Hoe Internet of Things de veiligheid binnen de vervoersector kan vergroten

Het IoT bestaat uit sensoren, gekoppeld aan objecten, die informatie en meldingen over zichzelf versturen. Het IoT is niet nieuw en hoewel de toepassingsmogelijkheden verder worden onderzocht, wordt onderkend dat het de potentie heeft om de manier waarop we leven en werken drastisch te veranderen. Om de mogelijke impact te kunnen overzien, is het goed om te duiden wat het IoT precies inhoudt. Hoewel verschillende definities worden gehanteerd, kunnen we een aantal elementen benoemen die er tenminste onderdeel van zijn:

• Er is sprake van een netwerk van fysieke objecten.
• Deze objecten zijn voorzien van sensoren die informatie verzamelen, verwerken en versturen.
• Deze objecten zijn voorzien van een directe of indirecte internetverbinding.
• De communicatie tussen de objecten vindt zelfstandig plaats, ofwel de objecten zijn ‘smart’.

Soms wordt ook het gebruik van cloudcomputing daaraan toegevoegd, waarbij de dataverzameling of zelfs de analyse van de data in de cloud plaatsvindt, waarna het voor de gebruiker beschikbaar komt.

We staan nog maar aan het begin van een grote ontwikkeling die de komende jaren door zal zetten. Het aantal sensoren verbonden met internet of andere netwerken, op dit moment al gebruikt in ongeveer een miljard apparaten, zal in de komende jaren exponentieel groeien. Inschattingen over de groei laten zien dat deze groei de komende vijf jaar zal plaatsvinden. Een voorspelling van Business Insider laat zien dat de markt voor IoT objecten in 2019 meer dan de dubbele hoeveelheid zal hebben van de markt voor smartphones, tablets, PC’s, wearables en verbonden auto’s samen, oftewel zo’n 25 miljard verbonden objecten¹.

Ontwikkelingen die bijdragen aan de hoge verwachtingen voor IoT zijn de snel toenemende bandbreedte voor data-uitwisseling, de marktpenetratie van smartphones (als middel om het IoT te bedienen), maar ook de toename van andere apparaten waar sensoren ingebouwd zijn. Nieuwe technologieën worden steeds goedkoper en vergroten daarmee de toepasbaarheid. Een voorbeeld hiervan is LoRa, een ‘low range’ en ‘low power’ netwerk, speciaal geschikt voor end-2-end encrypted communicatie tussen toestellen die maar weinig netwerkcapaciteit nodig hebben. Het netwerk is daarmee ideaal geschikt voor sensoren met een beperkte stroom aan informatie. Een LoRazender heeft een bereik van tien kilometer, een batterijduur van vijf jaar en is goedkoop. Een dekkend netwerk kan overal worden ingericht. Niet gek dus dat KPN de uitrol van een eigen LoRa netwerk versnelt. Naast het gebruik van het netwerk komt ook soft- en hardware beschikbaar die de communicatie tussen objecten vergemakkelijkt. Arduino en Raspberry Pi bieden bijvoorbeeld computertjes met het formaat van een creditcard, die aan objecten gekoppeld kunnen worden en eenvoudig zelf kunnen worden geprogrammeerd.

Wat staat een brede ontplooiing dan nog in de weg? In de 2015-editie van de hype cycle van Gartner² bevindt het IoT zich momenteel in de ‘peak of inflated expectations’; bedrijven boeken successen met vroege toepassingen van het verschijnsel, maar er zijn ook nog veel initiatieven en aanbieders van technologie die sneuvelen.

