Steinschlagüberwachung mit einem optischen LIDAR-Zaun

Einführung

Hindernisse auf den Gleisen sind für Bahnbetreiber ein großes Problem, da sie ein potenzielles Unfallrisiko darstellen, zu großen Verspätungen führen und Kosten verursachen. Die Erkennung von Hindernissen an abgelegenen Orten ist eine Herausforderung, der sich L.B. Foster in den USA mit der Anwendung innovativer Lichttechnologien und der Fernüberwachung des Zustands stellt.

Anforderung

In der Welt des Class-One-Güterverkehrs wirkt sich jede noch so kleine Verspätung sowohl auf die Rentabilität einer bestimmten Zugladung als auch auf die Verspätung der nachfolgenden Züge aus. Eines der Probleme, mit denen Züge konfrontiert werden, sind umgestürzte Felsen, die die Gleise blockieren. Dies ist besonders wahrscheinlich, wenn die Zugstrecke durch steile Felseinschnitte und bergige Gebiete führt, in denen große Gegenstände von der Felswand abbrechen können. Wenn ein Stein den Draht durchbricht, wird ein Signal an die örtlichen Wartungstechniker gesendet, die dann vor Ort feststellen müssen, was mit dem Stein passiert ist. Bis zu dieser Untersuchung muss der Güterzug mit einer eingeschränkten Geschwindigkeit von 20 km/h fahren. Wenn ein Felsen oder Steinschlag eine Strecke blockiert hat, kann es zu erheblichen Verzögerungen kommen. L.B. Foster wurde jedoch von der Class-One-Frachtgesellschaft BNSF gebeten, den Einsatz aktiver LIDAR-Technologie (Light Detection and Ranging) zu erneuern, um nicht nur zu erkennen, dass ein Felsbrocken gefallen ist, sondern auch, ob er ein Hindernis auf dem Gleis darstellt, wie groß er ist und in welchem steinschlaggefährdeten Bereich er sich befindet.

Anforderungen

In der folgenden Liste sind die Anforderungen der BNSF aufgeführt:

• Entlang des steinschlaggefährdeten Streckenabschnitts muss ein LIDAR-Zaun errichtet werden, wobei eine Mindestanzahl von - LIDAR-Köpfen eine redundante Abdeckung der benachbarten LIDAR-Strecke gewährleisten muss

• Der LIDAR-Zaun muss einen Gegenstand mit einem Durchmesser von 12 Zoll oder mehr erkennen, wenn er sich in den Schienen oder im Gleisbett befindet.

• Kein Alarm für einen vorbeifahrenden Zug

• Diskrete Schnittstelle zur Verwendung mit bestehenden BNSF-Detektionsprozessoren

• Fail Safe (Alarmausgang für den Zustand der Einheit)

• Erkennung auf geraden und gebogenen Gleisen

• Unterscheidung von Geröll und Felsen von Erdrutschen

Unsere Lösung

L.B. Foster ist ein etablierter Anbieter von LIDAR-Detektionssystemen für Bahnübergangsanwendungen in Europa. Unser Technologiezentrum in Nottingham hat sich sofort der Herausforderung gestellt, unser 2-LIDAR-Produkt für Bahnübergänge zu einem LIDAR-Zaun mit mehreren Köpfen weiterzuentwickeln, der für lange Strecken mit steinschlaggefährdeten Gleisen geeignet ist.

Als Standort für einen LIDAR-Versuchszaun wurde die Strecke der BNSF in Washington am Ufer des Columbia River gewählt. Das unter dem Namen Fallbridge bekannte Gebiet verfügt über 185 m (600 Fuß) brüchiges Schiefergestein in fast senkrechten Klippen neben dem Gleis.

Details zur Lösung

Das System, bei dem 10 LIDAR-Köpfe am bestehenden Drahtbruchzaun angebracht sind, soll ein Jahr lang getestet werden, um die zusätzlichen Vorteile von LIDAR gegenüber dem Drahtbruchzaun zu prüfen. Das vollständig installierte und in Betrieb genommene System ist auf dem folgenden Foto (rechts) zu sehen. Jedes LIDAR in der Abbildung unten erfasst nicht nur seinen eigenen Gleisbereich, sondern auch die benachbarten LIDARs, so dass wir über eine doppelte Redundanz in der Konstruktion verfügen, um auch bei Ausfall eines LIDAR-Kopfes noch zu erkennen, ob sich ein Hindernis auf dem Gleis befindet.

