esistenza di tutte le condizioni di sicurezza richieste. Oltre a preservare le logiche di movimento per i comandi tradizionali, il sistema ACC mette a disposizione una serie di nuove funzioni migliorative, dedicate al supporto e all’espletamento dell’attività dell’operatore. Viene così sostanzialmente preservato tutto il bagaglio d’esperienza e di professionalità fino a ora acquisito dal personale sugli apparati tradizionali, contenendo al massimo le difficoltà legate al cambio tecnologico apportato. Cambia invece, per la diversa interfaccia presente, la modalità d’interazione del personale sia per l’inoltro dei comandi d’apparato sia per l’acquisizione dello stato degli enti di piazzale: 31 A3 8-05-2007 14:50 Pagina 32 [ Argomenti ] 10 fig. 1 – Esempio d’impianto a logica elettromeccanica cablata fig. 2 – Banco operatore d’un impianto ACEI 32 FOCUS | Tecnologie • non più il banco operatore di tipo elettromeccanico, sostituito da una tastiera funzionale e da un mouse per computer; • non più il quadro sinottico, sostituito da una rappresentazione su monitor affiancata, nei grandi impianti, da uno schermo retroilluminato. Un confronto esemplificativo tra la figura 2 e la figura 6 meglio evidenzia l’evoluzione tecnologica della postazione operatore del dirigente movimento. L’ACC garantisce inoltre un ottimale interfacciamento con altri apparati tecnologici dedicati alla gestione della circolazione. In particolar modo risulta notevolmente migliorata la compatibilità con i sistemi di “supervisione” (presente solitamente nei grandi impianti) e di telecomando, come meglio verrà illustrato nel prosieguo dell’articolo. Il sistema ACC, dal banco elettromeccanico al mouse ARCHITETTURA L’obiettivo primario d’un apparato di segnalamento è quello di gestire la circolazione ferroviaria, con caratteristiche di sicurezza intrinseca, ossia tali da garantire la corretta movimentazione di treni e manovre anche in presenza di situazioni di degrado; degrado che può interessare non solo gli enti di piazzale, ma anche parti significative dello stesso ACC. L’imprescindibile requisito della sicurezza intrinseca è stato raggiunto con diverse modalità implementative, peraltro già sviluppate anche all’estero, basate su due distinte architetture del modulo d’elaborazione delle logiche: • uno basato sull’impiego di più microprocessori; • l’altro su un unico microprocessore. Al di là della soluzione tecnologica adottata, occorre sottolineare che entrambe le architetture sono in grado di garantire i medesimi requisiti di sicurezza richiesti per tali apparati. Se si volesse analizzare da un punto di vista funzionale un apparato, tralasciando per il momento la modalità implementativa, si potrebbe ricondurre l’architettura di sistema d’alto livello a uno schema a blocchi come riportato in figura 3. fig. 3 – Schema a blocchi architetturale d’un apparato ACC 33 A3 8-05-2007 14:50 Pagina 34 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie La struttura è di tipo piramidale, con al vertice l’“unità d’elaborazione delle logiche” e ai livelli inferiori uno o più posti periferici che interagiscono con gli enti di piazzale per mezzo degli attuatori. Mentre il modulo d’elaborazione delle logiche è per ogni impianto unico, indipendentemente dalla sua consistenza, i moduli relativi ai posti periferici possono essere in numero diverso. Gli stessi possono essere collocati fisicamente o all’interno d’uno stesso fabbricato o in posizioni più decentrate, a seconda della conformazione topologica dell’impianto.Più in dettaglio,il blocco denominato “Unità logiche d’elaborazione” (figura 4) costituisce il cuore pulsante dell’intero sistema, in quanto depositario della logica di funzionamento e della configurazione del sistema.Esso è preposto,in base allo stato dei controlli pervenuti dagli enti di piazzale, alla verifica se i comandi d’apparato impartiti possano essere eseguiti e, in caso d’esito positivo, all’inoltro della disposizione ai moduli d’attuazione preposti. fig. 4 – Unità logica d’elaborazione 34 Le interfacce di circolazione e di diagnostica sono invece le appendici operative attraverso le quali il personale del movimento e della manutenzione può gestire/governare l’apparato. In particolare l’interfaccia di circolazione (figura 5 e figura 6) si compone di: • una tastiera funzionale (TF) attraverso la quale il dirigente movimento impartisce tutti i comandi d’apparato per l’effettuazione d’itinerari, instradamenti, interventi di soccorso mirato ecc.; • un terminale operatore (TO) che, oltre a consentire il comando dei movimenti, ne diagnostica la fattibilità mediante un’opportuna messaggistica e suggerisce quali provvedimenti adottare per superare eventuali impedimenti d’apparato o d’esercizio; • un (o più) quadro luminoso (QLv) composto da uno o più video che riproducono schematicamente il piazzale (segnali, DV, SFC, CdB ecc.) e forniscono il controllo dello stato degli enti raffigurati. Il sistema ACC, dal banco elettromeccanico al mouse Per mezzo delle indicazioni ivi riportate, vengono fornite all’operatore tutte le informazioni necessarie per la gestione della circolazione. fig. 5 – Schema funzionale tipico della postazione operatore a uso del dirigente movimento in un impianto ACC fig. 6 – Posto operatore del dirigente movimento in un impianto ACC: risultano subito evidenti l’estrema razionalità e l’ergonomia della postazione L’interfaccia di manutenzione (figura 5 e figura 7) si compone d’uno o più video grafici ad alta risoluzione e d’una tastiera estesa con relativo mouse attraverso i quali l’operatore può interagire con il sistema di diagnostica e manutenzione al fine di monitorare lo stato di funzionamento dell’apparato e i parametri funzionali degli enti di piazzale. 35 A3 8-05-2007 14:50 Pagina 36 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie Il sistema ACC, dal banco elettromeccanico al mouse fig. 8 – Posto periferico d’un apparato ACC fig. 7 – Esempio d’informazioni fornite dall’interfaccia di manutenzione Tutte le varie parti del sistema sono connesse fra loro per mezzo di reti di comunicazione dedicate. CARATTERISTICHE Tramite un’adeguata interfaccia grafica, l’operatore viene guidato nella localizzazione delle anomalie d’impianto. Può inoltre far ricorso, a seconda delle necessità, a un servizio d’assistenza in linea per l’individuazione delle cause che hanno provocato il disservizio o sulla corretta procedura d’intervento da seguire. Sempre attraverso il terminale di manutenzione è possibile attivare particolari funzionalità (esclusioni) sugli enti di piazzale al fine d’impedirne l’utilizzo ai fini della circolazione. Ciò garantisce al personale maggiori condizioni di sicurezza operativa rispetto agli apparati tradizionali, in quanto il vincolo imposto non è più solo normativo/procedurale, ma insito nella logica di funzionamento d’apparato. Il vincolo imposto può essere superato solo a seguito d’un comando volontario di rimozione (dell’inibizione stessa) o mediante l’attivazione d’una sequenza di comandi che consentono la movimentazione di treni comunque a velocità ridotta. Si preserva in tal modo l’operatività del personale del movimento da possibili comandi indebiti e si garantisce al personale della manutenzione migliori condizioni di sicurezza quando chiamato a intervenire sul piazzale. I posti periferici (figura 8) pilotano e controllano in sicurezza gli enti di piazzale mediante appositi dispositivi denominati attuatori. 36 INNOVATIVE Gli apparati ACC, al di là dell’architettura di sistema e delle interfacce operative, si distinguono nettamente dagli impianti tradizionali sia per il maggior grado di flessibilità e di sicurezza sia per un miglior livello d’integrazione e compatibilità con altri sistemi di supervisione e di gestione della circolazione ferroviaria. Fra le caratteristiche salienti, che meglio sono apprezzate dagli operatori del settore, occorre annoverare le nuove funzionalità implementate, che nascono come conseguenza dell’introduzione e implementazione di logiche di circolazione con caratteristiche di sicurezza più elevate rispetto a quelle presenti negli impianti tradizionali, tali comunque da incrementare sia la potenzialità degli impianti (in termini di movimenti effettuabili) sia la flessibilità operativa in condizioni di normalità o di perturbazione. Ciò porta a uno snellimento notevole delle procedure operative, che si concretizza in modo positivo su più fronti. In particolare vengono eliminati molti dei moduli cartacei che in precedenza regolavano e disciplinavano i rapporti tra i vari soggetti interessati, quali il personale del movimento, della manutenzione o di bordo macchina. L’aumento della sicurezza d’apparato è stato invece conseguito con modalità diverse, sia ricorrendo all’introduzione di nuovi comandi operatore sia 37 A3 8-05-2007 14:50 Pagina 38 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie Il sistema ACC, dal banco elettromeccanico al mouse attraverso l’attivazione automatica di particolari vincoli di piazzale. Fra le prime vanno sicuramente menzionate sia le funzioni d’inibizione (di cui abbiamo già brevemente parlato in precedenza) sia le funzioni di soccorso mirate, tutte attivabili solo su precisa volontà del personale preposto. Queste ultime consentono di limitare le incombenze a carico del dirigente movimento al solo ente guasto (deviatoio,segnale ecc.) richiesto dal movimento. La loro attivazione permette di superare la condizione di piazzale mancante e, dopo i necessari accertamenti e gli opportuni provvedimenti previsti, l’effettuazione di movimenti segnalati a velocità ridotta.Tra le funzionalità di sicurezza che vengono attivate automaticamente dall’apparato, indipendentemente dalla volontà degli operatori, vanno annoverate ad esempio la protezione automatica delle convergenze (PAC) e la verifica del CdB ossidato sulla liberazione elastica degli itinerari. L’innovazione che ha caratterizzato gli apparati ACC ha anche portato a un maggior livello d’integrazione e compatibilità tecnologica con gli altri sistemi dedicati alla gestione della circolazione ferroviaria, come il telecomando o la supervisione.Tutto ciò si traduce in un aumento delle prestazioni offerte e dei servizi resi, oltre a un uso più razionale del personale ferroviario.Vengono notevolmente ampliate le capacità di monitoraggio della circolazione lungo intere direttrici di traffico o bacini d’utenza, consentendo l’adozione d’immediate e appropriate misure in presenza di perturbazioni. Ne beneficia non solo l’esercizio ferroviario, ma l’intera catena gestionale, con migliori e più adeguate informazioni anche e soprattutto verso la clientela finale. IMPIANTI ACC IN ITALIA Lo sviluppo degli ACC nel mercato ferroviario italiano ha conosciuto una forte crescita nell’ultimo decennio, passando dai primi apparati sperimentali a un prodotto ormai evoluto e consolidato sotto il profilo architetturale e prestazionale. Il notevole grado di standardizzazione raggiunto garantisce al personale preposto condizioni operative uniformi tra le diverse tipologie di prodotto e fornitura. Oggi gli ACC si stanno diffondendo sulla rete ferroviaria, con una presenza più significativa su alcuni particolari bacini o direttrici. 38 fig. 9 – Gli impianti ACC nella rete ferroviaria italiana 39 A3 8-05-2007 14:50 Pagina 40 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie Basta uno sguardo alla cartina riportata in figura 9 per notare come la rete degli impianti ACC abbracci realtà geografiche assai diverse. Scorrendo la direttrice trasversale s’incontrano,da Est a Ovest,le importanti realtà costituite dai bacini lombardo e del Triveneto, mentre lungo la direttrice verticale s’incontrano,da Nord a Sud,la linea del Brennero,la Milano-Genova-Pisa, l’Adriatica centro-meridionale e l’insulare Messina-Palermo.Accanto alle principali direttrici occorre menzionare anche gli importanti bacini di Bologna, Firenze, Roma e Napoli. Pur nelle diverse realtà realizzative, che comprendono sia impianti di piccole,medie o grandi dimensioni sia impianti presenziati e/o telecomandati,risulta opportuno sottolineare l’enorme versatilità della nuova tecnologia nella gestione d’impianti o nodi ferroviari eterogenei.È comunque nella gestione d’impianti grandi e complessi che emergono in modo preponderante le caratteristiche vincenti degli ACC.Qui l’esigenza di coniugare la sicurezza e la flessibilità operativa con l’aumento della potenzialità nel numero di treni movimentati risulta particolarmente sentita. L’aumento del numero degli enti di piazzale porta inoltre a una crescita esponenziale del numero delle condizioni da dover valutare per l’esercizio in sicurezza della circolazione ferroviaria. Ciò costituisce un vincolo difficilmente superabile (e in alcuni casi impossibile) ricorrendo alla tecnologia elettromeccanica tradizionale, ove a ogni condizione logica di sicurezza corrisponde una rete complessa di relé.Aumentano conseguentemente a dismisura sia il numero d’elementi elettromeccanici impiegati sia lo spazio fisico richiesto dall’apparato, oltre all’onere economico relativo. Negli apparati ACC, ove l’implementazione delle logiche di movimento non avviene più attraverso la fisicità dei relé, ma per mezzo di variabili e programmi software, viene spezzato il legame esponenziale tra complessità logica e dimensioni dell’apparato. Le dimensioni dell’apparato risultano in questo caso direttamente vincolate al numero d’enti di piazzale presenti,in quanto a ognuno di essi è necessario associare un modulo d’attuazione dedicato. Un’analisi tecnico/economica più approfondita consentirebbe d’evidenziare che i vantaggi della tecnologia ACC nei confronti di quella tradizionale divengono via via più marcati con il crescere del numero d’enti di piazzale e irrinunciabili nella realizzazione d’impianti complessi. Fra gli impianti particolarmente complessi sinora realizzati, una particolare menzione dev’essere fatta per quello di Roma Termini che, inaugurato nel 1999, rappresenta, allo stato attuale, il più 40 Il sistema ACC, dal banco elettromeccanico al mouse grande apparato statico d’Europa.Per meglio cogliere l’aumento della potenzialità conseguita con l’attivazione dell’ACC di Roma Termini basta uno sguardo alla tabella 1. Tabella 1 – Confronto fra le prestazioni del nuovo apparato statico ACC di Roma Termini e il vecchio apparato elettromeccanico ACELM (Fonte: ASF) Principali caratteristiche Roma Termini Potenzialità ACC Vecchio apparato % 1.500 1.100 40% [sec] 6 40 [-] 35 12 [Treni-manovre]/[giorno] Tempo di formazione dei percorsi Movimenti treni contemporanei 300% I vantaggi conseguiti sono immediatamente evidenti,in termini sia di numero di treni movimentabili contemporaneamente sia di numero di movimenti al giorno effettuabili.A breve comunque il suo primato verrà conteso dall’ACC di Bologna Centrale, la cui entrata in servizio è programmata per il 2008. Pur in assenza di dati definitivi, ci si attende un generale miglioramento sia nel numero dei movimenti effettuabili (incrementati del 50%) sia nella flessibilità dell’associazione treno-binario di ricevimento/partenza. Notevole è stato anche lo sforzo profuso negli anni per l’attivazione/riconfigurazione di tali Tabella 2 – Consistenza degli impianti ACC attivati a fine 2005 Impianti ACC attivati/riconfigurati a fine 2005 Impianti medio-piccoli Impianti grandi (1) (1) 60 3 Roma Ter mini, Roma Ostiense, Padova C.le Tabella 3 – Consistenza degli impianti ACC consegnati o affidati a fine 2005 Impianti ACC attivati/riconfigurati a fine 2005 Impianti medio-piccoli Impianti grandi (2) (2) 52 5 Messina Scalo (2006), Mestre (2007), Bologna C.le (2008), Pisa e Paler mo (2009) 41 A3 8-05-2007 14:50 Pagina 42 [ Argomenti ] 10 apparati, come evidenziato nelle tabelle 2 e 3. Risaltano in modo preponderante gli investimenti sinora fatti, tali da consentire di tagliare e addirittura superare abbondantemente il traguardo simbolico del centinaio d’apparati attivati o riconfigurati entro l’attuale decennio,con una media significativa d’almeno un intervento al mese. SVILUPPI FUTURI L’esperienza sinora acquisita nel progetto e nella realizzazione degli ACC rende possibile un ulteriore salto tecnologico:l’estensione del controllo d’una singola stazione al controllo d’una linea da un singolo posto centrale, mantenendo le caratteristiche della gestione locale. La piattaforma della multistazione costituisce la prossima frontiera della tecnologia ACC.Sarà possibile gestire più stazioni con la stessa affidabilità d’un tradizionale apparato statico,con grandi vantaggi in termini di progettazione e di flessibilità operativa.Una possibile architettura prevede la concentrazione delle regole dell’interlocking di segnalamento in un Posto centrale con controllo remoto dei dispositivi di segnalamento per mezzo d’una rete di comunicazione ad alta velocità. L’implementazione della nuova piattaforma porterà,a regime,a una riduzione dei costi di manutenzione, installazione e gestione. Grazie al livello elevato di diagnostica e manutenzione sarà possibile monitorare lo stato di tutti i dispositivi nelle loro modalità operative normali o degradate, mentre nuove funzionalità autodiagnostiche permetteranno un uso più efficiente del personale della manutenzione. Il manutentore verrà immediatamente informato sulla localizzazione del guasto, sulla sua ipotetica natura e verrà assistito durante l’intervento da un sistema evoluto di diagnosi.Dal punto di vista degli operatori della circolazione,sarà invece possibile gestire un’intera linea con lo stesse modalità sinora possibili solo in ambito stazione, con enormi ricadute nella gestione della circolazione. fig. 10 – Schema a blocchi della multistazione 42 A4 8-05-2007 14:51 Pagina 43 Dal CTC al SCC GIUSEPPE BOCCASSI responsabile Progetto SCC della Direzione tecnica di RFI SpA INTRODUZIONE Il termine CTC (Centralized Traffic Control), tradotto in italiano come Controllo centralizzato del traffico, fu coniato, e il marchio depositato, dalla società statunitense Union Switch and Signal (US&S), anche se il primo sistema centralizzato di telecomando fu messo in esercizio dalla società General Railway Signal (GRS), con l’acronimo TCS (Traffic Control System), il 25 luglio 1927 nella torre di controllo situata vicino a Jackson e Buckley Streets (Ohio). Il CTC, rispetto ai sistemi precedenti che avevano come figura centrale il Dispatcher, consentiva (e consente tuttora) la supervisione e il telecomando della circolazione da un unico Posto centrale (PC). In Italia si deve aspettare il 1957 per veder attivare il primo sistema d’esercizio a Dirigenza centrale operativa (DCO) basato sulla tecnologia e l’operatività del CTC: il DCO del nodo di Bologna, interamente realizzato a relé.Tale sistema, dopo una lunga e onorata carriera, sarà sostituito da un moderno sistema di CTC evoluto il 14 gennaio 2007. Un ulteriore, significativo passo in avanti è stato fatto nel 1980 con l’attivazione del DCO del nodo di Genova (seguito qualche anno dopo dalla direttissima Roma-Chiusi-Firenze), interamente basato su tecnologie a calcolatore, che aveva molte delle funzioni evolute che caratterizzeranno, oltre venticinque anni dopo, gli SCC. Anche questo sistema ha dato ottima prova di sé per longevità e affidabilità nel corso degli anni: è stato infatti completamente sostituito dal SCC del nodo di Genova l’8 maggio 2006. Successivamente iniziò l’era dei CTC italiani veri e propri, desti- 43 A4 8-05-2007 14:51 Pagina 44 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie nati alle linee a scarso traffico, che nel corso degli anni ’80 e ’90 si diffusero praticamente su tutta la rete FS secondaria. Il salto di qualità in termini di funzioni, d’estensione di linee e loro importanza – fu interessata la rete forte di RFI – avvenne nel 1997 con la consegna lavori dei primi sei SCC, acronimo che sta a significare Sistema di comando e controllo della circolazione. Troppo poco spazio in questo intervento per poter entrare nel dettaglio delle funzioni e dell’architettura del SCC, così come dell’organizzazione: conseguentemente, si farà solo un accenno alle funzionalità e alle figure più importanti, giusto per chiarire il contesto operativo. Saranno, invece, presi in esame gli aspetti più caratteristici del sistema, quelli che lo distinguono nella storia degli altri sistemi di comando e controllo e, ancora più delle soluzioni tecnologico/operative, le condizioni in cui sono nate, le difficoltà affrontate e le implicazioni che hanno avuto le scelte fatte. LO SCOPO SCC 44 getti terzi (le imprese di trasporto in primis), il continuo monitoraggio (la diagnostica) dello stato degli impianti e delle infrastrutture, l’efficienza della manutenzione, la garanzia di servizi di sicurezza adeguati per la salvaguardia di persone e beni. Ecco quindi che il SCC nasce articolato in quattro sottosistemi principali: la circolazione (CIRC), l’informazione al pubblico (IaP) e ad altri soggetti, la diagnostica e manutenzione (D&M), la sicurezza (security) e sorveglianza (TS&S). Qualità del servizio significa, però, anche tempestività ed efficacia nell’affrontare eventi inattesi, situazioni d’emergenza d’impianto o di circolazione. Di qui nasce la concezione d’un Posto centrale che riunisca in un’unica grande sala di controllo (SdC) tutti gli operatori (figura 1) che devono garantire la massima qualità del servizio in qualsiasi condizione. fig. 1 – SCC Tirrenica Nord con Posto centrale a Pisa E GLI OBIETTIVI DEGLI Le ferrovie sono da sempre impegnate, per la gestione della circolazione treni, su due fronti principali, contemporaneamente: la sicurezza (safety) e la regolarità della marcia dei treni. Il SCC riguarda principalmente il secondo. Regolarità di marcia, concetto riaffermato naturalmente, ma che, a seguito dell’evoluzione del sistema del trasporto ferroviario, dei nuovi bisogni di un’utenza sempre più allargata e, non ultimo, delle modificazioni, anche sotto l’impulso dell’Unione Europea, all’organizzazione e all’assetto giuridico delle ferrovie, deve oggi essere letto come qualità del servizio fornito all’utenza, a sua volta arricchito da altri significati e affiancato dal concetto di redditività dell’impresa. La prima conseguenza dell’evoluzione del significato di qualità del servizio ha portato a includere in esso non solo la regolarità e la puntualità, ma anche i servizi informativi al pubblico e a sog- Dal CTC al SCC Nella SdC operano e cooperano tutti i dirigenti che, a vario titolo, intervengono sulla circolazione dei treni, per la manutenzione degli impianti, sui sistemi di sorveglianza e d’informazione. Con gli SCC s’è introdotto, per la prima volta e in modo esteso, il concetto d’integrazione di funzioni e d’operatività. 45 A4 8-05-2007 14:51 Pagina 46 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie Se s’analizza il SCC dal punto di vista della rete FS e della tipologia di traffico interessata, si rileva che esso opera su tratti significativi della rete principale FS, convenzionale e ad Alta capacità/Alta velocità (AC/AV), quella cioè percorsa dalla maggior parte del traffico. S’è passati dalle linee a scarso traffico, generalmente a binario unico, territorio incontrastato dei CTC, a linee a doppio binario, con traffico intenso e promiscuo (pendolari, lunga percorrenza, viaggiatori, merci). È stato però evidente sin dall’inizio che questa impostazione richiedeva il soddisfacimento d’alcune pre-condizioni e comportava alcuni rischi. Le condizioni da soddisfare erano prevalentemente di carattere tecnologico. I computer (hardware e software) e le reti di comunicazioni (TLC) dovevano consentire una grande capacità elaborativa, con risposte tempestive in tempo reale agli eventi e una forte integrazione di processi e sottosistemi. Dovevano, inoltre, garantire una continuità operativa anche in caso di guasti alle apparecchiature, ai sistemi d’elaborazione, alle reti di telecomunicazioni e, infine, permettere di far fronte a situazioni d’emergenza d’impianto con interventi in sicurezza da parte dei dirigenti centrali, senza appesantimenti della normativa. Sul fronte dei rischi, invece, il diffuso impresenziamento delle stazioni (s’ipotizzava un 75% di stazioni senza personale, oggi ancora superiore), da subito connotato importante dell’intervento, rendeva potenzialmente critica qualunque situazione che implicasse un coinvolgimento del territorio. L’assenza di personale sul posto, unita alle caratteristiche dell’area (estensione) e del traffico (intenso), avrebbe potuto causare un’amplificazione delle conseguenze (di-sturbi alla circolazione) a seguito d’emergenze d’impianto. Di qui la necessità di dotare il sistema d’una diagnostica potente e centralizzata, in grado di monitorare continuamente lo stato delle apparecchiature e in prospettiva degli enti d’impianto, d’orientare la manutenzione a seguito di guasto e, in taluni casi, anche d’anticipare il guasto stesso. L’assenza d’un contatto diretto col pubblico nella maggioranza delle 46 Dal CTC al SCC stazioni, anche qui unita all’intensità del traffico, accresceva l’esigenza d’un sistema informativo che raggiungesse l’utenza capillarmente, con segnalazioni tempestive e chiare sull’andamento della circolazione. Ultimi, anche se non meno importanti, alcuni interrogativi circa l’adeguatezza dei sistemi di HMI (Human Machine Interface) e di guida operatore, sperimentati con successo nei CTC, ma che potevano non essere perfettamente rispondenti alle esigenze d’una gestione del traffico in aree così estese e ad alta frequentazione. Il lungo periodo intercorso – oltre vent’anni – tra la realizzazione dei primi CTC elettronici in Italia (fine anni ’70) e l’attivazione dei primi SCC (2002) è motivato, quindi, sostanzialmente dai seguenti elementi: • attesa di tecnologie adeguate in termini di prestazioni, d’affidabilità e di sicurezza; • lungo utilizzo/sperimentazione sui tratti di linea CTC, meno critici, dei sistemi di telecomando dotati di HMI altamente informatizzati, per consentire un doppio adattamento: quello, attraverso aggiustamenti e successive verifiche sul campo, degli strumenti ai DCO e, contemporaneamente, quello dei dirigenti stessi a tali strumenti. Solo quando il mercato delle tecnologie ha dato le risposte attese in termini di prestazioni e di costi, gli strumenti a disposizione degli operatori sono stati affinati adeguatamente e l’esperienza gestionale è stata ritenuta sufficiente s’è considerata matura la situazione per introdurre sulle linee principali della rete FS i sistemi remotizzati di comando e controllo e i CTC sono divenuti SCC. LE FUNZIONI Come già s’è detto, le quattro funzioni del SCC sono tra loro fortemente integrate e vedono interessati, a livello architetturale/tecnologico e organizzativo/operativo (figura 2), un Posto centrale e una periferia diffusa sul territorio, dove la periferia è costituita dai posti di servizio (PdS) o posti periferici (PP) – stazioni, fermate, 47 A4 8-05-2007 14:51 Pagina 48 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie posti di comunicazione – e, per la sola funzione di manutenzione, da un livello intermedio: i presìdi di manutenzione (PMan). fig. 2 – Schema della struttura funzionale del SCC LA GESTIONE DELLA CIRCOLAZIONE Al di là delle differenze di complessità, la funzione circolazione di tutti i sistemi di comando e controllo evoluti, e quindi anche degli SCC, ha come componenti principali il comando/controllo e la regolazione/ottimizzazione. IL COMANDO/CONTROLLO E IL HMI In questa sede sono presi in esame due aspetti caratterizzanti l’applicazione SCC: i telecomandi e telecontrolli sicuri unitamente al HMI e la funzione di regolazione/ottimizzazione. 