Innovatieve oplossingen en ontwikkelingen

Innovatieve oplossingen zijn nodig voor meer spoorcapaciteit, betere prestaties en een duurzamer en kostenefficiënter spoor. Samenwerking is cruciaal en we bundelen onze krachten dan ook met vervoerders, aannemers, ingenieursbureaus, infrastructuurbeheerders, universiteiten en kennisinstituten. Met deze partners werkten we ook in 2020 aan meerdere verbeteringen en innovaties.

DataLab stimuleert digitalisering

Het DataLab van ProRail experimenteert met Datascience en (IoT: Internet of Things) Sensoring om o.a. de conditie van infra-objecten te monitoren en voorspellen, logistieke processen te optimaliseren en capaciteitsknelpunten aan te zien komen. ProRail werkt hierin samen met NS, universiteiten, start-ups, spoorbedrijven en internationaal met o.a. Infrabel, Networkrail en Trafiverket.

In het samenwerkingsproject Camino Rail werken NS en ProRail samen aan drie experimenten. Ten eerste zijn op twee NS-treinen sensoren en camera’s op het dak gemonteerd, en worden algoritmes ontwikkeld om uit deze meetdata automatisch bovenleiding-gebreken te herkennen. Daarnaast is een proef gestart met een smart camera bij de Schipholtunnel om schades en defecten aan de pantografen van treinen te detecteren op basis van beeldherkenning. Het derde experiment betreft het gebruik van realtime loggings uit honderden NS treinen. We hebben ontdekt dat deze loggings o.a. kunnen helpen bij het automatisch detecteren van de bovenleidingspanning en gladheid van het spoor.

De meetdata van verschillende sensor-proeven om de conditie van infra (spoorbaan, bruggen, EV-voorziening) te monitoren is via het digital assetlab ontsloten en beschikbaar gemaakt in één dashboard. Automatische alarmmeldingen voor deze sensoren worden de komende tijd verder ontwikkeld en getest. In de logistieke keten lopen verschillende pilots in de havengebieden van Rotterdam, Moerdijk en Amsterdam in samenwerking met vervoerders, verladers en de havenbedrijven om de goederenlogistiek te optimaliseren. Hierbij worden IoT as-passage sensoren en smart camera’s beproefd en algoritmes ontwikkeld om treinen, wagens en lading te kunnen volgen op emplacementen zonder treindetectie.

In 2020 hebben diverse experimenten en pressurecookers plaatsgevonden met algoritme-ontwikkeling op basis van reeds bestaande ProRail datasets. Dit heeft o.a. geleid tot projecten voor de ontwikkeling van data-gebaseerde modellen voor prognose van transfercapaciteit (perrons) en de tractie-energievoorziening (onderstations). Verschillende algoritmes die eerder werden beproefd, zijn in 2020 geïmplementeerd, zoals treindetectie TOBS (Ten Onrechte Bezet Spoormelding) -dashboard, beeldherkenning ES-lassen en spoorstaafslijtage lange termijn.

Naast het realiseren van innovaties wil het DataLab ook de opbouw van Datascience expertise stimuleren. Hiertoe organiseerden we dit jaar zes datascience trainingsdagen, zes kennis-deel- sessies voor de ProRail datascience community en zes ‘Datascience in het spoor’ webinars met honderden deelnemers uit de spoorsector.

Efficiënte goederenlogistiek op emplacementen met camera’s en sensoren

Treinen, goederenwagens en lading kunnen op emplacementen zonder treindetectie niet worden gevolgd door de verkeersleiding en de positieregistraties van wagens met gevaarlijke stoffen vindt handmatig plaats. Ook is het gebruik en de benutting van emplacementen lastig inzichtelijk te maken en mogelijk niet optimaal. Op verschillende locaties worden in samenwerking met de havenbedrijven proeven uitgevoerd om het logistieke proces inzichtelijk te maken en te optimaliseren.

