Introduction au GNSS dans la sécurité ferroviaire
Le transport ferroviaire se trouve à un moment charnière de l’évolution technologique. Le besoin de systèmes plus sûrs et plus efficaces a conduit à l’adoption de la technologie GNSS (Global Navigation Satellite System). Contrairement aux systèmes traditionnels qui reposent sur des balises physiques en bord de voie, les solutions basées sur le GNSS fournissent des données de localisation en temps réel et de haute précision, tout en réduisant les coûts d’infrastructure. Cependant, l’intégration du GNSS dans les systèmes ferroviaires n’est pas sans poser de problèmes.
Les erreurs à trajets multiples, les interférences de signaux et les exigences de sécurité strictes des réseaux ferroviaires requièrent des approches innovantes. Pour résoudre ces problèmes, Syntony GNSS et Hitachi Rail se sont associés dans le cadre d’un projet de pointe visant à atteindre le niveau d’intégrité de sécurité 4 (SIL 4), la norme de sécurité la plus élevée dans les systèmes ferroviaires. Cette collaboration associe des récepteurs GNSS avancés à la correspondance des cartes de signaux par satellite (SSM), établissant ainsi une nouvelle référence pour le positionnement et l’autonomie des trains.
Comprendre les défis du GNSS dans les réseaux ferroviaires
Les systèmes traditionnels de positionnement des trains reposent souvent sur des balises radio placées à intervalles réguliers le long des voies ferrées. Ces systèmes ont des coûts d’installation et de maintenance élevés, et leur précision diminue avec le temps en raison de l’environnement et de l’usure mécanique. Le GNSS offre une alternative prometteuse, mais son application dans les réseaux ferroviaires s’accompagne de son propre lot de défis :
- Masquage du signal et effets des trajets multiples: Les environnements urbains et les régions montagneuses peuvent bloquer ou déformer les signaux GNSS, ce qui entraîne des imprécisions.
- Démarrages à froid: Après de longues périodes d’arrêt ou de déménagement, les trains ne peuvent pas se fier aux données de position antérieures, ce qui rend la localisation initiale cruciale.
- Normes de sécurité: Le respect de la norme SIL 4 exige un positionnement précis et sûr, en particulier dans les couloirs ferroviaires très fréquentés où les erreurs peuvent avoir des conséquences catastrophiques.
Le projet entre Syntony GNSS et Hitachi Rail répond directement à ces défis grâce à une approche holistique de l’intégration GNSS.
Des technologies innovantes pour redéfinir la sécurité des trains
- Correspondance entre le signal et la carte satellite (SSM)
L’algorithme SSM est un élément central du projet. Cette technologie améliore la précision du GNSS en faisant correspondre les signaux satellites reçus à des points d’intérêt (POI) pré-cartographiés le long des voies ferrées. Contrairement aux systèmes traditionnels qui estiment les positions en fonction des mouvements continus, l’algorithme SSM identifie des points d’intérêt spécifiques avec une précision remarquable.
Cette technique est particulièrement efficace dans les scénarios où les voies sont parallèles, comme dans les systèmes ferroviaires urbains multi-lignes. En corrélant les données satellitaires avec des points géoréférencés connus, le SSM minimise le risque de mauvaise localisation, un facteur essentiel pour éviter les collisions et assurer la sécurité des passagers.
En outre, le SSM excelle dans la gestion des départs à froid. Même lorsque la position antérieure d’un train est inconnue, l’algorithme peut identifier sa position exacte en corrélant les signaux satellites actuels avec les données cartographiques stockées. Cette capacité le distingue des systèmes GNSS traditionnels, qui peinent dans des conditions similaires.
- Récepteur GNSS ORION de Syntony
Au niveau matériel, le récepteur ORION de Syntony GNSS fait partie intégrante du projet. La plateforme ORION combine une radio logicielle (SDR) capable de traiter les signaux GPS L1/L5 et Galileo E1/E5a avec une fonctionnalité brevetée de correspondance cartographique.
