Kapittel 10: Tog som tenker selv

Tog har i snart 200 år spilt en viktig rolle i samfunnsutviklingen og er et sentralt transportmiddel for mennesker og gods. Den første banen i Norge ble åpnet i 1854, var 68 km lang og gikk fra Kristiania til Eidsvoll. De neste 100 årene ble det satset massivt på utbygging av nye baner, og Bergensbanen alene hadde en kostnad tilsvarende et helt statsbudsjett. Jernbanen består i dag av vel 4200 km skinnegang, hvorav det aller meste er enkeltspor.

De første togene var dampdrevne, men ble etter hvert avløst av elektrifiserte eller dieseldrevne tog. Dampdriften ble endelig avviklet i 1970 og i dag er 2459 km av jernbanenettet elektrifisert (2017-tall). De gjenstående banene er dieseldrevne. (Store norske leksikon. Jernbane)

Figur 10.1 Toget har alltid hatt en viktig rolle for etablering og utvikling av byer, og utgjør ryggraden for transporttilbudet. Foto: Øystein Grue

Fra gammel til ny teknologi

Jernbanen er et komplekst system hvor det stilles store krav til samspillet mellom tog, infrastruktur, tekniske komponenter og systemer for å styre trafikken. Biler kan i stor grad kjøre fritt på vegnettet, mens tog har et langt mer komplekst samspill med infrastrukturen. Det stilles svært strenge krav til sikkerheten. Med noen unntak er dagens jernbane bygd for mange tiår siden og basert på datidens teknologi. Det er derfor krevende å ta i bruk ny teknologi, fordi det må tas hensyn til alle elementer i dette samspillet. Den nye teknologien må fungere sammen med den gamle. Samtidig må jernbanen fornye seg i takt med teknologisk utvikling og forventninger fra samfunnet.

Jernbanen står nå foran det vi kan betrakte som en digital revolusjon. Mange oppgaver som i dag løses av mennesker vil i fremtiden utføres av datamaskiner og roboter. Togene blir smarte og kan snakke med hverandre. Da vil de for eksempel kunne bli enige om at andre tog kan «henge seg på» – litt som en andemor som er på tur med ungene sine. Togene vil også kunne kommunisere med biler. Dette gjør det mulig å utveksle informasjon om posisjon og retning, noe som kan avverge ulykker og hendelser på planoverganger. Systemet vil da kunne fungere som et elektronisk gjerde ved slike overganger eller andre konfliktpunkt.

Infrastrukturen blir også intelligent. Den overvåker seg selv og hvis noe er galt, bestiller den selv en automatisk drone for å bytte en reservedel. Eller den sier fra til togene om at et skred har ødelagt sporet, slik at de stopper før det farlige området.

Trafikklysene forsvinner

I fremtiden vil datamaskiner styre både togene og togtrafikken – altså overta hele kjøreprosessen og bestemme hvor og når togene får lov å kjøre.

Det utvikles nå et avansert sikkerhetssystem for fremtidig styring av togtrafikk. ERTMS (European Rail Traffic Management System) er et felles system for hele Europa, som også tas i bruk i andre deler av verden. Informasjon om kjøretillatelse og hastighet sendes trådløst direkte til toget og vil erstatte trafikklysene langs sporet.

ERTMS (Bane NOR (2014). ERTMS for dummies 1 – Grunnleggende funksjonalitet. Oslo: Jernbaneverket.) består av hastighetsovervåking, signalering, kommunikasjonsnett og felles europeiske trafikkregler. Dette gir en raskere og mer effektiv togfremføring over landegrensene. Norge har valgt å innføre ERTMS på hele det norske jernbanenettet. Utbyggingen er det største IKT-prosjektet i Norge, med en anbefalt kostnadsramme på 26 milliarder kroner (per 2016).

Figur 10.2 Digitalisering er en forutsetning for å ta i bruk ny teknologi for fremtidens jernbane. Foto: Øystein Grue.

