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Cómo funcionan los trenes automáticos, con y sin maquinista

Artículo revisado el el 16 de diciembre de 2020 para actualizar los proyectos de mercancías.

Uno de los mayores avances tecnológicos en el ferrocarril es conseguir que los trenes funcionen de manera 100% autónoma, sin maquinistas ni ningún tipo de personal de a bordo.

No es el único medo de transporte en el que se busca la automatización plena. Empresas como Tesla o Google invierten ingentes cantidades de dinero en diseñar una tecnología segura para coches autónomos. O incluso autobuses, como el que ya circula en la Universidad Autónoma de Madrid.

Sin embargo, los trenes sin maquinista son una realidad desde hace mucho tiempo en líneas de metro. Y cada día hay más ciudades que optan por este sistema para sus líneas. E incluso existe un ferrocarril de mercancías en Australia con trenes que no llevan personal a bordo.

A continuación te voy a contar de manera detallada cómo funciona esta tecnología, yendo paso a paso por los grados de automatización para que, aunque no tengas ningún conocimiento, puedas entender a la perfección cómo funcionan los trenes automáticos, con o sin maquinista.

Ventajas de los trenes sin maquinista

La principal ventaja de que un tren circule de manera autónoma es que aumenta la capacidad del ferrocarril. Por lo general los sistemas sin maquinista se basan en el CBTC, con cantones móviles, lo cual de por sí supone un aumento considerable de la capacidad frente a los bloqueos fijos tradicionales.

Aparte de los cantones móviles, los algoritmos de los sistemas automáticos permiten una circulación más fluida gracias a que todos los trenes llevan el mismo ritmo de circulación, se reducen los tiempos de reacción ante determinados eventos y se eliminan los posibles fallos humanos que ralentizan la operación.

Aunque el coste de instalación de un sistema totalmente automático sea más elevado que el de un sistema manual o semiautomatizado, a la larga permiten ahorrar los costes de personal, que, aparte de los salarios y seguridad social, incluyen los costosos procesos de selección y formación.

Además, al depender la conducción de algoritmos muy desarrollados que tienen en cuenta todos los factores, se hace un uso más óptimo de la energía que cuando la conducción es manual.

Por último, al no requerir de personal para la circulación, los trenes sin maquinista permiten adaptarse mejor a la demanda. Si en un momento dado se produce un inesperado aumento de viajeros en una línea, no habría que esperar a que llegara al depósito un maquinista al que seguramente hubiera que pagarle la guardia. Tan solo habría que darle a los trenes disponibles la orden de entrar en servicio desde el centro de control.

¿Y qué pasa con los empleados?

Sin embargo no es oro todo lo que brilla. El principal problema generado por estos sistemas es la pérdida de empleo. Un problema que no es menor ya que la economía de todo un país depende del nivel de empleo y del poder adquisitivo de los ciudadanos.

Por lo general las innovaciones tecnológicas suelen dejar a grupos profesionales sin trabajo. Pasó con los criaderos de caballos, fabricantes de carruajes y proveedores de otros productos y servicios relacionados con los equinos que quedaron reducidos a algo residual cuando el ferrocarril y posteriormente el automóvil y el autobús sustituyeron a las diligencias y a los coches privados de caballos.

Pasó con los ascensoristas cuando se comenzó a automatizar el funcionamiento del ascensor. Y pasó también con el personal que se dedicaba a la clasificación de cartas en correos o de equipajes en los aeropuertos.

Las automatizaciones ofrecen un salto en cuanto a calidad y rapidez, pero la pérdida de empleo y la desaparición de algunas profesiones es una consecuencia con la que hay que lidiar. Y que puede poner en pie de guerra a los trabajadores afectados, como ha sucedido con los maquinistas del metro de Madrid.

Y este es, sin duda, uno de los mayores retos que tienen los ferrocarriles que buscan la automatización completa.

Para que te hagas una idea, el metro de Dubai, que tiene 2 líneas que suman 76 km y que ofrece un intervalo de 3 minutos en hora punta sólo requiere de 15 personas para la operación de 80 trenes.

¿Qué solución podría ponerse? Haz tu propuesta en los comentarios.

Seguridad

Una de las grandes preocupaciones sobre la conducción automática de trenes, sobre todo cuando no hay personal a bordo, es la seguridad. Que a su vez es uno de los mayores retos de los desarrolladores de las tecnologías que hacen posible este tipo de control de trenes.

Sin embargo, tras décadas de funcionamiento en diversos países de todo el mundo se ha demostrado que los trenes sin maquinista, pese a no ser perfectos, son tan seguros como los que sí llevan personal.

Una seguridad que, además, va en aumento.

Grado de automatización

La conducción automática de trenes no es un todo o nada. Entre la conducción 100% manual y la conducción 100% automática hay varios pasos.

En concreto, la UITP (Unión Internacional del Transporte Público) ha definido 5 niveles distintos en los que vamos a profundizar:

Grado 0

Conocido como GoA 0 (por las siglas de Grade of Automation), en este nivel la conducción es totalmente manual. Sin ningún sistema automático de protección ni conducción.

