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MODISTA

Project

 MODISTA

Titolo

Soluzioni innovative per il Monitoraggio e la Diagnostica preventiva di infrastrutture e flotte di veicoli da remoto al fine di elevare i livelli di disponibilità, efficienza e sicurezza dei siSTemi ferroviAri  

Acronimo MODISTA
ID del Progetto PON03PE_00159_6 Programma PON “R&C” 2007-2013
Data inizio 01/05/2014 Data fine 31/12/2016
Responsabile Scientifico Antonio Ruggieri - Ansaldo STS S.p.a. Coordinatori per CeRICT Daniele Riccio – DIETI - Unina
 

Abstract

Abstract

L’utilizzo sempre più diffuso del sistema di trasporto ferroviario quale modalità di trasporto smart and green (in linea con le direttive europee per la mobilità sostenibile contenute in HORIZON 2020) ha portato, negli ultimi anni, ad una spinta sempre più crescente verso lo studio di soluzioni tecnologiche e metodologiche volte a prevenire fenomeni di minaccia alla safety ferroviaria e all’ambiente circostante e che, nel contempo, richiedano investimenti e costi contenuti.

Una delle leve per perseguire l’incremento della safety e contemporaneamente una riduzione dei costi operativi è l’ottimizzazione del monitoraggio e della diagnostica. Ad esempio, tra gli approcci promettenti, spesso si include quello della ottimizzazione delle procedure operative di manutenzione. Nello specifico, per ottimizzare la manutenzione, si passa da una procedura manutentiva preventiva, che avviene a intervalli di tempo predefiniti, ad una manutenzione basata sulle condizioni, che adatta gli interventi di manutenzione alla condizione reale (di usura) dei componenti. Per ottenere tali risultati risultano determinanti un opportuno livello di aggiornamento e di qualità delle informazioni sulla condizione corrente dell’infrastruttura, dei veicoli e delle aree interessate. In questo contesto con tale progetto si intende studiare, definire e proporre soluzioni (tecnologiche e metodologiche) innovative per il:

Monitoraggio dell’infrastruttura ferroviaria e delle aree limitrofe: È opportuno ricordare che le infrastrutture, in generale, subiscono un danneggiamento continuo nel tempo, causato da pesi propri, carichi permanenti e dalle azioni ambientali, ed uno discontinuo, causato dagli eventi di più oneroso impegno strutturale, quali sismi, carichi accidentali particolarmente severi, smottamenti e subsidenza. In ragione di ciò si può immaginare che le strutture percorrano un cammino involutivo che, nel tempo, ne peggiora le prestazioni e di conseguenza abbassa il livello di sicurezza globale. A queste azioni continue e discontinue “lente” si aggiungono le azioni di tipo dinamico trasmesse alle infrastrutture da vibrazioni naturali e indotte, ad esempio dal passaggio dei veicoli. Considerando un periodo sufficientemente lungo queste azioni possono dare luogo a fenomeni di fatica, che possono determinare il cedimento dell’elemento strutturale senza che sia stato mai superato il valore di resistenza del materiale.

Le infrastrutture ferroviarie sono tipicamente soggette:

• sia a fenomeni di deformazione caratterizzati da dinamiche evolutive di tipo “lento” (ad es. le frane o la perdita di parallelismi dei binari)

• sia a fenomeni dinamici quali le deformazioni dovute alle vibrazioni indotte dal passaggio dei veicoli ferroviari. La prima fenomenologia si presta ad essere in principio convenientemente monitorabile (si parla di monitoraggio statico) attraverso tecnologie di telerilevamento satellitare che prospettano monitoraggi aggiornati temporalmente con cadenza settimanale ma sinottici, ovvero relativi ad estese aree di territorio (centinaia di chilometri quadrati). Nel progetto viene proposto un monitoraggio da remoto realizzato mediante l’applicazione di opportuni algoritmi alle immagini radar raccolte dalla costellazione italiana di satelliti COSMO/SkyMed che consente di rilevare spostamenti e deformazioni di determinati punti a terra (stabili in termini di fase radar e riconducibili presumibilmente a realtà fisiche come parti infrastrutturali e perciò indicativi dell’assetto della linea ferroviaria). La metodologia si candida a garantire intrinsecamente il rispetto (o quantomeno a supportare la verifica) dei livelli di sicurezza imposti dalle normative vigenti e dai regolamenti degli esercenti ferroviari.

Ad integrazione del sistema proposto, per monitorare la seconda fenomenologia, verranno utilizzati dei sistemi di monitoraggio alternativi con sensoristica accelerometrica a tecnologia MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems), installata direttamente in campo che restituiscono la risposta dinamica dell’infrastruttura o dell’area territoriale osservata. Tale sistema consentirà, ad esempio, di stimare l'influenza di un singolo convoglio sull'infrastruttura monitorata identificando quindi le composizioni treno più critiche per l'infrastruttura. Verrà, inoltre, formulato un adeguato modello del sistema di misura (modello della misurazione) per la valutazione della qualità delle misure sia sul sistema dinamico operante "in locale" sia su quello basato su tecnologie satellitari. Infine si definirà un criterio per confrontare i dati rilevati dal sistema di monitoraggio satellitare con quello utilizzante la sensoristica accelero metrica.

