Tecnica del Traffico: Circolazione Ferroviaria - Docente: Stefano Ricci Sapienza Università di Roma
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1st SUMMER SCHOOL SIDT
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO (SA)
Mercoledì 5 – Mercoledì 12 Settembre 2018
Tecnica del Traffico:
Circolazione Ferroviaria
Docente: Stefano Ricci
Sapienza Università di Roma
07 settembre 2018
Contenuti
•
Circolazione in linea
•
Concetti di base del deflusso a densità controllata
•
Distanziamento minimo e concetto di potenzialità
•
Metodi analitici ed analogici per il calcolo della potenzialità
•
Sistemi di segnalamento
•
Circolazione nei nodi
•
Impianti puntuali
•
Potenzialità di nodi semplici e complessi
•
Apparati centrali di stazione
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Sto
f
d
n
m
Rin
Legge fondamentale del
ci
i
e
ni
a
d
Ec
n
deflusso
mi Φ = flusso
V
V V V
e
ro V = velocità d V
ia
a δ = densità
V
V
Sistema continuo (es. funivia) d
V
V
sV V L
Sistema ferroviario
3
Sto
f
d
n
m
Rin
ci
i
Deflusso a densità controllata
e
ni
a
d
Ec
n
V
mi V
V 2
e k V L
2a
ro
ia
a
k dipendente dal sistema di distanziamento
k = 1 per marcia a vista (es. tram)
k = 2 per sezioni di blocco protette da segnali a tre aspetti
4
Circolazione in linea: concetto
di potenzialità
Potenzialità = Capacità di circolazione
Fattori determinanti e definizione
Caratteristiche fisiche e funzionali di linee, stazioni e treni circolanti
Ulteriori numerosi ed eterogenei fattori
Assenza di un’unica definizione: letteratura ricca di definizioni e
classificazioni
Potenzialità teorica
Massimo numero di movimenti di rotabili che gli elementi della rete
possono consentire in periodi di tempo definiti
Potenzialità pratica
Gabriele Malavasi & Stefano Ricci
Massimo numero di rotabili che possono circolare attraverso
5
gli
elementi della rete con determinati requisiti di qualità
Circolazione in linea:
distanziamento temporale
minimo sr sa
d
so L
v2
d sr sa s0 L v t r s0 L
2a
sr = spazio percorso durante il tempo di reazione tr
TRENO 2 TRENO 1
(dalla percezione della necessità di rallentare alla piena operatività del
sistema frenante)
sa = distanza d’arresto
s0 = margine di sicurezza
L = lunghezza del treno più lungo
v = velocità del treno più rapido
a = accelerazione di servizio
1 1
P
d v s0 L t t v s0 L
t tr r
v
Distanziamento 2temporale
a v minimo 2a
Potenzialità v
Gabriele Malavasi & Stefano Ricci
6
Circolazione in linea:
potenzialità teorica
Dipendenza dalla velocità
A bassa velocità: crescente con la velocità 1 1
P
(secondo termine a denominatore trascurabile t t v s0 L
rispetto al terzo) r
2a v
Ad alta velocità: decrescente con la velocità
(terzo termine a denominatore trascurabile
rispetto al secondo)
Varietà delle velocità dei treni circolanti
Dipendenza dal sistema di
distanziamento
Sezioni di blocco fisse consentono la
conoscenza della posizione dei treni in modo
discontinuo (approssimazione dipendente
Gabriele Malavasi & Stefano Ricci
dalla lunghezza delle sezioni stesse)
Circolazione in linea:
potenzialità teorica con
distanziamento fisso
G R
TRENO 2 TRENO 1
SEGNALE DI AVVISO
SEGNALE DI PROTEZIONE
v2
vt r so
2a
d d = λ + δ + D + s0 + L 1 v
t P
v t d
d indipendente dalla velocità
D = sezione di blocco fissa
Gabriele Malavasi & Stefano Ricci
8
Circolazione in linea: dalla
capacità teorica a quella
pratica Y
S
Variabilità della velocità
Tempo di riferimento A B C D
Estensione (potenzialità oraria, giornaliera, ecc.)
