IT201800003350U1 - Dispositivo e metodo per il rilevamento di difetti dell’armamento ferroviario - Google Patents

Description

DISPOSITIVO E METODO PER IL RILEVAMENTO DI DIFETTI DELL’ARMAMENTO FERROVIARIO

Formano oggetto del presente trovato un dispositivo ed un metodo per il rilevamento di difetti dell’armamento ferroviario.

Stato dell’arte e problema tecnico

Come noto l’armamento ferroviario comprende il binario, i deviatoi di ogni tipo, la massicciata e quanto occorre al montaggio, fissaggio e regolazione della via ferrata su cui corrono i treni. E’ altresì noto che i difetti dell’armamento ferroviario costituiscono un pericolo per i treni che vi circolano, potendo causare instabilità di marcia e in casi gravi il deragliamento.

La gravità di un difetto è legata alla capacità del difetto stesso di provocare nel veicolo delle accelerazioni verticali e trasversali anomale che possono innescare il deragliamento del veicolo.

I difetti che possono trasmettere accelerazioni anomale su un veicolo ferroviario sono, per esempio, i difetti di geometria del binario rilevati su parametri come sghembo, allineamento, livello longitudinale.

Altri difetti possibili sono lesioni presenti sulle traverse, anomalie degli organi di attacco, anomalie dei giunti (inclusi quelli isolati incollati), insufficiente quantità di pietrisco a formazione della massicciata, assenza o allentamento di caviglie per le traverse e chiavarde per le giunzioni.

E’ quindi particolarmente importante il problema di rilevare i difetti e stimare la loro gravità, cioè la probabilità che essi provochino un deragliamento.

Al fine di rilevare i difetti dell’armamento sono stati realizzati, e sono noti allo stato dell’arte, una pluralità di sistemi di misura e controllo che, montati sui veicoli ferroviari, consentono di rilevare i difetti dell’armamento ferroviario delle tipologie appena descritte.

Peraltro le cause all’origine dei difetti appena descritti possono essere di varia natura e, quindi, l’individuazione di un difetto non è sufficiente ad individuare in maniera univoca la causa dello stesso. A titolo di esempio possono causare difetti di geometria: il cedimento del ballast (massicciata), il cedimento di un giunto isolato, la rottura di una traversa, il deterioramento o l’assenza degli organi di attacco tra rotaia e traversa.

E’ evidente che solo la conoscenza della causa del difetto consente di pianificare il corretto intervento di manutenzione. Pertanto un ulteriore problema, strettamente connesso a quello della rilevazione dei difetti ed alla stima della loro gravità, è la individuazione delle cause che hanno portato a questi difetti, in modo da poterle rimuovere mediante opportune azioni di manutenzione ed evitare il nuovo manifestarsi dei medesimi difetti.

Come tutti i sistemi di misura, anche i sistemi di diagnostica ferroviaria sono affetti da errori e quindi da falsi positivi, che consistono nella individuazione di un difetto di un certo livello di gravità quando in realtà il difetto è assente o di gravità trascurabile. Si specifica che, secondo quanto noto allo stato dell’arte, l’indice di gravità di un difetto viene valutato in funzione del confronto tra i valori che assumono i parametri critici monitorati dai sistemi diagnostici e le relative soglie di guardia che possono definire uno o più indici di gravità

Questo approccio, concettualmente abbastanza semplice, presenta però alcuni limiti. In primis, il confronto del valore di un parametro con un valore di soglia non consente di tenere in conto l’effetto sinergico che una pluralità di difetti – anche di differente tipologia - localizzati in prossimità gli uni degli altri, possono produrre: sebbene la presenza di un singolo difetto caratterizzato da un parametro il cui valore è al di sotto della relativa soglia garantisca la sicurezza della marcia di un veicolo, la concomitanza di più difetti localizzati a distanza tra loro ravvicinata può far aumentare pericolosamente l’indice di gravità complessivo per la marcia dei treni pur mantenendo l’indice di gravità dei singoli difetti al di sotto del valore di soglia.

Questa considerazione induce in alcuni casi ad utilizzare, nei sistemi noti allo stato dell’arte, dei valori di soglia ampiamente cautelativi mentre in altri casi semplicemente non viene considerato l’effetto sinergico di più difetti, creando quindi una condizione di pericolo per la circolazione dei treni.

Pertanto la percentuale di falsi positivi, rispetto ai difetti veri, è spesso alta ed economicamente inaccettabile perché costringe gli operatori a un lavoro aggiuntivo per validare o meno i difetti rilevati.

