Los datos, al servicio de la movilidad sostenible

DAT4ECOPS se enmarca en el Plan de Impulso de los Espacios de Datos Sectoriales, una iniciativa estratégica impulsada en el contexto del Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia (PRTR) del Gobierno de España, financiado por la Unión Europea a través de los fondos Next Generation EU y coordinado por la Secretaría de Estado de Digitalización e Inteligencia Artificial (SEDIA), del Ministerio para la Transformación Digital y de la Función Pública. 

En este contexto, el proyecto tiene como objetivo mejorar la sostenibilidad del transporte ferroviario mediante el uso inteligente de los datos de operación. Para cumplirlo se llevan a cabo las siguientes actividades:  

• Desarrollar una plataforma tecnológica de datos escalable y segura, capaz de integrar diferentes fuentes, tanto de equipos de vía como embarcados.
• Emplear dicha plataforma en un proceso iterativo para la optimización energética del tráfico ferroviario, compuesto por tres etapas:

Ingesta de datos de operación y cálculo de métricas de conducción  

La primera etapa del proceso necesita una plataforma tecnológica de datos, desarrollada para realizar diariamente la ingesta, almacenamiento, transformación, análisis y visualización de los datos de operación necesarios.

La ingesta consiste en la recopilación diaria de datos de operación brutos procedentes tanto de sistemas embarcados como de infraestructuras de vía, que se transmiten de forma automática hacia un almacenamiento centralizado en la nube. La calidad y frecuencia de muestreo del dato es un factor crítico que condicionará los análisis posteriores. Con variables como la posición, velocidad, esfuerzos de tracción y potencia de los trenes durante la operación se calculan las métricas necesarias para las siguientes etapas del proceso.

Los datos brutos se almacenan en repositorios escalables y correctamente particionados para facilitar la gestión de grandes volúmenes de datos. Posteriormente son procesados mediante funciones de validación, estandarización de formatos, homogeneización, categorización e integración, obteniendo un catálogo de datos adecuado para ser analizado.

El análisis se realiza de forma automática y diaria sobre este catálogo de datos, identificando en primer lugar las diferentes conducciones realizadas por los trenes durante la operación y calculando después las métricas que describen cada una de ellas; duración, consumo energético, porcentajes de tracción, deriva y freno, etc.

Finalmente, la plataforma tecnológica de datos muestra las métricas calculadas mediante dashboards formados por diferentes visualizaciones que le permiten al usuario interpretar la información y rediseñar las conducciones en la siguiente etapa del proceso.

Dashboard de métricas de conducciones.

Análisis de métricas y rediseño de conducciones

Una vez obtenidas las métricas asociadas a cada conducción, esta etapa consiste en compararlas trayecto a trayecto, observando los potenciales de ahorro energético asociados tanto al aumento de tiempo de recorrido como a la implementación de conducciones eficientes. 

Este proyecto se ha realizado utilizando datos de operación de una línea de metro correspondientes a un tramo lineal explotado en ambos sentidos. El siguiente diagrama de dispersión muestra las parejas de valores duración del recorrido y consumo energético asociadas a diversas conducciones en uno de los trayectos. En él se pueden apreciar ambos potenciales de ahorro energético; por un lado, el derivado de incrementos en el tiempo de recorrido y, por otro, el asociado a estrategias de conducción eficiente. La conducción 1 corresponde al menor tiempo de recorrido, mientras que las conducciones 2 y 3, con duraciones muy similares, presentan diferencias significativas en su consumo energético.

La conducción 3, con una duración un 7,7% superior a la de la conducción 1, presenta una reducción del consumo energético del 15,7%; lo que refleja el potencial asociado al aumento del tiempo de recorrido. Asimismo, con una duración casi idéntica a la de la conducción 2, reduce el consumo energético en un 16,2% menos que ésta; evidenciando el potencial asociado a la aplicación de conducciones eficientes.

La siguiente gráfica muestra las curvas de velocidad y esfuerzo de las tres conducciones anteriores que, junto con las métricas obtenidas, permiten el rediseño de los tiempos de recorrido de los trayectos comerciales, así como la definición de curvas de velocidad y esfuerzo óptimas para minimizar el consumo energético sin comprometer la calidad del servicio (puntualidad, confort, etc.).

Curvas de velocidad y esfuerzo de tracción.

Implementación de nuevas conducciones

Una vez seleccionadas las nuevas conducciones candidatas en cada uno de los trayectos de un servicio comercial, la tercera etapa consiste en su implementación durante la operación. Esta implementación permite la adquisición de nuevos datos de operación, cerrando así el proceso iterativo para la optimización energética del tráfico ferroviario. 

*Financiado por la Unión Europea - NextGenerationEU. Sin embargo, los puntos de vista y las opiniones expresadas son únicamente los del autor o autores y no reflejan necesariamente los de la Unión Europea o la Comisión Europea. Ni la Unión Europea ni la Comisión Europea pueden ser consideradas responsables de las mismas.