ES2945477T3 - Vehículo ferroviario y procedimiento para medir un tramo de vía férrea - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un vehículo sobre raíles (2) que tiene un bastidor de vehículo (12) móvil sobre raíles (7) de una vía (1) de forma apoyada sobre bogies (4), comprendiendo el vehículo sobre raíles una primera plataforma de medición (5) con un primer sistema de medida inercial (9) para la detección de un perfil de vía. Una segunda plataforma de medición (14) está dispuesta en el vehículo sobre rieles (2) y comprende un segundo sistema de medición inercial (15) y al menos un dispositivo sensor (17) para detectar puntos superficiales (P) de una sección de vía (18). El movimiento del dispositivo sensor (17) en el espacio tridimensional se detecta de forma sencilla utilizando la segunda plataforma de medición (14) y el segundo sistema de medición inercial (15). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Vehículo ferroviario y procedimiento para medir un tramo de vía férrea
Ámbito de la técnica
La invención se refiere a un vehículo ferroviario con un bastidor de vehículo, el cual, soportado sobre chasis de raíles, puede ser desplazado sobre raíles de una vía férrea, que comprende una primera plataforma de medición con un primer sistema de medición inercial para la detección de un recorrido de vía férrea y una primera curva espacial. Además, la invención se refiere a un procedimiento para medir un tramo de vía férrea utilizando el vehículo ferroviario.
Estado de la técnica
Se requieren controles regulares para un mantenimiento fiable de una superestructura de vía férrea. En este caso, se emplean vehículos de medición de vía férrea que están diseñados para registrar la geometría de la vía férrea actual de un tramo de vía férrea. Las medidas de mantenimiento se planifican y ejecutan sobre la base de los datos de medición recopilados. Como dispositivos de medición sirven los más diversos sensores, que registran tanto la vía férrea como el entorno de la vía férrea. Esto último sucede, por ejemplo, por medio de sistemas de cámaras que se disponen en el vehículo de medición de la vía férrea.
Para determinar el curso de la vía férrea o bien la posición relativa de la vía férrea, en los vehículos modernos de medición de la vía férrea se utiliza el denominado sistema de medición inercial (Inertial Measurement Unit, IMU). Un sistema de medición inercial de este tipo se describe en la revista Eisenbahningenieur (52) 9/2001 en las páginas 6 9. Los documentos DE 102008062 143 B3 y DE 19532104 C1 también describen un principio de medición inercial para detectar una posición de la vía férrea.
Sumario de la invención
La invención tiene por cometido de indicar mejoras respecto al estado de la técnica para un vehículo ferroviario y un procedimiento del tipo mencionado al comienzo.
De acuerdo con la invención, estos cometidos se resuelven mediante las características de las reivindicaciones 1 y 9. Perfeccionamientos ventajosos de la invención resultan de las reivindicaciones subordinadas.
En este caso, en el vehículo ferroviario está dispuesta una segunda plataforma de medición, que comprende un segundo sistema de medición inercial y al menos un dispositivo sensor para detectar puntos en la superficie de un tramo de vía férrea. El movimiento del dispositivo sensor en el espacio tridimensional se registra de forma sencilla con la segunda plataforma de medición y el segundo sistema de medición inercial. De esta manera, los datos de medición registrados con el dispositivo sensor se pueden asignar exactamente en el espacio.
Ventajosamente, directamente en el vehículo ferroviario está dispuesta una computadora a la que se aportan datos de medición de los sistemas de medición inercial y del dispositivo sensor y que está diseñada para transformar las coordenadas de los puntos de la superficie a partir de un sistema de coordenadas de la segunda plataforma de medición que es movido junto con el dispositivo sensor en un sistema de coordenadas de la primera plataforma de medición que sigue el curso de la vía férrea. Como resultado, los puntos de la superficie detectados con el dispositivo sensor están relacionados con el curso de la vía férrea. Con ello se pueden hacer dictámenes inmediatamente sobre la posición de los objetos detectados en relación con el curso de la vía férrea.
En el caso de otra mejora, en el vehículo ferroviario está dispuesto un dispositivo de evaluación que compara las coordenadas de los puntos de la superficie en el sistema de coordenadas de la primera plataforma de medición con un gálibo de paso libre predeterminado del tramo de vía férrea.
