ITTO20090172A1 - Sistema di supporto alla protezione del personale di manutenzione su linee, in particolare su linee ferroviare, e relativo metodo - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“SISTEMA DI SUPPORTO ALLA PROTEZIONE DEL PERSONALE DI MANUTENZIONE SU LINEE, IN PARTICOLARE SU LINEE FERROVIARE, E RELATIVO METODO”

La presente invenzione è relativa ad un sistema di supporto alla protezione del personale (sistema PTS -PERSONAL TRACK SAFETY), in particolare su linee ferroviarie, e al relativo metodo.

Come è noto, la circolazione dei treni comporta dei rischi per il personale presente sul loro percorso per attività di manutenzione. Tali rischi sono mitigati grazie alla presenza di procedure di regolamentazione che prevedono l'utilizzo di metodi che determinano particolari condizioni del traffico ferroviario (ad esempio, l’interruzione del traffico, riduzione di velocità), che purtroppo non garantiscono la sicurezza totale per il personale in linea. D'altra parte, l'avvistamento a distanza o ad orario dei convogli è soggetto ad errore umano, soprattutto in condizioni ambientali degradate o di scarsa visibilità, e quindi non è particolarmente efficace.

La situazione diventa più complessa quando le squadre di lavoro sono costituiti da personale in movimento lungo la linea o distribuito su tratte estese.

Per migliorare la sicurezza, sono stati già proposti sistemi che utilizzano le informazioni disponibili sulla posizione reale dei treni per segnalare in modo opportuno al personale l'approssimarsi dei convogli.

Tale posizione è infatti nota, con una data precisione, ad esempio a partire dall'occupazione dei circuiti di binario e/o grazie alla presenza di ricevitori GPS sui treni.

Tali sistemi non sono tuttavia in grado di garantire il livello di sicurezza richiesto per evitare rischi per gli addetti alla manutenzione in tutte le condizioni di traffico, atmosferiche, locali.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un sistema ed un metodo in grado di fornire una protezione in sicurezza intrinseca degli addetti di manutenzione lungo una linea.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un sistema di protezione del personale presenti su linee ferroviarie e relativi metodi di protezione, come definiti nelle rivendicazioni 1, 6 e 9, rispettivamente. L’invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di realizzazione non limitativo, in cui:

la figura 1 presenta uno schema a blocchi di un sistema di supporto alla protezione del personale, secondo un aspetto dell'invenzione;

la figura 2 mostra uno schema di flusso delle fasi di comunicazione fra un terminale mobile e il sistema centrale;

la figura 3 mostra uno schema di flusso delle fasi di gestione eseguite dal sistema centrale; e

la figura 4 mostra la struttura di un messaggio di comunicazione utilizzato nel sistema di figura 1.

La figura 1 mostra l'architettura del sistema di protezione, comprendente un sistema centrale 1 ed una pluralità di terminali, includenti terminali di protezione personale, in seguito indicati terminali PTS (Personal Track Safety) 6, terminali treno 12 e terminali linea 14. Il sistema centrale 1 (rappresentato qui in modo semplificato per quanto riguarda le sole funzioni relative all'invenzione) comprende un'unità di gestione della protezione, in seguito indicata come unità ACS (Apparato Centrale Statico) 2, certificato in conformità con le Normative Cenelec e classificato come SIL4 – Safety Integrity Level 4; un terminale di controllo del traffico, in seguito indicata come unità CCT (Controllo Centralizzato del Traffico) 3; e un'unità di memorizzazione e gestione delle informazioni di campo FIM 4, fra loro collegate. L'unità CCT 3 scambia informazioni/comandi con un gestore umano 5, ad esempio un DCO (Dirigente Centrale Operativo). Il collegamento fra le unità ACS 2, CCT 3 e FIM 4 avviene attraverso linee di comunicazione in fibra ottica ridondata con software di gestione certificato SIL4 (condizione Fail Safe, secondo la norma Cenelec); e le unità ACS 2, CCT 3 e FIM 4 sono dotate ciascuna di due microprocessori e due sezioni di calcolo, garantendo un’architettura ridondata “2oo2”. In questo modo le unità ACS 2, CCT 3 e FIM 4 costituiscono elementi funzionali dotati di una struttura 2 su 2 ridondata, in cui, quando si guasta una sezione di calcolo o un microprocessore, l'altra sezione di calcolo o l'altro microprocessore continua a funzionare. Inoltre, in caso di disaccordo fra le due parti, viene attivata una procedura di composizione del conflitto che evidenzia la parte guasta e le toglie l'alimentazione. Il ripristino della parte spenta richiede quindi l'intervento di un operatore autorizzato alla manutenzione.

