BR112020012799B1 - Veículo ferroviário e método para inspeção de uma seção de via por meio de um veículo ferroviário - Google Patents

Abstract

A invenção refere-se a um veículo ferroviário (2), com uma estrutura de veículo (12) que, apoiada em materiais rodantes na via (4), se movimenta nos trilhos (7) de uma via (1), compreendendo uma primeira plataforma de medição (5) com um primeiro sistema de medição inercial (9) para gravar um percurso de via. Desta forma, uma segunda plataforma de medição (14) é disposta no veículo ferroviário (2), compreendendo um segundo sistema de medição inercial (15) e pelo menos um dispositivo sensor (17) para registrar os pontos de superfície (P) de uma seção da via (18). O movimento do dispositivo sensor (17) no espaço tridimensional é registrado de uma maneira simples, por meio da segunda plataforma de medição (14) e do segundo sistema de medição inercial (15).

Description

CAMPO DA TECNOLOGIA

[0001] A invenção refere-se a um veículo ferroviário com uma estrutura de veículo que é suportada sobre material rodante na via e móvel nos trilhos de uma via, compreendendo uma primeira plataforma de medição com um primeiro sistema de medição inercial para registrar um percurso de via. A invenção refere-se ainda a um método para inspeção de uma seção de via por meio do veículo ferroviário.

TÉCNICA ANTERIOR

[0002] Para manutenção confiável de uma via permanente, são necessárias verificações regulares. No processo, são utilizados veículos de medição de trilhos, projetados para registrar uma geometria da via atual de uma seção de trilhos. As medidas de manutenção são planejadas e executadas com base nos dados de medição coletados. Servindo como dispositivos de medição, há uma variedade de sensores que registram a própria via e os arredores da via. O último ocorre, por exemplo, por meio de sistemas de câmeras dispostos no veículo de medição da via.

[0003] Para determinar o percurso da via ou a posição relativa da via, os veículos de medição de via modernos usam o chamado sistema de medição inercial (Unidade de Medição Inercial, IMU). Esse sistema de medição inercial é descrito no jornal de comércio Eisenbahningenieur (52) 9/2001 nas páginas 6-9. O documento DE 10 2008 062 143 B3 também descreve um princípio de medição inercial para registrar uma posição da via.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0004] É o objetivo da invenção mostrar melhorias em relação à técnica anterior para um veículo ferroviário e um método do tipo mencionado no início.

[0005] De acordo com a invenção, esses objetivos são alcançados por meio das características das reivindicações 1 e 9. Desenvolvimentos vantajosos da invenção tornam-se evidentes a partir das reivindicações dependentes.

[0006] Desta forma, uma segunda plataforma de medição é disposta no veículo ferroviário, compreendendo um segundo sistema de medição inercial e pelo menos um dispositivo sensor para registrar pontos de superfície de uma seção da via. Por meio da segunda plataforma de medição e do segundo sistema de medição inercial, o movimento do dispositivo sensor no espaço tridimensional é registrado de maneira simples. Dessa forma, os dados de medição registrados pelo dispositivo sensor podem ser exatamente designados espacialmente.

[0007] Vantajosamente, um computador é disposto diretamente no veículo ferroviário, ao qual são fornecidos dados de medição dos sistemas de medição inercial e do dispositivo sensor sendo projetado para a transformação de coordenadas dos pontos de superfície de um sistema de coordenadas, movido junto com o dispositivo sensor, da segunda plataforma de medição em um sistema de coordenadas, seguindo o percurso da via, da primeira plataforma de medição. No resultado, os pontos de superfície registrados pelo dispositivo sensor se referem ao percurso da via. Assim, é possível fazer uma declaração imediata sobre a posição dos objetos gravados em relação ao percurso da via.

[0008] Em uma melhoria adicional, um dispositivo de avaliação está disposto no veículo ferroviário, o dispositivo de avaliação sendo projetado para comparação das coordenadas dos pontos de superfície no sistema de coordenadas da primeira plataforma de medição com um perfil de folga prescrito da seção da via.

