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Per lo sviluppo e la sperimentazione di componenti tecnologiche, per i macchinari del futuro, la Plasser & Theurer necessita di condizioni di prova, che siano il più vicino possibile alla realtà. In questo ambito, la vettura EM100VT, lavora quale veicolo di supporto, realizzando un ambiente ideale di ricerca, per salti tecnologici innovativi, con elevato potenziale di applicazione.
Si conta che, fra pochi anni, si potrà quindi utilizzare la tecnica di misura e rilevamento qui sviluppata, su tutte le macchine operatrici ferroviarie.
Florian Auer
Direttore tecnologia ed innovamento, Plasser & Theurer
Gli esperti dello sviluppo sono presenti direttamente sul veicolo, testando, in corse di rilevamento, ad intervalli regolari di tempo, nuove tecnologie, in condizioni reali. In tale ambito, vengono raccolti e verificati i dati, onde poter poi migliorare i nuovi sistemi, in ragione dei risultati ottenuti. Le condizioni reali nell'intervento in loco (condizioni di luce, condizioni del pietrisco, ostacoli ecc.), non possono infatti essere riprodotte in laboratorio. Grazie all'esperienza fatta nel lavoro pratico, esse possono essere integrate a priori, onde poter sviluppare, sistemi compatibili con l'esercizio ferroviario, di elevata competenza di funzionamento.
Fin'ora, i dati necessari alla programmazione dei lavori di manutenzione, ovvero rinnovamento della sovrastruttura ferroviaria, sono stati rilevati per mezzo di ispezione delle linee e corse di rilevamento. Concretamente, tale lavoro, avviene per mezzo di un esplorazione della linea, tramite ruota di misura, nonché, la redazione di una lista degli ostacoli ed una documentazione fotografica. Tale documento, viene poi elaborato e diventa un pilastro della programmazione dei lavori. Ulteriori tabelle, schemi-CAD ed altri documenti, vanno a completare poi, tale documentazione.
Per il rilevamento completo della linea fisica (binario, catenaria ed i dintorni del binario in uno spettro più ampio), si stanno sviluppando nuovi tool. Molti strumenti vengono intergrati nell'EM100VT e testati nel lavoro pratico – VT significa Virtual Track.
Il veicolo viene utilizzato quale piattaforma di sviluppo ed é pertanto una base importante, per lo sviluppo digitale del prodotto. Numerose componenti di misura stanno già lavorando a regime reale, altre parti, sono ancora in fase di sviluppo e stato di prova. A partire dalla seconda metà dell'anno 2018, il rilevamento sistematico e la digitalizzazione della linea ferroviaria, diventeranno realtà.
Un contributo essenziale per la meccanizzazione ed automatizzazione dei rilevamenti, delle misurazioni, della registrazione e dell'analisi della geometria del binario, é senz'altro dato dai nostri carrelli di misura, con i quali, la Plasser & Theurer, equipaggia, di serie, tutte le sue vetture di rilevamento. Questa tecnica di misura viene sempre più utilizzata, ovvero integrata, anche nelle macchine rincalzatrici, come ad esempio nei modelli Unimat Combi 08-275 per la rimozione dei difetti singoli, in Italia.
Il carrello di misura, é dotato di un telaio di rilevamento fissato sui quattro cuscinetti delle sale. Vi sono montate sopra, l'unità di rilevamento inerziale (IMU), nonché un totale di quattro sensori di misura, del sistema doppio di rilevamento dello scartamento (Dual OGMS). L'intera costruzione é di tipo oltremodo robusto. Grazie alla disposizione data, i telai, l'IMU ed i sensori, vengono sempre condotti parallelamente alla superficie superiore della rotaia, per cui, il telaio di misura, può essere preso quale superficie di riferimento per il rilevamento del binario.
Dato che, il carrello, in fase di avanzamento della corsa di misurazione, grava sul binario, questo tipo di costruzione fa realizzare il rilevamento della geometria di binario in condizioni reali di carico. Non é necessaria la compensazione della freccia elastica, oppure dei movimenti della cassa del veicolo. Il sistema fornisce la precisione più assoluta di rilevamento, dal fermo del veicolo fino alla velocità massima dello stesso.
Al momento, con il veicolo EM100VT, si stanno intraprendendo dei test, con vari nuovi sviluppi, in collegamento con i nostri sistemi di rilevamento già in uso:
Per definire la geometria di binario, si adopera, il nostro ben conosciuto e largamente comprovato a bordo delle vetture della serie-EM, sistema di rilevamento (vedi nel riquadro).
Questo sistema di rilevamento privo di contatto, della geometria di binario, con navigazione-GPS integrata e misurazione ottica dello scartamento (Dual OGMS), serve per la registrazione della geometria del binario. Il risultato, é dato da curve spaziali relative in formato 3D.