48 Dal CTC al SCC verso l’interfaccia SCC-PP/Apparati centrali (ACEI – Apparato centrale elettrico a itinerari o ACC – Apparato centrale a calcolatore), alla loro elaborazione per rappresentarli in forma grafico/pittorica su schermi video (l’equivalente dei quadri luminosi QL delle stazioni), per “inseguire” la marcia dei treni e per rappresentarli topograficamente sui monitor mediante i loro numeri, dando vita al Train Describer (TD) (termine universalmente noto per indicare l’individuazione e rappresentazione delle posizioni dei treni sulla rete). La parte comando prevede tre differenti modi operativi: manuale, dove gli operatori di PC regolano la marcia dei treni impostando i comandi d’itinerario; semiautomatico, dove la funzione regolazione/ottimizzazione propone agli operatori i servizi ai treni per una loro conferma o modifica; automatico, dove l’invio e l’attuazione dei comandi decisi dalla funzione regolazione/ottimizzazione avvengono in modo automatico al verificarsi d’eventi spaziali o temporali correlati aalla marcia reale dei treni. Nel passaggio da CTC a SCC s’evidenzia uno dei contenuti più innovativi del SCC, dal punto di vista sia tecnologico sia operativo: la presenza dei telecontrolli sicuri e, in sostituzione dei comandi doppi dei CTC, dei comandi protetti e sicuri. Suddivisione che contraddistingue la prima generazione di SCC, mentre con la seconda è stato compiuto un ulteriore passo in avanti, trasformando tutti i comandi protetti in sicuri. La tabella 1 sintetizza le tipologie di comandi e controlli nei tre casi applicativi dei CTC, degli SCC di prima generazione e di seconda generazione. Tabella 1 – Tipologie di comandi e controlli dei CTC e degli SCC di prima e seconda generazione CTC SCC I generaz. SCC II generaz. Il comando/controllo e i telecomandi e telecontrolli sicuri Controlli Semplici Semplici Sicuri Semplici Sicuri Della componente comando/controllo la parte controllo è preposta all’acquisizione nei PP delle informazioni dal campo sullo stato degli enti periferici (circuiti di binario, deviatoi ecc.) attra- Comandi Doppi Semplici Sicuri Protetti Semplici Sicuri Semplici 49 A4 8-05-2007 14:51 Pagina 50 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie L’esigenza di telecomandi e telecontrolli diversi da semplici nasce per far fronte a emergenze d’impianto o di circolazione, con lo scopo di permettere ai dirigenti del PC di superare gli interblocchi logici realizzati in sicurezza dagli apparati e consentire comunque la circolazione ai treni. Nei CTC s’è sopperito alla mancanza di tecnologie adatte con l’introduzione dei comandi doppi che, non essendo in sicurezza, hanno obbligato ad appesantire le procedure e a limitarne il numero. Tale approccio, però, era inaccettabile per gli SCC che erano destinati ad aree estese della rete FS, con traffico intenso per buona parte della giornata: con una normativa gravosa non sarebbe stato possibile far fronte efficacemente e tempestivamente a situazioni d’emergenza, anche di lieve entità, in contemporanea alla regolazione del traffico nell’intera area. Era necessario introdurre per la prima volta in Italia la sicurezza nei sistemi a calcolatore distribuiti e commerciali. Occorreva, in altri termini, individuare una soluzione tecnica per i telecomandi e telecontrolli sicuri a SIL 4, come prescritto dalle norme CENELEC, che tenesse conto delle caratteristiche commerciali dell’hardware e del software di base (Windows e UNIX) adottati nel SCC e della necessità di coniugare un’operatività snella ed efficace. Il primo passo progettuale è stato quindi quello d’allocare i requisiti di sicurezza affinché il risultato finale fosse un sottosistema distribuito (hardware, software, procedura) in sé sicuro. La soluzione individuata è basata su due oggetti sicuri, uno al PC e l’altro nel generico PP, che, unitamente alla procedura operativa a doppia conferma (da PC a PP – invio, da PP a PC – richiesta di conferma, da PC a PP – conferma), garantiscono la sicurezza del tutto. L’attraversamento del mondo non sicuro, composto dai calcolatori di PC e PP e dalla rete TLC, non altera la sicurezza così ottenuta, così come le tecniche di crittografia adottate non sono finalizzate alla sicurezza, bensì alla protezione del sistema da intrusioni informatiche non volute. Dal punto di vista hardware e software, il sottosistema sicuro fa affidamento sulle tecnologie già sperimentate negli ACC: si compo- 50 Dal CTC al SCC ne d’un Vital Encoder nel PC e, a seconda del tipo d’apparato periferico, d’un Vital Decoder e relé FS-89 d’interfaccia (caso ACEI) o d’una connessione diretta via LAN (Local Area Network) con l’ACC, cui sono demandati i compiti in sicurezza. L’Human Machine Interface I DCO operano attraverso svariati strumenti interattivi (monitor, tastiere e mouse) che consentono loro di conoscere la posizione dei treni nell’area, i loro ritardi/anticipi rispetto all’orario teorico, lo stato degli enti e degli impianti, lo stato operativo delle stazioni e d’intervenire attraverso comandi agli apparati periferici e messaggi scambiati con i dirigenti movimento nelle stazioni presenziate. Le funzioni a loro disposizione nel PC sono: il TD, il QL, il Train Graph (TG), la selezione itinerari (SI), la gestione delle informazioni e la messaggistica, il HMI per i comandi e controlli sicuri. Nel Posto centrale il TD è lo strumento che dà ai dirigenti una visione d’insieme dell’area, della posizione dei treni e dello stato delle linee e delle stazioni, consentendo loro d’avere in un colpo d’occhio la percezione dell’andamento della circolazione e d’individuare eventuali criticità (figura 3). fig. 3 – Una schermata del Train Describer 51 A4 8-05-2007 14:51 Pagina 52 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie Nel corso degli anni dello sviluppo degli SCC si sono adottate due differenti soluzioni a tale rappresentazione, che deve rispondere all’esigenza d’una visione unitaria di tutta l’area del SCC a tutti i dirigenti presenti in SdC. I primi SCC utilizzano schermi a grande dimensione (96” di diagonale), contigui tra loro e posizionati su una grande parete, visibili da tutti gli operatori presenti nella SdC (figura 1). Tale soluzione, anche se scenograficamente molto efficace (nella sua applicazione più estesa – il SCC del nodo di Venezia – sono installati 32 schermi su due linee, per un totale di 32 m di lunghezza e circa 100 mq d’area), ha l’inconveniente che richiede locali ad hoc per la SdC, con grandi dimensioni sia in altezza sia in piano. Ciò ha implicato costi e tempi di realizzazione significativi e la quasi impossibilità di riattare edifici già esistenti in FS. È per questi motivi che negli ultimi SCC s’è deciso d’abbandonare la grande parete attrezzata e utilizzare per il TD schermi a medie dimensioni (46” di diagonale) che, uniti agli altri strumenti a disposizione del singolo dirigente, danno vita alla cosiddetta “isola di lavoro” (figura 4). fig. 4 – “Un’isola di lavoro” degli SCC 52 Dal CTC al SCC LA REGOLAZIONE/OTTIMIZZAZIONE Utilizzando come paradigma il corpo umano, si può dire che mentre la funzione comando e controllo rappresenta la parte sensoriale (occhi, tatto, udito ecc.), connettiva nervosa (le sinapsi) e manipolatrice (le mani), la regolazione è la parte del cervello che analizza e decide sulle singole azioni e l’ottimizzazione è quella che esplora tutta la realtà percepita nella sua complessità e definisce le strategie di comportamento sulla base d’una funzione obiettivo. Rispetto al passato anche più recente, la funzione che segna per il SCC un passo in avanti nella gestione della circolazione è l’ottimizzazione. Il passaggio dall’elaborazione di tattiche di governo della circolazione basate sull’esame d’eventi semplici (il singolo treno, ad esempio) a strategie di regolazione che analizzano l’insieme degli eventi e le reciproche influenze e relazioni introduce il concetto di complessità. Se il SCC fosse un sistema puramente matematico, si potrebbe dire che il dominio delle equazioni lineari lascia il campo a quello delle equazioni non lineari: perché non lineare è il comportamento del cervello dell’uomo, ovvero, in questo caso, degli operatori della SdC mentre gestiscono situazioni intricate della circolazione treni. Di qui la difficoltà a trattare informaticamente e in tempo reale eventi molto interconnessi tra loro, in grande quantità, e a trovare il giusto compromesso fra la tempestività del controllo/retroazione e l’inerzia dell’intervento, al fine d’evitare la non convergenza del processo. Contemporaneamente è sempre presente il rischio che la complessità degli algoritmi usati dal sistema generi strategie d’ottimizzazione non comprensibili dagli operatori e quindi rifiutate in quanto non verificabili empiricamente. Le difficoltà inoltre aumentano a mano a mano che la realtà da analizzare si complica e quindi, se nel caso delle direttrici possono essere individuate strategie d’ottimizzazione efficaci, nel caso di nodi molto magliati e in presenza di circolazione fortemente perturbata non sono ancora disponibili soluzioni veramente soddisfacenti: in altre parole, in questi casi, un buon regolatore umano 53 A4 8-05-2007 14:51 Pagina 54 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie è davvero insostituibile. L’argomento è attuale da svariati anni, oggetto della ricerca a livello nazionale e internazionale, e si presta per sperimentazioni d’algoritmi evoluti (Branch & Bound, reti neurali, ad esempio) e di sistemi esperti, grazie anche al continuo progresso delle tecnologie informatiche, che sfornano calcolatori con prestazioni (memoria e velocità d’elaborazione) sempre maggiori e con costi non proibitivi. L’ottimizzazione sviluppata per il SCC può essere definita di media complessità, in quanto dà risposte soddisfacenti alle situazioni di circolazione perturbata più frequenti, in un contesto di direttrice piuttosto che di rete fortemente magliata, nell’attesa che la ricerca produca soluzioni algoritmiche efficaci per i contesti più complessi. LA GESTIONE DELLA DIAGNOSTICA E IL SUPPORTO PER LA MANUTENZIONE La diagnostica fornisce al processo manutenzione gli strumenti per il monitoraggio e la supervisione degli impianti e del sistema elettronico. A tale scopo tratta informazioni in tempo reale provenienti dagli oggetti sotto controllo, storiche, predittive quando possibile, e gestisce gli allarmi. Supporta inoltre i manutentori con strumenti evoluti per la localizzazione del guasto, per indagini diagnostiche e con una guida operatore per gli interventi di manutenzione. Il monitoraggio diagnostico viene esercitato sul sistema elettronico stesso – costituito da calcolatori, periferiche, LAN, loro alimentazioni, software a tutti i livelli gerarchici –, l’autodiagnostica, le TLC, le infrastrutture e gli impianti, i sottosistemi evoluti quali l’ACC e gli enti IS (impianti di segnalamento). Il rapporto tra diagnostica e manutenzione è molto stretto e tanto più la seconda è efficace e tempestiva quanto più la prima riesce a essere precisa e accurata. Ciò non solo per il sistema elettronico, ma anche per gli enti IS più critici ai fini della circolazione (deviatoi, CDB, PL, inversione di blocco, alimentazioni), con l’obiettivo, se possibile, di prevedere i possibili guasti e prevenirli. 54 Dal CTC al SCC A tale scopo nel SCC sono stati sviluppati, sperimentati e installati su alcune tratte sensori e trasduttori, apparecchiature e programmi specifici per le FS (SCADA-FS – Supervisory Control and Data Acquisition System-FS) d’analisi in tempo reale del funzionamento degli enti IS, finalizzati all’individuazione delle loro anomalie. LA GESTIONE DELLE INFORMAZIONI AL PUBBLICO Questa funzione sovrintende, sulla base di quanto elaborato dalla Circolazione su posizione, stato, tempistiche e percorsi previsti per i treni, alla diramazione delle notizie automaticamente agli utenti (passeggeri in pectore) nelle stazioni e nelle fermate, utilizzando i supporti acustici (annunci da altoparlanti) e visivi (monitor di binario e tabelloni arrivi/partenze) colà presenti. Tra Circolazione e IaP c’è forte integrazione, sintetizzata dal fatto che l’invio automatico delle informazioni (visive e vocali) ai PdS è generato dagli eventi spaziali e temporali gestiti dalla Circolazione. LA GESTIONE DELLA TELESORVEGLIANZA E SICUREZZA L’impresenziamento dei PdS comporta, come s’è già detto, l’adozione di specifiche misure di sorveglianza remota dei locali tecnologici e delle aree adibite al servizio viaggiatori. I sistemi che svolgono la funzione di security sono gli impianti d’antintrusione e di rilevamento incendi e i sistemi TVCC. LA REALIZZAZIONE DEGLI SCC, OVVERO LA GESTIONE DELLA COMPLESSIVITÀ Altre volte nel corso di questo articolo s’è fatto ricorso al concetto di complessità per inquadrare uno dei connotati principali del SCC, terreno d’incontro di svariate tecnologie (nuove e tradizionali) e contemporaneamente sede di cooperazione/integrazione tra funzionalità e operatori per la gestione dei vari processi 55 A4 8-05-2007 14:51 Pagina 56 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie ferroviari. Qui ora si prende in esame molto brevemente la connotazione della complessità relativa al processo realizzativo del sistema. Che cosa ha contraddistinto, dunque, il SCC durante le fasi realizzative per richiamare il concetto di complessità? Diversi elementi: • l’estensione geografica dell’area controllata da ciascun sistema e la contemporaneità su 6 siti applicativi: gestione d’una dimensione spazio-temporale molto impegnativa; • il contemporaneo sviluppo del prodotto SCC e delle sue applicazioni: gestione di situazioni non consolidate e mutuamente influenzanti; • il parallelismo con lo sviluppo d’altre, nuove tecnologie (ACC, SCMT, ERTMS/ETCS, GSM-R), alcune delle quali fortemente interconnesse con il SCC e con altre applicazioni (INRETE 2000, PIC, diagnostica estesa agli enti IS ecc.): gestione di situazioni non consolidate e dell’integrazione; • lo sviluppo di tecnologie in sicurezza interne al SCC, ovvero i telecomandi e i telecontrolli sicuri: gestione del cambiamento filosofico/tecnologico; • situazioni d’impianti e di PRG in continua evoluzione a seguito dei cambiamenti delle strategie di RFI: gestione di situazioni non consolidate; • il cambiamento dell’organizzazione di RFI sia societaria sia operativa: gestione del cambiamento organizzativo/tecnologico; • la necessità di procedere ad attivazioni parziali, sia geografiche (non tutti gli impianti di un’applicazione pronti contemporaneamente) sia funzionali (non tutte le funzioni disponibili a livello di prodotto generico): gestione delle variazioni in itinere. A ciò s’aggiungeva una folta presenza d’attori interni alle FS (RFI – di centro e di territorio – e Italferr) ed esterni quali i fornitori. In questo contesto la varietà dei protagonisti, intesi come persone e gruppi, e le loro differenti esperienze pregresse (alcuni territori erano poveri di tecnologie, altri più ricchi) introducevano in modo pressante l’aspetto psicologico dell’approccio ai problemi e della gestione delle interrelazioni, anche personali. 56 IL PIANO Dal CTC al SCC SCC L’intervento sulla rete FS riguardante gli SCC ha interessato quasi tutte le regioni italiane. Nella prima fase d’attuazione del piano sono stati appaltati gli SCC delle direttrici Tirrenica Nord, Adriatica e Bologna-Verona-Brennero, dei nodi di Genova, Napoli e Venezia con bacino. Successivamente, quello della rete sarda (in realtà più un CTC evoluto che SCC), dei nodi di Palermo e di Bologna. A questi vanno aggiunti gli SCC realizzati per le prime due tratte AC/AV: Roma-Napoli e Torino-Novara. I prossimi passi, oltre alla continuazione degli interventi su tutte le linee AC/AV e all’avvio della fase 2 per ciascuno degli SCC già attivati, interesseranno ex novo il nodo di Milano e quello di Roma. Nella tabella 2 sono riportati i dati più significativi dei primi 9 SCC della rete tradizionale relativamente ai km di linea sotto controllo, agli investimenti stanziati e alle date d’attivazione e completamento. La figura 5 mostra la dislocazione degli interventi sul territorio. Tabella 2 – Dati fondamentali dei primi 9 SCC della rete tradizionale SCC Tirrenica Nord Km di linea (fase 1) Investimento (M/euro) Data prima attivazione Data completamento 513 309.000 20/06/2002 2010 Adriatica 623 295.000 07/08/2002 2011 Bo-Vr-Brennero 313 274.000 21/12/2004 2008 Genova 216 166.000 20/12/2003 13/12/2006 Napoli 165 239.000 23/12/2003 2009 Venezia e bacino 454 146.000 06/12/2002 2008 Rete sarda 465 95.000 18/12/2003 05/06/2006 Palermo 450 978.000 06/10/2007 2010 Bologna 200 362.000 2009 2011 3.399 2.864.000 Totali 57 A4 8-05-2007 14:51 Pagina 58 [ Argomenti ] 10 fig. 5 – Dislocazione degli SCC sulla rete nazionale 58 A5 8-05-2007 14:51 Pagina 59 Il sistema di controllo marcia treno (SCMT) LE PREMESSE: IL SISTEMA MATTEO SCORDATO responsabile Gestione e realizzazione progetti ATC della Direzione tecnica di RFI SpA ATC La sperimentazione del sistema ATC (Automatic Train Control) ha avuto inizio, a partire dagli anni ‘90, con lo sviluppo della “fase prototipale” concentrata sul nodo di Cremona (300 Km complessivi di binario). Tale sviluppo doveva trasformare il sistema ATP semplificato, che s’era dimostrato inaffidabile, in un sistema affidabile al fine di testare le difficoltà connesse all’introduzione d’un sistema tecnologicamente complesso e che aveva come obiettivo il miglioramento della sicurezza della marcia dei treni e la riduzione dei costi di condotta. Il sistema ATC si poneva l’obiettivo di controllare puntualmente, in ogni momento e ogni situazione, la marcia del treno, visualizzando a bordo la velocità permessa e la puntuale informazione degli eventi che avrebbero potuto interferire con la regolarità della marcia. Le specifiche allegate al contratto di realizzazione, pur pensate per sistemi ferroviari più complessi, avevano avuto un test funzionale adeguato solo sul bacino di Cremona, costituito da linee a semplice binario e stazioni sostanzialmente tra le più semplici del panorama della rete ferroviaria. Una prima applicazione su linea più complessa, un breve tratto della Milano-Venezia, aveva già evidenziato una serie di criticità da dover superare. All’analisi di fattibilità s’è poi aggiunto l’obbligo, derivante dalle norme europee, di prevedere l’interoperabilità delle apparecchiature con gli emergenti sistemi europei (ERTMS/ETCS). 59 A5 8-05-2007 14:51 Pagina 60 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie TECNOLOGIE ATC E SCMT La tecnologia utilizzata nel sistema ATC era quella della boa a 180 bit e con velocità di trasmissione dati terra-bordo di 50 Kbit/sec. Il limite tecnologico era tale da limitare la velocità massima di captazione delle boe a circa 180-200 km/h.Tale tecnologia inoltre non era standard a livello europeo. Per tale motivo UNISIG (il consorzio delle imprese europee del segnalamento) scelse la tecnologia Eurobalise con velocità di trasmissione dati di 550 Kbit/sec e con messaggio di 1.023 bit in maniera da consentire la captazione fino a velocità di 500 km/h.Tale tecnologia, che si configura come l’evoluzione naturale della boa a 180 bit, fu oggetto dello sviluppo dal 1996 (anno della scelta) al 2004 (anno del consolidamento finale delle specifiche avvenuto grazie alla campagna di test del GEIE-ERTMS Users Group delle reti ferroviarie europee). In quest’arco di tempo si sono succedute diverse versioni di specifiche e di prodotto, a partire dalla prima versione del 1998 alla seconda del 2001 fino a quella finale del 2004. fig. 1 – Rappresentazione schematica del sistema SCMT In tale contesto fu naturale superare la tecnologia dei 180 bit del sistema ATC, per passare nel 1999 a quella interoperabile del siste- 60 Il sistema di controllo marcia treno (SCMT) ma SCMT, non appena disponibile la prima versione delle specifiche e del prodotto Eurobalise. In Europa non esistevano sistemi sperimentati e omologati con le nuove normative CENELEC e le FS dovettero affrontare nello stesso tempo sviluppo, sperimentazione, omologazione e realizzazione. TRANSIZIONE DA ATC A SCMT Nel 1999 la necessità di realizzare entro i tempi previsti dal piano d’impresa un sistema tecnologico che consentisse la guida dei convogli ad agente unico, senza diminuire il livello di sicurezza nella circolazione dei treni, ha richiesto una decisione strategica sull’opportunità di proseguire nello sviluppo del sistema ATC, che presentava criticità nella sua implementazione, non sanabili nei tempi di realizzazione previsti, per la sua complessità e per le nuove regole europee sullo sviluppo dei sistemi di sicurezza e segnalamento. A seguito di ciò, intorno alla metà del 1999 s’iniziò una rivisitazione del sistema determinata da: 1. l’elaborazione dei nuovi standard d’interoperabilità tra le reti (progetto ERTMS – European Rail Traffic Management System); 2. l’introduzione delle nuove normative e procedure per l’omologazione di prodotti e sistemi di segnalamento (ambito CENCENELEC) che fissano i livelli di sicurezza da garantire nella realizzazione degli impianti ferroviari utilizzanti software e hardware in sicurezza; 3. il nuovo approccio introdotto dal sistema ipotizzato il cui controllo automatico della marcia del treno invertiva, in certe condizioni, il rapporto tra uomo e macchina: quest’ultima, infatti, avrebbe controllato la marcia in sicurezza del convoglio lasciando all’uomo meri compiti esecutivi nella guida. Conseguenza di tale approccio sarebbe stato un nuovo sistema di norme e regolamenti molto diverso dall’esistente, e che oltre a richiedere una profonda trasformazione professionale avrebbe determinato potenziali criticità comportamentali del macchinista nel passaggio da condizioni di marcia con supervisione ATC a quella con guida manuale, affidata completa- 61 A5 8-05-2007 14:51 Pagina 62 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie mente al macchinista, su linee non attrezzate o in caso di degrado del sistema automatico; 4. l’eccessiva complessità d’un sistema che, concepito per assicurare il controllo completo della marcia del treno, doveva interfacciarsi con tutte le tipologie degli impianti di segnalamento esistenti sulla rete FS, rendendo pertanto difficoltoso il raggiungimento concreto degli obiettivi prestazionali nei tempi fissati, per la complessità degli interventi necessari. Le considerazioni sopra esposte hanno portato a rivedere il progetto nei suoi contenuti funzionali e tecnologici e d’implementazione sul territorio. Pertanto, pur traguardando la scelta d’attrezzaggio definitivo delle linee con il sistema ATC/ERTMS, allora ancora in fase di sperimentazione in ambito europeo, fu deciso d’individuare, per la rete storica FS, quale prima tappa d’avvicinamento, il sistema SCMT (Sistema di controllo marcia treno) e d’applicare invece il sistema ATC/ERTMS alle linee AV. Il sistema SCMT protegge la marcia del treno, istante per istante, dal superamento della velocità massima consentita dalla linea e dal segnalamento in condizioni normali e di degrado e dagli eventuali superamenti dei segnali a via impedita, attivando con immediatezza la frenatura d’emergenza. Esso è trasparente per il macchinista, il quale potrà continuare a utilizzare le attuali modalità di condotta, e inoltre s’integra e non si sovrappone all’esistente Blocco automatico a correnti codificate, consentendo in tal modo la piena efficacia degli investimenti già realizzati. Resta garantita, infine, l’interoperabilità con ERTMS, per cui le linee attrezzate con SCMT, con minimi adattamenti sulla struttura dei messaggi delle Eurobalises, potranno essere percorse da treni sui quali nel frattempo verrà installato il sistema europeo. La decisione adottata portò a optare per una semplificazione del sistema ATC originario, mediante lo sviluppo di SCMT, conservandone però l’efficacia originaria in termini di sicurezza. Contestualmente la scelta operata ha richiesto di procedere al suo sviluppo e realizzazione, partendo da nuove specifiche funzionali chiare e concrete, di redi- 62 Il sistema di controllo marcia treno (SCMT) gere le specifiche tecniche, d’optare per modalità d’affidamento e realizzazione degli impianti tali da recuperare sui ritardi accumulati anche se in parte non più colmabili, d’individuare le linee oggetto della prima fase degli interventi, circa 4.500 km della rete fondamentale, in modo tale da avvicinare