Los Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS, por sus siglas en inglés) son de gran utilidad para multitud de sectores, incluido el transporte. En 2016, Europa declaró los servicios iniciales de su propio sistema, Galileo, que supone un enorme avance en cuanto a prestaciones, calidad y diversidad de servicio, además de ofrecer independencia y soberanía a los usuarios.

A diferencia del GPS estadounidense, el GLONASS ruso o el BeiDou chino –con los que, por otro lado, es interoperable–, el sistema europeo Galileo es el primero de la historia diseñado específicamente para uso civil, para diferentes grupos de usuarios y distintos servicios (abierto, de alta precisión, autenticado, gubernamental, emergencias/búsqueda y rescate, etc.). Pero, además, ofrece unas prestaciones sin precedentes en cuanto a precisión y calidad de las señales.

Proyectos europeos como RailGAP, en el que participa Ineco junto con Adif y CEDEX, dan continuidad a investigaciones anteriores sobre el uso del posicionamiento GNSS. / FOTO_MITMA

En el ámbito ferroviario, las aplicaciones basadas en GNSS sirven, por una parte, para optimizar la logística, mejorar la gestión del material rodante y remolcado, ofrecer servicios de información al viajero, etc.; y por otra, aumentar la seguridad y el control con un coste bajo, al poder sustituir las balizas físicas de ERTMS (Sistema Europeo de Señalización Ferroviaria) por balizas virtuales. Así, el uso del posicionamiento por satélite con ERTMS permitirá reducir costes en el despliegue del sistema que la Comisión Europea está impulsando en los principales corredores del continente –labor que, precisamente, coordina Ineco (ver ITRANSPORTE 70)–, sobre todo en líneas regionales y de bajo tráfico.

De la baliza física a la virtual

La compañía, junto con Adif, el Administrador de Infraestructuras Ferroviarias español, y el CEDEX, el Centro de Experimentación de Obras Públicas del MITMA, y otros socios internacionales, ha participado en los últimos años en varios proyectos europeos de innovación dedicados a probar y caracterizar la tecnología de satélite en el ámbito ferroviario.

Las pruebas con trenes en un entorno real que hasta ahora se han realizado, como las del proyecto ERSAT GGC en 2019 (ver ITRANSPORTE 68), demuestran la idoneidad de Galileo frente al resto de sistemas. Sin embargo, la tecnología presenta aún inconvenientes técnicos que es preciso resolver antes de llegar al mercado en forma de soluciones comerciales. Así, la orografía de los trazados de algunas líneas y la presencia de elementos como túneles, pasos superiores, obstáculos naturales o áreas urbanas provocan zonas ‘oscuras’ en la transmisión de la señal GNSS, lo que limita el funcionamiento de las balizas virtuales. Además, existen otros problemas derivados de las interferencias intencionadas como el jamming o el spoofing. Aquí es donde la fusión con otras tecnologías y desarrollos de navegación pueden ayudar a resolver estos problemas.

El uso de GNSS para operaciones ferroviarias depende en gran medida de la configuración del entorno; de ahí la necesidad de clasificar e identificar los factores que contribuyen al funcionamiento en condiciones degradadas

El proyecto RAILGAP, (RAILway Ground truth and digital mAP), que arrancó a principios de 2021 y se prolongará hasta 2023, da continuidad a las investigaciones anteriores en este ámbito. Incluido en el programa Horizonte 2020, y gestionado por la EUSPA, Agencia de la Unión Europea para el Programa Espacial, está liderado por el gestor de infraestructuras italiano Rete Ferroviaria Italiana (RFI) y en él participan las empresas (Radiolabs, Hitachi Rail STS, RINA, Trenitalia, ASSTRA, Adif, CEDEX, Ineco, DLR, Université Gustave Eiffel y Unife).

Su objetivo es desarrollar soluciones innovadoras de alta precisión para la obtención del denominado ground truth y de los mapas digitales de las líneas ferroviarias, esenciales para obtener el posicionamiento de los trenes con fiabilidad y eficiencia. El ground truth proporcionará los datos de coordenadas geográficas del tren en función del tiempo, junto con variables dinámicas del mismo como la velocidad o la aceleración. Para ello, se recopilarán cantidades masivas de datos de trenes, tomadas con varios tipos de sensores, con lo que se pretende mejorar la exactitud del mapeo en las zonas ‘oscuras’, como áreas urbanas, con abundante vegetación, trincheras, etc.

