BR102012008292A2 - Entrega de lastro e sistema de computação e método - Google Patents

Abstract

ENTREGA DE LASTRO E SISTEMA DE COMPUTAÇÃO E MÉTODO A presente invenção refere-se a um método de entrega de lastro para uma seção de carril de ferrovia, que inclui a medição de um perfil de lastro existente de uma seção de carril de ferrovia usando um sistema de detecção remota, e a provisão de um sinal indicativo do mesmo para um primeiro computador. Usando o primeiro computador, o perfil de lastro existente é comparado com um perfil de lastro ideal para a computação de um arquivo de carril representando um volume de lastro adicional necessário como uma função de posição linear ao longo da seção de carril de ferrovia, e dados representando o arquivo de carril são transmitidos para um segundo computador de um trem de descarga de lastro automático. O lastro é descarregado ao longo da seção de carril de ferrovia de acordo com o arquivo de carril sob o controle do segundo computador.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ENTREGA DE LASTRO E SISTEMA DE COMPUTAÇÃO E MÉTODO".

REIVINDICAÇÃO DE PRIORIDADE

O presente pedido reivindica o benefício do pedido de patente 5 provisória dos Estados Unidos N0 de Série 61/449.482, depositado em 4 de março de 2011 e intitulado BALLAST DELIVERY SYSTEM AND METHOD; e também reivindica o benefício do pedido de patente provisória dos Estados Unidos N0 de Série 61/450.777, depositado em 9 de março de 2011 e intitulado METHOD FOR CALCULATING MISSING VOLUME AND REGISTE10 RING FIXED INFRASTRUCTURE POINTS FROM OPTICAL PROFILE OF A PHYSICAL SCENE.

ANTECEDENTES Campo da Invenção

A presente invenção refere-se, geralmente, a métodos para o 15 cálculo de um volume de lastro necessário em uma seção de carril de via férrea, e a sistemas e aparelhos para a entrega de lastro ao carril de via férrea. Mais particularmente, a presente exposição provê um método para o cálculo de volume de lastro faltando e o registro de uma equação funcional para uma infraestrutura fixa usando um conjunto de pontos de dados obtidos 20 em uma varredura ótica de uma cena física, e para uma entrega de lastro automatizada.

Descrição da Técnica Relacionada

Os carris de ferrovia geralmente são construídos em uma camada de base de leito de estrada de material de lastro de brita compactado. Os 25 dormentes são depositados no topo do leito de estrada, e dois trilhos de aço de fundo plano são afixados aos dormentes com prendedores, tais como placas de apoio e pregos de linha. Após os trilhos serem afixados aos dormentes e o carril ter sido checado quanto a um alinhamento apropriado, um lastro de brita então é depositado entre e em torno dos dormentes para su30 porte adicional dos dormentes e para permitir algum ajuste de sua posição, enquanto também se mantém a drenagem livre.

A manutenção do lastro de ferrovia é uma porção significativa das operações de manutenção de via para ferrovias. Para a provisão do suporte desejado para o carril de ferrovia sem interferir com a operação de veículos férreos, é desejável que a quantidade de lastro seja mantida tão perto quanto possível de um nível ideal desejado. Lastro de menos não proporcio5 nará a ancoragem desejada para os carris, enquanto lastro demais pode interferir com as rodas ou outras partes de veículos férreos. Para uma drenagem efetiva, também é desejável manter a rocha de lastro limpa e efetivamente livre de areia, cascalho, sujeira, etc. Finalmente, operações de manutenção, tal como elevação de carril, podem envolver a aplicação de quan10 tidades significativas de novo lastro ao longo de um carril existente.

Tipicamente, a manutenção de lastrou envolvia uma inspeção visual de uma seção de trilho por uma equipe de ferrovia. Uma vez que uma região seja identificada, onde o lastro é necessário, um trem de lastro é ordenado e levado para o local. Então, com base em uma identificação visual, 15 um trabalhador usa um dispositivo atuador remoto para abertura e fechamento de comportas de saída em vagões de tremonha de lastro, enquanto caminha ao longo do trem de lastro em movimento, para descarregar o lastro onde quer que seja necessário. Este processo pode ser dispendioso, consumir tempo e não ser acurado. Uma inspeção visual de carris de ferrovia 20 requer o tempo, a experiência e o bom julgamento de uma equipe qualificada de manutenção. Mais ainda, mesmo trabalhadores com experiência de manutenção podem julgar mal a quantidade de lastro necessária em um dado ponto, e aplicá-lo demais ou de menos. Quando lastro em excesso é colocado, muito trabalho é requerido para a remoção do excesso, o qual usu25 almente é perdido (por exemplo, descartado ao lado dos carris de ferrovia). Quando lastro de menos é colocado, uma operação de manutenção de lastro subsequente é requerida, ou a seção de carril em questão permanece abaixo dos padrões.

A presente exposição é dirigida a suplantar ou pelo menos reduzir os efeitos de uma ou mais questões estabelecidas acima.

SUMÁRIO

Foi reconhecido que seria vantajoso desenvolver um sistema automático para avaliação e entrega de lastro a uma seção de um leito de estrada de ferrovia.

Também foi reconhecido que seria vantajoso desenvolver um método para pesquisar as condições de lastro em uma seção de carril de 5 ferrovia usando técnicas de detecção remota.

Também foi reconhecido que seria vantajoso desenvolver um método para computação de quantidades de lastro necessárias ao longo de uma seção de carril de ferrovia usando um sistema de computador provido com dados de avaliação de lastro a partir de um sistema de detecção remota.

De acordo com um aspecto da mesma, a presente exposição provê um método para entrega de lastro a uma seção de carril de ferrovia. O método inclui a medição de um perfil de lastro existente de uma seção de carril de ferrovia usando um sistema de detecção remota, e a provisão de 15 um sinal indicativo do mesmo para um primeiro computador que tem um processador e uma memória de sistema. O perfil de lastro existente é comparado com um perfil de lastro ideal para a determinação de um arquivo de carril representando um volume de lastro adicional necessário como uma função de posição linear ao longo da seção de carril de ferrovia, usando-se o 20 primeiro computador, e dados representando o arquivo de carril são transmitidos para um segundo computador de um trem de descarga de lastro automática. O lastro é descarregado ao longo da seção de carril de ferrovia de acordo com o arquivo de carril através do trem de descarga de lastro sob o controle do segundo computador.

De acordo com um outro aspecto da mesma, a presente exposi

ção provê um método, realizado por um computador que tem um processador e uma memória de sistema, para o cálculo de volume de lastro faltando em uma seção de carril de ferrovia. O método inclui uma primeira varredura de uma seção existente de carril de ferrovia usando um sistema de detecção 30 remota para a produção de um conjunto de pontos de dados representando uma superfície existente do carril de ferrovia. Uma superfície ideal então é alinhada com referência à superfície existente para a criação de um volume, a superfície ideal definindo um nível de volume pleno. Um número de pontos de varredura que caem no volume e ficam abaixo do nível de volume pleno é determinado. Uma área de seção transversal em incremento é obtida pela multiplicação de uma coordenada para cada ponto de varredura que fique 5 abaixo do nível de volume pleno por uma magnitude abaixo do nível de volume pleno, e um fator de peso atribuído associado ao volume. Finalmente, um volume total é acumulado pela multiplicação da área de seção transversal em incremento por uma distância em incremento entre localizações de varredura e adicionando-se todos os resultados.

De acordo com ainda um outro aspecto da mesma, a presente

exposição provê um método, realizado por um computador tendo um processador e uma memória de sistema, para o registro de uma equação funcional para a infraestrutura fixa definida em um conjunto de pontos. Este método inclui a definição de uma superfície arbitrária, e a geração de um con15 junto de pontos tridimensional de uma cena física usando um sistema de detecção remota. Os pontos no conjunto de pontos que representam a infraestrutura fixa na cena física são encontrados, e os pontos de marco geográfico da infraestrutura fixa são comparados com uma localização esperada dos pontos de marco geográfico, e uma diferença numérica entre elas é cal20 culada. O conjunto de pontos detectados é transformado pela diferença numérica calculada e a superfície arbitrária então é alinhada para a localização dos pontos de marco geográfico.

Estas e outras modalidades do presente pedido serão discutidas mais plenamente na descrição. Os recursos, as funções e as vantagens podem ser obtidos independentemente em várias modalidades da invenção, ou podem ser combinados em ainda outras modalidades.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é um diagrama esquemático de uma modalidade de um sistema de perfilagem de lastro automático de acordo com a presente exposição.

As figuras 2A a 2B são várias vistas de uma modalidade de um sistema de perfilagem de lastro afixado a um veículo terra-trilho, de acordo com a presente exposição.

A figura 3 é uma vista posterior do veículo de perfilagem de lastro das figuras 2A e 2B.

A figura 4 é uma ilustração de uma seção transversal de leito de estrada de ferrovia, mostrando um perfil de lastro real que foi detectado de acordo com a presente exposição, e mostrando um perfil teórico para lastro que é desejado naquela seção em particular de carril.

A figura 5 é um fluxograma que esboça as etapas em uma modalidade de um método para criação de um perfil de lastro.

A figura 6 é um diagrama esquemático de uma modalidade de

um sistema de entrega de lastro automático de acordo com a presente exposição.

