Una piattaforma per il monitoraggio delle prestazioni del sistema europeo di sicurezza ERTMS/ETCS per il distanziamento treni per le linee AV/AC italiane

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Introduzione 
Oggi il treno, grazie soprattutto alle linee alta velocità – alta capacità (AV/AC), è 
diventato uno dei mezzi di trasporto più utilizzati, sia per lo spostamento di merci 
che di persone, ponendosi come valida alternativa al trasporto aereo anche sulle 
medio-lunghe distanze (700-900 km) e con indici di performance più elevati, dove le 
prestazioni sono valutate in termini di sicurezza, velocità e capacità di trasporto. 
Inoltre, il trasporto ferroviario permette anche un minor impatto ambientale rispetto 
agli spostamenti su gomma o al trasporto aereo.  
A differenza del trasporto su strada, in cui i veicoli circolano “a vista”, una ferrovia 
richiede sistemi di distanziamento dei treni indipendenti dalla mutua visibilità dei 
convogli poiché gli spazi di frenata sono solitamente molto maggiori della distanza 
di visibilità stessa, a causa del basso attrito delle ruote del treno con i binari. Questa 
necessità, unita alla richiesta di prestazioni velocistiche sempre più elevate, ha 
portato nel corso soprattutto degli ultimi anni allo sviluppo di sistemi di controllo 
sempre più avanzati, capaci non solo di intervenire nel caso di errori del macchinista, 
ma anche di gestire in maniera completamente automatica la marcia del treno. 
Grosso impulso allo sviluppo di questi sistemi di sicurezza è stato dato, come detto, 
dal progressivo aumento di velocità dei convogli ferroviari, velocità oggi compresa 
tra 90 - 140km/h nel caso dei convogli tradizionali fino a 300 km per gli attuali treni 
ad alta velocità (360 km/h per i nuovi treni AV in fase sperimentale).  
La nascita delle linee AV/AC ha rappresentato una vera e propria rivoluzione nel 
mondo ferroviario, poiché si è passati da un controllo a vista dei treni, operato quasi 
del tutto dal macchinista in base alle segnalazioni visive poste lungo i binari, ad un 
controllo completo computerizzato della marcia del treno, in cui le informazioni 
compaiono sul banco di guida senza più la presenza di segnali luminosi lungo la 
linea.
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1 La tecnologia a supporto della sicurezza 
ferroviaria 
1.1 Dalla marcia a vista al sistema ETCS/ERTMS 
In ferrovia gli aspetti relativi alla sicurezza sono fin dall’origine ritenuti fondamentali. 
Fin dalle prime ferrovie, infatti, si è avuta la necessità di disporre di sistemi di 
distanziamento che garantissero non solo spazi di frenata sicuri tra un convoglio e 
l’altro, ma che permettessero anche di massimizzare la capacità di trasporto di una 
linea, in termini di convogli presenti contemporaneamente sullo stesso tratto, nonché 
la velocità dei convogli stessi. A tale scopo, col passare degli anni si è fatto ricorso a 
tecnologie sempre più sofisticate: in passato ogni singola nazione ha cercato di 
ottimizzare tali caratteristiche portando, quindi, alla nascita di diversi sistemi di 
sicurezza per il distanziamento dei convogli ferroviari, spesso incompatibili tra di 
loro; il livello di incompatibilità in passato si è spinto fin anche all’armamento con 
l’utilizzo di scartamenti differenti (distanza tra i binari) tra nazioni confinanti 
creando, in questo modo, una situazione di “isolamento ferroviario” con un 
conseguente freno allo scambio di merci e passeggeri.  
Con riferimento ai sistemi di sicurezza per il distanziamento dei treni, in Italia sono 
stati sviluppati i sistemi SCMT (Sistema Controllo Marcia Treno) e SSC (Sistema 
Supporto alla Condotta). Tuttavia, le sempre crescenti richieste nel settore ferroviario 
di tratte commerciali veloci sicure e ad alta capacità, unitamente alla esigenza di 
interoperabilità su scala sovranazionale hanno portato ad evidenzire a livello europeo 
la necessità di creare uno standard che garantisse l’interoperabilità dei vari sistemi di 
trasporto ferroviario nazionali. A questo proposito, negli anni 90 si è dato inizio ai 
progetti EIRENE (European Integrated Railway Radio Enhanced Network) ed ETCS 
(European Train Control System) nell’ambito del ERTMS (European Transport
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Management System) che hanno visto coinvolte le principali industrie ferroviarie 
europee.  
I vantaggi attesi da questi progetti sono sostanzialmente legati al miglioramento degli 
scambi merci/passeggeri tra i vari paesi, al miglioramento della sicurezza del 
trasporto ferroviario e all’ottimizzazione del traffico, mirando a un aumento della 