[0009] Uma modalidade vantajosa da invenção prevê que a primeira plataforma de medição esteja disposta em um dos materiais rodantes na via. Isso permite uma gravação simples do percurso da via por meio do primeiro sistema de medição inercial.

[0010] Nesse sentido, será favorável se a primeira plataforma de medição tiver uma estrutura de medição, disposta nos eixos das rodas do material rodante na via, na qual o primeiro sistema de medição inercial está disposto. Assim, os movimentos do primeiro sistema de medição inercial no espaço tridimensional permanecem sem influência de movimentos relativos elásticos do material rodante na via. As inclinações longitudinais da via são registradas diretamente.

[0011] De modo a compensar a influência de movimentos transversais ou movimentos de pêndulo do material rodante na via, será vantajoso se pelo menos dois dispositivos de medição de posição para determinar a posição da estrutura de medição em relação aos trilhos da via estiverem dispostos na estrutura de medição. Com isso, a posição exata do quadro de medição em relação aos trilhos é continuamente registrada e levada em consideração na determinação do percurso da via por meio do primeiro sistema de medição inercial.

[0012] Em uma modalidade vantajosa da invenção, a segunda plataforma de medição está disposta na parte frontal do veículo ferroviário. Dessa maneira, uma ampla área circundante do veículo ferroviário pode ser gravada com apenas alguns sensores.

[0013] Além disso, será favorável se o dispositivo sensor compreender um scanner a laser para registrar os pontos da superfície como uma nuvem de pontos. Por meio desse sensor, é possível realizar uma gravação precisa e de alta resolução das superfícies da via e seus arredores. Desta forma, os scanners de linha e rotação redundantes ou suplementares aumentam a precisão e a qualidade dos dados de medição.

[0014] O método de acordo com a invenção, para a inspeção de uma seção de via por meio de um veículo ferroviário, acima mencionado prevê que o percurso da via - em particular como um percurso de movimento de um sistema de coordenadas da primeira plataforma de medição - seja registrado por meio do primeiro sistema de medição inercial, que um percurso de movimento do dispositivo sensor - em particular como um percurso de movimento de um sistema de coordenadas da segunda plataforma de medição - seja registrado por meio do segundo sistema de medição inercial e que os pontos de superfície da seção da via sejam gravados por meio do dispositivo sensor.

[0015] Em um desenvolvimento adicional do método, as coordenadas dos pontos de superfície são transformadas a partir de um sistema de coordenadas, movido junto com o dispositivo sensor, da segunda plataforma de medição em um sistema de coordenadas, seguindo o percurso da via, da primeira plataforma de medição. Isso ocorre tanto on-line por meio de um computador transportado no veículo ferroviário ou off-line em uma central remota do sistema.

[0016] Em uma etapa vantajosa do método adicional, as coordenadas dos pontos de superfície no sistema de coordenadas da primeira plataforma de medição são comparadas com um perfil de folga da seção da via. Dessa maneira, as violações do perfil de liberação são reconhecidas automaticamente.

[0017] Desse modo, será favorável se uma transgressão do perfil de folga de um ponto de superfície for exibida em um dispositivo de saída. Isso ocorre diretamente no veículo ferroviário ou em uma central do sistema, a fim de impedir situações perigosas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0018] A invenção será descrita abaixo a título de exemplo, com referência aos desenhos anexos. É mostrada de maneira esquemática: Figura 1 - um veículo ferroviário em uma via, Figura 2 - uma transformação de coordenadas, Figura 3 - uma situação de registro ao inserir uma curva, Figura 4 - uma situação de gravação de acordo com a Figura 3 com transformação de coordenadas.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[0019] Para uma explicação clara da presente invenção, a deformação de uma via 1 na Figura 1 é mostrada de uma maneira muito exagerada. Um veículo ferroviário 2 está se movendo ao longo da via 1 em uma direção de medição 3. Uma primeira plataforma de medição 5 é disposta em um material rodante frontal na via 4. Favoravelmente, esta primeira plataforma de medição 5 compreende uma estrutura de medição 6 que é fixada aos eixos do material rodante na via 4 projetado como um rolete oscilante. Além disso, dois dispositivos de medição de posição 8 podem ser montados na primeira plataforma de medição 5 para cada trilho 7 da via 1, a fim de registrar movimentos relativos da primeira plataforma de medição 5 em relação aos trilhos 7. O respectivo dispositivo de medição de posição 8 compreende, por exemplo, um laser direcionado ao trilho 7 e uma câmera para gravar a projeção a laser.

