Odată cu eliminarea granițelor în cadrul Uniunii Europene, mobilitatea persoanelor și a bunurilor a atins niveluri semnificative, amplificând astfel și poluarea. În contextul schimbărilor climatice, în care sectoarele industriale sunt nevoite să se adapteze, transportul feroviar se distinge ca extrem de avantajos din punctul de vedere al consumului de energie poluatoare. Datele din 2018 arată că acest sector a contribuit doar cu 0,4% la totalul emisiilor de gaze cu efect de seră din UE. Deși este predominant alimentat cu energie electrică, transportul feroviar consumă doar 1,9% din energia totală utilizată de sectorul transporturilor. În vederea atingerii obiectivului de neutralitate climatică până în 2050, UE consideră că transportul feroviar este un pilon central: are un puternic profil ecologic și oferă siguranța și confort.
Cu toate că extinderea rețelei feroviare prezintă numeroase avantaje, aceasta se confruntă și cu diverse dificultăți. Un exemplu notabil este coexistența sistemelor naționale de semnalizare și control al vitezei trenurilor. Acesta reprezintă un obstacol major în evoluția transportului feroviar la nivel internațional. De pildă, trenul Thalys, care conectează Parisul cu Bruxelles pe o distanță de 300 km, necesită utilizarea a șapte sisteme diferite de control, conducând la costuri mai mari și un risc crescut de defecțiuni. O analiză indică faptul că în Europa sunt implementate peste 20 de astfel de sisteme naționale, care variază considerabil în termeni de performanță și siguranță (Figura 1).
Figura 1 - Sisteme naționale de semnalizare și de control existente în Europa
În 2005, Comisia Europeană a emis o comunicare privind implementarea unui sistem unitar european de gestionare a traficului feroviar, cunoscut sub numele de ERTMS (European Rail Traffic Management System) / ETCS (European Train Control System). Comisia încurajează statele membre să adopte treptat acest sistem, însă tranziția se preconizează a fi de lungă durată. Unul dintre motivele principale este durata de viață extinsă a echipamentelor feroviare, care întârzie renovarea completă a rețelelor feroviare.
Comisia Europeană a dezvoltat o strategie pentru a stimula tranziția către un sistem unitar de gestionare a traficului feroviar, prin implementarea coridoarelor de transport transeuropene (TEN-T). Această inițiativă vizează crearea a nouă coridoare majore care să integreze rețelele feroviare cu aeroporturile, drumurile și rutele maritime, facilitând astfel o interconectare eficientă a diferitelor moduri de transport (Figura 2).
Figura 2 - Coridoare transeuropene TEN-T
De asemenea, Comisia Europeană se implică activ în finanțarea investițiilor, oferind suport financiar necesar pentru implementarea acestor inițiative.
De-a lungul timpului, s-au creat diverse parteneriate, cel mai recent fiind Europe's Rail Joint Undertaking (EU-RAIL), înființat în 2021. Această colaborare își propune să dezvolte o rețea feroviară europeană flexibilă, de încredere și complet integrată, eliminând obstacolele care stau în calea interoperabilității și promovând soluții pentru o integrare totală a sistemelor feroviare. Acest parteneriat are ca obiectiv principal accelerarea cercetării și dezvoltării în domeniul tehnologiilor inovatoare și al soluțiilor operaționale, concentrându-se pe transformarea digitală a activităților din sectorul feroviar.
Figura 3 - Trenduri și tehnologii pentru modernizarea căilor ferate
După cum se poate observa în Figura 3, digitalizarea operațiunilor feroviare transformă radical modul în care funcționează căile ferate și trenurile, sporind eficiența, siguranța și confortul călătorilor. Un aspect crucial al acestei digitalizări îl reprezintă mentenanța predictivă, care implică utilizarea senzorilor și a algoritmilor de inteligență artificială pentru monitorizarea continuă a trenurilor. Aceasta permite identificarea precoce a potențialelor probleme, înainte de a escalada și afecta funcționarea trenurilor, minimizând astfel perioadele de inactivitate. Pe de altă parte, utilizarea algoritmilor clasici de grafuri îmbinați cu cei de inteligență artificială pot ajuta la o planificare dinamică a trenurilor și a posibilelor rute.
În plus, tehnologia Digital Twin generează replici virtuale ale trenurilor reale, permițând operatorilor să simuleze diverse scenarii, să optimizeze întreținerea trenurilor și să optimizeze mentenanța șinelor. Aceasta contribuie la creșterea fiabilității și durabilității acestora. Simultan, serviciile destinate pasagerilor sunt revoluționate prin inovații digitale, inclusiv prin aplicații mobile care furnizează informații în timp real despre orarele trenurilor, procesul de achiziție a biletelor și alte facilități pentru călători, îmbunătățind astfel confortul și ușurința călătoriei pentru toți utilizatorii. Pe măsură ce sectorul feroviar avansează în era digitală, devine mai adaptabil, mai receptiv și mai centrat pe nevoile călătorilor, inaugurând o nouă epocă în domeniul mobilității.