I terminali PTS 6 sono associati ciascuno ad un rispettivo operatore 7 operante lungo linea, e, in generale, tutti gli operatori dispongono di un proprio terminale PTS 6, in modo da essere coperti individualmente dal sistema di protezione. La comunicazione fra ciascun terminale PTS 6 e l'unità ACS 2 può essere realizzata tramite antenne 8, usando qualunque tecnologia adatta, ad esempio GPRS. In alternativa, è possibile utilizzare reti di comunicazione dedicate, se già presenti. Ciascun terminale PTS 6 comprende un rispettivo ricevitore GPS 9, di tipo noto, per il collegamento con satelliti GPS 10, nonché delle interfacce utente, quali segnalatori visivi (spie on/off, display di visualizzazione messaggi), segnalatori acustici, pulsanti.

L'unità FIM 4 contiene, fra l'altro, dati di posizione inviati da terminali treno 12 installati a bordo di treni 11 e relativi alla posizione dei treni 11 stessi. La posizione dei treni 11 è rilevata in modo noto, ad esempio essa può essere rilevata mediante rilevamento dell'occupazione dei circuiti di binario. In alternativa, i terminali treno 12 possono comprendere un ricevitore GPS che comunica con i satelliti GPS 10 nonché interfacce di comunicazione con il sistema centrale 1 che forniscono i dati di posizione ricevuti e scambiano altre informazioni utili per il controllo del traffico. Per esempio, ciascun treno 11, prima dell'inizio di una corsa e tramite una procedura effettuata dal capotreno, può inviare una serie di dati, quali numero del treno, cabina di guida utilizzata, relativo numero di telefono e numero di telefono del capotreno e tali dati possono essere contenuti nell'unità FIM 4. Inoltre, l'unità FIM 4 riceve dati relativi ad altri apparati presenti sulla linea, quali circuiti di binario, deviatori, segnali boe, encoder (sistema ERTMS - European Rail Traffic Management System) ecc., rappresentati schematicamente in figura 1 da terminali linea 14, nonché le informazioni relative alla presenza lungo linea e agli operatori che hanno attivato le procedure di protezione. In pratica, per quanto riguarda il presente sistema di protezione, l'unità FIM 4 costituisce una tabella di condizioni che contiene in modo sicuro tutte le informazioni e le condizioni utili per la gestione della sicurezza dei cantieri relativamente al traffico ferroviario.

Il metodo di protezione implementato dal sistema di protezione di figura 1 verrà ora descritto con riferimento alle figure 2, 3, relative alle fasi eseguite rispettivamente da un terminale PTS 6 e dal sistema centrale 1.

Con riferimento alla figura 2, la procedura di protezione per un terminale PTS 6 inizia quando un terminale PTS 6 viene acceso da un operatore, passo 30. Il terminale PTS 6 quindi attende che l'operatore 7 richieda l'attivazione della protezione, tramite pressione di un pulsante, passo 32. Non appena è stata chiesta l'attivazione, uscita SI dal passo 32, il terminale PTS 6 verifica la disponibilità della linea di comunicazione con i satelliti 10 e l'unità ACS 2 e la determinazione della propria posizione, passo 34. In questo caso, uscita SI, il terminale PTS 6 comunica all'unità ACS 2 la richiesta di protezione, passo 36. In caso contrario, uscita NO dal passo 34, il terminale PTS 6 genera una segnalazione per l'operatore 7, passo 38, ad esempio accendendo una spia o visualizzando un messaggio apposito su visualizzatore, se presente, e riportandosi in condizione di verifica.

