Zelfrijdende locomotief op de Betuweroute, foto: ProRail

Eindrapport ATO: capaciteit en punctualiteit kan flink omhoog

Met de invoering van Automatic Train Operation (ATO) kan de capaciteit en punctualiteit op het Nederlandse spoor flink worden verbeterd, zeker als dit systeem wordt gecombineerd met een verkeersmanagementsysteem (TMS). Dat concludeert ProRail deze week in het eindrapport van een studie, waarbij onder meer een goederenlocomotief uitgerust met ATO testritten reed op de Betuweroute.

In verschillende Europese landen wordt op dit moment het ATO-systeem beproefd. ProRail, Alstom en Rotterdam Rail Feeding hadden eind 2018 in Nederland de primeur met experimenten tussen Waalhaven Zuid en de Betuweroute. Daarbij werd een bestaande BR203-locomotief met ATO Grade of Automation 2 (GoA2) uitgerust, waarmee bijna alle testscenario’s konden worden beproefd. Inmiddels hebben er meerdere proeven met ATO plaatsgevonden, onder meer met passagiers in Noord-Nederland. Het eindrapport dat deze week is gepubliceerd richt zich op de proef op de Betuweroute.

Testprogramma

Er werd een testperiode van vier dagen ingepland voor het uitvoeren van een testprogramma, met daarvoor drie dagen om het ATO-systeem in te regelen. Omdat de Betuweroute 24 uur per dag gebruikt wordt, was er geen periode beschikbaar waarin het testtraject vrijgemaakt kon worden voor de testen. Daardoor moesten de proefritten tussen het reguliere treinverkeer worden gereden.

Het traject waarop de ATO-testritten zijn uitgevoerd. Bron: ProRail

Testlocomotief

De voor de test gebruikte locomotief van RRF is een wat oudere BR203 diesel-hydraulische locomotief. Deze locomotief is door Alstom gereviseerd en met ETCS uitgerust en was volgens betrokkenen bij het onderzoek op dat moment ‘de meest logische keuze’. De besturing van dit type locomotief is echter lastiger dan een elektrische locomotief, omdat het voertuig trager reageert en een niet-linear tractieverloop heeft. Dit maakte het rijden onder ATO ‘een stuk uitdagender’.

Besturing van de tractie en remmen met ATO gebeurde tijdens de proef nog niet precies en gelijkmatig. Voordat het systeem in de praktijk toegepast kan worden, dient het systeem verder te worden ontwikkeld. Tegelijkertijd laat het wel de potentie zien van deze geautomatiseerde techniek, zo wordt in het rapport vastgesteld. Tijdens de proeven werd meerdere keren nauwkeurig gestopt. Dit was echter nog niet consistent. Dat geldt ook voor het rijprofiel van de diverse ritten. Verschillen tussen resultaten van dezelfde scenario’s en op verschillende locaties lijken daarbij te worden beïnvloed door de infrastructuur en de gebruikte dienstregeling.

Op basis van de tests wordt geconcludeerd dat bij een verder ontwikkeling ATO prima in staat zal zijn om ook met een locomotief als een BR203 ‘consistent, gelijkmatig en nauwkeurig’ te kunnen rijden voor een commerciële operatie. Welk niveau daarmee gehaald kan worden is niet meegenomen in dit onderzoek.

ATO-systeem

Een ATO-systeem bestaat uit een onboard en eventueel een track-side unit. Het onboard-systeem zit in de trein geïntegreerd en haalt data uit de boordcomputer en/of ETCS On-Board (zoals locatie, snelheid, rijtoestemming). Aan de hand van deze data kan het onboard-systeem de ideale snelheid, rem-en acceleratiecurve berekenen en kan het tractie-en remcommando’s versturen.

Ook als ATO actief is blijven de treinbeveiligingsystemen (ATB, ERTMS) leidend. Om in te kunnen spelen op ander treinverkeer heeft het onboard-systeem data nodig vanuit de ATO-TrackSide of rechtstreeks vanuit het TMS, zoals routeinformatie, vertragingen, dienstregelpunten en ander treinverkeer. Tijdens de ATO-proef werd er geen verbinding gemaakt met de ProRail-systemen.

Schematische weergave van een ATO-systeem
Schematische weergave van een ATO-systeem. Bron: ProRail

Algoritme

De ATO-TrackSide die de ATO-OnBoard van de rijopdrachten voorziet was in eerste instantie een laptop in de trein. Later in de week is ook succesvol getest met een ATO-TrackSide op de Alstom-vestiging in Utrecht. Deze stond via een GSM-verbinding in contact stond met de het systeem in de cabine. Het omzetten van de ATO-opdracht in een nauwkeurige en gelijkmatige rijstijl door het systeem aan boord van de trein liet de eerste dagen nog wat te wensen over, valt in het rapport te lezen.

Gedurende de testperiode heeft Alstom hard gewerkt aan het verbeteren van het algoritme. De laatste twee dagen van de testperiode kon daardoor met een meer volwassen versie van het ATO-algoritme worden gereden. Deze versie reed gelijkmatiger en had minder moeite om na het remmen weer tractie te kunnen geven zonder ATO te moeten deactiveren.

Gedrag machinist

In dit onderzoek zijn slechts in beperkte mate de effecten en het gedrag van het ATO-systeem op de werkzaamheden van de machinist meegenomen. Er is een virtueel onderzoek uitgevoerd waarbij machinisten via een simulator onder ATO over de Betuweroute reden.

