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Il monitoraggio di binari ferroviari con la tecnologia wireless

Da Senceive, soluzioni innovative nel monitoraggio strutturale e geometrico dei binari con sensoristica IoT di tipo FlatMesh™

  For English version: https://www.stradeeautostrade.it/en/infrastructures-road-network/wireless-monitoring-of-railways-trackbed/

Un nuovo approccio

Grazie alla tecnologia wireless Senceive (https://www.senceive.com/), è possibile monitorare in continuo parametri geometrici dei binari (sopraelevazione, sghembo, livello longitudinale e trasversale) e, in aggiunta, si possono controllare parametri strutturali quali deformazione delle rotaie (strain) e temperatura.

Nel caso di applicazioni particolari e interventi specialistici, come lavori di consolidamento della massicciata (per esempio, iniezioni) o dove sia necessario mantenere attiva la circolazione dei treni, Senceive consente all’utente di disporre dei dati quasi in tempo reale. 

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1. Il nuovo NanoMacro

Il monitoraggio wireless dei binari ferroviari

Senceive produce clinometri triassiali con sensori adatti a sopportare forti sollecitazioni. Utilizzando il Triaxial Tilt Sensor (High-G version), Senceive garantisce un prodotto progettato per uso specificamente ferroviario, con risoluzione è di 0,0001° (0,0018 mm/m) e una ripetibilità di ±0,0025⁰ (± 0,0436 mm/m).

Queste caratteristiche si traducono nella possibilità di leggere valori di sghembo 3 m con risoluzione inferiore allo 0,05‰ (0,05 mm/m).

È disponibile inoltre il nuovo clinometro triassiale Nano-Macro: un dispositivo estremamente compatto equipaggiato con gli stessi sensori inclinometrici dei predecessori.

Oltre all’elevata risoluzione, si ha poi un’antenna integrata, una batteria con durata 10+ anni e un involucro con grado di protezione IP68.

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2. Un esempio di semplice e veloce installazione sulle traversine

Senceive produce anche un distanziometro laser con clinometro triassiale integrato “Optical Displacement Sensor Node”, utile nel monitoraggio di tunnel, paratie, scavi e costruzioni prospicienti all’infrastruttura ferroviaria.

Ferrovie: FlatMesh™ & Intelligent Monitoring

FlatMesh™ è la soluzione ideale per un monitoraggio wireless, in quanto coniuga letture ad alta frequenza con un bassissimo consumo di energia, a differenza della tecnologia LoRa, la quale non può fornire letture ad alta frequenza e richiede l’alimentazione esterna 220 V.

Il gateway FlatMesh™ viene alimentato da un pannello solare da 20W ed è dotato di batteria tampone interna, che garantisce un’autonomia fino a 15 giorni. Questo vantaggio fa sì che il sistema sia indipendente dall’infrastruttura ferroviaria, inclusa l’alimentazione.

Con FlatMesh™ i nodi comunicano tra di loro, creando una rete a maglia e trasmettendo i dati al gateway attraverso una serie di salti. Grazie a questa tecnologia si possono raggiungere distanze nodo-nodo fino a 300 m, ma soprattutto intervalli di lettura fino a 1 secondo, prestazioni impossibili da raggiungere con LoRa.

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3. Il monitoraggio con FlatMesh™ di un tratto di ferrovia in Italia

L’Intelligent Monitoring consente all’utente di ricevere preavvisi di pericoli e ridurre eventuali interruzioni di traffico. Una fotocamera wireless FlatMesh™ a energia solare è in grado di rilevare oggetti di ridotte dimensioni e/o più grandi che possono occupare i binari, sia di giorno che di notte.

Oltre a inviare immagini a intervalli prefissati, questa fotocamera può essere configurata da remoto per catturare un’immagine nel caso in cui un sensore rilevi un movimento sopra soglia.

Un caso studio: il monitoraggio di un tratto ferroviario in Italia

Il sito, caratterizzato da strette valli che impediscono l’accessibilità, è stato attrezzato con un sistema FlatMesh™ per monitorare la geometria dei binari (livello trasversale, longitudinale, sghembo 3 m e 9 m) con intervalli di lettura di 1 minuto con allarmi via e-mail e sms.

