BRPI0616502A2 - sistema e método para detectar uma mudança ou uma obstrução em uma linha ferroviária - Google Patents
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Abstract
Sistema e método para detectar uma mudança ou uma obstrução em uma linha ferroviária. Sistema para detectar a capacidade de uma linha férrea em suportar, de forma segura, veículos ferroviários sobre a linha através da detecção das mudanças no ambiente próximo da linha, o sistema incluindo um sensor para detectar um campo magnético próximo da linha férrea e para gerar dados indicativos do campo magnético, um processador para processar os dados do sensor e para identificar as mudanças no campo magnético próximo da linha férrea, e um dispositivo de comunicação, em comunicação com o processador para transmitir os indícios indicativos de mudanças no ambiente próximo da linha férrea que afetam a capacidade do trem em suportar, de forma segura, os veículos ferroviários.
Description
Sistema e método para detectar uma mudança ou uma obstrução em uma linhaferroviária.
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção se refere ao transporte ferroviário, emais em particular à detecção de erosões causadas pela chuva em linhas ferroviárias, dedeslocamentos das linhas ferroviárias, de batida de dormentes e/ou de automóveisparados em um cruzamento ferroviário.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Uma linha férrea tipicamente apresenta um par de trilhos deaço suportados por uma pluralidade de dormentes perpendicularmente dispostos osquais são assentados sobre um material de balastro. Varias linhas ferroviárias estãolocalizadas em áreas remotas nas quais um pronto acesso às condições de uma linhapode não acontecer a menos que tenha ocorrido um incidente conhecido o qual pudessedanificar a linha. Por exemplo, as linhas férreas, ou ferroviárias, podem ficar danificadaspela ação de tempestades ou de outras ocorrências naturais, tais como terremotos, nosquais as linhas podem mudar de posição. A mudança pode ser causada pelodeslocamento dos dormentes e/ou pelo arraste do material de balastro. Em outros casos,tais como quando as linhas estão localizadas nas adjacências de massas de água, obalastro pode ser arrastado ou lavado fazendo com que os dormentes, e portanto a linhamude de posição. Uma linha também pode experimentar um deslocamento devido a umacidente ocasionado pelo homem, por exemplo, quando uma barcaça atinge um ou maispilares de uma ponte.
De forma similar, e com um excesso de batida dosdormentes (pumping ties), em particular dos dormentes de cimento podem ficardanificados devido aos choques contra o balastro. A batida de dormente é uma condiçãocausada pela manutenção pobre do material de balastro (pedras) sob os dormentesferroviários. Quando uma roda de trem passa sobre um dormente, o dormente éimpulsionado para baixo contra as pedras. Uma vez que a roda ultrapassa o dormente, odormente se eleva das pedras. O abaixamento e então a elevação do dormente pode serde diversas polegadas por passagem. Os dormentes de madeira permitem apenas umpequeno movimento. Contudo, quando são usados os dormentes de concreto, estabatida contra as pedras faz com que o dormente de concreto de despedace lentamente apartir da base do dormente, o que, por fim, leva a uma falha prematura do dormente deconcreto.
Outra ocorrência que leva ao descarrilamento de trens e/oua mortes é quando automóveis (carros, caminhões, ônibus, etc.) param em cruzamentosferroviários. Apesar de que os maquinistas podem enxergar quando um veículo está nalinha férrea antes de alcançar o veículo, em vários casos não existe tempo disponívelsuficiente para reduzir a velocidade ou parar o trem. Quando um veículo está preso porbraço ferroviário, ocorrem situações nas quais o única forma de que o veículo tem de serlibertado é ir em direção e abrir caminho através do braço do cruzamento. Contudo, amaioria dos motoristas normalmente não toma esta atitude.
Se um trem tem um carro arrastado, causado por um maufuncionamento das rodas do carro ou quando as rodas pulam a linha devido a um trilhodeslocado, tais incidentes não são sempre imediatamente informados. A falha deinformação de um tal incidente poderia resultar em um descarrilamento de trem.