capacità di trasporto delle linee ferroviarie attuali. Oltre a questi vantaggi di natura 
tecnico-economica va ricordato anche un obiettivo di tipo strategico, quale quello di 
affermare in maniera robusta la posizione delle ferrovie europee a livello mondiale 
fungendo da modello di riferimento per altri paesi. Il progetto EIRENE ha portato 
alla nascita dello standard di comunicazione GSM-R, basato sullo standard GSM ma 
ottimizzato per il trasporto ferroviario (deve supportare per es. velocità superiori ai 
250 km/h, limite previsto nello standard GSM).  
Nel 1996 il Consiglio dell’Unione Europea ha adottato la direttiva 96/48/EC che 
disciplina le condizioni per l’interoperabilità del sistema ferroviario europeo ad Alta 
Velocità/Alta Capacità e che costituisce lo strumento per eliminare le barriere 
tecnologiche al traffico tra le frontiere dei vari paesi europei. Le amministrazioni 
ferroviarie e le industrie hanno lavorato insieme in ambito AEIF (Associazione 
Europea per l’Interoperabilità Ferroviaria) per sviluppare le STI (Specifiche 
Tecniche per l’Interoperabilità codificate nelle Subset UNISIG) dove sono stati 
definiti i requisiti essenziali (sicurezza, affidabilità, salute, protezione operatori, 
compatibilità tecnica, esercizio), i componenti per l’interoperabilità e le interfacce, le 
procedure europee di valutazione di conformità/idoneità all’impiego, le specifiche 
funzionali e tecniche e la strategia di migrazione verso l’interoperabilità.  
Nel 2001, poi, il Consiglio dell’Unione Europea ha adottato la direttiva 2001/16/EC 
relativa alla rete convenzionale alla quale vengono in sostanza applicate le stesse 
specifiche dei requisiti ERTMS/ETCS con, però, alcuni piccoli aggiornamenti. Con 
questa nuova direttiva ha assunto un ruolo fondamentale il processo di migrazione 
dai sistemi nazionali allo standard ERTMS/ETCS. Uno degli obiettivi della 
standardizzazione per l’interoperabilità è quello di attivare e/o adeguare delle tratte 
ferroviari strategiche tra i vari paesi europei così come riportato in Figura 1.
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Figura 1 Tratte ferroviarie europee di rilevante interesse strategico 
1.2 Tecnologie attuali a supporto della sicurezza 
ferroviaria 
Alla base degli attuali sistemi di sicurezza ferroviaria vi è l’obiettivo comune di 
assicurare distanze di sicurezza opportune tra i convogli in marcia riuscendo, al 
tempo stesso, a massimizzare, per quanto possibile, il numero di treni presenti 
contemporaneamente sullo stesso tratto di linea. L’approccio seguito ha portato in 
sostanza a individuare due macrosistemi - il treno e la linea (infrastruttura fissa) - che 
interagendo in diversi modi a seconda del sistema di sicurezza utilizzato, vanno a 
realizzare il principio base della sicurezza ferroviaria sopra esposto. Ciascun sistema 
ferroviario nazionale, come pure quello europeo proposto, sono strutturati su due 
sottosistemi più o meno interagenti.  
Nel nostro Paese, i principali sistemi oggi utilizzati sono: 
 SSC: Sistema di Supporto alla Condotta 
 SCMT: Sistema Controllo Marcia Treno 
 ETCS: European Train Control System
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Questi sistemi differiscono sostanzialmente non solo per il tipo di tecnologia 
utilizzata e per i relativi costi, ma anche per grado di interoperabilità a livello 
europeo, divenuto oggi di importanza cruciale per lo sviluppo di reti di scambio 
globali. 
1.2.1 Sistema Supporto alla Condotta (SSC) 
Il Sistema di Supporto alla Condotta (SSC), come dice l’acronimo stesso, svolge la 
funzione di “supporto alla condotta del treno” senza fornire informazioni al 
guidatore. In sostanza si occupa di: 
 Riconoscimento delle segnalazioni restrittive incontrate lungo la linea; 
 Controllo del rispetto di determinate velocità di tetto associate alle 
segnalazioni restrittive incontrate; 
 Controllo del superamento indebito di segnali fissi luminosi; 
 Controllo della velocità massima ammessa dal rotabile attrezzato; 
 Controllo della velocità massima ammessa dalla linea; 
 Controllo della velocità massima ammessa in fase di manovra (30 km/h). 
I primi quattro punti presuppongono uno scambio di dati tra il treno e la linea, mentre 
gli ultimi due sono legati alle caratteristiche meccaniche del treno ed alle sue 
condizioni di lavoro. Prima di passare a un’analisi dei modi di intervento 
caratterizzanti l’SSC è opportuno distinguere all’interno di questo sistema il 
Sottosistema di Terra (SST) e il Sotto Sistema di Bordo (SSB). Una rappresentazione 
di come tali sottosistemi si collocano all’interno del sistema SSC è data in Figura 2. 
 