[0020] Na primeira plataforma de medição 5, é instalado um primeiro sistema de medição inercial 9 que registra uma primeira curva espacial 10 em relação a um sistema de referência inercial xi, yi, zi. Esta primeira curva espacial 10 corre paralela a um eixo da via 11 a uma distância conhecida, o eixo da via se estendendo simetricamente entre as bordas internas dos dois trilhos 8. Assim, é determinado um percurso relativo da via. Um sistema de coordenadas xg, yg, zg da primeira plataforma de medição 5 transportada é movido ao longo desta primeira curva espacial 10. Opcionalmente, um registro de curva espacial ocorre para cada trilho 7 da via 1, por meio dos dispositivos de medição de posição 8.

[0021] No lado frontal 13 do veículo ferroviário 2, uma segunda plataforma de medição 14 está disposta rigidamente conectada a uma estrutura de veículo 12. Um segundo sistema de medição inercial 15 encontra-se fixado a esta segunda plataforma de medição 14 de modo a registrar uma segunda curva espacial 16. Um sistema de coordenadas xs, ys, zs da segunda plataforma de medição 14 transportada é movido ao longo da segunda curva espacial 16.

[0022] Em cada sistema de medição inercial 9, 15, três medidores de aceleração e três sensores de taxa de rotação são montados ortogonalmente em cada caso. Por meio de uma integração de posição, a posição relativa em relação ao sistema de referência inercial xi, yi, zi é determinada a partir das taxas de rotação medidas do respectivo sistema de medição inercial 9, 15, que existem no sistema de coordenadas de deslocamento associado xg, yg, zg ou xs, ys, zs.

[0023] A segunda plataforma de medição 14 serve como transportadora de um dispositivo sensor 17 que é projetado para registrar os pontos de superfície P de uma seção de via 18 a ser inspecionada. Desta forma, vários objetos estão localizados ao longo da seção 18 da via 1, próximos à via 1, como, por exemplo, plataformas 19, mastros 20, dispositivos de sinalização 21 e catenárias 22. Para começar registrando os pontos de superfície P, a posição desses objetos 19-22 em relação ao sistema de coordenadas xs, ys, zs da segunda plataforma de medição 14 pode ser determinada.

[0024] O dispositivo sensor 17 compreende vários scanners a laser, por exemplo, dois scanners de rotação 2D 23 e dois scanners de ventilação 2D 24. Assim, com uma velocidade de deslocamento conhecida do veículo ferroviário 2, é obtido um resultado de medição na forma de uma nuvem de pontos tridimensional. A sua resolução pode variar, ajustando as taxas de varredura dos scanners 23, 24, bem como a velocidade de deslocamento. As coordenadas dos pontos de superfície individuais P desta nuvem de pontos são armazenadas em um computador 25, com referência ao sistema de coordenadas xs, ys, zs da segunda plataforma de medição 14.

[0025] Além disso, o computador 25 é configurado para a transformação das coordenadas dos pontos de superfície P do sistema de coordenadas xs, ys, zs, movido junto com o dispositivo sensor 17 da segunda plataforma de medição 14 para sistema de coordenadas xg, yg, zg, seguindo o percurso da via, da primeira plataforma de medição 5. Desta forma, é considerada uma distância A entre os sistemas de medição inercial 9, 15 e a velocidade de deslocamento conhecida, a fim de sincronizar os valores de medição dos dois sistemas de medição inercial 9, 15.

[0026] A transformação de coordenadas é ilustrada na Figura 2. O sistema de coordenadas xs, ys, zs da segunda plataforma de medição 14 é transferido para o sistema de coordenadas xg, yg, zg da primeira plataforma de medição 5, em que o sistema de referência inercial xi, yi, zi serve como uma base comum.