Trafikkstyring

Dagens løsning for trafikkstyring ble introdusert i Norge sent i 1970-årene, etter Tretten-ulykken som krevde 27 menneskeliv i tillegg til 25 sårede (Christensen, A. (2014). Jernbanen blir trådløs. Forskning.no, Jernbanekompetanse.no. Hastighetsovervåkning, Wikipedia. Tretten-ulykken.). Løsningen er basert på kommunikasjon mellom en radiosender montert på svillene og en mottaker i toget. Hastighet og passering av rødt signal overvåkes. Dersom føreren ikke overholder visuelle og akustiske alarmer starter en automatisk nedbremsing av toget. Mesteparten av nettet har imidlertid en enklere løsning hvor det kun er passering av rødt signal som overvåkes.

Med ERTMS moderniseres trafikkstyringen. Alle dagens løsninger erstattes med samme tekniske løsning for hele jernbanenettet og alle tog overvåkes. I fremtiden vil trafikkstyringssentralene bli helautomatiserte, og kan analysere komplekse trafikksituasjoner, beregne konsekvenser av styringstiltak og iverksette disse. Dette reduserer sannsynligheten for menneskelige feil. All trafikkstyring sentraliseres og styres fra én sentral. På svært lang sikt vil alle transportformer styres fra en felles sentral.

På det mest avanserte nivået av ERTMS vil man ha full kontroll med togets posisjon i sanntid. Dette gir presis og helhetlig styring av togtrafikken, og mulighet for optimal trafikkstyring i avvikssituasjoner.

Avstand mellom togene kan ivaretas uten bruk av tradisjonelle løsninger for togdeteksjon (sporfelt/akseltellere). Tog melder regelmessig inn sin posisjon og kjøreretning til signalanlegget. I tillegg må togene ha et system som sikrer at det ikke mister en vogn. Dette gjør det mulig å koble togene virtuelt – altså en platooning av tog. Da kan togene kjøre tettere enn dagens løsning.

ERTMS legger dermed grunnlag for økt effektivitet og sikkerhet. Dette bidrar igjen til høyere punktlighet og kapasitet gjennom bedre utnyttelse av infrastrukturen.

Selvkjørende autonome tog

Automatisering og autonomi vil i økende grad dominere jernbanen. ERTMS-utbyggingen er den enkeltstående viktigste forutsetningen for dette. I fremtiden får vi selvkjørende tog uten fører til stede. Allerede i dag finnes det enkeltstående løsninger med selvkjørende tog. Dette er gjerne på dedikert infrastruktur, hvor det er ensartede tog og det ikke er noen innblanding av annen trafikk.

Autonomi i metroer er mindre kompleks enn på konvensjonell jernbane. Metro er et lukket system, hvor alle tog går i samme retning og det er liten eller ingen interaksjon med andre transportmidler eller trafikanter. Autonom metro finnes blant annet i København. Ved enkle og avgrensede togstrekninger, som for eksempel mating inn mot flyplasser, er det også innført autonome tog. Dette finnes for eksempel i San Fransisco og Düsseldorf. Her er imidlertid infrastrukturen mer lik en metro enn konvensjonelle togstrekninger i Norge.

Autonomi i tog som ikke går i lukkede system har en langt større kompleksitet. Flere typer tog for både passasjerer og gods går i to retninger på en infrastruktur som i Norge i all hovedsak er enkeltsporet og hvor kryssingssporene kommer med ulik hyppighet. På planoverganger er det interaksjon med biler og personer, og det er ikke absolutte fysiske sperringer til skinnegangen. I tillegg må det integreres med flere ulike signalsystem inntil ERTMS er fullt utbygd. Skal man operere autonome tog på denne infrastrukturen, vil det kreve svært mye av både sensorikk og programvare. Foreløpig har ingen knekket denne koden. En forutsetning for å kunne kjøre autonome tog er innføring av høyeste nivå av ERTMS.

Automatisering

Potensialet for automatisering er stort. Mange små og store operasjoner er allerede automatisert, som for eksempel automatisk åpning og lukking av dører. Men de virkelig store besparelsene og kvalitetsforbedringene ligger foran oss.

