ERTMS/ATO est le système standard européen permettant la conduite automatique des trains, en présence d’un conducteur. Ce système permet une meilleure adhérence à la table horaire, et permet des économies d’énergie, en optimisant la traction et le freinage du train. Dans l’article le système ATO over ETCS, nous avons découvert les grands principes du système ainsi que son architecture.
Malheureusement, ERTMS/ATO ne peut pas fonctionner sur une ligne qui n’est pas équipée de la signalisation ERTMS/ETCS. Or le déploiement de ce système demande des moyens et du temps, et cela retarde l’adoption de la conduite automatique. Des solutions de migration permettent d’utiliser ERTMS/ATO sans attendre, nous l’avons vu dans cet article.
L’opérateur néerlandais NS a mené des expérimentations de la solution ERTMS/ATO, sur un train qui n’est pas équipé d’ERTMS/ETCS, et sur une ligne qui n’est pas équipée ERTMS/ETCS. Découvrons comment NS a réussi à faire de la conduite automatique avec les systèmes existants.
ATO over ETCS (over ATB) : l’expérience néerlandaise
Bref historique
L’opérateur des Pays-Bas, NS, a mené une expérimentation entre avril 2020 et septembre 2021, avec les industriels CAF Signalling et Ricardo Rail. Cette expérimentation avait pour but d’adapter le système ATO over ETCS, pour l’utiliser sur des voies non équipées ERTMS/ETCS, et sur un train non équipé ERTMS/ETCS. [1]
Comme présenté dans l’article Le système ATO over ETCS, le système ERTMS/ETCS à bord procure à l’ATO les informations de signalisation à respecter. Si l’ATO ne les respecte pas, alors l’ERTMS/ETCS à bord du véhicule applique automatiquement le freinage d’urgence. Dans l’expérimentation de NS, il n’existe pas d’ERTMS/ETCS.
L’absence d’ERTMS/ETCS est compensée par un dispositif d’adaptation, un ATO-ADAPTER. Cet adaptateur a pour but de récupérer toutes les informations de signalisation possibles, et de les adapter au format standard du SUBSET-130. NS a fait le choix d’utiliser la combinaison de trois sources d’information, pour alimenter l’ATO-ADAPTER :
- Le système de signalisation latérale, c’est à dire les feux et panneaux fixes implantés le long des voies, perçus par des caméras installées sur le train (PER),
- Les système d’enclenchement (Routelint),
- Le système de classe B : ATB,
- L’acquittement du conducteur,
Le principe général du système est le suivant :
- Le système d’enclenchement Routelint est connecté, et permet de récupérer la logique d’enclenchement (occupation des circuits de voie et itinéraires verrouillés),
- Cette logique d’enclenchement permet d’anticiper l’état du prochain signal de la signalisation latérale,
- Un système de perception (PER), cherche dans l’environnement physique le prochain signal, et remonte son aspect perçu,
- Le conducteur confirme ou infirme l’état du signal vu par PER,
- Le système de classe B ATP remonte des informations de signalisation,
- ATO-ADAPTER fusionne le tout et procure à l’ATO un SUBSET-130 conforme à la spécification standard.
Ainsi, le système ATO embarqué est alimenté par l’interface SUBSET-130, comme s’il était connecté avec un bord ERTMS/ETCS. Le module ATO-ADAPTER permet l’utilisation de l’interface standard SUBSET-130, et par extension l’utilisation d’ATO over ETCS sans modifications.
Le système en détail
Le point de départ étant toujours la mission opérationnelle, l’ATO-BORD reçoit de l’ATO-SOL des Journey Profile (les horaires) et les Segment Profile (les caractéristiques de la voie). L’interface standard SUBSET-126 est utilisée pour cela, et l’ATO-SOL récupère les horaires du gestionnaire d’infrastructure Néerlandais Prorail, et plus particulièrement de son système de gestion de trafic Donna.
La nouveauté réside dans l’introduction d’informations propres aux signaux latéraux dans ces données statiques, et notamment un aspect de signal attendu. Ces informations supplémentaires au Segment Profile au sens du SUBSET-126 sont basées sur le standard SFERA. SFERA est une initiative de l’Union Internationale des Chemins de Fer (UIC), afin de compléter le SUBSET-126 de données supplémentaires, pour proposer un système d’aide à la conduite indépendant de l’ATO [2].
Le système d’enclenchement Routelint a été connecté au système, afin de récupérer l’état d’occupation des cantons. Avec cette information, le système est capable d’anticiper l’état du signal censé se présenter au train (Expected Signal Aspect).