Während der Zug den Erfassungsbereich durchfährt, werden die optischen LIDAR-Fenster geschlossen, um die Erfassung des Zuges zu verhindern und sie vor Schmutz und Steinen zu schützen, die von der Zugdurchfahrt aufgewirbelt werden.
Züge würden mit diesem System nur dann einer Geschwindigkeitsbeschränkung unterliegen, wenn sich ein stationäres Hindernis von mehr als 12 Zoll Größe auf der Strecke befindet. Das erprobte System beruht auf der einfachen Erkennung von Hindernissen innerhalb des für jeden LIDAR-Kopf festgelegten Interessenbereichs, der je nach Gleisplan, Konfiguration und Anzahl der parallelen Gleisstrecken geändert werden kann.

Die Länge des überwachten Bereichs ist nicht begrenzt, und LIDARs können zur Überwachung von Streckenabschnitten mit einer Länge von einigen Dutzend Metern bis zu mehreren Kilometern installiert werden. Ein weiterer Vorteil des L.B. Foster Rockfall-Systems besteht darin, dass es leicht erweitert werden kann, um sowohl vorübergehende Objekte (Tiere, Eindringlinge und andere Ereignisse wie starker Schneefall) zu erkennen als auch ein tatsächliches Hindernis zu unterscheiden. Außerdem kann es über eine entsprechende SIL-Sicherheitszulassung direkt mit Signalsystemen verbunden werden. L.B. Foster entwickelt derzeit Hindernisdetektoren für Bahnübergänge nach SIL3 in Europa.

Vorteile

Beim herkömmlichen Drahtbruchzaun ist nicht bekannt, ob der Stein, der den Zaun durchbrochen hat, nun den Weg blockiert. Mit dem LIDAR-System kann die genaue Position und Breite des blockierenden Felsens an einen zentralen Kontrollraum zurückgemeldet werden (abhängig von der Datenkonnektivität) oder andernfalls über einen einfachen Relaisausgang ein Alarmsignal von einem bestimmten Kopf gesendet werden, um Wartungstechniker zu alarmieren.

Natürlich kann die Größe des Objekts in beiden Fällen bestimmt werden, wenn mehrere LIDAR-Köpfe Hindernisse erkennen; bei der Erkennung von Erdrutschen oder großen Steinschlägen geht es einfach darum, wie viele Erkennungsbereiche für die Anordnung der LIDAR-Köpfe auf einmal alarmiert werden.

Die offensichtlichen Vorteile, wenn man weiß, dass ein Felsen tatsächlich auf dem Gleis geblieben ist, sind enorm: Ein Bauingenieur muss nicht mehr automatisch zur Baustelle fahren, während ein Zug mit einer eingeschränkten Geschwindigkeit unterwegs ist, da er auf dieser Strecke nur mit 20 km/h fahren darf. Selbst wenn der LIDAR-Zaun feststellt, dass ein Felsbrocken heruntergefallen ist und das Gleis durchschlagen hat, können die Züge mit geringerer Geschwindigkeit fahren, wenn sich der Felsbrocken nicht mehr auf dem Gleis befindet, um sicherzustellen, dass keine Schäden an den Schienen entstanden sind.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das LIDAR-System eine Methode zur Erkennung von Hindernissen auf dem Gleis selbst darstellt und eine Entscheidung über die Dringlichkeit ermöglicht, mit der ein Lokführer zu einem manchmal recht weit entfernten Ort geschickt werden kann. Züge, die an den Signalen aufgehalten werden, während dies geschieht, verzögern sowohl ihre Transporte als auch die der nachfolgenden Züge und verursachen dadurch Kosten. Das Steinschlag-LIDAR-System optimiert sowohl die Erkennung gefährlicher Hindernisse auf der Strecke als auch den Durchsatz der Züge auf ihrer Fahrt durch steinschlaggefährdetes Gebiet.

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