Las soluciones propuestas se basan en la utilización de otros sensores como cámaras, sensores LIDAR o unidades inerciales junto con tecnologías de inteligencia artificial para mejorar el posicionamiento proporcionado por GNSS en las zonas ‘oscuras’. Los sensores inerciales son utilizados para detectar las fuerzas que actúan sobre el tren, lo que permite estimar su desplazamiento en el tiempo, y los sensores ópticos (cámaras y LIDAR), combinados con sistemas de inteligencia artificial, permiten calcular la posición del tren en relación a elementos clave situados en la vía, permitiendo posicionamientos centimétricos en condiciones óptimas.

Los 30 satélites (24 operativos y 6 de repuesto) con los que contará el sistema Galileo una vez se complete el despliegue, con servicios iniciales desde 2016, serán capaces de localizar receptores con un margen de error inferior a 1 metro. Además, es interoperable con el GPS norteamericano, el GLONASS ruso o el BeiDou chino.

RAILGAP contribuirá a la sostenibilidad del sistema ERTMS y los sistemas de mando y control para la modernización de las líneas regionales y locales, reduciendo así el consumo de energía.

Ineco participa en los ocho paquetes de trabajo del proyecto, y liderará el cálculo del ground truth basado en una solución de hibridación de sensores. También contribuye de forma significativa a la identificación y caracterización de los sensores ópticos necesarios para el proyecto, sobre todo cámaras y sensores LIDAR. Las actividades del paquete de trabajo 7, que tienen por objeto implementar el mapa digital, también se apoyarán en la experiencia de Ineco en el uso de inteligencia artificial aplicado a imágenes para la identificación de elementos clave, tal y como ya ha hecho para otros proyectos para Adif.

En esta línea de trabajo, Ineco desarrollará los algoritmos que permitan, haciendo uso de las imágenes captadas por las cámaras ópticas y estereoscópicas, reconocer los elementos relevantes de la vía y posicionarlos utilizando técnicas avanzadas de tratamiento de imágenes e Inteligencia Artificial.

Por su parte, Adif trabaja también en todos los paquetes del proyecto, además de movilizar un vehículo para las pruebas, como ya había hecho anteriormente en el proyecto ERSAT GGC. El Laboratorio de Interoperabilidad Ferroviaria del CEDEX (líder mundial en ERTMS, ver IT32 y 53) se centrará en la arquitectura de los equipos en el tren, la fase de recogida de datos y la integración en el laboratorio.

RAILGAP propone emplear cámaras, sensores LIDAR o unidades inerciales junto con tecnologías de inteligencia artificial para mejorar el posicionamiento GNSS en las zonas ‘oscuras’.

Proyectos anteriores

Anteriormente, tanto Ineco como Adif y el CEDEX, han participado en otros proyectos de investigación e innovación en aplicaciones ferroviarias GNSS, como ERSAT GGC (2017-2019), también enmarcado en el programa Horizonte 2020 (ver ITRANSPORTE 69), y GATE4RAIL (2018-2021), dentro de Shift2Rail, el programa sectorial de la Comisión Europea dedicado a la innovación dentro del sector ferroviario.

El objetivo del proyecto ERSAT GGC, en el que participaron 14 empresas de cinco países europeos, era estudiar la implantación de la tecnología de satélite en el sistema europeo de gestión del tráfico ferroviario ERTMS a través de balizas virtuales. Para ello, se definió una metodología y una serie de herramientas SW para clasificar una línea de cara a la implantación de balizas virtuales a lo largo de su recorrido.

Dentro del proyecto también se llevó a cabo una campaña de pruebas en tres países, Francia, Italia y España, donde se tomaron los datos de entrada que alimentaban a la herramienta de clasificación.

Por otra parte, en 2018 se inició GATE4RAIL, que buscaba avanzar en la virtualización de las pruebas del sistema ERTMS basado en posicionamiento mediante satélites. El consorcio que ha desarrollado el proyecto estaba integrado, además de por Ineco, por Radiolabs (líder, Italia), Rete Ferroviaria Italiana (RFI), Ifsttar (Francia), M3Systems (Bélgica), Unife (Bélgica), CEDEX (España), Bureau Veritas Italia (BVI), y Guide (Francia). La plataforma desarrollada estaba formada por tres bloques: GNSS, tren y vía, y el reto consistió en ejecutar una simulación con módulos de cada bloque ubicados en distintos países. En este proyecto, concluido en 2021, la labor de Ineco se centró en la arquitectura de sistema y la definición de los escenarios, además de proporcionar los datos de obstáculos por medio de la herramienta GNSS4RAIL.

