Rozwiązanie inteligentnego monitoringu dla metra w Rennes

Autor: Guillaume Labrie, Clément Anet (Datageo), Steve Thurgood

Kiedy specjaliści w dziedzinie geodezji i inżynierii geometrycznej, DataGeo i Kadran Ingenierie, potrzebowali zapewnić stały monitoring podczas rozbudowy linii kolejowej w Rennes we Francji, skonsultowali się z Leica Geosystems w celu znalezienia rozwiązania, które sprostałoby technicznym wyzwaniom projektu. Dzięki zastosowaniu innowacyjnego systemu bezprzewodowych sensorów geotechnicznych WiSenMeshWAN®, rozwiązanie okazało się skuteczne w monitorowaniu linii kolejowej w Rennes, upraszczając zbieranie danych i ogólny przebieg prac, a także umożliwiło DataGeo i Kadran rozszerzenie usług i przyjęcie projektów monitoringu, które wcześniej nie były możliwe.

Zakrojona na szeroką skalę rozbudowa lekkiej kolei w Rennes ma uczynić to francuskie miasto jeszcze bardziej atrakcyjnym i wygodnym miejscem do życia, prowadzenia działalności gospodarczej i zwiedzania.

Zobowiązanie władz miejskich do wprowadzenia wydajnego i zrównoważonego systemu transportu publicznego w stolicy Bretanii rozpoczęło się w 2002 roku, kiedy to uruchomiono pierwszą w pełni automatyczną trasę kolejową (linia A). W tym czasie Rennes było najmniejszym miastem na świecie posiadającym system metra.

Pociągi bez maszynisty na linii A pokonują dystans 8,6 km, przewożąc dziennie około 140 tys. pasażerów. Budowa nowej linii B sygnalizuje ambicje miasta, aby skorzystać z większej liczby podróżnych poprzez poszerzenie zakresu i pojemności systemu metra. Szacuje się, że 13,4-kilometrowa trasa łącząca południowy zachód z północnym wschodem miasta przyciągnie dodatkowe 100 000 użytkowników dziennie.

Specjaliści w dziedzinie geodezji i inżynierii geometrycznej, firmy DataGeo i Kadran Ingenierie, pracujący nad projektem budowlanym, zostali poproszeni o zapewnienie ciągłego monitorowania w czasie rzeczywistym wpływu wibracji, odkształceń i zmian temperatury na zainstalowane torowisko. Teren robót od początku do końca ma długość 2,5 km, a tor biegnie nad ziemią wzdłuż prostego odcinka i serii łuków.

Pomiar zmian

Pociągi metra w Rennes przypominają pozbawione maszynisty tramwaje lub autobusy, działające na stałej trasie, prowadzone przez zasilaną elektrycznie szynę na betonowej ścieżce. System jest mocowany do konstrukcji betonowych w sekcjach, oddzielonych na swojej długości ruchomymi przegubami.

W ramach bezpiecznej eksploatacji i utrzymania linii kolejowej, rozwiązanie w zakresie długoterminowego monitorowania informowałoby spółkę eksploatującą o wszelkich deformacjach torów i konstrukcji, spowodowanych z czasem przez wibracje pociągów i zmiany temperatury.

Monitorowanie, mające na celu sprawdzenie, czy odczyty pozostają stale poniżej określonego progu, zapewniłoby płynną jazdę pociągu i dostarczyłoby zainteresowanym stronom istotnych danych na temat wpływu naprężeń mechanicznych na szynę prowadzącą.

Idealne rozwiązanie

Dzięki doświadczeniu w pracy z tachimetrem Leica TS16, zespół DataGeo/Kadran zaufał już wiarygodności rozwiązań Leica Geosystems. Niezależnie od tego, czy prowadzimy monitoring w trakcie realizacji projektu, korzystając z tachimetru Leica z wbudowaną aplikacją Leica Captivate TPS Monitoring, czy też prowadzimy ciągły monitoring z wykorzystaniem tachimetrów sterowanych zdalnie za pomocą Leica GeoMoS, oferta Leica Geosystems w zakresie zautomatyzowanych pomiarów i monitoringu pozwala na realizację wielu projektów i zastosowań.

Jednak wyjątkowe czynniki środowiskowe występujące w tym miejscu, w tym sąsiadujące metalowe ogrodzenie zasłaniające widok na tory, skłoniły zespół do zasięgnięcia porady eksperta - Guillaume Labrie, menedżera ds. monitoringu i kolei w Leica Geosystems France - na temat najlepszego rozwiązania w zakresie monitoringu dla metra w Rennes. Guillaume zasugerował WiSenMeshWAN®, innowacyjny system czujników geotechnicznych jako idealne rozwiązanie. Uznał, że dane względne z czujników WiSen spełniają wymagania projektu, ponieważ pomiary 3D z instrumentów TPS nie były potrzebne. Produkty te, oparte na zautomatyzowanej technologii bezprzewodowej, upraszczają proces zbierania danych, integrują się z istniejącymi procesami pracy i są w pełni kompatybilne z rozwiązaniami do monitoringu firmy Leica Geosystems.

