Recursos para a automação metroferroviária

FELIPE COPCHE*, RUBENS NAVAS BORLONI**

Aautomação de processos metroferroviários está cada vez mais presente nos cenários operacionais. E tarefas que eram realizadas diuturnamente de forma manual e trabalhosa em tempos remotos, atualmente podem ser concluídas de forma ágil e precisa, graças a uma central de dados com informações úteis para a tomada de decisão pelos operadores de transporte.

Essa evolução tecnológica da Quarta Revolução Industrial, somada com a necessidade de melhoria contínua dos processos e na agilidade, contribuíram para que procedimentos cotidianos e operacionais sejam automatizados cada vez mais, de forma criteriosa e segura, visando garantir a confiabilidade, disponibilidade e, principalmente, a segurança dos passageiros e funcionários do transporte metroferroviário.

Antigamente, a operação de trens e metrôs era realizada por operadores embarcados nas cabines das composições onde o controle de movimento era somente executado conforme informações disponíveis em placas de sinalização e sinaleiros distribuídos ao longo de pontos notáveis na via, método comumente chamado de sinalização lateral. Neste tipo de modo de condução ocorriam muitos acidentes graves, o que acarretou na implantação de um sistema de Sinalização, denominado CAB-SIGNAL, capaz de informar as velocidades autorizadas no interior da cabine do trem, visando mitigar riscos de colisões, descarrilamentos, dentre outros.

O primeiro Sistema de Sinalização CAB-SIGNAL somente informava a velocidade autorizada ao longo dos trechos de via no console da cabine do trem, mas sem a penalização do movimento, caso o operador estivesse infringindo alguma informação recebida. Embora tenha tido um ganho em segurança, ocorreram ainda acidentes que obrigaram a melhorar esse tipo de sinalização, que se entende como uma tecnologia precursora do sistema ATP (Automatic Train Protection), embora ainda sem nenhum automatismo.

A segunda geração CAB-SIGNAL já proporcionava a penalização automática do movimento do trem com a aplicação segura do freio, caso o operador infringisse a velocidade autorizada em um determinado trecho de via ou avançasse em uma rota não autorizada.

Na sequência, as tecnologias do Sistema de Sinalização foram aprimoradas e evoluíram para um grau de automação que, além de todas as informações de segurança no interior da cabine do trem para a tomada de decisão pelo operador, foi incluída a modalidade automática de condução ATO (Automatic Train Operation), na qual o operador embarcado não precisa mais necessariamente conduzi-lo, ou seja, o Sistema de Sinalização tem a capacidade plena de movimentar o trem de forma segura e totalmente automática, respeitando as autorizações de movimento dadas pelo sistema automático de proteção de trem ATP.

Além disso, para esse Sistema de Sinalização, o ATO tem a autonomia de realizar o controle do tempo de parada nas plataformas, assim como realizar automaticamente a abertura e fechamento das portas do trem nas estações permitindo realizar a regulação de trens na linha em função da demanda requerida. O Metrô de São Paulo, por exemplo, na década de 1970 iniciou sua operação comercial na Linha 1-Azul já com este nível de automação, feito tecnológico inédito no setor metroferroviário para aquela época. Nesse nível de automação, a presença do operador no interior dos trens ainda se fez necessária tendo em vista a necessidade de recuperação de eventuais falhas dos trens e a monitoração das condições da via, principalmente durante a entrada do trem na região de plataforma das estações, mas também para aplicar restrições de velocidade em condições de baixa aderência devido à ocorrência de chuva, por exemplo.

A contínua evolução tecnológica, a Indústria 4.0 e as novas gerações de equipamentos vêm paulatinamente agregando valor ao controle de trens. Por exemplo, o risco de quedas de passageiros e potenciais atropelamentos na região de plataforma nas estações é impedida com a segregação da via operacional devido à instalação de portas de plataforma (PSD), o que desobriga a presença de um operador na cabine para monitorar o comportamento de passageiros além da faixa amarela durante o alinhamento do trem na plataforma.

