EP3351452A1 - Procédé et installation d'analyse automatique de l'évolution de la géométrie de voies de circulation - Google Patents

Procédé et installation d'analyse automatique de l'évolution de la géométrie de voies de circulation Download PDF

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EP3351452A1
EP3351452A1 EP18152813.4A EP18152813A EP3351452A1 EP 3351452 A1 EP3351452 A1 EP 3351452A1 EP 18152813 A EP18152813 A EP 18152813A EP 3351452 A1 EP3351452 A1 EP 3351452A1
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EP
European Patent Office
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vertical
instant
geographical position
determined
rolling stock
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EP18152813.4A
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Estelle BONGINI
Christine FUNFSCHILLING
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SNCF Reseau
Original Assignee
SNCF Reseau
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Publication date
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    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B61L25/025—Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
    • B61K9/08—Measuring installations for surveying permanent way
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    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/50—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades
    • B61L27/53—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades for trackside elements or systems, e.g. trackside supervision of trackside control system conditions

Definitions

  • the present invention relates to railway traffic lanes, and more specifically to monitoring the evolution of the geometry of such lanes.
  • the railway traffic lanes can be subject to local damage mainly resulting from the trains' traffic density and the dynamic behavior of the trains in their interaction with the track and / or the climate and / or the type the ground on which they lie and / or the maintenance operations they have undergone.
  • Some of these degradations result in a local modification of the geometry of the track, characterized for its vertical part mainly by a vertical defect and / or a left defect or cant deviation, and for its horizontal part by a defect of transversal leveling and / or a gap defect.
  • the railways are tracked either by means of machines measuring an arrow, for example of the Mauzin type, or by means of so-called inertial systems, for example a an inertial unit and cameras acquiring video images, such as the GEOV / GEOV2 system from MERMEC (installed on the IRIS train dedicated to the surveillance of high-speed lines in France).
  • inertial systems for example a an inertial unit and cameras acquiring video images, such as the GEOV / GEOV2 system from MERMEC (installed on the IRIS train dedicated to the surveillance of high-speed lines in France).
  • the detection of damage requires the use of specific equipment whose circulation is expensive and usually requires dedicated traffic paths (especially in the case of IRIS), or even the interruption of train traffic.
  • a detected degradation exceeds a predefined threshold at a specific location, an alert is issued.
  • a predefined threshold There are several degrees / warning thresholds. If the last warning threshold (or slowdown value) is reached, a maintenance operation is immediately decided. This operation requires the temporary closure of the track concerned and the use of machinery maintenance and personnel. However, if these maintenance machines and / or personnel are not available, or if it is not possible to temporarily prohibit traffic on the track concerned, a slowdown in traffic is imposed.
  • the invention relates to a method of analyzing the geometry of at least one traffic lane of a network including rail, to overcome the aforementioned drawbacks.
  • this installation may also include accelerometers installed in a rolling stock box.
  • the rolling stock can be selected from a group comprising at least one locomotive, a motor vehicle, a railway car, and a wagon.
  • the object of the invention is in particular to propose a method, and an associated facility 1, for enabling the automatic analysis of the geometry of traffic lanes 2 belonging to a rail network and each comprising two rail queues.
  • FIG. 1 We schematically and functionally illustrated on the figure 1 an exemplary non-limiting embodiment of an analysis facility 1 according to the invention.
  • an analysis facility 1 comprises at least rolling stock 3 equipped with sensors, at least acceleration, and suitable for driving on railway traffic lanes 2 each comprising two rows of rails, processing means 4, and analysis means 5.
  • the rolling stock 3 can be of any type as long as they can ride on a railroad lane, including a high-speed line. Therefore, it may be for example a locomotive, a self-propelled vehicle, a railway car, or a wagon.
  • the rolling stock 3 is a locomotive forming part of a passenger or freight train 6.
  • the rolling stock 3 comprises at least two vertical acceleration sensors 7 installed on two opposite lateral sides and at the same altitude level as longitudinally. They can for example be installed respectively in or on the right and left axle boxes. Alternatively, they could be installed respectively in or on two lateral sides of a bogie frame or at the box.
  • These vertical acceleration sensors 7 are adapted to acquire, at selected times, for example when the rolling stock 3, on which they are installed, circulates on a traffic lane 2, two vertical accelerations respectively right and left.
  • the rolling stock 3 may include a geolocation device 8 for determining its geographical position as a function of information transmitted by a geolocation system 9 and received by an on-board communication module 10.
  • this geolocation system 9 may be satellite.
  • this geolocation system 9 may, for example, be a system type GPS ("Global Positioning System"). But the geolocation information could be transmitted by terrestrial antennas.
  • geolocation device 8 and the communication module 10 are not necessarily part of the rolling stock 3, although this is preferable for a question of precision. Indeed, they could be installed in another rolling stock of his train 6, such as in the driver's cabin, possibly on the dashboard, or behind the windshield, when the rolling stock 3 is not the same. locomotive or the self-propelled vehicle.
  • the analysis method is intended to be implemented by the analysis facility 1 presented partially above. It includes first and second steps.
  • the two vertical accelerations av k (tj) are determined by the two right and left vertical acceleration sensors 7 of the rolling stock 3 and the geographical position pg (tj) is determined by the geolocation device 8 of the rolling stock 3 or other rolling stock of train 6.
  • the time difference between two successive instants tj and tj + 1 is equal to one period.
  • the latter may, for example, be between 1 ms and 5 ms.
  • processing means 4 of the analysis facility 1 which carry out for each instant tj the spatial filtering, by means of the transfer function of a reference inspection car which is used on the rail network, of each vertical acceleration av k (tj) associated with the instant tj considered. It is also the processing means 4 of the analysis facility 1 which determine the two vertical arrows (or levelings) pvc k (tj) and associate these latter (pvc k (tj)) at this instant tj and at the position geographic pg (tj) associated.
  • processing means 4 may, for example, be arranged in the form of software or computer modules or "software”. But in an alternative embodiment they could be made in the form of a combination of software modules and electronic circuits or "hardware".
  • the processing means 4 are part of a computer 11 which is installed in a server 12.
  • the two vertical accelerations av k (tj) are transmitted by waves to the server 12. and the geographical position pg (tj) associated with each instant tj.
  • This transmission is performed by means of the communication module 10 which is embedded in the train 6, here in the rolling stock 3, and which is connected to at least one non-wired communication network 13 which can transmit data directly to the server 12 or indirect.
  • This non-wired communication network 13 may be of terrestrial and / or satellite type, as illustrated in FIG. figure 1 .
  • the reception of the transmitted data is carried out by means of a communication module 14 which is installed in the server 12, connected to at least one wired or non-wired communication network and which is coupled to the computer 11.
  • the data transmissions can be possibly encrypted.
  • the processing means 4 can be part of a computer installed in the hardware. rolling 3.
  • each spatial filtering by convolving each vertical acceleration av k (tj) to a spatial pulse filter which is specific to the rolling stock 3.
  • This convolution by a spatial (and not a frequency) filter is also used here to stabilize the accelerations, that is to say to remove in particular the high frequency contributions that pollute the integration step.
  • the two vertical arrows pvc k (tj), determined for rolling stock 3 are compared to a selected geographical position pg (tj) of traffic lane 2, to at least two other vertical arrows pvc k. (tp), determined at a geographical position pg (tp) substantially equal to this geographical position pg (tj) chosen at least a previous instant tp.
  • These comparisons are intended to obtain information relating to an evolution of the geometry of the traffic lane 2 at this selected geographical position pg (tj).
  • Knowing the vertical arrow is used to decide if maintenance operations should be triggered. For example, when this arrow is greater than a predefined threshold, it may be decided to trigger maintenance operations. But it is also possible to take into account the temporal evolution of this arrow and / or the meteorological and / or topographical and / or geological context, in order to decide on the relevance of the triggering of maintenance operations, possibly preventively when the arrow is slightly below the predefined threshold but is growing rapidly. On the other hand, when the arrow is slightly below the predefined threshold but does not change significantly, we can decide to do nothing and therefore not to trigger preventive maintenance operations. We will return later to this mode of decision-making. The analysis of the forms of faults, their evolution, the environmental context and circulation will also guide the type of maintenance to be performed.