Rozwiązanie w zakresie monitoringu dla metra w Rennes:

System monitoringu obejmował następujące elementy:

• 4 SmartGateways z panelami słonecznymi.
• 19 węzłów komunikacyjnych 1-kanałowych i 14 4-kanałowych, zainstalowanych na szczelinach dylatacyjnych betonowego toru i szyny prowadzącej, podłączonych do szczelinomierzy, tensometrów i czujników temperatury.
• 24 czujniki pochylenia i odległości, służące do pomiaru rozszerzalności szyn oraz przemieszczenia poprzecznego płyty torowej względem pokładu. 

Projekt na zamówienie podzielił teren na 3 oddzielne, ale połączone obszary pomiarowe. Siatka bezprzewodowych węzłów czujników dalekiego zasięgu oraz czujników geotechnicznych z drutu wibracyjnego innych firm została zainstalowana w odstępach na torze. Każdy węzeł w sieci automatycznie dokonuje pomiarów i przesyła dane do SmartGateway. Czujniki działają na niższej podczęstotliwość 1GHz, dzięki czemu unikają zakłóceń w komunikacji spowodowanych przez inne sygnały radiowe, takie jak WiFi, powszechne w obszarach miejskich Rennes.

SmartGateways są jednostkami dowodzenia w obrębie rozproszonej sieci bezprzewodowej, odbierającymi dane ze wszystkich węzłów i przesyłającymi dane oraz informacje o systemie do zdalnego serwera za pośrednictwem sieci komórkowej. W Rennes pomiary są wykonywane i przesyłane co godzinę do SmartGateways, z których każdy jest zasilany przez małe panele słoneczne. Częstotliwość raportowania była ustawiana i kontrolowana zdalnie, choć system mógł automatycznie aktualizować i raportować częściej, jeśli uruchomione zostały alarmy.

Bezpiecznie i prosto

Zautomatyzowana technologia skutecznie usuwa ludzi z potencjalnego zagrożenia, minimalizując potrzebę ciągłego dostępu. W Rennes kable elektryczne wysokiego napięcia zasilające pociągi w pobliżu torów stanowiły zagrożenie bezpieczeństwa dla personelu wchodzącego na teren prac. Po zainstalowaniu system jest sterowany zdalnie i praktycznie nie wymaga konserwacji, a zasilanie bateryjne każdego węzła ma wystarczyć na 10 lat ciągłego użytkowania.

Dane pomiarowe są automatycznie przesyłane do platformy w chmurze i mogą być wizualizowane w tabelach i wykresach, do których można bezpiecznie uzyskać dostęp, czytać, udostępniać, kontrolować i analizować za pośrednictwem przeglądarki internetowej. Pełna kontrola nad systemem jest prosta i intuicyjna, umożliwiając użytkownikowi dodawanie lub usuwanie czujników, tworzenie niestandardowych obliczeń lub zmianę interwałów odczytu w zależności od potrzeb.

Dodatkowe funkcje systemu zwiększają wartość projektu monitorowania, ponieważ można ustawić niestandardowe poziomy alarmowe oraz wygenerować i wysłać automatyczne raporty PDF, co umożliwia zespołowi inżynierów podejmowanie świadomych decyzji.

Korzyści w ramach projektu i poza nim

Zastanawiając się nad wpływem innowacyjnego systemu monitorowania, Clément Anet, kierownik techniczny DataGeo/Kadran, zauważył szereg korzyści, począwszy od konfiguracji, poprzez integrację procesów roboczych, aż do pozyskania przyszłych projektów.

"Inteligentne wykorzystanie technologii bezprzewodowej do monitorowania uprościło nasze procesy robocze, dodając wartość do tego, co robimy. Po wykorzystaniu tego sprzętu i tego sposobu pracy, patrzymy na integrację sprzętu WiSen w przyszłych projektach, które wykorzystują również tradycyjne pomiary. Daje nam to możliwość podjęcia dodatkowych prac, których normalnie nie bralibyśmy pod uwagę. Otrzymaliśmy nowe narzędzie z pudełka - a do tego proste w obsłudze, dostarczające bogactwo danych, 24/7, w mgnieniu oka, w ułamku czasu. Podłączyliśmy to wszystko i po prostu zadziałało" - mówi Anet.