Una forma de realización ventajosa de la invención prevé que la primera plataforma de medición esté dispuesta en uno de los chasis de raíles. Esto permite registrar fácilmente el curso de la vía férrea mediante el primer sistema de medición inercial.
En este caso es favorable que la primera plataforma de medición comprenda un bastidor de medición que esté dispuesto en los ejes de las ruedas del chasis de raíles en el que está dispuesto el primer sistema de medición inercial. Por consiguiente, los movimientos del primer sistema de medición inercial en el espacio tridimensional no se ven afectados por los movimientos relativos elásticos del chasis de raíles. Tiene lugar un registro inmediato de las pendientes longitudinales de la vía férrea.
Con el fin de compensar la influencia de los movimientos transversales o bien pendulares del chasis de raíles, es ventajoso que en el bastidor de medición estén dispuestos al menos dos dispositivos de medición de la posición para determinar la posición del bastidor de medición con respecto a los raíles de la vía férrea. Con ello se registra
continuamente la posición exacta del bastidor de medición con respecto a los raíles y se tiene en cuenta al determinar el curso de la vía férrea por medio del primer sistema de medición inercial.
En una forma de realización ventajosa de la invención, la segunda plataforma de medición está dispuesta en un lado frontal del vehículo ferroviario. De esta forma se puede detectar una zona adicional del entorno del vehículo ferroviario con unos pocos sensores.
Además, es favorable que el dispositivo sensor comprenda un escáner láser para detectar los puntos de la superficie como una nube de puntos. Mediante un sensor de este tipo se puede realizar una detección precisa y de alta resolución de las superficies de la vía férrea y su entorno. Los escáneres rotativos y lineales redundantes o bien complementarios aumentan en este caso la precisión o bien la calidad de los datos de medición.
El procedimiento según la invención para medir un tramo de vía férrea con un vehículo ferroviario mencionado anteriormente prevé que el curso de la vía férrea - en particular como un curso de movimiento de un sistema de coordenadas de la primera plataforma de medición - se registre por medio del primer sistema medición inercial, un curso de movimiento del dispositivo sensor por medio del segundo sistema de medición inercial - en particular como un curso de movimiento de un sistema de coordenadas de la segunda plataforma de medición - y que se registren puntos de la superficie del tramo de vía férrea por medio del dispositivo sensor.
En un perfeccionamiento del procedimiento, las coordenadas de los puntos de la superficie se transforman de un sistema de coordenadas de la segunda plataforma de medición que se mueve junto con el dispositivo sensor en un sistema de coordenadas de la primera plataforma de medición que sigue el curso de la vía férrea. Esto sucede en línea mediante una computadora que se lleva en el vehículo ferroviario o fuera de línea en una central de sistema remoto.
En un paso del procedimiento adicional ventajoso, las coordenadas de los puntos de la superficie en el sistema de coordenadas de la primera plataforma de medición se comparan con un gálibo de paso libre del tramo de vía férrea. De esta forma, las violaciones del perfil de autorización se detectan automáticamente.
En este caso, es favorable que en un dispositivo de salida se muestre un punto de la superficie que exceda el perfil del gálibo de paso libre. Esto sucede directamente en el vehículo ferroviario o en una central del sistema para poder evitar situaciones peligrosas.