[0027] Com referência às Figuras 3 e 4, o procedimento para um ponto de superfície exemplar P é explicado em mais detalhes. O veículo ferroviário 2 é mostrado na Figura 3 em uma vista superior e está situado em uma entrada curva da seção 18 da via. Durante o deslocamento para a frente, os scanners de rotação 2D 23 digitalizam em movimento helicoidal a via 1 e os objetos 19-22 localizado ao lado. Os pontos de superfície P registrados no processo correspondem a um perfil dos arredores da via. Esta nuvem de pontos é complementada pelos pontos de superfície P que são gravados por meio dos scanners de ventilação 2D 24. Deste modo, os scanners de ventilação 2D 24 são direcionados para regiões nas quais a visão dos scanners de rotação 2D 23 é obstruída.

[0028] Durante o deslocamento da curva, os dois sistemas de medição inercial 9, 15 registram curvas espaciais diferentes 10, 16. Em particular, a oscilação da parte do veículo localizada à frente do material rodante dianteiro na via 4 causa um desvio significativo. Na Figura 4, as duas curvas espaciais 10, 16 são sobrepostas umas às outras, como visto de cima, em que os pontos de origem 0g, 0s dos dois sistemas de coordenadas deslocados xg, yg, zg ou xs, ys, zs são sincronizados por meio da distância conhecida A e da velocidade de deslocamento.

[0029] Para cada ponto de superfície P registrado, as coordenadas xxp, yxp no sistema de coordenadas xs, ys, zs da segunda plataforma de medição 14 podem ser transformadas em coordenadas xgp, ygp no sistema de coordenadas xg, yg, zg da primeira plataforma de medição 5. As coordenadas transformadas xgp, ygp do respectivo ponto de superfície P indicam a posição em relação ao percurso da via ou ao eixo da via 11.

[0030] Os resultados da transformação de coordenadas são usados especialmente para o controle do medidor de folga. Desta forma, os dados de perfil dos arredores da via são avaliados por meio de um dispositivo de avaliação em relação ao eixo da via 11. No respectivo local de controle, são considerados os pontos de superfície P dos quais a coordenada x (na direção longitudinal da via) no sistema de coordenadas deslocadas xg, yg, zg da primeira plataforma de medição 5 é igual à zero. As coordenadas y e z desses pontos de superfície P são comparadas aos valores-limite de um perfil de folga a ser observado. Durante isso, é útil deslocar o ponto zero 0g do sistema de coordenadas xg, yg, zg da primeira plataforma de medição 5 para o eixo da via 11, porque os perfis de folga padronizados também se referem ao eixo da via 11.

[0031] Existirá uma transgressão do perfil de folga se um ponto de superfície P estiver dentro do perfil de folga prescrito. A coordenada y ou coordenada z correspondente é então menor que um valor limite do perfil de folga prescrito. Para evitar qualquer risco de colisão, as transgressões do perfil de folga são exibidas em uma central de controle. Além disso, uma exibição instantânea em um dispositivo de saída 26 do veículo ferroviário 2 é útil. Vantajosamente, o computador 25 é projetado como um dispositivo de avaliação para uma comparação online das coordenadas dos pontos de superfície P com os valores limite do perfil de folga.

[0032] Em particular, durante uma transgressão do perfil de liberação, são gerados dados de saída que vinculam os dados de posição de um objeto 19-22 que violam o perfil de liberação a uma marca de quilômetro da seção controlada da via 18. Dessa maneira, qualquer ponto de problema em uma rede de faixas pode ser especificamente localizado para tomar contramedidas adequadas. Desta forma, um dispositivo de medição de caminho 27 ou um receptor GNSS é disposto no veículo ferroviário 2. Além disso, um dispositivo de medição de ponto fixo disposto no veículo ferroviário 2 é útil para determinar uma posição absoluta em relação aos pontos fixos localizados ao lado da via 1.