al meglio gli obiettivi del piano d’impresa e di selezionare imprese che possedessero il know-how del sistema e degli impianti tecnologici ferroviari italiani, un livello tecnico e un’organizzazione adeguata alla complessità della fase di sviluppo secondo le nuove regole europee e la capacità di contribuire alla stesura delle specifiche tecniche. Il SCMT, costituito da un sottosistema di terra e da un sottosistema di bordo strettamente integrati tra loro, è comunque un sistema a tecnologia completamente innovativa e ha richiesto una complessa fase di sviluppo e omologazione, seguendo le severe regole di verifica e validazione introdotte in campo europeo (CENELEC) e fatte proprie da RFI, sulle quali le imprese interessate avevano già maturato esperienza in applicazioni tecnologiche similari interessanti la sicurezza, quali ad esempio l’ACC di Roma Termini, il Misuratore velocità treno, l’ACC di Roma Ostiense e l’ACC di San Vito. APPALTI E FORNITORI SCMT Il sistema risultava funzionalmente e tecnicamente intrusivo dal punto di vista impiantistico sugli impianti in esercizio di RFI, in quanto richiedente per il sottosistema di terra interfacciamenti con gli impianti di segnalamento esistenti, quali gli apparati centrali e il blocco automatico e, per il sottosistema di bordo, interfacce con gli impianti installati sulle macchine, in particolare sul sistema di frenatura dei mezzi di trazione. Pertanto comportava per le imprese realizzatrici una profonda conoscenza di tali impianti, sia sul piano della progettazione sia su quello della realizzazione e della diagnostica.Tale patrimonio di conoscenze era in possesso inizialmente delle imprese: • Ansaldo Segnalamento Ferroviario; • Alstom; 63 A5 8-05-2007 14:51 Pagina 64 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie • Bombardier (ex AD-Tranz); • GE Transportation System (ex Siliani). Infatti le suddette imprese costituivano il raggruppamento temporaneo affidatario della gara, effettuata nel 1997, per la realizzazione del sistema ATC. In particolare Ansaldo,Alstom e Bombardier erano le uniche imprese qualificate alla fornitura e installazione di sistemi quali il blocco automatico e gli apparati centrali statici sulla rete FS; inoltre Ansaldo e Alstom erano le uniche imprese che avevano progettato, realizzato e installato i sistemi a bordo dei rotabili che s’interfacciano con gli impianti di segnalamento esistenti sulla rete FS (ripetizione segnali in macchina su blocco automatico a correnti codificate). Pertanto è stato deciso d’affidare al raggruppamento temporaneo d’imprese Ansaldo,Alstom, Bombardier e GE Transportation Systems la realizzazione del sistema SCMT del primo lotto di 4.500 km per le fasi 1 e 2A, mediante un accordo quadro e successivi contratti applicativi. Ciò in quanto, pur se ciascuna delle società aveva la capacità di sviluppare un sistema simile, nessuna possedeva singolarmente una tale potenzialità da portare a termine l’intero processo di sviluppo e realizzazione su tutte le linee individuate entro i termini temporali prefissati e vincolanti per il piano d’impresa. D’altra parte, obiettivo importante dell’affidamento era la completa interoperabilità in sicurezza di sottosistemi sviluppati parallelamente da ciascuna impresa. L’elemento determinante nella scelta operata è comunque individuabile nell’assoluta necessità di pervenire a un sistema che si sviluppasse e si realizzasse con la partecipazione delle diverse esperienze, capacità, conoscenze d’ogni impresa (dalla stesura delle specificazioni tecniche alla progettazione, realizzazione e attivazione degli impianti), affinché, indipendentemente dalla componentistica tecnologica costruita da ciascuna società, il sistema stesso garantisse una completa interoperabilità in sicurezza con una perfetta integrabilità di software (linguaggi e protocolli condivisi fin dalla fase di sviluppo e di progettazione) dei diversi sottosistemi di terra e di bordo e fosse installabile senza alcuna limitazione su tutte le tipologie di linea ferroviaria, nonché con i medesimi livelli prestazionali. 64 Il sistema di controllo marcia treno (SCMT) L’attività sviluppata secondo i criteri esposti avrebbe consentito nel breve termine d’utilizzare i risultati di tale esperienza integrata, in quanto i prodotti rilasciati dal lavoro sinergico (specifiche tecniche, modalità di sviluppo della componentistica/sistema, processi d’omologazione, criteri e modalità di progettazione) sarebbero stati resi disponibili a FS che avrebbe potuto consentire anche ad altre imprese lo sviluppo d’analogo sistema compatibile. MODALITÀ D’AFFIDAMENTO PER LA REALIZZAZIONE DELLE SUCCESSIVE FASI 2B E 2C È stata comunque prevista la possibilità per le altre imprese, allora non inserite nell’accordo quadro in quanto non in possesso del necessario know-how ferroviario italiano, di poter sviluppare un proprio sistema con idonee apparecchiature e prodotti, su un tratto ferroviario sperimentale e conseguentemente, a validazione avvenuta, di partecipare agli affidamenti delle successive fasi realizzative 2B e 2C. È stata effettuata pertanto nel 2004 una gara europea di sviluppo e sperimentazione per l’individuazione di nuovi fornitori dei sottosistemi di terra. La gara ha consentito di selezionare, in base alla valutazione dei requisiti e delle tecnologie possedute per la realizzazione del sottosistema di terra SCMT, quattro nuovi fornitori cui sono state affidate tratte di sperimentazione per testare nuovi prodotti. I nuovi fornitori sono risultati: 1. Consorzio VM (Mer Mec-Esim).Tratta sperimentale: ChieutiRipalta; 2. ATI Elettromeccanica CM-Eredi Giuseppe Mercuri. Tratta sperimentale: Forte dei Marmi e tratte limitrofe; 3. ATI Alcatel-Gemmo.Tratta sperimentale: Brucoli-Megara; 4. ATI Selta-Site.Tratta sperimentale: Milazzo-Novara MF. Gli affidamenti delle fasi 2B e 2C sono stati realizzati mediante due bandi di gara europea riservata a fornitori qualificati, che hanno portato all’affidamento nel 2005 e nel 2006 di tutte le linee da attrezzare per complessivi 10.700 km. 65 A5 8-05-2007 14:51 Pagina 66 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie CARATTERISTICHE TECNICOREALIZZATIVE Anche il piano strategico di copertura della rete è stato completamente rivisto rispetto al progetto ATC; s’è passati infatti dal piano dei 6.500 km, che non prevedeva alcun intervento sui restanti 10.000 km dell’infrastruttura nazionale, a un organico programma che ha previsto l’attrezzaggio con il sistema SCMT di circa 10.700 km di linee, costituenti la parte di rete fondamentale, e l’adozione d’un sistema di supporto alla condotta (SSC) sui restanti circa 5.000 km di rete secondaria,dove la velocità consentita non supera generalmente i 100 km/h e la densità di circolazione si mantiene sui 60 treni/giorno x binario. OBIETTIVI Gli obiettivi di base della realizzazione del sistema sono i seguenti: • aumento della sicurezza della circolazione mediante: – attrezzaggio della rete principale con il sistema SCMT; – interventi integrativi necessari a completare la messa in sicurezza degli impianti tecnologici di segnalamento delle linee interessate (eliminazione di buchi di codifica del BA ecc.); • riduzione dei costi di condotta: l’introduzione del SCMT permette, in combinazione con l’impiego del sistema di comunicazione radio terra-treno GSM-R, la guida del treno con un solo agente e quindi offre la possibilità alle imprese ferroviarie d’uniformarsi ai moduli di condotta adottati da sempre in tutta Europa e sulle ferrovie in concessione operanti in Italia (anche non in presenza di tecnologia adeguata), riducendo i costi di gestione e aumentando nello stesso tempo il livello di sicurezza della circolazione. ARTICOLAZIONE DELL’INTERVENTO Il percorso di congelamento del progetto ATC e avvio di SCMT ha richiesto determinate azioni di tipo gestionale e organizzativo 66 Il sistema di controllo marcia treno (SCMT) propedeutiche che hanno interessato differenti strutture e società del Gruppo FS: • revisione dei contratti in corso (RFI,Trenitalia, Italferr, D. legale-Holding); • riorganizzazione delle strutture operative del ramo tecnologico (RFI, Italferr); • stesura delle specifiche dei requisiti funzionali e di sistema di SCMT (RFI). Le tre azioni citate, che hanno determinato l’impiego d’un notevole volume di risorse specialistiche dedicate, completate nell’aprile 2000, hanno permesso un’ipotesi di sviluppo del sistema articolato secondo fasi successive tra loro intrinsecamente correlate. Esse sono: • sviluppo prototipale; • attività d’omologazione dei sottosistemi di terra e bordo; • attrezzaggio di 10.750 km di rete e di 3.200 rotabili suddiviso in: 1. realizzazione di fase 1; 2. realizzazione di fase 2; 3. realizzazione di fase 3. SPERIMENTAZIONE SISTEMA E OMOLOGAZIONE FORNITORI La fase di sviluppo prototipale, attraverso il quale s’è giunti all’omologazione del sistema, attraverso la sperimentazione dei componenti sia del sottosistema di terra (SST) sia del sottosistema di bordo (SSB), è stata effettuata sulla tratta Settimo-Vercelli della linea Torino-Milano. Sono state inoltre effettate le attività,previste dalle norme CENELEC, per il processo omologativo delle applicazioni specifiche: • del SST, per il quale è risultato opportuno articolare il processo medesimo sui tre compartimenti distinti di Milano, Roma e Napoli; in particolare, le tratte individuate sono le seguenti, già presenti nel progetto originario d’ATC: – compartimento di Milano (omologazione dell’applicazione specifica Alstom): tratte Monza-Chiasso e Monza-Lecco; 67 A5 8-05-2007 14:51 Pagina 68 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie – compartimento di Roma (omologazione dell’applicazione specifica Bombardier): tratta Fara Sabina-Fiumicino; – compartimento di Napoli (omologazione dell’applicazione specifica ASF): tratte Salerno-Battipaglia e Salerno-Nocera (via Cava dei Tirreni). • del SSB, per 13 teste di serie da omologare come applicazioni specifiche Alstom e ASF. Il programma SCMT prevede anche una fase di sperimentazione su una linea di confine interoperabile per testare la realizzazione della funzionalità ERTMS livello 1 integrata con il sistema SCMT. La linea presa in esame è una tratta del corridoio Rotterdam-Genova, già dotata del sistema SCMT e sulla quale s’intende sovrapporre il sistema ETCS livello 1, per una velocità massima consentita di 150 Km/h. Nel momento in cui sarà standardizzato in ambito europeo l’infill radio, verranno eseguiti test sperimentali per verificarne le funzionalità e quindi introdurlo sulla parte di rete attrezzata/da attrezzare con ETCS livello 1. PROGRAMMA DI REALIZZAZIONE SCMT Lo sviluppo del sistema è stato articolato secondo delle fasi funzionali: • fase 1: attrezzaggio di 1.000 km di rete; • fase 2A: attrezzaggio di 4.250 km di rete; • fase 2B: attrezzaggio di 3.500 km di rete; • fase 2C: attrezzaggio di 2.050 km di rete; • fase 3: interventi integrativi su ulteriori linee e di upgrading e sperimentazione e realizzazione del sistema integrato. FASE 1: ATTREZZAGGIO DI 1.000 KM DI RETE In questa fase sono stati attrezzati circa 1.000 km di linea così ripartiti: • le direttrici:Torino-Venezia, Milano-Napoli; • i nodi: Milano, Roma, Napoli; • le trasversali: Pontremolese. 68 Il sistema di controllo marcia treno (SCMT) REALIZZAZIONE DI FASE 2A: La fase 2A ha comportato la realizzazione di altri 4.250 km di linee. REALIZZAZIONE DI FASE 2B: La fase 2B ha comportato la realizzazione di altri 3.500 km di linee. REALIZZAZIONE DI FASE 2C: Nella fase 2C sono previsti gli interventi di completamento ai 10.750 km di rete. È suddivisa in una prima parte d’attività propedeutiche e in una seconda parte che riguarda la realizzazione degli interventi a completamento. REALIZZAZIONE DI FASE 3 E SPERIMENTAZIONE E REALIZZAZIONE DEL SISTEMA INTEGRATO Nella fase 3 sono previsti interventi integrativi con l’attrezzaggio d’ulteriori linee, per circa 800 km, con il sistema SCMT e d’upgrading con l’introduzione di nuove funzionalità (infill) del sistema medesimo che ne migliorano le prestazioni e la diagnosticabilità. STATO D’ATTUAZIONE DEL PROGRAMMA Nel dicembre 2003 s’è proceduto alla messa in servizio dei primi 1.100 km di rete e dei primi rotabili teste di serie attrezzati con il nuovo sistema SCMT, significativa fase del piano di realizzazione del Sistema di controllo marcia treno su 10.750 km di linee della rete RFI e d’installazione su tutto il parco rotabili di Trenitalia. Nel 2004 è stata effettuata una riprogrammazione delle attivazioni da effettuare, portando l’estensione delle linee da 4.500 km a 5.200 km circa per garantire una copertura d’esercizio SCMT anche su itinerari paralleli a quelli principali e 69 A5 8-05-2007 14:51 Pagina 70 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie Il sistema di controllo marcia treno (SCMT) offrendo la garanzia di chiusura mediante ulteriori tratte di linea d’alcuni itinerari consistenti ai fini dell’esercizio commerciale. Nell’agosto 2004 è stato emesso il bando europeo relativo alla gara d’appalto della fase 2B per complessivi 2.800 km circa di linee. Nel luglio 2005 è stato emesso il bando di gara per la fase 2C per l’attrezzaggio dei km residui del programma SCMT. Nella tabella 1 è riportata una sintesi dello stato di realizzazione del sistema SCMT nei compartimenti, in termini di km di linee attivati/da attivare. Tabella 1 – Stato di realizzazione del sistema SCMT Compar timento Linee attivate in conto anno Linee da attivare 2003 2004 2005 2006 2007 Totale Torino 111 215 237 184 95 842 Milano 308 326 333 324 0 1.291 Verona 116 11 305 142 0 574 Venezia 76 109 220 115 4 524 Bologna 149 325 275 116 0 865 Firenze 121 485 343 67 261 1.277 Roma 115 200 215 263 125 918 Ancona 0 215 86 151 223 675 Napoli 91 112 371 129 92 795 Genova 0 0 160 219 153 532 Trieste 0 0 35 158 202 395 Bari 0 0 100 360 163 623 Reggio Calabria 0 0 79 443 469 991 Palermo 0 0 0 182 270 452 1.087 1.998 2.759 2.853 2.057 10.754 linee già attrezzate linee da attrezzare Totale 70 linee da attrezzare con diverse tecnologie (SSC) fig. 2 – Stato d’attivazione del sistema SCMT 71 A5 8-05-2007 14:51 Pagina 72 [ Argomenti ] 10 Il sistema di controllo marcia treno (SCMT) ll SCMT appartiene alla famiglia di sistemi più in generale definiti ATC (Automatic Train Control) o “controllo automatico (della marcia) treno”. Sono così definiti gli apparati che hanno componenti sia a bordo del treno sia lungo linea, tali da evitare che il treno superi la velocità massima ammessa in ogni punto del percorso, per vincoli propri (del materiale rotabile) o restrittivi del segnalamento, dell’infrastruttura ecc. Il SCMT richiede inoltre d’essere integrato con gli apparati già in esercizio, in quanto richiede interfacciamenti con gli impianti di segnalamento di terra esistenti, quali gli Apparati centrali e il Blocco automatico, nonché interfacce con gli apparati di bordo dei rotabili, in particolare con quello frenante. Peraltro non modifica i princìpi di circolazione già esistenti né la loro applicazione normativa. Il SCMT opera attraverso il canale di segnalamento cosiddetto RSDD (Ripetizione segnali di tipo digitale discontinuo) che stabilisce il dialogo fra terra e bordo solo in certi punti significativi o critici della linea; ognuno dei quali è fornito di “boe” (anche dette in gergo dal francese “balise”, o dall’inglese “transponder”) che realizzano i cosiddetti PI (Punti informativi). Le boe (figura 3) sono dispositivi installati sulle traversine fra le rotaie, in grado d’inviare all’antenna ricevente sotto cassa del mezzo di trazione appositi messaggi (“telegrammi”) con i dati prescrittivi di marcia. In altri casi l’informazione può essere data a mezzo di “loop”, cioè un circuito radiante via cavo – anche detto infill – in grado di riportare in anticipo l’informazione d’un segnale o alta boa posti a valle. L’apparecchiatura di bordo controlla in sintesi che la velocità del treno non sia superiore a quella massima imposta dalle diverse condizioni, realizzando una logica d’“appuntamento” fra due successivi punti del percorso. In particolare il controllo della marcia del treno avviene nel rispetto: • dei segnali fissi (di 1a categoria e di protezione dei passaggi a livello con barriere); • della velocità massima ammessa: – sugli itinerari (arrivo/partenza/transito) delle stazioni; – dalla linea, in relazione al rango dei rotabili in composizione; – dalla frenatura (percentuale di massa frenata del convoglio); – dal materiale rotabile; – dai rallentamenti interessanti la piena linea, i bivi e i binari di corretto tracciato nonché quelli deviati percorribili a una velocità superiore a 60 km/h; – da eventuali riduzioni di velocità diverse dai rallentamenti; – da altre particolari condizioni di marcia (per esempio ricevimento su binario tronco con paraurti ecc.). Il SCMT s’integra inoltre con il controllo della Ripetizione continua dei segnali in macchina (RSC), relativa al blocco automatico a 4 o più codici, sulle linee ove questo sia già presente. Nel caso in cui il macchinista non rispetti i predetti parametri, l’apparato di bordo interviene, a seconda dei casi, con diverse modalità (controllo di velocità). In pratica il sistema costruisce e aggiorna a ogni punto informativo specifiche curve di velocità (figura 4), che stabiliscono corrispondenti livelli di controllo, che il treno non deve superare, dal punto corrente di linea a quello prossimo (obiettivo), avente una data restrizione quale l’assoluta fermata (prima del cosiddetto “punto protetto”) o il vincolo di superamento a velocità non superiore a un certo valore. fig. 3 – Coppia di boe SCMT fig. 4 – Curve di velocità SCMT Come opera il SCMT 72 FOCUS | Tecnologie 73 A5 8-05-2007 14:51 Pagina 74 [ Argomenti ] 10 Peraltro l’apparecchiatura non fornisce sul cruscotto in cabina informazioni di spazio e di velocità, salvo l’indicazione, con apposito simbolo, della “velocità di rilascio ridotta” oppure della rimozione del tetto della stessa velocità. Si considerino ad esempio i seguenti modi d’operare: • velocità massima: – al superamento della velocità massima ammessa (curva nominale), aumentata d’un margine operativo (curva d’allerta) viene attivata una segnalazione acustica/luminosa (suono intermittente/luce rossa fissa sul tachimetro), con associato il “taglio” di trazione dei motori e l’inserimento di frenatura elettrica (se presente); – al superamento d’un ulteriore margine operativo (curva di controllo) viene attivata anche la frenatura pneumatica d’urgenza, con associata una segnalazione acustica/luminosa diversa dalla precedente (suono continuo/luce rossa lampeggiante sul tachimetro). La frenatura pneumatica d’urgenza è riarmabile previo intervento volontario del macchinista, allorché la velocità del treno per effetto della frenatura viene ridotta al disotto del valore imposto dalla curva di controllo; • segnale a via impedita: – all’avvicinarsi a un segnale disposto a via impedita, il sistema protegge il treno fino alla velocità di 30 km/h (velocità di rilascio); in situazioni particolari protegge fino alla velocità di 10 km/h (velocità di rilascio ridotta). Rimane comunque attiva la funzione di taglio trazione e d’attivazione della frenatura d’urgenza rispetto all’indebito superamento del segnale disposto a via impedita. Il sistema assicura in ogni caso l’arresto del treno prima del punto protetto dal segnale. In aggiunta al rispetto della velocità o fermata imposte dal successivo segnale di blocco o di protezione all’ingresso d’una stazione, possono essere in tal modo garantite altre condizioni quali rallentamenti (ad esempio per manutenzione della linea) o altre restrizioni costanti del profilo di velocità del tracciato. A tal fine le boe si definiscono “commutabili” o fisse, a seconda se l’informazione inviata al treno debba essere modificata (attraverso apposite interfacce, “encoder”, con gli apparati di segnalamento) o più semplicemente mantenuta fissa. 74 A6 8-05-2007 14:53 Pagina 75 Il progetto PIC-IaP FURIO CINERARI responsabile Struttura operativa esercizio sistemi della Direzione Information & Communication Technology di RFI SpA 1. L’INFORMAZIONE AL PUBBLICO E LA CUSTOMER SATISFACTION SIMONA CRISTOFARI responsabile di servizi per la clientela della Struttura operativa esercizio della Direzione movimento di RFI SpA La trasformazione delle Ferrovie dello Stato da azienda a società ha imposto, con la gradualità che una modifica di tale importanza richiedeva, notevoli cambiamenti che hanno portato a una ridefinizione, in termini di Customer Satisfaction, del rapporto con i clienti, sia quelli interni (gli operatori delle imprese ferroviarie) sia quelli esterni (i passeggeri dei treni o comunque i fruitori dei servizi in stazione). L’impegno, in tale direzione, si rivolge al viaggiatore non più inteso come “l’utente d’un servizio pubblico” ma come un cliente che acquista un prodotto multiforme imponendo, pertanto, di tenere sempre in considerazione la sua completa soddisfazione. In tale contesto evolutivo anche le “informazioni al pubblico” hanno assunto una valenza strategica sempre maggiore: l’informazione ai propri clienti è un elemento di fondamentale importanza per una grande impresa di servizi qual è RFI e richiede un profondo cambiamento culturale e strutturale, oltre che di metodo, nell’approccio alle prestazioni da fornire. Per questo, l’attività d’informazione al pubblico (IaP) ha subìto, nel tempo, un processo di profonda trasformazione. Inizialmente era considerata un semplice processo operativo posizionato a valle dei provvedimenti di circolazione ferroviaria (sottoprodotto della circolazione), quindi ha assunto il ruolo d’attività autonoma e sinergica rispetto alla gestione della circolazione, fino ad arrivare all’impostazione attuale che vede il processo IaP arricchito della funzione di comunicazione, intesa come mitigazione del disagio che i clienti possono subire durante il viaggio (figura 1). NUCCIO PICCININI Struttura operativa esercizio sistemi della Direzione Information & Communication Technology di RFI SpA 75 A6 8-05-2007 14:53 Pagina 76 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie fig. 1 – L’evoluzione dell’IaP In sostanza, oltre all’obiettivo prioritario di raggiungere per l’IaP un soddisfacente livello di qualità nella gestione dei sottoprocessi che la compongono (raccolta, analisi ed elaborazione dati, diffusione informazioni, monitoraggio del servizio offerto), si vuole realizzare un vero e proprio servizio a valore aggiunto, attraverso la comunicazione, soprattutto in condizioni d’anormalità della circolazione, per fornire utili alternative di viaggio ai clienti. La complessità dell’offerta di trasporto a livello nazionale e regionale (treni a media e lunga percorrenza, Eurostar, regionali e metropolitani), che ogni giorno interessa oltre un milione e mezzo di persone, pone una numerosa serie di problemi che investono le comunicazioni da fornire ai clienti e il modo e i mezzi con i quali incontrarne compiutamente le necessità, dall’ingresso in stazione fino al completamento del viaggio. La capacità di garantire, in tempo reale, informazioni certe e attendibili è l’elemento centrale della qualità del servizio offerto e uno dei principali elementi di giudizio da parte dei clienti. Giudizio che è alla base di buona parte dell’immagine di RFI nell’opinione pubblica. Ne deriva la necessità d’interpretare l’IaP non più come un pro- 76 Il progetto PIC-IaP cesso secondario rispetto a quello di circolazione, ma come un vero e proprio servizio a valore aggiunto, un prodotto con un suo ciclo di vita definito e una serie di specifiche aderenti a standard prefissati. Di conseguenza s’è reso necessario il superamento delle principali criticità riscontrate nel servizio di IaP riassumibili in: • tecnologie e regole d’interoperabilità non standardizzate; • visione unicamente “movimentistica” del treno e non commerciale; • difficoltà nel “produrre” informazioni in caso di circolazione perturbata; • difficoltà nel rendere fruibili le informazioni di circolazione in tutte le parti della stazione; • possibilità d’effettuare un controllo di quanto erogato solo a posteriori; • mancanza d’un sistema di monitoraggio e controllo degli strumenti (visivi e sonori) dedicati alla diffusione delle informazioni presso gli impianti. Queste considerazioni, unite alla valutazione dell’importanza e della strategicità del servizio di IaP nei confronti del cliente finale, hanno reso necessario un intervento per la ricerca di soluzioni in grado d’apportare un miglioramento complessivo all’intero processo di IaP. Una notevole opportunità, in questo senso, s’è presentata nell’utilizzare le nuove tecnologie introdotte con PIC (Piattaforma integrata circolazione) e PIC-Sistema impianto, nate per il settore della circolazione. È stato, infatti, ideato il sistema PIC-IaP che costituisce la suite, in ambito PIC, dedicata all’Informazione al pubblico (IaP). 