Os aprimoramentos tecnológicos no material rodante permitiram que todos os seus subsistemas (propulsão, freio, portas etc.) pudessem ser controlados e supervisionados por uma rede de comunicação embarcada ao longo dos carros do trem e conectada a uma unidade central, melhorando significativamente a detecção e a recuperação de falhas que anteriormente eram feitas por chaves e botões distribuídos na cabine do trem. Recentemente, este tipo de monitoramento e controle passou a ser realizado também de forma remota e centralizada pelo centro de controle operacional, o qual possui todos os dados (Big Data) de cada trem possibilitando a sua estruturação, organização (Data Mining) e análise (Data Analytics) transformando os dados em informações úteis (Business Intelligence) para a correta tomada de decisão operacional de retirar o trem com falha imediatamente, no final da volta ou no final do dia.

Esse nível de automação sem a necessidade de operador na cabine do trem é conhecido como UTO (Unattended Train Operation) e, dependendo do Sistema de Sinalização, é possível incorporá-lo na operação desde que haja os recursos necessários para mitigar com segurança os diversos riscos existentes tais como colisões e atropelamentos na região de plataforma. Além disso, deve atender a uma série de pré-requisitos como o tratamento automático ou remoto de falhas do material rodante, o vídeo-monitoramento remoto pelo centro de controle da via operacional sob o ponto de vista das cabeceiras do trem, a existência de sistemas embarcados, sistema de detecção e combate de incêndio no trem, detectores de descarrilamento nos truques e de obstáculos nas cabeceiras com a aplicação automática de frenagem de emergência, dentre outros.

Uma vez equacionada a mitigação de riscos bem como a solução de potenciais problemas relacionados às falhas, e considerando que não há mais obrigatoriamente a presença integral de um operador ou agente circulante embarcado no trem, faz-se também importante o correto tratamento das interferências, atendimento e assistência aos passageiros durante a viagem. Desta forma, é primordial monitorar remotamente o ambiente do interior do salão de passageiros dos trens através de imagens do sistema de vídeo-monitoramento e disponibilizar intercomunicadores de forma acessível nas regiões de portas para que se permita a comunicação dos passageiros com o centro de controle ou com o agente circulante mais próximo, em caso de alguma eventualidade.

Cabe considerar também no projeto do trem a previsão dos dispositivos de segurança no salão para a abertura de portas pelos passageiros em casos de emergência, destravamento remoto das janelas do salão em caso de falhas na ventilação do trem, prover comunicação audiovisual com informações e orientações, garantir sincronismo entre as portas do trem com as portas de plataforma, incluindo a detecção de obstáculos e reciclos de abertura e fechamentos automáticos, prover a passagem entre carros visando distribuir os passageiros mais uniformemente no salão,

bem como permitir rapidez na atuação do agente circulante, em condições normais, degradadas ou de emergência.

Outras considerações devem ser balizadas no projeto de novas linhas como a previsão de passarelas de emergência em toda a extensão dos túneis e indicações de rotas de fuga, configuração das portas do trem para evacuação em caso de emergência na região de interestações e saídas de emergência, mas ressaltando que, em um nível de automação UTO, sempre que possível o centro de controle deve priorizar o deslocamento do trem até a próxima plataforma em um cenário degradado ou de emergência, já que evacuar passageiros na região entre estações é uma situação desconfortável, gera um transtorno operacional para toda a linha, afetando outros passageiros e impactando fortemente no tempo de normalização do sistema, sem contar com os riscos de escoriações e quedas de passageiros na passarela de emergência, bem como a criticidade na evacuação segura de pessoas com mobilidade reduzida (PMR) ou pessoas com deficiência (PCD).

Para que tudo isto seja efetivamente aplicado no controle dos trens, o nível de automação UTO deve ser entendido como um sinônimo de integração de processos e de funcionalidades entre os sistemas de sinalização, controle centralizado, portas de plataforma, material rodante, mas também entre outros sistemas tais como ventilação principal, energia, telecomunicação, dentre outros, devendo interagir em conjunto para proporcionar um controle integrado e seguro de forma que a tomada de decisão operacional possa ser realizada pelo centro de controle com mais rapidez diante de um contexto e análise de um cenário global, e não mais por um operador na cabine.