Collocazione (periodi di picco e di morbida, ecc.)
Tipologie di traffico e loro sequenze X t
t min t min
Differenziazione dei servizi t
Distribuzione dei tempi di arrivo
Regimi di circolazione e sistemi di segnalamento
Attuazioni e liberazioni (tempi tecnici di )
Stazioni
Numero, tipologie, distanze reciproche
Standard di regolarità dei servizi 9
Circolazione in linea: relazione
fra potenzialità e regolarità dei
servizi
T
Relazioni qualitative P
Generazione di conflitti e ritardi dovuti alla densità dit fmcircolazione
t r t zu
Complessa formalizzazione delle relazioni fra parametri rilevanti
Utilizzabilità della capacità residua
Gabriele Malavasi & Stefano Ricci
10
Metodi di calcolo della potenzialitàSistemi di segnalamento:
regimi di circolazione e sistemi
di blocco
Sezione di blocco occupata da un solo treno alla volta
Chiusa se non liberata da treni occupanti in precedenza
Regimi di circolazione
Consenso: impone la richiesta di concessione della via libera della
sezione di blocco da percorrere
(Sezioni considerate normalmente occupate)
- Blocco Telefonico (BT)
- Blocco Elettrico Manuale (BEM)
Giunto: richiede la trasmissione dell’informazione che il treno sia
arrivato nella sua interezza al di fuori della sezione di blocco
percorsa
(Sezioni considerate
UNIVERSITÀ normalmente
DEGLI STUDI libere)
DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018Funzioni dei segnali Segnali di Prima Categoria (Main Signals) Posti immediatamente prima del punto da proteggere Punti protetti - Stazioni - Bivi - Passaggi a Livello Non oltrepassabili a via impedita - Eccezione con precauzioni: Segnali Permissivi sulle linee con BEA Segnali di Avviso (Advance Signals) Posti prima di quelli di Prima Categoria per fornire informazioni su di essi UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Segnalamento di
distanziamento e velocità V V
F.V.
V
VIA LIBERA INCONDIZIONATA
Situazioni d’esercizio VG
GR
F.V.
R
FERMATA IN STAZIONE CON RIDUZIONE
DI VELOCITA' A 60 km/h
- Esempi VG GR
F.V.
R
FERMATA IN STAZIONE CON RIDUZIONE
DI VELOCITA' A 30 km/h
G F.V.
G R
FERMATA IN STAZIONE CON DISTANZA
NORMALMENTE RIDOTTA FRA I SEGNALI
600 - 1200 m
F.V.
V G R
FERMATA IN STAZIONE CON DISTANZA
NORMALE FRA I SEGNALI
> 1200 m
F.V.
G GG R
FERMATA IN STAZIONE CON DISTANZA
ANORMALMENTE RIDOTTA FRA I SEGNALI
350 - 600 m
V
F.V.
VG VR
TRANSITO IN STAZIONE CON RIDUZIONE
DI VELOCITA' A 30 km/h
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018Ripetizione dei segnali e
controllo di velocità
Ausilio al rispetto dei segnali disposti lungo linea
Necessari per incremento velocità e intensità di circolazione
1) Passivi: solo richiamo o avvertimento ottico e/o acustico
all’avvicinarsi di un segnale più restrittivo del precedente
2) Attivi: sistemi di controllo automatico della marcia capaci
di intervenire in caso di mancato rispetto del
segnalamento
Principio: scambio informativo fra infrastruttura e veicolo
-)
Discontinuo (Crocodile, INDUSI, BACC+SCMT, TVM,
ERTMS L1)
-)
Semicontinuo
UNIVERSITÀ DEGLI(LZB,
STUDI ERTMS L1)FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
DI SALERNO,Sto
f
d
n
m
Rin
Impianti puntuali:
ci
i
e
ni
a
d
Ec
n
caratteristiche del deflusso
mi Capacità (di sosta per servizio)
e
ro
ia
a
Inverso del distanziamento temporale tra
unità veicolari che liberano l'impianto o parti
di esso dopo aver svolto il servizio
Potenzialità (di circolazione)
Inverso del distanziamento temporale tra
unità veicolari che circolano nell’impianto o
15Ste
m f
nn
li
Pa
m
Peculiarità dei sistemi
sa
tg
t
e
m
r
i
ferroviari
Funzionamento secondo un programma d’esercizio
(Orario)
Distribuzione di eventi tendenzialmente ordinata e ripetitiva in periodi
fissati (giornaliero, settimanale, ecc.)