Figura 2 SSB e SST su linee SSC
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Al SST appartengono i “trasponder”, trasmettitori che si attivano al passaggio del 
treno permettendo così l’invio unidirezionale di informazioni dalla linea al treno. 
Questi trasmettitori sono sostanzialmente di due tipi: 
 commutabili: sono collegati agli apparati di terra (i segnali) tramite apposite 
interfacce - gli encoder - e trasmettono, quindi, informazioni legate 
all’aspetto del segnale incontrato; 
 fissi: non sono collegati ad alcun apparato di terra e, quindi, trasmettono 
informazioni non legate all’aspetto dei segnali ma riguardanti, di solito, le 
caratteristiche meccaniche della linea come, ad esempio, il livello di 
frenatura o la pendenza. 
Sono trasponder commutabili, ad esempio, quelli che si trovano in corrispondenza 
dei segnali di protezione e partenza di una stazione, mentre sono trasponder fissi 
quelli che, invece, svolgono per esempio il ruolo di “tag” per l’attivazione delle così 
dette “catene d’appuntamento”. Tali “catene” permettono al treno di conoscere la 
distanza dal trasponder successivo rendendo così possibili eventuali operazioni di 
diagnostica nel caso di malfunzionamenti (Figura 3). 
 
Figura 3 Catena di appuntamenti tra transponder 
I punti lungo la linea dove sono posizionati i trasponder sono detti “punti informativi 
(PI)”. Un messaggio di 152 bit, detto “telegramma”, viene trasmesso da ogni punto 
informativo da terra a bordo. Va sottolineato che per quel che riguarda i trasponder 
commutabili e i relativi encoder questi non richiedono alimentazioni aggiuntive 
poiché sono alimentati dal cavo del segnale stesso a cui si riferiscono. 
Al SSB appartengono: 
 Antenna di captazione: posta al lato del locomotore, è necessaria 
all’attivazione dei trasponder e alla ricezione dei messaggi inviati da questi 
ultimi;
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 Elaboratore di bordo: apparecchiatura con logica a microprocessori necessaria 
per l’analisi delle informazioni ricevute dal SST e per la supervisione del 
comportamento del macchinista; 
 Cruscotto: è in sostanza l’interfaccia con il macchinista ed è caratterizzata per 
esempio dall’emissione di segnali acustici in caso di comportamenti scorretti 
(Figura 4); 
 
