Academic literature on the topic 'Circolazione ferroviaria'

Negli ultimi anni, agli ingegneri ferroviari è stato richiesto di supportare l’aumento del traffico ferroviario e l’incremento delle velocità di percorrenza sull’infrastruttura ferroviaria, sulla spinta della domanda per treni passeggeri più frequenti e veloci, e di treni merci più pesanti. Questi risultati devono essere conseguiti insieme ad un miglioramento delle prestazioni in termini di sicurezza e robustezza della rete ferroviaria, a costi competitivi. In questa tesi sono investigati vari aspetti relativi all’introduzione di nuove tecnologie nei sistemi che garantiscono la sicurezza della gestione del traffico ferroviario. Uno dei principali argomenti affrontati è l’introduzione delle onde ultrasoniche guidate nel controllo dell’integrità delle rotaie. Un secondo punto di interesse è relativo allo sviluppo di uno strumento che migliora le procedure di installazione e manutenzione dei circuiti di binario, strumenti essenziali per assicurare la sicurezza della circolazione ferroviaria. Le rotaie sono sottoposte a forti stress, che possono influire negativamente sulla loro integrità strutturale, con il possibile risultato di una rottura della rotaia; ciò potrebbe causare il deragliamento di un treno e, quindi, la perdita di materiale rotabile e vite umane. Pertanto, le attività di manutenzione ed ispezione del binario sono di importanza capitale. Negli ultimi anni, è stato investigato l’uso di varie tecnologie per il monitoraggio dei binari e per l’individuazione dei difetti; tuttavia, sono ancora richiesti notevoli sforzi per migliorare l’affidabilità dei risultati ed incrementare la velocità con cui i controlli vengono eseguiti. Ci si aspetta che, in un prossimo futuro, un ruolo importante nella manutenzione e nell’ispezione dei binari sarà giocato dalla tecnologia delle onde ultrasoniche guidate. In questo scritto sono analizzati e confrontati i due principali approcci disponibili in letteratura sull’uso delle onde ultrasoniche guidate nel monitoraggio dell’integrità delle rotaie. Di seguito, è descritto l’approccio seguito per analizzare la propagazione delle onde ultrasoniche guidate all’interno di guide d’onda costituite da materiali solidi. Ciò fornisce una base per lo sviluppo di metodi e tecniche innovative per l’individuazione preliminare di difetti nelle rotaie, e può allo sviluppo di un prodotto commerciale. Il circuito di binario è utilizzato per determinare la presenza di un treno in una data sezione di binario. Una portante viene immessa ad una estremità della sezione e si valuta la sua presenza all’altra estremità. Quando un treno corto-circuita le rotaie interrompe il circuito ed impedisce alla corrente immessa di raggiungere il ricevitore; viene così segnalata la presenza di un treno nella sezione. I circuiti di binario consentono anche la comunicazione terra-treno e l’individuazione di rotture della rotaia che interrompano la continuità elettrica del circuito. Questi sistemi, eseguendo operazioni critiche dal punto di vista della sicurezza, richiedono una calibrazione precisa durante l’installazione e la manutenzione, che dovrebbe essere compiuta mantenendo il binario in servizio. Per fare questo, l’azienda Alstom Ferroviaria S.p.A. ha iniziato a sviluppare un dispositivo portatile, chiamato track circuit contactless signal analyzer (TCCSA). Il suo hardware ed il suo software per l’acquisizione del segnale possono anche essere utilizzati per estrarre caratteristiche specifiche del segnale; da queste caratteristiche si possono estrarre, mediante tecniche di apprendimento automatico, informazioni sullo stato di salute del binario e delle componenti del circuito di binario. In questa tesi viene descritto come è stato portato avanti lo sviluppo del sistema, con l’implementazione di nuove caratteristiche e funzionalità.