Inoltre, proprio in virtù di questo approccio indirizzato alla individuazione del singolo difetto, i sistemi diagnostici noti allo stato dell’arte si limitano alla rilevazione e misura dei difetti, senza determinarne in maniera automatica la causa.

Scopo dell’invenzione

Scopo della presente invenzione è fornire un dispositivo installabile su veicoli ferroviari configurato in modo da consentire di rilevare contemporaneamente ed automaticamente una pluralità di differenti tipologie di possibili difetti dell’armamento ferroviario ed il loro indice di gravità, ed un metodo di analisi dei dati misurati per mezzo di tale dispositivo che consenta di ottenere valutazioni della gravità dei difetti più accurate di quelle possibili con i sistemi noti allo stato dell’arte.

Secondo un ulteriore scopo, il trovato oggetto della presente invenzione intende fornire un dispositivo ed un metodo che consentano sia di ridurre il numero di falsi positivi rilevati che di considerare l’effetto sinergico di più difetti di lieve entità.

Ancora, scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo ed un metodo di analisi dei dati che consenta di associare ai difetti rilevati la causa degli stessi e di pianificare conseguentemente la corretta operazione di manutenzione. Breve descrizione del trovato

Il trovato realizza gli scopi prefissati in quanto trattasi di un dispositivo per il rilevamento di difetti dell’armamento ferroviario comprendente almeno tre moduli diagnostici installati su un generico veicolo ferroviario:

- un primo modulo (modulo di geometria) configurato in maniera tale da misurare almeno una caratteristica geometrica del binario;

- un secondo modulo (modulo di accelerazione) configurato in modo da misurare in almeno un punto di detto veicolo le accelerazioni laterali e/o verticali trasmesse dal binario a detto veicolo;

- un terzo modulo (modulo di visione) configurato in modo da acquisire le immagini degli elementi del binario ed analizzarle per verificare la presenza di anomalie;

detti moduli essendo configurati in modo da associare a ciascuna rilevazione effettuata durante la marcia del veicolo ferroviario su cui sono installati la posizione in cui tale rilevazione è stata effettuata ed in modo tale da calcolare, per ciascuna rilevazione, un indice di gravità rappresentativo dello scostamento della rilevazione rispetto alla condizione standard di assenza di difetto.

Descrizione dettagliata del trovato

Secondo un modo preferenziale di realizzazione il sistema secondo la presente invenzione comprende almeno tre moduli diagnostici installati su un generico veicolo ferroviario:

- un primo modulo, chiamato modulo di geometria, è dedicato alla misura dei parametri di geometria del binario (scartamento, sopraelevazione, allineamento, livello longitudinale, sghembo o un qualunque altro parametro derivato da misure geometriche sulla rotaia ):

- un secondo modulo, chiamato modulo di accelerazione, è dedicato alla misura delle accelerazioni laterali e verticali trasmesse dal binario al veicolo di misura; - un terzo modulo, chiamato modulo di visione, è configurato in modo da acquisire le immagini degli elementi del binario ed analizzarle automaticamente per rilevare anomalie visive, per esempio assenza o anomalie degli attacchi, anomalie dei giunti, insufficiente quantità di pietrisco, assenza o allentamento di caviglie per le traverse e chiavarde per le giunzioni.

I tre moduli sono configurati in modo da associare a ciascuna rilevazione di un potenziale difetto effettuata durante la marcia del veicolo ferroviario su cui sono installati, la posizione in cui tale rilevazione è stata effettuata. Questa associazione può essere effettuata per mezzo del segnale GPS e/o di un odometro.

I tre moduli sono altresì configurati in modo tale da calcolare, per ciascuna rilevazione, un indice rappresentativo dello scostamento della rilevazione rispetto alla condizione standard di assenza di difetto, detto di seguito anche indice di gravità (hi).

Il metodo di diagnostica per la rilevazione di difetti dell’armamento ferroviario applicabile con il dispositivo secondo l’invenzione comprende quindi i seguenti passi: a) la misura contemporanea dei parametri geometrici, accelerometrici e visivi mediante i tre moduli diagnostici appena descritti;

b) la valutazione dell’indice di gravità calcolato per tutte le rilevazioni, al fine di rilevare i potenziali difetti, associando a ciascun potenziale difetto la posizione in cui lo stesso è stato rilevato;

c) il confronto di detto indice di gravità con almeno una soglia di pericolosità prestabilita per la tipologia di difetto.