In samenwerking met Havenbedrijf Moerdijk is een proef uitgevoerd waarbij smart camera’s bij de ingang van het emplacement de wagenlijsten van goederentreinen verifiëren en slimme sensoren in het spoor aangeven waar de goederentreinen en wagens met gevaarlijke stoffen zijn opgesteld. Doel is om de informatievoorziening over gevaarlijke stoffen nog betrouwbaarder te maken en de handmatige invoer van de wagenlijsten te automatiseren. In samenwerking met Havenbedrijf Amsterdam wordt een soortgelijke proef uitgevoerd op het emplacement Houtrakpolder, waarbij het doel is om beter inzicht te krijgen in het gebruik van de spoorinfrastructuur op goederenemplacementen en efficiënter gebruik van deze infrastructuur te realiseren. De proeven worden begin 2021 afgerond.

In samenwerking met Havenbedrijf Rotterdam worden de leerervaringen van deze proeven gebruikt om de capaciteitsproblemen op emplacement Botlek op te lossen als onderdeel van het cluster havenefficiency van het maatregelenpakket spoorgoederenvervoer. Door een data-driven aanpak met alle stakeholders is de verwachting dat vanuit een optimale samenwerking en het delen van bestaande data, aangevuld met informatie van de camera’s en slimme sensoren, de knelpunten kunnen worden opgelost. De oplossing zal in 2021 worden beproefd.

Systeemkeuze Tractie Energie Voorziening (STEV)

De vraag naar spoorvervoer neemt in de toekomst naar verwachting toe. Tegelijk is de huidige spoorcapaciteit beperkt, waarbij de tractie-energievoorziening een van de belangrijkste beperkende factoren is. Om zowel de verwachte spoorvervoersgroei als ambities op langere termijn (na 2030) te kunnen faciliteren, is het noodzakelijk om een fundamentele systeemkeuze te maken voor de toekomstige tractie-energievoorziening (TEV). In opdracht van het ministerie van Infrastructuur en Waterstaat, is ProRail samen met NS een studietraject gestart voor het verkrijgen van inzicht in de technische, logistieke en financiële haalbaarheid van een eventuele omschakeling naar een versterkt 1.500 volt systeem of een hogere bovenleidingspanning (3kV, 15kV of 25kV). Belangrijke input voor deze studie komt mede voort uit programma’s als PHS (Programma Hoogfrequent Spoorvervoer), TBOV (Toekomstbeeld Openbaar Vervoer) en het MLT (het logistiek model middellange termijn). De focus zal liggen op de mobiliteitsopgave, capaciteitsgroei mogelijk maken voor reizigers- en goederenvervoer, met hogere snelheden kunnen rijden, en verduurzaming en energiebesparing. Verschillende partijen uit de spoorsector worden bij het onderzoek betrokken, zoals goederenvervoerders en vervoerende aannemers. Dit zorgt voor een inhoudelijke onderbouwing en een door de sector gedragen besluit.

De eerste simulaties om de potentie van capaciteitsverhoging inzichtelijk te maken, laten zien dat er substantiële winst tussen treinopvolgingen ontstaat na verhoging van de tractie (bovenleidingsspanning).

Proef met waterstoftrein

Begin 2020 heeft ProRail samen met de provincie Groningen, Arriva (vervoerder), Engie (leverancier groene waterstof en tankinstallatie), Alstom (leverancier waterstoftrein) en DEKRA (onafhankelijke testorganisatie), na anderhalf jaar voorbereiding een haalbaarheidsproef gedaan met een waterstof(batterij)trein. In deze proef is onderzocht of een waterstoftrein een volwaardig duurzaam alternatief kan zijn voor de huidige dieseltreinen. De testritten zijn gedurende twee weken 's nachts uitgevoerd met een personentrein die rijdt op groene waterstof, op het traject tussen Groningen en Leeuwarden.