Ce récepteur avancé garantit un fonctionnement fiable, même dans des environnements difficiles. Par exemple :
- Détection de démarrage à froid: Le récepteur peut localiser le train sans mouvement préalable ni connaissance de sa position.
- Différenciation des voies: En analysant la qualité de la corrélation des signaux, le système détermine la voie exacte occupée par le train, ce qui est crucial dans les scénarios à voies multiples.
- Évolutivité: L’architecture logicielle du récepteur ORION permet des mises à jour faciles et une compatibilité avec les normes GNSS en constante évolution.
- Une mise en œuvre de qualité industrielle
Le logiciel de localisation autonome (ALS) fonctionnant sur la plate-forme de Syntony s’appuie sur un ordinateur de qualité industrielle approuvé pour les applications ferroviaires. Cette configuration robuste garantit la fiabilité et la durabilité dans des conditions opérationnelles exigeantes, qu’il s’agisse de conditions météorologiques extrêmes ou de vibrations constantes.
Applications et essais en situation réelle
Les essais sur le terrain ont joué un rôle essentiel dans la validation des technologies du projet. À Vélizy, en France, des simulations et des essais en conditions réelles ont été réalisés à l’aide d’antennes de toit et de systèmes embarqués. Ces tests ont démontré
- Une précision de positionnement exceptionnelle, même dans les réseaux ferroviaires complexes.
- Démarrage à froid fiable, éliminant le besoin de systèmes hybrides impliquant la navigation inertielle ou l’odométrie.
- Évolutivité en vue d’une intégration dans divers environnements ferroviaires à l’échelle mondiale.
L’objectif ultime du partenariat est d’atteindre la norme SIL 4 d’ici à la fin de 2025, ouvrant ainsi la voie à l’adoption généralisée des systèmes GNSS dans les réseaux ferroviaires du monde entier.
Implications pour l’avenir du transport ferroviaire
Une fois entièrement mis en œuvre, le système de positionnement des trains basé sur le GNSS, développé par Syntony GNSS et Hitachi Rail, révolutionnera les opérations ferroviaires. Les principaux avantages sont les suivants :
- Sécurité accrue: Un positionnement précis minimise le risque d’accident, en particulier dans les couloirs à forte circulation.
- Rentabilité: En réduisant la dépendance à l’égard de l’infrastructure physique, les opérateurs ferroviaires peuvent réduire considérablement leurs dépenses de maintenance.
- Opérations autonomes: Les systèmes basés sur le GNSS sont essentiels pour les trains autonomes de la prochaine génération, qui promettent une efficacité accrue et une réduction des erreurs humaines.
Cette innovation s’aligne également sur les tendances plus générales de l’industrie en matière de durabilité et de mobilité intelligente. Avec l’urbanisation qui stimule la demande de transports publics efficaces, les technologies GNSS avancées offrent des solutions évolutives pour répondre à ces besoins.
Impacts plus larges sur les applications GNSS
Le succès de ce projet met en évidence la polyvalence croissante du GNSS dans des domaines non traditionnels. Au-delà du rail, des technologies similaires pourraient améliorer la sécurité et l’efficacité dans des secteurs tels que le transport maritime, les véhicules autonomes et les opérations minières. En démontrant la faisabilité du GNSS de haute précision dans les réseaux ferroviaires, Syntony GNSS et Hitachi Rail créent un précédent en matière d’innovation intersectorielle.
La collaboration entre Syntony GNSS et Hitachi Rail marque une étape importante dans l’évolution du transport ferroviaire. En surmontant les limites des systèmes traditionnels et en exploitant tout le potentiel du GNSS, ce partenariat crée des réseaux ferroviaires plus sûrs, plus efficaces et plus durables. À mesure que le projet progresse vers l’obtention de la norme SIL 4, il promet de redéfinir les normes de positionnement des trains et d’ouvrir la voie à une nouvelle ère de technologie ferroviaire autonome.