Breve descripción de los dibujos
La invención se explica a continuación a modo de ejemplo con referencia a las figuras adjuntas. Muestran en representación esquemática:
La Fig. 1, vehículo ferroviario en una vía férrea
la Fig. 2, transformación de coordenadas
la Fig. 3, situación de detección al entrar en una curva
la Fig. 4, situación de detección según la Fig. 3 con transformación de coordenadas
Descripción de las formas de realización
Para una explicación clara de la presente invención, las deformaciones de una vía férrea 1 se representan muy exageradas en la Fig. 1. Un vehículo ferroviario 2 se desplaza a lo largo de la vía férrea 1 en una dirección de medición 3. Una primera plataforma de medición 5 está dispuesta sobre un chasis de raíles 4 delantero. Esta primera plataforma de medición 5 comprende convenientemente un bastidor de medición 6 que está fijado a los ejes del chasis de raíles 4 configurado como bogie. Adicionalmente, en la primera plataforma de medición 5 pueden estar incorporados dos dispositivos de medición de la posición 8 para cada carril 7 de la vía férrea 1 para detectar movimientos relativos de la primera plataforma de medición 5 con respecto a los carriles 7. El respectivo dispositivo de medición de la posición 8 comprende, por ejemplo, un láser dirigido sobre el carril 7 y una cámara para detectar la proyección del láser. Sobre la primera plataforma de medición 5 está montado un primer sistema de medición inercial 9 que registra una primera curva espacial 10 en relación con un sistema de referencia inercial xi, yi, zi. Esta primera curva espacial 10 discurre a una distancia conocida paralela a un eje de vía férrea 11 que discurre simétricamente entre los bordes interiores de los dos carriles 8. De este modo se determina un curso relativo de la vía férrea. A lo largo de esta primera curva espacial 10 se desplaza un sistema de coordenadas xg, yg, zg de la primera plataforma de medición 5. Eventualmente, mediante los dispositivos de medición de la posición 8 tiene lugar una detección de la curva espacial para cada carril 7 de la vía férrea 1.
Una segunda plataforma de medición 14 está dispuesta en un lado frontal 13 del vehículo ferroviario 2 y está unida rígidamente a un bastidor 12 del vehículo. Sobre esta segunda plataforma de medición 14 está fijado un segundo sistema de medición inercial 15 para detectar una segunda curva espacial 16. A lo largo de la segunda curva espacial 16 se desplaza un sistema de coordenadas xs, ys, zs de la segunda plataforma de medición 14.
En cada sistema de medición inercial 9, 15 se combinan ortogonalmente tres acelerómetros y tres sensores de velocidad angular. Con una integración de la posición, a partir de las velocidades angulares medidas del respectivo sistema de medición inercial 9, 15, que se dan en el sistema de coordenadas desplazado conjuntamente asociado xg, yg, zg o bien xs, ys, zs, se determina la posición relativa con respecto al sistema de referencia inercial xi, yi, zi.
La segunda plataforma de medición 14 sirve como soporte para un dispositivo sensor 17 que está configurado para detectar puntos de superficie P de un tramo de vía férrea 18 a controlar. En este caso, a lo largo del tramo de vía férrea 18, junto a la vía férrea 1, se encuentran diversos objetos, tales como andenes 19, postes 20, dispositivos de señalización 21 y catenarias 22. Al detectar los puntos de superficie P, se puede determinar primeramente la posición de estos objetos 19-22 con respecto al sistema de coordenadas xs, ys, zs de la segunda plataforma de medición 14.
El dispositivo sensor 17 comprende varios escáneres láser, por ejemplo dos escáneres rotatorios 2D 23 y dos escáneres con forma de abanico 2D 24. Con una velocidad conocida del vehículo ferroviario 2, resulta con ello como resultado de la medición una nube de puntos tridimensional. Su resolución se puede variar ajustando las tasas de exploración de los escáneres 23, 24 y la velocidad de marcha. Las coordenadas de los distintos puntos de superficie P de esta nube de puntos se almacenan en una computadora 25 con respecto al sistema de coordenadas xs ys, zs de la segunda plataforma de medición 14.
Además, la computadora 25 está diseñada para la transformación de las coordenadas de los puntos de superficie P a partir del sistema de coordenadas xs, ys, zs, desplazado conjuntamente con el dispositivo sensor 17, de la segunda plataforma de medición 14, en el sistema de coordenadas xg, yg, zg de la primera plataforma de medición 5, que sigue el curso de la vía férrea. En este caso, se tienen en cuenta una distancia A entre los dos sistemas de medición inercial 9, 15 y la velocidad de marcha conocida para sincronizar los valores medidos de los dos sistemas de medición inercial 9, 15.
La transformación de coordenadas se ilustra en la Fig. 2. El sistema de coordenadas xs, ys, zs de la segunda plataforma de medición 14 se convierte en el sistema de coordenadas xg, yg, zg de la primera plataforma de medición 5, sirviendo el sistema de referencia inercial xi, yi, zi como base común.