Tijdens de testen reed de trein met een gewone snelheid een aantal keer - zonder passagiers – afwisselend als snel- en stoptrein tussen de stations Groningen en Leeuwarden. Met deze testritten is praktijkervaring opgedaan met het rijden op waterstof. Dit was de eerste keer dat er in Nederland een trein op waterstof reed. De vier hoofddoelen richtten zich op het aanvragen van een ontheffing (toestemming) voor de test, de testritten, het tankproces en de pers- en publieksdag. De resultaten zijn zo positief dat de provincie waterstoftreinen wil inzetten bij toekomstige uitbreiding of aanpassing van het spoor in Groningen. Dit kan bijvoorbeeld op trajecten naar Stadskanaal of Duitsland (Wunderline). Zo kunnen de eerste waterstoftreinen over een paar jaar in de reguliere dienstregeling rijden.

Stimuleren doorontwikkeling treinbeveiligingssysteem ERTMS Hybrid Level 3

ERTMS Hybrid Level 3 maakt het mogelijk om spoordetectie in de infrastructuur te beperken en om met minder infrastructurele aanpassingen de capaciteit te vergroten. ProRail onderzoekt onder andere samen met de vervoerders de mogelijkheden voor implementatie van Hybrid Level 3 en zoekt hierover eveneens afstemming met het ministerie van Infrastructuur en Waterstaat.

Proof-of-Concept Open Interlocking Network (EULYNX)

EULYNX is een samenwerkingsverband van dertien Europese inframanagers met als doel standaardisatie op het gebied van treinbeveiliging. Dit moet leiden tot een modulaire systeemarchitectuur met als doel kostenverlaging en flexibiliteit binnen de toegepaste systemen. Op Europees niveau heeft dit geleid tot de publicatie van baseline 3 release 6. Deze standaard zal naar verwachting ook binnen ProRail worden toegepast.

De voorbereidingen voor de toepassing van EULYNX binnen ProRail zijn gestart. Hiervoor heeft onder andere een marktconsultatie plaatsgevonden. Op basis van deze marktconsultatie wordt de contracteringsstrategie bepaald. Parallel hieraan is gestart met het opstellen van de technische documentatie waarop de systemen ontwikkeld worden. Het doel is om de treinbeveiligingswerkzaamheden (ontwikkeling, levering en instandhouding) in 2021 via TenderNed te publiceren.

Nederland proeftuin voor zelfrijdende treinen

ProRail voert samen met marktpartijen proeven uit met het gedeeltelijk automatisch rijden van treinen. Automatic Train Operation (ATO) is een systeem dat de machinist ondersteunt of taken overneemt. Het hoofddoel is om na te gaan welke positieve effecten ATO heeft op de capaciteit. Daarnaast wordt onderzocht wat ATO kan opleveren aan energiebesparing. De eerste ATO-proeven in Groningen zijn in samenwerking met Arriva, Stadler en de provincie Groningen succesvol afgerond. TNO heeft hierbij het reizigersonderzoek geleid om de ervaring van de reizigers te onderzoeken. Zowel de reguliere ritten als de ATO-ritten werden hierbij positief beoordeeld. Bij de live vervolgproeven in Groningen wordt onderzocht welke impact het rijden met ATO volgens dienstregeling heeft en wordt gekeken naar de hoeveelheid energiebesparing die ATO mogelijk kan opleveren.

ProRail start samen met de goederenvervoerder Lineas en spoorwegmaterieel leverancier Alstom een proef met automatisch rangeren. Daarvoor heeft ProRail in juni samenwerkingsovereenkomsten gesloten met de twee organisaties.

Volop aan de slag met nieuwe allianties

Ondanks de grote operationele aandacht voor COVID-19, was 2020 een zeer druk R&D-jaar voor ProRail. Diverse nieuwe meerjarige projecten gingen van start. Wij zijn volop aan de slag gegaan om invulling te geven aan de nieuwe R&D-allianties met kennispartners TU Delft, Deltares en Network Rail en aan nieuwe Shift2Rail-projecten. In veel gevallen hebben wij met partners bij deze projecten gebruik kunnen maken van Europese en nationale subsidies, zoals TKI-gelden (Topconsortium voor Kennis en Innovatie) en fondsen van NWO (Nederlandse organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek).

In de alliantie met TU Delft zijn grote stappen gezet. TU Delft heeft in 2020 een eerste tranche van het Professional Doctorate in Engineering Program opgestart en besloot eind 2020 om een interfacultair Rail R&D-instituut op te richten, DelftRail geheten. Hiermee is een eigen investering van 1 miljoen euro over vijf jaar gemoeid.