  • Regular measurements can also be used to predict the evolution of the geometry of a channel, for example by using an unsteady ARMA type model.
  • the analysis means 5 of the analysis facility 1 which compare the two vertical arrows pvc k (tj), determined at a selected geographical position pg (tj) of the track 2, with at least two other vertical arrows. pvc k (tp), determined at the geographical position pg (tp) at at least one previous instant tp. It is also the analysis means 5 of the analysis facility 1 which determine the information relating to the evolution of the geometry of the channel 2 at this selected geographical position pg (tp).
  • This synchronization can, for example, be done by means of an inter-correlation function applied to the curve constructed from the last vertical arrows pvc k (tj) determined with the rolling stock 3 and at least one other constructed curve. from old vertical arrows pvc k (tp).
  • analysis means 5 may, for example, be arranged in the form of software or computer modules. But in an alternative embodiment they could be made in the form of a combination of software modules and electronic circuits.
  • the analysis means 5 can be part of the computer 11 of the server 12. This allows for quick exchanges with the processing means MT. But they could be part of another computer, possibly remote from the server 12 and dedicated to analysis.
  • the processing means 4 are part of a computer installed in the rolling stock 3, it is transmitted by waves to the server 12, by means of of the communication module 10 and in the first step, the two vertical arrows pvc k (tj) and the times tj and geographical position pg (tj) associated, so that they are used by the analysis means 5.
  • the server 12 includes, preferably and as illustrated on the figure 1 storage means 15 in which it stores the history of the received data and the traffic lane analyzes, and in particular each multiplet of data comprising an instant tj associated with two vertical arrows pvc k (tj) and a geographical position pg (tj).
  • These storage means 15 may, for example, be in the form of a memory, possibly of software type. Storage may optionally be in the form of a geometry information database.
  • the bytes may for example comprise information defining the climatic or meteorological conditions at the instant tj concerned or in moments or days preceding the instant tj concerned.
  • Images of the circulation lane 2 are thus available very regularly with all the climatic and especially hygrometric changes, which is particularly useful in fast-moving areas such as muddy areas.
  • the multiplets may for example, to include information defining maintenance operations carried out because of the values taken by their vertical arrows pvc k (tj) for the geographical position pg (tj) compared with the previous values taken for the same geographical position.
  • a speed v (tj) of the rolling stock 3 from a first speed measurement delivered substantially for this instant tj by a tachometer embedded in the equipment. 3 or a motor vehicle moving the rolling stock 3, and a second speed measurement deduced information transmitted substantially for this moment by the geolocation system 9. This determination is performed by the processing means 4.
  • the processing means can determine, for example by the processing means, the geographical position pg (tj) associated with each instant tj as a function of either the speed v (tj) determined for this instant tj, or a geographical position pg (tj-1 ) determined for the moment tj-1 immediately preceding this last instant tj, or a combination of the determined speed v (tj) and the determined geographical position pg (tj-1).
  • the determination of the speed v (tj) can, for example, be done by linear interpolation.
  • this option makes it possible to have at each instant tj a current position pg (tj) of the rolling stock 3, in particular when the temporal information transmitted by the geolocation system 9 is not available. Geographical pg (tj) thus determined from the velocities, then replaces the one initially associated with the vertical accelerations av k (tj), and is used by the processing means 4 to determine the vertical arrows pvc k (tj).
  • the processing means 4 can determine for each instant tj the speed v (tj) of the rolling stock 3 by means of a constrained Gaussian process modeling method.
  • This method can, for example, be that of Kriegeage.
  • the processing means 4 can use either the first two vertical accelerations av1 k (tj) when the speed v (tj) is greater than a predefined threshold, or the two second vertical accelerations av2 k (tj) when the speed v (tj) is below this predefined threshold.
  • this predefined threshold can be between 20 km / h and 60 km / h. It can for example be equal to 40 km / h.
  • the two second vertical acceleration sensors 16 may, for example, be respectively installed in or on the right and left axle boxes, as the first vertical acceleration sensors 7. Alternatively, they could be installed respectively in or on two lateral sides of a bogie frame.
  • the first two vertical acceleration sensors 7 may be of piezoelectric type, for example those marketed by PCB PIEZOTRONICS under the reference PCB 3741 B12 or PCB 3711-B12, and the two second sensors vertical acceleration 16 may be gyroscopic inclinometers, such as those marketed by Columbia under the reference SI-701 FND No. 1738.
  • each instant tj at least a transverse acceleration in case atc (tj) and a vertical acceleration crate avc (tj) rolling stock 3 to determine a possible local superelevation and / or a possible local radius of curvature and / or a possible local slope of the traffic lane 2.
  • each possible local overburden, each possible local radius of curvature, or each local slope is determined from the vertical accelerations avc ( tj) and transverse atc (tj) in cash determined for the moment tj.
  • Estimates can be made at any time using mechanical modeling (Kalman filtering), or by using rigid body modeling.
  • transverse accelerations atc (tj) and vertical avc (tj) in the case, determined for the moment tj, are preferably transmitted with the two or four vertical accelerations av k (tj), when the processing means 4 are installed in the server 12.
  • transverse accelerations atc (tj) and vertical avc (tj) at the box may, for example, be stored in the storage means 15 within the multiplet associated with the instant tj.
  • transverse accelerations atc (tj) and vertical avc (tj) at the body are acquired respectively by a lateral acceleration sensor and a vertical acceleration sensor 17 which is installed in the rolling stock 3, for example in a position front center of his body (here the driver's cabin (where there is the least passage)).
  • a local superelevation and / or a local radius of curvature and / or a local gradient determined from the lateral and vertical accelerations measured by acceleration 17 at the time of a given moment tj differs (s) significantly from at least one local superelevation and / or a local radius of curvature and / or a previous local slope (e) (s), determined ( s) for at least one time tp preceding this given instant tj, and of at least one local superelevation and / or local radius of curvature and / or local slope following (e) (s), determined (s) ) for at least one moment ts following this given instant tj, we can replace this superelevation local and / or local radius of curvature and / or local slope determined (s) for that given instant tj by an average value of these local superelevation and / or local radius of curvature and / or a previous local slope ( e)
  • a vertical arrow, determined for a given moment differs significantly from at least one preceding vertical arrow, determined for at least one instant preceding this given instant, and at least one vertical arrow following, determined for at least one moment following this given moment does not take into account this vertical arrow. It is considered that it is not representative of the evolution of the vertical arrow at the geographical position considered. For more robustness, the analysis of the evolution of the vertical arrow for a given geographic position can then be done, for example, from the calculated medians of the different vertical arrows at a given geographical position for several moments.
  • the analysis means 5 can determine if a similar evolution has been determined in the past. For example, a similar evolution could be determined in the presence of meteorological conditions similar to those present during this sudden and important evolution and / or of a disorder similar to that present during this sudden and important evolution (as for example a slip ground or rail surface defect).
  • the objective here is to determine the factors / causes influencing the evolution of a track, or in other words to define the disorder / defect of the component of the track which is at the origin of the defect of the geometry of the track.
  • the means of analysis 5 can determine, in the history stored in the storage means 15, what decision had been taken in response to this similar evolution and what was the consequence of this decision on this similar development, in order to determine a decision adapted to this important and sudden evolution.
  • the figure 2 schematically illustrates an example of an algorithm implementing an analysis method according to the invention.
  • the algorithm begins in a substep 100 during which one acquires, at a time tj, two vertical accelerations av k (tj) sustained on two opposite sides of a rolling stock 3 circulating on a lane 2 and a geographical position pg (tj) of this rolling stock 3.
  • a sub-step 110 is associated at this instant tj these two vertical accelerations av k (tj) and a current geographic position pg (tj) rolling stock 3. This association can be achieved using a current speed of the rolling stock 3. It will be noted that it is also possible and possibly associated at this instant tj a transverse acceleration at (tj).
