BRPI0805974A2 - sistema telemétrico dinámico de monitoramento e automacão de redes ferroviárias - Google Patents

Abstract

SISTEMA TELEMéTRICO DINáMICO DE MONITORAMENTO E AUTOMAcãO DE REDES FERROVIáRIAS que utiliza a transmissao de sinais via radiofrequencia, de acordo com protocolo de comunicacao de padróo internacional, para fornecer dados pertinentes à operacao e manutencao do trens. O sistema é composto por vários sensores estrategicamente posicionados no trem(4), por unidades conversoras de sinais e transceptoras constituídas por uma estacao de rádio movel (1) localizados no trem (4) por uma ou mais, estacões rádio base(3) utilizando uma pluralidade de estacões de rádio repetidora(2), ou nóo, estrategicamente posicionados ao longo da via, que recebe estes sinais e transmite-os para uma ou mais centrais de monitoramento (6) permitindo avaliar posicao, velocidade e automatizar a operacao do dito trem (4). Essa avaliacao, por sua vez, pode auxiliar nas acões preventivas e corretivas de operacao e manutencóo e automacao dos veículos ferroviários, a fim de melhorar a qualidade dos servicos prestados.

Description

SISTEMA TELEMÉTRICO DINÂMICO DE MONITORAMENTO EAUTOMAÇÃO DE REDES FERROVIÁRIAS

A presente invenção se refere a um sistema telemétrico de monitoramento eautomação de redes ferroviárias que utiliza a transmissão de sinais via radiofreqüência,de acordo com protocolo de comunicação padrão internacional, para fornecer dadospertinentes à operação e manutenção de trens. O sistema é formado pela associaçãoentre sensores diversos, microcontroladores e transceptores de freqüência de rádio, quepossibilitam obter a localização e o monitoramento em tempo real e a automação dotrem de forma segura, eficiente e de baixo custo. Essa avaliação, por sua vez, podeauxiliar nas ações preventivas e corretivas de operação e manutenção dos veículosferroviários, a fim de melhorar a qualidade dos serviços prestados e prevenção deacidentes.

Para otimizar o tempo e sanar as ocorrências durante a operação comercial dasempresas do setor de transporte ferroviário, torna-se necessário monitorar múltiplosfatores que medem o desempenho dos trens e tomar as decisões de forma rápida esegura. Há algum tempo, as dificuldades relativas encontradas para monitorar odesempenho em tempo real dos trens desperta o interesse de um bom número depesquisadores. Daí a importância da implantação de um sistema de instrumentação semfio em malha ferroviária, tendo em vista que possibilitará o monitoramento dasprincipais informações dos trens em tempo real e oferecerá um conjunto de informaçõesdetalhadas sobre o movimento deles.

As informações permitirão que os engenheiros e controladores de tráfego daoperação e manutenção efetuem estratégias mais eficientes e em tempo real. Adisponibilidade de informações para a gestão de engenharia de tráfego ferroviário traráuma série de benefícios para as empresas do ramo e para os usuários. Alguns deles são:dinamismo, otimização e flexibilidade nos processos de planejamento e controle detráfego dos trens; menor tempo de resposta às ações e aos procedimentos de rotina eeventos emergenciais, possibilitando decisões mais rápidas e confiáveis. Dados, bemcomo alarmes, serão mostrados era tempo real nos consoles operacionais e demanutenção, comunicação precisa e padronizada entre o centro de operação e os trens,trazendo consistência nas informações à disposição dos operadores. Uma visãounificada do trem, para o controlador de tráfego, e o operador e disponibilização dedados históricos para simulações e pesquisas de falhas.

A crescente demanda de sistemas para a área de monitoramento e controle vemimpulsionando, no decorrer dos últimos anos, pesquisas com o objetivo de serdesenvolvido um sistema eficiente, de fácil implementação e que apresente baixo custo.O advento do protocolo de comunicação por freqüência de rádio, de baixíssimo custo econsumo, viabilizou a criação do sistema de transmissão de sinais relativos àinstrumentação, a partir de estudos realizados nessa área.

Em algumas das centrais ferroviárias brasileiras o monitoramento dos trens é feitoatravés de oscilógrafos, que registram determinadas grandezas como velocidade,pressão das bolsas de ar, tensão de alimentação do trem, corrente dos motores e outras.Os trens operam durante determinado tempo até que os operadores colhem os dados nopróprio oscilógrafo localizado no interior do trem e levam para a central onde são feitasas análises. Além de não permitir a localização do trem este sistema limita o trabalho dooperador já que o tempo de resposta a determinadas variações de grandezas no trem élenta e nem sempre é suficiente para evitar uma ocorrência.Os sistemas atuais de monitoramento de trens na Europa utilizam tecnologias GIS(Geographic Information System) cuja transmissão é realizada por intermédio desatélites. Para fornecer a localização dos trens neste caso é utilizada a tecnologia GPS(Global Positioning System). Através destes sistemas a central tem acesso a diversosdados referente à operação do trem e a sua localização com certa precisão. Porém estesistema apresenta o inconveniente do seu alto investimento e manutenção.

