ITBA20080043A1 - Sistema opera - Google Patents

Description

DESCRIZIONE INVENZIONE INDUSTRIALE

1. TITOLO: SISTEMA OPERA,

2. RIASSUNTO; il Sistema OpeRA. Optoelectronic Railways intende brevettare un metodo innovativo per la effettuazione di misure dirette sul binario al fine di poter valutare quelli che sono i parametri classici della geometria del binario. La tecnologia adoperata ? non a contatto. U sistema OpeRA ? progettato per essere installato su di un rotabile ferroviaro quindi per effettuare le misurazioni in movimento.

Opera ? un sistema in grado effettuare misure inerenti la geometria del

I parametri misurati dal sistema sono i seguenti:

? Scartamento

? Allineamenti destro e sinistro

* Livelli destro e sinistro ;? Sghembo ;? Sopraelevazione ;? Raggio di curvatura ;* Profili interni rotaia destra e sinistra

Il sistema OpeRA fornisce un quadro generale dello stato dei binari in analisi nel rispetto della normale circolazione ferroviaria e della sicurezza dei passeggeri

La sensoristica utilizzata sfratta il principio della triangolazione laser per le misure metriche e l'effeto giroscopico per le misure inerziali degli spostamenti.

I sensori laser forniscono misure relative al binario elaborate mediante algoritmi basati sul principio della freccia corda: tali misure vengono integrate e confrontale mediante la misura degli spostamenti effettuata con i sensori inerziali

3. DESCRIZIONE: PROGETTO DEL SISTEMA OPERA

Finalit? del sistema

Obiettivo del progetto ? dare una analisi accurata della geometria del binario in base ai difetti che lo stesso pu? presentare a livello individuale e relativo, monitorando altres? le usure delle singole rotaie e le interazioni fra ruota e rotaia. Il sistema OpeRA fornir? quindi un quadro generale dello stato dei binari in analisi nel rispetto delta normale circolazione ferroviaria e della sicurezza dei passeggeri.

2 Analisi dei parametri Geometrici

Loscopo del sistema di misura OpeRA ? quello di effettuare delle misure dirette sul binario al fine di poter valutare quelli che sono i parametri classici della geometria del binario. Tutto ci? viene effettuato utilizzando un sistema di rilevamento non a contatto. Nella tabella in basso sono riportali i parametri. che il sistema di misura OpeRA, attraverso opportune trasformazioni e valutazioni, sar? in grado di rilevare:

. Dettaglio e Accuratezze dei parametri misurati:

4. Sistema OpeRA e sua Tecnologia di misura.

Il sistema di misura OpeRA integra tecnologie d? triangolazione laser con sistemi inerziali di precisione. La semplicit? di installazione permette l' utilizzo del sistema su qualsiasi tipo di rotabile: passeggeri, merci o dedicato.

Le misure sono effettuate su diversi e importanti parametri della geometria del binario e del profilo interno della rotaia.

Il software del sistema di misura OpeRA ? dotato di un?interfaccia grafica che permette la lettura dei dati in tempo reale e di un database capace di archiviare tutte le misurazioni di una tratta percorsa e di localizzarle mediante l' integrazione con un sistema d? odometria.

Il Sistema di misura OpeRA ? composte da diversi sotto sistemi progettali in maniera tale da essere totalmente indipendenti tra loro, ci? comporta semplicit? di manutenzione e di integrazione. In quest?ottica vengono anche semplificate eventuali operazioni di upgrade de! sistema e d? customizzazion? in base ad esplicite richieste del cliente, I sottesistemi di misura sono tutti dotati di una propria unit? di elaborazioni sviluppata su piattaforma Windows; e di due unit? centrali di sincronizzazione e d? archivio sempre su

Windows.

In dettaglio il sistema di misura OpeRA ? composto come segue:

Sezione Opto Box Front

Sezione Opto Box Central

Sezione Opto Box Rear

Unit? di elaborazione Profili

IMU

Unit? di elaborazione Inerziale

? Unit? di elaborazione Geometria Binario

? Unit? d? Sincronizzazione

? Unit? di Archivio

? Sistema d?interfaccia all?odometria e distribuzione sincronismi Ogni singola sezione Opto Box ? composta da due Box (Destro e Sinistro, per ogni singola rotaia). I due Box di ogni singola sezione hanno funzioni; molteplici, infati sono utilizzati per ? sistema di profilometria della rotaia e per la misura di alcuni parametri della geometria del binario (scartamento, livelli longitudinali, allineamenti, curvatura).