Daarnaast spelen zorgen over veiligheid een rol. In 2015 en 2016 bleken objecten, variërend van barbiepoppen tot Jeeps, te hacken. Aanvallen richten zich over het algemeen op de zwakste schakel in de keten. Dit betekent dat goed moet worden gekeken naar de veiligheid tussen de verschillende objecten, zeker als sprake is van meerdere leveranciers. Problemen die hierbij spelen zijn bijvoorbeeld het feit dat updates moeilijk uit te voeren zijn en de verantwoordelijkheid hiervoor onduidelijk is. Bovendien is het type bedrijven dat IoT-toepassingen ontwikkelt vaak weinig geïnteresseerd of gespecialiseerd in veiligheid van gebruikte software. Zij zijn meer gespecialiseerd in het produceren van apparaten.

Pas als goede oplossingen voor dit soort problemen gemeengoed zijn en de businesscase voor investeringen onherroepelijk positief is, is het waarschijnlijk dat het gebruik een vlucht neemt³. Voor toepassingen van IoT wordt meestal verwezen naar voorbeelden van huishoudelijke apparaten of auto’s. Maar ook op grotere schaal zijn er voorbeelden die een blik op de toekomst van IoT geven. In zogenaamde smart cities geven gebouwen en
infrastructuur over een paar jaar informatie af over hun staat van onderhoud; wegen melden actuele verkeerssituaties en parkeergelegenheid. Tegelijkertijd vindt monitoring plaats van lawaai in uitgaansgebieden, de hoeveelheid vuil in containers, de luchtkwaliteit en de hoeveelheid voetgangers om snel op te kunnen treden en dienstverlening op maat mogelijk te maken⁴.

Een goed voorbeeld van de mogelijkheden voor de toepassing van IoT in de spoorsector is de telecomafdeling van Network Rail, een Engels bedrijf vergelijkbaar met ProRail in Nederland. Network Rail bouwt sinds 2014 aan het vergroten van interne, en in een latere fase ook externe, dienstverlening⁵. Als verantwoordelijke voor de seinen, signalen, treinradio, wissels, reisinformatie etcetera, is deze afdeling gestart met het verbinden van de sensoren die zij al gebruiken met het internet. Bijvoorbeeld sensoren die lucht- en spoortemperatuur of metaalspanning meten. Het idee hierachter is dat de gecombineerde informatie een verbetering oplevert voor het onderhoud- en planproces, de arbeids- en spoorveiligheid, de informatievoorziening voor reizigers en tenslotte de kostenbeheersing hiervan.

Waar nu veel manuren verloren gaan aan het fysiek langslopen van de vele kilometers spoor voor controle, kunnen sensoren over de omgeving of de objecten zelf, in combinatie met visuele informatie zoals camera’s op vaste punten maar ook in treinen, genoeg informatie bieden om controle en monitoring op afstand te vergemakkelijken. De status en defecten van de rails, bovenleidingen, wissels en andere zaken kunnen op deze manier centraal worden bijgehouden.

De koppeling van sensoren aan de trein zelf biedt eenzelfde mogelijkheid om het onderhoudsproces strakker te plannen. Een trein geeft zelf aan wat op welk moment dient te gebeuren qua schoonmaak of onderhoud. Treinen zijn al uitgerust met sensoren, maar deze informatie is vaak slechts lokaal of beperkt beschikbaar voor partijen die hier voordeel van zouden hebben. Informatie aan reizigers over waar een trein zich precies bevindt of waar het in een trein druk is kunnen bevorderen dat reizigers hierop in kunnen spelen.

De belangrijkste potentiële winst is echter gelegen in het veiliger laten rijden van de treinen. In de voorbije decennia zijn veel initiatieven ontwikkeld die een enorme verbetering hebben betekend voor de veiligheid op het spoor. De komende jaren worden traditionele veiligheidssystemen langzaam vervangen door meer digitale varianten en zal het gebruik van sensoren verder toenemen. Waar treinen eerst alleen van een zogenaamde ‘dodemansknop’ voorzien waren, werden al snel signalen via het spoor aan de trein doorgegeven. De eerste generatie automatische treinbeïnvloeding (ATB) verstuurt pulsen door de spoorstaven, waarmee maximale snelheden aan de machinist worden doorgegeven. Wanneer deze zich niet aan deze snelheden houdt, krijgt de machinist een signaal. Wanneer niet wordt geremd, grijpt het systeem automatisch in. In de tweede generatie van ATB en via waarschuwingssystemen als ORBIT, dat werkt op basis van GPS-signalen, zijn verbeteringen doorgevoerd. Maar de grootste kansen voor IoT liggen in de koppeling van de gegevens die nu al beschikbaar zijn. Zoals die van trein en infrastructuur. In de toekomst kan verdere ontwikkeling plaatsvinden door het aanhaken bij de invoering van het European Rail Traffic Management System (ERTMS).