A disponibilidade de informações feita pelo sistema descrito nesta patentecontempla vários benefícios de gestão metro-ferroviária que não estão presentes porcompleto no estado da técnica, como dinamismo, otimização e flexibilidade nosprocessos de planejamento e controle de tráfego dos trens, menor tempo de resposta àsações, aos procedimentos de rotina e eventos emergenciais, possibilitando decisões maisrápidas e confiáveis.

Dados, bem como alarmes serão mostrados em tempo real nos consoles do centro deoperação e a comunicação precisa e padronizada entre o centro de controle e os trens,traz consistência nas informações à disposição dos operadores.

O sistema de localização do trem é baseado no protocolo de comunicação utilizado paratransmissão dos dados e não utiliza um mecanismo exterior, como o GPS, por exemplo,possibilitando baixo custo de implementação e manutenção.

A invenção é mais bem visualizada nos desenhos que acompanham e integram opresente relatório mostrando sua realização preferida de modo meramente ilustrativosem nenhum caráter restritivo, nas quais:

A figura 1 é uma representação em diagrama de blocos de uma realizaçãopreferida da invenção;a figura 2 ilustra a disposição dos elementos do sistema na via, visualizando umdispositivo final instalado no trem, a pluralidade de rádio repetidora(2) instalados aolongo da linha férrea e o dispositivo coordenador e a

figura 3 ilustra uma disposição dos elementos instalados ao longo de uma malhaferroviária.

Como podemos inferir dos desenhos anexos, o sistema de telemetria de sinais dostrens objeto da presente invenção é constituído por uma estação de rádio móvel(l)programada como dispositivo final, uma estação de rádio repetidora(2), programadacomo roteador, e a estação rádio base(3), programada como coordenador. Umapluralidade de estações de rádio móvel(l) realiza a aquisição, o tratamento, adigitalização e a transmissão dos sinais do trem(4) para a rádio base(3), diretamente oupor intermédio da pluralidade de rádio repetidora(2). Uma pluralidade de rádio base(3) éresponsável pelo gerenciamento da rede de comunicação da pluralidade de estações derádio móvel(l) com a central de monitoramento(6).

Neste sistema vários sensores são posicionados no trem de acordo com agrandeza a qual se deseja medir. Como pode ser visto na figura 2, a rádio móvel(l)localizado no trem, tem a função de receber os sinais de cada sensor e os transmitir pararádio repetidora(2) mais próxima por sinal de freqüência de rádio. A pluralidade derádio repetidora(2) estrategicamente posicionadas ao longo da ferrovia permite que àmedida que o trem(4) passe na área de alcance(5) da uma rádio repetidora(2) transmitapor freqüência de rádio para uma rádio base(3) diretamente ou através de outra rádiorepetidoras(2) presentes na linha, obedecendo ao caminho mais curto entre o local deenvio da informação e a rádio base(3).A figura 3 mostra um esboço da rede de instrumentação telemétrica dinâmica emuma determinada estação ferroviária. A pluralidade de estações de rádio base(3) fornecepara o operador situado em uma central de monitoramento(6) as informaçõestransmitidas pela pluralidade de estações de rádio móvel(l). Além do monitoramentodas grandezas em questão, o sistema telemétrico dinâmico de monitoramento eautomação de redes ferroviárias, permite a realização de controle através de comandosque podem ser enviados pela central de monitoramento(6) ou até mesmo um sistema decontrole no próprio trem(4), baseado nas grandezas medidas.

A localização do trem pode ser feita de duas formas. Uma delas é através doprotocolo de comunicação utilizado que fornece a rádio base(3) o endereço da primeirarádio repetidora(2) e a potência deste sinal, por exemplo: considerando a figura 2 arádio repetidora(2) diretamente ligada à rádio móvel(l) seria o R5. Desta forma quandoo pacote recebido pela rádio base(3) fornecer o dado da primeira rádio repetidora(2) delocalização conhecida, a potência do sinal serviria apenas para aumentar a precisão dalocalização, que seria estimada através de análise de cenário, onde cada valor depotência indicaria a distância da rádio repetidora(2) para a rádio móvel(l).

