Microsimulazione dinamica della circolazione a supporto alla pianificazione ferroviaria

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1 Microsimulazione dinamica della circolazione a supporto alla pianificazione ferroviaria

2 Cosa è Opentrack OpenTrack è uno strumento di supporto alla pianificazione ferroviaria (sia dell infrastruttura che dell esercizio) basato sulla simulazione sincrona e guidata dagli eventi della circolazione. Durante il processo di simulazione, OpenTrack, riproduce nel dettaglio il comportamento dinamico di tutti gli elementi del sistema ferroviario così come le mutue interazioni tra questi. In questo modo consente l analisi dinamica della circolazione ferroviaria simulata in tutti i suoi aspetti tecnico-operativi. Lo sviluppo di OpenTrack è iniziato alla fine degli anni novanta come progetto di ricerca all interno dello Swiss Federal Istitute of Technology di Zurigo: obiettivo del progetto ero lo sviluppo di uno strumento software in grado di offrire risposte ai problemi di circolazione ferroviaria attraverso la sua simulazione.

3 In sintesi OpenTrack riproducendo in maniera fedele e puntuale la circolazione ferroviaria fornisce supporto analitico per: - pianificare le caratteristiche delle infrastrutture future sulla base delle esigenze di esercizio previste; - analizzare la capacità di linee e nodi e individuarne gli elementi di criticità; - effettuare valutazioni sul materiale rotabile (per fissarne, ad esempio, i requisiti prestazionali minimi in base all esercizio che si intende realizzare); - costruire i programmi d esercizio e valutarne la robustezza (capacità di riassorbire eventuali ritardi) utilizzando simulazioni ricorsive con scenari perturbati secondo il metodo Monte Carlo; - analizzare diversi sistemi di segnalamento, come blocchi brevi, LZB, Livello 1, 2 o 3 (blocco mobile); - prevedere gli effetti sulla circolazione in una rete complessa di guasti (ad esempio all'infrastruttura o ai treni), restrizioni alla circolazione lavori, ritardi; - stimare il fabbisogno energetico per la realizzazione di un certo modello d esercizio attraverso il calcolo del consumo energetico di ciascun treno coinvolto; - simulare reti, linee o nodi di sistemi tranviari; - simulare reti, linee o nodi di metropolitane; - simulare ferrovie a levitazione magnetica.

4 L archittetura logica Input Simulazione Output Diagrammi Materiale rotabile Interattività Orari grafici Occupazione dei binari Infrastruttura Statistiche Orario ferroviario Animazioni Tabulati

5 Infrastruttura e impianti Analisi di un nodo complesso OpenTrack consente l analisi dell esercizio ferroviario sia all interno di singoli nodi, sia di intere linee o reti complesse

6 Infrastruttura e impianti Tutti gli elementi del piano schematico della rete vengono riprodotti e descritti con una serie di parametri che permettono durante la simulazione di ricostruirne fedelmente i comportamento in qualsiasi situazione di circolazione : - tratte elementari di binario - segnali - deviatoi - stazioni/fermate Ricostruzione dell infrastruttura

11 Infrastruttura e impianti Tutti gli elementi del piano schematico della rete vengono riprodotti e descritti con una serie di parametri che permettono durante la simulazione di ricostruirne fedelmente i comportamento in qualsiasi situazione di circolazione : - tratte elementari di binario - segnali - deviatoi - stazioni/fermate Ricostruzione dell infrastruttura Non solo gli elementi materiali, fisicamente individuabili, ma anche quelli immateriali che sono alla base del sistema di sicurezza della circolazione ferroviaria - sezioni di blocco - instradamenti - circuiti di binario

12 Infrastruttura e impianti Tutti gli elementi del piano schematico della rete vengono riprodotti e descritti con una serie di parametri che permettono durante la simulazione di ricostruirne fedelmente i comportamento in qualsiasi situazione di circolazione : - tratte elementari di binario - segnali - deviatoi - stazioni/fermate Non solo gli elementi materiali, fisicamente individuabili, ma anche quelli immateriali che sono alla base del sistema di sicurezza della circolazione ferroviaria - sezioni di blocco - instradamenti - circuiti di binario Ricostruzione dell infrastruttura

13 Infrastruttura e impianti Tutti gli elementi del piano schematico della rete vengono riprodotti e descritti con una serie di parametri che permettono durante la simulazione di ricostruirne fedelmente i comportamento in qualsiasi situazione di circolazione : - tratte elementari di binario - segnali - deviatoi - stazioni/fermate Ricostruzione dell infrastruttura Non solo gli elementi materiali, fisicamente individuabili, ma anche quelli immateriali che sono alla base del sistema di sicurezza della circolazione ferroviaria - sezioni di blocco - instradamenti - circuiti di binario