Tais danos à linha férrea, bloqueios da linha férrea e/oumau funcionamento de um carro ferroviário em um trem podem resultar nodescarrilamento do trem. Com relação aos danos a linha férrea, normalmente a melhoropção para identificar mudanças nas linhas férreas é através da inspeção visual. Mesmoquando são realizadas as inspeções visuais, e dependendo do dano já ocorrido e/ou dafreqüência das inspeções, é possível que os deslocamentos das linhas existentes oupendentes possam ser perdidos ou não identificados em tempo.
BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
A presente invenção está direcionada a um sistema e a ummétodo para a detecção de erosões causadas pela chuva em linhas ferroviárias, dedeslocamentos das linhas ferroviárias, de batida de dormentes e/ou de automóveisparados em um cruzamento ferroviário. Quando acontecem tais ocorrências, asinformações relativas a tais ocorrências são reportadas para um local de tal sorte aprevenir que um trem encontre a linha férrea nestes locais.
Com esta finalidade, é descrito um sistema para determinara capacidade de uma linha férrea em conduzir, de modo seguro, os veículos ferroviáriossobre a linha através da detecção de mudanças no ambiente próximo da linha. O sistemacompreende um sensor para detectar um campo magnético próximo a linha férrea e paragerar dados indicativos do campo magnético. Também faz parte do sistema umprocessador destinado a processar os dados do sensor de modo a identificar asmudanças no campo magnético próximo da linha. Outra paste do sistema é umdispositivo de comunicação, em comunicação com o processador, para transmitir osindícios indicativos de mudanças no ambiente próximo da linha que afetem a capacidadeda linha de suportar, de modo seguro, os veículos ferroviários.
Também é descrito um método para determinar acapacidade de uma linha férrea de suportar com segurança veículos ferroviários atravésda linha, através da detecção das mudanças no ambiente próximo da linha. O métodocompreende a etapa de detectar o campo magnético próximo da linha férrea. Gerardados indicativos do campo magnético e identificar as mudanças no campo magnéticopróximo da linha são também etapas do método. O método também compreendetransmitir os dados indicativos das mudanças no ambiente próximo da linha e que afetama capacidade da linha em suportar com segurança os veículos ferroviários.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
As características e vantagens da presente invenção setornarão aparentes a partir da descrição detalhada da invenção que se segue, quandolida em conjunto com os desenhos que a acompanham, nos quais:
- A figura 1 é uma ilustração de ma forma de realização de exemplo da presenteinvenção;
- A figura 2 é uma ilustração de formas de realização de exemplo da presenteinvenção, em comunicação com uma instalação de serviços e um trem; e
- A figura 3 é uma ilustração de formas de realização de exemplo da presente invençãosendo usada para uma pluralidade de propósitos me locais diferentes da linha férrea.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
A figura 1 é uma ilustração de uma forma de realização deexemplo da presente invenção. Tal como o quanto ilustrado, um pacote sensor 10apresenta um sensor 12 com um processador 14 incluído neste. O sensor 12 é umsensor magnético de três eixos, ou tridimensional, tal como o magnetômetro de trêseixos HMC2003 da Honeywell. O sensor 12 mede os campos magnéticos de baixaintensidade ao longo de um eixo X, de um eixo Y e de um eixo Z, sendo que podem serdetectadas as mudanças do campo magnético fora de umá dada faixa ao redor dosensor. Em uma forma preferida de realização, o sensor fornece um sinal analógico e oterra, ou massa, é usado como a referencia do campo magnético.
O processador 14 é previsto de modo a permitir acomunicação das leituras do campo magnético entre um sensor 12 conectado aoprocessador, uma pluralidade de sensores 12 e uma unidade marginal [disposta à beirada linha], ou dispositivo de comunicação, 16 e/ou uma locomotiva 18. A comunicaçãopode acontecer através das redes padrão da industria tais como, mas não limitadas a,uma rede de área de controle (CAN). O CAN é um protocolo vital padrão da industriaeletrônica usado para a comunicação entre processadores internos. A comunicaçãotambém pode acontecer entre a unidade marginal 16, um trem 20 e uma instalação deserviços, ou estação ferroviária 22, tal como o quanto ilustrado na figura 2. Apesar denão ilustrado, a comunicação também pode acontecer entre a unidade marginal 16 e umequipamento ferroviário operável de modo a evitar a movimentação de um trem pelalinha férrea quando tenha sido detectada uma mudança no campo magnético.