Retos del uso de GNSS en el sector ferroviario

¿EL TREN DEL FUTURO? Tren robot autónomo para transporte de mineral de la multinacional Rio Tinto en Pilbara, al oeste de Australia. / FOTO_RIO TINTO

El uso de GNSS supone para el sector ferroviario retos transversales y otros de índole técnica. Las aplicaciones relacionadas con la protección, la ciberseguridad, la normativa legislativa y reglamentaria, la estandarización o la agilidad en los procesos de implementación, corresponden al primer grupo. Con el segundo están relacionadas aquellas otras tales como el tratamiento de las interferencias, el efecto multipath, la integridad de la señal de satélite, la resolución de las zonas ‘oscuras’ para la comunicación, como los túneles y las montañas, las líneas de alta complejidad, con bifurcaciones y cruces, o la precisión en el reconocimiento de líneas paralelas y estaciones.

El futuro de GNSS en el ferrocarril tiene hitos reconocibles a corto, medio y largo plazo. Los más próximos son los avances en la localización del tren con la mayor precisión posible, lo cual permitirá aumentar la capacidad de las vías. Otro hito es el desarrollo de la baliza virtual basada en la transmisión continua de datos PVT y que redundará en un ahorro de costes. Por último, la detección de movimientos del material rodante mientras el equipo ETCS de a bordo está desconectado, lo que se conoce como cold movement detection (CMD).

A medio plazo, se sitúa el desarrollo del ERTMS nivel 3, cuya característica definitoria es el cantonamiento móvil y que tendrá el efecto de gestionar la capacidad de las líneas en términos mucho más elevados que los actuales.

Y ya, a largo plazo, se sitúa el objetivo del tren autónomo, aunque ya hay algunas iniciativas en este campo, como la Rio Tinto Driverless Cargo Line, en Australia. Así, esta línea sin conductor conocida como ‘tren robot’ cuenta con 1.700 kilómetros de vías y 220 locomotoras monitorizadas, y registra un tráfico de datos de 12 GB/día y una lógica de detección de trenes automática basada en ERTMS nivel 2. Con esta arquitectura, la multinacional minera Rio Tinto ha desarrollado modelos predictivos para detectar posibles fallos en operaciones próximas y recomienda acciones de mantenimiento cuya aprobación final está en manos del personal técnico, como es lógico.

En la cita anual del World ATM Congress (WAC) se desarrollan demostraciones de productos y lanzamientos, cierres de contratos, y oportunidades de networking, junto con una intensa agenda de conferencias y encuentros de alto nivel. Este año han participado un total de 225 empresas expositoras y 7.500 congresistas procedentes de 130 países. Cada año, en el World ATM Congress se citan cerca de una centena de proveedores de servicios de navegación aérea (ANSP), desarrolladores de productos, líderes y expertos de la industria aeronáutica, representantes gubernamentales, fabricantes y proveedores del sector de todo el mundo.

Operada por la Organización Civil de Servicios de Navegación Aérea (CANSO) –de la que Enaire (antes Aena) es miembro fundador y que agrupa a los proveedores de servicio de navegación aérea de todo el mundo–, en colaboración con la Asociación de Control de Tráfico Aéreo (ATCA) –asociación que representa al sector del control del tráfico aéreo–, el Congreso Mundial de Navegación Aérea es una cita ineludible a la que Ineco asiste desde hace casi 20 años.

El sistema Galileo, la estrella que más brilla

Galileo es sin duda el proyecto estrella de la navegación por satélite europea: un Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) que contará con un total de 30 satélites en 2020 –26 ya están en órbita– gestionados por la Agencia Europea de Navegación por Satélite (GSA). Galileo es compatible e interoperable con sistemas como el estadounidense GPS y el ruso GLONASS, y ofrecerá una mejora de prestaciones sin precedentes en términos de precisión, resiliencia y robustez.

Desde 2016 la GSA ha confiado la operación y mantenimiento al consorcio liderado por Spaceopal para los siguientes 10 años. España forma parte de este consorcio, a través de un grupo de empresas públicas lideradas por Ineco, que cuentan con la colaboración de Isdefe y el INTA (Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial). Ineco es la empresa encargada de la operación, mantenimiento de primer nivel y gestión de los servicios de hosting del European GNSS Service Center (GSC) ubicado en las instalaciones del INTA en Torrejón de Ardoz (Madrid).

Cielos en orden

Con un marcado sello internacional, el sector de la navegación aérea se mueve entre extremados requisitos de seguridad y los consiguientes avances en nuevos equipos y tecnologías para garantizarla.

