Control de desprendimientos de rocas con una valla óptica LIDAR

Introducción

Los obstáculos en la vía son una de las principales preocupaciones de los operadores ferroviarios en términos de riesgo potencial de accidentes, retrasos prolongados y costes. La detección de obstáculos en lugares remotos es un reto que L.B. Foster está abordando en Estados Unidos con la aplicación de tecnologías de iluminación innovadoras y la monitorización remota del estado.

Requisito

En el mundo del transporte de mercancías de primera clase, cualquier retraso, por pequeño que sea, repercute tanto en la rentabilidad de una carga de tren concreta como en el retraso de los trenes siguientes. Uno de los problemas a los que se enfrentan los trenes es la caída de rocas que bloquean las vías férreas, algo especialmente probable cuando la línea ferroviaria atraviesa escarpados cortados rocosos y zonas montañosas propensas a que objetos de gran tamaño se desprendan de la pared rocosa. Cuando una roca rompe el alambre, se envía una señal a los ingenieros de mantenimiento locales, que deben acudir al lugar para determinar qué ha ocurrido con la roca. El tren de mercancías debe circular a una velocidad limitada de 32 km/h hasta que se lleve a cabo esta investigación. Si una roca o un desprendimiento de rocas bloquea una línea, los retrasos pueden ser considerables. Sin embargo, la empresa de transporte de mercancías de primera clase BNSF pidió a L.B. Foster que innovara en el uso de la tecnología activa LIDAR (Light Detection and Ranging) para detectar no sólo que se ha caído una roca, sino también si sigue siendo un obstáculo en la vía, su tamaño y en qué zona susceptible de desprendimiento de rocas se encuentra.

Requisitos

La siguiente lista destaca los requisitos de BNSF:

• Debe instalarse una valla LIDAR a lo largo de la longitud de la vía susceptible de desprendimiento de rocas, con un número mínimo de - cabezas LIDAR que proporcionen una cobertura redundante de la vía de los LIDAR adyacentes.

• La valla LIDAR debe detectar un objeto de 12 pulgadas de diámetro o más cuando se encuentre en los raíles o en la falta de la vía.

• No se dio la alarma por el paso de un tren

• Interfaz discreta para su uso con los procesadores de detección BNSF existentes

• A prueba de fallos (salida de alarma para la salud de la unidad)

• Detección en vías rectas y curvas

• Distinguir los cantos rodados y las rocas de los corrimientos de tierra

Nuestra solución

L.B. Foster es un proveedor establecido de sistemas de detección LIDAR para aplicaciones de pasos a nivel en Europa. Nuestro centro tecnológico de Nottingham aceptó de inmediato el reto de convertir nuestro producto de paso a nivel con 2 LIDAR en una valla LIDAR de varios cabezales capaz de cubrir largos tramos de vías susceptibles de desprendimientos de rocas.

El lugar elegido para una valla LIDAR de prueba fue la vía de BNSF en Washington, a lo largo de las orillas del río Columbia. La zona conocida como Fallbridge posee 185 metros de roca pizarrosa fracturada en acantilados casi verticales adyacentes a la vía.

Detalles de la solución

El sistema, que utiliza cabezales LIDAR de 10 puntos montados en la valla de alambre rompedor existente, está previsto para un año de pruebas con el fin de comprobar las ventajas añadidas del LIDAR sobre la valla de alambre rompedor. El sistema completamente instalado y puesto en marcha se muestra en la siguiente fotografía (derecha). Cada LIDAR de la siguiente ilustración no sólo cubre su propia zona de la vía, sino también los LIDAR vecinos, por lo que el diseño tiene doble redundancia para detectar si hay un obstáculo en la vía aunque falle un cabezal LIDAR.

Mientras el tren transita por la zona de detección, las ventanas ópticas del LIDAR se cierran para evitar la detección del tren y también para protegerlas de la suciedad y las piedras levantadas por el paso del tren.
Con este sistema, sólo se restringiría la velocidad de los trenes si hubiera un obstáculo fijo de más de 30 cm de tamaño en la vía. El sistema, tal como se ha probado, se basa en la simple detección de obstáculos dentro de la zona de interés fijada para cada cabeza LIDAR; esta zona de interés puede modificarse en función del trazado de la vía, la configuración y el número de líneas de vía paralelas.

La longitud de la zona vigilada no está limitada y los LIDAR pueden instalarse para vigilar tramos de vía de unas decenas de metros a más de unos kilómetros de longitud. Otra ventaja del sistema Rockfall de L.B. Foster es que puede ampliarse fácilmente para detectar objetos transitorios (animales, intrusos y otros fenómenos como fuertes nevadas) y discriminar obstáculos reales. En última instancia, también será capaz de interconectarse directamente con sistemas de señalización mediante una homologación de nivel de seguridad SIL adecuada. L.B. Foster está diseñando actualmente detectores de obstáculos para pasos a nivel de nivel SIL3 en Europa.

Beneficios

Con la valla de alambre convencional, no se sabe si la roca que rompió la valla bloquea ahora la vía. Con el sistema LIDAR, la posición exacta y la anchura de la roca que obstruye la vía pueden transmitirse a una sala de control central (en función de la conectividad de datos), o bien a través de una simple salida de relé para enviar una señal de alarma desde un cabezal concreto y alertar a los técnicos de mantenimiento.

Por supuesto, el tamaño del objeto puede determinarse en ambos casos en caso de que varios cabezales LIDAR detecten obstrucciones; detectar desprendimientos de tierra o grandes caídas de rocas es simplemente cuestión de ver cuántas zonas de detección del conjunto de cabezales LIDAR se alarman a la vez.

Las ventajas obvias de saber que una roca se ha quedado realmente en la vía son enormes; un ingeniero de obra ya no tiene que desplazarse automáticamente al lugar, mientras que un tren circula a una velocidad restringida al tener que viajar a sólo 32 km/h en este tramo de su trayecto. Incluso si la valla LIDAR detecta que una roca ha caído y ha impactado contra la vía, los trenes pueden circular a menor velocidad si la roca ya no se encuentra en la vía, para garantizar que no se han producido daños en la vía.

En resumen, el sistema LIDAR proporciona un método de detección real de obstáculos en la propia vía, y permite tomar una decisión de urgencia con la que enviar a un maquinista a un lugar a veces bastante remoto. Los trenes que se retrasan en la señal mientras esto ocurre están retrasando tanto sus envíos como los de los trenes siguientes, incurriendo en costes por el camino. El sistema Rockfall LIDAR optimiza tanto la detección de obstáculos peligrosos en la vía como el paso de los trenes en su recorrido por territorio propenso a desprendimientos de rocas.

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