Dopo la richiesta di protezione al sistema centrale 1, il terminale PTS 6 si pone in attesa della conferma di accettazione, passo 40. Se, dopo un tempo determinato, il terminale PTS 6 non riceve alcuna accettazione, ad esempio per interruzione della linea di comunicazione, per guasto del terminale PTS 6 stesso o del sistema centrale 1, oppure se esso riceve un rifiuto, uscita NO dal passo 40, l'operatore 7 deve considerarsi come non protetto, passando quindi in uno stato di protezione degradato da gestire con un'opportuna regolamentazione. Nel caso che la mancata accettazione non dipenda dal funzionamento scorretto del terminale PTS 6, questo può generare un'opportuna segnalazione di allarme, di tipo visivo e/o acustico, passo 42, e rinviare nuovamente la richiesta di protezione, portandosi al passo 34.

Viceversa, se la richiesta di protezione viene accettata e il terminale PTS 6 riceve una conferma, uscita SI dal passo 40, esso attiva una segnalazione acustica ed ottica continua, passo 44, e, a cadenza regolare, invia all'unità ACS 2 invia una comunicazione includente la propria posizione, passo 46. Ad esempio, tale comunicazione può essere inviata ogni 15 secondi.

Quindi, il terminale PTS 6 attende una conferma di protezione attivata, passo 48. Anche in questo caso, in assenza di conferma, uscita NO dal passo 48, il terminale PTS 6 può generare una corrispondente segnalazione visiva e/o acustica, passo 50, in modo da avvisare l'operatore 7 che si trova in condizione di protezione degradata. Viceversa, al ricevimento della conferma di protezione, uscita SI dal passo 48, il terminale PTS 6 si pone in attesa di informazioni relative all'approssimarsi di treni.

Non appena avvisato dall'unità ACS 2 che un treno è in arrivo sul binario o in prossimità del binario dove c'è il PTS, uscita SI dal passo 52, il terminale PTS 6 allerta l'operatore 7 con una specifica segnalazione acustica, passo 54, e si pone in attesa del riconoscimento della condizione, passo 56. In particolare, l'operatore 7 è tenuto a confermare il riconoscimento della condizione di avvicinamento di un treno, premendo in modo prolungato un pulsante. Non appena ciò avviene, uscita SI dal passo 56, il terminale PTS 6 invia un messaggio di riconoscimento all'unità ACS 2, passo 58 e si pone in attesa delle ulteriori informazioni relative all'avvicinamento e successivamente all'allontanamento del treno.

In caso di mancata conferma del riconoscimento della condizione di avvicinamento da parte del proprio operatore 7, uscita NO dal passo 56, il terminale PTS 6 può mandare un messaggio particolare all'unità ACS 2, passo 57, per sollecitare l'attivazione di una procedura di emergenza, come descritto in seguito con riferimento alla figura 3. Ad esempio, in questo caso, un terminale PTS 6 adiacente può ricevere un messaggio di allarme per un terminale adiacente, nel qual caso (uscita SI dal passo 59) esso genera una segnalazione opportuna per il proprio operatore 7, passo 60, in modo che questo informi l'operatore 7 con terminale 6 non funzionante correttamente.

In condizione di funzionamento corretto, il terminale PTS 6 continua a ricevere le informazioni relative al passaggio di un treno, senza inviare ulteriori conferme. Non appena avvisato dell'allontanamento del treno, uscita SI dal passo 62, il terminale PTS 6 interrompe la segnalazione acustica attivata nel passo 54 e mantenuta per tutto il periodo di allerta, passo 64, e si riporta in condizione di attesa di informazioni da parte del sistema centrale 1, portandosi al passo 46.