Op dit moment wordt proefgedraaid met ERTMS, dat ATB gedeeltelijk zal vervangen. Met ERTMS wordt een Europese beveiligingsstandaard neergezet. Op lange termijn worden de traditionele manieren van seinen, pulsen en bakens vervangen door een systeem waarbij in de cabine de gegevens automatisch te zien zijn. Voordeel is dat het spoor in veel kleinere stukken opgedeeld kan worden en treinen dus efficiënter en dichter op elkaar kunnen rijden. Uiteindelijk wordt het mogelijk dat treinen onderling met elkaar communiceren. Voor de communicatie wordt gebruikgemaakt van GSM-Rail, dat op een unieke frequentie wordt uitgezonden. Hoewel de uitrol van ERTMS is vertraagd en nog moet starten, is zeker dat dit systeem er gaat komen en nog jarenlang de veiligheidsstandaard zal zijn. Het systeem biedt bij uitstek kansen om de informatie van andere sensoren te koppelen om zo de veiligheid maximaal te vergroten. Bijvoorbeeld de verkeersleiding die op basis van informatie over de status van infrastructuur de snelheid van een trein laat aanpassen.

Los van de koppeling met ERTMS kan de spoorwegveiligheid ook via de menselijke kant worden vergroot, namelijk via de machinist van de vervoersmiddelen. Een van de belangrijkste indicatoren voor spoorwegveiligheid zijn Stop Tonend Sein (STS-) passages, waarbij een rood sein wordt gepasseerd. Tot nu toe vinden analyses over STS-passages vaak plaats bij incidenten waarbij een passage heeft plaatsgevonden of ternauwernood is voorkomen. De normaalsituatie wordt hierbij echter weinig verkend. Dit maakt het lastig om de omstandigheden tijdens incidenten te vergelijken met normaal dagelijks gebruik van het spoorsysteem. Via sensoren in de cabine kunnen veel meer gegevens over de luchtkwaliteit, de temperatuur, lichtval, mate van vermoeidheid, concentratie en afleiding met elkaar gekoppeld worden. Hierop zou ook automatisch ingespeeld kunnen worden, zodat altijd het meest optimale klimaat voor een bepaald persoon in de cabine heerst. Gegevens over afleiding en concentratie zouden weer geanalyseerd kunnen worden en gecombineerd met data over remgegevens, locatie en snelheid.

Conclusie

De ontwikkeling van het IoT biedt enorme kansen om spoorvervoer efficiënter te maken voor de vervoerder, en efficiënter en makkelijker te maken voor reizigers. Onderzoek van Capgemini Consulting wijst erop dat enkele van de grootste aarzelingen bij bedrijven in de toepassing van IoT zijn geworteld in zorgen over hoe de apparaten en communicatiekanalen beveiligd worden⁶. Rondom spoorwegen is het afbreukrisico voor de toepassing hiervoor enorm, omdat het over mensenlevens gaat. Oplossingen zullen dus extra stevig doortimmerd moeten zijn.

Daarnaast is echter ook duidelijk dat het nauwkeuriger in beeld hebben van het gehele spoornet de veiligheid een aanzienlijke verbetering kan opleveren. De keuzes die veiligheid en efficiëntie voorop stellen, zijn hierin van groot belang.