Manutenção ferroviária: a Nova Fronteira da Monitorização sem fios

Os caminhos-de-ferro necessitam de manutenção constante a fim de garantir a segurança tanto dos passageiros como dos trabalhadores ferroviários. Além disso, o tempo de paragem das linhas ferroviárias custa gravemente às empresas ferroviárias em termos económicos, não só sob a forma de medidas correctivas mas também devido à insatisfação e compensação dos clientes. Neste momento, a monitorização ferroviária para manutenção preditiva é bastante básica: para a maioria das redes ferroviárias, um comboio especial com sensores nas suas rodas percorre toda a rede ferroviária uma vez dentro de um período de tempo fixo, normalmente 6-12 meses. Este comboio mede vários parâmetros-chave ao longo de todo o sistema ferroviário. Em particular, ele traça alterações na diferença de altura e largura entre as duas linhas, porque se estas distâncias mudarem, o risco de descarrilamento do comboio pode ser maciçamente aumentado. O "comboio de monitorização" identifica assim onde quaisquer correcções nas linhas podem ser necessárias. Contudo, esta medição só é feita esporadicamente; nos meses restantes, ninguém sabe o que está a acontecer.

Os operadores ferroviários necessitam assim de uma nova forma de controlo que lhes permita conhecer constantemente a forma como os carris estão a circular. A monitorização sem fios é uma solução que pode dar aos operadores acesso a dados em tempo real sobre os carris que supervisionam.

Vamos examinar algumas das vantagens dos sistemas de monitorização sem fios em tempo real para a indústria ferroviária:

1. Optimizar o ciclo de manutenção

Os sistemas de monitorização sem fios transmitem informação em tempo real aos centros de operações ferroviárias, o que significa que os operadores têm acesso a um fluxo contínuo de informação sobre o estado dos seus carris, permitindo-lhes optimizar o ciclo de manutenção. Ao contrário dos métodos tradicionais de monitorização, tais como o "comboio de monitorização" acima mencionado, que apenas produz informação desactualizada de poucos em poucos meses, a monitorização sem fios e em tempo real permite aos operadores ver a situação real no terreno em qualquer momento. Isto significa que podem detectar potenciais anomalias nas vias férreas e efectuar a manutenção não só de forma reactiva, mas na realidade antes da ocorrência de incidentes. Se uma área da via parece estar a mover-se fora dos parâmetros do que é "normal", então os operadores ferroviários podem enviar equipas de manutenção ferroviária para verificar a área e implementar as acções necessárias antes que algo aconteça, tais como o descarrilamento de um comboio.

2. Introduzir a previsão

Se combinadas com ferramentas de aprendizagem por máquina, as soluções de monitorização sem fios podem também melhorar a sua capacidade de prever potenciais incidentes ao longo do tempo, construindo modelos mais precisos à medida que são introduzidos outros conjuntos de dados. A acumulação de dados sobre o estado das pistas ao longo de um longo período de tempo dá aos operadores a oportunidade de construir modelos de previsão. Também lhes dá acesso a informações precisas e a longo prazo sobre o comportamento provável dos carris em determinadas circunstâncias, tais como durante incidentes climáticos extremos, como ondas de calor ou geadas.

A medição a longo prazo do comportamento das vias e do terreno circundante é necessária para a modelação e planeamento estratégico: nomeadamente, permite planear a manutenção preditiva antes do tempo, mesmo que não se verifiquem anomalias.

3. Trata de necessidades específicas dos caminhos-de-ferro

Os caminhos-de-ferro têm necessidades específicas de monitorização; os sistemas de monitorização sem fios podem tratar destes de várias maneiras se oferecerem os contadores e software específicos para os caminhos-de-ferro.