  • these two vertical accelerations av k (tj) and the current geographic position pg (tj), as well as possibly the current speed, can be transmitted to the server 12 via the communication network 13. and the transverse acceleration at (tj) associated with the instant tj.
  • the processing means 4 perform a spatial filtering, specific to the rail network, of each vertical acceleration av k (tj) associated with the instant tj. It is also possible to determine precisely the speed v (tj), and in particular to deduce from the latter the precise geographical position pg (tj) of rolling stock 3 at time tj. It then replaces the one transmitted by wave. Then, (the processing means 4) determine a vertical deflection (or leveling) pvc k (tj) from each vertical acceleration av k (tj) filtered and associated with the instant tj.
  • a sub-step 140 the processing means 4 associate at time tj the two vertical arrows pvc k (tj) and the geographical position pg (tj) possibly replaced.
  • Sub-steps 100 to 140 constitute here the first step of a exemplary embodiment of the analysis method according to the invention.
  • a sub-step 150 the two vertical arrows pvc k (tj) for the geographical position pg (tj) and at least two other vertical arrows pvc k (tp) are compared, for example via the analysis means 5. determined for a geographical position substantially equal to this geographical position pg (tj) at at least one previous instant tp, in order to obtain information relating to an evolution of the geometry of the traffic lane 2 at this geographical position pg (tj) .
  • a substep 160 it is decided whether it is expedient to trigger maintenance operations in the zone comprising the geographical position pg (tj), notably as a function of the geometry evolution information obtained during the sub-step 160. step 150.
  • Substeps 150 and 160 constitute here the second step of the exemplary embodiment of the analysis method according to the invention.

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Abstract

L'invention porte principalement sur un procédé d'analyse de la géométrie d'au moins une voie de circulation (2) comprenant deux files de rails propres à permettre la circulation de matériels roulants (3), qui est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend :
i) une première étape dans laquelle on acquiert deux accélérations verticales, et une position géographique dudit matériel roulant (3), puis on réalise un filtrage spatial, propre au réseau, de chaque accélération verticale associée à un instant donné, et on détermine une flèche verticale à partir de chaque accélération verticale filtrée et associée à un instant donné, et on associe ces deux flèches verticales à cet instant donné et à la position géographique associée, et
ii) une seconde étape dans laquelle on compare les deux positions verticales filtrées, à au moins deux autres positions verticales filtrées, afin d'obtenir des informations relatives à une évolution de la géométrie de ladite voie de circulation (2) à cette position géographique choisie.
L'invention porte également sur une installation associée.

Description

  • La présente invention concerne les voies de circulation ferroviaires, et plus précisément le suivi de l'évolution de la géométrie de telles voies.
  • De façon connue, les voies de circulation ferroviaires peuvent faire l'objet localement de dégradations résultant principalement de la densité de circulation des trains et du comportement dynamique de ceux-ci dans leur interaction avec la voie et/ou du climat et/ou du type de sol sur lequel elles reposent et/ou des opérations de maintenance qu'elles ont subies. Certaines de ces dégradations se traduisent par une modification locale de la géométrie de la voie, caractérisée pour sa partie verticale principalement par un défaut de nivellement vertical et/ou un défaut de gauche ou écart de dévers, et pour sa partie horizontale par un défaut de nivellement transversal et/ou un défaut d'écartement.
  • Les conséquences de ces dégradations pouvant être graves, les voies de circulation ferroviaires font l'objet d'un suivi réalisé soit au moyen d'engins mesurant une flèche, par exemple de type Mauzin, soit au moyen de systèmes dit inertiels, par exemple une centrale inertielle et des caméras acquérant des images vidéos, comme par exemple le système GEOV / GEOV2 de la société MERMEC (installé sur la rame IRIS dédiée à la surveillance des lignes grandes vitesses en France). Dans les deux cas, la détection des dégradations nécessite l'utilisation d'engins spécifiques dont la circulation est coûteuse et impose généralement des sillons de circulation dédiés (notamment dans le cas d'IRIS), voire l'interruption de la circulation des trains. On parle pour ce protocole de suivi de tournées par engins de mesure mécanisés.
  • Lorsqu'une dégradation détectée dépasse un seuil prédéfini en un endroit déterminé, une alerte est émise. Il existe plusieurs degrés / seuils d'alerte. Si le dernier seuil d'alerte (ou valeur de ralentissement) est atteint, une opération de maintenance est immédiatement décidée. Cette opération nécessite la fermeture temporaire de la voie concernée et l'utilisation d'engins de maintenance et de personnel. Cependant, si ces engins de maintenance et/ou ce personnel ne sont pas disponibles, ou encore s'il n'est pas possible d'interdire momentanément la circulation sur la voie concernée, un ralentissement de la circulation est imposé.
  • Lorsqu'une dégradation est détectée dans les premiers seuils d'alerte, elle fait l'objet d'un suivi spécifique lors de tournées de surveillance à pied réalisées par des agents de maintenance de la voie. Ces tournées permettent de vérifier l'évolution de ces dégradations entre deux tournées d'engins de mesure mécanisés, et de s'assurer qu'une dégradation ne dérive pas très rapidement vers des seuils d'alerte qui imposent une intervention de maintenance.
  • Par ailleurs, lorsqu'une zone de voie présente des dégradations récurrentes malgré une maintenance régulière, des agents se rendent sur place afin d'effectuer une inspection visuelle. S'ils l'estiment nécessaire, ils installent des poteaux afin de réaliser des relevés topographiques à des instants réguliers pour quantifier la déformation des couches de sol (par exemple d'un glissement de terrain). Les glissements sont donc détectés tardivement, après un nombre important de maintenances (par bourrages qui endommagent la forme des grains de ballast et donc dégradent la tenue de ce dernier, et par conséquent s'avèrent non seulement inutiles mais également contre-productifs), puis après un suivi très onéreux.
  • Il est connu de faire un suivi régulier de la géométrie verticale des voies par une détermination de la position verticale des roues d'une rame y circulant : celle-ci est en général déterminée au moyen d'une double intégration de l'accélération mesurée au niveau de la boîte d'essieu et de l'application d'un filtre numérique fréquentiel paramétré par la vitesse de la rame en question au moment de la mesure. Mais cette solution mathématique ne concerne que des tronçons de voie sur lesquels la circulation se fait à des vitesses très stables, c'est-à-dire faisant l'objet de très faibles variations, et les solutions technologiques employées pour mesurer l'accélération des boîtes d'essieu limitent la validité de cette procédure à des prises de mesure effectuées à des vitesses élevées (amplitudes des accélérations verticales trop faibles à basse vitesse par rapport à la sensibilité des capteurs classiques). On comprendra en effet que le filtre numérique fréquentiel étant paramétré pour une vitesse donnée constante, il n'est utilisable que dans les zones où règne cette vitesse donnée constante.
  • L'invention vise un procédé d'analyse de la géométrie d'au moins une voie de circulation d'un réseau notamment ferré, permettant de pallier les inconvénients précités.
  • À cet effet, le procédé d'analyse de l'invention comprend :
    • une première étape dans laquelle on acquiert, à des instants choisis, deux accélérations verticales subies sur deux côtés opposés et à un même niveau par un matériel roulant circulant sur une voie de circulation, et une position géographique de ce matériel roulant, et on associe à chaque instant ces deux accélérations verticales et position géographique correspondantes, puis on réalise un filtrage spatial (permettant de calculer une flèche verticale), propre au réseau, de chaque accélération verticale associée à un instant donné, et on détermine une flèche verticale (ou nivellement) à partir de chaque accélération verticale filtrée et associée à un instant donné, et on associe ces deux flèches verticales à cet instant donné et à la position géographique associée, et
    • une seconde étape dans laquelle on compare les deux flèches verticales déterminées à une position géographique choisie de cette voie de circulation, à au moins deux autres flèches verticales, déterminées à une position géographique sensiblement égale à cette position géographique choisie à au moins un instant précédent, afin d'obtenir des informations relatives à une évolution de la géométrie de cette voie de circulation à cette position géographique choisie.