14 Materiale rotabile Per tutti gli elementi di trazione, OpenTrack richiede l implementazione di una serie di parametri, tra cui la curva di trazione, necessari per la risoluzione della equazione del moto durante la simulazione. Inputazione del materiale rotabile

15 Materiale rotabile Altri dati, sempre necessari alla risoluzione dell equazione del moto durante la simulazione, sono relativi all intera composizione. Parametri stocastici possono essere usati per una simulazione ancora più fedele alla realta. Inputazione del materiale rotabile

16 Orario ferroviario Inputazione del programma d esercizio Per l implementazione del programma d esercizio da simulare, per ogni treno devono essere definiti i seguenti elementi: - materiale rotabile - itinerario (con varianti) - livelli prestazionali (in orario/in ritardo) - tabella oraria - connessioni tra treni e regole di priorità

20 Orario ferroviario Inputazione del programma d esercizio Per l implementazione del programma d esercizio da simulare, per ogni treno devono essere definiti i seguenti elementi: - materiale rotabile - itinerario (con varianti) - livelli prestazionali (in orario/in ritardo) - tabella oraria - connessioni tra treni e regole di priorità Il tabulato orario può essere facilmente importato o esportato sotto forma di file ASCII o Excel.

22 Simulazione Simulazione dinamica della circolazione Durante la simulazione i treni percorrono la rete secondo gli itinerari loro assegnati cercando di obbedire alla loro tabella oraria. La risoluzione dell equazione differenziale del moto è la base per la simulazione del moto dei treni. Tuttavia OpenTrack tiene conto anche delle eventuali restrizioni imposte dal sistema di sicurezza attraverso l impianto di segnalamento che possono anche impedire la prosecuzione della marcia del treno.

23 Simulazione Simulazione dinamica della circolazione Durante la simulazione i treni percorrono la rete secondo gli itinerari loro assegnati cercando di obbedire alla loro tabella oraria. La risoluzione dell equazione differenziale del moto è la base per la simulazione del moto dei treni. Tuttavia OpenTrack tiene conto anche delle eventuali restrizioni imposte dal sistema di sicurezza attraverso l impianto di segnalamento che possono anche impedire la prosecuzione della marcia del treno. Tutti i dati relativi all evoluzione dello stato di ciascun elemento del sistema (treno, segnale, tratto elementare di binario, ecc.) durante la simulazione vengono memorizzati e possono essere sfruttati per varie visualizzazioni dei risultati o per essere esportati ed elaborati esternamente.

24 Simulazione La simulazione può essere lanciata anche in modalità animata permettendo all utilizzatore di seguire il movimento dei treni, l occupazione e prenotazione delle sezioni di blocco e il modificarsi dell aspetto dei segnali. Simulazione dinamica della circolazione

25 Output Diagramma Velocità/Spazio Diagrammi Diagramma Accelerazione/Spazio Diagramma Potenza assorbita/spazio Solo alcuni esempi dei diagrammi attraverso cui visualizzare i dati memorizzati durante la simulazione

26 Output Confronto tra orari grafici Nell orario grafico è possibile effettuare il confronto tra previsto e simulato l orario grafico previsto da orario (tratteggiato) con quello ottenuto dalla simulazione (tratto continuo)

27 Output Confronto tra orari grafici Nell orario grafico è possibile effettuare il confronto tra previsto e simulato l orario grafico previsto da orario (tratteggiato) con quello ottenuto dalla simulazione (tratto continuo) ed le evidenziare criticità (cerchietti colorati)

28 Output Confronto tra orari grafici Nell orario grafico è possibile effettuare il confronto tra teorici - simulati l orario grafico previsto da orario (tratteggiato) con quello ottenuto dalla simulazione (tratto continuo) ed le evidenziare criticità (cerchietti colorati) o visualizzare le scale di occupazione delle sezioni di blocco

29 Output Diagramma di occupazione dei binari di stazione Visualizzazione della percentuale di occupazione (tempo) Diagrammi di occupazione dei binari Solo alcuni esempi dei diagrammi attraverso cui visualizzare i dati memorizzati durante la simulazione

30 Output Tabulati di dati esportabili

31 Compagnie ferroviarie che usano OpenTrack (2005) (2006) (2005) (2005) (2004) (2002) (2005) (2001) (2006) (2002) (1999) (2002) (2009) (2000) (2009) (1999) (2005)