Al termine dell'intervento da parte del personale di manutenzione, l'operatore 7 attiva la procedura di disconnessione, tramite pressione di un apposito pulsante. Non appena il terminale PTS 6 riconosce la pressione del pulsante di richiesta disconnessione, uscita SI dal passo 66, esso invia una comunicazione al sistema centrale 1, passo 68, e attende una conferma, passo 70. Al ricevimento di questa, viene generata una opportuna segnalazione, passo 72, dopo la quale l'operatore 7 può spegnere il terminale PTS 6, dato che il sistema centrale 1 lo ha correttamente scollegato dalla gestione del personale di manutenzione La procedura eseguita dal sistema centrale 1 di figura 1 è ora descritta con riferimento alla figura 3.

La procedura inizia quando l'unità ACS 2 riceve una richiesta da un terminale PTS 6, uscita SI dal passo 80. Tale richiesta viene accettata, uscita SI dal passo 82, inviando un apposito messaggio di conferma, passo 86, a meno di rifiuto da parte del gestore (Dirigente Movimento) 5 ad esempio perché l'operatore si trova lontano dalla linea ferroviaria, nel qual caso un messaggio di rifiuto viene inviato al terminale PTS 6, passo 84.

Dopo l'accettazione, l'unità ACS 2 attende l'arrivo della prima comunicazione della posizione da parte del terminale PTS 6, passo 88. In assenza di comunicazioni, l'unità ACS 2 invia una segnalazione di allerta per l'unità CCT 3, passo 90. Viceversa, in caso di ricezione della posizione, uscita SI dal passo 88, l'unità ACS 2 invia un messaggio di conferma attivazione protezione, passo 92.

Quindi, l'unità ACS 2 attende le comunicazioni periodiche da parte dei terminali PTS 6, passo 94. La cessazione delle comunicazioni periodiche in condizione di protezione attivata, uscita NO dal passo 94, provoca la generazione di una condizione di allerta verso l'unità CCT 3, passo 96, che può attivare procedure apposite (allertamento di terminali PTS adiacenti, tentativo di contatto su canali differenti, ecc).

In condizione di funzionamento corretto, l'unità ACS 2 avvisa i terminali PTS 6 dell'arrivo di un treno, non appena il sistema centrale 1 rileva l'avvicinamento di un treno 11 ad una zona di manutenzione che è in condizione di protezione attivata, passo 97. In questo caso, uscita SI dal passo 98, viene inviata una segnalazione di allerta, passo 98. In particolare, la segnalazione di allerta può essere inviata con un anticipo prefissato rispetto al momento calcolato di arrivo del treno 11 sulla zona di manutenzione, ad esempio 1 minuto, tenendo conto della velocità del treno 11. La segnalazione di allerta è accompagnata tipicamente da una richiesta di una conferma del riconoscimento della condizione stessa. Quindi, l'unità ACS 2 si pone in attesa della conferma del riconoscimento, passo 100. In mancanza di questa entro un tempo prefissato (ad esempio, 20 secondi), uscita NO dal passo 100, l'unità ACS 2 attiva una procedura di emergenza includente l'invio di una segnalazione all'unità CCT 3 di richiesta di intervento da parte del gestore umano 5, passo 102; l'invio di una segnalazione apposita ad altri terminali PTS 6 adiacenti e che hanno risposto in modo corretto, passo 104; e l'attivazione di eventuali altre procedure di intervento, ad esempio la generazione di segnali di allerta ed eventualmente di arresto per il treno 11, passo 106.

Viceversa, alla ricezione della conferma, uscita SI dal passo 100, l'unità ACS 2 continua ad inviare la relativa segnalazione, passo 108, fino all'allontanamento del treno, uscita SI dal passo 110.