  • Grâce à ce suivi automatisé de la géométrie d'une voie de circulation au moyen de systèmes embarqués dans des matériels roulants pouvant faire partie de n'importe quel train, y compris des trains de transport de voyageurs, on peut optimiser les opérations de maintenance, et notamment les déclencher lorsque cela est vraiment utile compte tenu du contexte.
  • Le procédé selon l'invention peut également comporter les caractéristiques optionnelles suivantes considérées isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles :
    • dans ladite première étape on réalise le filtrage spatial en convoluant chaque accélération verticale à un filtre impulsionnel spatial ; par exemple, ce filtre impulsionnel spatial peut être défini par la relation H(s) = ∑ n λ n.δ(s + an ), où s représente la position géographique, les λn et les an sont représentatifs du matériel roulant, et δ est la fonction dirac ;
    • dans la première étape on détermine pour chaque instant une vitesse du matériel roulant à partir d'une première mesure de vitesse délivrée sensiblement pour cet instant par un tachymètre embarqué dans ce matériel roulant ou dans un véhicule moteur déplaçant ce matériel roulant, et/ou d'une seconde mesure de vitesse déduite d'informations transmises sensiblement pour cet instant par un système de géolocalisation, et/ou d'une estimation de la vitesse calculée par comparaison de mesures d'accélérations verticales sur deux essieux différents, puis on détermine la position géographique associée à chaque instant en fonction soit de la vitesse déterminée pour cet instant (par exemple par tachymétrie), soit d'une position géographique déterminée pour l'instant précédant immédiatement ce dernier instant, soit de la vitesse estimée par deux capteurs accélérométriques sur deux essieux différents, soit d'une combinaison de la vitesse déterminée et de la position géographique déterminée ;
    • dans la première étape on estime pour chaque instant la vitesse du matériel roulant au moyen d'une méthode de modélisation par processus gaussien contraint (comme par exemple celle dite de Kriegeage) à partir de différentes informations de vitesse disponibles (tachymétrie, géolocalisation, comparaison des flèches de deux essieux différents sur le même train, par exemple);
    • dans la première étape on acquiert à chaque instant choisi deux premières accélérations verticales sensibles au moyen de deux premiers capteurs d'accélération verticale et deux secondes accélérations verticales très sensibles au moyen de deux seconds capteurs d'accélération verticale, et on peut utiliser soit ces deux premières accélérations verticales lorsque la vitesse est supérieure à un seuil prédéfini, soit ces deux secondes accélérations verticales lorsque la vitesse est inférieure à ce seuil prédéfini ;
    • dans la seconde étape, lorsqu'une flèche verticale, déterminée pour un instant donné, diffère notablement d'au moins une flèche verticale précédente déterminée pour au moins un instant précédant cet instant donné, et d'au moins une flèche verticale suivante, déterminée pour au moins un instant suivant cet instant donné, on ne prend pas en compte cette flèche verticale (car on considère qu'elle n'est pas représentative de l'évolution de la flèche verticale à la position géographique considérée). Pour plus de robustesse, l'analyse de l'évolution de la flèche verticale pour une position géographique donnée pourra se faire à partir des médianes calculées des différentes flèches verticales à une position géographique donnée pour plusieurs instants ;
    • dans la première étape on acquiert à chaque instant au moins une accélération transversale et une accélération verticale en caisse du matériel roulant afin de déterminer un éventuel dévers local et/ou un éventuel rayon de courbure local et/ou une éventuelle déclivité locale de la voie de circulation ;
    • dans la seconde étape, lorsqu'un dévers local et/ou un rayon de courbure local et/ou une déclivité locale déterminé(e)(s) à partir d'une accélération latérale et d'une accélération verticale mesurées par un capteur d'accélération latérale en caisse et un capteur d'accélération verticale en caisse pour un instant donné, diffère(nt) notablement d'au moins un dévers local et/ou un rayon de courbure local et/ou une déclivité locale précédent(e)(s), déterminé(s) pour au moins un instant précédant cet instant donné, et d'au moins un dévers local et/ou un rayon de courbure local suivant(s), déterminé(s) pour au moins un instant suivant cet instant donné, on remplace ce dévers local et/ou ce rayon de courbure local, déterminé(s) pour cet instant donné, par la médiane de ces dévers local et/ou rayon de courbure local et/ou déclivité locale précédent(e)(s) et suivant(e)(s). Ces changements sur des grandes longueurs d'ondes peuvent être souvent synonymes de glissements de terrain ;
    • dans la seconde étape les évolutions à grande longueur d'onde (comme par exemple la courbure locale, le dévers local, la déclivité locale) peuvent être estimées à chaque instant à l'aide d'une modélisation mécanique (comme par exemple celle dite de Kalman), ou par l'utilisation d'une modélisation par corps rigides, par exemple ;
    • dans la seconde étape, lorsque les informations sont représentatives d'une évolution importante et soudaine de la géométrie de la voie de circulation, on détermine si une évolution similaire a été déterminée dans le passé, et dans l'affirmative on détermine quelle décision avait été prise en réaction à cette évolution similaire et quelle fût la conséquence de cette décision sur cette évolution similaire, afin de déterminer une décision adaptée à cette évolution importante et soudaine ;
    • dans la seconde étape on peut déterminer si une évolution similaire à l'évolution importante et soudaine a abouti dans le passé à un glissement de terrain, et dans l'affirmative on peut générer une alarme signalant un risque de glissement de terrain ;
    • dans la première étape on transmet par voie d'ondes à destination d'un serveur les deux accélérations verticales et position géographique associées à chaque instant, et/ou chaque flèche verticale et les instants et position géographique associés.
  • L'invention porte également sur une installation destinée à analyser la géométrie d'au moins une voie de circulation d'un réseau notamment ferré, comprenant deux files de rails propres à permettre la circulation de matériels roulants, laquelle installation est essentiellement caractérisée en ce qu'elle comprend :
    • des matériels roulants propres chacun à obtenir, à des instants choisis lorsqu'ils circulent sur une voie de circulation, deux accélérations verticales subies sur deux côtés opposés et à un même niveau et une position géographique, puis à associer à chaque instant ces deux accélérations verticales et position géographique correspondantes,
    • des moyens de traitement propres à réaliser un filtrage spatial, propre au réseau ferré, de chaque accélération verticale associée à un instant donné, et à déterminer une flèche verticale à partir de chaque accélération verticale filtrée et associée à un instant donné, et à associer ces deux flèches verticales à cet instant donné et à la position géographique associée, et
    • des moyens d'analyse propres à comparer les deux flèches verticales, déterminées à une position géographique choisie de la voie de circulation, à au moins deux autres flèches verticales, déterminées à une position géographique sensiblement égale à cette position géographique choisie à au moins un instant précédent, afin d'obtenir des informations relatives à une évolution de la géométrie de cette voie de circulation à cette position géographique choisie.
  • Par exemple, cette installation peut également comprendre des accéléromètres installés dans une caisse du matériel roulant.
  • Egalement par exemple, le matériel roulant peut être choisi dans un groupe comprenant au moins une locomotive, un véhicule automoteur,une voiture de chemin de fer, et un wagon.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles :
    • la figure 1 illustre de façon schématique et fonctionnelle un exemple de réalisation d'une installation d'analyse de la géométrie de voies de circulation ferroviaires selon l'invention, et
    • la figure 2 illustre de façon schématique un exemple d'algorithme mettant en oeuvre un procédé d'analyse de la géométrie de voies de circulation ferroviaires selon l'invention.
  • Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits par la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels, si cette partie est uniquement suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur.
  • L'invention a notamment pour but de proposer un procédé, et une installation 1 associée, destinés à permettre l'analyse automatique de la géométrie de voies de circulation 2 appartenant à un réseau ferré et comprenant chacune deux files de rails.
  • On a schématiquement et fonctionnellement illustré sur la figure 1 un exemple de réalisation non limitatif d'une installation d'analyse 1 selon l'invention.
  • Comme illustré, une installation d'analyse 1, selon l'invention, comprend au moins des matériels roulants 3 équipés de capteurs, au moins d'accélération, et propres à rouler sur des voies de circulation ferroviaires 2 comprenant chacune deux files de rails, des moyens de traitement 4, et des moyens d'analyse 5.
