In sneltreinvaart digitaliseren dankzij schematische visualisatie van het spoor

Ook in de spoorsector is de digitale transformatie in volle gang. De transformatie gaat over het optimaliseren van processen, ontwikkelen van nieuwe producten en diensten en het verbeteren van de klantbeleving. Die omvat meer dan het inwinnen en beschikbaar stellen van (geografische) gegevens in 2D, 3D of zelfs 5D. Twee aspecten zijn hierbij belangrijk: één consistente dataset en visualisaties passend bij het werkproces. Waarom voor het spoor een schematische visualisatie cruciaal is en wat de meerwaarde is van het automatisch genereren van schema’s, vertelt Rob Udink, Director Consulting Expert bij CGI, in deze blog.

De digitale transformatie

De Nederlandse Spoorwegen (NS) heeft haar visie rond de De Virtuele Trein / Intelligente Trein (VT/IT). Spoorbeheerder ProRail kent de 5D Digital Twin visie waarin naast de gebruikelijke locatiedimensies (X, Y en Z) ook tijd en nauwkeurigheid worden meegenomen. Door uit te gaan van de geografische locatie van objecten worden tal van nieuwe functionaliteiten ontsloten met elke hun eigen business waarde. Doordat de nauwkeurigheid en actualiteit (intern = extern) van deze data toeneemt ontstaat een beter inzicht en een betere basis voor efficiënte en effectieve besluitvorming. Tevens zijn deze visies een belangrijke stap in het samensmelten van de historisch gescheiden werkvelden: logistiek en asset management. Elk veld heeft nu haar eigen datasets en visualisaties.

Logistiek en Asset Management

De logistieke spoorwereld kent twee belangrijke processen:

• de capaciteitsverdeling en planning van de dienstregeling;
• de dagelijkse besturing en bijsturing van de treinen.

Hierbij is het van belang hoe verschillende stukken spoor via wissels aan elkaar verbonden zijn en hoe lang een trein er over doet om van A naar B te komen. Een compacte schematische weergave van het spoor geeft hierin het meeste inzicht. Tot voor kort kwam de informatie voor de logistiek vooral vanuit het ontwerpproces. Deze data is gebaseerd op het uitwisselen van schematische tekeningen. Veel werk is verzet in het digitaliseren van de tekeningen en het destilleren van data uit de tekeningen.

De belangrijkste processen binnen asset management zijn:

• het plannen van onderhoud van onderdelen van het spoor;
• het oplossen van storingen.

Hierbij is het essentieel om nauwkeurig te weten welke assets er zijn, hoe oud ze zijn, waar ze zich bevinden en wat de conditie is. Deze geografische informatie kwam voorheen vooral uit gedigitaliseerde luchtfoto’s. Eigenschappen van assets werden beheerd in SAP; geografische informatie werd vastgelegd in een geografisch informatiesysteem. In beide velden zijn grote stappen gemaakt in digitalisering. Toch kunnen we nog niet spreken van een Digital Twin: er is niet één consistent beheerde dataset van de eigenschappen van alle infra-objecten.

Geïntegreerd inwinnen

ProRail en haar partners maken nu de stap naar geïntegreerd inwinnen. Informatie wordt niet meer aangeleverd in visualisaties (tekeningen of luchtfoto’s) maar als data in een branchebreed afgesproken taal: IMX. Daarin zijn geografische en functionele informatie geïntegreerd beschikbaar. Hiermee realiseert ProRail het eerste aspect van de Digital Twin: een consistente dataset van de spoorse elementen die buiten staan.

Dit maakt het mogelijkheid data op meerdere manieren te visualiseren. Soms geeft een geografische kaart het meeste inzicht, soms een schema of een tabel. Geografische Informatie Systemen ondersteunen deze visualisaties vaak op een generieke manier. Maar in de spoorwereld stellen we hoge eisen aan de schematisch weergave, met name als het om logistiek gaat. Aan die eisen kunnen we moeilijk voldoen als we generieke algoritmen schematiseringen laten genereren.

Schematisering van het spoor

Traditioneel maakt ProRail spoorse schema's met de hand. Dit vereist veel tijd en aandacht. Zij worden eenmalig gemaakt en in verschillende processen gebruikt. Daarom moeten ze veel informatie bevatten en toch compact zijn. Al geruime tijd zoekt de spoorwegbeheerder naar een manier om schema’s automatisch te genereren, vaak gebaseerd op generieke schematiseringsprincipes. Tot nu toe met beperkt resultaat.