A figura 7 é uma vista em perspectiva de um trem de lastro que tem uma modalidade de um sistema de entrega de lastro automático de a

cordo com a presente exposição.

A figura 8 é uma ilustração de um computador principal associado a um trem de lastro.

A figura 9 mostra uma roda de codificador afixada a um vagão de trem de lastro e andando no trilho.

A figura 10 mostra o lado inferior de um vagão de lastro seleti

vamente descarregando lastro entre e para um lado de uma seção de trilhos.

A figura 11A é um instantâneo de uma modalidade de uma interface gráfica de usuário para a porção de coleta de dados de um sistema de perfilagem e computação de lastro.

A figura 11B é um outro instantâneo de tela de uma porção da

interface gráfica de usuário para a porção de revisor do sistema de perfilagem e computação de lastro mostrando um mapa de arquivo de carril e mostrando uma outra informação relacionada a um perfil de lastro ao longo de uma dada seção de carril de ferrovia.

A figura 12 é uma imagem de LIDAR de uma seção de carril de

ferrovia, mostrando aspectos de seção transversal e circundantes do greide.

Embora a exposição seja suscetível a várias modificações e formas alternativas, as modalidades específicas foram mostradas a título de exemplo nos desenhos e serão descritas em detalhes aqui. Contudo, deve ser entendido que a exposição não é pretendida para ser limitada às formas em particular mostradas. Ao invés disso, a intenção é cobrir todas as modifi5 cações, equivalentes e alternativas que caiam no espírito e rio escopo conforme definido pelas reivindicações em apenso.

DESCRIÇÃO DETALHADA

As modalidades ilustrativas são descritas abaixo como elas poderiam ser empregadas em um sistema de entrega e de computação de Iastro e em um método. No interesse da clareza, nem todos os recursos de uma implementação real são descritos neste relatório descritivo. Obviamente, será apreciado que, no desenvolvimento de qualquer modalidade real como essa, numerosas decisões específicas de implementação devem ser feitas para a obtenção de metas específicas de desenvolvedores, tal como uma conformidade com restrições relacionadas ao sistema e relacionadas ao negócio, as quais variam de uma implementação para outra. Mais ainda, será apreciado que esse esforço de desenvolvimento poderia ser complexo e consumir tempo, mas, não obstante, seria uma responsabilidade de rotina para aqueles de conhecimento comum na técnica tendo o benefício desta exposição.

Outros aspectos e vantagens das várias modalidades tornar-seão evidentes a partir de uma consideração da descrição a seguir e dos desenhos. Estas modalidades são descritas em detalhe suficiente para se permitir que aqueles versados na técnica pratiquem a invenção, e é para ser 25 entendido que modificações nas várias modalidades mostradas podem ser feitas, e outras modalidades podem ser utilizadas, sem que se desvie do escopo da presente exposição. A descrição detalhada a seguir, portanto, não é para ser tomada em um sentido limitativo.

A entrega e a colocação de lastro ao longo de linhas de ferrovia frequentemente são realizadas por empreiteiros trabalhando para uma companhia ferroviária. Tipicamente, as necessidades de lastro são comunicadas verbalmente para um operador de um trem de entrega de lastro pelo consumidor (por exemplo, a ferrovia que possui a seção de carril em questão), e o lastro é colocado de acordo com aquelas necessidades. A quantidade de lastro requerida pelo consumidor é tipicamente com base em experiência e condições de carril visualmente avaliadas pela equipe de manutenção da 5 ferrovia. Frequentemente, mais lastro é requisitado do que é realmente necessário, e o lastro pode ser entregue em áreas do carril em que ele não é necessário. Em outros momentos, a equipe de manutenção pode não requisitar lastro suficiente para uma dada seção, às vezes simplesmente por causa de restrições de custo ou orçamentárias.

O processo geral de planejamento, entrega e colocação de las

tro tipicamente inclui várias etapas básicas. Em primeiro lugar, uma pesquisa visual de uma seção de carril é feita para se determinar quantas cargas de vagão são para serem enviadas para qualquer dada área. Seguindo-se a esta pesquisa, um operador de um trem de lastro tendo X número de vagões 15 de lastro é avisado sobre quantas milhas este número de vagões precisa cobrir. Ao atingir o local, um trabalhador da manutenção pode andar ao longo do trem de lastro e usar um transmissor por rádio para abrir e fechar comportas nos vagões de lastro para deixar o lastro cair de acordo com a necessidade. O operador usa seu melhor julgamento para depositar o volu20 me certo de rocha. Contudo, o lastro pode acabar logo ou o operador pode terminar descarregando lastro demais perto do fim da seção.

Em uma outra abordagem, um “Arquivo de Pesquisa” real pode ser criado. Em primeiro lugar, um operador qualificado se conduz para uma seção de carril e registra a distância a partir de um ponto de partida (usando 25 um codificador) e o volume de lastro requerido com base em uma pesquisa visual. A localização e o volume de lastro necessário são gravados em uma pesquisa de carril definindo zonas de “descarga” e “sem descarga”. Durante a criação da pesquisa de carril, a quantidade de lastro a ser descarregada é comunicada verbalmente para o operador pelo consumidor (isto é, o mestre 30 de linha da ferrovia). A quantidade de lastro requerida em cada zona de descarga ao longo do trilho é capturada na pesquisa de carril, a qual pode ser criada como um arquivo de pesquisa em computador que pode ser usado por um trem de entrega de lastro automático. Uma vez que a pesquisa seja criada e o trem de lastro carregado chegue ao local do serviço, o turno de descarga é iniciado a partir de um dado ponto de partida ao longo do carril. Durante o turno de descarga, a abertura de comportas de lastro é controlada 5 por um sistema de computador a bordo do trem de lastro usando o arquivo de pesquisa. Infelizmente, as pesquisas visuais de lastro são propensas a erros, e mesmo os trabalhadores experimentados podem julgar mal a quantidade de lastro necessária em um dado ponto, e, assim, criar um arquivo de pesquisa que aplique lastro demais ou lastro de menos.

Vantajosamente, um sistema e um método foram desenvolvidos

para perfilagem automática de lastro e entrega de lastro. O sistema inclui duas partes básicas: um sistema automático de perfilagem de lastro e um sistema automático de entrega de lastro. Em uma modalidade, o sistema exposto aqui primeiramente produz um perfil de lastro pela varredura de uma 15 seção de carril de ferrovia usando um sistema de detecção remota, de modo a determinar quantitativamente as áreas de deficiência de lastro e a quantidade de lastro que é requerida para a obtenção do perfil de lastro definido por consumidor “ideal”. O sistema então cria um arquivo de carril que quantifica o lastro necessário em qualquer região ao longo do carril, e este arquivo 20 de carril então é transmitido para um computador principal de um trem de lastro, permitindo que o trem automaticamente deixe o lastro cair de acordo com o perfil de lastro.

Conforme mostrado no diagrama esquemático da figura 1, uma modalidade de um sistema de perfilagem de lastro exposta ali, indicada ge25 ralmente em 100, inclui um ou mais dispositivos de LIDAR 110, 112 operacionalmente conectados a um receptor 114 que faz parte de um sistema embutido 116. Conforme será entendido por aqueles de conhecimento na técnica, LIDAR significa detecção de Iuz e alcance, e é uma tecnologia de detecção remota ótica que mede propriedades de Iuz dispersa para encon30 trar uma distância e/ou outra informação referente a um objeto. LIDAR pode ser usado por distâncias grandes ou pequenas. O método básico para a determinação da distância até um objeto ou uma superfície usando LIDAR é usar pulsos de laser. LIDAR determina a distância até um objeto pela medição da mudança de fase de um feixe de Iuz entre a transmissão de um pulso e a detecção do sinal refletido.

O receptor 114 do sistema embutido 116 também pode receber uma entrada de vários dispositivos de entrada e de retorno, tais como uma câmera de imagem 122, um codificador de roda 124, um dispositivo de GPS (sistema de posicionamento global) 126 e um dispositivo de giroscópio 127. Os dispositivos de GPS e de giroscópio podem ser integrados em uma unidade única (isto é, em um alojamento), se desejado. O sistema pode funcionar sem o dispositivo de giroscópio 127. O dispositivo de GPS 126 é muito desejável para superposição dos resultados de varredura em um mapa. As coordenadas de GPS também podem ser usadas para a detecção de curvas, de modo que o sistema possa aplicar o perfil ideal correto na curva. O sistema embutido 116 também inclui um processador de computador 115 (incluindo uma memória de sistema) para rodada do hardware e recebimento de uma entrada a partir dos LIDARs 110, 112 e outros dispositivos de entrada do sistema de perfilagem de lastro 100.