  • On notera que l'invention concerne aussi bien les voies de circulation ferroviaires classiques que les voies de circulation ferroviaires à grande vitesse également dénommées « lignes à grande vitesse ».
  • Les matériels roulants 3 peuvent être de n'importe quel type dès lors qu'ils peuvent rouler sur une voie de circulation ferroviaire, y compris une ligne à grande vitesse. Par conséquent, il pourra s'agir par exemple d'une locomotive, d'un véhicule automoteur, d'une voiture de chemin de fer, ou encore d'un wagon.
  • Dans l'exemple illustré non limitativement sur la figure 1, le matériel roulant 3 est une locomotive faisant partie d'un train de voyageurs ou de fret 6.
  • Il est à noter que, pour que l'invention puisse être mise en oeuvre, il faut que le matériel roulant 3 comprenne au moins deux capteurs d'accélération verticale 7 installés sur deux côtés latéraux opposés et à un même niveau en altitude comme longitudinalement. Ils peuvent par exemple être installés respectivement dans ou sur les boîtes d'essieux droite et gauche. En variante, ils pourraient être installés respectivement dans ou sur deux côtés latéraux d'un châssis de bogie ou encore en caisse.
  • Ces capteurs d'accélération verticale 7 sont propres à acquérir, à des instants choisis, par exemple lorsque le matériel roulant 3, sur lequel ils sont installés, circule sur une voie de circulation 2, deux accélérations verticales respectivement droite et gauche.
  • En outre, pour que l'invention puisse être mise en oeuvre, il est nécessaire que le matériel roulant 3 puisse également obtenir à ces mêmes instants choisis sa position géographique en cours. Pour ce faire, le matériel roulant 3 peut comporter un dispositif de géolocalisation 8 propre à déterminer sa position géographique en fonction d'informations transmises par un système de géolocalisation 9 et reçues par un module de communication 10 embarqué. A titre d'exemple non limitatif, et comme illustré, ce système de géolocalisation 9 peut être satellitaire. Ainsi, il pourra, par exemple, s'agir d'un système de type GPS (« Global Positioning System »). Mais les informations de géolocalisation pourraient être transmises par des antennes terrestres.
  • On notera que le dispositif de géolocalisation 8 et le module de communication 10 ne font pas forcément partie du matériel roulant 3, bien que cela soit préférable pour une question de précision. En effet, ils pourraient être installés dans un autre matériel roulant de son train 6, comme par exemple dans la cabine du conducteur, éventuellement sur le tableau de bord, ou derrière le pare-brise, lorsque le matériel roulant 3 n'est pas la locomotive ou le véhicule automoteur.
  • Le procédé d'analyse, selon l'invention, est destiné à être mis en oeuvre par l'installation d'analyse 1 présentée partiellement ci-avant. Il comprend des première et seconde étapes.
  • Dans la première étape du procédé, on commence par acquérir, à des instants tj choisis, deux accélérations verticales avk(tj) subies sur deux côtés opposés (droit (k = 1) et gauche (k = 2)) et à un même niveau par un matériel roulant 3 circulant sur une voie de circulation 2 et une position géographique pg(tj) de ce matériel roulant 3, et on associe à chaque instant tj ces deux accélérations verticales avk(tj) et position géographique pg(tj) correspondantes. On comprendra que les deux accélérations verticales avk(tj) sont déterminées par les deux capteurs d'accélération verticale 7 droit et gauche du matériel roulant 3 et la position géographique pg(tj) est déterminée par le dispositif de géolocalisation 8 du matériel roulant 3 ou d'un autre matériel roulant du train 6.
  • Les acquisitions peuvent se faire périodiquement. Dans ce cas, l'écart temporel entre deux instants successifs tj et tj+1 est égale à une période. Cette dernière peut, par exemple, être comprise entre 1 ms et 5 ms.
  • Puis, toujours dans cette première étape, on réalise un filtrage spatial, propre au réseau ferré, de chaque accélération verticale avk(tj) associée à un instant tj, et on détermine une flèche verticale (ou nivellement) pvck(tj) à partir de chaque accélération verticale avk(tj) filtrée et associée à un instant tj, et on associe ces deux flèches verticales pvck(tj) à cet instant tj et à la position géographique pg(tj) associée.
  • Ce sont les moyens de traitement 4 de l'installation d'analyse 1 qui réalisent pour chaque instant tj le filtrage spatial, au moyen de la fonction de transfert d'une voiture d'auscultation de référence qui est utilisée sur le réseau ferré, de chaque accélération verticale avk(tj) associée à l'instant tj considéré. Ce sont également les moyens de traitement 4 de l'installation d'analyse 1 qui déterminent les deux flèches verticales (ou nivellements) pvck(tj) et associent ces dernières (pvck(tj)) à cet instant tj et à la position géographique pg(tj) associée.
  • Ces moyens de traitement 4 peuvent, par exemple, être agencés sous la forme de modules logiciels ou informatiques ou encore « software ». Mais dans une variante de réalisation ils pourraient être réalisés sous la forme d'une combinaison de modules logiciels et de circuits électroniques ou « hardware ».
  • Dans l'exemple illustré sur la figure 1, les moyens de traitement 4 font partie d'un calculateur 11 qui est installé dans un serveur 12. Dans ce cas, dans la première étape on transmet par voie d'ondes à destination du serveur 12 les deux accélérations verticales avk(tj) et la position géographique pg(tj) qui sont associées à chaque instant tj. Cette transmission est réalisée au moyen du module de communication 10 qui est embarqué dans le train 6, ici dans le matériel roulant 3, et qui est connecté à au moins un réseau de communication non filaire 13 pouvant transmettre des données au serveur 12 de façon directe ou indirecte. Ce réseau de communication non filaire 13 peut être de type terrestre et/ou satellitaire, comme illustré sur la figure 1. La réception des données transmises est réalisée au moyen d'un module de communication 14 qui est installé dans le serveur 12, connecté à au moins un réseau de communication filaire ou non filaire et qui est couplé au calculateur 11. Les transmissions de données peuvent être éventuellement cryptées.
  • Dans une variante de réalisation non illustrée, les moyens de traitement 4 peuvent faire partie d'un calculateur installé dans le matériel roulant 3.
  • Il est à noter que dans la première étape on peut, par exemple, réaliser chaque filtrage spatial en convoluant chaque accélération verticale avk(tj) à un filtre impulsionnel spatial qui est spécifique au matériel roulant 3.
  • À titre d'exemple illustratif non limitatif, ce filtre impulsionnel spatial peut être défini par la relation H(s) = ∑ n λ n .δ(s + an ), où s représente la position géographique, les λn et les an sont représentatifs de la voiture d'auscultation de référence qui est utilisée sur le réseau ferré, et δ est la fonction dirac. Dans ce cas, chaque flèche verticale pvck(tj) est donnée par la relation : pvck (sj) = ∑ navk (s).λ n .δ(s + an ). On notera que pour ce dernier calcul on peut, par exemple, effectuer une interpolation des accélérations verticales avk(tj) pour les « abscisses » (s + an).
  • Cette convolution par un filtre spatial (et non pas fréquentiel) est aussi utilisée ici pour stabiliser les accélérations, c'est-à-dire enlever notamment les contributions hautes fréquences qui viennent polluer l'étape d'intégration.
  • Dans la seconde étape du procédé, on compare les deux flèches verticales pvck(tj), déterminées pour le matériel roulant 3 à une position géographique pg(tj) choisie de la voie de circulation 2, à au moins deux autres flèches verticales pvck(tp), déterminées à une position géographique pg(tp) sensiblement égale à cette position géographique pg(tj) choisie à au moins un instant précédent tp. Ces comparaisons sont destinées à obtenir des informations relatives à une évolution de la géométrie de la voie de circulation 2 à cette position géographique pg(tj) choisie.