2. IL CONTESTO EVOLUTIVO IN CUI È INSERITO IL PROGETTO PIC-IAP Da un punto di vista tecnologico, la gestione delle IaP mediante i prodotti sviluppati dalla società TSF, a supporto delle attività 77 A6 8-05-2007 14:53 Pagina 78 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie intraprese da RFI, è iniziata oltre 6 anni fa, nelle sue diverse accezioni (InfoLinea, InfoStazioni, InfoNodo), che contano su un parco d’installato notevole. Successivamente a InfoStazioni è nato il progetto PIC, finalizzato a fornire una base dati informativa unitaria standard, certificata in qualità e sicurezza informatica, riferimento per tutte le attività legate alla circolazione ferroviaria. I principali vantaggi raggiunti con PIC possono riassumersi in una serie di miglioramenti sull’accessibilità alle informazioni senza limitazioni geografiche, sulla gestione e visibilità unitaria del trasporto da origine a destinazione, sulla gestione e tracciabilità completa delle perturbazioni e delle relative conseguenze, e infine sul supporto al processo di programmazione dell’utilizzo dell’infrastruttura. La naturale evoluzione della gestione dell’IaP non poteva quindi che basarsi sui sistemi InfoStazioni e PIC. Attualmente InfoStazioni è installato in decine d’impianti ed è stato quindi necessario garantire che l’integrazione nei processi di Control Room IaP non ne rendesse più difficoltoso il deployment. A tal fine si è cercato d’ottenere un buon compromesso cercando d’astrarre il più possibile dalla delivery attuale e nello stesso tempo mantenere l’obiettivo d’introdurre le nuove funzionalità di Control Room nel contesto tecnologico su cui si basa PIC, così da facilitare la sua integrazione nella piattaforma di circolazione. La soluzione PIC-IaP tiene inoltre conto anche delle altre realtà (SCC-IaP in primis) presenti sul territorio, attraverso un’interfaccia di comunicazione con tali sistemi in grado di consentire alle Control Room di monitorare e controllare tutti i possibili dispositivi d’informazione al pubblico. Allo scopo di facilitare la collaborazione in tempo reale tra gli operatori delle Control Room e gli operatori IaP di stazione, l’architettura prevede l’utilizzo di strumenti di collaboration che rendano più efficiente la gestione dell’operatività e che permettano d’interoperare con la rete di telefonia analogica e digitale esistente in RFI. La soluzione architetturale è scalabile, in modo tale da potersi adeguare al crescere del numero d’operazioni richieste. 78 Il progetto PIC-IaP Il sistema è, inoltre, in grado di garantire l’operatività degli utenti contemporaneamente attivi, per quanto riguarda le funzioni di monitoraggio e supporto remoto dalle Control Room verso l’impianto e degli utenti operativi sugli impianti d’InfoStazioni. Inoltre gli utenti delle Control Room possono fruire delle funzionalità mediante suite applicative modulari che rispecchino le principali categorie d’utenza coinvolte, garantendo la personalizzazione di tali moduli applicativi attraverso specifiche profilazioni legate all’utente che ne fa uso. La soluzione è stata realizzata secondo il modello architetturale dell’attuale sistema PIC, ovvero seguendo le linee guida di una Service Oriented Architecture, facilitando così l’integrazione con i sistemi presenti attualmente sugli impianti. Nella figura 2 è riportata l’architettura della piattaforma PIC in cui è introdotto anche il sistema di IaP. Lo scopo è quello di far convergere tutti i processi di circolazione e di IaP in un’unica soluzione suddivisa logicamente nei tre livelli operativi: nazionale, d’area e d’impianto. fig. 2 – L’architettura di PIC 79 A6 8-05-2007 14:53 Pagina 80 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie La soluzione prevede che a livello nazionale (CED di PIC) siano presenti i servizi di gestione operativa e di gestione delle informazioni al pubblico nel quale convoglieranno le informazioni provenienti dalle aree di circolazione, come ad esempio i compartimenti o i reparti, e dagli impianti. Sempre a livello centrale saranno presenti i servizi di collaboration che consentiranno di gestire le comunicazioni tra i posti centrali e gli impianti. Ogni area a sua volta concentra tutti i servizi relativi alla gestione della circolazione delle linee di sua competenza e si propone come interfaccia principale verso le località dove ulteriori componenti della piattaforma sono disponibili agli operatori per la gestione del singolo impianto. La svolta evolutiva è caratterizzata dal concepimento delle cosiddette IaP Control Room, ossia di centri di controllo specializzati nella supervisione della circolazione nei casi di perturbazione ed eventi straordinari. Tali Control Room avranno il compito di monitorare lo stato della circolazione, dei dispositivi IaP degli impianti di competenza e di gestire in modo uniforme l’informazione verso il pubblico nelle situazioni perturbate. L’interfaccia operatore della Control Room offrirà la possibilità d’accorpare, oltre alle funzioni di monitoraggio dei dispositivi IaP e comunicazione verso gli impianti, anche le funzioni di supervisione per distribuire al meglio i carichi di lavoro nel caso d’emergenze. Il primo passo è quello di realizzare l’integrazione tra le funzionalità di base della Control Room e il sistema d’InfoStazioni già presente sugli impianti. L’integrazione è tale da preservare le funzioni qualificanti del sistema di base. Nella figura 3 è rappresentata l’architettura logica della soluzione per la fase sperimentale del progetto, in cui è prevista solo l’integrazione tra le funzionalità di Control Room e quelle d’InfoStazioni. 80 Il progetto PIC-IaP fig. 3 – Architettura logica PIC-IaP A livello centrale l’architettura prevede la realizzazione d’un servizio di gestione del colloquio tra le Control Room e gli impianti e la futura realizzazione dell’integrazione con sistemi VOIP già presenti in RFI (Voip Gateway). Le funzionalità di collaboration fra utenti sono implementate attraverso il Live Communication Server di Microsoft. Nelle Control Room sono raggruppate tutte le funzionalità di monitoraggio della circolazione, monitoraggio dei dispositivi IaP, controllo remoto degli impianti d’InfoStazioni e strumenti di collaboration (instant messaging, chiamate vocali). 81 A6 8-05-2007 14:53 Pagina 82 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie È a questo livello che s’integra il sistema con l’infrastruttura applicativa di PIC attraverso le suite a disposizione degli operatori IaP di Control Room. A livello d’impianto il sistema implementa due interfacce, una con gli impianti su cui è presente InfoStazioni e la seconda con la Control Room di competenza, secondo una suddivisione di responsabilità di tipo giurisdizionale. La soluzione è altamente scalabile in modo da ottenere un numero variabile d’ambienti adibiti a Control Room, all’interno della rete RFI, con l’unico vincolo infrastrutturale di raggiungere sia gli impianti d’InfoStazioni di propria giurisdizione sia i servizi centrali di PIC necessari alle suite applicative. 3. GLI OBIETTIVI DA RAGGIUNGERE RIGUARDANTI IL SERVIZIO DI IAP La gestione del processo d’informazione e comunicazione alla clientela con il supporto di PIC-IaP è la sintesi di tutti gli sforzi che RFI ha messo in campo, nel recente passato, per giungere all’auspicata omogeneità d’attrezzature a supporto sul territorio e di gestione operativa centralizzata per realizzare una vera e propria “regia” del processo. Gestire correttamente l’IaP, sia in stazione sia a bordo treno, significa garantire una serie di requisiti intrinseci e fondamentali che sono i principali obiettivi da raggiungere. In particolare l’IaP dev’essere caratterizzata da: • completezza delle informazioni; • correttezza e precisione delle indicazioni fornite; • tempestività delle informazioni e dei successivi aggiornamenti; • congruenza e uniformità delle informazioni fornite alla clientela sia nelle stazioni sia a bordo dei treni; • fruibilità in tutte le aree di stazione; • capillarità nella diffusione delle informazioni sull’intera rete nazionale. Con il progetto PIC-IaP sono stati, inoltre, posti ulteriori obiettivi migliorativi per ottenere i seguenti risultati: 82 Il progetto PIC-IaP • aumento dell’integrazione tra funzioni che concorrono all’IaP; • velocizzazione delle operazioni e riduzione dei tempi d’elaborazione e trasmissione delle informazioni; • riduzione delle attività “manuali” per la produzione e la diffusione delle informazioni e aumento della produttività individuale degli operatori IaP; • eliminazione di ridondanze e riduzione di rischi di disallineamento tra sistemi per l’IaP diversi; • riduzione degli oneri dovuti all’integrazione e alla manutenzione delle applicazioni esistenti; • definizione d’interfacce uniche tra RFI e imprese ferroviarie per rendere tempestive le comunicazioni tra operatori IaP delle due società, in particolare per la gestione di situazioni di criticità; • possibilità di monitorare e misurare la qualità del servizio erogato; • riduzione dei reclami legati all’IaP e aumento dei risultati di valutazione di qualità percepita dai clienti. 4. SETTORI D’ATTIVITÀ NELL’AMBITO DEL PROGETTO PIC-IAP RFI nell’intento di raggiungere gli obiettivi descritti ha definito e avviato una serie d’iniziative, nell’ambito del progetto PIC-IaP, per intervenire nei seguenti settori d’azione: • processo. Per la definizione della sequenza d’attività che caratterizzano il processo di IaP e per la standardizzazione dei flussi di comunicazione che concorrono alla corretta gestione del servizio; • organizzazione. Per l’individuazione dei modelli organizzativi per l’IaP, a livello sia centrale sia territoriale, e per la definizione di linee guida per l’allineamento nelle diverse realtà territoriali; • risorse umane. Per ottenere miglioramenti nei seguenti campi: – sviluppo: per la definizione delle competenze a copertura dei ruoli-chiave tipici del processo di IaP; 83 A6 8-05-2007 14:53 Pagina 84 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie – formazione: per il miglioramento delle competenze idonee alla gestione del processo IaP; – cultura/clima: per la creazione d’un ambiente favorevole all’innovazione di processo e tecnologica e alla sperimentazione della soluzione PIC-IaP; • strumenti e tecnologie. Per la sperimentazione e lo sviluppo degli strumenti (suite PIC-IaP) che abilitano il processo di IaP e supportano gli operatori IaP (PIC Web, collaboration). 5. LA IAP CONTROL ROOM SALA OPERATIVA DG DELLA Il primo passo per la realizzazione del progetto PIC-IaP è stato compiuto con l’inaugurazione della “IaP Control Room” della sala operativa DG, ubicata presso la Direzione generale delle Ferrovie dello Stato, a Villa Patrizi, ove è stata avviata la prima fase sperimentale del progetto. Questa sala di controllo dell’IaP costituisce la nuova struttura di RFI destinata a valorizzare i servizi di comunicazione e informazione ai viaggiatori e a realizzare la “regia” del complesso sistema d’attività. I flussi individuati sono schematicamente riportati in figura 4. fig. 4 – Progetto PIC-IaP: l’organizzazione centrale e territoriale 84 Il progetto PIC-IaP Queste le principali attività: • interagire con il Presidio circolazione della sala operativa DG, per conoscere le ricadute delle anormalità d’esercizio che possono provocare perturbazione alla circolazione e i tempi di ripristino del servizio da comunicare alla clientela; • supportare i Presìdi informazione e comunicazione dei posti centrali territoriali, nei casi di circolazione fortemente perturbata; • interagire con i Presìdi informazione e comunicazione dei posti centrali territoriali per garantire un’informazione coerente e uniforme a livello nazionale; • comunicare ai referenti centrali delle imprese ferroviarie le notizie di RFI, per rendere coerenti le informazioni diffuse a bordo treno con quelle a terra; • supportare i comitati di crisi della sede centrale (CODG) in caso d’anormalità rilevanti, incidenti d’esercizio o in situazioni particolari, per monitorare l’impatto dell’evento sul servizio IaP; • curare, in caso di criticità, i rapporti con le relazioni esterne e la protezione aziendale/security con le modalità previste dalle procedure in essere; • interagire con le strutture di RFI e/o delle imprese ferroviarie per le attività di IaP a richiesta (particolari situazioni di circolazione e/o esigenze informative per eventi atipici); • coordinare la diffusione delle nuove disposizioni relative al servizio di IaP; • inoltrare informazioni/messaggi provenienti dalle strutture preposte alla definizione degli standard per il servizio di IaP in particolari situazioni di circolazione e/o d’esigenze informative; • elaborare e diffondere i report sui livelli del servizio IaP che emergono dalla gestione del sistema PIC-IaP; • gestire le criticità che emergono nell’ambito delle analisi di Customer Satisfaction elaborate con lo strumento di rilevazione del quale si è dotata RFI, denominato “Osservatorio di mercato”. 85 A6 8-05-2007 14:53 Pagina 86 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie La IaP Control Room della sala operativa DG, a regime, avrà la possibilità d’intervenire direttamente per l’inoltro delle informazioni da erogare presso il presidio territoriale, attraverso il collegamento con il referente informazione e comunicazione o gli operatori della IaP Control Room di posto centrale territoriale e in stazione (solo in fase di sperimentazione). La IaP Control Room è composta da: • 2 postazioni operative costituite da 4 monitor e attrezzate con suite PIC-IaP; • 2 postazioni di “riserva” costituite da 3 monitor e attrezzate con suite PIC-IaP. Il progetto PIC-IaP versione d’InfoStazioni è stato descritto in appositi manuali destinati agli operatori IaP per i tre livelli d’interventi previsti: • operatori IaP Control Room della sala operativa DG; • operatori dei posti centrali periferici; • operatori d’impianto o di linea (solo parte relativa alla collaboration). fig. 6 –- La postazione-tipo dell’operatore PIC-IaP fig. 5 – La IaP Control Room della sala operativa DG a Villa Patrizi 6. LA POSTAZIONE “TIPO” PIC-IAP La postazione tipo degli operatori PIC-IaP presenta la configurazione-base illustrata in figura 6 con una parte delle applicazioni comuni a tutti i tipi di operatori IaP e con funzionalità aggiuntive dedicate alle attività specifiche. Il dettaglio per l’uso della suite PIC-IaP e degli strumenti di collaboration integrati nella nuova 86 Le attività gestibili con il supporto della suite PIC-IaP sono le seguenti: • monitoraggio centralizzato dei sistemi IaP d’impianto, senza limitazioni geografiche. La IaP Control Room di posto centrale territoriale può visualizzare/monitorare le informazioni al pubblico (visive e sonore) erogate e in corso d’erogazione e conoscere lo stato complessivo di funzionamento dei dispositivi IaP delle stazioni di propria giurisdizione (per le stazioni attrezzate); • consultazione grafica dello stato degli apparati visivi e sonori per l’IaP in tutte le località, visualizzate su una “mappa situazione IaP” rappresentante schematicamente l’intera rete ferroviaria (figura 7); 87 A6 8-05-2007 14:53 Pagina 88 [ Argomenti ] 10 • visualizzazione di dati di dettaglio (tipologia, ubicazione ecc) sullo stato di funzionamento degli apparati visivi e sonori nella località selezionata; • remotizzazione della postazione di stazione: la IaP Control Room dei posti centrali territoriali può prendere il controllo diretto della postazione InfoStazioni d’impianto e alimentare i sistemi sonori e visivi con l’inserimento diretto di messaggi e informazioni per il pubblico; • comunicazione diretta tra la IaP Control Room dei posti centrali territoriali e gli operatori IaP sia degli impianti selezionati sia dei posti centrali territoriali limitrofi tramite “messaggi di testo” – scambiando informazioni in formato libero – e tramite “messaggi vocali” utilizzando un canale telefonico autonomo, alternativo al sistema di telefonia fissa e mobile (tecnologia VOIP); • possibilità d’attrezzare qualsiasi stazione con strumenti di comunicazione (collaboration) e strumenti di raccolta delle informazioni (PIC Web). fig. 7 –- La mappa della situazione IaP che consente la consultazione grafica dello stato degli apparati visivi e sonori per l’IaP in tutte le località, visualizzate su una mappa rappresentante schematicamente l’intera rete ferroviaria, e la visualizzazione di dati di dettaglio sullo stato di funzionamento degli apparati visivi e sonori nella località selezionata 88 A7 8-05-2007 14:53 Pagina 89 SSC: Sistema di supporto alla condotta PAOLO SANNA coordinatore impianti tecnologici della Struttura operativa tecnica della Direzione compartimentale Infrastruttura di Cagliari di RFI SpA onostante il trasporto ferroviario sia considerato il più sicuro fra tutti i sistemi di trasporto, alcuni gravi incidenti ferroviari evidenziano che il punto debole del sistema è costituito dal fattore umano,che può non rispondere nel modo dovuto all’input fornito dal segnalamento di linea, in assenza d‘altri sistemi d’automazione di “protezione” del treno. Il sistema di controllo marcia treno (SCMT) e il sistema di supporto alla condotta (SSC) sono fra le tecnologie individuate in RFI per raggiungere l’obiettivo di migliorare gli standard di sicurezza dell’infrastruttura e del materiale rotabile. La copertura delle linee dell’intera rete con i sistemi SCMT e SSC dovrà avvenire entro la fine del 2007. Il sistema di cui ci occupiamo è il cosiddetto SSC (Sistema di supporto alla condotta). Esso introduce un’ulteriore interfaccia tra il sistema di segnalamento (terra) e l’uomo (bordo) eliminando, come si vedrà, la possibilità d‘errore, realizzando la protezione del treno mediante il controllo della marcia rispetto ai segnali fissi e ai limiti di velocità imposti dall’infrastruttura. In tal modo viene esteso anche alle linee regionali l’alto livello di sicurezza che le Ferrovie italiane forniscono alle linee ad alta velocità e alle linee principali grazie al più complesso sistema SCMT. Il sistema è stato installato dapprima, sperimentalmente, sulla rete sarda per poi essere esteso a tutta la rete di carattere complementare o regionale, per un totale di circa 6.000 km. Il sistema SSC è un sistema di semplice installazione e costi ridotti: la progettazione,lo sviluppo e la costruzione del SSC sui 431 km di linee della rete sarda sono stati effettuati in tempi molto ridotti (dal maggio 2005 al giugno 2006) grazie alle sue caratteristiche intrinseche e alla stretta collaborazione tra RFI e fornitore nel risolvere gli immancabili DANIELE SEGLIAS direttore compartimentale Infrastruttura di Cagliari di RFI SpA N 89 A7 8-05-2007 14:53 Pagina 90 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie problemi che un nuovo impianto, per di più connesso al segnalamento, comporta per l’esercizio. In Sardegna il SSC è stato attivato in tre fasi temporali: • fase 1, marzo 2006: tratta Oristano-Chilivani, km 119; tratta Decimomannu-Carbonia-Iglesias, km 60; • fase 2, aprile 2006: tratta Sanluri-Oristano, km 50; tratta Chilivani-Porto Torres, km 66; • fase 3, giugno 2006: tratta Cagliari-Sanluri, km 44; tratta Chilivani-G. Aranci, km 92. Anche l’allestimento del sistema di bordo richiede tempi ridotti, in quanto una squadra può allestire due automotrici in una settimana. Al momento sono state allestite solamente automotrici della serie ALn 663 e ALn 668, mentre sarà studiata l’installazione per i “Minuetto”, per i treni MD e per i locomotori D445 già in dotazione. IL SISTEMA Se il macchinista, per qualsiasi motivo, non fosse in grado d‘operare, il sistema interverrebbe immediatamente al superamento del primo segnale con aspetto restrittivo non riconosciuto, causando l’arresto del treno. In seguito saranno implementate ulteriori funzioni, come la gestione dei rallentamenti, non ancora realizzata. Per meglio comprendere il funzionamento del SSC s‘immagini di seguire un treno che, dalla piena linea, si avvicina a una stazione o a un passaggio a livello dotato di segnalamento proprio (figura 1). fig. 1 – Transponder Tag su palina e sul fondo segnale d’avviso di PL SSC Il sistema SSC è costituito dal sottosistema di terra (SST), che è l’insieme di tutte le apparecchiature interfacciate col sistema di segnalamento ferroviario, e dal sottosistema di bordo (SSB), che è l’insieme di tutte le apparecchiature installate sul treno. Le informazioni fornite dal segnalamento vengono trasmesse al treno dal SSB per mezzo di trasmissioni radio che avvengono ogni qualvolta il treno passa in prossimità d‘un segnale. Il SSB riceve tali dati e li trasmette all’elaboratore digitale di bordo, il quale, confrontando i dati ricevuti (telegramma) con quelli della condotta di marcia, può decidere d‘intervenire sull’impianto di frenatura del treno. Ne consegue che il superamento indebito d‘un segnale a via impedita o il superamento della velocità consentita sui deviatoi darà luogo all’intervento del sistema sul freno attuando l’arresto immediato del treno, mentre il superamento della velocità di linea causerà un intervento del sistema teso a riportare la velocità a quella ammissibile. 90 SSC: Sistema di supporto alla condotta Il treno 100 m prima del segnale d’avviso incontra il “Transponder Tag” (o semplicemente Tag) che riceve dal treno una portante radio e la ritrasmette al treno stesso: questo allerta il sistema di bordo, che dopo 100 m s’aspetta d’incontrare il segnale d’avviso. In caso contrario (transponder guasto) si avrà l’arresto del treno. In corrispondenza del segnale d’avviso viene inviato al treno un telegramma, ovvero una serie di dati codificati (figura 2a), col quale il sistema viene informato dell’aspetto del segnale stesso, della sua distanza dal segnale successivo nonché d’altri dati utili. 91 A7 8-05-2007 14:53 Pagina 92 [ Argomenti ] 10 fig. 2a – Esempio di telegramma al segnale d’avviso FOCUS | Tecnologie 18/04/2006 12:11: PRIMO TELEGRAMMA RICEVUTO: Aspetto: 02 : Giallo Spento Spento TIP 01 : Avviso DECT: Distanza Corretto Tracciato su 9 bit 101 = 1010 metri DDEV: Distanza Deviata su 9 bit 0 = 0 metri ID: Identificativo = 567 (0x00000237) DIR: Direzione 1 --> Dispari VDEV: Vel Itinerario deviato 00 : Nessuno DLDEV: Distanza Tratto in deviata 0 = 0 metri FR: Grado di frenatura = 2 (0x02) VLIN: Velocità di linea 20 = 100 km/h VVLIN1: Prima Variazione Velocità di linea 0 = 0 km/h DVVLIN1: Distanza Prima Variazione Velocità di linea 0 = 0 metri VVLIN2: Seconda Variazione Velocità di linea 0 = 0 km/h DVVLIN2: Distanza Seconda Variazione Velocità di linea 0 = 0 metri VRALL: Velocità rallentamento successivo 0 = 0 km/h DRALL: Dist. tra segn. ed inizio rall. succ. 0 = 0 m LRALL: Lunghezza del rallentamento 0 = 0 m ASPETTI SUCCESSIVI: 18/04/2006 12:11: FINE REGISTRAZIONE In base a tali indicazioni il sistema decide che, se il segnale d’avviso è a via libera senza limitazioni di velocità, il treno può proseguire alla velocità di linea, mentre se presenta un aspetto restrittivo dovrà variare la velocità in modo tale da fermarsi al segnale di protezione o presentarsi a esso con la velocità prescritta. Se il treno non dovesse rispettare le velocità d’approccio, il sistema interviene limitando la velocità ai valori prescritti. Nella figura 2b è riportato il telegramma ricevuto da un treno che oltrepassa un segnale di protezione disposto al giallo. Con riferimento all’esempio di telegramma riportato in figura 2b, prima d’oltrepassare detto segnale il personale di macchina deve riconoscere lo stesso segnale in quanto presenta un aspetto restrittivo. Il treno, che proviene dalla piena linea dove la velocità è di 80 km/h, dovrà ridurre la velocità a 60 km/h dopo un tratto di 300 m per poi entrare in deviata, dove dovrà rispettare la velocità 92 SSC: Sistema di supporto alla condotta massima di 30 km/h, e presentarsi fermo innanzi al successivo segnale di partenza; inoltre viene stabilito un appuntamento (figura 3) con il segnale di partenza della stessa stazione a 770 m di distanza. Quando il treno oltrepassa il segnale di partenza, il SSB riceverà un nuovo telegramma contenente, fra l’altro, la velocità di linea, che da quel momento non potrà essere superata. Qualora l’impianto relativo a un certo segnale si guastasse, non trovando “l’appuntamento”, il sistema comanda la fermata del treno. Poiché gli appuntamenti sono fissati per distanze non superiori ai 2.000 m, l’ultimo segnale di partenza in uscita dalla stazione in genere non dà alcun appuntamento, a meno della presenza di un PL protetto dai segnali propri. Sfruttando il fatto che le antenne sono installate ai due lati contrapposti dell’automotrice e che le stesse funzionano per portanti a diversa frequenza è stato possibile creare dei punti informativi da situare in corrispondenza dei bivi in modo da rendere completo il controllo sulla condotta. 06/04/2006 12:56: PRIMO TELEGRAMMA RICEVUTO: Aspetto: 02 : Giallo Spento Spento TIP 02 : Protezione DECT: Distanza Corretto Tracciato su 9 bit 77 = 770 metri DDEV: Distanza Deviata su 9 bit 77 = 770 metri ID: Identificativo = 552 (0x00000228) DIR: Direzione 0 --> Pari VDEV: Vel Itinerario deviato 01 : 30 km/h DLDEV: Distanza Tratto in deviata 13 = 650 metri FR: Grado di frenatura = 7 (0x07) VLIN: Velocità di linea 16 = 80 km/h VVLIN1: Prima Variazione Velocità di linea 12 = 60 km/h DVVLIN1: Distanza Prima Variazione Velocità di linea 3 = 300 metri VVLIN2: Seconda Variazione Velocità di linea 0 = 0 km/h DVVLIN2: Distanza Seconda Variazione Velocità di linea 0 = 0 metri VRALL: Velocità rallentamento successivo 0 = 0 km/h DRALL: Dist. tra segn. ed inizio rall. succ. 0 = 0 m LRALL: Lunghezza del rallentamento 0 = 0 m fig. 2b – Esempio di telegramma al segnale di protezione ASPETTI SUCCESSIVI: 06/04/2006 12:56: FINE REGISTRAZIONE 93 A7 8-05-2007 14:53 Pagina 94 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie SSC: Sistema di supporto alla condotta fig. 4 – Architettura sistema di terra fig. 3 – Esempio del concetto “d’appuntamento” fra segnali successivi ARCHITETTURA TS DI SISTEMA SOTTOSISTEMA DI TERRA I componenti (figura 4) sono installati direttamente sui segnali luminosi esistenti lungo la linea. Essi consistono in un encoder, in un transponder e in un transponder tag. Il primo ha la funzione d’acquisire l’aspetto dei segnali e di generare in sicurezza un telegramma per il transponder contenente tutte le informazioni relative agli aspetti del segnale e ai parametri della linea, queste ultime inserite e memorizzate, una volta per tutte, in una memoria non volatile tipo NVRAM. Encoder L’encoder è costituito dalle seguenti sezioni: • elaboratore digitale; • circuiti d’ingresso per l’acquisizione dell’aspetto dei segnali; • circuiteria per il pilotaggio del transponder; • alimentazione sicura per la circuiteria per il pilotaggio del transponder; • alimentazione per l’elaboratore digitale e i circuiti d’ingresso. 