Met ProRail (Infradata & GIS team) als opdrachtgever en CGI als opdrachtnemer hebben we voor een andere aanpak gekozen. We zijn begonnen vanuit de grondgedachten hoe spoorse schema’s zijn opgebouwd. Hieruit ontwikkelden we op een agile manier een schematiseringsalgoritme. We startten met hele eenvoudige spoorse situaties: eerst een enkele spoortak, daarna perronsporen, later seinen en andere objecten. Iedere stap testten we met verschillende gebruikers op eigenschappen als ‘Is de situatie herkenbaar?’ en ‘Komt de visualisatie overeen met je verwachtingen?’. Inmiddels hebben we een stadium bereikt dat we 793 van de 875 gebieden op het Nederlandse spoor waarvan tekeningen zijn, kunnen schematiseren.

Figuur 1: Een voorbeeld van een automatisch gegenereerd schema vanuit de geografische ligging van het spoor

De kracht van schematische visualisatie van het spoor

Doordat we schema’s kunnen genereren kunnen we profiteren van de volgende voordelen:

• We kunnen verschillende visualisaties combineren.
  Op het schema is eenvoudig te zien hoe een sein gesitueerd is ten opzichte van het vorige of volgende sein. Door vanuit het sein door te klikken naar een geografische visualisatie, krijgen we inzicht in werkelijk afstanden en zichtlijnen’;
• Visualisaties zijn consistent met elkaar.
  Ze worden immers gegenereerd uit dezelfde brondata;
• We kunnen schema’s op ieder formaat maken.
  Voor de lijn Harlingen tot Nieuweschans zouden we voorheen 38 tekeningen achter elkaar moeten leggen om een overzicht te krijgen. Deze hele lijn kunnen we nu ook vangen in één gegenereerd schema;
• Het ontwerp en beheer proces wordt sneller, actueler en goedkoper.
  Schema’s kunnen met een druk op de knop worden gemaakt en zijn daarmee direct beschikbaar en actueel met de geografische gegevens.

De ProRail Schemaservice en haar applicaties

Het idee om schema’s te genereren is ontstaan binnen één applicatie, DDIO. We zagen echter al snel dat dit ook waarde heeft voor andere toepassingsgebieden. Daarom stelt ProRail automatische schemageneratie beschikbaar als een service voor meerdere applicaties en gebruikers.

De DDIO-applicatie ondersteunt het maken van buitendienststellingen. Eén buitendienststelling omvat vaak meerdere tekeningen per gebied. Met schemageneratie kunnen we dit gebied wel in één schema weergegeven. Dit vergroot het overzicht en maakt het gemakkelijker om de kwaliteit te beoordelen.

Een ander applicatiegebied is de introductie van het nieuwe Europese beveiligingssysteem: ERTMS. Het ERTMS-ontwerpproces is datagedreven: schematische tekeningen worden niet meer gemaakt. Zowel ProRail als ingenieursbureaus gebruiken de ProRail Schemaservice om ontwerpen schematisch te visualiseren. Hiervoor integreren de ingenieursbureaus de ProRail Schemaservice in hun eigen ontwerptooling.

De ProRail Schemaservice is ontworpen voor het spoor in Nederland. Een Proof Of Concept op de OpenRailwayMap data toont aan dat het ook internationale potentie heeft. Op veel gebieden levert de Schemaservice bruikbare schema’s. Een vervolgstap is om met buitenlandse spoorbeheerders te onderzoeken wat de waarde van schematisering voor hen is.

Conclusie

Een Digital Twin heeft naast één consistente dataset ook verschillende goede visualisaties. Voor de spoorsector is een schematische visualisatie essentieel. De ProRail Schemaservice biedt de basis voor visualisatie, goedkoper en met meer mogelijkheden dan bij conventionele tekeningen. Nu worden de gegenereerde schema’s vooral gebruikt bij statische ontwerpdata. Maar denk aan de mogelijkheden rond real-time data. Ik zie het al voor me: een meldkamer met zowel geografische en schematische kaarten, altijd met elkaar in sync en altijd up-to-date. Hoe mooi zou dat zijn!

Dit artikel verscheen eerder op SpoorPro.