O sistema embutido 116 é conectado a um sistema de computação de pesquisa de lastro 118 que realiza cálculos de perfilagem de lastro. Em uma modalidade, o sistema de computação de pesquisa de lastro é um computador Iaptop que é conectado de forma removível através de um cabo ao sistema embutido 116 que é permanentemente instalado no veículo ferroviário. O sistema de computação de pesquisa de lastro inclui uma interface de usuário 120 para recebimento de uma entrada de usuário. A interface de usuário pode incluir um visor de vídeo, um teclado, um mouse ou qualquer outro tipo de dispositivos de interface de usuário. O sistema de perfilagem de lastro 100 pode ser afixado a um veículo ferroviário, tal como um truque terra-trilho 200, conforme mostrado nas figuras 2A a 2B, ou um outro veículo ferroviário, tal como um veículo ferroviário automotriz ou uma locomotiva. O veículo 200 também pode incluir um codificador de roda (não mostrado na figura 2) similar ao codificador de roda 902 mostrado na figura 9. O veículo 200 também pode incluir dispositivos de GPS e giroscópio (não mostrados na figura 2) para monitoração adicional de sua posição. Os dispositivos de LIDAR 110, 112 podem ser afixados a um quadro 202 que se estende a partir do veículo ferroviário 200, e orientados em direção ao carril, indicado geralmente em 204. Uma câmera 122 também pode ser montada no quadro 5 202, e orientada para fazer uma tomada de uma imagem de vídeo do carril e da área circundante. Embora esta câmera aponte para trás em relação ao veículo 200, o sistema alternativamente poderia incluir uma ou mais câmeras de vídeo que seriam orientadas em outras direções, tal como para frente. As imagens recebidas a partir destas câmeras podem ser usadas por um ope10 rador para verificação dos resultados dos dados de LIDAR.

Os dispositivos de LIDAR 110, 112 podem ser configurados para a provisão de pulsos de Iuz que varrem em um arco, representado de forma pictórica em 206, através de carris para se proporcionarem dados de reflexão. Conforme pode ser visto nas figuras 2A e 2B, os dispositivos de LIDAR 15 adjacentes podem ser alternados na sua posição longitudinal (isto é, dianteira para traseira em relação ao veículo 200), de modo que as áreas de passagem de varredura 206 dos dispositivos adjacentes não interfiram com cada outra. A reflexão dos feixes de Iuz é recebida por sensores (não mostrados) nos respectivos dispositivos de LIDAR. Os dispositivos de LIDAR 110, 20 112 tipicamente rodam de forma contínua em uma única direção, emitindo um feixe de Iuz conforme eles rodam. Alternativamente, os dispositivos de LIDAR que varrem para frente e para trás também são conhecidos. Em uma modalidade, a velocidade de rotação de rotação contínua do dispositivo de LIDAR é de 50 Hz. Outras velocidades também podem ser usadas. Deve ser 25 notado que a velocidade de rotação dos emissores de LIDAR não deve ser confundida com a taxa de amostragem de dados do sistema de LIDAR. Em uma modalidade, o sistema de perfilagem de lastro de LIDAR 100 é configurado para detectar pulsos a uma taxa de 4 sinais por grau de arco do emissor de LIDAR. Esta taxa de amostragem pode ser multiplicada pela frequên30 cia de rotação dos emissores de LIDAR para se obter a taxa baseada no tempo total de dados de amostragem. Um sistema tendo uma frequência de rotação de 50 Hz e coleta de dados a 4 amostras por grau de rotação pode coletar 1.440 amostras por rotação completa, para um total de 72.000 amostras por segundo. Será evidente que outras taxas de amostragem e taxas de rotação de LIDAR podem ser usadas.

Embota os feixes de Iuz 206 possam ser emitidos para os 360 graus completos de rotação, os campos de visão do sistema de LIDAR podem ser limitados pela estrutura (por exemplo, revestimento interno e suportes) ou o sistema associado pode ser projetado para ignorar uma porção de dados retornados. Na modalidade mostrada nas figuras 2A a 2B e na figura 3, o campo de visão é de em torno de 270 graus. A uma taxa de amostragem de 4 amostras por grau de rotação, este campo de visão resulta em um total de 1080 amostras por rotação. Embora o sistema mostrado aqui tenha um campo de visão de em torno de 270 graus, os dispositivos de LIDAR que têm um campo de visão de 360 graus também podem ser usados. Esses dispositivos podem ser úteis para o dimensionamento de pontes ou túneis, por exemplo. Uma amostra a 360 graus também pode ser desejável para a obtenção de imagens que mostram estruturas perto do carril que podem interferir, potencialmente, com as operações da ferrovia, ou características que têm probabilidade de serem relevantes para o trabalho de construção ou de manutenção na área. Feixes mais estreitos de LIDAR também podem ser usados. Por exemplo, acredita-se que um sistema de LIDAR tendo dois dispositivos de LIDAR adjacentes, cada um com um arco 206 de em torno de 100 graus, poderia ser usado em conjunto com o sistema exposto aqui.

Conforme mostrado na figura 3, os dispositivos de LIDAR 110, 112 são posicionados acima de cada trilho 212 do carril de ferrovia. Estes 25 componentes são orientados para baixo em direção ao carril 204, de modo a se obter uma imagem dos trilhos 212 e outra estrutura. É considerado desejável criar um conjunto de pontos de LIDAR que envolva uma largura total, por exemplo, de em torno de cinco pés (1,524 m) além do fim de cada dormente de ferrovia. Os dispositivos de LIDAR também podem ser posiciona30 dos acima e ligeiramente fora de cada respectivo trilho, se desejado. Isto pode ser desejável para a minimização de qualquer sombra nos dados causada pelo topo do trilho, uma vez que o LIDAR não pode medir através do trilho. Outras posições de colocação também podem ser usadas.

Com referência de volta à figura 1, o sistema de perfilagem de lastro 100 exposto aqui realiza duas tarefas primárias: coleta de dados e computação. Na fase de coleta de dados, os sinais a partir dos LIDAR(s) 110, 112, do codificador de roda 124, da(s) câmera(s) de vídeo 122, do dispositivo de GPS 126 e do giroscópio 127 são transmitidos para o receptor 114, o qual pode compreender um centro de conexão de Ethernet ou outro tipo de conector por meio do qual os sensores e outros sinais de entrada são conectados ao sistema embutido 116. Em uma modalidade, os sinais que são recebidos são estampados no tempo pelo processador 115, embora um acoplamento destes sinais possa ser feito de outras formas. O processador 115 acopla (isto é, sincroniza) os dados a partir da câmera 122, do GPS 126, e dos LIDARs 110, 112 com a saída da roda de codificador 124. O uso da saída de codificador indica onde a imagem de câmera e os dados de LIDAR foram coletados. Especificamente, o sinal de codificador de roda pode ser retornado para os dispositivos de LIDAR físicos. Os LIDARs podem ser configurados para tomarem os dados de codificador de roda como uma entrada e incluírem-nos no sinal de saída de LIDAR. Desta forma, os dispositivos de LIDAR são firmemente acoplados a um valor de codificador de roda comum com latência mínima. Os dados de GPS e de câmera podem ser etiquetados de forma similar. Ao se etiquetarem os dados de GPS, um acoplamento firme do codificador de roda e do tempo é provido. Uma vez que os valores de codificador de roda podem ser rolados (como um odômetro), um contador virtual pode ser provido, que é gerenciado com base nos indicadores do codificador de roda.

Os dados coletados pelo sistema embutido 116 são providos para o sistema de computação de pesquisa de lastro 118. Durante a fase de coleta de dados, um usuário pode ser responsável pela definição da localização de zonas sem descarga (NDZs) pela provisão de uma entrada para o 30 sistema de computação de pesquisa de lastro 118 através da interface de usuário 120 para interação com o software de coleta (instalado no sistema de computação de pesquisa de lastro 118). O sistema de computação de pesquisa de lastro 118 mantém todos os dados de sensor brutos, bem como os dados de sensor processados.

Uma vez que os dados sejam coletados, eles são processados pelo sistema de computação de pesquisa de lastro 118 para o calculo do 5 volume de lastro necessário em cada seção de carril, com base em um perfil de lastro ideal para aquela seção de carril. Será apreciado que uma variedade de métodos computacionais pode ser usada para a determinação do volume de lastro necessário com base nos dados de detecção remota e em dados representando o perfil de lastro ideal. Uma vez que a necessidade de 10 lastro é quantificada em cada localização, estes dados são convertidos em um arquivo de resultados de BPS 128, os quais o sistema pode usar para automatizar a entrega de lastro, conforme discutido abaixo.

Vantajosamente, um método computacional muito útil foi desenvolvido para a determinação do volume de lastro necessário com base nos 15 dados de detecção remota a partir do veículo de perfilagem de lastro 200. Usando os dados de LIDAR e o método computacional exposto aqui, o sistema de computação de pesquisa de lastro 118 pode calcular uma estimativa do volume faltando de um espaço que foi amostrado usando-se pontos tridimensionais produzidos pelo sistema de detecção remota. Conforme o 20 veículo de perfilagem de lastro 200 (figura 2) viaja ao longo dos trilhos, os dispositivos de LIDAR proveem os feixes de Iuz de varredura 206, e transmitem as reflexões destes pulsos de Iuz para o sistema embutido 116.

Um software residente no sistema de computação de pesquisa de lastro 118 analisa os dados a partir dos LIDARs e desenvolve uma super25 fície representada por uma série de pontos. Com base na posição estimada pelo sistema, a localização exata desta superfície ao longo dos trilhos é conhecida, e a superfície dos mesmos representa uma seção transversal do carril de ferrovia naquela dada localização. Um exemplo de uma seção transversal detectada é mostrado na figura 4. Nesta figura, a superfície de 30 seção transversal de carril existente 400 é definida por uma série de pontos de dados.

