Supervision ferroviaire

Présentation de la plateforme

Pour contribuer à son développement, le laboratoire HEUDIASYC accueille trois plateformes dédiées aux applications ferroviaires dans le cadre d'études et de projets de recherches sur la sûreté de fonctionnement et l'analyse du facteur humain :

  • Un simulateur d'un poste de supervision de trafic ferroviaire.
  • Un simulateur de conduite sous signalisation normalisée européenne ERTMS/ETCS.
  • Un simulateur de développement de train autonome.

Les projets de recherche sont effectués par les membres de l'équipe autour de l'analyse des facteurs humains (comportement des superviseurs ou contrôleurs, et des conducteurs). Les plateformes servent de supports aux doctorants dans le cadre de thèses portant également sur le facteur humain et la relation Homme/machine.

Le simulateur de train autonome est dédié aux travaux de recherche liant sureté de fonctionnement et intelligence artificielle embarquée, en partenariat avec l'IRT Railenium dans le cadre du projet Train Fret Autonome.

La formation sur simulateurs est dédiée aux professionnels en formation continue dans le cadre du mastère spécialisé Systèmes de Transports Ferroviaires et Urbains en partenariat avec l'ENPC et les différents acteurs industriels du monde ferroviaire. De plus, vu l'importance de nos plateformes, les simulateurs servent de démonstrateurs pour les nombreuses visites d'industriels et d'institutionnels.

La plateforme est donc utilisée pour la recherche, ainsi que pour l'enseignement, en permettant la validation sur simulateurs de scénarios identifiés de manière théorique par les approches intégrées d'analyse en sûreté de fonctionnement de systèmes sociotechniques.

Nos tutelles :

Nos partenaires

  • IFSTTAR (Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux) : L'IFSTTAR possède le même simulateur ERTMS/ETCS que notre plateforme. Les deux simulateurs sont connectables et peuvent jouer des simulations en coopérations pour des tests de supervision comprenant plusieurs PCC et des RBC réparties.
  • LAMIH (Laboratoire d'Automatique, de Mécanique et d'Informatique Industrielles et Humaines - Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis) : Partenariat de projets de recherche (Thèses)
  • Hitachi Rail STS : Leader internationnal de la signalisation ferroviaire et de systèmes intégrés pour le transport de passager et le fret ferroviaire. Hitachi STS est le fabricant de notre simulateur de supervision ferroviaire et est un partenaire actif dans les cours du mastère en transport urbain et ferroviaire.
  • ENPC (Ecole Nationale des Ponts et Chaussées) : partenaire et coordinateur du mastère spécialisé Systèmes de Transports Ferroviaire et Urbains.
  •  IRT Railenium : Institut Technologique de la recherche ferroviaire, partenaire dans différents projets de recherches (thèses) et projets industriels.

Le simulateur de conduite ERTMS

Le simulateur de conduite ERTMS (European Rail Traffic Management System) est développé par la société ERSA. Il est constitué d'une station de contrôle des scénarios, de quatre postes de conduites, dont deux disposent d'une visualisation en 3D sur deux stations distinctes.



La possibilité d'avoir jusqu'à quatre conducteurs simultanément dans un même scénario fait de ce simulateur est un des plus importants d'Europe au niveau académique. La plupart des laboratoires de recherche et des universités ne disposent généralement que d'un ou deux postes de conduites.

Interface Homme-Machine (DMI)




Le système ERTMS/ETCS est conçu en respect de la baseline 2 de la Commission européenne ERTMS/ETCS. Le simulateur permet de reproduire les affichages de signalisation en cabine issus de l'ETCS (European Train Control System) sur un DMI (Display Machine Interface) tel que cela se produit dans un train réel équipé ERTMS.

Système ETCS





Le système ETCS du simulateur comporte un module d'affichage des courbes du profil de vitesses de la ligne qui permet de voir graphiquement les changements de vitesse calculés pour une autorisation de mouvement donnée. Il est également possible d'afficher les logs des transmissions RBC. (Ces affichages n'existent pas sur les ETCS réels.)

Poste préparateur

Le poste du préparateur permet :

  • de créer les plans de voies sur lesquels les trains vont circuler,
  • de définir les événements successifs qui vont composer les scénarios,
  • de superviser la circulation des trains lors du déroulement de scénarios.

Les plans de voies des scénarios sont configurables à volonté, tant dans leurs caractéristiques (longueur, type de voie, nombre de voies parallèles, profiles de courbes, profiles de vitesses, électrification, types de signaux lumineux, panneaux latéraux, etc.) que dans leur environnement (nombre de gares, environnement d'évolution (campagne, ville, foret, etc.)). Il en va de même avec les trains qu'il est possible de simuler. Le système permet de configurer les caractéristiques de chaque train (poids, accélération, freinage, inertie, longueur, électrification supportée, etc.). Les scénarios peuvent être joués de façon entièrement manuelle (supervision, réservation des cantons, autorisations de mouvement, conduite des trains), ou totalement (ou partiellement) automatique. Dans le cas de scénarios en conduite automatique, il est à prévoir d'établir des tables horaires pour que la circulation des trains soit effective.