Jernbanenettet har stor utstrekning og det er tidkrevende å gjennomføre inspeksjoner av nettet. Avansert sensorikk og tingenes internett gjør det mulig for infrastrukturen og komponenter å kontinuerlig sende informasjon om sin tilstand (Tingenes internett (Internet of Things, IoT) innebærer at infrastruktur, komponenter, transportmidler osv. kobles sammen og til internett, slik at de kan utveksle informasjon og tjenester. «Alt snakker med alt og alle.»). Dette gir store datamengder som kan analyseres ved bruk av kunstig intelligens og maskinlæring. Maskinlæring ser etter mønstre i datamengden og kan avdekke om målingene er utenfor normalverdier, noe som kan være en indikasjon på et vedlike - holdsbehov. Automatisert datafangst og dataanalyse gir dermed bedre kvalitet og potensielt store besparelser både i kroner og timer.

Fremtidens godsterminaler vil være helautomatiserte og med døgnkontinuerlig drift. Terminaloperasjoner som tilbringertransport, løft av containere, skifteoperasjoner og bremsetester utføres i stor grad manuelt i dag. Dette medfører lang terminaltid og høye kostnader for alle involverte aktører, og bidrar til å svekke konkurranseevnen til intermodale transporter. Potensialet for automatisering og tilhørende store kostnadsbesparelser er stort.

Batteri eller hydrogen?

Fremtidens togtrafikk har null utslipp. Diesel forsvinner helt og erstattes av andre energikilder. Batteritog blir en del av fremtidens jernbane. Rene batteritog har med seg all energien lagret ombord på toget. Tidligere ble dette ansett som lite aktuelt pga. stort plassbehov for batteriene. Denne utfordringen har blitt mindre i takt med utvikling av batteriteknologi. Til sammenligning var det få, om noen, som trodde det var mulig å kjøre el-bil fra Oslo til Trondheim for bare noen få år siden. Batteriene blir stadig mer kompakte og med høyere kapasitet. Rene batteritog er under uttesting.

Hydrogentog vil tas i bruk i stor skala. Som for batteritog, må energien lagres ombord. Markedet for hydrogen er under utvikling og det forventes at hydrogen blir en viktig energikilde for flere transportformer i fremtiden. Det første hydrogentoget er allerede på skinnene.

Foreløpig er det mest fokus på lette persontog, men i fremtiden vil også tunge godstog kunne kjøre på batteri og hydrogen. Både batteri og hydrogen gir store besparelser i infrastrukturen sammenlignet med konvensjonelt kontaktledningsanlegg som krever fysiske installasjoner langs skinnegangen. Fremtidens jernbane åpner for en mer fleksibel driftsform. Både batteri- og hydrogentog kan kjøre på samme infrastruktur som tog med strømavtakere, og togene selv kan benytte flere energikilder. Togene blir dermed ikke teknologisk låst til infrastrukturen.

Mobilitetsaktør

Samfunnet er i endring. Vi bor tettere i byer som blir stadig smartere. Næringslivet endrer seg, kravene til mobilitet og effektiv godstransport øker, og det forventes at transporten er klimanøytral. Teknologi er både en forutsetning og drivkraft for denne utviklingen, samtidig som den er kjernen i fremtidige klimanøytrale transport- og mobilitetstjenester.

Det er et transportpolitisk mål at veksten i persontransporten i storbyområdene skal tas med kollektivtransport, sykkel og gange (Meld. St. 26 (2012–2013). Nasjonal transportplan 2014–2023. Oslo: Det kongelige samferdselsdepartement.). Dette omtales som nullvekstmålet. For å nå dette målet må de ulike transportformene samhandle og komplettere hverandre. Jernbanen har en sentral rolle i å transportere store menneskemengder inn til og mellom byer. I Oslo har jernbanen en sentral transportrolle også internt i byen gjennom både tog og t-bane.

Kollektivtransporten er rutegående og transporterer mennesker mellom stasjoner og holdeplasser. I de fleste tilfeller er ikke disse utgangspunktet eller den endelige destinasjonen for reisen. For å gjøre kollektivtransporten til det foretrukne alternativet, er det nødvendig å tilby gode og attraktive tilbringertjenester som gjør det mulig å reise dør-til-dør.