Devido ao fato de o sistema de LIDAR varrer o carril e a superfície circundante de lastro / terreno, estes pontos de dados incluem os trilhos, dormentes, etc., permitindo que o software desenvolva uma linha de seção transversal existente que se correlaciona com a geometria de trilho e de carril. Consequentemente, o sistema de computador pode sobrepor matemati5 camente a uma seção transversal de lastro ideal à seção transversal medida para determinar qualquer variação, a seção ideal sendo geometricamente alinhada com a geometria de carril existente (por exemplo, alinhada com base no flange de fundo dos trilhos ou no topo dos dormentes). Uma ilustração de pontos de dados de LIDAR criando uma linha de seção transversal 10 existente 400 que se correlacionada à geometria existente de trilho e de carril é mostrada na figura 4. Uma linha 404 representando uma seção transversal de lastro ideal também é mostrada na figura 4. O sistema de computação de pesquisa de lastro assim determina as fronteiras de um espaço definido por (isto é, delimitado entre) a superfície ideal 404 e a superfície exis15 tente 400 que foi amostrada pelo dispositivo de detecção remota. Em uma modalidade, o sistema é configurado para calcular o volume faltando a partir de cinco pés (1,524 m) além da borda do dormente em cada lado, ou até o terreno se nivelar.

O sistema de computação de pesquisa de lastro 118 calcula a área do espaço pelo tratamento de cada ponto de medição de sensor na linha 400 como uma amostra estatística independente do espaço. Isto é convertido em um volume pela multiplicação da área computada do espaço pela distância conhecida entre amostras de seção transversal, o que é uma função da amostragem ou da taxa de atualização do LIDAR e do sistema de computador, e da velocidade do veículo de perfilagem de lastro (200 na figura 2A) ao longo dos carris. Em uma modalidade, o sistema de perfilagem de lastro varre perfis de seção transversal (cada um compreendido por muitos pontos de dados) a uma taxa de 50 Hz1 enquanto o veículo viaja a uma velocidade de 10 mph (16,09 km/h), assim provendo um perfil de seção transversai a cada 0,294 pés (8,96 cm) ao longo do carril. Embora em uma modalidade alternativa a taxa de perfil de LIDAR possa ser dependente da velocidade, os dispositivos de LIDAR também podem rodar a uma taxa constante, conforme discutido acima, de modo que, quanto mais lento o veículo se mover, mais perto cada perfil estará do seguinte.

Um benefício desta abordagem é que ele não envolve o cálculo da geometria real do conjunto de pontos de dados medidos. Isto é, os pontos 5 na seção transversal existente 400 não precisam ser combinados em conjunto para a formação de uma superfície coesiva. Devido ao fato de uma combinação não ser requerida, o cálculo do espaço de lastro necessário pode ser realizado muito rapidamente. Em uma modalidade, o método mostrado aqui foi praticado pelo registro de um perfil de lastro ideal 404, provido 10 por uma companhia ferroviária, para um perfil de varredura de LIDAR 400 de uma seção de carril de ferrovia, então, pelo cálculo de qualquer lastro faltando com referência ao perfil ideal.

Um fluxograma de uma modalidade do processo computacional é mostrado na figura 5. Neste processo, uma porção da superfície de carril de ferrovia existente é varrida com o dispositivo de detecção remota. Usar dois dispositivos de LIDAR (conforme mostrado nas figuras 1 a 3) permite que o sistema capture ambos os perfis de seção transversal esquerdo e direito do carril, conforme indicado em 502. A câmera de vídeo (122 na figura 1) também captura uma imagem de vídeo do carril, conforme indicado em 504, enquanto o codificador de roda mede a velocidade e a distância de curso do sistema de perfilagem de lastro (etapa 506), permitindo que o sistema determine a localização (bloco 508). De forma alternativa ou adicional, o veículo de perfilagem de lastro pode determinar a localização de curvas usando um dispositivo de GPS (126 na figura 1), de modo a aplicar o perfil de carril ideal apropriado.

Enquanto estas medições estão sendo feitas, o sistema também pode receber uma entrada de usuário, conforme indicado em 510, para indicação de localizações de zona sem descarga (passagens de nível, agulhas, lubrificantes, pontes, detectores de caixa quente, etc.), localizações de mar30 co de quilometragem, ou um nota geral (por exemplo, Iuz de descarte, talude íngreme, descarga dentro de carril nesta seção, pontos de lama, chuva forte, a seção de carril já recebeu uma descarga, etc.). As etapas 502 a 510 podem ocorrer em geral concorrentemente, e em conjunto proveem os dados que são recebidos e combinados na etapa 512 para a produção de um conjunto de pontos (por exemplo, os pontos para a superfície 400 da figura 4).

Usando estes dados, as superfícies são numericamente regis5 tradas pelo computador para a criação das fronteiras de volume V de interesse no conjunto de pontos. O sistema calcula quantos pontos de varredura P fazem amostras no interior do volume V. O sistema então calcula a atribuição de peso aos pontos de varredura P tomando a área superficial do volume V e dividindo-a pelo número de pontos de varredura P. Isto pode ser re10 ferido como “atribuição de peso de ponto” ou peso de P. Isto é um método de atribuição de peso uniforme e é um método dispositivo de exibição D eletrodo de quanto do perfil cada ponto representa. Nesta abordagem, a densidade de ponto é mais alta perto de LIDARs e menor nas bordas do perfil, por causa do espalhamento angular do feixe de LIDAR (206 na figura 2A).

Então, o sistema deixa L(x, y, z) ser a altura de volume pleno de

V na posição x, y. Para cada ponto de amostra P(x, y, z) que está abaixo do nível de volume L(x, y, z) (isto é, o ponto indica um lastro faltando), o sistema calcula a quantidade de volume faltando que isto representa ao tomar:

Lz - Pz * Pweight

Finalmente, o sistema acumula um total de todos os resultados

desta última etapa para o cálculo de uma estimativa do volume total faltando, conforme indicado na etapa 514.

Estes dados de volume então são armazenados em um arquivo de resultados de BPS, indicado na etapa 516. Este arquivo de BPS pode 25 conter 3 seções principais: uma seção de Configuração, uma seção de Amostra e uma seção de Supressões. A seção de Configuração pode conter uma informação sobre a coleta de dados, tais como versão de software usada, consumidor, operador, ID de veículo, ID de codificador, segmento de linha, divisão, subdivisão, principal, marco de quilometragem de partida, dire30 ção (marco de quilometragem aumentando / diminuindo), empregado encarregado, e data e horário de coleta. A seção de Amostra pode conter o ponto de partida (em pés (1 pé = 0,3048 metros) a partir da marca de partida), comprimento (em pés (1 pé = 0,3048 metros)), coordenadas de GPS, volumes (em pés cúbicos (1 ft3 = 0,0283 m3)), e curva (s/n) para cada seção de descarga. A seção de Supressões pode conter o tipo, a localização e a descrição de qualquer item considerado como sendo uma supressão. Isto pode 5 ser uma localização de marco de quilometragem, qualquer nota geral, bem como a localização de zonas sem descarga. Estas supressões podem ser providas como parte de uma etapa de edição de usuário 518, mostrada na figura 5.

O processo esboçado na figura 5 também pode incluir a etapa 10 de conversão do arquivo de resultados de BPS em um arquivo de carril (bloco 520). O arquivo de carril é um arquivo que pode ser usado como um trem de entrega de lastro automático para controle direto da abertura e do fechamento de portas de lastro em um trem de envio de lastro, de modo a deixar o lastro cair de acordo com as necessidades de lastro determinadas durante 15 as etapas computacionais na criação do arquivo de BPS. Conforme discutido abaixo, o arquivo de carril 520 ou o arquivo de BPS 516 podem se tornar o arquivo de entrada (602 na figura 6) para um trem de entrega de lastro.

Como uma alternativa para uniformizar a atribuição de peso de ponto na etapa quatro, uma abordagem de atribuição de peso variável pode 20 ser usada, na qual cada ponto tem um peso atribuído com base no espaçamento entre cada ponto e seu vizinho mais próximo em cada direção. Pontos que são adicionalmente espaçados têm um peso mais alto do que pontos perto de cada outro. Neste caso, cada ponto único Px,y terá uma atribuição de peso de peso de Px,y. A atribuição de peso pode ser com base na per25 centagem do perfil inteiro que cada ponto representa. Por exemplo, onde o perfil inteiro tem em torno de 19’ (5,79 m) de largura, os pontos que são mais espaçados têm o peso atribuído proporcionalmente mais pesado. Quando se usa este método alternativo, o volume faltando determinado na etapa 514 para ada ponto de amostra será calculado por:

Lz - Pz * Px,yweight

Um outro aspecto do sistema de perfilagem de lastro exposto aqui é o processo de registro dos pontos de dados que são amostrados pelo sistema de perfilagem a laser de modo a compensar uma vibração e outras irregularidades possíveis que possam desviar os dados. Isto pode ser realizado pelo registro de uma equação funcional para um ponto de infraestrutura fixo esperado encontrado em um conjunto de pontos. Este método envolve a 5 tomada de uma superfície arbitrária, definida por uma equação funcional, e o mapeamento daquela superfície em uma nuvem de pontos ou um modelo de conjunto de pontos do mundo real. Isto é realizado ao se encontrar primeiramente um subconjunto de pontos no conjunto de pontos que represente a infraestrutura fixa, então, encontrar uns poucos pontos de seleção no sub10 conjunto que representem marcos geográficos conhecidos. Usando o conhecimento de propriedades rígidas da infraestrutura fixa e a geometria dos marcos geográficos, uma função de transformação é gerada, que roda e/ou translada a superfície para a infraestrutura fixa do mundo físico.