L'iniezione delle resine sotto il rilevato
4. Le operazioni di iniezione delle resine espandenti sotto il rilevato ferroviario (photo credit: Uretek Service)

Le soluzioni Senceive hanno permesso di avere un sistema totalmente indipendente a gestione remota, con un gateway alimentato da un pannello solare. GDTEST ha installato 18 clinometri “Triaxial Tilt Sensor Node – IXH” e un Gateway. L’installazione è rapida in quanto non richiede particolari accorgimenti, utilizzando clinometri triassiali con range ±90⁰.

I lavori di consolidamento di un rilevato ferroviario

Il sistema FlatMesh™ è stato impiegato efficacemente anche in lavori di consolidamento eseguiti da Uretek mediante iniezioni di resine espandenti nel rilevato ferroviario AV sulla linea Bologna-Rimini.

Il cedimento delle massicciate ferroviarie, le quali sono sottoposte ad un traffico sempre più intenso, può inficiare la qualità geometrica dei binari, i quali non soddisfano più i requisiti funzionali prescritti. Una nuova tecnica di stabilizzazione prevede l’utilizzo di resine espandenti per migliorare i terreni di fondazione e ridurre i cedimenti differenziali.

Il controllo con WebMonitor Senceive
5. Il controllo sghembo e livello trasversale “real-time”, con piattaforma WebMonitor Senceive, durante le iniezioni (photo credit: Uretek Service)

Durante le iniezioni, è necessario conoscere in tempo “quasi-reale” i dati geometrici dei binari che corrono lungo la massicciata, per valutare l’effetto della resina espandente sulla geometria degli stessi.

Senceive ha applicato con successo un sistema di diagnostica con tecnologia FlatMesh™ a supporto di questi lavori specialistici, permettendo di avere a disposizione un set di parametri geometrici (livello trasversale, longitudinale, Scarto XL, sghembo) con aggiornamento ogni 30 secondi.

Come si può vedere nelle Figure 4, 5 e 6, i lavori di iniezione possono procedere spediti anche senza interruzione della circolazione con la verifica dei parametri in “real-time” durante l’intervento.

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6. Il monitoraggio sia sul binario pari che dispari sulla tratta AV di intervento Bologna-Rimini con doppio binario (photo credit: Uretek Service)

L’installazione della sensoristica è speditiva e non richiede finestre di lavoro importanti, nemmeno interruzioni molto prolungate della circolazione ferroviaria.

Gli Ingegneri possono quindi supervisionare le iniezioni affidandosi a questo sistema wireless, che permette di informare in modo tempestivo il raggiungimento di soglie di allarme prefissate, con risoluzioni inferiori a 0,15 mm sul livello trasversale e longitudinale e una risoluzione di 0,05 mm/m sullo sghembo.

L’alta risoluzione dei sensori, la robustezza e il funzionamento wireless consentono di eseguire i lavori senza interrompere la circolazione ferroviaria, fattore estremamente importante per la gestione dell’infrastruttura.

I prodotti Senceive in ambito ferroviario
7. Lo schema di applicazione dei prodotti Senceive in ambito ferroviario

Perché utilizzare FlatMesh™

In conclusione, Senceive offre ai Clienti la possibilità di utilizzare sia la rete LoRa che FlatMesh™ per la trasmissione dei dati. Ma quali sono i reali vantaggi che FlatMesh™ offre, rispetto ai dispositivi IoT classici, su base LoRa?

Innanzitutto FlatMesh™ opera su una frequenza di 2,4 GHz (anziché 868 MHz) e utilizza dispositivi con un ridottissimo consumo energetico che assicurano una durata delle batterie fino a 12/15 anni, addirittura di due anni con intervalli di lettura di 1 min..

Il Gateway FlatMesh™ e la 4G Camera
8. Il Gateway FlatMesh™ e la 4G Camera

Il basso consumo energetico permette al gateway di essere alimentato solamente da un pannello solare e di avere una batteria interna con autonomia fino a 15 giorni in caso di interruzione di alimentazione.

FlatMesh™ quindi consente all’utente di analizzare i dati derivanti da un monitoraggio con letture ad alta frequenza anche in località remote, differente nei sistemi LoRa dove la trasmissione dei dati è molto più limitata (banda ristretta) e l’intervallo di lettura può scendere difficilmente sotto i 10/15 min. con molti sensori in una rete.

  For English version: https://www.stradeeautostrade.it/en/infrastructures-road-network/wireless-monitoring-of-railways-trackbed/

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