Tilbringertjenester forventes å bli mer fleksible og tilpasset den enkelte reisende og dennes behov. Det kan være park-and-ride-løsninger for biler, bysykler, minibusser, osv. Det gjennomføres nå en rekke piloter for å teste selvkjørende minibusser og vurdere potensialet for å anvende slike kjøretøy til fleksible anropsbaserte tilbringertjenester.

Kundetjenester

Vi får stadig økt tilgang på data og på verktøy for dataanalyse. Tingenes internett representerer enorme datamengder, ERTMS gir oss nøyaktige posisjonsdata for togene og avanserte prognoseverktøy gjør det mulig å forutsi utvikling i trafikkbildet. Alt dette gjør oss i stand til å tilby stadig bedre kundetjenester for reisende og gods som har et transportbehov.

De reisende forventer å kunne skreddersy sine transporter ut fra alle tilgjengelige transportformer i langt større grad enn tidligere. Det betyr at løsninger for planlegging, bestilling og betaling kan tilpasses egne preferanser. Dette innebærer også at de ulike transportformene må samhandle og samarbeide om harmonisering av rutetider, takster, informasjons- og betalingstjenester. Datautveksling er en avgjørende forutsetning for at dette skal være mulig. Utvikling av plattformer og konsepter for slike løsninger er allerede under utvikling.

Figur 10.3 Raske tog og gode kundetjenester – kunden settes i sentrum. Foto: Øystein Grue.

Vi må tenke helhet. Jernbanen og de andre transportformene bør ikke optimalisere innen egen sektor uten å ta hensyn til hva som skjer i de andre. Transportformene må i fellesskap levere de mobilitetsløsningene som kreves for å dekke behovene. Konkurranseflater som begrep bør derfor erstattes av arbeidsdeling.

Jernbanens rolle blir utfordret

Togets tradisjonelle fortrinn har vært transport av store person- og godsstrømmer på en effektiv og sikker måte og med lavt energiforbruk. Toget er svært areal-effektivt. Samtidig er toget mindre fleksibelt enn andre transportformer. Det er i stor grad bundet av faste ruter og en infrastruktur som i perioder har lavere kapasitet enn etterspørselen.

Den teknologiske utviklingen utfordrer dette fortrinnet. Biler, båter og fly blir mer miljøvennlige. I fremtiden vil biler kunne kjøres autonomt i virtuelle kolonner, og blir da et slags tog på hjul. Fremtidens ferger og skip blir autonome, og containerskip kan seile i tilsvarende kolonner til sjøs. Det første helelektriske flyet er allerede prøvekjørt i Norge. Det hadde riktignok kun 2 seter, men over tid forventes det at elektriske fly får en økende kapasitet og rolle i transportbildet. Disse eksemplene gir en pekepinn på en utvikling som jevner ut noen av togets tradisjonelle fortrinn.

Det kommer nye transportformer som hyperloop. Hyperloop er en spesiell form for høyhastighets rørtransport av passasjerer og gods. Teknologien er bygd på ideen om å sende kapsler i rør med nært vakuum (Wikipedia. Hyperloop.). Kombinasjonen av lav luftmotstand og lav friksjon gjør at kapslene kan bevege seg med svært høye hastigheter – opp mot 1200 km/t. Dersom hyperloop blir realisert kommersielt i stort omfang vil det utfordre alle transportformer over lange avstander. Ingen kan spå om fremtiden. Det er for eksempel usikkert om visjonene innen autonomi er mulig å realisere, og i tilfellet når dette vil skje. Jernbanens rolle vil likevel utfordres av alle disse trendene.

Vil jernbanen ha en rolle i fremtiden? Jeg tror at svaret er ja! Jernbanen vil fremdeles være en ryggrad i kollektivtransporten, forutsatt at jernbanen moderniseres! Men dette krever mot og vilje til å ta i bruk ny teknologi og til å tenke nytt rundt rolledeling mellom transportformene.

Figur 10.4 Ny teknologi gir muligheter og utfordringer, og åpner for nye vegvalg. Foto: Øystein Grue