Download - ERTMS over Satellite
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2
Cos’è ERSAT?
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ERSAT è nato nel 2012 come un progetto, negli anni si è evoluto come Programma di una serie di Progetti Satellitari in ambiente
ferroviario.
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3
Sviluppo della tecnologia e test
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Obiettivi RFI all’interno del Programma ERSAT
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1. Riduzione dei costi di investimento (CAPEX) e dei costi di manutenzione (OPEX) per la semplificazione delle infrastrutture tecnologiche;
2. Garantire un livello standard della sicurezza ferroviaria europea (SIL4);
3. Maggiore sicurezza e capacità delle reti di trasporto attraverso l'applicazione di un blocco mobile sulle linee secondarie;
4. Modernizzare il sistema di segnalamento a costi più bassi per garantire la sostenibilità;
5. Garantire l'interoperabilità della flotta;
6. Impatto minimo sull’attuale normativa per il PdC e DCO.
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5ERSAT I Giusy Emmanuele
Studio sulla Sostenibilità Economica
I principali vantaggi della nuova soluzione sono due:
- riduzione di balise fisiche, che genera risparmi nel relativo capex e opex
- riduzioni degli investimenti in infrastrutture GSM-R aggiuntive, che generaanche risparmi in capex e connessi opex di manutenzione
Applicazione di un'analisi costi-benefici per
confrontare la convenienza di ERTMS
basata sul GNSS rispetto ai tradizionali ERTMS a
livello europeo
(Fonte: Università Bocconi)
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6ERSAT I Giusy Emmanuele
Architettura 3inSat
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7ERSAT I Giusy Emmanuele
Architettura di rete TLC
On BoardTrain
Radio Block Center(Cagliari)
BTSGGSN
RBC gateway
OBU
Backup Control Center(Rome)
Satellite Gateway
SatComTerminal
Integratedrouter
2G/3GTerminal
TLC node
Backup gateway
TLC node
Sistema di comunicazione Terra-Treno per il segnalamento
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Obiettivi di 3inSat
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1. Sviluppo di un prototipo per la localizzazione satellitare del treno;
2. Modulo TLC per comunicazione terra-treno (segnalamento):
• Rete 2G/3G Vodafone,• Satcome network (INMARSAT),• Rete TETRA, standard digitale IP.
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ERSAT EAV
ERSAT I Giusy Emmanuele
Il processo di introduzione delle tecnologie satellitari, iniziato grazie al progetto 3InSat,
finanziato da ESA (European Space Agency) e dall’ASI (Agenzia Spaziale Italiana), ha aperto la
strada per le prove sul campo di ERSAT EAV, (ERTMS + SATELLITARE Enabling
Application Validation) finanziato dalla GSA (Global Navigation Satellite System Agency)
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10ERSAT I Giusy Emmanuele
• Lunghezza linea: circa 120 km
• Balise fisiche: circa 500
• 3 Stand Alone RIMs equipaggiati con 2 ricevitori GPS
• Treni: 2 Ale.642 equipaggiate con 2 ricevitori GPS
• Track Database basato suposizionamento RTK
Linea Pontremolese
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11ERSAT I Giusy Emmanuele
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Sito prova sulla linea Pontremolese
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LDS come un "BTM virtuale": sovrapposizione di balise virtuali e posizioni Eurobalise reali?
Simulatori ad hoc permettono di "replicare" in laboratorio dei dati GNSS acquisiti durante le corse di prova e valutare le prestazioni di algoritmi proposti su una piattaforma.
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Sito Prova in Sardegna
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Linea a Doppio Binario
Lunghezza Totale:~ 50 km (Cagliari- San Gavino) Linea a Doppio Binario
Velocità massima 130 km/h utilizzando Aln 668 3114.
Rete di Augmentation con due Stazioni di Riferimento (RS a Decimomannu e Samassi) con rete RFI SDH
Posto Centrale a Cagliari con RBC&TALS
3 Tetra Antenna a Cagliari, Decimomannu e Samassi
Procedura di Validazione Test di RFI
Valutazione Indipendente di NoBo
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13ERSAT I Giusy Emmanuele
Constellazione GNSS (GPS+Galileo)
Decimomannu Reference Station
Samassi Reference Station
Rete SDH RFI
Rete di comunicazione
Radio
Virtual Balise
Come Funziona?
RBC
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Stazione di Riferimento di Decimomannu
Reference Station and TETRA Base Station
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Posto centrale Cagliari
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16ERSAT I Giusy Emmanuele
QuadroLuminoso
Linea Cagliari – San Gavino Roma,24 Settembre 2019
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Equipaggiamento di Bordo
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Installazione Antenna a bordo Treno
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Architettura di Bordo
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GSM-3G-LTE
Tetra –Satellite
Virtual Balise Reader
Comunicazioni IP- Base e Balise virtuale basata su IP al fine di:
- Ridurre i costi;- Aumentare la precisione del tachimetro;- Sviluppare un prodotto competitivo sul mercato
internazionale
Sistema TLC Multi-portante: in grado di garantire la qualità del servizio richiesto da ETCS, utilizzando le reti pubbliche (cioè cellulare-satellite) ed interoperabile con il GSM-R.