Esta abordagem foi colocada em prática pelo registro de um per15 fil “ideal” para o lastro provido por uma companhia ferroviária para um conjunto de dados de varredura de LIDAR de uma seção de carril de ferrovia. Os dados de varredura de LIDAR são primeiramente processados para se encontrarem pontos de marco geográfico nos trilhos. Com base nas coordenadas e na geometria dos pontos de marco geográfico, o perfil ideal então é 20 adaptado na cena.

Alguns pontos de marco geográfico específicos utilizados em uma modalidade são mostrados na figura 4. Estes pontos são o material expulso de borda de boleto de fundo interno 402a, b dos trilhos esquerdo e direito 406a, b e a borda interna mais de topo 408a, b dos trilhos esquerdo e 25 direito 406a, b, respectivamente. Estes pontos podem ser encontrados por suas características únicas em relação aos pontos que vêm antes e depois deles conforme os cortes de varredura de LIDAR se cruzam no sentido transversal o trilho. Outros pontos de marco geográfico também podem ser usados, tal como o canto externo de topo de um trilho, o canto externo de 30 fundo de um trilho, uma superfície de topo de um dormente, um canto externo de topo de um dormente, etc. Uma vez que estes pontos de marco geográfico tenham sido identificados, qualquer vibração do sensor de LIDAR pode ser removida dos dados de sensor pela comparação da localização destes pontos de marco geográfico com a localização esperada dos pontos de marco geográfico. A expectativa dos marcos geográficos pode ser extrapolada a partir dos pontos de marco geográfico de várias varreduras passa5 das. Uma vez que a vibração seja removida, a localização da superfície pode ser identificada, e registrada para os dados de LIDAR.

O processo pode ser esboçado conforme se segue. Em primeiro lugar, o sistema define uma superfície arbitrária. Então, um conjunto de pontos tridimensional ou uma nuvem de pontos de uma cena no mundo físico é gerado usando-se tecnologia de detecção remota (tal como LIDAR). Em seguida, os pontos no conjunto de pontos detectado são encontrados, que representam a infraestrutura fixa do mundo físico. Então, pontos de marco geográfico da infraestrutura fixa (por exemplo, os pontos 402, 406) são identificados no conjunto de pontos detectados. A localização dos pontos de marco geográfico no conjunto de pontos então é comparada com as localizações esperadas dos pontos de marco geográfico, e uma diferença de posição é calculada. Esta diferença de posição pode incluir diferenças de rotação. A localização esperada dos pontos de marco geográfico é com base em um acúmulo de cálculos prévios de localização dos pontos a partir de cenas detectadas previamente e/ou um conhecimento de infraestrutura fixa.

O conjunto de pontos detectado então é transformado pelas diferenças de localização calculadas na etapa prévia. Esta transformação pode incluir translação e rotação. Em seguida, a superfície arbitrária é alinhada para a localização dos pontos de marco geográfico calculados previamente. 25 Em seguida, o conjunto de pontos que foi derivado é usado para a atualização da localização esperada de pontos de marco geográfico para cenas subsequentes. O processo então é repetido para uma cena subsequente, começando com a etapa de geração de um conjunto de pontos tridimensional ou uma nuvem de pontos da cena subsequente.

O sistema computacional mostrado aqui também pode incluir ou

tros recursos que melhoram sua funcionalidade. Por exemplo, o sistema de computador de pesquisa de lastro pode incluir uma interface gráfica de usuário, cujas imagens de exemplo são mostradas nas figuras 11A a 11B. Será evidente que a interface de usuário pode ser configurada de uma variedade de formas, e que as interfaces de usuário em particular mostradas nestas figuras são apenas exemplos. É mostrada na figura 11A uma modalidade de 5 uma interface de usuário 1100 para a porção de coleta de dados do sistema de perfilagem de lastro e de computação. Esta interface de usuário pode ser parte do sistema de computador de pesquisa de lastro (118 na figura 1) que é usado no veículo de perfilagem de lastro (200 na figura 2A).

A interface de usuário de coleta de dados 1100 provê dados, tais como dados de status de sensor 1102, informação de posição e de velocidade 1104, para o veículo de perfilagem de lastro (200 na figura 2A) e uma informação referente ao comprimento de zonas de perfilagem presentes e passadas 1106, bem como um retorno visual mostrando uma imagem de vídeo do carril atual 1108, e os perfis de seção de carril atuais 1110 que foram determinados pela varredura de LIDAR. Nos perfis de carril de seção transversal 1110, os pontos de LIDAR podem ser codificados por cor com base em quão distantes eles estão abaixo do perfil ideal. A interface de usuário 1100 também provê botões para se começar e parar uma gravação 1112, para indicação de zonas de descarga e zonas sem descarga 1114, para indicar quando o veículo encontra agulhas de carril 1116, e para a entrada de dados de marco quilométrico e notas 1118. Este último recurso permite que marcadores de marco quilométrico e notas sejam capturados e colocados em um mapa (1152 na figura 11B) com dados correspondentes. Toda a informação acima é usada para a criação do arquivo de resultados de BPS (516 na figura 5), o qual então é usado para a criação do arquivo de carril (520 na figura 5), conforme discutido acima. Outras opções de saída seção de dados e de entrada de usuário também podem ser providas como parte da interface de usuário de coleta de dados 1100.

É mostrado na figura 11B um outro instantâneo de uma outra porção 1150 da interface gráfica de usuário para a porção de revisor do sistema de perfilagem de lastro e de computação. Esta vista é a porção de Revisor da interface de usuário de coleta de dados, a qual está associada ao sistema de computação de pesquisa de lastro (118 na figura 1) e pode ser usada com o veículo de perfilagem de lastro 200 na figura 2A, ou separada dele. Esta interface de usuário 1150 é projetada para permitir que o usuário reveja e edite a informação de pesquisa de lastro após os dados serem cole5 tados e processados, conforme discutido acima com respeito ao bloco 518 na figura 5. Esta interface pode incluir um mapa 1152 no qual vários dados e informação relacionados ao perfil de lastro podem ser exibidas para um usuário. Este mapa pode ser configurado para permitir que um usuário manipule pelo menos alguns dos dados, ou manipule como eles são mostrados de 10 várias formas. Por exemplo, conforme discutido acima, o sistema de perfilagem de lastro pode capturar e mostrar no mapa 1152 um ponto de começo de NDZ (zona sem descarga) 1154 e uma zona de fim 1156, e permitir que um usuário as edite. O usuário pode adicionar ou modificar as zonas de Carga e Sem Carga, suprimir o volume de lastro requerido, ajustar marcos 15 quilométricos, notas e mesmo suprimir um volume de “elevação”, de modo que o carril possa ser elevado. Um usuário também pode editar as Zonas Sem Carga na janela de LIDAR 1160 na figura 11B. A interface de mapa também pode ser provida com seções clicáveis de dados, tal como correspondendo às seções nas quais um usuário comandará o trem de lastro para 20 deixar cair a brita, e também pode mostrar curvas e transições de curva, uma posição de truque correspondente à foto 1158 e dados de LIDAR 1162 atualmente exibidos. O mapa 1152 também pode ser colorido por cor, com base na necessidade medida de brita em várias áreas, e/ou com base no número de comportas de brita que será deixada cair. Por exemplo, a quanti25 dade de lastro necessária pode ser indicada por uma codificação por cor dos pontos de dados de LIDAR individuais na janela de visualização do LIDAR 1162, ou por uma codificação por cor de área de varredura na vista de mapa 1152.

Esta interface 1150 também pode incluir uma imagem de vídeo 1158 da seção de carril atual, e um modelo de LIDAR 3D ou uma imagem 1160 que mostre a seção de carril atual e o ambiente em torno do carril. Uma versão aumentada e de cor invertida de uma imagem de LIDAR 1200 de uma seção de carril de ferrovia e das características circundantes é provida na figura 12, e discutida abaixo. Um modelo da área circundante pode ser desejável para a detecção da presença de estruturas potencialmente conflitantes ao lado do carril, conforme discutido abaixo, e para se permitir a 5 inspeção de brita faltando, por exemplo. A imagem de LIDAR 1160 também pode ser de cor aumentada, por exemplo, para incluir áreas sombreadas 1162 que indicam a necessidade relativa de lastro em várias áreas. Adicionalmente, um perfil de carril ideal pode ser desenhado sobre a foto do LIDAR 1160 para ilustração de onde o perfil de lastro existente fica em relação 10 ao perfil ideal. Será evidente que as interfaces de usuário 1100, 1150 também podem ser usadas para exibição e/ou recepção de outra informação e para a exibição dela de várias outras formas.