Il metodo è caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre

e) un’ulteriore analisi volta a

(i) validare il difetto rilevato, escludendo che si tratti di un falso positivo;

(ii) determinare la causa che ha indotto il difetto;

(iii) verificare se un difetto – anche nel caso in cui l’indice di gravità sia al di sotto della soglia di cui al passo d) - sia in effetti da ritenere pericoloso in virtù della vicinanza ad altri difetti.

In funzione degli esiti dell’analisi di cui al punto e) è quindi possibile stabilire, con maggiore efficacia ed appropriatezza di quanto possibile con i sistemi noti, il tipo di manutenzione da effettuare per ripristinarne le normali condizioni dell’armamento. Esempi di applicazione

Si riportano di seguito, a fini di chiarezza, alcuni esempi di applicazione del metodo appena descritto.

Un parziale deterioramento di un giunto isolato determina un cedimento localizzato della rotaia sotto carico, che induce un’accelerazione anomala al veicolo. In tale circostanza, il modulo di geometria rileva un difetto locale di livello (differenza di quota della rotaia rispetto al piano di rotolamento circostante), mentre il modulo di accelerazione rileva una anomala accelerazione verticale in corrispondenza degli assi del veicolo. Il modulo di visione, in corrispondenza della stessa sezione di misura, riconosce la presenza di un giunto e rileva sullo stesso giunto una frattura che ne ha ridotto la rigidezza strutturale.

La concomitanza di questi tre rilevamenti (geometrico, accelerometrico, visivo) consente di validare il difetto, escludendo che si tratti di un falso positivo.

Questa ridondanza, intesa come presenza di sistemi che misurano aspetti fisici differenti, consente una validazione incrociata della rilevazione del difetto che riduce la probabilità di errore, consentendo una valutazione globale della condizione di rischio, una riduzione dei falsi positivi e la determinazione della causa che ha determinato il difetto.

Sulla base delle informazioni fornite dal sistema, dal punto di vista del manutentore, è evidente che va riparato o sostituito il giunto e la corretta determinazione dell’intervento manutentivo consente di pianificare con maggiore efficacia ed economicità, l’intervento manutentivo, evitando l’ulteriore aggravamento della situazione rilevata. Difatti una cedevolezza anomala del giunto porta ad accelerazioni elevate trasmesse dal veicolo al binario; tali accelerazioni provocano un cedimento del ballast, incrementando ulteriormente l’inflessione del giunto.

Se il sistema di visione rilevasse, nella stessa sezione di misura, anche una mancanza di pietrisco, il manutentore saprebbe preventivamente – prima di recarsi fisicamente sul posto - che oltre alla sostituzione del giunto andrebbe ripristinato anche il profilo originario della massicciata.

L’ulteriore analisi che è possibile effettuare con il sistema secondo l’invenzione – dotato delle informazioni relative alla presenza, tipologia, gravità e posizione dei difetti – è la definizione di un indice che tenga conto, oltre che della gravità dei singoli difetti, anche della loro posizione reciproca.

Si indichi con: - d1, d2, …, dn un numero n di difetti consecutivi, ciascuno con la propria tipologia, rilevati dal veicolo ferroviario in marcia;

- x12, x13, x14, … la distanza tra un difetto e i successivi nella direzione di marcia; - h1, h2, …, hn l’indice di gravità di ciascun difetto considerato isolato.

Si specifica che il parametro “d” contiene una codifica della tipologia del difetto.

Il metodo secondo la presente invenzione, al fine di effettuare una analisi dell’azione sinergica di più difetti tra loro isolati, prevede il calcolo di un indice di gravità globale ht dei difetti rilevati, in funzione della tipologia e della gravità di ciascun difetto, nonché della sua distanza relativa rispetto agli altri difetti.

ht=F(di, hi, xij).

Secondo un primo modo di realizzazione, la funzione F è una combinazione lineare o non lineare dei parametri; secondo un altro modo di realizzazione la funzione F è un algoritmo in logica Fuzzy o altra funzione matematica che consenta di combinare efficacemente l’effetto sinergico dei difetti.

A titolo di esempio si supponga di aver rilevato un difetto d1 che abbia indice di gravità h1; si supponga inoltre la rilevazione di un secondo difetto d2, con indice di gravità h2, a distanza x12 dal primo difetto; una possibile funzione matematica che calcola l’indice di gravità totale dei due difetti aggregati è la seguente.

