IT201800005553A1

IT201800005553A1 - Metodo per la rilevazione della temperatura interna di una cabina di un aeromobile a distanza mediante termocamera e mezzi per la sua attuazione

Info

Publication number: IT201800005553A1
Application number: IT102018000005553A
Authority: IT
Priority date: 2018-05-21
Filing date: 2018-05-21
Publication date: 2019-11-21
Also published as: WO2019224707A1

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo: METODO PER LA RILEVAZIONE DELLA TEMPERATURA INTERNA DI UNA CABINA DI UN AEROMOBILE A DISTANZA MEDIANTE TERMOCAMERA E MEZZI PER LA SUA ATTUAZIONE;

La presente invenzione riguarda sostanzialmente l’ambito aeroportuale, ed in particolare il condizionamento delle cabine degli aeromobili quando si trovano fermi a terra.

Attualmente, i gate con pontili di imbarco passeggeri (chiamati anche "finger") sono dotati di sistemi di PreCondizionamento dell’Aeromobile tramite apparati PCA che - in modalità estate - immettono aria a bassissima temperatura all’interno dell’aeromobile parcheggiato, mediante una tubazione flessibile. In tali casi, la temperatura all’interno dell’aeromobile è solitamente rilevata mediante una sonda con cavo spiralato, che viene posta in prossimità della porta aeromobile e agganciata più internamente possibile. Questa operazione comporta delle difficoltà sia nel posizionamento che nella rimozione della sonda prima della chiusura della porta aeromobile con conseguenti malfunzionamenti del precondizionamento o danneggiamenti della sonda stessa.

A causa di queste problematiche, le macchine PCA vengono utilizzate in modalità SEMI-AUTO che consente la regolazione della temperatura dell'aria immessa solo tramite la rilevazione della temperatura esterna e non di quella interna all’aeromobile. Questo tipo di regolazione non è efficiente ai fini del benessere dei passeggeri , nonché dei consumi energetici .

Scopo principale della presente invenzione è quello di superare i suddetti problemi fornendo un sistema innovativo di rilevamento della temperatura interna che prevede sostanzialmente l’installazione di una telecamera termica sulla cabina del pontile di imbarco passeggeri , orientata verso il portellone dell’aeromobile. Tramite un software dedicato, installato su un elaboratore esterno (mini PC) , la termocamera consente di individuare la posizione della porta e, mediante opportuni filtraggi (spazio-temporali) , di rilevare la temperatura media dell’aria all’interno dell’aeromobile, consentendo quindi alla macchina di precondizionamento PCA di regolare con continuità l'erogazione dell'aria e la sua temperatura, per ottimizzare consumi e benessere. Una migliore comprensione dell’invenzione si avrà con la seguente descrizione dettagliata e con riferimento alle figure allegate che illustrano, a puro titolo esemplificativo e non già limitativo, una preferita forma di attuazione.

Nei di segni :

La figura 1 è uno schema a blocchi del sistema di rilevamento della temperatura;

La figura 2 è una vista frontale della cabina del pontile di imbarco passeggeri ;

La figura 3 è una vista dall'alto della cabina del pontile di imbarco passeggeri ;

La figura 4a mostra il pontile di imbarco passeggeri collegato all’aeromobile;

La figura 4b mostra un esempio dell’immagine risultante dalla termocamera;

Le figure 5a-5f mostrano l’elaborazione delle immagini della termocamera per individuare il portello e l’eventuale passaggio di persone;

La figura 6 riporta un grafico dei dati di temperatura rilevati .

Secondo il trovato, la termocamera viene controllata da un mini PC il quale opera le opportune azioni di filtraggio spazio-temporali e invia il dato della temperatura ad un convertitore che è personalizzabile in base al tipo di ingresso della PCA (generalmente un segnale in corrente 4-20mA) . In tal modo il sistema Termocamera-Mini PC-Convertitore si comporta - eliminando però tutti gli svantaggi precedentemente elencati - in maniera analoga alla sonda di temperatura collegata alla PCA (unità precondizionamento aeromobile) che può così regolare flusso dell’aria e la temperatura di uscita in maniera ottimale.