Com referência de volta à figura 5, uma vez que o arquivo de resultados de BPS é criado (etapa 516) e editado conforme desejado (etapa 518), ou o arquivo de carril é criado (etapa 520), um destes arquivos pode ser transferido (via download) como o arquivo de entrada (bloco 602 na figura 6) para o sistema de computador de trem de lastro (604 na figura 6; 800 na figura 8), o qual controla a entrega real de lastro. Isto é, o arquivo de entrada 602 pode ser o arquivo de BPS 516 ou o arquivo de carril 520. Conforme notado acima, um computador Iaptop é um tipo de dispositivo que pode ser usado como o sistema de computador de pesquisa de lastro (118 na figura 1). Vantajosamente, o mesmo dispositivo computador também pode ser usado como o computador de trem de lastro (604 na figura 6; 800 na figura 8), se desejado. Isto é, o dispositivo de computador verdadeiro que é provido com o software para receber e analisar os dados de perfilagem de lastro e computar o arquivo de resultados de BPS 516 também pode ser provido com um software para a criação do arquivo de trilho 520 e pode ser associado ao trem de entrega de lastro para funcionar como o sistema de computador de pesquisa de lastro, controlando comportas de queda de Iastro para automaticamente entregarem lastro. Alternativamente, o sistema de computador de trem de lastro pode ser uma peça física diferente de hardware que é simplesmente provido com o software adequado para receber o arquivo de carril como seu arquivo de entrada 602, ou para receber o arquivo de BPS como o arquivo de entrada e convertê-lo em um arquivo de carril.

O sistema de perfilagem de lastro mostrado aqui pode ser usado para a varredura de uma pequena seção de carril ou muitos quilômetros de 5 carril de ferrovia, tal como uma subdivisão inteira, uma divisão, um segmento de linha ou mesmo um sistema de carril inteiro (ou qualquer porção de qualquer um destes), e determinar as deficiências de lastro. Com base nestas deficiências, o sistema pode criar planos de colocação de lastro para aquelas regiões ou para o sistema inteiro. Este sistema pode ser usado para a 10 preparação para uma partida de descarga de lastro imediata, ou para fins de planejamento em médio ou longo prazo. Por exemplo, o lastro pode ser descarregado em uma dada seção de carril imediatamente ou em horas após os dados terem sido coletados, ou os dados podem ser usados para um plano plurianual ou qualquer coisa nesse tempo. Acredita-se que muitos usuários 15 deste sistema podem desejar criar um plano de descarga em uma base trimestral ou anual, por exemplo. Este plano de colocação de lastro então pode ser implementado por sistemas de entrega de lastro automatizados, se desejado.

Conforme citado acima, os sistemas de entrega de lastro automatizados foram desenvolvidos, que controlam atuadores em cada vagão de um trem de lastro usando um software que roda em um computador principal associado ao trem. Um diagrama esquemático de uma modalidade de um sistema de entrega de lastro automático 600 associado a um trem de lastro é mostrado na figura 6. Uma vista em perspectiva de um trem de lastro 700 tendo uma modalidade de um sistema de entrega de lastro automático de acordo com a presente exposição é mostrada na figura 7. O trem de lastro 700 inclui pelo menos uma locomotiva 702 puxando uma série de vagões de tremonha de lastro 704. O trem de lastro também pode incluir um computador principal 800 localizado na cabine de uma locomotiva do trem de lastro, conforme mostrado na figura 8. Conforme citado acima, o computador principal 800 pode ser o mesmo que o dispositivo físico que serve como o sistema de computação de pesquisa de lastro (118 na figura 1). O sistema de computador principal inclui um teclado 802 e um touchpad 804 para entrada de dados ou controle por um usuário, bem como um visor de vídeo 806 para retorno para um usuário. Será evidente que o computador principal de trem de lastro pode ser configurado em uma variedade de outras formas do mesmo modo.

Com referência à figura 6, após a operação de perfilagem de lastro ser completada, conforme descrito acima, o arquivo de entrada 602 é carregado no sistema de computador de trem de lastro 604 (o qual pode ser o mesmo que o computador principal 800 mostrado na figura 8). O carrega10 mento do arquivo de entrada é indicado no bloco 602 na figura 6. Conforme indicado em 606 na figura 6, pode haver um sistema de computador de trem de lastro por trem de lastro. O sistema de computador de trem de lastro inclui uma interface de usuário 608, tal como um teclado, um mouse ou touchpad e um visor, conforme descrito com respeito à figura 8, e um transmissor 15 de sinal 610 para a transmissão de comandos para vagões de lastro individuais, conforme descrito abaixo. Conforme citado acima, o sistema de computador de trem de lastro 604 pode receber o arquivo de BPS (516 na figura 5) ou o arquivo de carril (520 na figura 5) como seu arquivo de entrada (bloco 602). Em uma modalidade, o sistema de computador de trem de lastro é 20 provido com um software para a criação do arquivo de carril com base no arquivo de resultados de BPS. Em uma modalidade alternativa, o sistema de computação de pesquisa de lastro (118 na figura 1) pode ser provido com um subsequente para a criação do arquivo de carril, conforme indicado em 520 na figura 5, e este arquivo pode ser transferido (via download) para o 25 sistema de computador de trem de lastro 604 como o arquivo de entrada no bloco 602. O arquivo de carril inclui comandos específicos para abertura e fechamento de comportas de queda de lastro durante um turno de descarregamento de lastro, conforme descrito abaixo. Em uma modalidade, o arquivo de carril não inclui dados de GPS, mas inclui apenas uma informação de 30 distância, o que indicará a posição ao longo dos carris e o número de comportas de lastro a abrir, com base na localização e na velocidade do trem de lastro. Também associado o sistema de computador de trem de iastro 604 está um dispositivo de medição de distância e de velocidade 612. Em uma modalidade, este dispositivo pode ser uma roda de codificador, tal como a roda de codificador 902 mostrada afixada a um vagão de lastro na figu5 ra 9. A roda de codificador anda no topo do trilho 904 com o trem de lastro e envia um sinal acurado (por exemplo, através de um fio de comunicação 906 ou de um transmissor de rádio (não mostrado na figura 9)) para o sistema de computador de trem de lastro 604 indicando a distância percorrida a partir de algum ponto de referência. O ponto de referência pode ser, por exemplo, o 10 começo de um segmento de carril no qual o lastro é para ser descarregado. Com referência de volta à figura 6, o codificador de roda 612 pode ser usado para a determinação da velocidade do trem, da distância percorrida e da posição do primeiro vagão no trem em relação à posição de começo da pesquisa de carril.

Quando o trem de lastro carregado chega ao local de serviço, o

codificador de roda 612 é regulado para a marca indicando o ponto de partida do turno de descarregamento, e uma entrada apropriada é dada ao sistema de computador de trem de lastro 604 indicando aquela localização, de modo a calibrar a localização real com o turno de lastro computado do arqui20 vo de BPS. Conforme o trem de lastro começa o turno, o computador 604 envia sinais sem fio através do transmissor de sinal 610 para um receptor de sinal 614 associado a cada vagão de lastro 615. É para ser apreciado que o bloco 610 é pretendido para envolver todos os itens de hardware, software, etc. que estejam envolvidos na transmissão de sinais a partir do computador 25 de trem de lastro 604 para o receptor de sinal 614 dos vagões de lastro, incluindo um codificador, uma antena, etc. Da mesma forma, o bloco 614 é pretendido para envolver todos os itens de hardware, software, etc. que estejam envolvidos na recepção de sinais a partir do computador de trem de lastro 604, incluindo um decodificador, uma antena, etc. Os dispositivos e 30 elementos que estão envolvidos nestas funções podem ser combinados ou separados.

Cada vagão de lastro pode ter um sistema de controle de descarga de lastro que inclui o receptor de sinal 614, um controlador de computador 616, uma fonte de potência 618, um conversor de potência mecânica 620, e um coletor de distribuição de potência 622 que controla uma pluralidade de atuadores de comporta 624a-n do vagão de lastro. A fonte de po5 tência 618 comanda o sistema de computador 616 e o conversor de potência 620, e pode ser, por exemplo, uma bateria recarregável ou painéis solares. O conversor de potência 620 pode ser uma bomba hidráulica. O coletor de distribuição de potência 622 pode ser um coletor hidráulico, compreendendo uma pluralidade de válvulas hidráulicas, o que é controlado pelo controlador 10 de computador 616 e recebe potência a partir do conversor de potência 620. O sistema de controle de vagão de lastro também pode incluir um dispositivo de controle de bordo 626, tal como joystick, o qual pode ser usado para controle da descarga de lastro diretamente, em caso de um mau funcionamento do sistema de controle de trem de lastro, do sistema de transmissão sem fio 15 ou por qualquer outra razão. Também é possível que as válvulas hidráulicas sejam controladas pelo sistema de computador 616 ou pela unidade de receptor - decodificador 614.

Conforme o trem de lastro começa o turno, o computador principal 604 envia sinais sem fio através do transmissor de sinal de rádio 610 20 para o receptor de sinal 614 associado a cada vagão de lastro 615. Em uma modalidade, o sistema de computador de trem de lastro 604 pode ser configurado para enviar um comando (abertura ou fechamento) para qualquer comporta específica 624 em qualquer vagão específico 615.