Outra constatação é que a presença do operador na cabine não vem sendo mais percebida pelos passageiros em virtude de mensagens de áudio de próxima estação, alertas e mensagens operacionais já serem pré-gravadas e anunciadas em um volume sonoro compatível com o carregamento de cada carro ou com a relação sinal-ruído no ambiente do salão. Com a instalação de portas de plataforma nas estações, dificilmente os passageiros irão notar a presença do operador na cabine, mesmo quando o trem estiver se aproximando da plataforma, e a atuação local desse operador no trem somente será necessária em uma situação de degradação e por solicitação do centro de controle, após monitorar remotamente o estado do trem, mas essa lacuna funcional pode ser plenamente atendida com presença de um agente circulante treinado no trem e sob demanda (on demand).

Por outro lado, o operador no posto da cabine do trem eventualmente desempenha um papel importante em corroborar na identificação de focos de incêndio, fumaça ou anormalidade ao longo da via, antevendo assim cenários degradados ou de emergência que brevemente poderão comprometer a operação do sistema. Para que isto seja equacionado e realmente se possa aplicar plenamente a automação UTO, se faz necessário o mapeamento de todos os perigos, falhas e possíveis cenários operacionais (nominais, degradado, emergência e manutenção) de forma a identificar os atores e as ações necessárias na detecção, controle e normalização dos cenários, seja pelos sistemas de forma automática, por uma ação humana remota no centro de controle ou até mesmo no local da ocorrência através do embarque sob demanda de um agente circulante em um trem para verificar a anormalidade.

Uma grande vantagem na aplicação completa do automatismo é a flexibilidade na operação da linha, uma vez que a disponibilidade e localização dos trens ao longo da via, estacionamentos e pátios estão desvinculadas da disponibilidade e localização dos operadores ou agentes circulantes, permitindo com segurança despachar ou recolher trens automaticamente em função da necessidade operacional.

Em horários de grande demanda de passageiros, uma possível estratégia operacional para garantir o fluxo da linha é disponibilizar provisoriamente um agente circulante no trem, pois caso ocorra alguma eventualidade como, por exemplo, um problema de interferência em portas, a ação corretiva ou de normalização do dispositivo ou sistema será mais breve. Em casos mais graves no percurso, tal agente deve estar capacitado para conduzir manualmente o trem até a plataforma mais próxima, desembarcando os passageiros em local seguro. Um paradoxo a favor do maior nível de automação é que, contrário ao operador na cabine, a presença desse agente circulante dentro do salão do trem fatalmente será percebida pelos passageiros, por outro lado será uma oportunidade dos operadores de transporte proverem algum tipo de informação pontual ou assistência inédita, humanizando assim o atendimento durante a viagem.

Em relação à detecção de princípios de incêndio ao longo da via e/ou em algumas áreas de risco, algumas vezes percebida pelos operadores de trem ou por agentes de estação, a aplicação combinada de câmeras térmicas com vídeo analítico poderá alarmar tais eventos ao centro de controle de maneira mais assertiva e abrangente. A utilização de sensores de fumaça, detectores de vapores tóxicos e gases inflamáveis pode ser aplicada concomitantemente em alguns locais estratégicos da infraestrutura visando antever potenciais cenários de risco diante de perigos como incêndio, asfixia, intoxicação, explosão e queimadura.

Quanto ao conforto dos passageiros nos trens, a ocorrência de calos nas rodas, irregularidades na via ou solavancos na aceleração e frenagem durante a operação comercial poderá ser detectada eventualmente por acelerômetros embarcados em determinados sistemas nos carros ou até mesmo através de tecnologias instaladas na infraestrutura fixa paralela aos trilhos, tais como fibras ópticas que detectam mínimas vibrações no contato roda-trilho, bem como podem detectar eventualmente a presença indevida de pessoas intrusas na via ao longo da passarela de emergência.

Outro importante aprimoramento na gestão da disponibilidade de um sistema de transporte automatizado é o monitoramento do estado funcional dos subsistemas do trem e de alguns parâmetros em tempo real pela equipe de manutenção, prevendo o armazenamento em nuvem do histórico de dados coletados remotamente de toda a frota para análise, manutenção preditiva e otimização da vida útil dos equipamentos, monitorando por exemplo, a eficiência da lubrificação da via, otimizando o desgaste das rodas e trilhos, mas sem perder aderência e desempenho. Esse tipo de monitoramento remoto de parâmetros de sistemas poderá prever a iminência de falhas, desde os subsistemas embarcados no trem como equipamentos instalados nas vias operacionais e pátios, por exemplo, detectando falhas nos mecanismos das portas dos trens, bem como nos aparelhos de mudança de via, para toda a frota e ao longo de toda a linha, ambos cruciais para se manter o intervalo programado entre trens.