Ineco participa desde 2007 en el programa SESAR (Single European Sky ATM Research), actualmente en fase de despliegue, para unificar el espacio y el control del tráfico aéreo en Europa. El WAC 2019 acogió a este respecto las sesiones denominadas Sesar walking tours, en las que participaron los expertos aeronáuticos de Ineco Pilar Calzón, Víctor Gordo, Fernando Ruiz-Artaza, José Manuel Rísquez, Mercedes López y José Recio. Tuvieron lugar también las presentaciones sobre Integración de pequeños drones y su aplicación en aeropuertos y entornos CTR, a cargo de Víctor Gordo; y la herramienta para diseño de procedimientos de vuelo HEDIPRO, a cargo de los ingenieros Javier Espinosa Aranda y Fernando Carrillo, también de Ineco.

La compañía cuenta con una larga experiencia en cálculo y diseño de cartas aeronáuticas para la publicación de procedimientos basados en PBN, GNSS, GBAS y aproximaciones con guiado vertical (APV SBAS), reestructuración de espacio aéreo –como las realizadas en los aeropuertos españoles o países como Egipto o Marruecos– y los estudios de servidumbres aeronáuticas. Se llevan a cabo también diseños de procedimientos instrumentales de vuelo para el mercado internacional, como los elaborados para los aeropuertos del Sultanato de Omán, Cabo Verde, o el aeropuerto de Changi (Singapur).

Asimismo, en colaboración con ENAIRE (antes Aena), se han realizado más de 2.000 estudios de simulaciones radioeléctricas para evaluar el impacto en los sistemas CNS del desarrollo de infraestructuras tanto próximas al aeropuerto –centros comerciales, desarrollos urbanísticos etc.– como dentro de él: nuevos edificios terminales, ampliaciones de pista, etc. Para ello cuenta con la herramienta software de desarrollo propio NAVTOOLS.

RPAS: todas las garantías de vuelo con dron

El proyecto Verificación en vuelo de radioayudas mediante RPAS, es un proyecto de innovación de Ineco presentado durante la celebración del WAC 19, que desarrolla una solución para el registro en vuelo de señales de radioayudas y una consola en tierra que permite conocer la trayectoria volada y la calidad del guiado proporcionado por la radioayuda.

La compañía está certificada para operar y dispone en propiedad de un dron comercial ligero para inspección de puentes y viaductos, y además ha adquirido un dron de mayores capacidades y autonomía, capaz de llevar cargas de pago de hasta 4 kg, que permite el desarrollo de estas operaciones de mayor complejidad.

Del SACTA al iTEC

En cuanto a los sistemas automatizados de control de tráfico aéreo, Ineco ha participado históricamente en estrecha colaboración con Enaire y otros socios de la industria, en la evolución y desarrollo de su sistema de control, denominado SACTA, enteramente español y que es un referente a nivel europeo y mundial. Los sistemas SACTA e ICARO y el sistema de comunicaciones voz de ACC (COMETA) proporcionan toda la información aeronáutica necesaria para el control de tráfico aéreo en España y se actualizan constantemente.

A día de hoy, se continúa colaborando con Enaire en el desarrollo del futuro sistema automatizado de control de tráfico aéreo (iTEC). Por otra parte, Ineco trabaja en otro elemento fundamental para la seguridad de la navegación aérea: garantizar la calidad de los datos aeronáuticos que recopila, publica y suministra ENAIRE.

Jesús Silva, presidente de Ineco, se reunió en julio con Olavo Correia, ministro de Finanzas; Eunice Silva, ministra de Infraestructuras; y José da Silva Gonçalves, ministro de Economía y Empleo de Cabo Verde. Ineco colabora con las autoridades del país desde 2003, con proyectos como la ampliación y modernización de los aeropuertos internacionales de Boavista y Sal o la renovación de la capa de rodadura del aeropuerto internacional de Praia. La compañía ha trabajado, asimismo, en los planes directores de los cuatro aeropuertos internacionales de Cabo Verde.

En 2015, Ineco se adjudicó, además, la fiscalización de las obras de ampliación de los terminales de pasajeros en las islas de Boavista y Sal, así como los procedimientos de navegación aérea basados en satélite (GNSS) para los aeropuertos de Boavista y São Vicente, y los planes directores de los aeródromos locales, que servirán para planificar el desarrollo de su red aeroportuaria y facilitar el desarrollo del turismo en otras islas de este archipiélago.