A configuração dos vagões de lastro pode variar. Em uma moda25 lidade, cada vagão de lastro é equipado com oito comportas de lastro, indicadas pelos atuadores de comporta de lastro 624a-n. Estes podem ser configurados com quatro comportas que descarregam em direção ao interior do trilho, quatro comportas que descarregam para o exterior dos trilhos. A figura 10 mostra o lado inferior de um vagão de lastro 1000 tendo comportas de 30 lastro internas 1002 e comportas de lastro externas 1004, seletivamente descarregando o lastro 1006 entre os trilhos 1008 e para um lado dos trilhos.

Em uma modalidade, o sistema pode computar o lastro necessário para a obtenção de uma elevação de 2,54 cm (1”) ou 5,08 cm (2”) () do carril, por exemplo, além de ou ao invés do cálculo de adição simples de mais lastro. O software também pode permitir que um operador reveja os dados processados e ajuste as fronteiras de zona e/ou suprima a quantidade 5 de lastro a ser entregue ao longo do carril.

Embora o sistema e o método expostos aqui mostrem o veículo de perfilagem de lastro (200 na figura 2) e seu sistema de computador associado (118 na figura 1) sendo separados do computador principal 604 e sistemas associados ao trem de lastro, também se acredita que a perfilagem de 10 lastro e a entrega de lastro podem ser combinadas em um sistema único. Por exemplo, um trem de lastro como aquele mostrado na figura 7 pode ser provido com um sistema de perfilagem de lastro como aquele das figuras 1 e

2, seja montado na locomotiva ou em um vagão ferroviário na frente do trem (não mostrado) ou de alguma outra forma, com o sistema de computador que computa necessidades de lastro em andamento, e transmite aquelas necessidades diretamente para atuadores nos vagões de lastro (704 na figura 7), conforme o trem 700 se mover ao longo de uma seção de carril de ferrovia. Desde que o(s) sistema(s) de computador tenha(m) potência computacional suficiente para a análise das condições de lastro e para computar os volumes necessários de lastro entre o momento em que o sistema de perfilagem de lastro passa por um dado ponto e o(s) vagão(ões) de lastro com o suprimento necessário atinja(m) aquele ponto, um sistema como esse poderia permitir que uma perfilagem de lastro e uma entrega de lastro fossem realizadas em uma operação única. Mais ainda, um sistema de computador único poderia controlar a perfilagem de lastro e a computação e a entrega de lastro ao mesmo tempo em uma operação como essa.

É mostrada na figura 12 uma imagem de LIDAR invertida 1200 de uma seção de carril de ferrovia, mostrando características de uma passagem de nível e das imediações. Esta imagem é de cor invertida em relação à 30 imagem de LIDAR 1160 mostrada na figura 11B (isto é, a imagem 1160 mostra linhas ou pontos brancos em um fundo preto, ao passo que a imagem 1200 apresenta linhas pretas ou pontos em um fundo branco) para ciareza, e é apresentada para ilustração de um outro recurso do sistema mostrado aqui. Conforme citado acima, o sistema exposto aqui pode determinar como o perfil de lastro difere de um “perfil ideal” específico em uma dada área, e determinar o volume de lastro requerido para se levar o perfil para o 5 perfil ideal, ou calcular o volume de lastro requerido para elevação do carril por uma quantidade prescrita e levar o perfil para o perfil ideal naquela nova elevação. Contudo, também foi descoberto que os perfis de carril que são usados para a criação do perfil de LIDAR também podem ser usados para a medição da dimensão de outros itens que estão na faixa de domínio da fer10 rovia.

Um tipo em particular de item frequentemente encontrado na faixa de domínio da ferrovia é uma passagem de nível. A imagem de LIDAR 1200 na figura 12 mostra uma seção de carril de ferrovia 1202 com uma passagem de nível 1204 através de uma estrada 1206. Usando este tipo de 15 imagem, uma variedade de características pode ser medida ou calculada. Por exemplo, o comprimento e a largura da passagem de nível 1204 podem ser medidos, e o ângulo vertical de encontro da estrada 1206 pode ser medido (isto é, a mudança de greide ou o ângulo no ponto em que a superfície de rodagem se encontra com os carris). Este tipo de imagem também pode 20 ser usado para autoestradas, bem como ferrovias, e pode ser usado para a medição das folgas de espaço aéreo, do talude ou perfil ou rodovias e ombreiras, para a detecção de condição de pavimentação, etc. Esta informação pode ser usada para uma variedade de finalidades de manutenção e de análise.

Um outro uso para a imagem de LIDAR 1200 é determinar se os

objetos se projetam para uma envoltória de segurança prescrita em torno do carril. Por exemplo, a imagem 1200 mostra objetos perto da faixa de domínio, tal como uma grade 1208, árvores 1210, postes de serviço de utilidade pública 1212, etc. Outros objetos que têm probabilidade de estarem próxi30 mos da faixa de domínio podem incluir cercas, edificações, sinais de ferrovia e pertences, etc. A imagem de LIDAR 1200 permite que o sistema determine oticamente a localização desses itens e calcule se eles se projetam para a envoltória de segurança em torno do carril. Isto pode permitir uma identificação automática de localizações de carril em que a manutenção ou um outro trabalho pode precisar levar a faixa de domínio até os padrões desejados por geometria e segurança.

Embora várias modalidades tenham sido mostradas e descritas, a invenção não está limitada assim, e será entendido que inclui várias modificações e variações, conforme seria evidente para alguém versado na técnica. Por exemplo, os elementos equivalentes podem ser substituídos por aqueles especificamente mostrados e descritos, certos recursos podem ser usados independentemente de outros recursos, e o número e a configuração de vários componentes de veículo descritos acima podem ser alterados, tudo sem que se desvie do espírito ou do escopo da invenção, conforme definido nas reivindicações que estão em apenso a este, ou serão depositadas após este.

Essas adaptações e modificações devem e se pretende que sejam compreendidas no significado e no alcance de equivalentes das modalidades de exemplo expostas. É para ser entendido que a fraseologia da terminologia empregada aqui é para fins de descrição e não de limitação. Assim sendo, a descrição precedente das modalidades de exemplo da invenção, conforme estabelecido acima, é pretendida para ser ilustrativa não Iimitativa. Várias mudanças, modificações e/ou adaptações podem ser feitas, sem que se desvie do espírito e do escopo desta invenção.

Claims (31)

1. Método para entrega de lastro a uma seção de um carril de ferrovia, que compreende: a medição de um perfil de lastro existente de uma seção de carril de ferrovia usando um sistema de detecção remota, e a provisão de um sinal indicativo do mesmo para um primeiro computador; a comparação do perfil de lastro existente com um perfil de lastro ideal para a geração de um arquivo de carril representando um volume de lastro adicional necessário como uma função de posição linear ao longo da seção de carril de ferrovia, usando-se o primeiro computador; e a transmissão de dados representando o arquivo de carril para um segundo computador de um trem de descarga de lastro automática; e a descarga do lastro ao longo da seção de carril de ferrovia de acordo com o arquivo de carril através do trem de descarga de lastro sob o controle do segundo computador.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o sistema de detecção remota compreende um sistema de detecção de Iuz e alcance (LIDAR).

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, que ainda compreende um par de dispositivos de LIDAR, orientados em direção aos trilhos do carril de ferrovia, os dispositivos de LIDAR configurados para a obtenção de dados através de um arco tendo um ângulo a partir de em torno de 100° a em torno de 270°.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que a etapa de medição do perfil de lastro existente compreende a obtenção de um conjunto de pontos de dados representando a superfície de carril de ferrovia existente.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, que ainda compreende as etapas de: definição de uma superfície arbitrária; encontro de pontos no conjunto de pontos de dados que representam a superfície de carril de ferrovia existente; a identificação de pontos de marco geográfico da superfície de carril de ferrovia existente no conjunto de pontos de dados; a comparação das localizações dos pontos de marco geográfico no conjunto de pontos de dados com localizações esperadas dos pontos de marco geográfico; o cálculo de uma diferença de posição entre as localizações dos pontos de marco geográfico e as localizações esperadas; a transformação do conjunto de pontos de dados pela diferença de posição; o alinhamento da superfície arbitrária com a localização dos pontos de marco geográfico; a atualização da localização esperada de pontos de marco geográfico para cenas subsequentes usando o conjunto transformado de pontos de dados.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que a etapa de medição de um perfil de lastro existente compreende a obtenção de um conjunto de pontos de dados representando uma superfície existente do carril de ferrovia.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, em que a etapa de comparação do perfil de lastro existente com um perfil de lastro ideal compreende: o alinhamento de uma superfície ideal com referência à superfície existente para a criação de um volume, a superfície ideal definindo um nível de volume pleno; a determinação do número de pontos de varredura que ficam abaixo do nível de volume pleno; a obtenção de uma área de seção transversal em incrementos pela multiplicação de uma coordenada para cada ponto de varredura que fique abaixo do nível de volume pleno por uma magnitude abaixo do nível de volume pleno e um fator de peso atribuído associado ao volume; e a acumulação de um volume total pela multiplicação da área de seção transversal em incrementos por uma distância em incrementos entre as localizações de varredura e a adição de todos os resultados.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o primeiro computador está associado a um veículo ferroviário de perfilagem de lastro, e o segundo computador está associado a um trem de lastro que tem comportas de descarga de lastro controláveis remotamente em uma pluralidade de vagões de tremonha de lastro.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o primeiro computador e o segundo computador são ambos associados a um trem de lastro que tem comportas de descarga de lastro controláveis remotamente em uma pluralidade de vagões de tremonha de lastro.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o arquivo de carril representa um plano de lastro tendo um período de execução de um ano ou mais.