Nuove tipologie di punti grafici di riferimento vengono rilevate, a velocità di fino a 100 km/h, da telecamere-stereo, poste sul lati del veicolo. Pannelli di luce-LED, realizzano una situazione di luce, ovvero illuminazione, standardizzata (angolo del raggio regolato in maniera esatta, lunghezze d'onda ecc.), per entrambe le telecamere a costruzione speciale. La posizione dei punti fissi (livello, distanza), viene rilavata con calcolo in tempo reale. Con una rata di immagini di fino a 200 foto al secondo ed una risoluzione da 5 MB, si debbono elaborare e comparare, a regime continuo, una notevole quantità di dati. Vengono definitivamente memorizzati, solo i dati necessari.
Per i punti di riferimento, sono stati testati vari materiali e motivi grafici. La superficie é ora retroriflettente, vale a dire che, la radiazione luminosa incidente, viene riflessa indietro verso la fonte della radiazione, ovvero la telecamera; fonti di luce estranee, quali ad es. i raggi del sole, sono di disturbo minimo. I nuovi punti di riferimento, possono fungere anche da punti di sincronizzazione per la regolare comparazione dell'unità IMU (comparazione-Drift), avendo pertanto una funzione multipla.
Dal prossimo autunno, questo sistema di misura, verrà testato, nell'ambito di una sperimentazione di linea, in Italia, portando così, preziose esperienze di uso pratico. La società Rete Ferroviaria Italiana (RFI), il gestore dell'infrastruttura delle ferrovie italiane, dispone di una flotta di macchine per la rimozione di difetti singoli, del tipo Unimat Combi 08-275, al lavoro su tutta la rete nazionale. Questi macchinari, sono dotati dei nostri carrelli di misura e sono pertanto ideali, per i test del nuovo sistema di rilevamento a punti fissi.
Viene utilizzato, sull'EM100VT, in anteprima, anche un nuovissimo sistema multi-antenne per la definizione delle posizioni GNSS/GPS. In un test pratico, si verificherà, in quale ambito ed estensione, gli ulteriori sviluppi del rilevamento su base satellitare per la determinazione millimetrica del piano di posa del binario, possano essere utilizzati in futuro. Anche il sistema europeo di navigazione satellitare Galileo, verrà, in questo ambito, sottoposto ad un'analisi circa la sua precisione.
Il sistema di determinazione delle posizioni, é idoneo per velocità di fino a 100 km/h, e lavora con un totale di quattro antenne-GPS. Per una maggiore precisione, queste antenne sono staccate dalla carcassa a sospensione elastica delle cabine, e collegate quindi, in maniera fissa, con un telaio proprio, al telaio della macchina operatrice.
L'antenna principale é uno standard del nostro sistema di rilevamento inerziale. Con quattro ulteriori antenne si riesce a realizzare un risultato di determinazione delle posizioni ancora più preciso. La dispersione delle referenze-GPS viene quindi contenuta – aumentando pertanto la qualità dei dati.
Per il rilevamento dati-3D (Mobile Mapping), si fa uso di varie tecnologie:
Due scansori laser rotanti, con una rata di dati rilevati di un milione di punti al secondo/ciascuno, forniscono una nuvola di punti-3D grigia, ad elevata risoluzione. Ogni scanner lavora con 250 giri al secondo, vale a dire 250 scansioni al secondo.
Uno scanner a colori tuttotondo, fornisce poi, la relativa esatta immagine a colori, a 360 gradi.
Questo tipo di Mobile Mapping, rappresenta un rilevamento dati-3D ad alto rendimento. Grazie al giusto posizionamento degli scansori e l'inclinazione della superficie di scansione, si possono rilevare, con esattezza, perfino superfici verticali al di fuori dell'aera del binario. Si sfrutta l'intelligenza artificiale per identificare, dalle nuvole di punti, oggetti veri e propri.
Lo scopo é quello di poter fornire, al Digital Twin, tutti i dati ottenuti. A tale scopo, la geometria esterna del binario (punti fissi) e la geometria interna (geometria del binario, curve spaziali), vengono raffrontate con i dati di riferimento geografico GPS/GNSS. Grazie a questo paragone, si riesce pertanto a migliorare, ulteriormente, la precisione dei dati.
Per uno scambio ed uno sfruttamento globale dei dati relativi alle reti ferroviarie, l'Unione Internazionale delle Ferrovie UIC, ha sviluppato un modello di rete proprio, il RailTopoModel.
Il modello RailTopoModel, é un modello concettuale globale, che offre, in ragione della sua descrizione strutturata, la possibilità di supportare più applicazioni ferroviarie, con un modello di dati unico. Riportiamo qui un esempio delle più importanti applicazioni possibili, per un scambio dei dati semplificato:
Il modello RailTopoModel, mira ad uno scambio veloce ed efficiente dei dati tra le varie amministrazioni ferroviarie partecipanti.
Il nostro rilevamento dati e l'elaborazione dei dati da noi utilizzata per il Digital Twin, lavorano nell'ultra-preciso livello di osservazione super-nano, del modello RailTopoModel.
