Monitoramento de queda de rochas com uma cerca óptica LIDAR

Introdução

Os obstáculos nos trilhos são uma grande preocupação para os operadores ferroviários em termos de risco potencial de acidentes, atrasos prolongados e custos. Detectar obstáculos em locais remotos é um desafio que a L.B. Foster está enfrentando nos EUA com a aplicação de tecnologias inovadoras de iluminação e monitoramento remoto de condições.

Requisito

No mundo do transporte de carga Classe 1, qualquer atraso, por menor que seja, tem um efeito indireto sobre a lucratividade de uma carga de trem específica e sobre o atraso dos trens subsequentes. Um dos problemas enfrentados pelos trens é a queda de rochas que bloqueiam as linhas ferroviárias, o que é especialmente provável quando a linha do trem passa por cortes de rochas íngremes e áreas montanhosas propensas à quebra de objetos de tamanho considerável na face da rocha. O meio convencional de detectar esses eventos é por meio de cercas de arame físicas; quando uma rocha rompe o arame, um sinal é enviado aos engenheiros de manutenção locais, que precisam comparecer ao local para determinar o que aconteceu com a rocha. O trem de carga deve circular a uma velocidade restrita de 20 mph enquanto se aguarda essa investigação. Se uma rocha ou queda de rocha bloquear uma linha, os atrasos podem ser significativos. No entanto, a L.B. Foster foi convidada pela BNSF, empresa de transporte de carga de classe um, a inovar no uso da tecnologia LIDAR (Light Detection and Ranging ) ativa para detectar não apenas a queda de uma rocha, mas também se ela continua sendo um obstáculo na via, seu tamanho e em que zona suscetível à queda de rochas ela se encontra.

Requisitos

A lista a seguir destaca os requisitos da BNSF:

• Uma cerca LIDAR deve ser montada ao longo da extensão da pista suscetível à queda de rochas, com um número mínimo de cabeçotes LIDAR que ofereçam cobertura redundante da pista do LIDAR adjacente

• A cerca LIDAR deve detectar um objeto de 12 polegadas de diâmetro ou maior quando estiver nos trilhos ou na pista.

• Não houve alarme para a passagem de um trem

• Interface discreta para uso com os processadores de detecção BNSF existentes

• Fail safe (saída de alarme para a saúde da unidade)

• Detectar em pistas retas e curvas

• Distinguir pedregulhos e rochas de deslizamentos de terra

Nossa solução

A L.B. Foster é um fornecedor estabelecido de sistemas de detecção LIDAR para aplicações de passagem de nível na Europa. Nosso Centro de Tecnologia, sediado em Nottingham, aceitou imediatamente o desafio de transformar nosso produto de passagem de nível com 2 LIDARs em uma cerca LIDAR de múltiplos cabeçotes, capaz de atender a longos trechos de trilhos suscetíveis a quedas de rochas.

O local escolhido para uma cerca LIDAR experimental foi o trilho da BNSF em Washington, ao longo das margens do rio Columbia. A área conhecida como Fallbridge possui 185 metros de rocha de xisto fraturada em penhascos quase verticais adjacentes à pista.

Detalhes da solução

Usando cabeçotes LIDAR de 10 pontos montados na cerca de arame quebrado existente, o sistema foi planejado para um teste de um ano para verificar os benefícios adicionais do LIDAR em relação à cerca de arame quebrado. O sistema totalmente instalado e comissionado é mostrado na fotografia a seguir (à direita). Cada LIDAR na ilustração abaixo cobre não apenas sua própria área de pista, mas também os LIDARs vizinhos, portanto, temos redundância dupla no projeto para ainda detectar se um obstáculo está na pista, mesmo que um cabeçote LIDAR falhe.

Enquanto o trem está em trânsito pela área de detecção, as janelas ópticas do LIDAR são fechadas para evitar a detecção do trem e também para protegê-las da sujeira e das pedras levantadas pela passagem do trem.
Os trens só estariam sujeitos a velocidade restrita com esse sistema se houvesse um obstáculo estacionário com mais de 12 polegadas de dimensão na via. O sistema, da forma como está sendo testado, baseia-se na detecção simples de obstáculos dentro da área de interesse definida para cada cabeçote LIDAR; essa área de interesse pode ser alterada dependendo do layout da via, da configuração e do número de linhas paralelas da via.

O comprimento da área monitorada não é limitado e os LIDARs podem ser instalados para monitorar seções da via de algumas dezenas de pés a mais de alguns quilômetros de comprimento. Um benefício adicional do sistema L.B. Foster Rockfall é que ele é facilmente expansível para fornecer detecção de objetos transitórios (animais, intrusos e outros eventos, como uma forte nevasca) e discriminar um obstáculo real. Em última análise, ele também será capaz de fazer interface direta com sistemas de sinalização por meio de uma aprovação de nível de segurança SIL apropriada. Atualmente, a L.B. Foster está projetando detectores de obstáculos em passagens de nível para o nível SIL3 na Europa.

Benefícios

Com a cerca convencional de arame quebrado, não é possível saber se a rocha que quebrou a cerca agora bloqueia a trilha. Com o sistema LIDAR, a posição e a largura exatas da rocha obstrutiva podem ser informadas a uma sala de controle central (sujeita à conectividade de dados) ou por meio de uma simples saída de relé para enviar um sinal de alarme de um determinado cabeçote para alertar os engenheiros de manutenção.

Obviamente, o tamanho do objeto pode ser determinado em ambos os casos, no caso de vários cabeçotes LIDAR detectarem obstruções; a detecção de deslizamentos de terra ou grandes quedas de rocha é simplesmente uma questão de ver quantas zonas de detecção da matriz de cabeçotes LIDAR são alarmadas de uma só vez.

Os benefícios óbvios de saber que uma rocha realmente permaneceu nos trilhos são enormes; um engenheiro de obra não precisa mais se deslocar automaticamente para o local, enquanto um trem está operando a uma velocidade restrita por ter que viajar a apenas 20 mph nesse trecho de sua viagem. Mesmo que a cerca LIDAR constate que uma rocha caiu e impactou o trilho, os trens podem circular em velocidade mais baixa se a rocha não estiver mais no trilho, apenas para garantir que não haja danos adversos aos trilhos.

Em resumo, o sistema LIDAR fornece um método de detecção real de obstáculos no próprio trilho e permite uma decisão sobre a urgência necessária para enviar um engenheiro a um local às vezes bastante remoto. Os trens que se atrasam na sinalização enquanto isso acontecem estão atrasando suas remessas e as dos trens seguintes, incorrendo em custos ao longo do caminho. O sistema Rockfall LIDAR otimiza a detecção de obstáculos perigosos na via, bem como o rendimento dos trens em sua jornada por um território propenso a quedas de rochas.

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