actuel 134

Smart Maintenance, plus qu’une réalité virtuelle

Pour le développement et les essais des composants technologiques pour les machines de demain, Plasser & Theurer a besoin de conditions de tests proches de la pratique. L’EM100VT joue dans ce cadre le rôle du véhicule porteur et offre un environnement de recherche idéal pour les sauts technologiques avec un potentiel d’application élevé.



Florian Auer
Directeur Technologie et Innovation, Plasser & Theurer

Dans quelques années, la technologie de mesure et d'enregistrement nouvellement développée pourrait être utilisée sur chaque machine de construction de voie.

Les développeurs se trouvent directement dans le véhicule et testent lors de conduites de mesure courantes les nouvelles technologies en conditions réelles. Des données sont collectées et vérifiées afin d’améliorer les nouveaux systèmes. Les conditions réelles telles que les conditions de luminosité, l’état du ballast, les obstacles, etc. ne sont pas reproductibles en laboratoire. Grâce aux expériences tirées de la pratique, il est possible de les intégrer précocement afin de développer des systèmes adaptés aux chemins de fer et aux besoins du quotidien.

La numérisation de la voie ferrée et de l’environnement de celle-ci avec tous ses composants devient une réalité

Jusqu’à aujourd’hui, les données de planification nécessaires pour les travaux d’entretien et de renouvellement de la superstructure devaient être relevées lors de visites ou passes de mesure sur les lignes. Concrètement, on parcourt la ligne avec une roue de mesure et une liste des obstacles ainsi qu’une documentation photos sont établies. Ces documents sont retravaillés ultérieurement et constituent une base essentielle pour la planification. Des tableaux supplémentaires, des planifications par CAO et d’autres documents complètent cette documentation.

De nouveaux outils sont en cours d’élaboration, pour le relevé complet de la voie ferrée physique (voie ferrée, caténaire et environnement élargi de la voie). Beaucoup d’autres choses sont en train d’être intégrées à l’EM100VT et sont testées dans la pratique (VT signifie « virtual track »).

Cet engin est utilisé en tant que plateforme de développement et constitue ainsi une base importante pour le développement des produits numériques. De nombreux composants de mesure sont déjà utilisés en intervention réelle, une autre partie est en cours d’élaboration et en phase d’essais. À compter de la seconde moitié de l’année 2018, l’enregistrement et la numérisation systématiques des voies ferrées seront réalité.

Des tests sont actuellement en cours avec l’EM100VT sur différentes nouveautés en combinaison avec nos dispositifs de mesures connus :

La géométrie intérieure

Afin de déterminer la géométrie de la voie, notre système de mesure (cf. encadré), connu et utilisé sur de multiples engins de mesure de la série EM, est utilisé.

Ce système de mesure de la géométrie de la voie sans contact doté d’un système de navigation GPS et d’un système de mesure optique de l’écartement de la voie (Dual OGMS) est utilisé pour enregistrer la géométrie de la voie. Le résultat : des courbes spatiales 3D relatives.

Notre technologie de mesure sans contact est le standard technologique

Une contribution essentielle à la mécanisation et à l’automatisation de la mesure, de l'enregistrement et de l'analyse de la géométrie des voies ferrées est apportée par notre bogie de mesure qui est monté de série sur tous les engins de mesure Plasser & Theurer. Désormais, cette technologie de mesure est de plus en plus souvent intégrée à des bourreuses, telles que par ex. l’Unimat Combi 08-275 pour la correction des défauts ponctuels, en Italie.

Le bogie de mesure est équipé d’un cadre de mesure qui est fixé sur les quatre boîtes d’essieux. Sur celui-ci sont montés l’unité de mesure inertielle (IMU) ainsi que les quatre capteurs de mesure du double système de mesure de l’écartement de la voie (Dual OGMS). La structure complète est conçue de manière particulièrement robuste. Par cet agencement, le châssis, l’IMU et les capteurs sont toujours maintenus parallèles au plan de roulement des rails ce qui permet de prendre le châssis de mesure comme référence pour la mesure des voies ferrées.

Le bogie exerçant une contrainte sur la voie pendant la circulation de mesure, cette structure permet de réaliser une mesure de la géométrie de la voie sous charge réelle. Une compensation des débattements de suspension ou des mouvements de caisse n’est pas nécessaire. Le système fournit la meilleure précision de mesure de l’arrêt de l’engin à sa vitesse maximale.