Outra forma de se obter a localização é através da medida da velocidade dotrem(4) de um sensor (não mostrado) localizado no dito trem(4) e do seu tempo depercurso entre um ponto inicial arbitrário e a localização atual. Neste caso seria feita aleitura da velocidade do trem(4) que seria enviada para a rádio base(3) e deste para acentral de monitoramento(6). Na central de monitoramento(6) o sinal da velocidadeversus tempo de percurso seria integrado, fornecendo posição, ou derivado, fornecendoaceleração. Neste caso a localização do inicial do trem(4) deveria ser conhecida, assimcomo o sentido em que o trem(4) está trafegando na via.Independente do método de localização, a rede pode ser mapeada de forma a segerar uma função de posição de cada trem(4) em tempo real. A análise destas posiçõespoderá fornecer dados visando o bem estar e segurança do usuário de trens(4).

Através da localização do trem(4) podem-se tomar várias ações preventivasativando alarmes de acordo com a leitura de cada grandeza ou o acionamento desinalizações ativas nas passagens de níveis e a liberação de tráfego na ferrovia.

Todos os dispositivos presentes na rede tanto podem receber quanto enviarinformações, o que permite a realização de controle de todas as grandezas relacionadas,inclusive o controle de velocidade. O controle desta grandeza, particularmente, permiteque o trem(4) seja guiado automaticamente da central de monitoramento(6) e de formaotimizada.

O sistema permite a automação completa dos trens(4) utilizando quantos sensores(não mostrados) necessários para isto, existindo um sistema de diagnósticos de falhas eatuação de alarmes.

Claims (6)

1. - SISTEMA TELEMÉTRICO DINÂMICO DE MONITORAMENTO EAUTOMAÇÃO DE REDES FERROVIÁRIAS, utilizando para tal fim técnicas detelemetria, de localização de veículos e processamento de sinais, CARACTERIZADOPOR medir vários parâmetros em um ou mais trens(4) em movimento ou não, a partirde vários sensores estrategicamente posicionados nestes trens(4), onde os sinaisprovenientes das medidas destes sensores são transmitidos a unidades conversoras desinais e transceptoras constituídas por uma estação de rádio móvel(l) localizados nostrens(4), que irradia os diferentes sinais de medida por freqüência de rádio e transmite-os a uma ou mais estações rádio base(3) utilizando uma pluralidade de estações de rádiorepetidora(2), ou não, estrategicamente posicionados ao longo da via, que recebe estessinais e transmite-os para uma ou mais centrais de monitoramento(6) que realizam oprocessamento destes dados e fornecem as leituras realizadas pelos sensores nostrens(4) obtendo-se deste modo os dados de localização de cada veículo, permitindoaferir um conjunto variado de dados sobre a operação do sistema.

2. - SISTEMA TELEMÉTRICO DINÂMICO DE MONITORAMENTO EAUTOMAÇÃO DE REDES FERROVIÁRIAS, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO POR obter a localização do trem(4), com um prévio mapeamentodas linhas da rede ferroviária, através do envio do endereço da primeira estação de rádiorepetidora(2), caso seja utilizado pelo menos uma na transmissão, e a potência do sinalrecebido por esta estação de rádio repetidora(2), onde a primeira informação fornecerá alocalização parcial do trem(4) enquanto a segunda permitirá obter a localizaçãocompleta, utilizando técnicas de análise de cenário.

3. - SISTEMA TELEMÉTRICO DINÂMICO DE MONITORAMENTO EAUTOMAÇÃO DE REDES FERROVIÁRIAS, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO POR ser capaz de obter a localização do trem(4), com um préviomapeamento das linhas da rede ferroviária, a partir da utilização de sensores develocidade (não mostrados) posicionados no dito trem(4), onde a sua velocidade éintegrada com relação ao tempo fornecendo a função da posição deste veículo, desdeuma posição de referência inicial.

4. - SISTEMA TELEMÉTRICO DINÂMICO DE MONITORAMENTO EAUTOMAÇÃO DE REDES FERROVIÁRIAS, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO POR cada dispositivo da rede ser capaz de enviar e receber dadose desta forma realizar controle de todas as grandezas medidas pelos sensores no trem(4).

5. - SISTEMA TELEMÉTRICO DINÂMICO DE MONITORAMENTO EAUTOMAÇÃO DE REDES FERROVIÁRIAS, de acordo com a reivindicação 1CARACTERIZADO POR ser capaz de viabilizar a automação da locomoção dotrem(4), permitindo que os mesmos sejam guiados remotamente baseado nos dados deposição e velocidade transmitidos pelos dispositivos da rede, onde é gerado para cadatrem(4) uma função de deslocamento em tempo real.

6. - SISTEMA TELEMÉTRICO DINÂMICO DE MONITORAMENTO EAUTOMAÇÃO DE REDES FERROVIÁRIAS, de acordo com as reivindicações 1,CARACTERIZADO POR permitir a formação de um sistema de diagnósticos de falhas,atuação de alarmes e sinalização, que permitam a prevenção de acidentes do trem(4),baseado nos dados fornecidos pelos diferentes dispositivos da rede.