Ces informations sont transmises du sol vers le bord, de manière régulière. Le composant ATO-ADAPTER, livré par CAF, remplace la partie bord de l’ERTMS/ETCS, pour fournir à l’ATO les informations de signalisation de manière compatible avec le standard SUBSET-130. En revanche, cet adaptateur ne porte aucune fonction de protection : c’est le système national ATB qui s’en charge. Donc si l’ATO ne respecte pas les courbes de protection du système national ATB, l’ATB-BORD applique le freinage d’urgence. Afin d’éviter que cela ne se produise, le composant ATO-ADAPTER intègre les spécificités de l’ATB, afin d’éviter les alertes et le freinage d’urgence intempestifs.
L’ATB-BORD est ainsi connecté à l’ATO-ADAPTER, et lui transmet les informations de signalisation ATB qu’il a à sa disposition (ATB Codes). Un dispositif de localisation est également connecté (WITbox), permettant à l’ATO-ADAPTER de localiser le train sur le plan de voie.
Avec cette localisation, et les données statiques des feux de signalisation fournies par le sol (Signals, Expected Signal aspect), le système de perception PER recherche dans l’environnement extérieur le signal, et confirme son état à l’ATO-ADAPTER.
Avec une interface homme-machine, le conducteur confirme au système l’état du signal. Dès lors, l’ATO-ADAPTER possède un ensemble d’informations de signalisation, qu’il est à même de convertir au format standard SUBSET-130, et de les transmettre à l’ATO-BORD.
Avec ce dispositif, l’ATO-BORD reste conforme au standard SUBSET-125, et l’interface SUBSET-130 ATP/ATO est respectée. Les données typées ETCS du SUBSET-130 sont reproduites par l’ATO-ADAPTER sur la base des entrants du sol (notamment les balises ETCS virtuelles).
Synthèse
Donc si nous résumons les grands principes du système :
- La mission opérationnelle est complétée d’informations supplémentaires provenant des systèmes d’information du gestionnaire d’infrastructure :
- Emplacement et typologie des signaux
- Etat d’occupation des circuits de voie
- Les informations de signalisation provenant initialement de la partie bord d’ERTMS/ETCS sont reproduites par un ATO-ADAPTER, qui fusionne :
- Les données provenant du système national ATB
- L’état du signal anticipé par le sol (via l’état d’occupation des circuits de voie), confirmé par le système de perception et le conducteur via l’interface homme-machine.
L’ATO-ADAPTER émule le bord ERTMS/ETCS, et complète les variables typées ERTMS/ETCS de l’interface SUBSET-130 avec les données qui lui sont fournies par le système au global. Un exemple concerne les balises ETCS virtuelles et leur chaînage, procuré par le sol.
Enfin l’ATO-ADAPTER tient compte des spécificités du système national ATB (notamment ses courbes d’alerte et de protection), afin de fournir à l’ATO-BORD des informations de signalisation, lui permettant de conduire le train sans se faire sanctionner par l’ATB.
Avantages et angles morts de la solution expérimentée par NS
L’expérimentation de NS peut-être considérée comme une solution de migration, étant donné la réutilisation du système standard ATO over ETCS, avec l’utilisation d’adaptateurs pour le rendre compatible avec l’existant. Les interfaces entourant l’ATO-BORD sont toutes conformes aux standards : SUBSET et SFERA.
En revanche, elle n’est pas exempte de sujets plus ou moins problématiques :
- La dépendance avec un système de classe B : l’ATB. Cela peut inciter à la prolongation de sa durée de vie, alors que l’ATB est considéré comme obsolète par l’UE, et qu’il doit être remplacé par l’ERTMS/ETCS.
- La nécessité de disposer de données statiques concernant les signaux : quelle est la qualité et la disponibilité de cette donnée ?
- L’obligation du conducteur de confirmer ou infirmer l’état des signaux : cela ouvre la question de l’ergonomie de conduite.
Quoi qu’il en soit, l’utilisation du coeur générique ERTMS/ATO, avec ses interfaces standard, est une première étape vers le déploiement de l’ERTMS/ETCS. Lorsque le train en sera équipé, ainsi que le sol, l’ATO-ADAPTER pourra être retiré, l’autopilote lui, pourra être conservé tel quel.
C’est ainsi que dans un post LinkedIn, M. Carlo M Borghini, Directeur du programme public-privé Europe’s Rail, salue l’expérimentation menée par NS avec CAF Signalling. Il met en exergue l’opportunité d’utiliser ATO over ETCS sur des lignes pas encore équipées ERTMS/ETCS, afin de bénéficier de ses avantages. [3]
Crédit photo de couverture : Carlo M Borghini
Références :
[1] https://www.railtech-europe.com/wp-content/uploads/2021/03/Lammert-Visser-NS.pptx.pdf
[2] https://uic.org/events/uic-irs-90940-sfera-launch
[3] https://www.linkedin.com/posts/carlo-m-borghini-he-him-1973925_ai-europe-innovation-activity-6931855923745333248-tf8n?utm_source=share&utm_medium=member_desktop