Un sistema di localizzazione sicuro fornisce i dati dalle cosiddette balise virtuali secondo le esigenze e le interfacce fornite da TCS (Train Control System).
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Balise Virtuale
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21ERSAT I Giusy Emmanuele
Virtual Balise Reader
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22ERSAT I Giusy Emmanuele
Alcuni risultati dei test utilizzando GALILEO, GPS and EGNOS
*video esemplificativo del fornitore STS
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23
Risultati campagna di test di ERSAT EAV
ERSAT I Giusy Emmanuele
Il valore atteso di precisione di posizione media GNSS per corsa treno è minore di +/- 3metri
Precisione di posizione media GNSS per corsa treno (*)
(*) Ground Truth basato su RTK
Std Dev è solitamente minore di 4 metri (eccetto in due casi)
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24
Risultati campagna di test di ERSAT EAV
ERSAT I Giusy Emmanuele
Velocità di posizione media GNSS per corsa treno
Il valore atteso della velocità di posizione media GNSS per corsa treno è minore di + 5km/h
Std Dev è di solito approssimativamente minore di 2 km/h
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25ERSAT I Giusy Emmanuele
L’evoluzione di ERSAT EAV è ERSAT GGC (ERSAT Galileo Game Changer), il cui piano di sviluppo
prevede la messa in servizio di una prima linea pilota, entro il 2020
trasferendo tutto il know-how acquisito sul trial site Sardo che continuerà
a rimanere il sito di riferimento per gli ulteriori sviluppi di taletecnologia in Italia e per la certificazione
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RFI Game Changers
ERSAT sfrutta i potenziali vantaggi di GALILEO & ERTMS per innovare ERTMS con le più recenti tecnologie
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Obiettivi ERSAT GGC
ERSAT I Giusy Emmanuele
Convalida delle risorse EGNSS e relativo processo dicertificazione compatibile con gli standard ERTMS
Definizione e certificazione di un processo STANDARD,metodologia e set di strumenti per la sostituzione delle balisefisiche con balise virtuali
Consolidamento e certificazione del miglioramentodell'architettura funzionale ERTMS integrata con il sistema dideterminazione della posizione basato su satellite (LDS)
Contribuire al processo di standardizzazione e diffusione deirisultati con le parti interessate del satellite e della ferrovia
Integrazione di EGNSS senza impatto sul sistema ERTMS Roma,24 Settembre 2019
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Attività a supporto per il processo di certificazione
Il GNSS e le reti TLC pubbliche sono componenti esterne all’attuale ERTMS standard
L’Adozione del GNSS e le Comunicazioni su rete Pubblica richiedono la definizione di interfacce/Service levels fra i gestori dei servizi ed il «core» ERTMS
Valutare gli impatti sulla safety e sulla disponibilità dell’ERTMS conservizi «esterni» all’ecosistema ERTMS
Sistema di Augmentation Virtual Balise reader Interfaccia RBC – Rete di Augmentation Multi-bearer telecom
il Safety case deve essere predisposto con i livelli di servizio richiesti ai gestori del servizio
Necessario il supporto e coinvolgimento dell’ASI, ESA e GSA esperti del settore Space e ANSF/EUAR per il Railway
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1. Trackside CCS e On Board Unit devono essere implementati secondo l'ERTMS Baseline 3 R2 standarde soggetto a certificazione. Per quanto riguarda TRK ETCS, non esportando le condizionidell'applicazione che influiscono sull'interoperabilità con l'OBU, la certificazione verrà eseguita da unNOBO
2. La certificazione delle nuove funzioni di bordo e di terra che includono l'introduzione del GNSSe la funzione di integrità del treno sarà svolta da un DeBO
Tutti i prodotti e le funzioni del GNSS (compresa la rete di augmentation), che sono aggiunti alle disposizioni del punto 1, saranno utilizzati esclusivamente allo scopo di migliorare l'odometria mediante balise virtuale e non ostacolano l'interoperabilità
della linea
Processo di certificazione in accordo con ERA
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30ERSAT I Giusy Emmanuele
Progetto DB4Rail
GPS/Galileo SVs
Authentic SIS
Jamming
GNSSReceiver
Virtual Balise
Virtual Balise
Virtual Balise
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Available
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DB4Rail Scenario
ERSAT I Giusy Emmanuele
Interferenze intenzionali
che interessano i segnali
GNSS ricevuti
La mitigazione di tale
tipo di pericolo è stata
studiata principalmente
per applicazioni militari
Disponibilità di ricetrasmettitori SDR a banda larga a basso
costo progettati per il mercato di massa di LAN (ad es. IEEE
802.11 ac) e comunicazioni mobili (LTE avanzate) Roma,24 Settembre 2019
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DB4Rail principio di Funzionamento
ERSAT I Giusy Emmanuele
DB4RAIL consente di fornire al Virtual Balise Reader i seguenti blocchi:
1. una matrice di antenna GNSS anziché un'antenna GNSS a singolo elemento;
2. tre blocchi di pre-elaborazione Anti-Jamming, per aumentare le funzionalità di GNSS;
3. l'Algoritmo di Navigazione Anti-spoofing per aumentare le funzionalità degli algoritmi GNSS.