La termocamera (nelle sperimentazioni è stata utilizzata una FLIR AX8) è sostanzialmente un sensore termico con funzioni di imaging che integra termocamera e fotocamera in un'unica unità compatta. In tal modo è possibile monitorare costantemente la temperatura di apparecchiature meccaniche ed elettriche di importanza critica, segnalando uno stato di allarme in caso di anomalie. Tale apparato aiuta a evitare indisponibilità non pianificate, interruzioni dei servizi e guasti delle attrezzature. Offre tutti i vantaggi del monitoraggio di stato continuo e della rilevazione di punti caldi , senza dover effettuare scansioni manuali periodiche. Quella utilizzata nelle sperimentazioni , la FLIR AX8, è compatta e facile da installare, ed è in grado di monitorare ininterrottamente cabine elettriche, aree di produzione e processo, centri dati , impianti di produzione e distribuzione di energia, aziende di trasporto pubblico, aziende di stoccaggio e magazzini frigoriferi .

Grazie alle funzioni di trasmissione di flussi video, la termocamera, non solo consente di videosorvegliare ogni impianto con video in tempo reale, ma genera anche allarmi automatici al superamento delle soglie di temperatura predefinite. Nella preferita forma di attuazione che si descrive, la termocamera è compatibile coi protocolli Ethernet/IP e Modbus TCP per poter comunicare con un PLC per condividere i risultati delle analisi e gli allarmi . L'unità integra uscite e ingressi digitali per gli allarmi e il controllo di apparecchiature esterne.

Una telecamera a infrarossi misura la radiazione infrarossa emessa da un oggetto. Il fatto che la radiazione sia in funzione della temperatura superficiale dell'oggetto, rende possibile alla fotocamera di calcolare e visualizzare la sua temperatura. La radiazione misurata dalla termocamera non dipende solo dalla temperatura dell 'oggetto, ma è anche in funzione del la sua emissività. La radiazione ha anche origine dall'ambiente circostante e si rifiette nell'oggetto. Inoltre, la radiazione emessa dall'oggetto e la sua radiazione riflessa sono anche influenzate dall'assorbimento dell'atmosfera. Per misurare accuratamente la temperatura, è quindi necessario compensare gli effetti di un certo numero di diverse sorgenti di radiazioni. Questo viene fatto automaticamente dalla termocamera.

Tuttavia, alla fotocamera devono essere forniti i seguenti parametri :

• l'emissività dell'oggetto;

• la temperatura apparente riflessa;

• la distanza tra l'oggetto e la fotocamera;

• l'umidità relativa;

• temperatura dell'atmosfera.

Settando questi parametri nel modo corretto si ottiene una misura il più accurata possibile.

Secondo la presente invenzione, il posizionamento della termocamera è di fondamentale importanza, sia per inquadrare il portellone dell’aeromobile in maniera completa, sia per evitare interferenze dovute ai continui passaggi dei passeggeri durante la fase di imbarco o l’inquadratura del personale tecnico e di bordo. Si è scelto di posizionare la telecamera in alto, sul centro sinistra (vista dall’interno) della cabina del pontile di imbarco passeggeri (tra la porta frontale e la console), inquadrando il portellone dell’aeromobile con un’angolatura di circa 45° .

I vantaggi di questo tipo di inquadratura sono molteplici :

posizione del portellone centrata rispetto all’immagine completa ;

- nessuna interferenza del personale di bordo;

- visuale libera dell’interno dell’aeromobile durante l’imbarco dei passeggeri .

Il metodo per la rilevazione della temperatura interna della cabina di un aeromobile secondo la presente invenzione, prevede le seguenti fasi :

1) Individuazione del portellone dell’aeromobile 2) Invio dati temperature

3) Esclusione zone

4) Filtraggio dei dati acquisiti

5) Visualizzazione della temperatura rilevata 6) Invio dei dati alla macchina di precondizionamento aeromobile

Le suddette fasi verranno ora esaminate in dettaglio.

1) Individuazione del portellone dell’aeromobile Un apposito programma software installato sull’elaboratore comanda costantemente alla termocamera di eseguire una scansione dell’immagine inquadrata e di riportare le temperature degli oggetti rilevati. All’arrivo dell’aeromobile, il pontile di imbarco passeggeri viene posizionato per le operazioni di sbarco/imbarco.

