A tool for the performance comparison between fixed block and moving block signalling systems

The railway signalling system is one of the key players in controlling rail traffic, with the purpose of guaranteeing safety while respecting transport demand. Compared to road vehicles, trains are characterised by higher speeds and a lower wheel-to-rail adhesion coefficient than tyre-to-road, causing a considerable increase in braking distance. In addition, a railway convoy runs on lines with a predetermined route so the only option to avoid an obstacle in the path is to brake while having a sufficient length of line available. These factors make visual control performed by the driver unfeasible. Railway signalling systems are an answer to this issue, which arose historically with the first railways. Moreover, the increasing demand for rail traffic requires improved signalling system performance. Recent developments have led to the definition, within the framework of the European regulation (ERTMS), of the moving block (MVB) signalling system as an approach to overcome the limitations of current signalling systems, which are fundamentally based on the fixed block (FXB) approach. At present, there are no operational applications of the MVB system, except for some partial and limited experimentation. This work focuses on the development of a simulation tool to evaluate the performance of these two signalling systems, considering different operational scenarios. The evaluation is carried out using three performance indicators: line capacity, motion regularity and energy consumption. Among the factors considered, there is the response of signalling systems to degraded conditions or traffic disturbances due to various operational or infrastructural conditions. The results of this study show that the comparison between the two signalling systems is not unambiguous, since there is no railway signalling system that is convenient in each simulated scenario and according to each adopted indicator. With a view to developing a test laboratory able to combine simulated elements with physical components, the simulator was also implemented and tested on a real-time computing platform, thus enabling it to be connected with physical signalling elements.

Il sistema di segnalamento ferroviario è uno dei principali attori nel controllo del traffico ferroviario, con l'obiettivo di garantire la sicurezza nel rispetto della domanda di trasporto. Rispetto ai veicoli stradali, i treni sono caratterizzati da velocità più elevate e da un coefficiente di aderenza ruota-rotaia inferiore a quello pneumatico-strada, con conseguente notevole aumento dello spazio di frenata. Inoltre, un convoglio ferroviario viaggia su linee con un percorso predeterminato, per cui l'unica opzione per evitare un ostacolo sul percorso è frenare avendo a disposizione una lunghezza sufficiente di linea. Questi fattori rendono impraticabile il controllo visivo effettuato dal macchinista. I sistemi di segnalamento ferroviario sono una risposta a questo problema, sorto storicamente con le prime ferrovie. Inoltre, la crescente domanda di traffico ferroviario richiede un miglioramento delle prestazioni del sistema di segnalamento. I recenti sviluppi hanno portato alla definizione, nell'ambito della normativa europea (ERTMS), del sistema di segnalamento a blocchi mobili (MVB) come approccio per superare i limiti degli attuali sistemi di segnalamento, basati fondamentalmente sull'approccio a blocchi fissi (FXB). Al momento non esistono applicazioni operative del sistema MVB, ad eccezione di alcune sperimentazioni parziali e limitate. Questo lavoro si concentra sullo sviluppo di uno strumento di simulazione per valutare le prestazioni di questi due sistemi di segnalamento, considerando diversi scenari operativi. La valutazione viene effettuata utilizzando tre indicatori di prestazione: capacità della linea, regolarità del movimento e consumo energetico. Tra i fattori considerati, vi è la risposta dei sistemi di segnalamento a condizioni degradate o a perturbazioni del traffico dovute a varie condizioni operative o infrastrutturali. I risultati di questo studio mostrano che il confronto tra i due sistemi di segnalamento non è univoco, poiché non esiste un sistema di segnalamento ferroviario che sia conveniente in ogni scenario simulato e secondo ogni indicatore adottato. Al fine di sviluppare un laboratorio di prova in grado di combinare elementi simulati con componenti fisici, il simulatore è stato implementato e testato anche su una piattaforma di calcolo in tempo reale, consentendo così di collegarlo con elementi fisici di segnalamento.