Con ayuda de las Figuras 3 y 4 se explica con más detalle el proceso para un punto de superficie P ejemplar. El vehículo ferroviario 2 se representa en la Fig. 3 en una vista en planta y se encuentra en la entrada de una curva del tramo de vía férrea 18. Los escáneres rotatorios 2D 23 escanean la vía férrea 1 y los objetos 19-22 situados junto a ella en un manera helicoidal durante la marcha hacia delante. Los puntos de superficie P detectados en este caso corresponden a un perfil del entorno de la vía férrea. Esta nube de puntos se complementa con puntos de superficie P, que se registran con el escáner con forma de abanico 2D 24. En este caso, los escáneres con forma de abanico 2D 24 están dirigidos a zonas que se encuentran en una sombra visual del escáner rotatorio 2D 23.
Durante el paso por la curva, los dos sistemas de medición inercial 9, 15 registran diferentes curvas espaciales 10, 16. En particular, el balanceo fuera de la zona del vehículo delante del chasis de raíles 4 delantero provoca una desviación significativa. En la Fig. 4, las dos curvas espaciales 10, 16 se superponen como se ve desde arriba, estando sincronizados los puntos de origen 0g, 0s de los dos sistemas de coordenadas xg, yg, zg o bien xs, ys, zs por medio de la distancia A conocida y la velocidad de marcha.
Para cada punto de superficie P detectado las coordenadas p' en el sistema de coordenadas xs, ys, zs de la y 3
segunda plataforma de medición 14 se pueden transformaren coordenadas xp/ V en el sistema de coordenadas xg,
x
9 v 9
yg, zg de la primera plataforma de medición 5. Las coordenadas transformadas v ' J ip del respectivo punto de superficie P indican la posición con respecto al curso de la vía férrea o bien el eje 11 de la vía férrea.
Los resultados de la transformación de coordenadas se utilizan, en particular, para el control del vano. En este caso, los datos de perfil del entorno de la vía férrea se evalúan con respecto al eje 11 de la vía férrea por medio de un dispositivo de evaluación. En el respectivo punto de control, se tienen en cuenta aquellos puntos de superficie P cuya coordenada x (en la dirección longitudinal de la vía férrea) en el sistema de coordenadas de movimiento xg, yg, zg desplazado conjuntamente de la primera plataforma de medición 5 es igual a cero. Las coordenadas y y las coordenadas z de estos puntos de superficie P se comparan con los valores límite de un gálibo de paso libre a mantener. En este caso tiene sentido desplazar el punto cero 0g del sistema de coordenadas xg, yg, zg de la primera plataforma de medición 5 al eje 11 de la vía férrea, ya que los datos estandarizados del gálibo de paso libre también se refieren al eje 11 de la vía férrea.
Se excede un gálibo de paso libre si un punto de superficie P se encuentra dentro del gálibo de paso libre especificado. La coordenada y o bien la coordenada z correspondiente es entonces menor que un valor límite del gálibo de paso libre especificado. Para evitar el riesgo de colisión, se muestran indicadores de exceso de gálibo de paso libre en una central de control. También es útil una visualización inmediata en un dispositivo de salida 26 del vehículo ferroviario 2. En este caso, la computadora 25 está diseñada ventajosamente como dispositivo de evaluación para una comparación en línea de las coordenadas de los puntos de superficie P con los valores límite del gálibo de paso libre.
En particular, cuando se excede el gálibo de paso libre, se generan datos de salida que vinculan los datos de posición de un objeto 19-22 que viola el gálibo de paso libre con un kilometraje del tramo de vía férrea 18 controlado. De esta manera, cada punto problemático en una red de líneas ferroviarias se puede encontrar de manera específica para que se puedan tomar las contramedidas adecuadas. En este caso, en el vehículo ferroviario 2 está dispuesto un dispositivo de medición de la trayectoria 27 o un receptor GNSS. Además, un dispositivo de medición de puntos fijos incorporado en el vehículo ferroviario 2 es útil para determinar una posición absoluta con respecto a puntos fijos situados junto a la vía férrea 1.
Otra ventaja de la invención es el hecho de que los puntos de superficie P de los bordes interiores del carril también se detectan por medio del dispositivo sensor 17. Esto permite determinar el curso de la vía férrea utilizando la transformación de coordenadas descrita. Esto se puede hacer fuera de línea, por ejemplo después de una marcha de medición, para comprobar la precisión del curso de la vía férrea registrada por medio de la primera plataforma de medición 5. La presente invención comprende, por consiguiente, sistemas redundantes para determinar el curso de la vía férrea.