94 HEADER DATA CRC32 8 bit 96 bit 32 bit 16 bit fig. 5 – Struttura del telegramma formato dall’encoder. Si tratta d’un pacchetto di 152 bit di cui i primi 16 (“training system”) servono per la sincronizzazione del ricevitore, i successivi 8 sono l’intestazione, quindi 96 bit per i dati da trasmettere e infine 32 bit per esigenze di codifica. La velocità media dei dati è di 33 kb/s Inoltre l’encoder è dotato d’interfaccia seriale RS232 per consentire l’interfacciamento d’un PC tramite il quale sono possibili le operazioni di configurazione e di verifica e di un’interfaccia RS485 mediante la quale colloquia con il transponder. Transponder Il transponder, come già accennato, è un apparato di trasmissione semi-passiva: la generazione della portante di sistema, alla frequenza di 5,8 Ghz, è eseguita dall’apparato del SSB, mentre il transponder esegue la riflessione di tale portante dopo averla modulata con segnale a frequenza intermedia (sottoportante) sul quale, a sua volta, è stato modulato, con tecnica di modulazione BPSK (BiPhase Shift Keying). Le informazioni da trasmettere al treno, elaborate dall’encoder, vengono digitalizzate e inviate al transponder tramite un’interfaccia RS485 (segnale in banda base), quindi modulate secondo il sistema 95 A7 8-05-2007 14:53 Pagina 96 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie BPSK sulla sottoportante a 10,7 Mhz (F1) se il treno è sul binario legale, e 13 Mhz (F2) se il treno è sul binario illegale. Una caratteristica positiva di questa tecnica è che l’ampiezza della portante resta costante, cosa che consente d’utilizzare la massima potenza del trasmettitore. Per contro, poiché il segnale in banda base è costituito da impulsi rettangolari, l’occupazione di banda è assai elevata e necessita d’un canale a banda larga. Per questo motivo il segnale viene ulteriormente modulato su una portante avente frequenza 5,8 Ghz. SSC: Sistema di supporto alla condotta • tool d’installazione e manutenzione. Inoltre sono integrati nel sistema: diagnostica, sistema di localizzazione (GPS) e trasmissione radio (GSM). fig. 6 – Architettura sistema di bordo Transponder Tag Viene installato 100 m prima del segnale d’avviso; è anch’esso un sistema semipassivo di trasmissione la cui funzione è quella d’inviare al treno un telegramma preconfigurato che predispone il sistema al funzionamento. SOTTOSISTEMA DI BORDO Il sottosistema di bordo è preposto al continuo controllo e rispetto del segnalamento e dei limiti di velocità; in particolare richiede, da parte del macchinista, il riconoscimento dell’aspetto (restrittivo) del segnale incontrato attraverso l’azionamento d’un apposito tasto posto sulla pulsantiera installata nella cabina di guida. Nel caso in cui non ci sia coincidenza tra le informazioni trasmesse dal SST tramite il transponder e le operazioni del macchinista, il sistema interviene attivando la frenatura del treno. Il sistema interviene anche quando non viene rispettato l’aspetto restrittivo d’un segnale o non viene ridotta la velocità in base alle informazioni ricevute dal SST. Architettuta del SSB Il sistema SSB è schematicamente rappresentato nella figura 6. Esso è costituito dai seguenti elementi: • logica di bordo; • antenne RX anteriori e posteriori con scheda ricevitore; 96 L’elaboratore digitale è il “cuore” del sistema: esso scambia dati tramite le interfacce e interviene sulla condotta del treno. Le interfacce (figura 6) sono: • l’interfaccia B attraverso la quale l’elaboratore digitale riceve il telegramma dalle antenne RX tramite la scheda ricevitore.Tali informazioni vengono elaborate al fine di pilotare i cruscotti e la frenatura d’emergenza; • l’interfaccia col sistema GPS per acquisire i dati sulle coordinate geografiche e sulla velocità. Anche questi dati vengono utilizzati dall’elaboratore per limitare la velocità o fermare il treno. Le distanze vengono anche calcolate (in modo più preciso) in base all’indicazione di velocità fornita dal dispositivo Hasler della macchina e al diametro della ruota che viene calcolato ogni duecento metri; 97 A7 8-05-2007 14:53 Pagina 98 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie • l’interfaccia GSM-R GSM, ancora non utilizzata, che potrà trasmettere dati relativi alla diagnostica del sistema tramite un messaggio SMS a un posto diagnostico SSC; • l’interfaccia T con la quale è possibile, tramite un tool di diagnostica e manutenzione, registrare tutti gli eventi che accadono durante una corsa, con particolare riferimento alla diagnostica; • l’interfaccia con i cruscotti anteriore e posteriore: il macchinista non conosce i telegrammi scambiati tra SSB e SST, ma colloquia col sistema unicamente tramite il cruscotto (figura 7). fig. 7 – Cruscotto SSC SSC: Sistema di supporto alla condotta peggiante) o la funzione “supero rosso” (led rosso acceso fisso), oppure la modalità operativa “treno” (led bianco acceso fisso); • un pulsante RF di colore bianco, per segnalare l’attivazione della frenatura d’emergenza e per il riarmo della stessa; • un pulsante CSR di colore giallo, per il riconoscimento dell’aspetto restrittivo dei segnali. L’elaboratore digitale inoltre rileva malfunzionamenti di SST e SSB, memorizza informazioni relative all’operato del personale di macchina, registra eventi diagnostici analizzabili tramite il tool d’installazione e manutenzione, rende disponibili i dati necessari alla valutazione funzionale del SSB (spazio percorso, velocità del treno, telegramma ricevuto, stato ingressi/uscite, tetti di velocità imposti ecc.) su interfaccia seriale RS-232/RS-485. Inoltre i dati sul funzionamento di SSB vengono registrati nella memoria di massa d’un data logger avente capacità non minore di 1GB. CONCLUSIONI Il cruscotto SSC è costituito da: • un avvisatore acustico integrato nel cruscotto; • un pulsante SSC di colore blu, che esclude l’apparecchiatura in caso di guasto a terra (e la reinserisce); • un indicatore a led bianco che s’illumina in caso di guasto a terra; • un commutatore a due posizioni “MAN/SR – TRENO”, per attivare la modalità operativa “manovra” (led rosso acceso lam- 98 Da quanto sopra esposto risulta evidente che il sistema di supporto alla condotta SSC è un impianto che aumenta notevolmente la sicurezza dell’esercizio ferroviario. Il sistema di terra è composto da tre soli componenti che vengono sostituiti in caso di guasto: ne consegue che l’ impianto non richiede manutenzione; per contro, dovrà essere curata la gestione delle scorte. Il sistema non dispone d’una diagnostica dei guasti, nel senso che non è possibile conoscere a priori l’esistenza di un’anormalità ed è pertanto soltanto al passaggio del treno (Tag non rilevato o arresto del treno al segnale) che il personale di condotta darà avviso dell’anormalità al DCO/DM, che a sua volta avviserà il CEI (coordinatore infrastrutture), che informerà l’agente della manutenzione interessato. Per quanto riguarda l’affidabilità del sistema, i requisiti imposti da RFI sono: • encoder 120.000 ore; • transponder 90.000 ore; • SSB 30.000 ore. 99 A7 8-05-2007 14:53 Pagina 100 [ Argomenti ] 10 linee attrezzate con SSC linee da attrezzare entro il 2007 fig. 8 – Il SSC nel territorio 100 A8 8-05-2007 14:54 Pagina 101 Le sale operative ferroviarie VALERIO GIOVINE direttore Pianificazione industriale di Trenitalia SpA PREMESSA La definizione di sala operativa, “locale organizzato e attrezzato presso questure e comandi dei carabinieri, cui confluiscono le richieste d’intervento da parte di cittadini in casi d’emergenza” [1], porta a dedurre che la sala operativa ferroviaria sia mutuata da un’impostazione organizzativa delle forze dell’ordine. Anche se la ferrovia risente dell’organizzazione militare e burocratica propria degli organismi dello Stato, la denominazione di sala operativa deriva, invece, dall’esplicitazione delle modalità di controllo della produzione che vi si svolgono: operative, appunto. Il sistema ferroviario, indipendentemente dalla struttura societaria delle sue componenti, si basa su molteplici processi industriali che concorrono alla produzione del trasporto e alla soddisfazione del cliente. Ciascun processo richiede una gestione produttiva e un costante controllo della corretta esecuzione, attraverso la supervisione del lavoro e il monitoraggio di parametri significativi. Per la tipicità dell’esercizio ferroviario, che ha la produzione parcellizzata in molti siti diversi e distanti, la gestione e il controllo si sono per lungo tempo svolti separatamente per ciascun processo e per singolo impianto, utilizzando degli indicatori di prestazione “a posteriori” solo come feedback per la programmazione delle attività del periodo successivo. Ad esempio la minuziosa attività di “andamento treni”, svolta raccogliendo a livello territoriale un’enorme massa di dati rilevati dal personale in servizio sui treni relativi agli arrivi, partenze e transiti e incrociati con gli analoghi dati registrati nelle stazioni (tutti 101 A8 8-05-2007 14:54 Pagina 102 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie raccolti per decenni “a mano” e successivamente “automatizzati”), costituiva di fatto solo un elemento di supporto per la modifica o la conferma dell’orario successivo e non uno strumento di controllo per la gestione operativa. Di conseguenza ogni decisione in fase d’esercizio è stata per lungo tempo demandata alla competenza formale e all’esperienza del singolo operatore, sotto la rigida guida della normativa. Con lo sviluppo delle tecnologie s’è gradualmente introdotto un accorpamento, reale o virtuale, dei siti di produzione e un conseguente accentramento della gestione e dei controlli dei singoli processi. Ciò è avvenuto sia a livello territoriale (concentrazione geografica), soprattutto per i processi di circolazione, sia nella contestualità (concentrazione temporale), in particolare per la gestione delle risorse. Nel settore della circolazione, con lo sviluppo delle tecniche di comando a distanza degli enti di stazione e poi di telecomando degli apparati si sono messi insieme i ruoli di controllo con i ruoli di comando, conferendo operatività al sistema. Proprio da questo settore s’è mutuato il termine “operativo”, attribuito anche al centro di controllo del processo d’esercizio: la sala operativa. Con la direttiva CE n. 440 del 1991, al fine di rivitalizzare il settore ferroviario s’è introdotta la separazione tra il gestore dell’infrastruttura e le imprese ferroviarie, determinando anche la separazione formale dei processi sulla base delle missioni e delle relative responsabilità. Con l’attuazione di quanto indicato nella direttiva si sono anche specializzati, e di conseguenza suddivisi, i centri di controllo del processo d’esercizio, determinando “le” sale operative. Essendo funzionalmente correlate tra loro, in Italia così come negli altri Stati d’Europa dove s’è data applicazione alla direttiva, le sale operative del gestore e delle imprese nella maggior parte casi sono però rimaste vicine, se non addirittura congiunte o integrate. 102 Le sale operative ferroviarie fig. 1 – L’evoluzione delle sale di controllo Da una gestione localizzata e settoriale... Deposito locomotive stazione B stazione C stazione A ... a un sistema di comando e controllo centralizzato Coordinatore DC I.F. LA PRODUZIONE Se per il gestore dell’infrastruttura il prodotto è il servizio d’utilizzo dell’infrastruttura ferroviaria, inteso come passaggio di treni1 su un certo binario in un dato momento, per l’impresa ferroviaria il prodotto è il servizio di trasporto offerto ai clienti utilizzando i mezzi, le risorse umane e le tracce. I fattori che concorrono alla produzione – l’infrastruttura ferroviaria, il materiale rotabile, gli strumenti operativi, l’organizzazione (nel suo complesso di risorse umane e norme comportamentali) – sono correlabili tra loro attraverso una funzione di produzione. Tale funzione determina i valori caratteristici della produzione, quali: • i volumi di traffico nelle varie tipologie; • gli standard di qualità, definibili anche in termini di livelli di servizio e di struttura d’orario, con il vincolo della disponibilità dell’infrastruttura e del materiale, cioè della loro effettiva possibilità d’uso ai fini produttivi. La funzione di produzione si traduce nel programma d’esercizio2 e sulla base degli scostamenti dei parametri dal programma viene 103 A8 8-05-2007 14:54 Pagina 104 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie svolta la gestione operativa del processo. L’obiettivo è chiaramente costituito dalla realizzazione del prodotto con i minori scarti possibili rispetto al programmato. Nel rendere in forma esplicita la funzione di produzione la contestualità d’informazione fra tutti i decisori. Per tali scopi nasce la sala operativa. F = f (V1, V2, …, Vn) Il termine “sala operativa” generalizza le funzioni e il ruolo che di fatto la struttura organizzativa riveste. Infatti il ruolo della sala operativa varia in base al contesto organizzativo (appartenenza, missione ecc.), ma soprattutto varia ed è variato in base all’evoluzione del sistema. Si possono identificare diversi livelli, creatisi con l’evolversi delle tecnologie e la crescita dei sistemi informativi di supporto, che non rappresentano però il superamento reciproco, in quanto hanno tutti validità funzionale. I livelli sono definibili in relazione alla loro posizione rispetto al perimetro del processo (parziale, complessivo), alla giurisdizione territoriale, alla funzione preponderate (gestione, controllo, supervisione, monitoraggio). La tabella 1 indica come queste componenti siano presenti nei vari livelli. in cui v1, v2, …, vn, rappresentano i singoli fattori di produzione, appare evidente che tali variabili non siano tra loro indipendenti e soprattutto che la loro effettiva quantificazione sia legata a situazioni contingenti e spesso comportamentali. Facendo un esempio relativo alla produzione d’un singolo treno, avendo definito l’orario, la tipologia del materiale rotabile, la presenza del personale, la disponibilità effettiva dell’infrastruttura e dovendo in fase gestionale solo assegnare il mezzo (come matricola), la scelta può formalizzarsi matematicamente attraverso la probabilità condizionata: α Sm exp (dij)β pm = Σk α Sk exp (dij)β con k=1, 2, …, N dove pm rappresenta la probabilità che venga assegnato il mezzo m, N la quantità di mezzi disponibili del tipo previsto, d la lunghezza del servizio da svolgere dalla località i alla località j, S il parametro d’affidabilità del mezzo, α e β coefficienti legati al tempo d’intervento. L’espressione ha forma analoga ai modelli d’utilità casuale, ad esempio tipo Logit, in quanto l’assegnazione del mezzo viene descritta di fatto dall’utilità associata a ciascuna delle possibili alternative di scelta, condizionate da alcune delle altre variabili. Ciò dimostra come l’elemento che rende massimo il fattore d’utilità sia la conoscenza precisa delle variabili in gioco e soprattutto 104 Le sale operative ferroviarie LE FUNZIONI Tabella 1 – Componenti della sala operativa Perimetro Giurisdizione Funzione Livello 1 Livello 2 Livello 3 Livello 4 parziale complessivo parziale/ complessivo parziale/ complessivo territoriale territoriale centrale centrale gestione controllo supervisione monitoraggio Le strutture che possono inquadrarsi nel primo livello delle sale operative ferroviarie sono ad esempio i posti di regolazione della circolazione delle linee. Si tratta delle strutture di dirigenza centrale (operativa o non) che, al di là delle specifiche funzioni e automazioni, sono i punti di governo territoriale, in cui si ha una visione generale della situazione di produzione. Nel secondo livello ricadono i sistemi di comando e controllo, 105 A8 8-05-2007 14:54 Pagina 106 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie in cui sono presenti tutti gli attori del processo, compresi i gestori dei turni di personale dei treni e i coordinatori della manutenzione, e in cui, oltre alla gestione, vi è un costante controllo dei vari processi. Il terzo e il quarto livello comprendono le strutture con giurisdizione sull’intero territorio, normalmente poste presso le sedi centrali, con valenza per processi parziali o complessivi. La loro differenziazione è nel ruolo funzionale che rivestono, se solo d’indicazione e ausilio (livello 3) o di governo e controllo diretto (livello 4). In quest’ultimo caso risulta indispensabile l’esistenza di sistemi informativi centrali interfacciati direttamente con i sistemi di gestione territoriali. Le attività complessivamente curate nelle sale operative ferroviarie sono quelle che concorrono al processo produttivo del sistema ferroviario: • l’assegnazione dei mezzi; • l’assegnazione del personale dei treni; • la formazione dei treni; • la gestione delle linee e delle stazioni; • la regolazione della circolazione; • la diffusione delle informazioni alla clientela; • gli interventi manutenzione non programmati ai mezzi; • gli interventi manutenzione non programmati all’infrastruttura; • il monitoraggio della produzione cui si possono aggiungere i controlli relativi alla “security”. La conoscenza contestuale dello stato delle varie componenti si realizza nelle sale operative attraverso la contiguità fisica di tutti gli operatori, eliminando i flussi di comunicazione incrociati che si hanno in caso di separazione fisica di tutti i settori. L’eliminazione dei flussi di comunicazione, oltre a evitare la possibilità d’equivoci, rappresenta un guadagno di tempo che si traduce in un beneficio economico, in quanto riduce i carichi di lavoro degli operatori. Inoltre rende più rapida e operativa la scelta dei provvedimenti da adottare. Dalle analisi benefici-costi relative alle sale operative risulta normalmente che i maggiori oneri per la logistica e l’organizzazione sono più che compensati dalla maggiore efficienza economica del sistema.Va inoltre evidenziata la capacità di segnala- 106 Le sale operative ferroviarie zione di “allarmi” preventivi assicurata dalle sale operative: le componenti del sistema possono subire alcune variazioni rispetto al programma che singolarmente non incidono sull’intero processo produttivo, ma che in connessione tra loro possono costituire un elemento di scostamento critico. L’avere tutti gli operatori vicini e reciprocamente informati permette la gestione degli scostamenti, riducendone l’effetto combinato. LA LOGICA DELLA SCELTA Le sale operative devono gestire gli scostamenti del processo produttivo senza improvvisazioni o enfatizzazioni del momento. Per rendere più esplicito questo concetto si può fare un parallelo con la modifica dei tempi d’un ciclo semaforico d’un incrocio stradale, attuata da un vigile urbano. L’intervento, dovuto a una circostanza che rende meno fluido il deflusso su un ramo dell’incrocio, determina l’intervento del decisore umano, il vigile urbano appunto, per modificare i parametri ed evitare un ingorgo. Se si prolunga la durata dell’evento scatenante nel tempo o soprattutto se si prolunga l’intervento di regolazione del ciclo semaforico da parte del vigile urbano, gli effetti correttivi risultano spesso devastanti per il traffico. Chiaramente ciò non è dovuto all’incapacità del decisore, ma alla sua limitata informazione, nonché al fatto che la durata delle fasi semaforiche viene stimata dal vigile urbano sulla base della visione diretta, senza gli strumenti e il tempo necessario per il “calcolo” da modello. La scelta dei provvedimenti che modificano un programma, per sfruttare al meglio le capacità effettivamente disponibili al momento, deve partire dalla conoscenza più precisa possibile della situazione. La scelta infatti seleziona la “più idonea” tra le soluzioni possibili per riportare il processo ai livelli più prossimi all’obiettivo del programma. Le soluzioni sono il risultato della “miscela” di tutte le informazioni disponibili, espresse in forma quantitativa, numerica. Ma quando è richiesta una rapidità di decisione, l’individuo tende a fornire giudizi di valore preferendo elaborazioni mentali che interpretano informazioni qualitative, anche se più generiche. 107 A8 8-05-2007 14:54 Pagina 108 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie Ciò perché la visione del decisore viene fortemente influenzata dalle esperienze personali e di fatto il processo della scelta della soluzione è unicamente la ratifica di un’ipotesi formulata dall’esperienza e dalla volontà di: • non sapere di più, limitandosi alle variabili certe; • non rischiare, sovradimensionando i tempi e i parametri tecnici; • delegare, chiedendo supporto d’altre persone o altri strumenti; • trascurare l’indeterminazione della componente umana, ignorando o amplificando le prevedibili reazioni. Il valore delle sale operative è quindi quello di fornire il controllo del maggior numero di variabili, di dare contezza del tempo di decisione e di far condividere le soluzioni a tutti i soggetti coinvolti. Il processo di scelta dei provvedimenti è caratterizzato da un criterio di decisione, che si può rappresentare attraverso il modello d’ottimizzazione d’un unico obiettivo. Matematicamente si formalizza con: max o min Z (x1, x2, …, xn) soggetta alle relazioni di vincolo gi (x1, x2, …, xn) ≥ 0 i=1, 2, …, m con j=1, 2, …, n xj ≥ 0 dove Z è la funzione obiettivo, xj le variabili decisionali e gi i vincoli. Nella realtà ci si trova spesso a dover affrontare problemi con più obiettivi per i quali bisogna operare ricercando l’alternativa di miglior compromesso, ovvero quella tra le soluzioni possibili di ciascun obiettivo che mantiene più elevati o “non inferiori” i valori relativi agli altri obiettivi. Nella pratica, la ricerca delle soluzioni si banalizza riducendo il campo di variazione delle variabili decisionali, fino a rendere i valori costanti, in quanto valori attuali.Tale condizione permette d’eliminare le iterazioni necessarie per disegnare le curve delle funzioni e poter quindi calcolare immediatamente la soluzione. Risulta pertanto chiara l’importanza della determinazione del valore 108 Le sale operative ferroviarie attuale dei parametri in gioco, per ottenere soluzioni definite e ottimizzate. GLI STRUMENTI Per supportare le attività delle sale operative si possono avere tre diverse tipologie di strumenti tecnologici: • sistemi informativi, da cui si rilevano in tempo reale i valori dei parametri fondamentali; • sistemi previsionali, in cui, oltre alla rappresentazione della situazione in atto, vi è anche un’indicazione di tendenza, calcolata attraverso modelli più o meno complessi; • sistemi decisionali, che presentano, per tutti gli scostamenti nella situazione del momento, un ventaglio di soluzioni definite secondo criteri logico-matematici. L’uso dell’una o dell’altra tipologia è legato al livello funzionale della sala operativa e dev’essere congruente con le varie attività che svolge. È molto importante che l’affinamento dello strumento sia analogo per tutti i settori presenti nella sala operativa, in quanto il rischio è d’avere un settore propulsivo che diventi prioritario sugli altri, sbilanciando le scelte sempre in un unico verso. I sistemi decisionali più evoluti utilizzano criteri di scelta da “sistema esperto”, che si basano sui dati storici delle decisioni prese e degli effetti conseguiti, ma anche metodi di simulazione degli eventi, analisi multiobiettivo, logiche fuzzy. Queste ultime hanno un notevole successo nel campo dei trasporti, in quanto s’adattano bene alle componenti legate alle situazioni di tipo qualitativo. Partendo da un modello non propriamente ingegneristico, in cui le caratteristiche degli eventi sono definite in base a concetti vaghi (“piuttosto grande”,“più breve”, …) e non a grandezze misurabili, la logica fuzzy crea una serie di relazioni tipo: “se A è grande, allora B è piccolo” che determinano delle istruzioni analoghe a quelle d’un pro- 109 A8 8-05-2007 14:54 Pagina 110 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie gramma di calcolo da cui, attraverso degli insiemi e delle curve d’appartenenza, si può rielaborare un valore numerico. Un elemento di forte aiuto per il decisore è rappresentato dalla componente visiva. Soprattutto in situazioni critiche, avere la visione diretta del luogo e non solo la “fotografia”, intesa come rappresentazione o schematizzazione della situazione, permette di dare maggiore valenza alle scelte. Non a caso quindi presso le sale operative si trovano sistemi di riproduzione d’immagini collegati a telecamere fisse o mobili, maxischermi e apparecchiature simili. Infine,“strumento” non secondario per il lavoro delle sale operative è l’organizzazione interna, con la definizione di dettaglio delle attività e delle responsabilità e con il complesso delle procedure applicative. Attraverso i protocolli operativi si definisce anche il peso e il metodo di valutazione dei dati rilevati dagli strumenti informativi di supporto, nonché il criterio di validazione delle scelte. LA COMPATIBILITÀ CON LA COMPONENTE UMANA Un ruolo determinante nella funzionalità delle sale operative è svolto dall’organizzazione interna degli spazi e dall’ergonomia dei sistemi. La relazione tra l’uomo e l’ambiente di lavoro influenza notevolmente la prestazione. Partendo da analisi generali, la legge di Yerkes-Dodson stabilisce che la qualità della risposta dell’individuo agli stimoli è definita da una funzione a U capovolta. In relazione a questa funzione, al crescere degli stimoli aumenta la qualità della prestazione, fino a un valore massimo oltre il quale subentra l’affaticamento, con un calo della qualità per la perdita delle capacità di concentrazione e per il sopraggiungere dello stress. All’aumentare della complessità del lavoro svolto, relativamente alla condizione tecnologica, all’importanza della componente decisionale, all’interazione con altri soggetti, il punto di culmine avviene per valori di stimoli più bassi e con carichi di lavoro più bassi. 