smartrail 4.0: un programme du secteur ferroviaire suisse.
En Suisse, le chemin de fer est roi et pour qu’il en reste ainsi, les CFF, le Chemin de fer du Lötschberg (BLS), le Schweizerische Südostbahn (SOB), le Chemin de fer rhétique (RhB) et l’Union des transports publics (UTP) ont décidé de faire cause commune, tout en associant l’ensemble du secteur ferroviaire. Avec le programme commun smartrail 4.0, nous préparons le chemin de fer au défi du virage numérique
De nombreux systèmes techniques de production déterminants pour la circulation des trains mais devenus obsolètes seront remplacés ces prochaines années. Parallèlement, les évolutions technologiques toujours plus rapides offrent aux entreprises de chemin de fer de nouvelles solutions pour améliorer l’efficacité et la ponctualité.
Dans le cadre de smartrail 4.0, nous coordonnons nos efforts pour que les clients du rail profitent véritablement de l’ère du numérique. D’ici à 2019, la première étape consiste à approfondir et à consolider le concept, ainsi qu’à affiner la planification. Composé de cinq sous-programmes, le programme smartrail 4.0 traite des évolutions technologiques des 20 prochaines années. Nous développons de nouveaux systèmes pour le secteur ferroviaire afin d’atteindre ensemble nos objectifs: baisse des coûts, hausse des capacités, amélioration de la ponctualité, renforcement de la sécurité..
Vision & objectif
Smartrail 4.0 a pour ambition d’apporter des améliorations substantielles au cœur de la production ferroviaire. La production ferroviaire englobe l’ensemble des ressources, systèmes et processus utilisés pour planifier les mouvements sur l’infrastructure ferroviaire et les mener à bien en toute sécurité. L’idée est d’augmenter les capacités disponibles avec l’infrastructure de voies actuelle.
Smartail 4.0 poursuit pour cela un certain nombre d’objectifs concrets :
- réduction de CHF 450 millions du coût annuel du système pour la production ferroviaire (CFF uniquement; infrastructure et véhicules);
- augmentation des capacités techniques de 15 à 30%;
- amélioration de la sécurité, en particulier lors des manœuvres et des travaux;
- meilleure disponibilité des installations de sécurité et des systèmes de contrôle des trains;
- capacité élevée de radiodiffusion de données pour la clientèle.
Objectifs techniques
Le modèle technique visé par smartrail 4.0 se fonde sur les protocoles ETCS existants, mais il entend réduire la complexité actuelle des installations et recourir à de nouvelles technologies. Il en résulte une architecture globale avec des composants parfaitement coordonnés qui définissent en même temps la portée du programme :
- Infrastructure ferroviaire physique : Smartrail 4.0 s’appuie sur l’infrastructure existante et n’exige aucun changement indispensable à ce niveau. La mise en œuvre permettra toutefois de renoncer à l’intégralité des signaux et panneaux, ainsi qu’à la majorité des dispositifs de contrôle de l’état libre de la voie (ELV). Cela réduit de 70% le nombre d’installations extérieures – avec toutes les économies qui s’ensuivent en matière de construction et d’entretien.
- Équipement embarqué COAT (CCS onboard application platform for trackside related functions) : diverses fonctionnalités jusqu’alors assurées par l’infrastructure sont transférées sur le véhicule. Si on prend l’exemple de la localisation, on passe ainsi de la balise à une localisation du véhicule au mètre près. Smartrail 4.0 souhaite mettre en place une architecture standardisée qui dissocie les acquisitions de matériel et de logiciels selon une approche fondamentalement nouvelle, inspirée de l’avionique et de l’industrie automobile.
- Automatic Train Operation (ATO) : Smartrail 4.0 va introduire l’ATO par développement successif du système actuel de recommandations de conduite. Pour l’heure, le but est d’atteindre le degré d’automatisation GoA2 (pilotage automatique; le conducteur, qui reste présent en cabine, est responsable de la sécurité). Grâce au contrôle plus précis de la vitesse, l’ATO permet de renforcer les capacités et la ponctualité, ainsi que de réduire la consommation.
- Localisation exacte : tous les trains peuvent être localisés avec précision, en continu (sans distances de block fixes) et de manière sûre (contrôle d’intégrité du train inclus). Cela permet une commande plus précise des mouvements des trains (capacités) et un démantèlement des dispositifs de contrôle de l’état libre de la voie (coût).
- Connectivité: pas de contrôle optimisé sans une transmission performante des données par radio. Le programme mise sur le futur standard FRMCS pour succéder au GSM-R.