11. Método para a entrega de lastro a uma seção de carril de ferrovia, que compreende: a medição de um perfil de lastro existente em uma seção de carril de ferrovia usando um sistema de detecção remota, e a provisão de um sinal indicativo do mesmo para um primeiro computador tendo um processador e uma memória de sistema; a comparação do perfil de lastro existente com um perfil de Iastro ideal para a determinação de um volume de lastro adicional necessário como uma função de uma posição linear ao longo da seção de carril de ferrovia, usando-se o primeiro computador; e a descarga de lastro ao longo da seção de carril de ferrovia de acordo com o volume predeterminado de lastro adicional necessário, usando-se um trem de descarga de lastro automático.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, em que a etapa de medição de um perfil de lastro existente de uma seção de carril de ferrovia usando um sistema de detecção remota compreende a varredura da seção de carril de ferrovia com um dispositivo de detecção remota e a obtenção de um conjunto de pontos de dados representando a superfície de carril de ferrovia existente.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11, em que a etapa de comparação do perfil de lastro existente com um perfil de lastro ideal compreende: o alinhamento de uma superfície ideal com referência ao conjunto de pontos de dados, a superfície ideal definindo um nível de volume pleno; a determinação de um número de pontos de varredura que caiam no volume e fiquem abaixo do nível de volume pleno; a obtenção de uma área de seção transversal em incremento pela multiplicação de uma coordenada para cada ponto de varredura que fique abaixo do nível de volume pleno por uma magnitude abaixo do nível de volume pleno e um fator de atribuição de peso associado ao volume; e a acumulação de um volume total pela multiplicação da área de seção transversal em incrementos pela distância em incrementos entre as localizações de varredura e a adição de todos os resultados.

14. Método, de acordo com a reivindicação 11, que ainda compreende uma compensação por possíveis irregularidades no perfil de lastro pelas etapas de: definição de uma superfície arbitrária; encontro de pontos no conjunto de pontos de dados que representem a superfície de carril de ferrovia existente; identificação de pontos de marco geográfico da superfície de carril de ferrovia existente no conjunto de pontos de dados; comparação das localizações dos pontos de marco geográfico no conjunto de pontos de dados com localizações esperadas dos pontos de marco geográfico; cálculo de uma diferença de posição entre as localizações dos pontos de marco geográfico e as localizações esperadas; transformação do conjunto de pontos de dados pela diferença de posição; alinhamento da superfície arbitrária com a localização dos pontos de marco geográfico; e atualização da localização esperada de pontos de marco geográfico para cenas subsequentes usando-se o conjunto transformado de pontos de dados.

15. Método, de acordo com a reivindicação 11, em que o primeiro computador está associado a um veículo ferroviário de perfilagem de Iastro, e a etapa de comparação do perfil de lastro existente com um perfil de lastro ideal é realizada pelo primeiro computador.

16. Método, de acordo com a reivindicação 11, em que o segundo computador está associado ao trem de descarga de lastro automático, e controla a descarga de lastro ao longo da seção de carril de ferrovia.

17. Método, realizado por um computador, que tem um processador e uma memória de sistema, para o cálculo de volume de lastro faltando em uma seção de carril de ferrovia, que compreende: a varredura de uma seção existente de carril de ferrovia usando um sistema de detecção remota para a produção de um conjunto de pontos de dados representando uma superfície existente do carril de ferrovia; o alinhamento de uma superfície ideal com referência à superfície existente para a criação de um volume, a superfície ideal definindo um nível de volume pleno; a determinação de um número de pontos de varredura que caem no volume e ficam abaixo do nível de volume pleno; a obtenção de uma área de seção transversal em incremento pela multiplicação de uma coordenada para cada ponto de varredura que fique abaixo do nível de volume pleno por uma magnitude abaixo do nível de volume pleno, e um fator de peso atribuído associado ao volume; e a acumulação de um volume total pela multiplicação da área de seção transversal em incremento por uma distância em incremento entre localizações de varredura e adicionando-se todos os resultados.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, em que o sistema de detecção remota compreende um sistema de LIDAR.

19. Método, de acordo com a reivindicação 17, que ainda compreende a compensação por possíveis irregularidades nos pontos de dados representando a superfície existente pelas etapas de: definição de uma superfície arbitrária; encontro de pontos no conjunto de pontos de dados que representam a superfície de carril de ferrovia existente; identificação de pontos de marco geográfico da superfície de carril de ferrovia existente no conjunto de pontos de dados; comparação das localizações dos pontos de marco geográfico no conjunto de pontos de dados com localizações esperadas dos pontos de marco geográfico; cálculo de uma diferença de posição entre as localizações dos pontos de marco geográfico e as localizações esperadas; transformação do conjunto de pontos de dados pela diferença de posição; alinhamento da superfície arbitrária com a localização dos pontos de marco geográfico; e atualização da localização esperada de pontos de marco geográfico para cenas subsequentes usando o conjunto transformado de pontos de dados.

20. Método, de acordo com a reivindicação 17, que ainda compreende: a provisão de uma interface gráfica de usuário tendo um mapa interativo da seção de carril de ferrovia; e a exibição dos dados de lastro no mapa interativo.

21. Método, de acordo com a reivindicação 20, em que os dados de lastro são selecionados a partir do grupo que consiste em: pontos de começo e de fim de zona sem descarga (NDZ); quantidade necessária de lastro; número de comportas de vagão de tremonha de lastro de lastro a cair para uma dada velocidade de trem; localizações nas quais deixar cair o lastro; curvas e transições de curva; e posição de truque.

22. Método, de acordo com a reivindicação 20, em que a interface gráfica de usuário ainda inclui recursos selecionados a partir do grupo que consiste em: uma imagem mostrando pontos de detecção remota; um recurso de entrada de marcador de marco quilométrico; um recurso de entrada de nota; e um modelo 3-D do ambiente.

23. Método, realizado por um computador tendo um processador e uma memória de sistema, para o registro de uma equação funcional para a infraestrutura fixa definida em um conjunto de pontos, que compreende: a definição de uma superfície arbitrária; a geração de um conjunto de pontos tridimensional de uma cena física usando um sistema de detecção remota; o encontro de pontos no conjunto de pontos que representam a infraestrutura fixa na cena física; a identificação de pontos de marco geográfico da infraestrutura fixa no conjunto de pontos; a comparação das localizações de pontos de marco geográfico no conjunto de pontos com uma localização esperada dos pontos de marco geográfico, e o cálculo de uma diferença numérica entre elas; a transformação do conjunto de pontos detectados pela diferença numérica calculada; e o alinhamento da superfície arbitrária para a localização dos pontos de marco geográfico.

24. Método, de acordo com a reivindicação 23, em que a infraestrutura fixa compreende uma porção de carril de ferrovia.

25. Método, de acordo com a reivindicação 24, em que os pontos de marco geográfico são selecionados a partir do grupo que consiste em: o canto interno de topo de um trilho, o canto interno de fundo de um trilho, o canto externo de topo de um trilho, o canto externo de fundo de um trilho, uma superfície de topo de um dormente, um canto externo de topo de um dormente.

26. Método, de acordo com a reivindicação 23, em que a etapa de geração de um conjunto de pontos tridimensional da cena física compreende a geração de um conjunto de pontos de dados usando um sistema de LIDAR.

27. Método, de acordo com a reivindicação 26, em que a cena física compreende um carril de ferrovia, e o conjunto de pontos de dados é gerado usando-se um par de dispositivos de LIDAR orientados em direção aos trilhos do carril de ferrovia, os dispositivos de LIDAR sendo configurados para varrerem um arco tendo um ângulo a partir de em torno de 100° a em torno de 270°.

28. Método, realizado por um computador, que tem um processador e uma memória de sistema, para a análise de uma seção de carril de ferrovia, que compreende: a varredura de uma seção existente de carril de ferrovia usando um sistema de detecção remota para a produção de um conjunto de pontos de dados representando uma cena existente ao longo do carril de ferrovia; a determinação de uma posição geométrica e das características de características físicas representadas pelos pontos de dados na cena.

29. Método, de acordo com a reivindicação 28, que ainda compreende a etapa de análise das características físicas na cena para a determinação de sua proximidade com uma envoltória de segurança associada ao carril de ferrovia.

30. Método, de acordo com a reivindicação 28, em que a etapa de determinação da posição geométrica e das características dos aspectos físicos representados por pontos de dados na cena compreende a determinação da presença de uma passagem de nível.

31. Método, de acordo com a reivindicação 28, em que a etapa de determinação da posição geométrica e das características dos aspectos físicos representados por pontos de dados na cena compreende a determinação de um ângulo vertical relativo de uma rodovia em uma passagem de nível.