Distribuzione statistica degli arrivi e dei servizi
Fenomeni interagenti a determinare l’orario reale
- Ritardi generati fuori dell’impianto (arrivi)
- Ritardi generati nell’impianto (servizi)
Applicazioni tipiche nel dimensionamento d’impianti
ferroviari
Numero di binari di sosta in impianto passeggeri o merci
Numero di serventi per erogazioni servizi all’utenza (es. biglietterie)
16
- Pluralità di programmi d’esercizio nella vita utileSt
f
n
Ri
ci Capacità degli impianti
ferroviari: distribuzioni degli
arrivi e dei servizi
Arrivi: distribuzione di Poisson
Probabilità che si abbiano n eventi entro un tempo t indipendente da t
(processo stazionario)
Impossibilità di eventi n
contemporanei (eventi rari)
t R
p
Probabilitàt t
n che sitverifichi un arrivo in un intervallo t pari a t
e n! N
M n 2 (n) t
R = numero totale degli eventi
t
N = numero osservazioni di durata t 1
Tm
t e
Tm
= tasso medio degli arrivi
17Capacità degli impianti
ferroviari: teoria delle code
Campo di applicazione
Intensità di traffico = / < 1
(Se ≥ 1 in regime stazionario la coda cresce all’infinito nel tempo)
Calcolo delle Probabilità
Di avere n unità in S (coda + unità
Pservite):
n 1 1 Pn = (
N 1 N 1
/ )n [1- ( /
)] = n (1- ) n N 1
Di non attendere (0 unità nel sistema): P0 =M1 n-
1 1
Di avere in S più di N unità (n > N): 2
M Pn ( n 1) Pn M n 1 P0 M n
1 n2 1 1
M n
Tms M n Tms
Calcolo dei parametri spaziali e temporali M
Tmf M Tmf18
Capacità degli impianti
ferroviari: processi di
simulazione
Campi di applicazione
Fenomeno non agevole da esprimere e sviluppare analiticamente
Regimi transitori
(es. interruzioni del servizio frequenti)
Funzioni di distribuzione degli arrivi e/o dei servizi complesse
(es. non riconducibili a Poisson, Erlang, esponenziale)
Sistemi in cascata per i quali non è accettabile la suddivisione in
sottosistemi (es. stazioni ravvicinate in cui la legge dei servizi della
prima influenza la legge degli arrivi della seconda)
Stefano Ricci Fondamenti di Tecnica ed Economia
Ferroviaria
19Processi di simulazione con
arrivi frequenti e rari
Arrivi frequenti: eventi continui simulazione sincrona
wi + si - ti > 0 wi+1 = wi + si – ti
Stefano Ricci Fondamenti di Tecnica ed Economia
Ferroviaria
20Concetti di nodo semplice e
complesso
Nodo Semplice (es. X) : percorribile da un solo treno alla
volta
Nodo complesso (es. Y): percorribile da più di un treno alla
volta
Tempo di riferimento: T ≥ B + R
Tempo per attraversare il nodo da parte di tuti i treni (Σt = B)
Tempo d’attesa (ritardo) per conflitto con altri treni (Σt = R)
Tempo disponibile per altri treni (=0 in caso di saturazione, T = B + R)
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018Verifica del nodo semplice
Ipotesi
Tempi costanti per linea
(treni di una sola categoria)
Regola precedenze: FIFO
Densità di probabilità costante in T
t12 t 22
n1n2 di servizio)
(prudenziale, assenza orario 2T
Circolazione con ritardi >
Circolazione impossibile
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018Ste
m f
nn
li
Ri
Pa
Dal nodo semplice al nodo
sci
g
e
m
r
i
complesso
Peculiarità d’esercizio
Situazioni di compatibilità/incompatibilità potenziale fra più di due treni