La necessit? di avere tre diverse sezioni di misura ? figlia della scelta di utilizzare il metodo della corda-freccia per il calcolo dei parametri di livello e di allineamento sopra indicati.

L?unit? IMU ? dedicata alla ricostruzione del motti, dal quale saranno estrapolati I restanti parametri della geometria del binario (sopraelevazione e? sghembo).

S. Sistema di misura dei profili

Il sottosistema di misura dei profili s? basa sul principio di triangolazione. Un raggio laser in origine puntiforme muta la propria morfologia attraverso un sistema di lenti, ne risulta un fascio di scansione che viene proiettato sulla rotata in modo da evidenziarne il profilo. L?area della rotaia illuminata dal laser viene ispezionata da una telecamera digitale. In Figura 1 ? schematizzalo il principio di funzionamento del sistema.

figura 1: Schema di funzionamento dei sistema di triangolazione

La risoluzione del sistema ? data dalla qualit? del fascio laser di scansione e dalla risoluzione della telecamera digitale preposta all? acquisizione dell?immagine, Gli strumenti impiegati riflettono lo stato dell?arte della profilometria.

La telecamera digitale ? collegata a un host di elaborazione delle immagini dedicato al calcolo del profilo reale. La sincronizzazione delle misure avviene ediante un sistema di odometria che fornisce i trigger alle unit? di acquisizione e invia nella RDT dei pacchetti con tutte le informazioni necessarie per collocare l?acquisizione nello spazio (progressiva chilometrica, tratta, velocit? etc). Le m?sure sono effettuate con intervallo spaziale di 0.5m.

6. Sistema di misura della geometria

Il sottosistema di misura d?lla geometria e composto da 6 box suddivisi in tre sezioni come sopra dettagliato e da un sistema di misura inerziale (IMU) . I box oltre a dare informazioni puntuali sulla posizione relativa del carrello rispetto alle rotaie forniscono i dati necessari al calcolo dello scartamento, dei livelli longitudinali, degli allineamenti e del raggio di curvatura. La piattaforma inerziale, che altro non ? che l?unit? inerziale alla base del sottosistema IMU, fornisce il valore d?inclinazione trasversale del carrello, nonch? i valori delle velocit? angolari calcolali mediante giroscopi ottici. Tali valori verranno utilizzati all?interno di un opportuno algoritmo per il calcolo dei parametri di sopraelevazione e sghembo. In Figura 2 ? possibile osservare uno schema del sistema di misura della geometria.

Figura 2: Schema del sistema di misura delta geometr?a

Una volta acquisite, tutte le informazioni vengono processate mediante potenti algoritmi, localizzate da un sistema di odometria e visualizzate graficamente. Le misure sono effettuate con intervallo spaziale di D.5m. 1 parametri misurati sono di seguito elencati

Scartamento

Livello longitudinale

Allineamento

Sopraelevazione

Sghembo

Curvatura

I parametri Allineamento e Livello longitudinale sono calcolati su

d?onda differenti, nella fattispecie 3-25m (banda DI), 25-70m (banda D2), >70m (banda D3). La base di calcolo dello sghembo ?

utente.

1, Architettura del Sistema OpeRA

L?architettura del sistema OpeRA ? tutta basata su interfacce di comunicazioni standard TCP/lP, e ci? la rende del tutto innovativa nello stato dell?arte dei sistemi di misura dei parametri della Geometria del Binario, Parallelamente ? sviluppato un sistema di sincronismi spaziali e temporali per la corretta localizzazione di ogni singola misurazione. Nella figura in basso ? rappresentato uno schema a blocchi del Sistema OpeRA.

Figura 3: Schema a blocchi del sistema OpeRA

7.1 Sistema di elaborazione

Le Unit? d? elaborazione gestiscono i vari sistemi di misura via Ethernet e forniscono interfaccia utente per l?interazione con il Sistema OpeRA. Le Unit? elaborano in tempo reale i dati ?cquisiti calcolano un codice di controllo relativo alla progressiva chilometrica e conteggia il numero dei pacchetti dati . Le Unit? di el?borazi?ne sono due;

UGB: Unit? elaborazione Geometria Binario

UEI: Unit? Elaborazione Inerziale

Ognuna di esse ? composta da un PC con le seguenti caratteristiche:

Sistema operativo Windows XP

Scheda di rete Gigabit Ethernet

Software di controllo

II Software di controllo riceve pacchetti TPC/IP dai sistemi di misura e dal sistema di odometria contenenti rispettivamente i dati relativi alle misure effettuate e le informazioni per la sincronizzazione e la localizzazione delle acquisizioni.