DB4RAIL studia l'interferenza intenzionale, che possono essere classificate in base all'obiettivo degli attacchi:
- se l’atto di disturbare volutamente le comunicazioni radio di posizione e di tempo (jamming);
- errore della posizione e del tempo (spoofing e meaconing).
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33ERSAT I Giusy Emmanuele
Sat4Train
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34ERSAT I Giusy Emmanuele
Sat4Train, riguarda la progettazione e sviluppo di una Piattaforma di comunicazione via satellite Multi Link (MLCP), volta a garantire:
- Il soddisfacimento dei requisiti applicativi ferroviari (in particolare per il segnalamento ferroviario);
- La compatibilità/interoperabilità con la normativa europea in corso di definizione di un sistema di comunicazione adattabile per il segnalamento ferroviario (ERTMS);
- La sostenibilità economica per le linee regionali e merci, utilizzando reti pubbliche (terrestri e satellitari) e la loro evoluzione (ad esempio 5G), evitando qualsiasi infrastruttura dedicata lungo linea.
Sat4Train – Campo di applicazione
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Gate4Rail
GATE4Rail fornirà un'ARCHITETTURA DI
PROVA DI LABORATORIO in grado di simulare scenari ferroviari per applicazioni ERTMS
basate su GNSS integrando diversi
blocchi di simulazione e definendo le loro
interfacce al fine di coprire una catena di simulazione globale
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36
SBS fase 2
ERSAT I Giusy Emmanuele
L'applicazione consiste nel mettere in funzione un
sistema ERTMS utilizzando i satelliti GNSS con adeguati sistemi di
localizzazione e servizi di telecomunicazione
pubblica basati su IP (incluso SATCOM) anziché
GSM-R. Queste funzionalità sono abilitate
da "servizi" esterni all'ERTMS, riducendo la
necessità di costruire infrastrutture dedicate.
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Roadmap per la certificazione e messa in servizio
2017 2020 2021 2022 2023
Selezione del treno e degli elementi logistici per lo
sviluppo della localAugmentation Network
Attivazione ERTMS L2 + GNSS + Local Augmentation Network
Implementazione ERTMS L3+ GNSS+ IP Based Public TLC
Upgrade ERTMS+ GNSS
+ EGNOS Based SBAS
Activation ERTMS L3 + GNSS+ IP Based Public TLC
Attività preparatorie
Attivazione –Nov 29 L3 Impl. – Nov
Pronto – SepAttività
preparatorieERA target window
perupgrade delle STI
ERTMS L2 baseline 3
Activities underway Ruolo di GSA-ESA
Sforzo cooperativo che coinvolgeComunità ferroviaria e satellitare
Asset satellitare per conformarsi al processo di certificazione ERTMS
Linea Pinerolo Sangone
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38ERSAT I Giusy Emmanuele
PILOT LINE MONCALIERI SANGONE - PINEROLOLa linea è lunga 30 km:
Singolo binario 1 treno ogni 30 minuti per lo stesso
senso di marcia nell’ora di punta
Elettrificata
Vmax 135 Km/h
Sistema di Protezione SCMT ASTS
Sistema di Blocco Conta Assi Ducati\GETS
Operatori Trenitalia\ Mercitalia
Presenza traffico passeggeri\merci
17 PL automatici
No gallerie, solo viadotti per automobili
1 raccordi merci attivo Candiolo
Rotabili passeggeri:
TAF
JAZZ
Rotabili merci:
E633 MERCITALIA
E652 MERCITALIA
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Conclusioni
Il concetto di Virtual Balise è ora una realtà grazie a questi anni di esperienza sul sito di prova Sardo dimostrando che l'ERTMS basato sul satellite VBR (Virtual BaliseReader) funziona correttamente.
La comunicazione radio basata su reti a commutazione pubblica è adatta per l’ERTMS L2 / L3 nelle linee regionali.
Gli eventi locali temuti a bordo (ad es. Multipath, interferenze in radiofrequenza) verranno mitigate per applicazioni ferroviarie
Tecnologia Satellitare +Euroradio con bearer pubblico +
ERTMS L2 / L3
ERSAT I Giusy Emmanuele
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Per la messa in servizio di una linea in esercizio commerciale
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Grazie
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