Non appena l'unità ACS 2 è stato informato, dai terminali PTS 6 associati ad una particolare zona di manutenzione, che l'intervento è terminato, uscita SI dal passo 112, essa lo comunica al gestore 5 attraverso l'unità CCT 3, in modo da attivare la procedura di disconnessione terminante con l'invio della comunicazione di conferma disconnessione, passo 114.

Il sistema di protezione descritto consente quindi la sorveglianza dei cantieri e l'informazione tempestiva del traffico in prossimità degli stessi agli operatori interessati, garantendo un'elevata sicurezza, grazie alla presenza di una interfaccia al sistema di controllo traffico 3 (unità ACS 2) e grazie all'uso di protocolli di sicurezza (SIL4) in condizioni ″fail safe″.

Per aumentare la sicurezza fornita, il sistema di protezione può prevedere l'implementazione sul terminale PTS 6 di una funzionalità di emergenza, attivabile mediante pulsante, che, in presenza di particolari situazioni di emergenza che si possono verificare, consente di inviare al sistema centrale 1 una richiesta di arresto della circolazione o comunque una richiesta di attenzione da parte dell'unità CCT 3 e/o del gestore umano 5.

Ad esempio, il terminale PTS 6 può disporre di un sensore di movimento inerziale 16 (figura 1) che, in caso di prolungata immobilità dell'operatore 7 in condizione di protezione attivata e/o in seguito a mancata conferma della richiesta di attenzione dell'operatore 7, invia un messaggio di emergenza, essendo presumibile un infortunio.

Anche la posizione dell'operatore 7 rispetto alla linea ferroviaria può essere valutata per verificare la correttezza dei dati, inibendo l'attivazione della protezione se l'operatore 7 è distante dalla zona di manutenzione o allertando l'operatore 7 se questi si allontana dalla linea ferroviaria in condizione di protezione attivata.

Le comunicazioni tra il sistema centrale 1 e i terminali PTS 6 possono avvenire tramite un protocollo che prevede l'invio di pacchetti incapsulati in modo da adattarsi alla rete utilizzata (ad esempio rete IP -Internet Protocol -, canale radio, ecc). I pacchetti dati possono essere codificati con un codice a ridondanza ciclica su 16 bit, in modo da garantire la consistenza del pacchetto dati, usando un datagramma come mostrato in figura 4, nel quale le sigle hanno il seguente significato:

HDL - header del pacchetto (8 bit)

LEN - lunghezza del pacchetto (16 bit)

SRC - codice del mittente (16 bit)

DES - codice del destinatario (16 bit)

CMD - codice del comando (16 bit)

DAT - dati

FCS - codice di controllo calcolato su tutto il pacchetto, escluso lo header (16 bit)

e le lettere H o L in pedice si riferiscono rispettivamente ai bit più significativi e ai bit meno significativi.