Monitoraggio dei convogli ferroviari mediante telecamere lineari veloci: Per scongiurare guasti e/o situazioni di pericolo per i rotabili e di conseguenza per l’infrastruttura, con tale progetto si propone lo studio di un sistema di “visual inspection” basato su telecamere lineari veloci. Le telecamere utilizzate nella proposta, dotate di opportuno illuminatore all’InfraRosso (IR), costituiscono un elemento innovativo per le applicazioni ferroviarie; esse sono installate nel Portale MultiFunzione di RFI di Sezze Romano attualmente in fase di pre-esercizio. L’obiettivo è quello di osservare parti strutturali e componenti meccanici del materiale rotabile e diagnosticarne eventuali anomalie (es. molle dei carrelli, balestre, parti di sottocassa danneggiate, elementi disassati, etc...) che possano compromettere la disponibilità e la sicurezza del rotabile e dell’infrastruttura. Tali anomalie saranno definite a partire dai requisiti forniti dagli Utenti finali e dalla tipologia di veicoli che si intende analizzare. Per tale attività risulta necessario definire e studiare degli algoritmi innovativi che consentano di comparare le immagini acquisite dalle telecamere con i relativi modelli ideali. Per uno sviluppo successivo, le informazioni acquisite, DA TERRA con telecamere lineari veloci DA REMOTO con radar-satelliti in questo modo, sono utilizzabili anche ai fini della prognostica (previsione dei guasti basata sull'utilizzazione corrente del prodotto). Difatti, l'approccio tradizionale di manutenzione basato sulle ore o sul chilometraggio trascura una variabile chiave: come viene effettivamente usato il prodotto.

Monitoraggio dello stato delle merci: L’obiettivo è quello di realizzare una piattaforma costituita da un sistema di bordo e uno di terra per il monitoraggio dello stato delle merci e, in particolare di merci pericolose o che possano essere considerate tali in determinate condizioni. La piattaforma da realizzare intende prevenire gli incidenti e incrementare la safety (ad esempio, perdite di liquidi tossici in aree densamente popolate) e, incrementare anche gli aspetti di security (ad es. mediante un monitoraggio continuo dei carri sarebbe possibile ridurre i tempi di intervento dei “first responders” a seguito di un attacco terroristico sul treno).

Il Sistema di bordo sarà costituito da:

• Una centralina per l’acquisizione dei dati raccolti dai sensori installati sul carro e per la successiva pre elaborazione con lo scopo di ottenere un dato aggregato utilizzabile dal centro di controllo.

• Un modulo di comunicazione wireless, per inviare i dati acquisiti al centro di controllo. Si valuterà se inviare i dati direttamente al centro oppure se servirsi di un sistema di raccolta lungo linea.

• Un modulo per la geolocalizzazione del carro a partire dal quale potranno essere confezionati diversi servizi utente, quali la tracciabilità ed i tempi di sosta del carro merci. Inoltre dotando ogni carro, o parte dei carri, del convoglio di tali moduli di geo-localizzazione sarà possibile, verrà studiato un modello di triangolazione satellitare, attraverso il quale ottenere informazioni sull’integrità del convoglio (integrity train).

• Un sistema di alimentazione. A causa dell’assenza di un’alimentazione elettrica a bordo dei carri merci verrà studiata, progettata e realizzata una soluzione stand-alone per l’alimentazione della centralina e dei moduli mediante un sistema di energy-harvesting e di accumulo dell’energia non invasivo dimensionato in funzione della richiesta energetica del sistema di bordo. La sfida è studiare un sistema di bordo che possa, a regime, essere facilmente adattato alle diverse tipologie di famiglie di carri. Verrà effettuato uno studio statistico ad hoc per individuare quale tipologia di carro, tra quelli che trasportano merci pericolose, sia potenzialmente più pericolosa per la sicurezza ferroviaria ma soprattutto per la vita umana in generale e su questo verrà dimostrata la fattibilità della soluzione. Il sistema di terra è rappresentato dai dispositivi, eventualmente posizionati anche lungo linea, per lo scarico e l’invio dei dati, in un opportuno formato, ad un centro di controllo per essere poi processati e restituiti all’End User.

Monitoraggio prognostico di flotte di veicoli ferroviari e scambio dati operatore veicolo: Tutti i dati di monitoraggio di esercizio sono raccolti a bordo di ogni veicolo della flotta, trasmessi ad un server a terra e confrontati a livello di flotta e di periodi di esercizio. A partire dalle competenze specialistiche, e impiegando correlazioni statistiche, saranno definiti gli algoritmi prognostici utili a massimizzare la disponibilità della flotta e razionalizzare DA BORDO TRENO con centraline multifunzione gli interventi di manutenzione. Le infrastrutture di bordo e di terra sono impiegate anche per realizzare un sistema di raccolta e scambio dati tra l’operatore ferroviario ed il cliente finalizzato al miglioramento della qualità del servizio ed alla ottimizzazione dei costi di esercizio, offrendo peraltro funzioni di safety e con valenza sociale.

Partner di Progetto

Partner di Progetto
  • Ansaldo STS S.p.a.(capofila)
  • Ansaldo Breda S.p.a.
  • TEST s.c.r.l. - Technology, Environment, Safety, Transport
  • CTIF S.c.r.l. 

Soggetti Esecutori

Soggetti Esecutori
  • DICEA (Unina)
  • DIETI (Unina)
  • DII (SUN)