Naast samenwerking met TU Delft lopen er ook meerjarige programma’s met andere universiteiten. Er loopt een project rondom systeemintegratie (samen met Universiteit Twente en TU Delft voor NS en ProRail). FormaSig is een onderzoeksproject dat zich concentreert op het specificeren van interlocking op basis van wiskundige methoden (samen met TU Eindhoven en Universiteit Twente voor zowel ProRail als Deutsche Bahn).

TU Delft heeft zich ook bewezen als partner in Shift2Rail, waarvan ProRail een associate member is. Binnen dit partnership doet ProRail mee aan diverse EU-projecten. Naast In2Track2 gaat ProRail meedoen aan het nieuwe EU-project In2Track3. Het doel is om de beheersing van rolcontactvermoeiing (RCF: rail contact fatigue) in het spoor en de adhesiebeheersing (gladde sporen) een stap verder te brengen. ProRail koppelt beide projecten aan nationaal meerjarig onderzoek door TU Delft en Universiteit Twente en toekomstige pilots. Daarnaast loopt ook het Shift2Rail project FINE2. Hierin wordt samen met Deutsche Bahn de modellering van spoortrillingen opgepakt op Europees niveau. Binnen het EU Horizons 2020 programma is ProRail ook partner van het Safety4Rails project. Dat project concentreert zich op veiligheid tijdens piekuren.

ProRail heeft een prominentere rol gekregen binnen de agendavorming van het EU-onderzoeksprogramma Horizons 2030, met name voor Shift2Rail-2: een nieuw R&D partnership van de EU en de spoorsector: ‘Transforming Europe’s Rail System.’ ProRail heeft zich op 30 september 2020 samen met NS en andere nationale partners kandidaat gesteld als kernlid voor deelname aan dit programma. Intussen is het samenwerkingsverband ProRail-NS geselecteerd als candidate founding member.

Binnen de alliantie met Deltares zijn nieuwe R&D-projecten gestart om meer inzicht te krijgen in baanstabiliteit, de ontwikkeling van risicomodellen en een betere beheersing van spoortrillingen. Een nieuwe techniek is het meten via glasvezelkabels langs het spoor. Andere toepassingen van deze nieuwe, verfijnde monitoringtechniek worden in 2021 ook in een gezamenlijk project binnen de alliantie met Network Rail onderzocht. Het onderzoek met Deltares zal in 2021 waarschijnlijk verder opschalen in verband met het garanderen van baanstabiliteit en de verder verwachte verkeersgroei. Waar nodig en mogelijk zullen ook andere kennispartners en marktpartijen bij dit project aansluiten. Ten slotte lopen er diverse R&D-vragen binnen de alliantie met TNO (o.a. rond 5G) en hebben de Stichting Next Generations Infrastructure (NG Infra) en NWO samen een nieuwe Call voor wetenschappelijk onderzoek op infrastructuren uitgestuurd.

ERTMS: de realisatie is begonnen

Met het op 17 mei 2019 genomen kabinetsbesluit ERTMS (European Rail Traffic Management System) heeft het programma de planstudiefase afgesloten en is de realisatiefase gestart. Het ministerie van Infrastructuur en Waterstaat heeft met het kabinetsbesluit formeel de opdrachtnemersrol voor de uitvoering van het programma ondergebracht bij ProRail. ProRail voert daarmee de onafhankelijke regie over de invoering van ERTMS met onder andere het ministerie, vervoerders, verladers en materieeleigenaren. De invoering van ERTMS vergt stevige coördinatie die door de programmadirectie ERTMS wordt ingevuld. Daarnaast heeft ProRail ook een eigen opgave binnen het programma; hiervoor is het Implementatieteam ERTMS ProRail (IEP) ingericht.