Risulta infine chiaro che al sistema di supporto alla protezione qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di protezione di personale di manutenzione presenti su linee rotabili, comprendente: almeno un terminale PTS (6), includente mezzi di rilevamento di posizione (9) e mezzi di comunicazione wireless (8); e un sistema centrale (1) includente un'unità di gestione protezione (2), un'unità di gestione del traffico (3) ed un'unità di gestione delle informazioni di campo (4), dette unità di gestione protezione, di gestione del traffico e di gestione delle informazioni di campo avendo struttura ridondata.
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui dette unità di gestione protezione (2), di gestione del traffico (3) e di gestione delle informazioni di campo (4) sono collegate tramite fibra ottica ridondata.
3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta unità di gestione delle informazioni di campo (4) è configurata in modo da memorizzare dati di posizione di detto terminale PTS (6) e dati di posizione di veicoli (11) presenti sulle linee ferroviarie.
4. 4. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-3, in cui il terminale PTS (6) comprende segnalatori acustici, segnalatori visibili e pulsanti di attuazione.
5. 5. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-4, in cui il terminale PTS (6) comprende un sensore inerziale (16).
6. 6. Metodo di protezione di personale di manutenzione presenti su linee ferroviarie tramite un sistema di protezione comprendente almeno un terminale PTS (6) includente mezzi di rilevamento di posizione (9) e mezzi di comunicazione wireless (8) per la connessione ad un sistema centrale (1), il metodo comprendendo una procedura di protezione includente le fasi di: inviare (46) periodicamente un messaggio includente dati di posizione; generare (54) una segnalazione di allerta di avvicinamento veicolo al ricevimento di un messaggio di avvicinamento veicolo dal sistema centrale; generare (58) un messaggio di riconoscimento di allerta al rilevamento di un'azione da parte di un operatore; e disattivare (64) la segnalazione di allerta al ricevimento di un messaggio di veicolo allontanato.
7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 6, comprendente inoltre le fasi di: rilevare (32) una richiesta di protezione da parte di un operatore; inviare (36) una richiesta di protezione al sistema centrale; attivare (44) una segnalazione di accettazione al ricevimento di una conferma di accettazione da parte del sistema centrale; e attivare detta procedura di protezione.
8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 6 o 7, comprendente, dopo detta fase di inviare (46) periodicamente un messaggio, verificare (48) la ricezione di una conferma di protezione, e, in caso di mancato ricevimento di detta conferma di protezione, generare (50) una segnalazione di protezione degradata.
9. 9. Metodo di protezione cantieri presenti su linee rotabili tramite un sistema centrale (1) includente un'unità di gestione protezione (2), un'unità di gestione del traffico (3), un'unità di gestione delle informazioni di campo (4) configurati in modo da connettersi ad almeno un terminale PTS (6), il metodo comprendendo una procedura di protezione includente le fasi di: ricevere (94) periodicamente un messaggio includente dati di posizione da detto terminale PTS; determinare (97) una condizione di avvicinamento di un treno a detto terminale PTS; inviare (98) una segnalazione di avvicinamento veicolo; attendere (100) un messaggio di riconoscimento di allerta da parte del terminale PTS (6); e ripetere le fasi di inviare (98) una segnalazione di avvicinamento veicolo e attendere (100) un messaggio di riconoscimento di allerta fintanto che persiste detta condizione di avvicinamento.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 9, comprendente inoltre le fasi di: ricevere (80) una richiesta di protezione da detto terminale; esaminare (82) detta richiesta di protezione; in caso di esito positivo di detta fase di esaminare, inviare (86) una conferma di accettazione e attivare detta procedura di protezione; in caso di esito negativo di detta fase di esaminare, inviare (84) un messaggio di rifiuto protezione.
11. 11. Metodo secondo la rivendicazione 9 o 10, comprendente le fasi di verificare (88) la ricezione periodica del messaggio includente dati di posizione da detto terminale PTS; in caso di verifica positiva, inviare (92) una conferma di protezione; in caso di verifica negativa, attivare (96) una procedura di allerta per anomalia.
12. 12. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 9-11, in cui la fase di attendere (100) comprende attendere un tempo prefissato; in caso di ricevimento del messaggio di riconoscimento di allerta in detto tempo prefissato, effettuare detta fase di ripetere, in caso di non ricevimento del messaggio di riconoscimento di allerta, attivare (102-106) una procedura di emergenza.
13. 13. Metodo secondo la rivendicazione 12, in cui detta procedura di emergenza comprende almeno una delle seguenti fasi: inviare (102) una segnalazione di allarme centrale ad un gestore umano; verificare la presenza di una condizione di protezione attivata per ulteriori terminali PTS (6) adiacenti a detto terminale PTS (6) ed inviare (104) una segnalazione di allarme periferica a detti ulteriori terminali PTS; inviare (106) richieste di arresto a detto veicolo (11) in avvicinamento.
14. 14. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 9-13, comprende eseguire procedure in sicurezza tramite unità di calcolo ridondate (2)-(4) e includenti eseguire ciascuna fase di detto metodo da parte di entrambe le due unità di calcolo, verificare un accordo fra dette unità di calcolo e attivare dette fasi in condizione di accordo.