[0033] Existe uma vantagem adicional da invenção em que os pontos de superfície P das bordas internas do trilho também são registrados por meio do dispositivo sensor 17. Assim, pela transformação de coordenadas acima descrita, é possível determinar os percursos da via. Isso pode ocorrer offline, por exemplo, após uma operação de medição, a fim de verificar a precisão do percurso gravado por meio da primeira plataforma de medição 5. A presente invenção inclui sistemas redundantes para determinar o percurso da via.

Claims (12)

1. Veículo ferroviário (2) tendo uma estrutura de veículo (12) suportada em materiais rodantes na via (4) e móvel nos trilhos (7) de uma via (1) compreendendo uma primeira plataforma de medição (5) com um primeiro sistema de medição inercial (9) para registrar um percurso de via e uma primeira curva espacial (10), caracterizado pelo fato de que uma segunda plataforma de medição (14) está disposta no veículo ferroviário (2), compreendendo um segundo sistema de medição inercial (15) para registrar uma segunda curva espacial (16) e pelo menos um dispositivo sensor (17) para registrar pontos de superfície (P) de uma seção de via (18), em que o movimento do dispositivo sensor (17) no espaço tridimensional é registrado por meio do segundo sistema de medição inercial (15).

2. Veículo ferroviário (2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um computador (25) está disposto no veículo ferroviário (2), no qual os dados de medição dos sistemas de medição inercial (9, 15) e do dispositivo sensor (17) são fornecidos e projetados para a transformação de coordenadas dos pontos de superfície (P) de um sistema de coordenadas (xs, ys, zs), movido juntamente com o dispositivo sensor (17) da segunda plataforma de medição (14), em um sistema de coordenadas (xg, yg, zg), seguindo o percurso da via da primeira plataforma de medição (5).

3. Veículo ferroviário (2) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que um dispositivo de avaliação está disposto no veículo ferroviário (2), sendo o dispositivo de avaliação projetado para comparação das coordenadas dos pontos de superfície (P) no sistema de coordenadas (xg, yg, zg) da primeira plataforma de medição (5) para um perfil de folga prescrito da seção da via (18).

4. Veículo ferroviário (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a primeira plataforma de medição (5) está disposta em um dos materiais rodantes na via (4).

5. Veículo ferroviário (2) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a primeira plataforma de medição (5) possui uma estrutura de medição (6), disposta nos eixos das rodas do material rodante na via (4), no qual o primeiro sistema de medição inercial (9) está arranjado.

6. Veículo ferroviário (2) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que pelo menos dois dispositivos de medição de posição (8) para determinar a posição da estrutura de medição (6) em relação aos trilhos (7) da via (1) estão dispostos na estrutura de medição (6).

7. Veículo ferroviário (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a segunda plataforma de medição (14) está disposta no lado frontal (13) do veículo ferroviário (2).

8. Veículo ferroviário (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o dispositivo sensor (17) compreende um scanner a laser (23, 24) para registrar os pontos de superfície (P) como uma nuvem de pontos.

9. Método para inspeção de uma seção de via (18) por meio de um veículo ferroviário (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o percurso da via - em particular como um percurso de movimento de um sistema de coordenadas (xg, yg, zg) da primeira plataforma de medição (5) - é registrado por meio do primeiro sistema de medição inercial (9), um percurso de movimento do dispositivo sensor (17) - em particular como um percurso de movimento de um sistema de coordenadas (xs, ys, zs) da segunda plataforma de medição (14) - é registrada por meio do segundo sistema de medição inercial (15), e os pontos de superfície (P) da seção da via (17) são registrados por meio do dispositivo sensor (17).

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que as coordenadas dos pontos de superfície (P) são transformadas a partir de um sistema de coordenadas (xs, ys, zs), movido junto com o dispositivo sensor (17), da segunda plataforma de medição (14) em um sistema de coordenadas (xg, yg, zg), seguindo o percurso da via, da primeira plataforma de medição (5).

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que as coordenadas dos pontos de superfície (P) no sistema de coordenadas (xg, yg, zg) da primeira plataforma de medição (5) são comparadas a um perfil de folga da seção da via (17).

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que uma transgressão do perfil de folga de um ponto de superfície (P) é exibida em um dispositivo de saída (26).