Configurazione variabile a seguito delle posizioni multiple assumibili dai
deviatoi
Analisi di capacità
Identificazione possibili situazioni di traffico
Estensione del metodo utilizzato per i nodi semplici
Semplificazione del problema: focus su aree critiche che condizionano la
capacità
Nodi vicini condizionati reciprocamente per prossimità d’impianto e flussi
comuni
23Identificazione e compatibilità
degli itinerari
Tipologie di movimenti
Ingresso in stazione: itinerario da segnale di protezione a segnale di
partenza
Uscita da stazione: itinerario da segnale di partenza a ultimo deviatoio di
stazione
Entro stazione: manovra di gruppi di veicoli o treni interi
Identificazione itinerari in base a posizioni deviatoi
Possibili configurazioni operative
Verifica sistematica compatibilità itinerari
Matrice degli itinerari
- Itinerari su righe e colonne
- Condizioni di compatibilità/incompatibilità nelle celle
Grafo e albero degli itinerari
24Ste
m f
nn
li
Ri
Pa
Verifica in analogia con nodo
sci
g
e
m
r
i
semplice
Parametri di traffico
Numero di movimenti possibili
Tempo globale di occupazione del nodo
Ritardi generati da traffico
Parametri equivalenti
N = numero totale di treni circolanti nel tempo T
nm = numero medio itinerari compatibili
tm = tempo occupazione medio da parte di gruppi di nm treni
T = tempo di riferimento
Sequenza di N/nm eventi: nm treni occupano il nodo per tm N R
T
tm
∑R = ritardo generato da N treni
nm nm
∑R/ nm = tempo sottratto all’esercizio per circolazione di nm treniProcedura generale di verifica di circolazione nel nodo complesso UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Metodi di simulazione per lo studio dei nodi UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Apparati centrali di stazione: schema e tecnologie UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Apparati centrali di stazione:
schema e tecnologie
APPARATO CENTRALE
QUADRO LUMINOSO
OROLOGI
REGISTRATORI
Meccanici
QUADRO RELE'
E COLLEGAMENTI
Manovre degli enti e verifiche delle
BANCO DI MANOVRA
CENTRALINA
condizioni di sicurezza attuate
mediante dispositivi meccanici, idraulici
od oleodinamici
Elettromeccanici
DEVIATOI CIRCUITI
DI BINARIO
PEDALI SEGNALI
Manovre attuate mediante dispositivi
elettromeccanici, verifiche delle
SISTEMA PASSAGGI
condizioni di sicurezza attuate tramite
circuiti elettrici in cui si adotta una
DI BLOCCO A LIVELLO
DI LINEA
corrispondenza tra circolazione di
DISPOSITIVI DI PIAZZALE E DI LINEA
corrente e stato fisico e logico degli
enti
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018Riferimenti bibliografici
•
Bianchi M., Rizzo V. – Tecnica della
circolazione ferroviaria – CIFI, Roma, 1979
•
Cantarella G.E. (a cura di) - Sistema di
trasporto: Tecnica ed Economia - UTET
Edizioni Tecniche, Torino, 2007
•
Hansen I.A., Goverde R.M.P., Van Nes R.,
Wiggenraad P.B.L. – Design and Control of
Public Transport Systems. CT4811 – TU Delft,
11.2007
•
Hansen I.A., Pachl J. (editors) – Railway
timetable & traffic – Eurailpress, Hamburg,
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018Puoi anche leggere