110 prestazione Le sale operative ferroviarie lavoro semplice lavoro complesso o ass lo b o stim fig. 2 – La curva della qualità della risposta agli stimoli secondo la legge di Yerkes-Dodson ato lev e o ol stim Questa caratteristica umana spinge a ideare per i sistemi complessi un’organizzazione che renda le attività da svolgere più semplici possibile, in modo da ottenere dei valori prestazionali migliori e bassi affaticamenti. Per le sale operative l’utilizzo di sistemi di supporto con semplice interfaccia uomo-macchina e capacità di fornire informazioni sempre più elaborate aiuta notevolmente a ridurre la “complessità” delle attività. Così come la specializzazione dei ruoli e delle responsabilità permette d’ottenere effetti positivi sull’affaticamento degli operatori. A questo va aggiunto il contributo legato ai processi di formazione e addestramento continui, che migliorano notevolmente la potenzialità di risposta dell’uomo agli stimoli. Uno studio particolare va anche posto all’organizzazione strutturale dei locali dove vengono ubicate le sale, in termini di posizionamento delle apparecchiature, d’allocazione delle postazioni di lavoro, di definizione delle componenti d’arredo, luminosità e coloritura degli ambienti.Senza entrare nel dettaglio delle logiche di progettazione dei singoli elementi, a solo titolo d’esempio si sintetizza l’evoluzione dei “quadri luminosi”, gli strumenti di visualizzazione dello stato degli impianti, che ha seguito le esigenze di funzionalità e d’ergonomia, influenzando anche la struttura fisica delle sale operative. 111 A8 8-05-2007 14:54 Pagina 112 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie La necessità d’avere una visione completa della situazione nasce con la centralizzazione dei comandi. Come negli stabilimenti industriali, la manovra a distanza delle apparecchiature richiede un sistema di verifica dello stato del singolo “ente” e dell’effettivo risultato dell’operazione compiuta. Per avere questo tipo di controllo in ferrovia si sono utilizzati dei sistemi di gemme luminose, normalmente connesse con lo strumento di manovra, riportate in una rappresentazione schematica dell’impianto per localizzarle e ottenere una visione d’insieme: il quadro luminoso. I primi quadri erano realizzati con vetri opachi o neri con inciso lo schema dell’impianto sotto cui venivano poste le gemme luminose. Le sale operative ferroviarie La diffusione dell’informatica ha infine consentito d’ottenere un’estrema flessibilità, non richiedendo più una struttura fisica per la rappresentazione dell’impianto (vetrofania o schema a mosaico), offrendo la possibilità d’uso di sistemi di retroproiezione, ma soprattutto dando l’opportunità d’eliminare il grande quadro unico fornendo su più schermi contemporaneamente l’identica informazione. fig. 4 – Esempio di sala operativa moderna con monitor individuali fig.3 – Sala operativa tradizionale con quadro luminoso centralizzato La dimensione di questi quadri luminosi dipendeva dalla grandezza dell’impianto e dalla numerosità degli operatori interessati alle informazioni che riportavano. Si doveva avere un unico elemento informativo per tutti che evitasse frammentazioni o disallineamenti. Nel tempo i quadri luminosi hanno subìto delle modifiche rispetto alle tecniche di realizzazione che si sono evolute in relazione alle tecnologie (led e altro), migliorando fortemente la manutenibilità. I quadri luminosi con struttura “a mosaico” hanno permesso infatti economie per la modularità dei componenti e l’estrema facilità di sostituzione dei tasselli in caso di guasti o di modifiche della configurazione dell’impianto. 112 Il passaggio da un unico punto informativo, grande, da rendere ben visibile, costoso (seppur molto scenografico), a più punti dedicati a ciascun operatore, facilmente gestibili e personalizzabili, rende più funzionale ed ergonomico tutto il sistema. La sostituzione con monitor su ciascuna postazione di lavoro semplifica inoltre l’impostazione dell’ambiente di lavoro, che può essere ridotto o suddiviso e non richiedere una sala “ad anfiteatro” in cui il proscenio è riservato allo strumento informativo. Significa avere un ambiente lavorativo che privilegia la componente umana e decisionale. CONSIDERAZIONI Questi brevi inquadramenti sulle sale operative ferroviarie fanno capire come la loro funzione sia determinante per l’ottimizzazione dell’esercizio quotidiano: nella scelta delle priorità, nella consapevolezza dei margini d’azione, nella possibilità d’una gestione economica incide profondamente la conoscenza contestuale dello stato degli elementi del sistema. In presenza d’un conflitto fra treni, la funzione obiettivo può corrispondere 113 A8 8-05-2007 14:54 Pagina 114 [ Argomenti ] 10 al rendere minimi i ritardi totali, ovvero al non produrre ritardo ai treni in orario anche a discapito degli altri in ritardo, oppure al mantenere il maggior numero di treni “in fascia” garantendo una produzione entro gli standard di tolleranza o ad altro. In ogni caso, tale funzione obiettivo è correlata all’impostazione dei rapporti tra le componenti del sistema (gestore dell’infrastruttura e imprese ferroviarie). Il peso dell’impostazione contrattuale non è assolutamente irrilevante,soprattutto se applicato in un sistema complessivamente “chiuso” come quello del trasporto ferroviario, in cui le risorse di produzione sono “limitate” (va sempre ricordato che i treni non si generano da “sorgenti” infinite, né svaniscono al termine del servizio in “pozzi” senza fondo) e per garantire il rispetto dei criteri contrattuali adottati bisogna condividere fra tutte le componenti le attività di gestione della produzione.Anche riguardo a questo aspetto le sale operative svolgono quindi un ruolo cardine all’interno del sistema. BIBLIOGRAFIA [1] Il Vocabolario Treccani, “Il Treccani”, Istituto dell’Enciclopedia Italiana, Roma, 2003. [2] Adorisio I., Ingegneria della produzione astratta, CEDAM, Padova, 1986. [3] Bisseret A., “Application of Signal Detection Theory to Decision Making in Supervisory Control”, Ergonomics, 24, pp. 81-94, 1981. [4] Cascetta E., Salerno G. (a cura di), Sviluppi della ricerca sui sistemi di trasporto, Franco Angeli, Milano, 1995. [5] Giovine V., “I criteri di gestione della circolazione ferroviaria”, La tecnica professionale, 2, pp. 2729, 2003. [6] Giovine V., Lancia B., “La sala operativa di Rete Ferroviaria Italiana”, La Tecnica professionale, 9, pp. 59, 2003. [7] Kosko B., Il fuzzy-pensiero – Teoria e applicazioni della logica fuzzy, Baldini & Castoldi, Milano, 1995. [8] Mc Coormick E.J., Human Factors in Engineering and Design, Mc Grow Hill, New York, 1982. NOTE 1 Il termine “treni” indica genericamente tutti i movimenti di rotabili che avvengono sull’infrastruttura, indipendentemente da come siano definiti da un punto di vista regolamentare o contrattuale: treni, tradotte, invii ecc. Tale prodotto può essere sinteticamente rappresentato da una serie di “tracce”. 2 Il programma d’esercizio dovrebbe derivare dalla progettazione ottimizzata d’un sistema di trasporto che parte dal disegno della rete e dall’individuazione delle relazioni di traspor to (linee da ser vire) e definisce frequenze e livelli d’offer ta (struttura d’orario) attraverso iterazioni successive che considerino i costi d’esercizio (uso d’infrastruttura, mezzi e risorse) nel loro complesso. 114 BOX 8-05-2007 14:54 Pagina 115 Sistemi circolazione in sigle Una delle difficoltà che incontra il mondo dei sistemi informativi a comunicare con l’“esterno” è l’abitudine di creare nuove sigle e acronimi per identificare i diversi progetti, o come si dice in gergo le “applicazioni”, mirate a soddisfare una particolare esigenza o requisito d’una specifica funzione o area d’attività aziendale. I Sistemi informativi circolazione di RFI non sono alieni da ciò. Si considera pertanto utile fornire un sintetico “glossario” delle sigle più comuni che s’incontrano nel mondo SIC (Sistemi informativi circolazione) di RFI. AC. Apparato centrale. È l’apparato che governa con logica di sicurezza tutti gli enti d’una stazione (scambi, segnali e altri), comandando e controllando la corretta posizione degli stessi ai fini del movimento di ciascun treno. Rileva in particolare i segnali di formazione degli itinerari d’ingresso/uscita e dell’occupazione dei binari di stazione, che vengono acquisiti dai sistemi di livello superiore (CCL, CTC, SCC) per il governo della circolazione, l’alimentazione dei sistemi informativi nonché gli annunci d’informazione al pubblico. ACC. Apparato centrale computerizzato (di recente introduzione, realizzato con tecnologia digitale). ACEI. Apparato centrale elettrico a itinerari. Apparato centrale di stazione di tecnologia elettromeccanica. ASTER. All’origine designava Applicazione scheda treno e rallentamenti. In seguito s’è evoluto verso un ambiente di progetto multi-funzione, a supporto dei processi e dell’organizzazione di stazione (emissione di scheda treno, prescrizioni di movimento, aggiornamenti dell’orario di servizio per gli operatori di movimento). ASTER-ST. L’applicazione che produce la Scheda treno, il modulo consegnato a ciascun treno con le indicazioni d’orario, le velocità massime e altri dati significativi della linea (tipo d’impianti di blocco ecc.). La relativa banca dati è correntemente aggiornata dal Sistema orari e da tutte le strutture operative di RFI che presiedono alla circolazione (Cesifer, Direzioni compartimentali movimento). ASTER-IF. L’applicazione rivolta alle imprese ferroviarie per la gestione informatica in pianificazione delle richieste di tracce treno. ASTER-QM. Il modulo applicativo che produce i quadri murali di stazione, ovvero i cosiddetti quadri d’arrivi/partenze per il pubblico. BDS. Banca dati sicurezza. Il sistema che gestisce tutti i dati d’incidentalità che interessano la rete di RFI. Produce in particolare le statistiche per l’UIC e altri enti di controllo nazionali ed europei. 115 BOX 8-05-2007 14:54 Pagina 116 [ Argomenti ] 10 BIC. Business informativo circolazione. Un progetto (in corso di sviluppo) per costituire una banca dati circolazione di carattere direzionale (datawarehouse), quali sintesi ed elaborazione d’informazioni significative prodotte da altri sistemi di carattere operativo. Catalogo. L’applicazione attraverso cui la Direzione commerciale di RFI pubblicizza il catalogo delle tracce disponibili per le imprese ferroviarie; ne è prevista l’evoluzione verso il trattamento dell’intero ciclo di vendita e assegnazione delle tracce. CCL. Controllo circolazione linee. Il sistema informativo a uso del dirigente centrale per monitorare e regolare la marcia dei treni oltre che supportare altre funzioni di movimento (messaggistica ecc.). CTC. Controllo del traffico centralizzato. Il sistema a uso del dirigente centrale operativo per telecomandare da remoto gli apparati centrali di stazione di un’intera linea o nodo ferroviario. S’è progressivamente evoluto anche verso altre funzioni di carattere informativo (tipo CCL). Sistemi circolazione in sigle PEDAGGIO. Rendicontazione delle tariffe d’accesso e d’utilizzo dell’infrastruttura delle imprese ferroviarie, che produce i ricavi in favore di RFI, in relazione a quanto previsto nei relativi contratti, condizioni generali ed eventuali penali. PIC. Piattaforma integrata circolazione. Nuovo sistema informatico di RFI, basato su una cosiddetta architettura “a servizi”, nel quale hanno migrato o sono in via di re-engineering diverse applicazioni del Sistema circolazione. IaP. Informazioni al pubblico. Insieme dei sistemi, interfacciati e alimentati dal mondo circolazione, predisposti per fornire informazioni alla clientela in tempo reale. INFOSTAZIONI. Progetto d’informazioni al pubblico in stazione, che ha realizzato uno specifico standard; in altre configurazioni, assume la definizione di InfoNodo e InfoLinea, se in particolare s’indirizza a gestire gli impianti di un intero nodo o linea ferroviaria. ITINERE. Applicazione analoga a quella di Trenitalia, da cui direttamente deriva e con la quale s’integra, per la rilevazione e gestione dei reclami e delle richieste della clientela (passeggeri in stazione, stampa, enti istituzionali e altri). In corso d’entrata in esercizio. DOC. Documenti operativi circolazione. Un progetto di “document management” in sicurezza (in fase d’avvio), in collaborazione tra RFI e Trenitalia per gestire il flusso di produzione e distribuzione delle circolari e d’altra normativa d’esercizio alle imprese ferroviarie, anche al fine di facilitarne la distribuzione sino agli agenti e utenti finali (macchinisti e altri). LAPIS. Layout piani schematici. Applicazione (prototipo) di disegno dei piani schematici di stazione, integrata in AUTOCAD, che realizza un disegno “intelligente” degli stessi, quale input ad altre attività di progettazione e simulazioni di circolazione. EUROPTIRAILS. Progetto d’un consorzio di sei gestori d’infrastruttura europei, compresa RFI, per un sistema di controllo in tempo reale e monitoraggio del traffico su corridoi europei; vede la prima applicazione sul corridoio Rotterdam-Milano. MANOVRA. Progetto d’integrazione delle attività RFI nel settore manovra; di recente avviato in relazione alla prevista esecuzione di quanto disposto dal DLgs 188 (ruoli e competenze del gestore infrastruttura nei terminali e impianti merci); in collaborazione con Trenitalia, che già dispone in materia del SIR (Sistema informativo rotabili). Ha nella sua storia il CCR, ma non ancora un nuovo acronimo (!). FL. Fascicoli linea. Pubblicazione di servizio che riporta i dati analitici delle linee ferroviarie a uso del personale di circolazione (dei treni e di stazione), le cui informazioni sono in particolare comprese nella banca dati ASTER; di tale documentazione è in corso la progressiva e completa informatizzazione. Portale (PIC). Portale d’accesso e d’autorizzazione delle varie strutture e utenti del Sistema informativo circolazione. GO. Gestione operativa. Il processo di circolazione più direttamente responsabile della marcia dei treni, nel quale operano tutte le risorse di movimento adibite a tale missione. Convenzionalmente può farsi coincidere dalla “chiusura” del processo di programmazione dell’orario di servizio alla partenza e sino all’arrivo a destino del treno. M3/M40. Moduli di “prescrizioni” di movimento, attraverso i quali vengono impartiti al macchinista specifici preavvisi e ordini circa la conduzione del treno, per rallentamenti (M3) e altre contingenze d’esercizio. Progetto informatico omonimo. M53. Sigla del modulo di movimento che rappresenta anche in forma grafica il “piazzamento” dei treni in stazione, oggetto di relative applicazioni informatiche. 116 FOCUS | Tecnologie Performance regime. Applicazione che sulla base dei dati RIACE contabilizza gli importi per penalità e compensazioni che devono scambiarsi gestore di rete e imprese di trasporto, in relazione ai propri risultati di prestazioni di regolarità e impatto sugli altri attori di circolazione. RGC. Reparto gestione circolazione. L’unità organizzativa presso la Direzione compartimentale movimento nell’ambito della quale operano i posti della dirigenza centrale (DC e DCO) e altre attività direttamente connesse alla gestione operativa. RIACE. Reporting integrato andamento controllo esercizio. La banca dati che raccoglie tutte le informazioni storiche sulla circolazione treni, ritardi e relative cause ecc., costituendo uno strumento indispensabile d’analisi della qualità del servizio e altre funzioni collegate (pedaggio, performance regime, BDS). 117 BOX 8-05-2007 14:54 Pagina 118 [ Argomenti ] 10 FOCUS | Tecnologie Sistemi circolazione in sigle RIR. Reparto interruzioni e rallentamenti. L’unità organizzativa e più in generale la funzione delegata al coordinamento e assegnazione dei rallentamenti e interruzioni di binario per lavori e altre esigenze di manutenzione e rinnovo delle linee, per la quale è stata sviluppata una specifica applicazione in ambito PIC. TECS. Trasporti eccezionali e speciali. Applicazione in area ASTER che informatizza il ciclo d’autorizzazione e messa in circolazione d’un treno con trasporto eccezionale, avente cioè caratteristiche di sagoma o peso assiale fuori norma e per il quale è necessario eseguire una particolare procedura. RoMan. Route Management. Il modulo d’ausilio alla progettazione grafica degli orari. TRISTAR. Progetto di ricerca, in collaborazione con l’Università di Firenze, che ha definito un nuovo metodo d’analisi delle perturbazioni di circolazione e d’attribuzione dei ritardi ai treni, a seguito di scostamenti o cause di ritardo di uno o più convogli. Un tradizionale problema di controllo e analisi della circolazione. SA. Sistema analisi. Modulo funzionale di PIC (in sostituzione di RIACE). SAM. Sistema ausilio movimento. Applicazione a uso del dirigente movimento quale supporto alla compilazione del rapporto andamento treni (M42) e graficazione in tempo reale del piazzamento treni di stazione (entrata in esercizio sperimentale a Verona Q.E. è stata quindi integrata quale terminale di sistema CCL). VIP. Verifica informatica piazzamento, realizzata nell’ambito del Sistema orari. SCC. Sistema di comando controllo. Il progetto strategico di RFI per estendere il telecomando delle linee e la filosofia CTC, in ottica più integrata, alle direttrici fondamentali della rete. SI. Sistema impianto. Progetto di sistema informativo dedicato in particolare a stazioni medio-grandi, di recente realizzato per Milano Centrale e di cui è prevista l’estensione quale standard in altri impianti della rete. SIC. Sistema informativo circolazione. Sistema orario. Programma di sviluppo e insieme d’applicazioni nelle aree d’accesso all’infrastruttura, pianificazione e progettazione dell’orario di servizio. SOC. Sala operativa compartimentale del movimento. SODG. Sala operativa presso la Direzione generale di RFI. SSDC. Sistema di supporto al dirigente centrale. Workstation grafica che ha standardizzato il posto di lavoro del dirigente centrale e ha creato un’interfaccia standard fra tutti i sistemi informativi di campo (CTC/CCL) e i livelli superiori di SIC (operanti presso le SOC e SODG). Suite. In linguaggio informatico, designa un insieme di funzioni e componenti d’un sistema informatico; introdotta in particolare in PIC per indicare uno specifico sottosistema applicativo (ad esempio “Suite-DG”). TCM. Traffic Capacity Management. Applicazione d’informatica e di ricerca operativa, realizzata nell’ambito d’un progetto di ricerca e sviluppo europeo, in collaborazione con l’Università di Bologna (DEIS), che consente di costruire in forma ottimizzata e veloce un piano orario, stabilire la capacità residua d’una linea ferroviaria a supporto dei progetti del Sistema orario. 118 119 rubrica Ambiente 8-05-2007 14:55 Pagina 120 AMBIENTE | DIRITTO | ECONOMIA | INGEGNERIA Rubrica Una formulazione agli elementi di contorno per l’analisi unificata aeroacustica e aerodinamica d’un treno ad alta velocità ROSARIO ARDITO MARRETTA, GIUSEPPE DAVÌ, ALBERTO MILAZZO, GIOVANNI TESORIERE – Dipartimento di Tecnologie e infrastrutture aeronautiche, Università di Palermo MICHAEL CARLEY – Department of Mechanical Engineering, Bath University, UK DARIO LO BOSCO – Facoltà di Ingegneria nell’Università degli Studi Mediterranea di Reggio Calabria Introduzione La sfida dell’alta velocità per il trasporto su rotaie è stata raccolta, da alcuni decenni, dai progettisti e dagli specialisti dei diversi settori dell’ingegneria interessati, per le affascinanti quanto ardue implicazioni tecniche a essa correlate e dalle istituzioni del nostro paese per ragioni di ordine socio-economico, che dovranno riuscire compiutamente vincenti in un ormai prossimo futuro. Fra gli obiettivi strategici attesi vi sono, però, anche importanti aspetti ambientali e d’integrazione modale, per i benefici generati dalla nuova rete a servizio delle grandi macroaree interessate, sia nel territorio nazionale sia in ambito UE, con la formazione dei grandi corridoi TEN (Trans European Network) e PEN (Pan European Network). Nel nostro paese, poi, a causa della particolare crisi sofferta dal settore aeronautico e della cronica congestione di quello stradale, con le conseguenti criticità ecosistemiche generate, la sfida dell’AV/AC rappresenta sempre più, almeno per il corto-medio raggio, la soluzione ottimale per assicurare una “mobilità sostenibile” e per migliorare gli standard di competitività ed efficienza rispetto all’intera area euro. Occorre, tuttavia, vista la specifica sensibilità e vulnerabilità dell’ambiente di pertinenza (sito e area vasta interessati) delle opere da realizzare nel territorio nazionale e l’impatto generato in esercizio dai convogli, approfondire scientificamente tutte quelle implicazioni di natura ecosistemica che l’alta velocità su rotaie impone come specifiche tecniche da risolvere circa la sua sostenibilità e il suo sviluppo compatibile. In particolare, l’analisi integrata del comportamento aeroacustico d’un treno ad alta velocità è uno degli elementi centrali del processo d’ottimizzazione della correlazione del binomio “rete AV/AC-ambiente” e, per tale problematica, risulta essenziale predisporre apposite linee-guida da fornire ai diversi decisori interessati (tecnici, istituzioni ecc.), onde migliorare efficacemente i risultati globali conseguibili. Nel presente lavoro, attraverso la costruzione d’un apposito modello, si vuole valutare l’efficienza di previsione della pressione acustica prodotta in esercizio, facendo ricorso a un versatile metodo computaziona- 121 rubrica Ambiente 8-05-2007 14:55 Pagina 122 [ Argomenti ] 10 RUBRICA le, il BEM, o Boundary Element Method (meto- della salute pubblica, ottemperando alla norma- di pressione sonora è legata alla velocità ma delle altre sorgenti, ma poiché può dipendere do degli elementi di contorno), in una formula- tiva di riferimento, che stabilisce regole precise anche ad altri fattori, tra i quali il più importante dai differenti tipi di treno si preferisce conside- zione unificata che permetta, cioè, di determi- per la prevenzione e il contenimento dell’in- risulta essere lo stato d’usura dei binari e delle rarla posizionata lungo tutta l’altezza del treno a nare, contemporaneamente, sia le grandezze quinamento da rumore avente origine dall’e- ruote. Lo scopo delle prime ricerche in questo partire dalle ruote. Oggetto del presente artico- aerodinamiche sia quelle aeroacustiche d’un sercizio dell’infrastruttura ferroviaria. settore era proprio quello di determinare, trami- lo sarà, come sopra rappresentato, il rumore treno ad alte prestazioni. Lo studio viene Verranno, in tal senso, forniti risultati utili per lo te vari tipi di misurazioni, uno spettro che carat- aerodinamico, generato dal fluido che scorre affrontato attraverso un’opportuna analisi del studio previsionale dei fenomeni e degli effetti in terizzasse la rugosità delle superfici. lungo la superficie del treno avente carattere di problema del rumore prodotto da tale tipologia esercizio connessi all’inquinamento acustico, L’accuratezza di tali spettri, calcolati con i meto- talune discontinuità, costituite, ad esempio, dai di treni, onde anche operativamente consenti- attraverso il metodo numerico proposto, analiz- di standard dell’analisi in frequenza, consente di pantografi presenti nel convoglio. Si può, ragio- re sia il rispetto delle normative in vigore sia zando le emissioni d’un treno ad alta velocità di configurazione classica e attuale. convogli che saranno sempre più in circolazio- Il sistema treno-rotaie è descritto da un numero stabilire una relazione di linearità tra lo spettro di rugosità e quello d’emissione di rumore; tale condizione permette di calcolare lo spettro della potenza della sorgente usando direttamente lo spettro di rugosità. Note, dunque, le cause di questo genere di rumore, occorre determinare il posizionamento della sorgente rappresentativa del rolling noise. In questo caso s’avranno due possibilità, ossia considerare tutto il contributo in termini di rumore applicato sul punto di contatto, oppure dividere i contributi energetici, imputandone uno al convoglio posizionato all’altezza delle ruote e uno al binario posizionato sul punto di contatto. Questa risulta essere, a nostro avviso, la scelta più appropriata per una più accurata modellazione. Il rumore di trazione è generato dai motori impiegati sui convogli destinati al traino di materiale rotabile, passeggeri e merci, generalmente elettrici, che funzionano normalmente con una tensione di 3 KVolt. La rumorosità significativa, dunque, è emessa solo alle basse velocità, cioè nei tratti d’ingresso e uscita dalle stazioni ferroviarie. L’altezza di questa sorgente può essere scelta in base alla conoscenza delle posizioni nevolmente e per pregresse conoscenze di let- l’ottimizzazione degli standard progettuali dei ne nella nostra rete. S’evidenzierà pure, nel equivalente di punti sorgente in movimento, cia- seguito, come gli effetti acustici generati dai scuno con una frequenza dipendente dal livello treni vengano amplificati dall’effetto dell’alta di potenza sonora e, quando necessario, dai velocità, ponendo scientificamente l’attenzione piani di propagazione. sul tipo di rumore che verrà studiato, che è Il rumore prodotto dal transito d’un convoglio quello generato aerodinamicamente. ferroviario ha origine da diverse componenti, dal contatto ruota-rotaia, dal contatto pantografo- 1. Il fenomeno del rumore per i treni e le sorgenti linea, dai motori di trazione e dal moto del treno. Quando fissiamo l’attenzione sulle sorgenti di rumore più significative, cioè il rolling noise, il 122 Una formulazione agli elementi di contorno per l’analisi unificata aeroacustica e aerodinamica d’un treno ad alta velocità Nel presente lavoro il problema del rumore rumore di trazione e il rumore aerodinamico, verrà trattato nella sua globalità, fissando l’at- le altre sorgenti possono essere considerate tenzione non solo sulle principali sorgenti di secondarie poiché esterne al treno: esse dipen- rumore, ma anche sull’effetto che la velocità ha dono dalle condizioni d’esercizio, come il pas- su di esse. L’obiettivo è quello di favorire anche saggio sotto un ponte, dentro una galleria o dal- un’idonea individuazione mirata d’eventuali l’utilizzo dei freni. Prendendo in considerazione interventi di tipo “attivo”, direttamente applicabi- le tre fondamentali sorgenti, è significativo li dalle imprese costruttrici sui progetti futuri dei determinare, per gli obiettivi prefissi, la loro posi- treni, lasciando ai sistemi “passivi” (barriere anti- zione e le cause del rumore. Il rolling noise è rumore) il compito di proteggere le aree a mag- causato dalle vibrazioni strutturali di ruote e gior rischio d’impatto acustico. Tali differenti rotaie prodotte dal contatto tra le superfici delle tipologie d’interventi “ottimizzanti” sono neces- stesse; esso è dipendente dal peso assiale e sarie per soddisfare pienamente la salvaguardia dalle dimensioni delle ruote. L’intensità dei livelli teratura scientifica, considerare come maggiore sorgente fisica di questa tipologia di rumore il pantografo e la sua cavità. Inoltre, un ulteriore aspetto da considerare nell’ambito dello studio è la propagazione del rumore: la sua diffusione viene, infatti, influenzata da diversi fattori. Nel caso del campo libero, questi sono la divergenza geometrica, l’assorbimento dell’atmosfera e quello del suolo. Non è possibile, poi, considerare il sistema “treno” come una sorgente omnidirezionale, poiché la base della “cassa” costituisce uno schermo alla propagazione del rumore generato dal carrello ferroviario. Tali fattori, nei casi reali, interagiscono tra loro, rendendo complessa una valutazione semplificata del fenomeno. Individuate le caratteristiche delle emissioni sonore, è necessario, allora, essere in grado di studiare organicamente il problema, procedendo o con l’approccio sperimentale, tramite prove in galleria del vento che, sebbene molto affidabili, risultano estremamente onerose dal punto di vista economico, ovvero è possibile procedere a simulazioni numeriche, basate sullo sviluppo di codici di calcolo 123 rubrica Ambiente 8-05-2007 14:55 Pagina 124 [ Argomenti ] 10 dedicati, con vantaggi evidenti in termini di costi, efficienza e “robustezza numerica”. È in questo contesto che s’inquadra questo lavoro che s’inserisce in un nuovo contesto scientifico, quello dell’aeroacustica computazionale, il cui principale scopo è l’investigazione legata alle sorgenti di rumore aerodinamico e alla trasmissione del suono generato. RUBRICA spettri correlati ha portato all’identificazione tuazioni derivanti da instabilità che, a bassi zione della massa e della quantità di moto delle due principali sorgenti di emissione. In numeri di Reynolds, è costituita da modelli rego- d’un fluido confinato nelle accezioni dei loro particolare, lo sviluppo del rumore aerodina- lari di vortici, responsabili del suono degli stru- flussi. Opportune manipolazioni matemati- mico si concentra nell’area di testa del treno, menti musicali, e ad alti numeri di Reynolds che di queste equazioni condurranno alla che fornisce un contributo considerevole, fra determina invece un moto turbolento irregolare scrittura dell’equazione d’onda di Lighthill 315 Hz e 2.000 Hz, e nell’area del panto- che risulta essere responsabile, per esempio, attraverso una nuova scrittura tensoriale che grafo, costituita sia dal pantografo sia dalla del rumore prodotto dal getto gassoso dei pro- ingloberà i contributi provenienti dalle fluttua- sua cavità. È importante stabilire in che modo pulsori a reazione dei velivoli. Poiché le fluttua- zioni viscose di Reynolds e dallo stato di ten- l’evoluzione del livello di rumore dipenda dalla zioni di pressione all’interno del flusso d’aria sione superficiale: velocità: dalle misurazioni effettuate nell’am- sono in gran parte bilanciate dalle fluttuazioni bito del progetto DEUFRAKO si è dimo- d’accelerazione del fluido, non era ancora ben strato che la pressione sonora può essere chiaro, fino a metà del XX secolo, in che pro- Per i treni che viaggiano a velocità conven- approssimata a un’equazione polinomiale di porzioni l’energia, scaturita da esse, si propa- L’equazione (2), nota come analogia acustica, zionali (160-200 Km/h), il fenomeno respon- secondo ordine della variabile log(V): gasse come suono. evidenzia che il tensore degli sforzi Tij incor- La teoria di Lighthill è basata sull’equazione del moto e ha come scopo la valutazione della diffusione del suono generato dal flusso aerodinamico, come risultato d’instabilità contenute nelle fluttuazioni o nella turbolenza. L’evoluzione del calcolo acustico è stata finora basata sull’analogia determinata da Lighthill stesso e sulle soluzioni numerico-matematiche della sua formulazione. Per una maggiore enucleazione del problema, si riportano brevemente i cardini fondamentali dell’equazione di Lighthill, per i particolari aspetti utili agli scopi del presente articolo. È opportuno considerare il suono come un’onda generata da un’oscillazione forzata e il sistema libero, dal quale nasce l’onda, come un mezzo acustico uniforme in quiete, perché, valutato il suono prodotto, potrebbe essere necessario considerare le modifiche dovute al flusso turbolento e alla propagazione della velocità. L’equazione di Lighthill nasce dalla scrittura esatta delle equazioni pertinenti alla conserva- pora non solo la generazione del suono, ma 2. Effetti acustici dell’alta velocità sabile della produzione del rumore rimane il contatto tra le superfici delle ruote e dei binari (rolling noise); per velocità che superano i LAeq, tp = A + Blog (V/Vo) + + C[log(V/Vo)]2 (1) 200 Km/h, il contributo d’altre sorgenti acu- 124 Una formulazione agli elementi di contorno per l’analisi unificata aeroacustica e aerodinamica d’un treno ad alta velocità stiche diventa sempre più considerevole e dove LAeq,tp costituisce il livello di pressione rende più complesso lo studio delle emissio- sonora equivalente, V è la velocità del treno, ni sonore. A queste velocità, dunque, è più V0 quella di riferimento, uguale a 200 km/h difficile individuare il rumore proveniente nel progetto DEUFRAKO, e A, B, C sono dalle singole sorgenti. coefficienti di regressione. Tenendo conto Prove sperimentali effettuate sul TGVDuplex, con appositi microfoni, hanno permesso investigazioni in un determinato range di frequenze (200-4.000 Hz), con lo scopo di determinare le principali fonti di rumore. La differenziazione tra le sorgenti acustiche e quelle meccaniche è basata su criteri legati alla dipendenza dalla velocità. Eseguendo opportuni test, a due velocità diverse, è emerso che le emissioni d’ogni sorgente aumentano all’aumentare della velocità, ma non con la stessa legge, e l’analisi degli che l’energia della sorgente del rolling noise resta proporzionale alla sesta potenza della velocità e che quella della sorgente acustica lo è alla terza potenza, è facilmente intuibile come gli effetti acustici del pantografo siano considerevoli solo alle elevate velocità. 3. Il rumore aerodinamico Il suono aerodinamico prodotto dal flusso della vena fluida è differente da quello generato dalla vibrazione dei solidi. Il flusso d’aria contiene flut- Tij = ρνiνj + ρij - α20 ρδij (2) anche la sua relazione con il flusso, tramite il termine ρνiνj, la sua variazione a velocità variabile e con dissipazione dovuta a conduzione, tramite il termine α20 ρδij, e la graduale dissipazione dovuta alla viscosità del fluido. I contributi di dissipazione, di conduzione e di viscosità possono essere considerati trascurabili rispetto al termine dovuto alle tensioni fluttuanti di Reynolds, corrispondenti alla variazione del momento del flusso attraverso superfici fissate. 4. La soluzione di Lighthill La teoria dl Lighthill mostra a bassi numeri di Mach, per regioni vorticose, la relazione che intercorre tra la densità ρ, le tensioni pij e la velocità vi di un generico fluido in moto ed è la seguente: 125 rubrica Ambiente 8-05-2007 14:55 Pagina 126 [ Argomenti ] 10 RUBRICA (3) Per bassi numeri di Mach, quando il fluido può essere considerato ragionevolmente non viscoso, i termini pij e ρδij sono trascurabili e l’espressione del tensore degli sforzi diventa: Tij = ρoνiνj (4) con ρ0 che rappresenta la densità del fluido in quiete e v la velocità associata al moto. Si può concludere che il campo acustico è guidato da una struttura quadrupolare (o doppia divergenza monopolare). La teoria delle sorgenti a quadrupolo è dunque quella che meglio rappresenta fisicamente il fenomeno del suono generato aerodinamicamente. 5. La soluzione di Ffowcs Williams e Hawkings La soluzione di Ffowcs Williams e Hawkings viene riferita a una formulazione matematica che si sviluppa dalla manipolazione dell’equazione d’onda di Lighthill, in termini di velocità e di distribuzione di pressione su una superficie suono irradiato da un corpo in movimento per la prima il moto della sorgente, la frequenza zioni che li legano rispettivamente al carico e delle fluttuazioni e la posizione dell’osservatore alla geometria del corpo. Il termine di thick- sono tali da poter trattare la sorgente come un Si tratta di un’equazione a potenziale lineare ness è legato al trasferimento di massa causato dal movimento del corpo e dipende esclusivamente dalla geometria e dalla cinematica; il termine di loading deriva dalle forze di contatto che si scambiano la superficie del corpo e il fluido e può essere puntualmente determinato se sono noti i carichi che agiscono sul corpo stesso. La scomposizione del suono, così operata, costituisce la base per successive formulazioni, come quella di Farassat, nella quale, trascurando il termine del quadrupolo (non lineare) e trasformando la derivata spaziale in una di tipo temporale, è possibile differenziare il campo del suono irradiato in campo vicino e campo lontano. Affinché questa soluzione sia valida si deve dunque assumere che il contributo del quadrupolo sia nullo, cioè che le turbolenze e le eventuali onde d’urto debbano essere trascurabili. Ciò implica che il suono irradiato è funzione solo dei termini lineari di monopolo e di dipolo, quindi rispettivamente dei termini di thickness e di loading. La formulazione di Farassat si basa, dunque, su equazioni integrali d’aerodinamica linearizzata. punto in movimento e le soluzioni, in questo del secondo ordine alle derivate parziali di tipo caso, vengono ottenute come limite delle solu- ellittico che risulta ricorrente in molti ambiti zioni per sorgenti non compatte. della fisica matematica, la cui soluzione ha Nell’ambito dello studio sulla previsione del l’importante proprietà d’essere armonica. suono aerodinamico si potrà considerare il pan- Uno dei metodi per risolvere l’equazione di tografo, fonte di rumore per i treni ad alta velo- Laplace consiste nella ricerca delle soluzioni, cità, come una sorgente compatta. come prodotto di funzioni (metodo di separazione delle variabili) che, singolarmente, siano dipendenti da una sola delle variabili. La soluzione generale dell’equazione di Laplace deve tener conto delle condizioni al contorno; il metodo sopra menzionato è detto del tipo “indiretto”, poiché tali condizioni al contorno devono essere a priori verificate. Il metodo manifesta limiti oggettivi d’applicabilità. Un altro metodo di risoluzione, per l’equazione di Laplace, è, poi, quello che utilizza le proprietà della funzione di Green per il dominio illimitato; tale metodo ha un’importanza rilevante, soprattutto nell’utilizzo di codici numerici per la risoluzione di problemi sia bidimensionali sia tridimensionali. Ciò premesso, per generalità, si consideri ora l’equazione di Poisson, che costituisce l’equazione di Laplace non omogenea con le assegnate condizioni fisiche al contorno. La soluzione, in un generico punto p interno al volume V, può essere rappresentata attraverso un’equazione integrale, mediante la funzione di Green di dominio illimitato, note che siano tutte le condizioni al contorno. Lo studio nel dominio della frequenza permette d’ottenere l’intensità d’ogni armonica del rumore, mentre nel dominio del tempo ciò che può essere determinato è l’evoluzione temporale del corpo stesso che genera il rumore. I metodi nel dominio della frequenza sono caratterizzati da minori problemi riguardanti le singolarità matematiche connesse a quelle di campo aerodinamico in presenza di sorgenti, soprattutto nel caso d’alta velocità. È comunque acclarato che non può ottenersi una buona predizione aeroacustica senza una puntuale descrizione del campo aerodinamico e delle informazioni a esso connesse. Lo studio dei moti irrotazionali costituisce una parte rilevante dell’aerodinamica e i metodi di risoluzione dell’equazione di Laplace ci permettono di descrivere comple- 6. Metodi utilizzati per l’analisi predittiva dipende da tre termini che rappresentano, 126 ∇2 ϕ = 0 di monopolo) sono così denominati per le rela- di controllo che generalmente è quella del corpo stesso. In sintesi, la soluzione per il Una formulazione agli elementi di contorno per l’analisi unificata aeroacustica e aerodinamica d’un treno ad alta velocità rispettivamente, l’emissione quadrupolare A partire dalla formulazione di Ffowcs Williams come sopra evidenziato, il termine di thickness e Hawkings, numerose altre formulazioni sono e il termine di loading. state sviluppate e “adattate” allo studio di sor- I termini di loading (o di dipolo) e thickness (o genti compatte e non compatte. Si ricorda che tamente il comportamento d’una corrente irrotazionale e solenoidale. Particolare attenzione sarà rivolta al metodo della funzione di Green e all’approccio con il metodo degli elementi di contorno (BEM). L’equazione di Laplace per il campo aerodinamico, prima ipotizzato, risulta: (5) 127 rubrica Ambiente 8-05-2007 14:55 Pagina 128 [ Argomenti ] 10 RUBRICA Una formulazione agli elementi di contorno per l’analisi unificata aeroacustica e aerodinamica d’un treno ad alta velocità rende particolarmente competitivo questo meto- tra il generico punto p e il punto sorgente pi. ha dimensioni caratteristiche di 22 m di lun- do è quindi quella di richiedere solo la model- Andrebbe, inoltre, considerato il termine riferito ghezza e sezione caratteristica rettangolare di lazione della frontiera del corpo in esame alla scia, tipico per la modellazione di corpi por- dimensioni 3 m x 4 m. (Boundary), mentre per altri metodi – FEM-FVM tanti nel flusso, risolvibile con opportune condi- Affinché il problema possa essere agevolmen- In questo modo il problema di Laplace è dato in – occorre modellare anche il dominio, cosicché zioni fisico-matematiche imposte nei punti di di- te risolto, la formulazione integrale presentata forma chiusa. Poiché non tutte le condizioni al con- il metodo BEM riduce la dimensionalità del pro- stacco della scia stessa (condizione tridimen- nel capitolo precedente deve essere coadiu- torno sono note, occorre determinare quelle inco- blema. Le mesh di discretizzazione, nel BEM, vata da una conveniente discretizzazione del gnite. A ciò si perviene scrivendo la rappresenta- sono molto simili esternamente a quelle del zione integrale per i punti sulla frontiera. Si riesce FEM, ma in quest’ultimo metodo si dovrà rico- così a formulare il problema mediante il metodo struire l’intero volume, mentre nel BEM si pro- delle equazioni integrali. La soluzione non è facil- cederà alla divisione in elementi solo della super- mente raggiungibile in forma chiusa, ma discretiz- ficie. Ciò viene reso possibile dall’uso proprio zando opportunamente il contorno e adottando una risoluzione numerica BEM è possibile risolvere il problema di Poisson anche per geometrie complesse come quelle d’un treno ad alta velocità. del teorema di Green, che è capace di trasfor- sionale di Kutta). Poiché lo studio di treni ad alta velocità esclude la presenza della scia, per le finalità del presente lavoro, la soluzione dipende dalla determinazione delle relative condizioni alla frontiera. Infatti, assumendo che il flusso medio indisturbato risulti descritto da una velocità potenziale ϕ (x) e da un irrotazionale disturbo acustico ϕ’(x,t)=ϕoe-iωt la velocità complessiva non stazionaria e potenziale è data da: (6) mare un volume integrale in una superficie integrale. Con una divisione agli elementi nel solo contorno, il problema vede ridurre la sua dimensione e la discretizzazione della mesh è di fatto 7. BEM (Boundary Element Method) ϕ (x,t)=ϕ (x) + ϕ’(x,t) (9) più efficiente. Inoltre, con l’utilizzo di questo metodo, risulta notevolmente ridotto l’onere che costituisce il disturbo acustico. computazionale rispetto ad altri approcci utilizza- 128 Il Boundary Element Method è un approccio bili per la risoluzione del problema in studio. numerico versatile basato sulla discretizzazione In formule, per un flusso incompressibile e della frontiera. L’approccio consiste non già nel formulare il problema in equazioni integrali alle derivate parziali, ma nel ricavare la relativa rappresentazione integrale. Le equazioni integrali relative, che s’ottengono dalla rappresentazione integrale, sono numericamente integrate una volta discretizzato il contorno e imponendo le relative condizioni assegnate alla frontiera. Le equazioni integrali sono numericamente integrate sul contorno, che viene diviso in piccoli elementi (Boundary Elements), e calcolate imponendo le condizioni al contorno in modo da ottenere una soluzione unica. La caratteristica che irrotazionale, il potenziale di velocità è dato da: 8. Applicazioni numeriche e risultati Per fornire una pratica applicazione del metodo proposto, si è considerato il caso specifico d’un treno ad alta velocità-tipo, la cui geome- (7) tria è stata opportunamente semplificata nella fase di realizzazione della mesh. Il convoglio La funzione di Green, per valori bassi di nume- preso in esame è stato un TGV francese (è in ro di Mach, nello spazio tridimensionale, è: fase di pre-processing quella per il modello (8) dove R = √(x-x1)2 + (y-y1)2 + (z-z1)2 è la distanza ETR 500 delle Ferrovie Italiane), prodotto alla fine degli anni 80, che viaggia a una velocità massima omologata pari a 270Km/h, corrispondenti a un numero di Mach di 0.22 circa. La motrice, considerata nel presente contesto, modello preso in esame. Il processo di discretizzazione interesserà il contorno del treno, che sarà diviso in un finito numero d’elementi iso- parametrici a tre nodi. La geometria degli elementi è determinata a partire dall’interpolazione dei punti nodali; le coordinate dei punti sono espresse in termini di coordinate nodali e a esse viene associata una conveniente funzione di forma. Ossia, come nel caso in esame, se gli elementi saranno trinodali, le funzioni di forma utilizzate saranno tre per elemento, in modo tale che ogni variabile sarà descritta da una funzione quadratica. L’algoritmo utilizzato nel presente contesto d’implementazione di discretizzazione del locomotore TAV è costituito dal seguente schema computazionale: 1) definizione d’un box che includa il poligono o poliedro convesso definito dai nodi al contorno risultanti dalla discretizzazione di linee o superfici; 2) creazione di una mesh iniziale con l’inserimento di tutti i nodi di linee o superfici grazie all’utilizzo dell’algoritmo Bowyer; 3) controllo del contorno per “forzare” tutti gli elementi o facce delle linee o superfici a essere presenti e condizionati nella mesh iniziale; 129 rubrica Ambiente 8-05-2007 14:55 Pagina 130 [ Argomenti ] 10 4) soppressione dei triangoli o dei tetraedri re risultati ingegneristicamente affidabili si non desiderati (aventi distorsioni geometri- dovranno considerare, mediamente, da 8 a che fuori tolleranza); 10 nodi per unità di lunghezza d’onda. 5) inserimento dei nuovi nodi, attraverso l’uso Le prove numeriche sono state eseguite nel dell’algoritmo Bowyer, fino alla dimensione caso di treno stazionario, con osservatore soli- caratteristica d’ogni singolo elemento, che dale, in presenza d’un solo pantografo anterio- dovrà risultare minore o al più uguale alla re, considerato come sorgente unitaria di lunghezza caratteristica del campo, valutata rumore, e d’un solo pantografo posteriore. In dal centro della circonferenza o sfera circo- virtù del principio di sovrapposizione degli stante. effetti, applicabile nel campo dell’aeroacustica lineare, si sono ottenuti risultati anche per il treno provvisto di due pantografi. Sia nella prova effettuata per il treno libero (allo scopo di conoscere la pressione sulla superficie) sia nella prova effettuata rispetto a un piano (per determinare la pressione sonora nel campo), sono stati presi in considerazione i casi del treno stazionario e non stazionario, nell’ambito computazionale del quale l’introduzione del numero di Mach ha modificato l’espressione della funzione di Green, attraverso il fattore di Prandtl-Glauert, per tenere conto della (eventuale) compressibilità del flusso. La procedura di controllo dei risultati viene completata e resa possibile una volta che si consideri la sorgente del rumore posizionata all’interno della superficie studiata che, trasferita al caso in esame, verrà collocata all’interno della superficie del treno. In accordo con i presupposti teorici, la pressione, calcolata con il metodo proposto, come espressamente confermano pure le risultanze numeriche acquisite, risulta essere uguale al suono irradiato direttamente dalla sorgente. I risultati ottenuti sono stati analizzati procedendo a un controllo numerico che permetta di confermare la piena validità del metodo, sia nel caso stazionario sia in quello non stazionario. Le prove sono state effettuate con lo scopo di determinare la pressione sulla superficie del treno e l’entità del suono prodotto dalle sorgenti unitarie di rumore poste sul treno, allo scopo di simulare la presenza dei pantografi. Il metodo ha anche particolare versatilità, essendo capace di descrivere, senza ledere la generalità del contesto, anche la pressione sonora nel campo circostante. È stata, infine, effettuata un’analisi in frequenza su un modello d’un TGV francese, con fattore di scala 1:5, normalizzando la frequenza a 80 Hz con un valore di numero d’onda k pari a 7.5. Il range d’indagine ha compreso le frequenze tra 80 Hz e 400 Hz, con k variabile tra 7.5 e 37.5 nel caso stazionario e lunghezze d’onda, λ, tra 0.677 m e 0.135 m. Scelto, quindi, il campo delle frequenze e determinate le lunghezze d’onda, s’è tenuto conto di queste quali parametri significativi nella costruzione della mesh del treno ad alta velocità considerato, poiché per ottene- 130 RUBRICA Una formulazione agli elementi di contorno per l’analisi unificata aeroacustica e aerodinamica d’un treno ad alta velocità fig. 1 – Pressione sonora treno stazionario pantografo ant. k=7.5 fig. 2 – Pressione sonora treno stazionario pantografo post. k=7.5 fig. 3 – Pressione sonora treno stazionario doppio pantografo k=7.5 131 rubrica Ambiente 8-05-2007 14:55 [ Argomenti ] 10 132 Pagina 132 RUBRICA Una formulazione agli elementi di contorno per l’analisi unificata aeroacustica e aerodinamica d’un treno ad alta velocità fig. 4 – Pressione sonora treno stazionario pantografo ant. k=30 fig. 7 – Pressione sonora treno non stazionario pantografo ant. M=0.22; k=1 fig. 5 – Pressione sonora treno stazionario pantografo post. k=30 fig. 8 – Pressione sonora treno non stazionario pantografo post. M=0.22; k=1 fig. 6 – Pressione sonora treno stazionario doppio pantografo k=30 fig. 9 – Pressione sonora treno non stazionario doppio pantografo M=0.22; k=1 133 rubrica Ambiente 8-05-2007 14:55 [ Argomenti ] 10 fig. 10 – Pressione sonora treno non stazionario pantografo ant. M=0.22; k=5 fig. 11 – Pressione sonora treno non stazionario pantografo post. M=0.22; k=5 Pagina 134 RUBRICA Una formulazione agli elementi di contorno per l’analisi unificata aeroacustica e aerodinamica d’un treno ad alta velocità Conclusioni le. Ciò, assume rilievo anche per poter eventualmente individuare alcuni interventi di tipo Nel presente lavoro, il problema del rumore “attivo”, direttamente applicabili a sviluppi futu- dovuto all’esercizio d’una linea ferroviaria ri del progetto di treni ad alta velocità. AV/AC è stato trattato analizzando opportuna- Nell’articolo è stata, poi, specificamente tratta- mente sia le principali sorgenti di rumore sia ta la predizione numerica del rumore aerodina- l’effetto che la velocità esercita su di esse. mico generato dal fluido interessato dallo scor- L’argomento affrontato investe profili d’ordine rimento lungo la superficie d’un treno ad alta tecnico, economico ed ecosistemico ed è fra velocità e in presenza di sorgenti sonore, l’altro regolamentato, per gli aspetti delle com- causa di discontinuità, rappresentate dai pan- patibilità ambientali, da una specifica normati- tografi presenti nel convoglio. va di riferimento, che stabilisce precise regole Il controllo della bontà numerica dei risultati da per la prevenzione e il contenimento dell’inqui- un lato e la relativa “leggerezza” delle risor- namento acustico avente origine dall’esercizio se computazionali impegnate dall’altro fanno delle infrastrutture ferroviarie. Lo studio intra- ragionevolmente sperare in un impiego sem- preso ha consentito di pervenire alla proposi- pre più diffuso del BEM, quale metodo da zione di un’apposita metodologia d’approccio poter efficacemente impiegare sia nella fase al problema, fornendo affidabili risultati previ- concernente la predizione numerica del rumo- sionali, attraverso un adeguato quanto versati- re irradiato sia in quella correlata all’impiego di le metodo numerico degli elementi di contorno questo strumento computazionale quale valida (BEM), delle emissioni di rumore d’un treno ad alternativa progettuale per il pre-design di treni alta velocità, di configurazione classica e attua- ad alta velocità di prossima generazione. fig. 12 – Pressione sonora treno non stazionario doppio pantografo M=0.22; k=5 134 135 rubrica Ingegneria1 8-05-2007 14:56 Pagina 136 AMBIENTE | DIRITTO | ECONOMIA | INGEGNERIA Rubrica Gestione della manutenzione della rete di telecomunicazione di RFI ATTILIO GAETA – responsabile Sistemi di segnalamento e telecomunicazioni della Direzione manutenzione di RFI SpA ’evoluzione tecnologica della nuova rete di L di manutenzione, effettuando, in primo luogo, la telecomunicazione ha prodotto incisivi cam- mappatura