In recent years, railway engineers are required to support higher levels of traffic at increased speeds over the railway infrastructure; this is pushed by the demand for faster and more frequent passenger trains or for heavier freight trains. These results must be achieved together with an improvement of the safety and robustness of the railway network, at competitive costs. In this thesis, various aspects related to the introduction of new technologies in the systems guaranteeing a safe operation of the railway network are investigated. One of the main topics addressed in this work is related to the introduction of ultrasonic guided waves for the monitoring of the integrity of rails. Another topic concerns development of an instrument improving the installation and maintenance of track circuits, a fundamental equipment for safe operation of railway traffic. Rail tracks undergo massive stresses that can affect their structural integrity with the possible result of a rail breakage; this may cause derailments and, consequently, a possible loss of rolling stock material and lives. Therefore, the activities of track maintenance and inspection are of paramount importance. In recent years, the use of various technologies for the monitoring of rails and the detection of their defects has been investigated but substantial research efforts are still required to achieve more reliable results while increasing the scanning speed. It is expected that, in the near future, an important role in track maintenance and inspection will be played by the ultrasonic guided wave technology. In this manuscript, the two main technical approaches to the use of ultrasonic guided waves to monitor rail integrity available in literature are analyzed and compared. Then, the approach usually followed to analyze the propagation of ultrasonic guided waves into solid waveguides is described. This provides a baseline to the development of innovative methods and systems able to detect early-stage defects in rails, and may lead to the development of a commercial product The track circuit is used to detect the presence of a train in a given section of track. A carrier is injected at one end of the section and its presence at the other end is checked. A train is detected when its axis short-circuits the rails, thus preventing the injected current from reaching the receiver. Track circuits also allow to perform train-track communication, and to infer the presence of a rail breakage that interrupts the electrical continuity of the circuit. This system, performing safety critical operations, needs a careful and precise calibration during installation and maintenance, which should be accomplished under normal track operation. This calls for the use of a portable and low-cost albeit accurate device to quantify the real performance of the system. To carry out this task, Alstom has begun to develop a portable device, called track circuit contactless signal analyzer (TCCSA). Its signal acquisition hardware and software can also be employed to extract specific signal features; these can be fed into a machine learning software able to classify the detected signal and thus assessing the health status of the track circuit components or of the rails. In this thesis, it is shown how the development of this system has been carried out, with the implementation of new features and functionalities.

2009/2010
La circolazione ferroviaria è interessata da una serie di fenomeni stocastici che determinano una notevole differenza tra gli orari pianificati e l’esercizio reale. Negli ultimi anni sono state proposte numerose metodologie di analisi della circolazione ferroviaria con lo scopo di individuarne le origini a livello di orario o di infrastruttura. In particolare le ricerche precedenti si sono concentrate sull’analisi delle partenze e dei tempi di fermata dei treni. Non si riscontrano invece in letteratura dei lavori focalizzati sull’intera marcia del treno e volti quindi all’individuazione della variabilità della marcia rispetto a quella calcolata con l’equazione generale del moto né sul comportamento dei treni all’interno dei grandi impianti che spesso rappresentano i punti critici delle reti. Per superare queste carenze vengono proposti due nuovi approcci per l’analisi della circolazione dei treni, rispettivamente sulle linee e nelle grandi stazioni di testa. Viene presentata una metodologia di ottimizzazione per ricavare, a partire dal tracciato gps rilevato a bordo treno, una serie di parametri di prestazione che compensino le differenze tra il profilo di velocità reale e quello teorico. Tali parametri, inseriti nell’equazione generale del moto per le diverse fasi, ne permettono quindi la calibrazione. Una volta ricavati tali parametri per un certo numero di corse, le loro distribuzioni possono essere utilizzate nell’ambito della microsimulazione stocastica o a supporto della pianificazione dell’orario. Quest’ultima possibilità è stata implementata nell’ambito di questo lavoro, sviluppando un approccio che supera i tempi deterministici convenzionalmente utilizzati introducendo tempi di percorrenza ed occupazione probabilistici. Si tiene in questo modo conto delle variabilità riscontrate nella circolazione dei treni in modo esplicito già in fase di pianificazione dell’orario ottenendo una stima realistica della stabilità della circolazione. Il secondo approccio è focalizzato sull’analisi delle dinamiche di funzionamento di una grande stazione di testa. Contrariamente da quanto affermato in ricerche precedenti, l’esperienza suggerisce l’esistenza di stazioni di grande rilevanza in cui i piazzamenti dei treni sui binari non seguono rigorosamente la pianificazione, ma subiscono delle alterazioni seguendo dinamiche probabilistiche. Tale analisi è stata condotta su Roma Termini, la più complessa stazione di testa al mondo, dimostrando una notevole variabilità nell’uso dei binari di stazione e consentendo di creare una relazione tra la variabilità dei piazzamenti ed una serie di fenomeni quali i ritardi e la densità dell’orario pianificato.