Il programma è configurato per: individuare i confini del portellone confrontando le temperature tra fusoliera dell’aeromobile e suo interno; tracciare un riquadro (box di analisi); e per comunicare tali informazioni alla termocamera per le successive analisi .

Il suddetto software di gestione della termocamera, che viene eseguito dal mini PC, è configurato per stabilire:

• l’intervallo di scansione dell’immagine: sono stati eseguiti test a 1, 3 e 5 secondi;

• l’intervallo di individuazione/modifica dei confini del portellone aeromobile: test a 30s, 60s e 180s;

• l’area di analisi: dinamica o statica;

2) Invio dati temperature

La termocamera è configurata per inviare costantemente all’elaboratore (mini PC) la temperatura media del box di analisi, il picco di temperatura massima e la sua posizione all’interno dell’immagine.

3) Esclusione zone

Le zone con temperatura più alta vengono escluse dall’elaboratore e la media del box di analisi viene ricalcolata.

4) Filtraggio dei dati acquisiti

Durante le fasi di imbarco, l’area della porta analizzata dalla termocamera è interessata in minima parte dal passaggio dei passeggeri. Sono stati quindi sviluppati dei filtri software spazio-temporali per rendere la misura il più accurata possibile. L’algoritmo di filtraggio può essere personalizzato per soddisfare tutte le situazioni di misura, e può essere aumentato il numero di campioni da mediare. Nel grafico di fig.

8 è stato settato al 15%. Più si alza la percentuale, più la curva risultante è “morbida”.

5) Visualizzazione della temperatura rilevata

La temperatura viene visualizzata su un display, ad esempio a cristalli liquidi, installato sulla scatola di protezione dell’elaboratore (mini PC) . Inoltre può essere visualizzato da remoto attraverso un sistema SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) di controllo di supervisione e acquisizione dati, personalizzato o una pagina web.

6) Invio dei dati alla macchina di precondizionamento aeromobile

La temperatura rilevata viene inviata, preferibilmente attraverso un convertitore, alla macchina PCA di precondizionamento dell’aeromobile. Il tipo di convertitore utilizzato viene scelto in base all’ingresso più adatto per la macchina PCA, come ad esempio:

- segnale in corrente proporzionale 0-20mA

- segnale in corrente proporzionale 4-20mA (il più utilizzato)

- segnale in tensione proporzionale 0-24V

- segnale seriale standard RS232 o RS485

7) Memorizzazione

I dati sulle temperature rilevate, vengono memorizzati in una scheda SD dell'elaboratore e possono essere facilmente scaricati su una memoria esterna per una successiva elaborazione o visualizzati in tempo reale su uno SCADA di supervisione.

Dal punto di vista operativo, il programma che attua il metodo sin qui descritto implementa le seguenti operazioni .

All'avvio del programma software, viene avviato un check di collegamento con la termocamera. Se il collegamento è presente, il programma avvia la routine, altrimenti viene tentato nuovamente il collegamento dopo un timeout di 10 secondi , fino alla risposta da parte della termocamera.

Secondo una caratteristica peculiare della presente invenzione, inizialmente viene cercato il portellone dell’aeromobile all’interno dell'inquadratura.

Lo spot di misurazione 1 (nella fig. 5a è indicato con una croce bianca) viene portato nella posizione iniziale di partenza (coordinate x e y impostabili dall’utente nel file di configurazione)

Per l'individuazione portellone aeromobile lo spot di misurazione 1 viene spostato incrementandone la coordinata x di un’unità (un pixel termico) e la temperatura rilevata viene memorizzata in una matrice. In questo modo, ad ogni incremento della coordinata x corrisponde una temperatura memorizzata nella matrice (fig. 5b) .

Dalla matrice suddetta si calcolano le differenze di temperatura tra pixel contigui e questo permette di individuare la posizione del portellone dell'aeromobile che avrà una coordinata x di inizio ed una coordinata x di fine. L’altezza del box di analisi è impostabile dall’utente nel file di configurazione (generalmente copre il 90% dell'inquadratura) . Nella foto indicato dal rettangolo bianco tratteggiato (fig. c) .

Questa operazione, di individuazione del portellone dell’aeromobile ,viene ripetuta ogni 3 minuti tramite un’apposita routine del programma.

Vantaggiosamente, questo intervallo temporale è impostabile dall’utente nel file di configurazione.