- Appareil d’enclenchements ETCS : l’appareil central d’enclenchement ETCS a pour fonction de contrôler l’établissement, la modification ou l’annulation des autorisations de mouvement et des zones de danger sur la voie. Ce composant essentiel intègre et simplifie le système existant de postes d’enclenchement et de centrales de ligne. L’appareil d’enclenchement ETCS repose sur une logique de sécurité géométrique qui accroît les capacités et facilite l’étude de projet. L’enclenchement ETCS est cantonné à une fonction de «gatekeeper».
- Système de management du trafic (TMS) : l’automatisation avancée des tâches d’établissement de l’horaire et de contrôle du trafic est un gage de continuité pour la planification et la gestion du trafic ferroviaire. Au moindre écart, un horaire de substitution est automatiquement généré. Cela assure une utilisation toujours optimale des installations ferroviaires existantes.
C’est la mise en œuvre conjointe des différents composants qui permettra d’obtenir tous les effets escomptés. En raison de la grande complexité du projet, des plans détaillés de réalisation par étapes ont déjà été établis pour gérer l’implémentation sur l’ensemble du territoire
Horizons temporels
Les grandes étapes
Le programme smartrail 4.0 repose sur une architecture globale avec différents composants soigneusement coordonnés. Pour obtenir pleinement l’effet escompté, il importe de mettre en œuvre tous ces composants (ce qui inclut la simplification des installations extérieures actuelles). Plusieures étapes ont déjà été définies afin de tirer rapidement de premiers bénéfices du programme (économies de trésorerie) et de maîtriser la complexité du système global.
Phase 1
projet, 2017-2019 :
caractérisation des exigences architecturales, techniques et fonctionnelles auxquelles devront répondre les futurs systèmes. La faisabilité technique et le dossier commercial sont validés, les documents nécessaires pour passer à la phase de décision et d’appel d’offres sont réunis.
Phase 2
essais, 2020-2026 :
mise à l’épreuve du concept sur une ou plusieurs lignes tests.
Phase 3
déploiement industriel, 2027-2038
La prochaine grande mise à jour de la STI CCS (Technical Specification for Interoperability Command & Control Signalling) est attendue pour 2022. Elle devrait inclure des fonctions essentielles pour smartrail 4.0 telles que l’utilisation du standard FRMCS pour l’ETCS et la voix, l’Automatic Train Operation, la balise virtuelle et la surveillance de l’intégrité du train (pour l’ETCS Level 3).
Nutzen
Tiefere Kosten
Tiefere Infrastrukturkosten führen dazu, dass die Bahn wettbewerbsfähig bleibt und bewirken einen dämpfenden Effekt auf die Entwicklung der Billetpreise: Ab 2040 ist mit dem vollen Eintritt des Nutzens von smartrail 4.0 in Höhe von 450 Mio. Schweizer Franken pro Jahr zu rechnen. Davon entfallen 270 Millionen Schweizer Franken pro Jahr auf die erwartete Reduktion der Anlagenmenge. Dies ist der grösste kostensenkende Nutzentreiber. Weitere 180 Millionen Schweizer Franken pro Jahr können durch Prozessautomation bei Planung und Betrieb sowie reduzierte Sicherheitskosten eingespart werden.
Höhere Kapazität
Mit smartrail 4.0 können die Züge genau auf dem Netz lokalisiert werden. Das ermöglicht aus technischer Sicht eine Verdichtung des Fahrplans. Ausserdem führt die automatisierte Fahrplanerstellung und Berechnung von Szenarien bei Störungen zu optimierten Zugabfolgen und damit zu einem kundenfreundlicheren Fahrplan.
Verbesserung der Pünktlichkeit
Mit smartrail4.0 ist eine Reduktion der Stellwerk-Aussenanlagen um 70% und eine deutliche Reduktion der Anlagenvielfalt geplant. Dadurch wird die Anzahl der Stellwerk-Störungen um 50% gegenüber heute reduziert. Zudem wird die Störungsbehebung vereinfacht und beschleunigt. In der Summe können damit die Verspätungsminuten der Kunden um gut 2% gesenkt werden.
Besserer Kundenservice
Kundinnen und Kunden erhalten dank der hochverfügbaren Mobilfunkverbindung Kundeninformation in Echtzeit und haben durchgehend Online-Zugang
Höhere Sicherheit
Der Quantensprung in der Sicherheit entsteht in der automatisierten Bahnproduktion durch die Kombination von verschiedenen Veränderungen. Neu werden sämtliche Objekte im Gleisfeld zu jedem Zeitpunkt elektronisch sichtbar. Hinzu kommt das sichere Rangieren, wobei jede Bewegung jederzeit kontrolliert oder gestoppt werden kann. Die neue Sicht- und Steuerbarkeit wird in der Sicherheitslogik von smartrail 4.0 verwendet, um jede Art von Kollision sicher und automatisch auszuschliessen.