  • La connaissance de la flèche verticale est utilisée pour décider si des opérations de maintenance doivent être déclenchées. Par exemple, lorsque cette flèche est supérieure à un seuil prédéfini, on peut décider de déclencher des opérations de maintenance. Mais on peut également tenir compte de l'évolution temporelle de cette flèche et/ou du contexte météorologique et/ou topographique et/ou géologique, afin de décider de la pertinence du déclenchement d'opérations de maintenance, éventuellement de façon préventive lorsque la flèche est légèrement inférieure au seuil prédéfini mais qu'elle croît rapidement. A contrario, lorsque la flèche est légèrement inférieure au seuil prédéfini mais qu'elle n'évolue pas de façon significative, on peut décider de ne rien faire et donc de ne pas déclencher d'opérations de maintenance préventives. On reviendra plus loin sur ce mode de prise de décision. L'analyse des formes des défauts, de leur évolution, du contexte environnemental et des circulations orientera aussi sur le type de maintenance à réaliser.
  • Les mesures régulières pourront par ailleurs être utilisées pour prédire l'évolution de la géométrie d'une voie, par exemple grâce à un modèle de type ARMA instationnaire.
  • Ce sont les moyens d'analyse 5 de l'installation d'analyse 1 qui comparent les deux flèches verticales pvck(tj), déterminées à une position géographique pg(tj) choisie de la voie 2, à au moins deux autres flèches verticales pvck(tp), déterminées à la position géographique pg(tp) à au moins un instant précédent tp. Ce sont également les moyens d'analyse 5 de l'installation d'analyse 1 qui déterminent les informations relatives à l'évolution de la géométrie de la voie 2 à cette position géographique pg(tp) choisie.
  • Afin de traiter cette évolution, une très bonne synchronisation des différentes tournées est nécessaire. Cette synchronisation peut, par exemple, se faire au moyen d'une fonction d'inter-corrélation appliquée à la courbe construite à partir des dernières flèches verticales pvck(tj) déterminées avec le matériel roulant 3 et à au moins une autre courbe construite à partir d'anciennes flèches verticales pvck(tp).
  • Ces moyens d'analyse 5 peuvent, par exemple, être agencés sous la forme de modules logiciels ou informatiques. Mais dans une variante de réalisation ils pourraient être réalisés sous la forme d'une combinaison de modules logiciels et de circuits électroniques.
  • De préférence et comme illustré sur la figure 1, les moyens d'analyse 5 peuvent faire partie du calculateur 11 du serveur 12. Cela permet en effet des échanges rapides avec les moyens de traitement MT. Mais ils pourraient faire partie d'un autre calculateur, éventuellement distant du serveur 12 et dédié aux analyses.
  • Il est à noter que dans la variante présentée plus haut, dans laquelle les moyens de traitement 4 font partie d'un calculateur installé dans le matériel roulant 3, on transmet par voie d'ondes à destination du serveur 12, au moyen du module de communication 10 et dans la première étape, les deux flèches verticales pvck(tj) et les instant tj et position géographique pg(tj) associés, afin qu'ils soient utilisés par les moyens d'analyse 5.
  • Le serveur 12 comprend, de préférence et comme illustré sur la figure 1, des moyens de stockage 15 dans lesquels il stocke l'historique des données reçues et des analyses des voies de circulation, et en particulier chaque multiplet de données comprenant un instant tj associé à deux flèches verticales pvck(tj) et une position géographique pg(tj). Ces moyens de stockage 15 peuvent, par exemple, se présenter sous la forme d'une mémoire, éventuellement de type logiciel. Le stockage peut éventuellement se faire sous la forme d'une base de données d'informations de géométrie.
  • Il est à noter que certains au moins des multiplets peuvent par exemple comprendre des informations définissant les conditions climatiques ou météorologiques à l'instant tj concerné ou dans des instants ou jours ayant précédés l'instant tj concerné. On dispose ainsi d'images de la voie de circulation 2 très régulièrement avec tous les changements climatiques et notamment hygrométriques, ce qui est particulièrement utile dans les zones à évolution rapide comme par exemple les zones boueuses.
  • On comprendra en effet qu'en cas de fortes pluies ou d'inondation il existe une probabilité accrue de glissement de terrain pouvant entraîner un défaut de nivellement, un défaut de dressage (défaut transversal par rapport à l'axe de la voie) ou un défaut de gauche, en particulier dans une zone boueuse ou friable. De même, en cas de fortes chaleurs ou de sécheresse il existe une probabilité accrue d'apparition de défauts de géométrie tels que ceux précités. Dans les zones à évolution rapide telles que les zones boueuses, il est ainsi possible d'avoir des images de la voie très régulièrement avec tous les changements hygrométriques.
  • En présence de telles conditions météorologiques et topographiques et/ou géologiques, il peut être pertinent de décider de déclencher des opérations de maintenance préventives permettant de corriger la source du problème et pas ses symptômes, alors même que la flèche est légèrement inférieure au seuil prédéfini, et en particulier lorsqu'elle ne cesse de croître.
  • On notera également que certains au moins des multiplets peuvent, par exemple, comprendre des informations définissant des opérations de maintenance réalisées du fait des valeurs prises par leurs flèches verticales pvck(tj) pour la position géographique pg(tj) comparées aux valeurs précédentes prises pour la même position géographique.
  • On notera en outre que dans la première étape il est avantageux de déterminer pour chaque instant tj une vitesse v(tj) du matériel roulant 3 à partir d'une première mesure de vitesse délivrée sensiblement pour cet instant tj par un tachymètre embarqué dans le matériel roulant 3 ou un véhicule moteur déplaçant le matériel roulant 3, et d'une seconde mesure de vitesse déduite d'informations transmises sensiblement pour cet instant par le système de géolocalisation 9. Cette détermination est réalisée par les moyens de traitement 4. Puis, on peut déterminer, par exemple par les moyens de traitement, la position géographique pg(tj) associée à chaque instant tj en fonction soit de la vitesse v(tj) déterminée pour cet instant tj, soit d'une position géographique pg(tj-1) déterminée pour l'instant tj-1 précédant immédiatement ce dernier instant tj, soit encore d'une combinaison de la vitesse v(tj) déterminée et de la position géographique pg(tj-1) déterminée. La détermination de la vitesse v(tj) peut, par exemple, se faire par interpolation linéaire.
  • On comprend que cette option permet de disposer à chaque instant tj d'une position en cours pg(tj) du matériel roulant 3, en particulier lorsque l'on ne dispose pas ponctuellement des informations temporelles transmises par le système de géolocalisation 9. La position géographique pg(tj) ainsi déterminée à partir des vitesses, remplace alors celle initialement associée aux accélérations verticales avk(tj), et est utilisée par les moyens de traitement 4 pour déterminer les flèches verticales pvck(tj).
  • A titre d'exemple, dans la première étape les moyens de traitement 4 peuvent déterminer pour chaque instant tj la vitesse v(tj) du matériel roulant 3 au moyen d'une méthode de modélisation par processus gaussien contraint. Cette méthode peut, par exemple, être celle dite de Kriegeage.
  • Il est également à noter que dans la première étape, lorsque l'on dispose de la vitesse en cours v(tj) du matériel roulant 3, on peut acquérir dans ce dernier à chaque instant tj choisi deux premières accélérations verticales droite et gauche sensibles av1k(tj) au moyen de deux premiers capteurs d'accélération verticale 7 installés sur deux côtés latéraux opposés et à un même niveau en altitude comme longitudinalement, et deux secondes accélérations verticales droite et gauche av2k(tj) au moyen de deux seconds capteurs d'accélération verticale 16 plus sensibles et installés sur deux côtés latéraux opposés et à un même niveau en altitude comme longitudinalement. Dans ce cas, les moyens de traitement 4 peuvent utiliser soit les deux premières accélérations verticales av1k(tj) lorsque la vitesse v(tj) est supérieure à un seuil prédéfini, soit les deux secondes accélérations verticales av2k(tj) lorsque la vitesse v(tj) est inférieure à ce seuil prédéfini.
  • Par exemple, ce seuil prédéfini peut être compris entre 20 km/h et 60 km/h. Il peut par exemple être égal à 40 km/h.