Nossa civilização está vivenciando uma era de gestão colaborativa graças à conectividade e aos dispositivos móveis pessoais, e o transporte metroferroviário não pode ser diferente dos demais setores. Ao se analisar o perfil atual dos passageiros, a percepção do uso massificado de smartphones, smartwatches e tablets durante as viagens é inquestionável, aumentando inexoravelmente o grau público de exigência em relação a melhor qualidade na conexão com a internet e a disponibilidade de informações em tempo real nos trens.

Se por um lado prover publicamente informações úteis, georreferenciadas e em tempo real – tais como o estado operacional das linhas, o fluxo de passageiros em cada estação, carregamento nas plataformas e em cada carro – podem trazer benefícios aos passageiros em termos de comodidade e conforto (permitindo que se possa planejar o melhor momento para utilizar transporte metroferroviário, evitando aglomerações e filas indesejadas), por outro lado a colaboração conectada dos passageiros poderá auxiliar os operadores de transportes na melhoria de seus serviços, pois algumas percepções pessoais registradas através desses dispositivos móveis, desde que de forma consensual por alguns passageiros, podem ser capturadas por sistemas específicos ao

longo de suas viagens e contribuir com a excelência nos transportes.

Existem alguns processos internos dos operadores de transporte que podem ser aprimorados utilizando a colaboração dos passageiros tais como alguns procedimentos operacionais para prover atendimento nas estações, prover relacionamento e informação do cliente e prover segurança pública. Por exemplo, um aplicativo oficial da empresa, instalado nos smartphones, permite que passageiros façam denúncias e apontem pontos de melhoria nos trens e estações somente ao toque de um ícone, sem a necessidade de uma descrição da localidade, subjetiva e passível de interpretações errôneas, pois a combinação de conectividade com sensores ativos de georreferenciamento, estrategicamente distribuídos em toda a infraestrutura de transporte, garante a leitura automática e exata da localidade pelo smartphone do passageiro, gerando informações estruturadas e em tempo real a um servidor remoto que é acessado por alguns consoles do centro de controle operacional e da segurança. O rastreamento de dispositivos móveis pessoais também pode ajudar a monitorar pessoas que necessitam de tratamento diferenciado em seus deslocamentos, tais como Pessoas com Mobilidade Reduzida e Pessoas Com Deficiência e seria um dos benefícios do conceito de sinalização de pessoas, que podem se estender para o posicionamento e a navegação “indoor”.

Desta forma, tarefas como a lista de verificação em inspeções dinâmicas e periódicas, e que são realizadas rotineiramente por agentes circulantes no interior dos trens e estações – para detectar, por exemplo, bancos sujos, quebrados, vidros riscados, piso molhado, vômitos, mal súbito, adesivos de comunicação visual ilegíveis nos trens ou sancas e armários elétricos abertos –, podem receber diariamente a contribuição estruturada da percepção da qualidade de serviço pelos passageiros através do relacionamento com o aplicativo da empresa instalado em seus smartphones. Assim sendo, resta ao agente circulante validar esses apontamentos por meio de outro dispositivo móvel, antes de direcioná-los para tratamento pela operação manutenção corretiva e limpeza.

Para alguns testes periódicos de verificação de desempenho de sistemas nos trens, ao invés do agente circulante, é possível criar requisitos funcionais de software para dispositivos que já existem, por exemplo, aplicar ruído branco, ruído rosa ou uma varredura de frequências audíveis nos alto-falantes do sistema de sonorização do salão dos trens de forma a medir e analisar o som captado pelos microfones dos diversos intercomunicadores distribuídos ao longo do salão de passageiros, visando identificar falhas nos amplificadores ou alto-falantes, bem como nos próprios intercomunicadores. Pois ambos são canais essenciais de comunicação com os passageiros principalmente para uma operação UTO.