7.2 Unit? di sincronizzazione

L?Unit? di sincronizzazione provvede all?associazione spazio temporale delle misure in modo che possano essere visualizzate e archiviate correttamente.

7.3 Unit? di archivio

L' Unit? di archivio si occupa di memorizzare tutte le acquisizioni effetuate dai sistemi di misura per poter permettere una post elaborazione off-line. I dati vengono memorizzati in un database.

7.4 Strutture di comunicazione dati

Nella Figura 4 sono evidenti le due strutture di comunicazione dei dati, la Rete Dati Treno ? basata su comunicazione Ethernet a cui sono collegati tutti gli host del sistema di misura OpeRA.

Figura 4; Architettura dei sistema OpeRA

1 sei Box sono altres? forniti di interfaccia Ethernet e collegati alla RDT in modo che i dati immessi in rete siano a disposizione di tutte le unit? che ne necessitano. Il sistema di odometria, ? interfacciato sia alla RDT che al

sistema di distribuzione dei sincronismi. In questo modo oltre a sincronizzare le misure mediante la generazione di trigger spaziali, invia in RD dei pacchetti TCP/TP contenenti tutte le informazioni necessarie per localizzare la misura: tratta percorsa, senso di marcia, progressiva chilometrica, velocit? di marcia, numero progressivo del pacchetto e ulteriori dati di controllo per tutte le unit?.

Definizioni, acronimi e abbreviazioni

ADC Analog to Digital Converter. Convertitore analogico digitale.

Convoglio Gruppo di rotabili agganciati tra loro, compreso il mezzo di trazione

DC Direct Current

GUI Graphical User Interface. Interfaccia grafica user-friendly.

IMU Inertial Measurement Unit. Unit? di misura degli angoli di roll?o, imbardata, beccheggio e delle velocit? angolari sugli assi cartesiani.

Indirizzo IP Indirizzo numerico che distingue univocamente un HOST nella rete.

PC Personal Computer.

POSTGRESQL RDT Rete Dati Treno. Rete Ethernet necessaria per la comunicazioni dei dati necessaria funzionamento delle apparecchiature d? misura installate sul rotabile.

RFI Rete Ferroviaria Italiana.

Rotabile Qualunque mezzo su ruote, motore o trainato, atto a circolare esclusivamente su linee ferroviarie

SQL Structured Query Language, linguaggio standard per la definizione gestione ed interrogazione dei database.

TCP Tranfer Control Protocol, protocollo di comunicazione standard di rete orientato alla connessione.

Treno Numero identificativo che classifica un convoglio.

UEP Unit? Elaborazione Profili

UA Unit? di Archivio

UEI Unit? di Elaborazione Inerziale

UEP Unit? di Elaborazione Profili

UGB Unit? Geometria Binario

US Unit? di Sincronizzazione

Allineamenti DI Segnale di allineamento filtrato nella banda d? lunghezze d?onda 3-25m

Allineamenti D2 Segnale di allineamento filtrato nella banda di lunghezze d?onda 25-70m

Allineamenti D3 Segnale di allineamento filtrato nella banda di lunghezze d?onda 70m.

Livelli longitudinali DI Segnale di livello longitudinale filtrato nella banda di lunghezze d?onda 3-25m

Livelli longitudinali D2 Segnale di livello longitudinale filtrato nella banda di lunghezze d?onda 25-70m

Livelli longitudinali D3 Segnale di livello longitudinale filtrato nella banda di lunghezze d?onda >70m

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI Le unit? di rilevamento laser a triangolazione hanno interfaccia Ethernet. Le unit? di rilevamento laser a triangolazione restituiscono le misurazioni direttamente in standard metrici senza necessit? di post elaborazione e analisi dell?immagine. Le unit? di rilevamento laser a triangolazione integrano il sistema digitale per l'identilicazione e il filtraggio di picchi di segnale dovuti alle singolarit? presenti sulla linea. Il sistema ? dotato di schermi meccanici per la proiezione dai raggi solari interferenti. I parametri della geometria del binario sono misurati con due differenti: freccia corda, inerziale ricostruendo gli spostamenti, i risultati vengono confrontati ed elaborati in tempo reale. I dati, relativi alle misurazioni effettuate, sia elaborati che non, possono essere inviati direttamente su qualsiasi infrastruttura di comunicazione basata su standard Ethernet Il sistema ? dotato di un sottosistema di odometria integrato, indispensabile per la localizzazione di ogni misura.