XXIII Ciclo
1982

Nella prima parte dell'elaborato vengono introdotti dei concetti basilari del sistema ferroviario necessari al proseguo della trattazione: i sistemi di circolazione utilizzati in Italia, le sezioni di blocco, i sistemi di sicurezza e di controllo della marcia, il sistema ERTMS a livello europeo. Nella seconda parte, dopo aver introdotto il concetto di capacità, vengono analizzati nel dettaglio e confrontati, in termini di capacità teorica, i sistemi basati sul blocco fisso e sul blocco mobile. Vengono quindi proposti i metodi utilizzati per il calcolo della capacità reale, prestando particolare attenzione al metodo dei coefficienti di ritardo specifico D e di stabilità X. Da quest' ultimo e con l'introduzione dei livelli di servizio, viene analizzato il rapporto che lega la capacità con la qualità della circolazione. Infine viene proposto un confronto tra le linee convenzionali e le linee AV/AC in Italia, evidenziando il rapporto tra le caratteristiche di velocità e di capacità.

2008/2009
An efficient train operation is a primary success factor for all infrastructure managers, since it allows operating a higher number of trains without significant infrastructure investments. As known, a trade-off exists between capacity and punctuality, forcing planners to find an equilibrium allowing the highest number of slots to be operated with satisfying punctuality indicators. This is particularly challenging in nodes, where the combination of different stochastic parameters on various lines and for different trains dramatically increases modelling tasks. In the last years, railway simulators have become a very powerful instrument to support the different steps of the planning process: from the layout design to capacity investigations and offer model validations. More recently, the possibility of an automatic import of infrastructure layouts and timetables widened the application spectrum of micro-simulators to large nodes and to more detailed stochastic stability evaluations. Stochastic micro-simulators can reproduce most processes involved in rail traffic and comprehend not only its deterministic aspects, but also human factors. This is particularly relevant in order to simulate traffic under realistic conditions, considering variability at border, various driving styles and stop times. All these parameters have to be calibrated using real-world collected data for single trains or train families, considering their different behaviour in the network and at its border. Since a perfect representation of all stochastic and deterministic parameters involved in rail traffic is not possible, a calibrated model must be validated to evaluate its precision before using it in practice. Calibration has been tested on the Palermo - Punta Raisi single-track line, on the Trieste - Venice double-track line and in the node of Turin. The model is first used to forecast reliability of the operations after infrastructure and timetable changes. Results have been compared ex-post with real traffic data, showing remarkable reliability. An approach is then presented, in which stochastic micro-simulation is used to represent the relationship between robustness, capacity and a number of other important factors, such as traffic variability or running time supplements. The approach can be used to estimate the buffer times, and the running time supplements to obtain a given reliability level. First, micro simulation with its advantages and weaknesses is presented; then, after a presentation of the most common reliability measures, the a new indicator is explained. Third, calibration, validation and application of the case studies is described; in the last part, an approach to evaluate the trade-off between different parameters is presented.