Il termine in parentesi è una funzione esponenziale decrescente che pesa il contributo del difetto d2 aggregato al difetto d1. Se i due difetti sono presenti nella stessa sezione di binario, la loro interdistanza x12 è pari a zero, e quindi il termine in parentesi è uguale a 1. Quindi l’effetto del difetto d2 aggregato al difetto d1 viene considerato pienamente nel computo dell’indice di gravità combinato ht. All’aumentare della interdistanza, l’esponenziale decade a zero con una rapidità tanto più alta quanto più piccolo è il coefficiente di amplificazione a12. Questo coefficiente quantifica l’effetto sinergico della distanza tra due difetti aggregati; sarà pertanto più alto quando l’effetto sinergico del secondo difetto svanisce rapidamente con la distanza.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per il rilevamento di difetti dell’armamento ferroviario comprendente almeno tre moduli diagnostici installati su un generico veicolo ferroviario: - un primo modulo (modulo di geometria) configurato in maniera tale da misurare almeno una caratteristica geometrica del binario; - un secondo modulo (modulo di accelerazione) configurato in modo da misurare in almeno un punto di detto veicolo le accelerazioni laterali e/o verticali trasmesse dal binario a detto veicolo; - un terzo modulo (modulo di visione) configurato in modo da acquisire le immagini degli elementi del binario ed analizzarle per verificare la presenza di anomalie; detti moduli essendo configurati in modo da associare a ciascuna rilevazione effettuata durante la marcia del veicolo ferroviario su cui sono installati la posizione in cui tale rilevazione è stata effettuata ed in modo tale da calcolare, per ciascuna rilevazione, un indice di gravità rappresentativo dello scostamento della rilevazione rispetto alla condizione standard di assenza di difetto.
2. 2. Dispositivo per il rilevamento di difetti dell’armamento ferroviario secondo la rivendicazione 1 laddove detti parametri di geometria comprendono almeno un paramento selezionato tra: scartamento, sopraelevazione, allineamento, livello longitudinale, sghembo o un qualunque altro parametro derivato da misure geometriche sulla rotaia.
3. 3. Dispositivo per il rilevamento di difetti dell’armamento ferroviario secondo la rivendicazione 1 o 2 laddove dette anomalie visive rilevate per mezzo di detto modulo di visione comprendono almeno una anomalia selezionata tra: assenza o anomalia degli attacchi, anomalia dei giunti, insufficiente quantità di pietrisco, assenza o allentamento di caviglie per le traverse e chiavarde per le giunzioni, presenza di fratture su traverse e rotaie o una qualunque altra anomalia morfologica degli elementi che compongono l’armamento.
4. 4. Metodo per la rilevazione di difetti dell’armamento ferroviario per mezzo del dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti comprendente i passi di a) misurare contemporaneamente almeno un parametro geometrico, almeno un parametro accelerometrico ed almeno un parametro visivo dell’armamento ferroviario mediante detti tre moduli diagnostici, calcolando per ciascuna rilevazione di ciascun modulo un indice di gravità (hi); b) valutare l’indice di gravità (hi) calcolato per tutte le rilevazioni di ciascuno di detti moduli, al fine di rilevare i potenziali difetti, associando a ciascun potenziale difetto la posizione in cui lo stesso è stato rilevato; c) confrontare detto indice di gravità (hi) con almeno una soglia di pericolosità prestabilita per la tipologia di difetto. caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre d) un’ulteriore analisi volta a (i) validare il difetto rilevato in base alla rilevazione di uno di detti moduli per mezzo delle misure effettuate con gli altri due moduli, allo scopo di verificare se si tratta di un falso positivo; (ii) determinare la causa che ha indotto il difetto; (iii) verificare se un difetto il cui indice di gravità (hi) sia al di sotto della soglia di pericolosità di cui al passo c) sia da ritenersi comunque pericoloso in virtù della sua vicinanza ad altri potenziali difetti.
5. 5. Metodo per la rilevazione di difetti dell’armamento ferroviario secondo la rivendicazione 4 caratterizzato dal fatto che detta verifica di cui al punto (iii) viene effettuata definendo, per ciascun potenziale difetto, un indice di gravità globale (ht) del difetto che tenga conto, oltre che della gravità del potenziale difetto, anche della sua posizione reciproca rispetto agli altri difetti rilevati.
6. 6. Metodo per la rilevazione di difetti dell’armamento ferroviario secondo la rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che detto indice di gravità globale del difetto (ht) è funzione della tipologia (di) e della gravità (hi) di ciascun difetto, nonché delle sue distanze relative (xij) rispetto agli altri potenziali difetti rilevati ht=F(di, hi, xij).
7. 7. Metodo per la rilevazione di difetti dell’armamento ferroviario secondo la rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che detta funzione F è una combinazione lineare o non lineare dei parametri.
8. 8. Metodo per la rilevazione di difetti dell’armamento ferroviario secondo la rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che detta funzione F è una funzione in logica Fuzzy.