La géométrie extérieure des voies ferrées (points fixes)

Des points de référence graphique d’un nouveau genre sont relevés par des caméras stéréo sur le côté de l’engin à des vitesses pouvant atteindre 100 km/h. Des panneaux lumineux DEL fournissent une situation d’éclairage standardisée (un angle d’éclairage ajusté avec précision, longueur d’onde, etc.) pour les deux caméras spéciales. La position des points fixes (hauteur, distance) est calculée en temps réel. Avec un taux de rafraichissement allant jusqu’à 200 images par seconde et une définition de 5 Mo, une grande quantité de données doit être traitée et comparée en continu. Seules les données réellement nécessaires sont sauvegardées.

Différents matériaux et échantillons graphiques ont été testés pour les points de référence. La surface est désormais réfléchissante, cela signifie que l’éclairage entrant est réfléchit vers la source de l’éclairage, c'est-à-dire vers la caméra. La gêne causée par la lumière extérieure telle que la lumière du soleil est minimisée autant que possible. Les nouveaux points de référence pourraient jouer un rôle multiple, tel que celui de points synchrones pour la comparaison régulière des mesures de l’IMU (dérive).

À compter de l’automne, ce système de mesure sera testé en Italie dans le cadre d’un essai sur une ligne et pourra fournir de précieux retours d’expérience. La Société Rete Ferroviaria Italiana (RFI), le gestionnaire d’infrastructure des chemins de fer nationaux italiens, utilise une flotte de machines pour la correction de défauts ponctuels de type Unimat Combi 08-275. Celles-ci sont équipées de notre bogie de mesure et conviennent parfaitement à la réalisation des tests du nouveau système de mesure des points fixes.

La géométrie absolue des voies ferrées (géoréférencées)

Pour la première fois, un nouveau système de mesure à plusieurs antennes est utilisé sur l’EM100VT afin de déterminer la position GNSS/GPS. Lors d’un test pratique, il a été analysé dans quelles proportions les nouveaux développements des systèmes de mesure assistée par satellite peuvent être utilisés afin de déterminer la géométrie de la voie au millimètre près.

Le système de navigation satellite européen Galileo, qui est en cours de mise en place, améliore également l’analyse de précision. Le système de localisation convient pour des vitesses allant jusqu’à 100 km/h et fonctionne avec un total de quatre antennes GPS. Pour assurer une précision élevée, celles-ci sont découplées de la structure suspendues des cabines de l'engin porteur et sont fixées à la machine au moyen d’un châssis propre.

L’antenne principale standard est comprise dans notre système de mesure par inertie. À l’aide de quatre antennes supplémentaires, il est possible d’atteindre un résultat de localisation sensiblement plus précis. La dispersion courante de la référence GPS est ainsi beaucoup plus faible : la qualité des données augmente.

Le scan 3D (nuage de points avec code couleur)

Pour l’enregistrement 3D des données (mobile mapping), différentes technologies sont utilisées :

Deux scanneurs laser rotatifs, avec un taux de rafraichissement d’un million de points chacun par seconde, fournissent un nuage gris de points 3D à haute définition. Chaque scanneur travaille à une vitesse de 250 rotations par seconde ce qui correspond à 250 scans par seconde.

Un scanneur couleur rotatif fournit en plus une image couleur associée à 360°. Ce mobile mapping constitue un enregistrement de données 3D très performant. Par un positionnement adapté des scanneurs et une inclinaison des plans de mesure, il est également possible d’enregistrer les surfaces perpendiculaires à la voie ferrée. L’intelligence artificielle est utilisée afin d’identifier des objets sur la base du nuage de points.

Traitement des données pour le « digital twin »

L’objectif est de mettre toutes les données collectées à la disposition du « digital twin ». Pour cela, la géométrie extérieure des voies ferrées (les points fixes) et la géométrie intérieure des voies ferrées (la géométrie de la voie, les courbes spatiales) sont associées aux données du géoréférencement GPS/GNSS. Par le biais de cette association, la précision des données est encore améliorée.

RailTopoModel de l’UIC

Afin de rendre possible l’échange et l’utilisation des données relatives aux réseaux ferrés, l’Union internationale des Chemins de Fer (UIC) a développé son propre modèle de réseau, le RailTopoModel.

Le RailTopoModel est un modèle conceptuel, global, qui offre la possibilité, en raison de sa description structurée, de supporter plusieurs applications ferroviaires dans un seul modèle de données. À titre d'exemple, les possibilités d’application les plus importantes pour l’échange simplifié de données :

  • Registre d’infrastructure RINF (Register of Infrastructure)
  • ETCS (European Train Control System)
  • INSPIRE (Infrastructure for Spatial Information in the European Community)

Le RailTopoModel a pour objectif de permettre un échange de données rapide et efficace entre les différentes parties prenantes du système ferroviaire.

Notre enregistrement et notre traitement des données pour le « digital twin » travaille au niveau d’observation super nano ultra-précis du RailTopoModel.