Básicamente es un tren circulando por un ferrocarril sin más control que el que proporciona el maquinista o sistemas de seguridad básicos como el hombre muerto.

Grado 1

En el GoA 1 la conducción sigue siendo totalmente manual. Sin embargo, existen sistemas de seguridad que protegen al tren y evitan los errores humanos.

Todos estos sistemas tienen una función en común. Y es que evitan que el maquinista se salte una señal cerrada (que prohíbe el paso) mediante el accionamiento del freno de forma automática.

Adicionalmente, según el tipo de sistema se ofrecen protecciones adicionales como obligar al maquinista a accionar un botón que confirme que se ha enterado del estado de la señal, corregir el exceso de velocidad, informar a los maquinistas del estado de las señales o de la velocidad máxima permitida en el tramo actual y en los siguientes.

Para que los sistemas de protección del tren funcionen tiene que haber:

  • Equipos en la vía. Existen 3 tipos
    • Balizas. Dispositivos instalados en la vía en puntos fijos (junto a las señales o a una determinada distancia).
    • Cable/carril. La comunicación se realiza de manera continua a través de un cable instalado en la vía o a través del propio carril.
    • Radio. Conocido como CBTC (Control de Trenes Basado en Comunicaciones por sus siglas en inglés), permite una comunicación continua entre el tren y la infraestructura.
  • Equipos embarcados. Siempre tiene que haber equipos que permitan la comunicación entre los equipos de vía y el tren y que se encarguen de dar al maquinista la información necesaria y procesar las órdenes que hay que ejecutar.
Baliza del sistema español GoA 1 ASFA. Foto: De Santiago Martínez Aznar publicado en Ferropedia bajo los términos de la licencia Creative Commons
Baliza del sistema español GoA 1 ASFA. Foto: De Santiago Martínez Aznar publicado en Ferropedia bajo los términos de la licencia Creative Commons

En GoA 1 existen 2 tipos de protección del tren en función de cómo se realiza:

  • Protección puntual. El sistema comprueba el estado del tren conforme pasa por la baliza y actúa si hay algo que para el sistema es incorrecto en ese momento concreto o unos segundos después. El resto del tiempo el maquinista puede hacer lo que quiera.
  • Protección continua. Conocido como ATP (de Protección Automática del Tren por sus siglas en inglés), el sistema comprueba el estado del tren de manera constante. Ya sea por la información intercambiada con las balizas, con el cable/carril o por radio. De tal forma que se pueden vigilar en todo momento variables importantes como la velocidad máxima a la que el maquinista pone el tren.

En España el sistema de protección en GoA 1 por excelencia es el ASFA (analógico o digital), implementado en toda la Red Ferroviaria de Interés General.

Aparte está el ETCS (la parte de señalización y protección del ERTMS), que se está implementando como estándar en toda Europa con el objetivo de crear una red interoperable.

De manera residual existe el LZB, empleado en la LAV Madrid-Sevilla y en la C5 de Cercanías Madrid.

Por último cada red de metro suele tener instalados sistemas ATP para garantizar la seguridad en la circulación.

Grado 2

En el grado 2 de automatización (o GoA 2) entra por primera vez la conducción automática del tren. Conocida como ATO (Operación Automática del Tren por sus siglas en inglés).

Sin embargo, tiene que haber un maquinista que realice determinadas operaciones. Como abrir y cerrar puertas o dar al tren la orden de que inicie la marcha.

El GoA 2 está implementado en casi todas las redes de metro del mundo y generalmente se apoya en el sistema ATP para la conducción del tren.

Por ejemplo, en el metro de Madrid los sistemas ATO conducen el tren en base a la información que le proporcionan las balizas instaladas en la vía. Algo similar sucede en la línea C5 de Cercanías de la capital, en la que el ATO funciona con la información intercambiada por el sistema LZB.

No obstante existen sistemas llamados ATC (Control Automático del Tren) que integran ATP y ATO en uno solo como el CBTC. Siguiendo en Madrid, este sistema está implementado en las líneas 1 y 6 del metro con la solución Cityflo 650 de Bombardier.

Además el CBTC también se usa en el tren que une la T4 con la T4S del aeropuerto de Barajas, aunque con la versión anterior del Cityflo (la 550) y en GoA 4.

En este vídeo se puede ver cómo el CBTC en GoA 2 puede reducir de manera notable los intervalos de espera en estaciones.

El ETCS también es compatible con el ATO, aunque aún no forma parte de las especificaciones del estándar. Desde 2018 se emplea en el Thameslink londinense y en 2019 CAF Signalling probó su sistema de ATO sobre ETCS en Países Bajos.

Una tecnología que va a implementar en el tren interurbano que unirá México DF con Toluca.

Y el objetivo es que el ETCS llegue a ser compatible con el grado 4 de automatización.

Grado 3

En el GoA 3 pasamos ya a los trenes sin maquinista. Pero que requieren de al menos una persona a bordo que supervise el funcionamiento del tren, realice la apertura y cierre de puertas y conduzca el tren en caso de emergencia.