Figura 4 - Condiții pentru planificare și optimizare adaptivă
Planificarea adaptivă și optimizarea vor deveni esențiale în contextul dinamic al căilor ferate contemporane. Sistemele tradiționale de orare fixe vor ceda locul unor planificări dinamice, capabile să se ajusteze în timp real în funcție de fluctuațiile cererii, condițiile operative și eventualele incidente. Algoritmi sofisticați vor evalua o varietate de factori, precum volumul pasagerilor, capacitatea infrastructurii, disponibilitatea personalului și conformarea cu reglementările, pentru a îmbunătăți utilizarea resurselor.
De asemenea, planificarea adaptivă permite o reacție rapidă în cazul apariției unor probleme, cum ar fi defecțiuni sau întreruperi ale traficului feroviar, minimizând astfel impactul asupra călătorilor. Prin monitorizare continuă, analiză și adaptare la schimbările din mediul înconjurător, căile ferate pot oferi servicii îmbunătățite și eficiente, asigurând o experiență de călătorie mai agreabilă.
În sectorul operațiunilor feroviare, eficiența planificării și optimizării adaptive nu se bazează exclusiv pe expertiza umană, ci și pe utilizarea soluțiilor software avansate (Figura 5). Aceste programe permit analiza datelor, realizarea de simulări și luarea rapidă a deciziilor, facilitând adaptarea la schimbări și distribuirea eficientă a resurselor acolo unde este nevoie.
Software-urile specializate în planificare și optimizare adaptivă sunt capabile să incorporeze fluxuri de date în timp real, să efectueze analize predictive și să implementeze algoritmi de optimizare, asistând operatorii în luarea deciziilor informate. Aceste sisteme oferă funcționalități esențiale, cum ar fi planificarea bazată pe scenarii, optimizarea distribuției resurselor și asistență decizională instantanee.
Un exemplu de astfel de software este un sistem de programare și optimizare în timp real care monitorizează în permanență circulația trenurilor, condițiile de infrastructură și cererea de pasageri. Prin integrarea datelor provenite din diverse surse, inclusiv senzori IoT, sisteme de semnalizare și sisteme de informare a pasagerilor, acest software oferă operatorilor informații utile privind performanța rețelei și eventualele perturbări.
Figura 5 - Arhitectură pentru platformă de planificare adaptivă
Algoritmii sofisticați de optimizare, integrați în cadrul software-ului ajustează flexibil programele și distribuția resurselor, reacționând la schimbările de condiții și prioritățile operaționale. Acești algoritmi analizează variabile cum ar fi capacitatea infrastructurii feroviare, disponibilitatea personalului și restricțiile legislative, pentru a elabora în timp real orare și planuri eficiente de gestionare a resurselor.
Figura 6 - Simulări What-if
În plus, datorită funcționalităților de simulare, operatorii pot experimenta diverse scenarii de tip What if (Figura 6) și pot elabora planuri pentru a evalua impactul modificărilor de orar, modernizărilor infrastructurale sau întreruperilor de serviciu. Prin aceste simulări, care permit evaluarea impactului diferitelor situații, operatorii sunt în măsură să elaboreze planuri de contingenta și să dezvolte strategii eficiente de gestionare a riscurilor. Capacitățile de suport în procesul decizional ar furniza operatorilor recomandări și alternative, facilitând luarea rapidă a deciziilor. Prin utilizarea uneltelor de vizualizare, analiza de scenarii și prognostic, operatorii ar putea fundamenta solid deciziile și să răspundă agil la schimbările din mediu, garantând astfel continuitatea serviciilor și satisfacția clienților.
Modernizarea și eficientizarea rețelelor feroviare din Europa stau la baza agendei Uniunii Europene pentru a atinge neutralitatea carbonică până în anul 2050. Strategia adoptată de Comisia Europeană aduce un set provocări, dar și de oportunități. Prin implicarea directă a Comisiei în finanțarea proiectelor, se formează parteneriate strategice precum Europe's Rail Joint Undertaking (EU-RAIL), care joacă un rol crucial în atingerea acestor obiective ambițioase. Colaborarea dintre statele membre și principalii actori din industrie este esențială pentru a depăși barierele care stau în calea interoperabilității. În acest context, digitalizarea sectorului feroviar este un pilon central, marcând un pas decisiv spre modernizarea și optimizarea transportului feroviar european.
Așadar, digitalizarea și implementarea planificării flexibile constituie piloni centrali în progresul și perfecționarea activităților din sectorul feroviar și alte domenii conexe. Aceste tehnologii nu doar că sprijină luarea deciziilor rapide și bine informate, dar și asigură adaptabilitatea necesară în fața schimbărilor impuse de un mediu dinamic. Integrând tehnologiile digitale și strategiile de planificare flexibilă, companiile și organizațiile pot optimiza funcționarea rețelelor feroviare și pot furniza servicii mai eficace, ajustate precis la cerințele consumatorilor.