Figura 4 Cruscotto sistema SSC 
 Antenna GPS/GSM: usata per inviare a terra, tramite canale GSM, 
informazioni diagnostiche. 
Per quel che riguarda le modalità di intervento del SSC si può affermare in poche 
parole che la logica di bordo controlla la condotta del macchinista andando ad 
imporre azioni restrittive in caso di errore; in particolare si ha il taglio della trazione 
e l’attivazione della frenatura d’emergenza nel caso di mancato rispetto di vincoli 
restrittivi incontrati lungo la linea o caratteristici del rotabile in uso (esiste, 
comunque, una fascia di tolleranza di ± 5 km/h). Inoltre, il sistema realizza un 
controllo della velocità tramite un profilo a gradini determinato in base all’aspetto 
del segnale incontrato e in base a determinate distanze di applicazione (Figura 5). 
  
Figura 5 Profilo in velocità di un SSC
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Oltre alle azioni sopra citate, il sistema SSC permette, in caso di azioni di frenata 
automatica, il riarmo del freno solo a treno fermo. Per quel che riguarda la condotta 
del treno è opportuno sottolineare che non si hanno significative modifiche rispetto al 
comportamento che il macchinista dovrebbe tenere su un rotabile sprovvisto del 
sistema SSC. Va infine notato che vista la struttura del SST il sistema SSC si basa su 
comunicazioni di tipo discontinuo con gli apparati di terra, i quali, come visto in 
precedenza, si attivano e trasmettono informazioni soltanto al passaggio del treno. 
La situazione attuale delle linee attrezzate in Italia con sistema SSC è riportata in 
Figura 6. 
  
Figura 6 Linee attualmente attrezzate con SSC  
1.2.2 Sistema di Controllo Marcia Treno (SCMT) 
Il Sistema di Controllo della Marcia del Treno (SCMT) è un sistema di sicurezza 
ferroviaria a livello europeo che attua la protezione della marcia del treno istante per
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istante. Tale sistema è armonizzato con il nuovo standard europeo di interoperabilità 
tra le reti ferroviarie ERTMS (European Rail Traffic Management System). L’ 
SCMT interviene automaticamente nel caso in cui non vengano rispettati i limiti di 
controllo imposti sulla velocità e dipendenti da: 
 Condizioni indicate dai segnali luminosi incontrati lungo la linea; 
 Velocità massima consentita lungo il tratto di linea che si sta percorrendo; 
 Velocità massima consentita nei confronti di eventuali rallentamenti; 
 Velocità massima consentita dal rotabile attrezzato. 
I primi tre punti presuppongono uno scambio di dati tra il treno e la linea mentre 
l’ultimo è legato alle caratteristiche meccaniche del treno stesso e alle sue condizioni 
di lavoro. Come già fatto per l’SSC, prima di passare a un’analisi dei modi di 
intervento caratterizzanti l’SCMT, è opportuno distinguere all’interno di questo 
sistema il Sotto Sistema di Terra (SST) ed il Sotto Sistema di Bordo (SSB). Una 
rappresentazione di come tali sottosistemi si collocano all’interno del sistema SCMT 
è data in Figura 7. 
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Figura 7 SST ed SSB su linee SCMT 
Al SST appartengono le “boe”, trasponder posti sulle traverse tra i binari (non al lato 
della linea come nel SSC) che si attivano al passaggio del treno permettendo così 
l’invio unidirezionale di informazioni dalla linea al treno. Le boe costituiscono i 
cosiddetti “Punti Informativi” (PI). Un PI è composto di solito da almeno 2 boe, 
                                                