Los trenes que operan en GoA 3 no tienen cabina de conducción, pero disponen de un pupitre escondido que se puede destapar cuando haga falta la conducción manual.

Un gran ejemplo de este nivel lo tenemos en Londres, en el Docklands Light Railway.

En el minuto 1 de este vídeo se ve al operario asomarse para cerrar las puertas del tren.

Grado 4

Por último llegamos al grado 4 de automatización, conocido como GoA 4. En el que el tren funciona de manera 100% autónoma, sin necesidad de maquinista ni de personal a bordo.

Todas las operaciones son automáticas y están supervisadas desde un centro del control en el que hay personas que, aparte de vigilar lo que sucede en el sistema, comprueban el correcto funcionamiento de los trenes. Y los pueden conducir de forma manual a distancia en caso de que fuera necesario.

No obstante, al igual que en los trenes que funcionan con el GoA 3, estos disponen de un pupitre escondido que puede ser destapado y usado por operarios para conducir de forma manual o en grados de automatización inferiores.

Por lo general los ferrocarriles (o trenes sin vías de acero) que funcionan en este grado de automatización son del tipo metropolitano. El motivo es que suelen tener una explotación más sencilla que otro tipo de ferrocarriles. Trenes que van de un punto a otro por las mismas vías sin pasar por grandes estaciones con vías compartidas por otras líneas.

Aunque, como dije al principio, existe un ferrocarril de mercancías con trenes sin personal.

Peee at ja.wikipedia
El «Port Liner» de Kobe, Japón, fue la primera línea de trenes metropolitanos, este caso no ferroviarios, sin maquinista ni personal a bordo. Fue estrenada el 5 de febrero de 1981. Foto: Peee at ja.wikipedia.

Puertas de andén, el mayor aliado del GoA 4

Uno de los mayores riesgos de seguridad de cualquier ferrocarril es la posibilidad de arrollar a una persona que haya caído de forma accidental o voluntaria a las vías de una estación.

Por eso todos los ferrocarriles que funcionan en GoA 4 disponen de mamparas o puertas de andén que impiden el acceso a las vías a no ser que haya un tren detenido.

Las puertas del tren y del andén se abren y cierran de manera simultánea y su cierre se interrumpe en caso de detectar a un objeto o persona cruzando.

Puertas de andén en la estación Raspail de la línea 4 del metro de París, que está en proceso de ser 100% automatizada.

Si bien las puertas de andén pueden ser sustituidas con sistemas de detección de objetos en la vía que detengan al tren antes de producirse la colisión, lo habitual es que ambos sistemas convivan para garantizar una mayor seguridad. Que aunque el tren pueda detectar obstáculos en la vía, lo ideal es evitar que estos caigan.

De hecho, en líneas de ferrocarril que funcionan en GoA 2 también se están instalando este tipo de puertas, en redundancia con la capacidad del maquinista de actuar ante un objeto o persona en la vía.

La redundancia no sólo es casi necesaria para la detección de objetos o persona en la vía. Para que los trenes funcionen sin maquinista todos los sistemas de protección y conducción deben ser redundantes para que, en el caso de que falle uno, funcione el otro.

Quedando la conducción en remoto para casos excepcionales. Y la conducción manual como último recurso ante un posible fallo generalizado de todo el sistema.

Aparte de la seguridad en la circulación del tren también hay que tener en cuenta la seguridad de los viajeros.

Por ejemplo, todos los trenes que funcionan sin maquinista deben disponer de cámaras de vigilancia, sistemas automáticos de detección y extinción de incendios y de comunicación con el personal de la línea.

Por último y no menos importante, la ciberseguridad es un asunto fundamental en los trenes que funcionan en GoA 4. Ante la ausencia de una persona que pueda asumir el control de un tren en caso de ciberataque, como pasa en los grados inferiores, hay que redoblar los esfuerzos para evitarlos.

Bonus: trenes de mercancías sin maquinista

Para rematar este reportaje voy a hacer una mención muy por encima de los trenes de mercancías sin maquinista. Si bien es una especie de utopía para las operadoras de estos trenes, existen varios proyectos en marcha. Y uno de ellos funciona sin problemas.

Se trata del tren de las minas de Rio Tinto en Australia, en el que las locomotoras son capaces de transportar la carga de punto a punto sin intervención humana.

Dada la dificultad de operar un tren de estas características en redes ferroviarias normales, con la complejidad que suelen tener, es probable que tardemos en ver esto aplicado a gran escala.

No obstante, la SNCF ya está desarrollando en conjunto con Alstom, Altran, Ansaldo STS y Apsys un sistema para la conducción automática en el grado 4 de trenes de mercancías. Con la intención de probar la tecnología en 2021.

En octubre de 2020 la primera locomotora con un sistema ATO equipado por este consorcio recorrió con éxito 16 kilómetros de vía general en el grado 2, como paso intermedio a la meta de llegar al grado 4 de automatización en 2023.

Foto de cabecera: Tren de la serie 9000 del metro de Barcelona sin maquinista, en la estación Torrassa de la línea 10. Foto (BY CC SA): 9pm

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