De coördinatie-opdracht

De landelijke invoering van ERTMS is een omvangrijke opgave die tot 2050 zal duren. Het ERTMS-programma legt de basis voor de invoering van ERTMS in Nederland door onder meer het realiseren van een proefbaanvak, de ombouw van ruim 1.300 materieeleenheden en aanpassing van de relevante gebruikersprocessen en ICT-systemen. Het werk verandert voor 15.000 tot 18.000 gebruikers, waaronder machinisten, treinverkeersleiders en beheer- en onderhoudsmedewerkers aan baan en trein. De scope van de huidige coördinatieopdracht van de programmadirectie is de uitrol van ERTMS op de eerste zeven baanvakken.

ERTMS opent een inspirerende nieuwe wereld die technisch moet werken en uiteraard ook operationeel en logistiek werkbaar moet zijn voor gebruikers. Dat vereist goede samenwerking en gerichte communicatie met alle andere implementatie-organisaties en stakeholders. Na de implementatiefase is de verdere landelijke invoering, de exploitatie en het beheer van ERTMS ingebed in de spoorsector. ERTMS is dan ‘business as usual’ en het Nederlandse spoornetwerk voldoet daarmee aan de Europese standaard.

Vorig jaar heeft de programmadirectie zich gericht op de verdere verankering van bovengenoemde regierol en versterking van de samenwerking met alle partijen in de sector. De integrale programma-aanpak heeft als doel om deze grootschalige en langdurige opdracht samen met alle sectorpartijen systematisch, traceerbaar en beheerst in te voeren.

Invoering ERTMS

De invoering van ERTMS heeft grote invloed op de infrastructuur én de bedrijfsvoering van ProRail. Bij NS, alle overige materieeleigenaren en bij ProRail is in 2019 een implementatieteam ingericht; bij ProRail is dat het Implementatieteam ERTMS ProRail (IEP). IEP is verantwoordelijk voor de coördinatie en regie van de ERTMS-projecten die bij ProRail zijn ondergebracht. Het gaat vooral over het aanpassen van de infrastructuur, de ICT-omgeving, de beheerorganisatie en het opleiden van gebruikers zoals monteurs, inspecteurs en treinverkeersleiders. Consistentie en integraliteit tussen de betrokken bedrijfseenheden zijn essentieel. Daarom is de verbinding met de projecten in de bedrijfseenheden geborgd in clusters die nauw samenwerken met IEP. ERTMS raakt ook tal van lopende en nieuwe programma’s en projecten binnen ProRail en de spoorsector.

ProRail gaat de komende jaren een werkend én werkbaar infrasysteem met ERTMS opleveren, in nauwe samenwerking met klanten, leveranciers en onderhoudspartijen. Het is een veelomvattend project dat voor ProRail uit vier veranderopgaven bestaat: van een baanvak georiënteerde werkwijze naar een landelijke systeemaanpak, van operationele (relais)techniek naar IT-georiënteerde techniek, van een klant/leverancier-verhouding naar intensieve partnerships met onze leveranciers en, tenslotte, van een individuele naar een gezamenlijke ketenprestatie. Concreet betekent dit: nieuwe taakverdelingen tussen partijen bij bouwen en beheer, flexibilisering van contracten en intensievere samenwerking.

In 2020 is veel werk verzet en zijn meerdere ERTMS-projecten van start gegaan. Voorbeelden zijn de aanbesteding voor het Central Safety System (CSS) ERTMS, de aanbesteding voor een kennisalliantie met ingenieursbureaus en de aanbesteding ASAP (Aanbesteding Snellere AanPak), een innovatieve aanbesteding waarbij de markt gevraagd wordt om ProRail te helpen versnellen. Ook zijn we begonnen met het opzetten van ketenbeheer en de ontwikkeling van Infradata. Infradata wordt de basis voor geautomatiseerd gegevens uitwisselen tussen ontwerp- en operationele systemen. Door deel te nemen aan de internationale ontwikkelingen zoals RCA (Reference CCS Architecture), EULYNX stimuleert ProRail deze internationale standaarden.

Ook is vorig jaar meermaals afgestemd met ERA (European Union Rail Agency, het spoorwegbureau van de Europese Unie), onder meer op het gebied van vergunningverlening.