degli impianti in esercizio e, per cia- biamenti nel mondo del lavoro e dell’organiz- scuno d’essi, degli elementi di maggiore inci- zazione manutentiva. Ciò è la naturale conseguen- denza nei costi di manutenzione. za dell’elevata affidabilità della componentistica Gli impianti con alto costo manutentivo sono elettronica e della sua ridotta manutenzione che risultati: richiedono da parte del manutentore una cono- • centrali telefoniche elettromeccaniche; scenza e un’operatività sui singoli componenti • sistemi di trasmissione 12, 120 e 300 canali in meno approfondita ma uno skill professionale cor- tecnica analogica FDM; relato alla sistemistica degli impianti. • radiotelefoni VHF a 450MHz; È fondamentale pertanto nel manutentore d’oggi • cavi in rame obsoleti. avere una buona conoscenza di base del funziona- Il processo di rinnovo, ad esempio, delle centrali mento delle singole apparecchiature e delle logi- telefoniche elettromeccaniche ha comportato un che degli impianti, al fine d’utilizzare al meglio i riclassamento con tecnologia digitale che consen- sistemi di gestione e gli strumenti di misura per la te il completo governo della rete di commutazione ricerca e la risoluzione di guasti e la riconfigurazio- di RFI e la riduzione dei costi manutentivi dovuti agli ne degli impianti. Pertanto il manutentore vede il interventi preventivi e correttivi, tramite la supervi- proprio ruolo mutato; in particolare il manutentore sione di tutte le centrali da un “Posto centrale di stesso è sempre meno coinvolto nell’attività ciclica supervisione nazionale” e da postazioni client dislo- preventiva, ma più presente in quella correttiva su cate presso i compartimenti quale supporto all’atti- guasto e su condizione grazie alla tecnologia inno- vità manutentiva per guasti, riconfigurazione, con- vativa prevista sugli impianti di RFI. trollo dell’allarmistica, qualità delle prestazioni. Nel processo di rinnovo degli impianti TLC è L’ammodernamento dei sistemi di trasmissione stato, quindi, perseguito l’obiettivo d’ottimizza- analogici, da tecnica FDM (12, 120, 300 canali) e zione dell’attività e conseguentemente dei costi PCM 2 Mbit/s su coppie in rame con sistemi 137 rubrica Ingegneria1 8-05-2007 14:56 Pagina 138 [ Argomenti ] 10 RUBRICA numerici xDSL e SDH a 155/622 Mbit/s, compor- segnale ogni 7-8 Km circa, è possibile abbattere in scendo già le parti d’impianto guaste che devono terà una riduzione del carico manutentivo evitando maniera significativa il peso manutentivo rispetto ai essere sostituite (riduzione MTTR). Un significati- che l’affidabilità e la disponibilità degli impianti ven- sistemi PCM 2 Mbit/s con passo di rigenerazione vo impulso nell’applicazione di tale impostazione è gano mantenute attraverso continue operazioni di ogni 2 km. Di fatto i sistemi HDSL hanno un carico avvenuto con lo sviluppo della rete GSM-R, che taratura e regolazione necessarie, ad esempio, per manutentivo (51%) che è circa la metà dei sistemi ha consentito di concretizzare approcci comuni, in l’elevata quantità degli amplificatori di linea FDM o PCM su rame 2 Mbit/s (91%), come s’evince dai settori TLC storicamente separati e innovativi in dei rigeneratori dei sistemi PCM 2 Mbit/s su cop- grafici in figura 1, che mettono a confronto i pesi RFI, in termini di gestione operativa e di riorganiz- pie in rame. manutentivi di tre sistemi trasmissivi omogenei a zazione manutentiva. In particolare l’infrastruttura Attraverso soluzioni con sistemi trasmissivi in tec- bassa capacità (FDM 12 ch, PCM 2Mbit/s e di rete fissa con gli impianti SDH a 155-622 Mbit/s nologia xDSL, con passo di rigenerazione del HDSL) operanti su una tratta ipotetica di 100 Km. su fibra ottica ha radicalmente modificato l’attività Gestione della manutenzione della rete di telecomunicazione di RFI manutentiva in rapporto a quella dei sistemi FDM intercompartimentali a lunga distanza a 120 e 300 fig. 2 – Rete trasmissiva in fibra ottica canali. In tal senso sono state avviate operazioni di migrazione del traffico fonia e dati dagli impianti analogici con un’ottimizzazione della manutenibilità e qualità degli impianti trasmissivi a lunga distanza, trasferendo la gestione centralizzata presso il Centro operativo nazionale NOC di Roma Tuscolana. Organizzazione manutentiva Lo sviluppo della nuova rete di telecomunicazione fig. 3 – Rete trasmissiva PCM in tecnica SDH GSM-R ha comportato la riorganizzazione della manutenzione nel settore TLC, prevedendo dapprima il riordino dell’attribuzione delle competenze alle Zone d’esercizio compartimentali; in tal senso sono state previste 3 Zone con competenfig. 1 – Confronto tra i carichi manutentivi di tre sistemi trasmissivi a bassa capacità ze specialistiche, così organizzate: • Zona 1 – telefonia e centrali di commutazione; 138 La tecnologia HDSL, oltre ad avere un basso attraverso postazioni di diagnostica, di monitorare • Zona 2 – cavi in rame e in fibra ottica (figura 2); peso manutentivo, permette d’ottimizzare le attivi- lo stato degli apparati remoti permettendo di ripri- • Zona 3 – sistemi trasmissione PCM, HDSL tà manutentive on condition con benefici ulteriori stinare la loro funzionalità. In caso di manutenzio- sui costi di manutenzione in quanto consente, ne correttiva, inoltre, è possibile intervenire cono- (figura 3); • Radiocopertura e rete GSM-R (figura 4). fig. 4 – Rete trasmissiva GSM-R 139 rubrica Ingegneria1 8-05-2007 14:56 Pagina 140 [ Argomenti ] 10 Il quadro d’insieme ha mirato all’obiettivo di un’integrazione e centralizzazione dei processi di gestione e supervisione razionalizzando non solo l’assetto complessivo degli impianti TLC, ma anche il relativo mantenimento in efficienza orientato a una politica manutentiva on condi- tion su tutti gli asset innovativi TLC quali: • impianti di commutazione: centrali telefoniche di rete fissa e mobile (MSC); • sistemi trasmissivi numerici: PCM SDH a 155 Mbit/s – 622 Mbit/s – 2.5 Gbit/s e xDSL; • supporti fisici: cavi in fibra ottica e cavi in rame; • GSM-R: infrastrutture radio BSS quali stazioni radio base (BTS) e controller (BSC); • impianti di telefonia selettiva integrata: STSI; • sistemi d’estensione radio in galleria. Con l’introduzione dei sistemi di gestione dei sistemi trasmissivi e della rete radio GSM-R è stato istituito e organizzato il nucleo centralizzato per la gestione operativa della rete TLC, con Centro operativo nazionale (NOC) di Roma Tuscolana, presso cui sono svolte le funzioni di fault management, performance management, configuration management, billing, customer care e la gestione anagrafica delle SIM-card GSM-R. In particolare presso il centro NOC sono previste le attività di: • test e monitoraggio stato di funzionamento rete e qualità dei servizi erogati; • monitoraggio e gestione dei link di trasmissione e segnalazione della rete radio e 140 RUBRICA Gestione della manutenzione della rete di telecomunicazione di RFI della rete SDH, dei flussi affittati e d’interconnessione verso altri operatori pubblici; • test e monitoraggio sulle performance della rete; • gestione del traffico effettuato nella rete, compreso quello da/per altre reti; • supporto e assistenza tecnica per tutti gli elementi di rete; • gestione delle scorte, test apparati e regole logistiche; • gestione delle modifiche di rete, dei servizi, degli aggiornamenti software; • gestione e amministrazione del sistema; • statistiche e analisi di costo per supportare le strategie di business; • elaborazione procedure operative. fig. 5 – Flow chart delle procedure d’intervento sulla rete TLC di RFI Tutte le attività svolte presso il NOC sono interamente proceduralizzate e tracciate secondo le indicazioni relative al trattamento dei dati in RFI. Strumento gestionale della manutenzione logica funzionale in una logica di processo (figura 6). Di fatto, lo strumento gestionale consente di Presso i centri operativi compartimentali, in base alle disposizioni del NOC, vengono La pianificazione delle attività manutentive e la catalogare la consistenza degli impianti defi- svolte le seguenti attività: successiva consuntivazione, la registrazione nendo gli oggetti di manutenzione come sedi • assistenza per eventuali guasti della rete; degli avvisi d’avaria delle apparecchiature con tecniche. In tabella 1 sono riportate, come • gestione e stoccaggio delle parti di scor- la relativa attività di manutenzione correttiva esempio, le sedi tecniche pertinenti per alcune ta per l’effettuazione della manutenzione fanno parte del Sistema informativo della manu- apparecchiature TLC. preventiva e correttiva; tenzione, che costituisce lo strumento di sup- Nel processo di schedulazione del lavoro porto, completamente integrato di strumenti vengono inoltre gestiti i cicli di lavoro quali contabili e gestionali, al processo logistico e insiemi d’attività predisposte a rappresenta- Specifiche procedure d’intervento regolano manutentivo della Direzione manutenzione. re interventi manutentivi assegnati ai centri le attività operative su guasto coinvolgendo È, pertanto, attraverso il SIM che viene svi- di lavoro compartimentali. le figure del NOC, il coordinatore esercizio luppato il processo di pianificazione, pro- Con la registrazione degli avvisi d’avaria che infrastruttura del compartimento, gli agenti grammazione e controllo grazie alla chiara riportano i dati riguardanti stati tecnici (ano- della manutenzione nonché le aziende con definizione delle varie componenti all’interno malie e guasti) in relazione a oggetti tecni- cui sono stati stipulati contratti di manuten- d’ogni livello della struttura manutentiva, al ci/sedi tecniche è possibile ricavare i dati zione (figura 5). fine di trasformare la struttura organizzativa d’affidabilità e disponibilità. • gestione delle attività di calibrazione o riparazione degli strumenti di test. 141 rubrica Ingegneria1 8-05-2007 14:56 Pagina 142 [ Argomenti ] 10 fig.6 – Cavo fibre ottiche (16 F.O. SMR T/EKH6E) Tabella 1 – Sedi tecniche pertinenti per alcune apparecchiature TLC Oggetto Sede tecnica (installata in nodo TT) Classe Cavo Fo TL0000 - SF – S001 S31650 Cavo in rame TL0000 - SF – S001 S31650 S32000 Term. di linea SDH TT0000 - AF – AF01 - T01 TL0000 - AF – AF01 - T01 Estr. canali (Mux) TT0000 - AF – AF01 - EC1 TT0000 - AF – AF01 - EC1 S31900 AC/DC Converter LD TT0000 - CA – CA01 S21400 STSI (cts) TT0000 - RS – CS01 S33300 PABX HICOM TT0000 - CT – CT01 S25750 BSC TT0000 - RF – RM01-BS1 S32600 TRAU TT0000 - CT – MS01-TR1 S32500 MSC TT0000 - CT – MS01 S32150 BTS TT0000 - RF – RM01-B01 Staz. di testa (Est. cell.) 142 Sede tecnica (installata nella tratta TT) S32650 TL0000 - RF - RP01 - S01 S33400 Imp. radioprop. gall. (cavo fess-Rem) TL0000 - RF - RP01 S33350 Telef. selett. di linea TR0000 - TT - TS00 S27700 LO0000 - TT - TS00 Dall’elaborazione di tali dati è possibile indi- gli elementi più critici ed emanare le linee rizzare le attività della manutenzione verso guida delle attività di riclassamento. rubrica Ingegneria2 8-05-2007 14:56 Pagina 143 Prestazioni delle traverse ferroviarie: confronto tra dispositivi tradizionali e innovativi MARCO GUERRIERI – Dipartimento d’Ingegneria delle infrastrutture viarie della facoltà d’Ingegneria dell’Università degli studi di Palermo 1. Premessa degli interventi manutentivi necessari a mantenere la sovrastruttura in efficienza. La traversa ferroviaria è l’elemento strutturale Di seguito sono confrontate le prestazioni che collega trasversalmente le due rotaie a offerte da tre diverse tipologie di manufat- essa connesse mediante gli attacchi assicu- ti: rispettivamente le traverse monoblocco, randone lo scartamento e costituendo con le biblocco ed EGA (quest’ultima è stata bre- stesse il telaio del binario. Oltre a garantire lo vettata con domanda n. PA 2004 U 000005, scartamento, la traversa ha la funzione preci- depositata il 20/09/2004), in differenti condi- pua di fornire un efficace ancoraggio del binario zioni d’efficienza della massicciata, valutando al ballast e di ripartire sulla massicciata i la resistenza del singolo elemento trave pen- carichi trasmessi dai rotabili. sato indipendente dagli altri elementi costi- Già in sede di progettazione di nuove linee o tuenti il binario. ammodernamento di linee esistenti risulta opportuno scegliere con oculatezza la tipologia 2. La traversa monoblocco di traverse da utilizzare (legno, ca o cap), le dimensioni (larghezza, lunghezza, altezza La traversa in ca monoblocco è costituita da ecc.) e l’interasse; tali parametri possono un unico elemento in calcestruzzo, precom- infatti incidere significativamente sui costi di presso longitudinalmente. costruzione e di manutenzione. A secondo della tecnica di precompressione Uno degli elementi di maggior interesse nella utilizzata si può distinguere in traversa postesa, caratterizzazione delle performance offerte traversa pretesa e traversa pretesa a trefoli dalle traverse ferroviarie è costituito dalla resi- aderenti. stenza laterale allo scorrimento (S): al crescere Per la rete tradizionale con velocità inferiori del suo valore aumenta la stabilità del binario a 200 Km/h, RFI adotta generalmente una e, conseguentemente, si riduce la frequenza traversa in cemento armato precompresso, 143 rubrica Ingegneria2 8-05-2007 14:56 Pagina 144 [ Argomenti ] 10 RUBRICA della lunghezza di 2,30 m, a sezione trapezia alla base 30 cm e altezza 19 cm) e minori al con dimensioni variabili sia in altezza sia in centro (20 cm e 15 cm); il peso può variare larghezza: massime all’estremità (larghezza dai 250 ai 280 Kg. Prestazioni delle traverse ferroviarie: confronto tra dispositivi tradizionali e innovativi fig. 1 – Traversa monoblocco 3. La traversa biblocco mento del binario e mantenere il giusto distanziamento tra gli inglobati presenti nel La traversa biblocco è costituita da due getto. elementi in calcestruzzo debolmente arma- Rispetto alle traverse monoblocco, le biblocco ti, collegati da un tirante in acciaio, la cui fun- presentano maggiore resistenza alle azioni zione è quella di garantire il corretto scarta- laterali e minor peso. fig. 2 – Traversa biblocco 4. La traversa EGA stoppers laterali ad azione ammorsante. La traversa, le cui dimensioni sono riportate 144 La traversa ferroviaria EGA (traversa a ele- in figura 3, fornisce elevati valori di resisten- vato grado d’ammorsamento) è una traversa za alle azioni laterali sia in condizione di mas- monoblocco in ca del tutto simile a quella sicciata ben compattata sia in condizioni di attualmente adottata da RFI a meno di due massicciata degradata. fig. 3 – Geometria della traversa EGA (prospetto, pianta, sezione A-B e vista laterale) 145 rubrica Ingegneria2 8-05-2007 14:56 Pagina 146 [ Argomenti ] 10 RUBRICA 5. Confronto prestazionale trasversale. Tale resistenza aumenta al cre- La determinazione della resistenza latera- Resistenza offerta dalla traversa EGA scere della resistenza specifica allo scorri- le può essere condotta con due differen- Per determinare il comportamento della Le traverse ferroviarie, proprio per la loro mento τ. ti criteri: il primo prevede delle prove in traversa in studio s’adotta una trattazione principale funzione di stabilizzatrici del telaio Ciò può essere evidenziato adottando l’ap- analitica semplificata, senza che ciò del binario, devono essere efficacemente proccio energetico per la determinazione del ammorsate nel corpo della massicciata in carico assiale critico Pcrit, cioè del valore teo- modo da fornire elevati valori di resistenza rico minimo di carico assiale che produce lo allo scorrimento in direzione longitudinale e svergolamento della rotaia. situ a binario scarico (il cui esito è un diagramma resistenza-spostamento del tutto simile a quello di figura 4); il secondo si basa sulla valutazione teorica della resistenza del singolo elemento trave pensato indipendente dagli altri elementi costituenti il telaio del binario. Per adottare quest’ultimo approccio è necessario: • assegnare l’angolo di resistenza a taglio del ballast che nella condizione d’aggregati ottenuti da roccia lapidea frantumata con elementi compatti a bassa porosità e con spigoli vivi può assumersi pari a φ = 45°; • assegnare il peso specifico della massicciata, che in condizioni ordinarie può essere stimato in 15 KN/m 3, La valutazione comparativa delle prestazioni offerte dalle traverse in precedenza descritte viene qui condotta riferendosi a due condizioni limite: • condizione A: massicciata in buono stato (φ = 45°). In tal caso l’angolo di attrito φw tra ballast e traversa assume valori stimabili con la relazione φw = 2/3 φ; • condizione B: massicciata degradata (φ = 35°). In questo caso, cautelativamente è possibile assegnare all’angolo d’attrito φ w il valore φ w = 1/3 φ. fig. 4 – Legge di variazione della resistenza laterale fig. 5 – Legge di variazione dello spostamento laterale Sotto l’ipotesi di rotaia inizialmente defor- vati valori di τ0 è in grado di resistere ade- mata secondo una sinusoide di ampiezza guatamente sia alle azioni termiche sia alle f o e lunghezza d’onda L (figura 5), un azioni laterali e longitudinali generate dai “telaio” di binario caratterizzato da una rotabili ferroviari. rigidezza flessionale, valutata sul piano La resistenza laterale allo scorrimento orizzontale, pari a EI 1, è in grado di resi- offerta da una singola traversa facente stere a un carico assiale P crit dato dall’e- parte d’una generica sovrastruttura valu- quazione tata in condizioni di binario scarico (carico verticale nullo) presenta la legge di (a) figura 4. La curva sperimentale può essere approssimata da una funzione bilineare che in corrispondenza del tratto di 146 Prestazioni delle traverse ferroviarie: confronto tra dispositivi tradizionali e innovativi La relazione funzionale [a], evidenzia la curva a tangente orizzontale assume valo- proporzionalità tra il carico critico P crit e la ri rispettivamente pari a τ0 = 11 KN per le resistenza laterale allo scorrimento τ 0, traverse monoblocco e τ 0 = 14 KN per quindi un binario contraddistinto da ele- quelle biblocco. peraltro comprometta la bontà dei risultati, ipotizzando nel ballast una distribuzione tensionale di tipo litostatico. Indicando con P e Y rispettivamente l’azione verticale e quella laterale trasmessa dal rotabile sulla traversa in esame, P1, Y1 e P2, Y2 le azioni verticali e laterali cui sono sottoposte le singole rotaie, in condizioni di moto incipiente devono essere verificate le condizioni d’equilibrio illustrate in figura 6, in cui θ è l’inclinazione rispetto all’orizzontale della zona d’incipiente rottura, W il peso della massicciata compresa all’interno del cuneo di rottura, N e T le azioni che agiscono sulla superficie di rottura 2. Indicando inoltre con τ m e τ p le tensioni tangenziali che si destano rispettivamente in corrispondenza dell’interfaccia manufatto -ballast e ballast-ballast , con σ v la tensione verticale e con L la larghezza della traversa, dev’essere: τ p = σ v. tg φ τ m = σ v. tg φ w σ v= P (B+2 . b) . L 147 rubrica Ingegneria2 8-05-2007 14:56 Pagina 148 [ Argomenti ] 10 RUBRICA Prestazioni delle traverse ferroviarie: confronto tra dispositivi tradizionali e innovativi Per ottenere la resistenza laterale S della sin- Resistenza offerta dalla traversa mono- gola traversa sottoposta al carico verticale P blocco è necessario moltiplicare il valore di Y per la A differenza di quanto avviene per la traversa larghezza L della traversa: EGA e per la traversa biblocco, sull’intera superficie d’incipiente scorrimento si destano esclusivamente azioni tangenziali del tipo τm (cioè derivanti dal contatto manufatto-massicciata). [KN] (1) P = P1 + P2 Y = Y1+ Y2 θ = 45° + φ’ / 2 T= N. tg φ’ Nella relazione [1] sono presenti tre addendi: Tv = T.senθ Th = T.cosθ massicciata; il secondo al carico verticale, In questo caso valgono le seguenti relazioni: il primo è legato alla geometria della traversa e alle caratteristiche fisico-meccaniche della τp = 0; Nv = N.cosθ Nh = N.senıθ alla geometria e all’angolo d’attrito manu- τm = σv.tg.ϕw fatto-massicciata; l’ultimo al carico vertica- Y = Y1+ Y2 = Y’ + Y’’ Nv = N.cosıθ Y' = Th - Nv le, alla geometria e all’angolo d’attrito interno della massicciata. Da cui: Resistenza offerta dalla traversa biblocco fig. 6 – Azioni agenti sulle traverse (EGA, monoblocco e biblocco) in condizioni di moto incipiente. La linea rossa identifica le superfici di scorrimento Per la traversa biblocco valgono le stesse La resistenza complessiva allo scorrimento occorre soltanto precisare che con “b” ci si (per unità di profondità) in condizioni di moto riferisce alla lunghezza dei due elementi in incipiente può essere ottenuta come somma calcestruzzo (figura 5): considerazioni descritte per la traversa EGA; [KN] delle resistenze elementari offerte dalle sin- In tabella 1 sono riportate le dimensioni gole componenti della traversa. In particolare, si è indicato con: [KN] • Y’ la reazione che il cuneo in rottura esercita sul paramento verticale; Y = Y1+ Y2 = Y’ + 2 Y’’ + Y’’’ sostituendo otteniamo: MODELLO lungo la superficie di lunghezza B. Risolvendo, si ottiene: 148 caratteristiche delle traverse esaminate e le corrispondenti leggi di resistenza. Caratteristiche geometriche e performances H [mm] B [mm] b [mm] L [mm] Legge di resistenza ® 325 2000 150 300 [1] biblocco 229 750 750 309 [2] monoblocco 190 2.300 - 300 [3] sicciata; • Y’’’ la forza che si manifesta tra gli inerti (2) Tabella 1 – Dimensioni caratteristiche delle traverse monoblocco, biblocco ed EGA • Y’’ la risultante delle azioni d’attrito che si destano nell’interfaccia stopper mas- (3) EGA 149 rubrica Ingegneria2 8-05-2007 14:56 Pagina 150 [ Argomenti ] 10 RUBRICA I valori peculiari di resistenza laterale Si verifica analiticamente che, nel offerta da ciascuna tipologia di traversa, ottenuti al variare del carico Prestazioni delle traverse ferroviarie: confronto tra dispositivi tradizionali e innovativi angoli d’attrito Y' e Y' w, risultano anco- laterale del binario ponendo a confron- caso di massicciata in buono stato, la ra più marcate le performances della to tre tipologie differenti di manufatti: traversa biblocco offre rispetto a traversa EGA: la sua resistenza è mag- traversa monoblocco, traversa bibloc- verticale P, sono riportati nel grafico quelle monoblocco un incremento giore mediamente del 71% rispetto alla co e traversa EGA. 1, in cui vengono distinti a seconda medio di resistenza del 23%. traversa biblocco e del 230% (quasi La resistenza allo scorrimento laterale che l’analisi sia stata condotta nella La traversa EGA offre invece un due volte e mezzo) rispetto alla mono- è stata ottenuta estrapolando il singolo condizione di massicciata in buono incremento medio di resistenza del blocco; ciò è dovuto a un brusco deca- elemento trave, reso indipendente stato (A) o di massicciata degradata 32% rispetto a quella biblocco, e del dimento delle prestazioni della traversa dagli altri elementi costituenti il telaio (B). 64% rispetto alla monoblocco. monoblocco, e in minore misura della del binario, e facendo variare il carico biblocco, mentre la traversa EGA è verticale P. caratterizzata da un comportamento Le analisi sviluppate mostrano come la più stabile, essendo meno sensibile resistenza laterale (S) sia strettamente alla diminuzione dell’angolo d’attrito collegata alle caratteristiche meccani- massicciata-manufatto. che della massicciata. Per tutte le traverse esaminate è stato 6. Conclusioni riscontrato un decremento della resistenza laterale al diminuire dell’angolo Sono stati valutati i contributi offerti d’attrito interno del ballast . dalla traversa ferroviaria alla resistenza Per la traversa monoblocco una ridu- Grafico 1 – Leggi teoriche di variazione della resistenza laterale allo scorrimento in condizioni di massicciata in buono stato (A) e massicciata degradata (B) 150 Nel caso di massicciata degradata, diminuisca per tutte le traverse in sebbene la resistenza allo scorrimento esame a causa del decremento degli 151 rubrica Ingegneria2 8-05-2007 14:56 Pagina 152 [ Argomenti ] 10 zione dell’angolo d’attrito interno di versa EGA adatta a essere usata in 10° (da 45° a 35°) porta a una ridu- situazioni particolarmente critiche come zione media della resistenza laterale le curve planimetriche di modesto rag- ∆S = 68%; eguali variazioni di Y' gio (ove frequentemente si verificano comportano ∆S = 48% per la traver- alterazioni alla geometria del binario) in sa biblocco e ∆S = 34% per la tra- linee ordinarie, o laddove si vuole assi- versa EGA. curare elevata durabilità d’un prefissa- Quest’ultima sembrerebbe dunque to livello di qualità del binario. avere un comportamento piuttosto sta- A causa della maggiore accortezza bile, e resistenze laterali superiori a necessaria per le fasi di posa in opera, quella delle altre traverse, con scarti di costipamento e rincalzatura della mas- sempre più marcati a mano a mano che sicciata, è da escluderne l’uso su linee il ballast tende a invecchiarsi. secondarie, per le quali, come ampia- Con riferimento alle possibilità d’utiliz- mente documentato in letteratura, la zo, si precisa che la maggiore rigidez- traversa monoblocco è la soluzione più za conferita all’armamento rende la tra- adeguata. BIBLIOGRAFIA [4] T. W. Lambe, R. V. Whitman, Meccanica dei [1] M. Guerrieri, La sovrastruttura ferroviaria: dalla gestione all’innovazione, dicembre 2005 (Tesi di dottorato). [2] C. Esveld, Modern Railway Track – second edition, MRT Production, 2001. [3] G. Bono, C. Focacci, S. Lanni, La sovra- struttura ferroviaria, CIFI, 1997. terreni, Dario Flaccovio Editore. [5] G. Maffei, S. Gizzi, “Diagnostica mobile e manutenzione armamento”, La tecnica pro- fessionale, 3/2004. [6] Procedure operative subdirezionali, Rilievi della geometria del binario e relative disposizioni manutentive, RFI. NOTE 1 La rigidezza flessionale EI, dipendente dalla rigidezza delle rotaie, delle traverse e dalla rigidezza alla rotazione degli attacchi. 2 152 I pedici “h” e “v” identificano rispettivamente le componenti orizzontali e ver ticali delle forze.