Com relação a cada combinação 10 de sensor/processador,ou pacote, o processador 14 também ira digitalizar o sinal analógico fornecido pelosensor 12. Dependendo do tipo de aplicação para a qual o pacote 10 desensor/processador está sendo usado, tal como será descrito com maiores detalhesabaixo, o processador 14 irá aplicar um algoritmo de filtro 24, por meio de um softwareespecifico, no sinal de modo a reduzir o ruído. Além disto, e com base nos comandosrecebidos pela unidade marginal 16, o processador 14 também ira atuar de modo a mediras saídas do sensor 12 e salvar as medições como um valor zero de referencia paraserem usadas como uma referencia para quaisquer mudanças detectadas no campo magnético.
A figura 3 e uma ilustração de formas de realização deexemplo de como os pacotes de sensor/processador 10 são usados em uma ferrovia 30.Dependendo do uso pretendido, o pacote de sensor/processador 10 é disposto dentro domaterial de balastro 32, preso nos dormentes ferroviários 33, e/ou disposto dentro daárea do cruzamento ferroviário 34. Em uma forma preferida de realização com qualqueruso, os pacotes 10 são dispostos em intervalos fixos o que determina a intensidade dacobertura desejada.
Tal como ilustrado, a unidade marginal 16 [disposta à beirada linha férrea] mantém uma interface com os sensores 12, através de cada respectivoprocessador 14 do sensor, por meio de uma rede de comunicações 40, 41. Ascomunicações entre os pacotes de sensor/processador 10 e as unidades à beira da linha16 pode acontecer através de uma rede sem fio 40, uma rede cabeada 41, e/ou atravésde uma combinação entre ambas. A unidade marginal 16 é operável de modo acomandar os sensores 12 a emitir uma referencia zero, assim como a se comunicarem45 com o trem 20 e/ou a estação 22, através de radio e/ou por meio de outros protocolos.O tipo de resolução da detecção pode ser determinado através da quantidade de pacotesde sensor/processador instalados.
Apesar de serem inúmeros os usos da presente invenção,vários usos podem ser prontamente identificáveis. Através da disposição de uma rede,de acordo com a presente invenção, em uma área de cruzamento 34 de automóveis dalinha férrea, ou cruzamento ferroviário, é possível detectar automóveis presentes na áreade cruzamento 34 conforme um trem 20 se aproxima da área de cruzamento 34. Is to épossível devido ao sensor(es) 12 detectar uma alteração no campo magnético sobre aárea de cruzamento 34. Para este uso, e com relação a uma combinaçãosensor/processador 10 individual, o processador 14 aplica um filtro passa baixo 47 nasaída do sensor de modo a eliminar qualquer interferência por ruído. O filtro passa baixocorta as freqüências altas o suficiente de modo a permitir a detecção dos objetos quepassam através da área de cruzamento 34, especialmente se algum objeto permanecersobre a área de cruzamento 34.
Para esta aplicação, a unidade marginal 16 recebe um sinaldo sensor de cruzamento (não lustrado) de modo a indicar que um trem 20 está seaproximando e que a cancela [crossing guard] está sendo ativado. A unidade marginal 16comunica ao sistema do cruzamento caso o cruzamento esteja livre de automóveisutilizando o pacote de sensor/processador 10, e também comuta esta informação para alocomotiva 20. Em uma outra forma preferida de realização, a unidade marginal 16 éconfigurada de modo a fornecer constantemente a situação do cruzamento para odetector de cruzamento. Se um automóvel se encontra sobre a linha 30, um alarme éenviado, através da unidade marginal 16, para o trem 20 que se aproxima. Em uma outraforma preferida de realização, o pacote de sensor/processador 10 é ligado no braço dacancela. Quando o braço 51 é abaixado em posição quando um trem está seaproximando, se o campo magnético ao redor deste é diferente, ou em outras palavras,se é detectado um veículo como estando sobre os trilhos, o braço irá automaticamentelevantar, permitindo que o veículo deixe a área de cruzamento sem ter que quebrar obraço 51 da cancela do cruzamento.