L’effettiva misurazione della temperatura, viene attuata dal programma richiedendo alla termocamera il dato relativo alla temperatura media del box di misurazione definito dai confini del portellone (riquadro bianco di fig. 5d) . Il dato inviato dalla termocamera viene elaborato, filtrato, e convertito in un segnale in corrente (lo standard è 4-20mA), ed il segnale così ottenuto viene inviato alla macchina di pre-condizionamento (PCA) dell’aeromobile, che in funzione di tale segnale effettua la climatizzazione della cabina dell’aeromobile.

Una ulteriore caratteristica peculiare del trovato riguarda il cosiddetto “Filtraggio" dell'immagine della termocamera. Infatti, si deve notare che, durante la fase di imbarco, i passeggeri entrano nell’inquadratura della termocamera. Di conseguenza, per evitare di falsare la misura della effettiva temperatura della cabina dell’aeromobile, la termocamera è impostata in maniera tale da inviare al programma di analisi delle immagini termografiche le coordinate esatte del punto in cui viene rilevato un eventuale picco di temperatura all’interno del box del portellone (nella fig. 5e indicato con una croce nera).

Il punto così individuato viene convertito in un box impostabile (rettangolo di colore bianco tratteggiato) che viene sottratto dal box principale (colore bianco linea continua) , come mostrato in fig.

5f.

Le temperature rilevate vengono memorizzate in file di log giornalieri , così come vengono memorizzati i segnali di corrente (in mA) forniti dall’uscita del controller alla macchina di precondizionamento dell'aeromobile.

Nei file di log vengono anche memorizzati tutti gli errori di lettura della temperatura, la posizione del box del portellone, eventuali problemi di collegamento con la termocamera.

Vantaggiosamente, i dati possono anche essere letti da remoto da un sistema di monitoraggio che legge uno specifico valore nella memoria del mini PC per visualizzare (per esempio su uno SCADA) le temperature attuali .

Inoltre, è possibile interrogare il mini PC per scaricare da remoto i grafici delle temperature giornaliere effettivamente rilevate, così da costruire un database utile ai fini statistici e dei consumi .

Nell’esempio realizzativo che si descrive, è previsto un display integrato, tramite cui è possibile visualizzare la temperatura attuale rilevata, quella media, l’output in mA ed entrare nel menù di configurazione per impostare i parametri.