Claims (12)
1. Vehículo ferroviario (2) con bastidor de vehículo (12) desplazable sobre chasis de raíles (4) apoyado sobre raíles (7) de una vía férrea (1), que comprende una primera plataforma de medida (5) con un primer sistema de medición inercial (9) para detectar un curso de la vía férrea y una primera curva espacial (10), caracterizado por que en el vehículo ferroviario (2) está dispuesta una segunda plataforma de medición (14), que comprende un segundo sistema de medición inercial (15) para detectar una segunda curva espacial (16) y al menos un dispositivo sensor (17) para detectar puntos de superficie (P) de un tramo de vía férrea (18), detectando el segundo sistema de medición inercial (15) el movimiento del dispositivo sensor (17) en el espacio tridimensional.
2. Vehículo ferroviario (2) según la reivindicación 1, caracterizado por que en el vehículo ferroviario (2) está dispuesto una computadora (25) a la que se aportan datos de medición de los sistemas de medición inerciales (9, 15) y del dispositivo sensor (17). y que está diseñada para la transformación de coordenadas de los puntos de superficie (P) de un sistema de coordenadas (xs, ys, zs) de la segunda plataforma de medición (14) desplazada conjuntamente con el dispositivo sensor (17) en un sistema de coordenadas (xg, yg, zg) de la primera plataforma de medición (5) que sigue el curso de la vía férrea.
3. Vehículo ferroviario (2) según la reivindicación 2, caracterizado por que en el vehículo ferroviario (2) está dispuesto un dispositivo de evaluación que está diseñado para comparar las coordenadas de los puntos de superficie (P) en el sistema de coordenadas (xg, yg, zg) de la primera plataforma de medición (5) con un gálibo de paso libre predeterminado del tramo de vía férrea (18).
4. Vehículo ferroviario (2) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la primera plataforma de medición (5) está dispuesta en uno de los chasis de raíles (4).
5. Vehículo ferroviario (2) según la reivindicación 4, caracterizado por que la primera plataforma de medición (5) comprende un bastidor de medición (6) dispuesto en ejes de ruedas del chasis de raíles (4) y en el que está dispuesto el primer sistema de medición inercial (9).
6. Vehículo ferroviario (2) según la reivindicación 5, caracterizado por que en el bastidor de medición (6) están dispuestos al menos dos dispositivos de medición de posición (8) para determinar la posición del bastidor de medición (6) con respecto a los raíles (7) de la vía férrea (1).
7. Vehículo ferroviario (2) según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que la segunda plataforma de medición (14) está dispuesta en un lado frontal (13) del vehículo ferroviario (2).
8. Vehículo ferroviario (2) según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que el dispositivo sensor (17) comprende un escáner láser (23, 24) para detectar los puntos de superficie (P) como una nube de puntos.
9. Procedimiento para medir un tramo de vía férrea (18) mediante un vehículo ferroviario (2) según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que mediante el primer sistema de medición inercial (9) se registra el curso de la vía férrea - en particular como un curso de movimiento de un sistema de coordenadas (xg, yg, zg) de la primera plataforma de medición (5) - y por que mediante el segundo sistema de medición inercial (15) se registra un curso de movimiento del dispositivo sensor (17) - en particular como un curso de movimiento de un sistema de coordenadas (xs, ys, zs) de la segunda plataforma de medición (14) - y por que mediante el dispositivo sensor (17) se registran puntos de superficie (P) del tramo de vía (17).
10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado por que las coordenadas de los puntos de superficie (P) de un sistema de coordenadas (xs, ys, zs) de la segunda plataforma de medición (14) movido conjuntamente con el dispositivo sensor (17) se transforman en un sistema de coordenadas (xg, yg, zg) de la primera plataforma de medición (5) que sigue el curso de la vía férrea.
11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado por que las coordenadas de los puntos de superficie (P) en el sistema de coordenadas (xg, yg, zg) de la primera plataforma de medición (5) se comparan con un gálibo de paso libre del tramo de vía férrea (17).
12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado por que en un dispositivo de salida (26) se visualiza un punto de superficie (P) que supera el gálibo de paso libre.
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