  • Les deux seconds capteurs d'accélération verticale 16 peuvent, par exemple, être installés respectivement dans ou sur les boîtes d'essieux droite et gauche, comme les premiers capteurs d'accélération verticale 7. En variante, ils pourraient être installés respectivement dans ou sur deux côtés latéraux d'un châssis de bogie.
  • A titre d'exemple, les deux premiers capteurs d'accélération verticale 7 peuvent être de type piézoélectrique, comme par exemple ceux qui sont commercialisés par la société PCB PIEZOTRONICS sous la référence PCB 3741 B12 ou PCB 3711-B12, et les deux seconds capteurs d'accélération verticale 16 peuvent être des inclinomètres gyroscopiques, comme par exemple ceux qui sont commercialisés par la société Columbia sous la référence SI-701 FND N°1738.
  • On notera également que dans la seconde étape, lorsqu'une flèche verticale avk(tj), déterminée pour un instant donné tj, diffère notablement d'au moins une flèche verticale précédente pvck(tp), déterminée pour au moins un instant tp précédant cet instant donné tj, et d'au moins une flèche verticale suivante pvck(ts), déterminée pour au moins un instant ts suivant cet instant donné tj, on peut conclure à une mauvaise mesure et supprimer les nivellement et gauche obtenus. Si celle-ci ne diffère pas de la flèche verticale suivante pvck(ts), déterminée pour l'instant ts on pourra conclure qu'une maintenance a été réalisée. On comprendra que cela nécessite un accès à l'historique des données stockées dans les moyens de stockage 15, pour réaliser des comparaisons et pour procéder à d'éventuels remplacements. Cette option est donc préférentiellement réalisée par les moyens d'analyse 5.
  • On notera en outre que dans la première étape on peut également acquérir à chaque instant tj au moins une accélération transversale en caisse atc(tj) et une accélération verticale en caisse avc(tj) du matériel roulant 3 afin de déterminer un éventuel dévers local et/ou un éventuel rayon de courbure local et/ou une éventuelle déclivité locale de la voie de circulation 2. On comprendra que chaque éventuel dévers local, chaque éventuel rayon de courbure local, ou chaque déclivité locale est déterminé à partir des accélérations verticale avc(tj) et transversale atc(tj) en caisse déterminées pour l'instant tj. Les estimations peuvent être réalisées à chaque instant à l'aide d'une modélisation mécanique (filtrage de Kalman), ou par l'utilisation d'une modélisation par corps rigides.
  • Les accélérations transversale atc(tj) et verticale avc(tj) en caisse, déterminées pour l'instant tj, sont de préférence transmises avec les deux ou quatre accélérations verticales avk(tj), lorsque les moyens de traitement 4 sont installés dans le serveur 12.
  • Ces accélérations transversale atc(tj) et verticale avc(tj) en caisse peuvent, par exemple, être stockées dans les moyens de stockage 15 au sein du multiplet associé à l'instant tj.
  • Par ailleurs, les accélérations transversale atc(tj) et verticale avc(tj) en caisse sont acquises respectivement par un capteur d'accélération latérale et un capteur d'accélération verticale 17 qui est installé dans le matériel roulant 3, par exemple dans une position centrale avant de sa caisse (ici la cabine du conducteur (où il y a le moins de passage)).
  • En présence de cette dernière option, dans la seconde étape, lorsqu'un dévers local et/ou un rayon de courbure local et/ou une déclivité locale déterminé(e)(s) à partir des accélérations latérale et verticale mesurées par des capteurs d'accélération 17 en caisse pour un instant donné tj, diffère(nt) notablement d'au moins un dévers local et/ou un rayon de courbure local et/ou une déclivité locale précédent(e)(s), déterminé(e)(s) pour au moins un instant tp précédant cet instant donné tj, et d'au moins un dévers local et/ou un rayon de courbure local et/ou une déclivité locale suivant(e)(s), déterminé(e)(s) pour au moins un instant ts suivant cet instant donné tj, on peut remplacer ce dévers local et/ou ce rayon de courbure local et/ou cette déclivité locale déterminé(e)(s) pour cet instant donné tj par une valeur moyenne de ces dévers local et/ou rayon de courbure local et/ou une déclivité locale précédent(e)(s) et suivant(e)(s).
  • De même, dans la seconde étape, lorsqu'une flèche verticale, déterminée pour un instant donné, diffère notablement d'au moins une flèche verticale précédente, déterminée pour au moins un instant précédant cet instant donné, et d'au moins une flèche verticale suivante, déterminée pour au moins un instant suivant cet instant donné on ne prend pas en compte cette flèche verticale. On considère en effet qu'elle n'est pas représentative de l'évolution de la flèche verticale à la position géographique considérée. Pour plus de robustesse, l'analyse de l'évolution de la flèche verticale pour une position géographique donnée peut alors se faire, par exemple, à partir des médianes calculées des différentes flèches verticales à une position géographique donnée pour plusieurs instants.
  • On comprendra que cela nécessite un accès à l'historique des données stockées dans les moyens de stockage 15, pour réaliser des comparaisons et pour procéder à d'éventuels remplacements. Cette option est donc préférentiellement réalisée par les moyens d'analyse 5.
  • On notera également que dans la seconde étape, lorsque les informations sont représentatives d'une évolution importante et soudaine de la géométrie de la voie de circulation 2, les moyens d'analyse 5 peuvent déterminer si une évolution similaire a été déterminée dans le passé. Par exemple, une évolution similaire a pu être déterminée en présence de conditions météorologiques similaires à celles présentes lors de cette évolution importante et soudaine et/ou d'un désordre similaire à celui présent lors de cette évolution importante et soudaine (comme par exemple un glissement de terrain ou un défaut de surface du rail). L'objectif est ici de déterminer les facteurs/causes influant sur l'évolution d'une voie, ou en d'autres termes de définir le désordre/défaut de l'élément constitutif de la voie qui est à l'origine du défaut de la géométrie de la voie.
  • Dans ce cas, et dans l'affirmative, on les moyens d'analyse 5 peuvent déterminer, dans l'historique stocké dans les moyens de stockage 15, quelle décision avait été prise en réaction à cette évolution similaire et quelle fût la conséquence de cette décision sur cette évolution similaire, afin de déterminer une décision adaptée à cette évolution importante et soudaine.
  • Par exemple, dans la seconde étape on peut déterminer si une évolution similaire à l'évolution importante et soudaine a abouti dans le passé à un glissement de terrain, et dans l'affirmative on peut générer une alarme signalant un risque de glissement de terrain.
  • La figure 2 illustre schématiquement un exemple d'algorithme mettant en oeuvre un procédé d'analyse selon l'invention.
  • L'algorithme commence dans une sous-étape 100 durant laquelle on acquiert, à un instant tj, deux accélérations verticales avk(tj) subies sur deux côtés opposés d'un matériel roulant 3 circulant sur une voie de circulation 2 et une position géographique pg(tj) de ce matériel roulant 3.
  • Puis, dans une sous-étape 110 on associe à cet instant tj ces deux accélérations verticales avk(tj) et une position géographique en cours pg(tj) du matériel roulant 3. Cette association pourra être réalisée à l'aide d'une vitesse en cours du matériel roulant 3. On notera que l'on peut également et éventuellement associer à cet instant tj une accélération transversale at(tj).
  • Puis, dans une sous-étape 120 on peut transmettre au serveur 12, via le réseau de communication 13, ces deux accélérations verticales avk(tj) et la position géographique en cours pg(tj), ainsi qu'éventuellement la vitesse en cours et l'accélération transversale at(tj) associées à l'instant tj.
  • Puis, dans une sous-étape 130 les moyens de traitement 4 réalisent un filtrage spatial, propre au réseau ferré, de chaque accélération verticale avk(tj) associée à l'instant tj. On peut également déterminer précisément la vitesse v(tj), et déduire notamment de cette dernière la position géographique pg(tj) précise du matériel roulant 3 à l'instant tj. Elle remplace alors celle qui a été transmise par voie d'ondes. Puis, on (les moyens de traitement 4) déterminent une flèche verticale (ou nivellement) pvck(tj) à partir de chaque accélération verticale avk(tj) filtrée et associée à l'instant tj.