Entende-se que tal estratégia dá voz aos passageiros e pode contribuir com a percepção positiva da qualidade de serviço, uma vez que eles podem identificar e relatar lâmpadas queimadas, ar condicionado desligado ou com desempenho máximo em dias frios, solavancos, falhas nos mapas de linhas dinâmicos, no sistema de sonorização, nos monitores do salão e ocorrências de vandalismo, assédio sexual ou comércio ilegal, com a vantagem da identificação automática do número do trem, número carro e localidade dentro do salão de passageiros, repassando informações estruturadas do tipo de ocorrência e localidade para as equipes de operação, manutenção, segurança ou limpeza, possibilitando melhorar o tempo de resposta na gestão de tais ocorrências. Sempre lembrando que o “empoderamento” dos passageiros já se encontra em curso com a combinação de rede social, dispositivos móveis e conectividade, embora as reclamações ainda não sejam efetuadas de forma estruturada e convergente.

Se a aplicação de novas tecnologias pode acarretar em mudanças culturais e mais predição, seja para os passageiros ou para os operadores de transporte, também pode impactar na forma de relacionamento com as pessoas e no treinamento do pessoal operativo. Uma vez que uma operação plenamente automatizada não necessita mais de condutores nos trens, exceto em casos muito raros, é necessário repensar no treinamento e reciclagem do pessoal habilitado para operar o trem manualmente na cabine em cenários degradados, situação de pressão onde demanda precisão e rapidez na solução de problemas. Diferentemente do operador tradicional que treina sua habilidade operando o trem quase que diariamente, o agente circulante necessita se reciclar continuamente para se manter apto na condução manual do trem quando for preciso devido ao maior grau de automação, logo a aplicação do uso de simuladores e de testes de aptidão deve ser mais frequente, consumindo mais tempo da equipe em treinamentos.

É válido considerar o estudo de aplicação de novas gerações de simuladores de trens utilizando tecnologia de realidade virtual para flexibilizar e distribuir os processos de treinamento e reciclagem para a operação manual de trens e a resolução de problemas pelos agentes circulantes. Mas também considerar a possibilidade de aplicação de óculos de realidade aumentada sobre os consoles escamoteáveis de condução manual dos trens e nos armários elétricos visando auxiliar na identificação dos dispositivos acionadores, botões e chaves, sequenciando corretamente as ações a serem realizadas pelo agente através de scripts virtuais sobre os dispositivos.

Vivemos um momento de maior consciência ambiental, onde a otimização de recursos e de energia é sempre bem-vinda. Para os sistemas metroferroviários, existem oportunidades de melhoria para o armazenamento e o maior uso da energia regenerada pelos trens. Levando em conta novas linhas plenamente automatizadas, outro campo de estudo visando a economia de energia é rever, com segurança, a necessidade de iluminar um túnel de cerca de vinte quilômetros durante toda a operação comercial em condição normal, tendo em vista que não há mais um operador na cabine para supervisionar a via e que a câmera frontal e os faróis nas cabeceiras permitem prover imagens remotas ao centro de controle com baixíssima luminosidade. A iluminação nos túneis seria acionada em caso de manutenção preventiva ou corretiva na via ou eventualmente para alguns cenários operacionais como a evacuação dos trens na passarela de emergência, por exemplo.

Finalizando, para que todo esse conjunto de melhorias fique harmonioso como uma orquestra sinfônica, faz-se necessário o mapeamento e a estruturação dos limites e o campo de atuação de cada sistema que compõe o transporte metroferroviário, bem como as ações necessárias para a geração de dados confiáveis e seguros para a tomada de decisão, seja por parte dos operadores dos consoles no centro de controle, pelos agentes circulantes ou até mesmo pelo passageiro, colaborando ou decidindo em um determinado contexto qual é a melhor opção em função do seu nível de tolerância e exigência (figura 1).

Fonte: https://www.startus-insights.com/innovators-guide/ railroad-innovation-map-reveals-emerging-technologies-startups/ * Felipe Copche é supervisor de Projetos de Sistema de Sinalização e Controle Centralizado pela Gerência de Projetos (GPR) do Metrô-SP E-mail: imprensa@metrosp.com.br ** Rubens Navas Borloni é coordenador de Projetos de Sistema de Sinalização e Controle Centralizado pela Gerência de Projetos (GPR) do Metrô-SP E-mail: imprensa@metrosp.com.br