Claims

RIVENDICAZIONI: 1. Metodo per la rilevazione a distanza della temperatura interna di una cabina di un aeromobile mediante almeno una termocamera, caratterizzato dal fatto di comprendere, in combinazione, le seguenti fasi : a) Individuazione automatizzata del portellone dell'aeromobile b) Invio dati temperature c) Esclusione zone d) Filtraggio dei dati acquisiti e) Visualizzazione della temperatura rilevata in locale e/o in remoto attraverso un sistema SCADA di controllo di supervisione e acquisizione dati f) Invio dei dati di temperatura rilevata ad una macchina di precondizionamento aeromobile (PCA) .
2. Metodo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che la fase a) viene effettuata mediante un apposito programma software, installato ed implementato su un elaboratore, che è configurato per: - individuare i confini del portellone confrontando le temperature tra fusoliera dell’aeromobile e suo interno; - tracciare un riquadro chiamato box di analisi; - comunicare tali informazioni alla termocamera per le successive analisi.
3. Metodo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che per effettuare la fase b) , la termocamera è configurata per inviare costantemente ad un elaboratore (mini PC) la temperatura media del box di analisi, il picco di temperatura massima e la sua posizione all’interno dell’immagine termografica.
4. Metodo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che per effettuare la fase c) le zone con temperatura più alta vengono escluse dall’elaboratore e la media del box di analisi viene ricalcolata.
5. Metodo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che per effettuare la fase d) sono previsti dei filtri software spazio-temporali per rendere la misura il più accurata possibile; in cui l’algoritmo di filtraggio è personalizzabile per soddisfare tutte le situazioni di misura, ed il numero di campioni da mediare è aumentabile secondo le necessità.
6. Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che per individuare automaticamente il portellone dell’aeromobile all’interno dell’inquadratura, prevede di: - portare uno spot di misurazione (1) in una posizione iniziale di partenza, le cui coordinate x e y sono impostabili dall’utente in un file di configurazione; spostare detto spot di misurazione (1) incrementandone la coordinata x di un’unità, cioè di un pixel termico, memorizzando in una matrice la temperatura rilevata; - calcolare le differenze di temperatura tra pixel contigui , mediante detta matrice, per individuare la posizione del portellone dell’aeromobile tramite una coordinata x iniziale ed una coordinata x finale, in cui l’altezza del box di analisi è impostabile dall’utente in un file di configurazione.
7. Metodo secondo la rivendicazione 2 , caratterizzato dal fatto che l’effettiva misurazione della temperatura viene attuata dal programma richiedendo alla termocamera il dato relativo alla temperatura media di un box di misurazione definito dai confini del portellone; in cui il dato inviato dalla termocamera viene elaborato, filtrato, e convertito in un segnale in corrente, ed il segnale così ottenuto viene inviato alla macchina di pre-condizionamento (PCA) dell’aeromobile che, in funzione di tale segnale, effettua la climatizzazione della cabina dell'aeromobile.
8. Metodo secondo la rivendicazione 2 , caratterizzato dal fatto che, siccome durante la fase di imbarco, i passeggeri entrano nell’inquadratura della termocamera, per evitare di falsare la misura della effettiva temperatura della cabina dell’aeromobile, la termocamera è impostata in maniera tale da inviare al programma di analisi delle immagini termografiche le coordinate esatte del punto in cui viene rilevato un eventuale picco di temperatura all'interno del box del portellone, in cui il punto così individuato viene convertito in un box impostabile che viene sottratto dal box principale di analisi.
9. Metodo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che le temperature rilevate vengono memorizzate in file di log giornalieri, così come vengono memorizzati i segnali di corrente forniti dall’uscita di un controller alla macchina di precondizionamento dell'aeromobile.
10. Metodo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che nei file di log vengono memorizzati anche tutti gli errori di lettura della temperatura, la posizione del box del portellone, eventuali problemi di collegamento con la termocamera.
11. Metodo secondo la rivendicazione 9 o 10, caratterizzato dal fatto che i dati possono anche essere letti da remoto da un sistema di monitoraggio che legge uno specifico valore nella memoria del mini PC per visualizzare (per esempio su uno SCADA) le temperature attuali .
12. Metodo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che è possibile interrogare il mini PC per scaricare da remoto i grafici delle temperature giornaliere effettivamente rilevate, così da costruire un database utile ai fini statistici e dei consumi .
13. Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto software di gestione della termocamera, che viene eseguito dal mini PC, è configurato per stabilire: • l’intervallo di scansione dell’immagine; • l’intervallo di individuazione/modifica dei confini del portellone aeromobile; • l’area di analisi: dinamica o statica;
14. Metodo secondo una delle rivendicazioni da 2 in poi, caratterizzato dal fatto che i dati delle temperature rilevate, vengono memorizzati in una scheda SD dell’elaboratore e sono scaricabili su una memoria esterna per una successiva elaborazione o visualizzati in tempo reale su uno SCADA di supervisione.
15. Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la fase a), di individuazione del portellone dell’aeromobile, viene ripetuta ad intervalli regolari , ad esempio ogni 3 minuti , tramite un’apposita routine del programma; detti intervalli temporali essendo impostabili dall’utente in un file di configurazione.
16. Impianto per la rilevazione a distanza della temperatura interna di una cabina di un aeromobile mediante almeno una termocamera, con metodo di cui alle rivendicazioni precedenti , caratterizzato dal fatto che detta termocamera è posizionata in modo tale da inquadrare il portellone dell’aeromobile in maniera completa, e tale da evitare coni d’ombra dovuti ai continui passaggi dei passeggeri durante la fase di imbarco o all’inquadratura del personale tecnico e di bordo.
17. Impianto secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detta telecamera è posizionata in alto, sul centro sinistra (vista dall'interno) della cabina del pontile di imbarco passeggeri , tra la porta frontale e la console, inquadrando il portellone dell’aeromobile con un’angolatura di circa 45° ; ottenendosi cosi una inquadratura termografica in cui : - la posizione del portellone è centrata rispetto all’ i mmagi ne completa ; non c’è nessuna interferenza col personale di bordo; si ha una visuale libera dell’interno dell'aeromobile durante l’imbarco dei passeggeri .