Rendu 3D



Afin d'obtenir un rendu de simulation le plus fidèle possible à la réalité, la plateforme est équipée de deux postes dédiés aux rendus de scènes en 3D. Lors de l'exécution des scénarios, ces deux postes affichent une vue depuis la cabine d'un des trains en circulation. Une vue libre, dirigeable au clavier est également possible.

Supervision de trafic ferroviaire

Le simulateur de supervision de trafic ferroviaire, ou RCCS (Route Control Centre System), est développé par la société Hitachi STS (ex-Ansaldo STS). Ce système est une reproduction fidèle du centre de supervision d'Ashford, où se trouve la salle de régulation de la ligne 'High Speed One' en Angleterre (LGV reliant Londres-Saint-Pancras à Eurotunnel).



Le simulateur est composé de cinq stations de travail :

  • un contrôleur de simulation
  • deux signaleurs (ou aiguilleurs)
  • un superviseur
  • un mainteneur

Chaque station est connectée à une machine virtuelle simulant le serveur réel d'exploitation tel qu'il se trouve à Ashford.

Postes de signaleurs


Les deux postes de signaleurs permettent une visualisation rapide et précise de tous les évènements de la ligne. Les signaleurs ont le contrôle des itinéraires réservés par les trains ainsi que la position exacte de ces derniers, l'ensemble des équipements sols de la ligne, les signaux et les aiguilles ainsi que leur état ou position, l'occupation des quais, etc. La réservation des itinéraires est automatiquement gérée par le système ARS (Automatic Route Setting) en fonction des la programmation des trains (horaire, type, arrêts, etc.), mais les opérateurs peuvent intervenir à tout moment en mode manuel.

Interface du superviseur



L'interface du superviseur (ou table horaire) permet de visualiser l'ensemble du trafic ferroviaire dans l'espace et le temps. Le graphique représenté est généré en fonction de la programmation de la journée d'exploitation. La difficulté de cette ligne réside dans le fait que les TGV Eurostar (courbes roses) évoluent sur les mêmes voies que les trains de banlieue (courbes bleues), beaucoup plus lents. Cette interface permet également de visualiser ou de modifier très rapidement l'itinéraire d'un train. La modification sera ensuite prise en compte par l'ARS.

Interface du mainteneur





L'interface du mainteneur permet de visualiser l'ensemble des alertes matériel et système, comme les pannes d'aiguille, de signaux, la perte de liaison avec un train, etc.

Le simulateur de train autonome


Dans le cadre du projet Train Fret Autonome, en partenariat avec l'IRT Railenium, le laboratoire s'est équipé d'un simulateur de train autonome au printemps 2019. Cet équipement fait partie du programme CPER, financé par la région Hauts-de-France et le FEDER. Le simulateur est une réalisation d'Oktal Sydac, du groupe Sogéclair et il est, à notre connaissance, le premier du genre en Europe.


Le simulateur est basé sur un modèle destiné à l'apprentissage de la conduite de train pour les conducteurs SNCF pour garantir la conformité de la signalisation et le fonctionnement des équipements de bord. Le logiciel de simulation est modifié pour intégrer les éléments essentiels au développement d'un ATO (Automatic Train Operation) et permettre cette application tierce d'interagir avec le train et son environnement.

Le pupitre de conduite et ses systèmes

Le pupitre de conduite reproduit fidèlement les commandes d'une motrice ferroviaire en mêlant des commandes physiques et des commandes virtuelles sur deux écrans tactiles. Des boutons bistables additionnels configurables permettent d'interagir avec l'application tierce (ATO). De ce fait, le train simulé peut être conduit manuellement, partiellement autonome (utilisation d'ADAS) ou pleinement autonome. Il est équipé des systèmes de signalisation embarqués KVB et TVM, ainsi, que des systèmes de sécurité standards : RSO, DAAT, SAL et SAR. Dans un avenir proche, au printemps 2021, l'ERTMS/ETCS (niveau 1 et 2) viendra compléter nos systèmes embarqués.

Scénarisation

Le simulateur est totalement configurable. Les lignes sont éditables pour répondre à tous les cas de figure. La signalisation au sol est conforme aux standards français et regroupe la majeure partie des éléments de la signalisation mécanique, fixe et lumineuse. Une bibliothèque d'éléments de décors 3D permet d'étoffer les lignes et de faire évoluer le train dans différents milieux. Le système de gestion des évènements permet de générer différents types de situation et d'aléas :

  • Changement météorologique (dégagé, nuageux, pluvieux, neige, brume, brouillard)
  • Évolution du scénario à diverses heures de la journée (jour et nuit sur 24h)
  • Apparition d'objet 3D sur la voie (obstacles : rocher, voiture, piétons, animaux, arbre couché, etc.)
  • Pannes de signaux
  • Anomalies sur le convoi (train principal, train lièvre ou croiseur)
  • Panne d'équipements bord

Les trains peuvent être de différentes compositions, en nombre et type de wagons. Des capteurs virtuels peuvent être installés sur le train principal. Nous disposons des capteurs principaux pour la robotique autonome : GPS, radar, lidar, caméra, caméra nocturne.

Contact

Responsable scientifique
Walter Schön
Tél : 03 44 23 44 83 | Contacter par mail

Responsable technique
Yohan Bouvet
Tél : 03 44 23 79 93 | Contacter par mail

Pour aller plus loin