  • Puis, dans une sous-étape 140 les moyens de traitement 4 associent à l'instant tj les deux flèches verticales pvck(tj) et la position géographique pg(tj) éventuellement remplacée.
  • Les sous-étapes 100 à 140 constituent ici la première étape d'un exemple de réalisation du procédé d'analyse selon l'invention.
  • Puis, dans une sous-étape 150, on compare, par exemple via les moyens d'analyse 5 les deux flèches verticales pvck(tj) pour la position géographique pg(tj) à au moins deux autres flèches verticales pvck(tp) déterminées pour une position géographique sensiblement égale à cette position géographique pg(tj) à au moins un instant précédent tp, afin d'obtenir des informations relatives à une évolution de la géométrie de la voie de circulation 2 à cette position géographique pg(tj).
  • Puis, dans une sous-étape 160 on décide s'il est opportun de déclencher des opérations de maintenance dans la zone comprenant la position géographique pg(tj), en fonction notamment des informations d'évolution de la géométrie obtenues lors de la sous-étape 150.
  • Les sous-étapes 150 et 160 constituent ici la seconde étape de l'exemple de réalisation du procédé d'analyse selon l'invention.
  • L'invention offre ainsi plusieurs avantages, et notamment :
    • un suivi régulier, très peu coûteux et ne nécessitant pas l'interruption de la circulation des trains,
    • une quantification directe des glissements de terrain qui permet de mieux anticiper les moyens à mettre en oeuvre pour procéder à une réparation ou stabilisation locale appropriée,
    • la possibilité de détecter l'origine d'une dégradation de la géométrie, ce qui permet de traiter sa cause et pas uniquement les symptômes observés,
    • une détection beaucoup plus précoce de l'évolution de la géométrie, permettant de réduire les coûts de maintenance, en évitant notamment de réaliser de nombreux et coûteux bourrages,
    • la possibilité de faire le lien entre l'hygrométrie locale, l'environnement, la consistance de la voie, la circulation et la survenue de défauts de géométrie, ce qui facilite les préventions ultérieures en fonction des prévisions météorologiques, de l'environnement, de la voie et des circulations.

Claims (12)

  1. Procédé d'analyse de la géométrie d'au moins une voie de circulation (2) d'un réseau, comprenant deux files de rails propres à permettre la circulation de matériels roulants (3), caractérisé en ce qu'il comprend :
    i) une première étape dans laquelle on acquiert, à des instants choisis, deux accélérations verticales subies sur deux côtés opposés et à un même niveau par un matériel roulant (3) circulant sur ladite voie de circulation (2), et une position géographique dudit matériel roulant (3), et on associe à chaque instant lesdites deux accélérations verticales et position géographique correspondantes, on réalise un filtrage spatial, propre audit réseau, de chaque accélération verticale associée à un instant donné, et on détermine une flèche verticale à partir de chaque accélération verticale filtrée et associée à un instant donné, et on associe ces deux flèches verticales à cet instant donné et à ladite position géographique associée, et
    ii) une seconde étape dans laquelle on compare les deux flèches verticales, déterminées pour ledit matériel roulant (3) à une position géographique choisie de ladite voie de circulation (2), à au moins deux autres flèches verticales, déterminées à une position géographique sensiblement égale à cette position géographique choisie à au moins un instant précédent, afin d'obtenir des informations relatives à une évolution de la géométrie de ladite voie de circulation (2) à cette position géographique choisie.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans ladite première étape on réalise ledit filtrage spatial en convoluant chaque accélération verticale à un filtre impulsionnel spatial.
  3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que dans ladite première étape on détermine pour chaque instant une vitesse dudit matériel roulant (3) à partir d'une première mesure de vitesse délivrée sensiblement pour cet instant par un tachymètre embarqué dans ledit matériel roulant (3) ou dans un véhicule moteur déplaçant ledit matériel roulant (3), et/ou d'une seconde mesure de vitesse déduite d'informations transmises sensiblement pour cet instant par un système de géolocalisation, et/ou d'une estimation de la vitesse calculée par comparaison de mesures d'accélérations verticales sur deux essieux différents, puis on détermine ladite position géographique associée à chaque instant en fonction soit de la vitesse déterminée pour cet instant, soit d'une position géographique déterminée pour l'instant précédant immédiatement ce dernier instant, soit d'une vitesse estimée par deux capteurs accélérométriques sur deux essieux différents, soit d'une combinaison de ladite vitesse déterminée et de ladite position géographique déterminée.
  4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que dans ladite première étape on acquiert à chaque instant choisi deux premières accélérations verticales sensibles au moyen de deux premiers capteurs d'accélération verticale (7) et deux secondes accélérations verticales très sensibles au moyen de deux seconds capteurs d'accélération verticale (16), et on utilise soit lesdites deux premières accélérations verticales lorsque ladite vitesse est supérieure à un seuil prédéfini, soit lesdites deux secondes accélérations verticales lorsque ladite vitesse est inférieure audit seuil prédéfini.
  5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans ladite seconde étape, lorsqu'une flèche verticale, déterminée pour un instant donné, diffère notablement d'au moins une flèche verticale précédente, déterminée pour au moins un instant précédant cet instant donné, et d'au moins une flèche verticale suivante, déterminée pour au moins un instant suivant cet instant donné, on ne prend pas en compte cette flèche verticale.
  6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que dans ladite première étape on acquiert également à chaque instant au moins une accélération transversale et une accélération verticale en caisse dudit matériel roulant (3) afin de déterminer un éventuel dévers local et/ou un éventuel rayon de courbure local et/ou une éventuelle déclivité locale de ladite voie de circulation (2).
  7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que dans ladite seconde étape, lorsque lesdites informations sont représentatives d'une évolution importante et soudaine de la géométrie de ladite voie de circulation (2), on détermine si une évolution similaire a été déterminée dans le passé, et dans l'affirmative on détermine quelle décision avait été prise en réaction à cette évolution similaire et quelle fût la conséquence de cette décision sur cette évolution similaire, afin de déterminer une décision adaptée à cette évolution importante et soudaine.
  8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que dans ladite seconde étape on détermine si une évolution similaire à ladite évolution importante et soudaine a abouti dans le passé à un glissement de terrain, et dans l'affirmative on génère une alarme signalant un risque de glissement de terrain.
  9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que dans ladite première étape on transmet par voie d'ondes à destination d'un serveur (12) lesdites deux accélérations verticales et position géographique associées à chaque instant, et/ou chaque flèche verticale et lesdits instant et position géographique associés.
  10. Installation pour analyser la géométrie d'au moins une voie de circulation (2) d'un réseau, comprenant deux files de rails propres à permettre la circulation de matériels roulants (3), caractérisée en ce qu'elle comprend :
    i) des matériels roulants (3) propres chacun à obtenir, à des instants choisis lorsqu'ils circulent sur ladite voie de circulation (2), deux accélérations verticales subies sur deux côtés opposés et à un même niveau et une position géographique, puis à associer à chaque instant lesdites deux accélérations verticales et position géographique correspondantes,
    ii) des moyens de traitement (4) propres à réaliser un filtrage spatial, propre audit réseau, de chaque accélération verticale associée à un instant donné, et à déterminer une flèche verticale à partir de chaque accélération verticale filtrée et associée à un instant donné, et à associer ces deux flèches verticales à cet instant donné et à ladite position géographique associée, et
    iii) des moyens d'analyse (5) propres à comparer lesdites deux flèches verticales, déterminées à une position géographique choisie de ladite voie de circulation (2), à au moins deux autres flèches verticales, déterminées à une position géographique sensiblement égale à cette position géographique choisie à au moins un instant précédent, afin d'obtenir des informations relatives à une évolution de la géométrie de ladite voie de circulation (2) à cette position géographique choisie.
  11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comprend des accéléromètres installés dans une caisse dudit matériel roulant (3).
  12. Installation selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisée en ce que ledit matériel roulant (3) est choisi dans un groupe comprenant une locomotive, un véhicule automoteur, une voiture de chemin de fer, et un wagon.
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