Uit dit virtuele deel van het onderzoek kwam naar voren dat ATO een positieve invloed heeft op de alertheid van de ondervraagde machinisten. Zij waren ook tevreden over het verloop van de testen. Er wordt aangegeven dat vervolgonderzoek nodig is om meer zicht te krijgen op het anticiperen op ETCS-remopdrachten, gelijkmatig rijden en de effecten van ATO op het gedrag van de machinist.

Dienstregelingsimulatie

Onderdeel van het onderzoek is een dienstregelingssimulatie, waarmee dit diverse ATO-varianten in beeld werden gebracht. Deze gingen uit van automatisch rijden als ondersteunende ‘cruise control’ voor de machinist. Daarbij werd met behulp van het simulatiesysteem FRISO het treinverkeer op de Betuweroute nagebootst. FRISO simuleert het rijden van een trein over de spoorinfrastructuur volgens een bepaalde dienstregeling. In deze simulatie is het in- en uitvoegend treinverkeer op de drukke reizigerscorridor Utrecht-Den Bosch (A2) meegenomen. Daarbij is een model van de dienstregeling van 2019 als basissituatie gebruikt. Het goederenverkeer op de Betuweroute werd hierbij aangevuld met extra treinen om een drukke situatie te creëren.

In de simulatie werd onder meer een verstoringsscenario opgenomen die werd vergeleken met een aantal ATO-scenario’s. Een model met rijgedrag van machinisten die rijden zonder technische ondersteuning, is vergeleken met een situatie waarin iedere trein onder ATO rijdt. In het ATO-scenario probeerde iedere trein de effecten van de geïntroduceerde verstoringen zo klein mogelijk te maken door de afwijking ten opzichte van de geplande dienstregeling zo veel mogelijk te minimaliseren. Elke trein optimaliseert zo zijn eigen prestatie.

Verkeersmanagementsysteem

Om ook de prestatie over alle treinen te optimaliseren is een derde scenario waarin ATO met een verkeersmanagementsysteem (TMS) gedefinieerd. Het TMS signaleert tijdig conflicten tussen treinen en lost deze op door dynamisch te herplannen. Ook kan een dergelijk systeem de volgorde van treinen aanpassen en adviessnelheden naar treinen communiceren.

Om het effect op de capaciteit te toetsen, is ervoor gekozen de treinenmix gelijk te houden en te onderzoeken of deze in minder tijd is uit te voeren. De dienstregeling wordt daarbij ‘als het ware’ gecomprimeerd (samengeperst). Een variant die bij hoge compressie nog steeds goede resultaten levert, levert bijvoorbeeld meer ruimte op om treinen toe te voegen.

Scenario’s

De scenario’s waarin ATO-rijgedrag is toegepast, laten een flinke terugname van de spreiding zien ten opzichte van het basisscenario. Over het geheel gezien laten ATO of ATO in combinatie met TMS een grote verbetering zien ten opzichte van huidig rijgedrag van een machinist zonder ondersteuning van rijadviessystemen. Daarbij kan de punctualiteit behoorlijk worden verhoogd en het aantal ongeplande stops aanzienlijk worden teruggebracht.

Zonder compressie van de dienstregeling presteert ATO in combinatie met TMS vergelijkbaar met ATO. Met compressie van de dienstregeling presteert de combinatie van beide systemen beter dan ATO afzonderlijk als het gaat om het voorkomen van ongeplande stops en het terugbrengen van vertragingen. Dit betekent dat toepassing van TMS belangrijker wordt voor een goede afhandeling van het treinverkeer als het aantal treinen per uur toeneemt.

Voor het effect van ATO op het energieverbruik is verder onderzoek nodig met behulp van aanvullende modellering van het tractie-energiesysteem nodig. Mogelijk kunnen door toepassing van ATO (in combinatie met TMS) buffers worden verkleind.

In het onderzoek wordt geconcludeerd dat de proeven ‘grote potentiële punctualiteits- en capaciteitsbaten’ van ATO en een verkeersmanagementsysteem in combinatie met ATO hebben aangetoond. Er dient nog wel een business case te worden gemaakt waarin de de kosten tegen de baten worden afgezet voor de spoorbranche.

Aanbevelingen

Voor een vervolgonderzoek worden er een aantal aanbevelingen gedaan. Onder andere om dezelfde proeven op de Betuweroute te herhalen met een simpeler te besturen (elektrische) locomotief. Daardoor kunnen er betere conclusies worden getrokken over de rijkwaliteit van ATO. Ook dient te worden onderzocht of het ATO-algoritme met simulaties kan worden getest en verbeterd, zodat het algroritme tijdens de live testen stabiel is en de prestatie consistenter.

Pas in een later stadium moet een proef plaatsvinden met een goederentrein inclusief lading. Daarbij zou het volgens de onderzoekers goed zijn als er ook een kalibratie wordt getest op basis van een wagenlijst in plaats van karakteriseringsritten. Verder wordt aanbevolen om de mogelijkheden van een zelf kalibrerend algoritme nader te onderzoeken omdat het daardoor minder belangrijk is om vooraf precies de rijkarakteristiek te weten.

Verder wordt geadviseerd om de machinisten en treindienstleiders te betrekken om erachter te komen welke informatie zij willen ontvangen van het ATO-systeem. Tenslotte dient er nog een verdere analyse komen naar de effecten van ATO op het gedrag van de machinist, maar ook de reizigers en de omgeving.

Lees ook:

Auteur: Marieke van Gompel

Marieke van Gompel is redacteur van SpoorPro en algemeen hoofdredacteur van ProMedia Group.

Reageer ook

Nog maximaal tekens

Log in via een van de volgende social media partners om je reactie achter te laten.