Um outro uso para a presente invenção é relativo adetecção de um trilho deslocado e um outro é relativo as batidas de dormentes. Amovimentação do dormente 33 nas três direções é detectável usando a presenteinvenção e o campo magnético da terra como referência. Da mesma forma, um trilhodeslocado também é detectável antes que um trem se aproxime desta parte da linha.Para esta aplicação, a unidade marginal 16 aplica um filtro passa baixo 47 nos sensoresde modo a eliminar as freqüências altas o suficiente para detectar o movimento dodormente qualquer que seja a velocidade do trem. A unidade marginal 16 reporta asituação da linha para a estação de trem 22. Caso seja detectada uma mudança nascondições da linha, especificamente quando é detectada uma mudança na posição dodormente 33, além de reportar a mudança para a estação de trem 22, um sinal de alertaé enviado para quaisquer locomotivas 18 que estão se aproximando daquela parte dalinha 30. O sinal 45 que é reportado para quaisquer trens 20 que se estão seaproximando pode ser, mas não é limitado a, um alarme, uma mensagem de voz, etc. Osinal 45 também pode ser enviado para outros equipamentos ferroviários, tais como paraum bloqueio (não ilustrado) de modo a bloquear a movimentação dos trens na direção dalinha alterada detectada.
Em uma outra aplicação, se as rodas 52 de um dos carros54 que estão sendo puxados pela locomotiva 18 da composição ferroviária apresentamum mau funcionamento, tal como quando as rodas 52 tenham pulado a linha, a presenteinvenção é usada para detectar este problema. Uma vez que o metal das rodas 52 doscarros 54 provavelmente está em contato com os dormentes 33 ou sendo arrastadocontra a lateral dos trilhos 57, poderia ser percebida uma alteração no campo magnéticodesde que o campo magnético ao redor das rodas arrastadas 52 mudasse quando emcomparação com o dos outros carros 54 que compõem o trem 20. Para esta finalidade, apresente invenção poderia detectar a mudança no campo magnético causada pelasrodas 52 que estão sendo arrastadas.
Em uma outra aplicação, a presente invenção é usada paradetectar a erosão do balastro causada pela chuva. Através do uso de uma rede depacotes de sensor/processador 10 dispostos no balastro 32 em intervalos fixos, épossível determinar a movimentação do balastro ferroviário 32 com base em umaalteração no campo magnético devida a movimentação do balastro 32. O processador 14aplica um algoritmo 47 de tipo passa baixo, com uma freqüência muito baixa, no sinal desaída do sensor 12 de modo a eliminar sinais falsos. As saídas do pacote desensor/processador 10 são monitoradas pela unidade marginal 16 que irão comandar os processadores 14. Os processadores 14 comunicam qualquer mudança detectada nocampo magnético para a unidade marginal 16. A unidade marginal 16 envia um sinal dealerta e/ou um relatório de situação 45, através de uma mensagem de voz, de umalarme, etc., para os trens 20 que se aproximam, uma comunicação para a instalação 22de serviço ferroviário, ou uma comunicação para sinalizar ao equipamento de controle,tal como para um bloqueio [interlocking], de modo a impedir a movimentação do tremnesta parte da linha.
Apesar da invenção ter sido descrita em relação ao quantoatualmente se considera como sendo a forma preferida de realização, diversas variaçõese modificações poderão se tornar aparentes para as pessoas com proficiência na arte.Deste modo, pretende-se que a invenção não seja limitada pela forma de realizaçãoilustrativa e específica, mas que seja interpretada dentro do espírito e escopo gerais dasreivindicações em anexo.