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 I.S. :Impianto di Segnalamento
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quantità minima per permettere ai sistemi di bordo del treno di conoscere per quale 
senso di marcia è valida l’informazione trasmessa . L’utilizzo di 2 boe è legato anche 
a ragioni di sicurezza e disponibilità. I PI sono sostanzialmente di due tipi: 
 commutabili: sono collegati agli apparati di terra (i segnali) tramite apposite 
interfacce - gli encoder - e trasmettono quindi informazioni legate all’aspetto 
del segnale incontrato; 
 fissi: non sono collegati ad alcun apparato di terra e quindi trasmettono 
informazioni non legate all’aspetto dei segnali ma riguardanti, di solito, le 
caratteristiche meccaniche della linea, come ad esempio il livello di 
frenatura o la pendenza. 
Un messaggio di 255 bit - il “telegramma” - viene trasmesso da ogni punto 
informativo da terra a bordo. Anche nel caso del SCMT, come già visto per l’SSC, 
viene utilizzata la logica delle catene d’appuntamento, soprattutto per poter calcolare 
i profili dinamici in velocità e ottenere informazioni sul corretto funzionamento dei 
vari PI. Uno schema di funzionamento per il SST nel caso di boe commutabili è 
rappresentato in Figura 8. 
 
Figura 8 Gestione del SST su linee SCMT 
Nei sistemi SCMT ha grande importanza anche il cosiddetto “air gap”, che 
rappresenta la parte spaziale che si estende tra la boa, posta tra binari, ed il captatore 
delle boe posto sul fondo del rotabile di testa del treno. A livello europeo sono 
definite delle caratteristiche stringenti per: 
 Tolleranza ammessa sulla distanza tra boa e captatore;
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 Assenza di masse metalliche superiori a certe dimensioni e in certe posizioni; 
 Tolleranza ammessa sulle variazioni angolari della posizione della boa 
rispetto all’asse del binario (in tutte e tre le dimensioni). 
 Al SSB appartengono: 
 Antenna di captazione: è posta sul fondo del rotabile di testa ed è necessaria 
per l’attivazione delle boe e la ricezione dei messaggi inviati da queste 
ultime; 
 Elaboratore di bordo: apparecchiatura con logica a microprocessori necessaria 
per l’analisi delle informazioni ricevute dal SST e per la supervisione del 
comportamento del macchinista; 
 Cruscotto: è, in sostanza, l’interfaccia con il macchinista ed è caratterizzata 
dalla presenza di un display sul quale per esempio vengono date 
informazioni (legate ai codici RSC
2
) sulla marcia del treno e sui segnali 
luminosi incontrati lungo la linea (Figura 9). Il cruscotto, oltre a permettere 
di interagire con l’apparato di sicurezza (quando richiesto), permette anche 
l’inizializzazione del sistema all’inizio della marcia del treno. 
2
 
  
Figura 9 Cruscotto sistema SCMT 
                                                
2
 RSC ( Ripetizione Segnali Continua): segnali analogici trasmessi lungo i binari 
caratteristici di tratti di linea attrezzati con il BACC (Blocco Automatico a Correnti 
Codificate).
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 Generatori tachimetrici: forniscono i dati di odometria necessari poi al 
computer di bordo per calcolare le grandezze cinematiche (spazio, velocità e 
accelerazione) e valutare il profilo dinamico di velocità. 
Per quel che riguarda la logica di funzionamento del SCMT si può dire in sostanza 
che il computer di bordo confronta la velocità istantanea del treno con quella 
massima imposta dai vincoli legati ai segnali incontrati lungo la linea, alle 
caratteristiche del rotabile stesso, alle caratteristiche della linea e alla presenza di 
eventuali rallentamenti. Il sistema sviluppa una curva di riferimento per la riduzione 
di velocità in base ai dati forniti dalle boe (comprese le distanze tra i PI fornite dalla 
configurazione delle boe a catena di appuntamenti) come quelle riportate per 
esempio nelle Figure 10 e 11. 
 
Figura 10 Profilo di velocità SCMT-1 
S S
R
R
DOA
 
Figura 11 Profilo di velocità SCMT-2