La domanda di trasporto collettivo, in particolare ferroviario, è fortemente cresciuta nelle grandi aree urbane anche per effetto di specifici strumenti pianificatori volti a favorire l’utilizzo di alternative sostenibili sotto il profilo ambientale, nel rispetto della configurazione del territorio. La conseguente saturazione dei nodi e delle linee e la contemporanea necessità di aumentare la regolarità del servizio offerto impongono ai gestori un deciso aumento nella precisione della pianificazione dell'esercizio. Come è noto, esiste un trade-off tra capacità e regolarità dei servizi ferroviari, che obbliga i pianificatori a trovare un equilibrio, massimizzando il numero di treni e garantendo nel contempo un soddisfacente livello di regolarità. Il mantenimento di tale equilibrio risulta particolarmente complesso nei nodi, dove la combinazione di fenomeni stocastici in numerose linee e per diversi servizi aumenta notevolmente le difficoltà di modellizzazione della circolazione reale. Negli ultimi anni, gli strumenti di microsimulazione della circolazione ferroviaria sono divenuti uno strumento potente a supporto delle diverse fasi di pianificazione, dalla progettazione funzionale dell’infrastruttura alle stime di capacità e alla validazione degli orari. Più recentemente, la possibilità di ottenere l'importazione automatica del modello infrastrutturale e degli orari ha ampliato lo spettro di applicazione della microsimulazione ai nodi complessi ed alle valutazioni ex-ante della stabilità degli orari. La microsimulazione consente di riprodurre la gran parte dei processi coinvolti nella circolazione ferroviaria, comprendendo non solo i suoi aspetti deterministici, ma anche il fattore umano. Ciò risulta particolarmente importante al fine di simulare la circolazione in condizioni reali, considerando i ritardi in ingresso nell’area di simulazione, i diversi stili di guida e la variabilità dei tempi di fermata nelle stazioni. Tali parametri necessitano tuttavia di un’adeguata calibrazione mediante dati reali per singoli servizi o famiglie di treni, considerando le diversità di comportamento all’interno della rete simulata ed al cordone. Dato che non è possibile una rappresentazione perfetta di tutti i parametri stocastici e deterministici che definiscono la circolazione ferroviaria, un modello calibrato deve essere validato per valutarne la precisione, prima di venire utilizzato in pratica. La calibrazione è stata testata sulla linea a semplice binario Palermo-Punta Raisi, sulla Venezia - Trieste, a doppio binario e nel nodo di Torino. In primis, il modello è stato utilizzato per la stima ex-ante della regolarità in seguito a modifiche infrastrutturali e di orario. Dopo l’attivazione dei provvedimenti simulati, i dati della circolazione reale sono stati confrontati con quelli simulati, dimostrando la notevole attendibilità della stima. E’ stata quindi sviluppata una metodologia, in cui la microsimulazione viene utilizzata per rappresentare la relazione tra capacità, regolarità dei servizi ed una serie di altri fattori, quali ad esempio gli allungamenti sul tempo di percorrenza e i fenomeni stocastici. L’approccio può essere utilizzato per la stima delle riserve e degli allungamenti da inserire nell’orario per ottenere una data regolarità. La tesi muove dalla presentazione della microsimulazione, delle sue potenzialità e dei suoi limiti; quindi, dopo la descrizione delle principali misure di regolarità, viene introdotto un nuovo indicatore. Seguono la presentazione delle metodologie di calibrazione e validazione di un modello di microsimulazione e la loro applicazione ai casi di studio. Viene infine presentata la metodologia per la stima coordinata di regolarità e capacità, le cui potenzialità sono illustrate nei casi di studio.
XXII Ciclo
1982

The aim of the research deals with three important themes of the railway system: regulation, safety and infrastructure’s capacity. The research wants to develop a methodology to quantify the performance of the railway system basing on three components: human factors, technological devices and regulations. The proposed methodology is applicable to several specific cases of the railway sector, once the system is defined in terms of infrastructure, signaling and safety systems, rolling stock, regulations and operational model. Pilot applications provide to: - outline the applicable operating procedures; - assess the possibility that critical safety situations may occur consequently to critical scenarios; - estimate the probability of occurrence of each critical scenario that has been identified and determine the corresponding level of risk; - examine the influence of technological and human components in operational processes; - determine possible effects on rail traffic in terms of delay, irregularity, etc. The obtained results can be useful when the technological innovation causes significant changes in the regulatory system and in the management of human behaviour, with the possibility to generate greater risks for people, environment, rail traffic and, generally, for the rail system. Further developments are identifiable from the results obtained thus far. In first analysis they can be summarized in: - support tools to evaluate complex operating situations; - tools to help in the assessment of the influence of human factors and technology; - methods of formalization of theological functioning and of the structure of business processes; - integration with expert systems.