Claims (20)
1. Sistema para detectar a capacidade de uma linha férreaem suportar, de forma segura, veículos ferroviários sobre a linha através da detecçãodas mudanças no ambiente próximo da linha, o sistema compreendendo:a) um sensor para detectar um campo magnético próximo da linha férrea e para gerardados indicativos do campo magnético;b) um processador para processar os dados do sensor e para identificar as mudançasno campo magnético próximo da linha férrea; ec) um dispositivo de comunicação, em comunicação com o processador para transmitiros indícios indicativos de mudanças no ambiente próximo da linha férrea que afetama capacidade do trem em suportar, de forma segura, os veículos ferroviários.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, no qual oambiente próximo da linha inclui as mudanças na sustentação da linha de modo asuportar, de forma segura, os veículos ferroviários.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, no qual oambiente próximo da linha inclui os objetos que estão posicionados adjacentes à linhaférrea e que podem interferir com a viagem dos veículos ferroviários ao longo da linha.
4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, no qual oambiente próximo da linha inclui os objetos posicionados através da linha e que podeminterferir com a viagem dos veículos ferroviários ao longo da linha.
5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, no qual odispositivo de comunicação informa sobre a perda de sustentação da linha para aomenos um trem, uma instalação ferroviária, ou um equipamento ferroviário operável demodo a evitar a movimentação dos trens na direção da linha monitorada.
6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, no qual osensor é fixado dentro do material de balastro ferroviário de modo a determinar se ocampo magnético ao redor do material de balastro sofreu alterações.
7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, no qual osensor é fixado em um dormente ferroviário de modo a determinar se o dormente foimovido.
8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, no qual osensor é fixado em um dormente ferroviário, de modo a determinar se as rodas de umcarro ferroviário não estão mais se movendo sobre um trilho.
9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, no qual osensor é fixado em uma área na qual os automóveis cruzam por sobre a linha férrea demodo a determinar se uma automóvel está presente na linha férrea.
10. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, no qual osensor é fixado próximo da linha férrea de modo a determinar se um trilho foi deslocado.
11. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, no qual osensor é fixado em um braço de uma cancela para determinar se um objeto se encontrana área de cruzamento da linha férrea.
12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, no qual aunidade remota está em comunicação com um sistema de cruzamento ferroviário paranotificar ao sistema de cruzamento ferroviário sobre um automóvel presente sobre a linhaférrea.
13. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, no qual osensor determina uma mudança no campo magnético em diversas direções.
14. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, no qual oprocessador ainda compreende um filtro para reduzir um sinal de ruído detectado peloprocessador.
15. Sistema, de acordo com a reivindicação 14, no qual odito filtro compreende ao menos um filtro passa alto e um filtro passa baixo.
16. Método para determinar a capacidade de uma linhaférrea em suportar, de forma segura, veículos ferroviários sobre a linha através dadetecção das mudanças no ambiente próximo da linha, o método compreendendo:a) detectar um campo magnético próximo da linha férrea;b) gerar os dados indicativos do campo magnético;c) identificar as mudanças no campo magnético próximo da linha; ed) transmitir os indícios indicativos das mudanças no ambiente próximo da linha queafetem a capacidade de uma linha férrea em suportar, de forma segura, veículosferroviários.
17. Método, de acordo com a reivindicação 16, no qual aetapa de detectar um campo magnético próximo da linha ainda compreende detectar asmudanças na sustentação da linha férrea de modo a suportar, de forma segura, veículosferroviários sobre a linha.
18. Método, de acordo com a reivindicação 16, no qual aetapa de detectar um campo magnético próximo da linha ainda compreende detectar osobjetos que foram posicionados adjacentes à linha e que podem interferir com a viagemdo veículo ferroviário ao longo da linha.
19. Método, de acordo com a reivindicação 16, no qual aetapa de detectar um campo magnético próximo da linha ainda compreende detectar osobjetos que foram posicionados sobre a linha e que podem interferir com a viagem doveículo ferroviário ao longo da linha.
20. Método, de acordo com a reivindicação 16, no qual aetapa de transmitir os indícios indicativos das mudanças no ambiente ainda compreendetransmitir quando é detectada uma perda de sustentação da linha para ao menos umentre um trem, uma instalação de serviços, e um equipamento ferroviário operável demodo a evitar a movimentação de trens na direção da linha monitorada.
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