• Em primeiro lugar, as pistas têm de ser monitorizadas regularmente usando um tiltmetro devido à necessidade de poder medir diagonalmente. Como não é possível equipar toda a rede com estes medidores e sensores, o fornecedor do sistema de monitorização sem fios precisa de ajudar a empresa ferroviária a identificar pontos estratégicos ao longo das vias onde as medições são mais cruciais (talvez pontos vulneráveis a flutuações) e reflectirão com maior precisão o estado do resto das vias. Fixar um tiltmeter a uma parte da infra-estrutura onde se sabe que existe uma maior probabilidade de inclinação trará melhores resultados em termos de ser capaz de prevenir incidentes. Isto pode então ser utilizado para monitorizar infra-estruturas estáticas existentes, como túneis e pontes.
• Além disso, os caminhos-de-ferro precisam de um sistema remoto de baixa manutenção, uma vez que certas partes dos carris podem ser difíceis, arriscadas ou perturbadoras de acesso, e a manutenção ou monitorização pode significar tempo de paragem dos carris. A durabilidade também é fundamental. As vias férreas são ambientes duros: enfrentam todas as condições climáticas e estão expostas a maquinaria metálica muito pesada e de movimento rápido (isto é, comboios). O hardware de monitorização, tais como sensores e os nós de dados que são utilizados para os digitalizar, precisam de ser tão duráveis quanto possível. Muitos sistemas de monitorização sem fios são especificamente concebidos para tal, pelo que os operadores ferroviários devem procurar o fornecedor que possa garantir a durabilidade.

Uma fotografia de um comboio que descarrilou após um deslizamento de terras entre Arisaig e Glenfinnan, Lochaber, Janeiro de 2018 (Fotografia: PA)

4. Monitorização da área circundante

As soluções de monitorização sem fios não só permitem aos operadores monitorizar os seus carris ferroviários, mas também a área circundante. Isto é essencial: frequentemente os incidentes, tais como descarrilamentos, são causados não por falhas na via mas por movimentos no terreno circundante. Um comboio na Escócia, por exemplo, foi descarrilado em Janeiro de 2018, depois de um tempo dramático ter causado um grande deslizamento de terras. Medir o comportamento do solo em torno dos carris é especialmente importante se houver um estaleiro de construção nas proximidades: os operadores precisam de medir a pressão da água e os sistemas do solo, por exemplo. Os operadores ferroviários precisam assim de um conhecimento muito maior sobre toda a área circundante dos carris, a fim de obterem uma imagem mais clara da situação no terreno. A alimentação constante de dados a partir de sensores - posicionados não só na infra-estrutura central mas também na área circundante dentro de furos, edifícios ou mesmo no solo - permite uma modelação do contexto que pode assegurar um planeamento estratégico e decisões precisas.

5. Redução de riscos

A segurança tanto dos passageiros como dos trabalhadores nas linhas ferroviárias está no centro das preocupações dos operadores ferroviários. A manutenção preditiva em tempo real, possibilitada através de monitorização sem fios, permite aos operadores manterem os seus carris de forma preditiva. Isto permite a manutenção tanto no momento imediato (assinalando os problemas à medida que estes surgem) como a longo prazo (construindo modelos contextuais e estratégicos a longo prazo para assegurar o tipo mais preciso de implantação da manutenção).

A manutenção ferroviária preditiva, baseada na tecnologia IoT, reduz maciçamente o risco de um incidente acontecer, uma vez que os operadores são capazes de implementar acções de manutenção preventiva e planear estrategicamente a manutenção através de conjuntos de dados acumulados.

Isto resulta em enormes poupanças a longo prazo: o tempo de paragem das linhas ferroviárias devido a incidentes custa às empresas ferroviárias milhares de dólares por minuto. Além disso, as medidas correctivas após um incidente são, a longo prazo, significativamente mais dispendiosas do que os pequenos ajustamentos preditivos realizados regularmente ao longo do tempo.

6. Monitorização a longa distância e à distância

As vias férreas não são fáceis de monitorizar e manter manualmente. Como existem muitos ambientes que não podem ser monitorizados manualmente sem ter de colocar os trabalhadores em risco ou colocar a linha ferroviária fora de uso, a monitorização à distância e a longa distância é um requisito obrigatório para os operadores ferroviários.

Outra razão pela qual a monitorização sem fios IoT é fundamental para a indústria ferroviária é a necessidade de monitorizar os pontos de comutação.

Os pontos de comutação, frequentemente localizados em pontos aleatórios ao longo das vias férreas no meio do campo, são particularmente vulneráveis a serem danificados por pessoas que desejem vandalizar o equipamento ferroviário. Os vândalos podem causar danos significativos a um ponto de comutação e colocar uma linha ferroviária, ou várias linhas, fora de serviço durante muitas horas, causando atrasos e custos significativos para o fornecedor ferroviário. A utilização de câmaras e sensores para monitorizar os pontos de comutação em tempo real permite aos operadores ver quem pode estar a interferir com um ponto de comutação, onde e quando. Isto também funciona como um dissuasor para os vândalos, que sabem que são mais susceptíveis de serem apanhados com sensores e câmaras no local.

7. Integração com sistemas herdados

Como diferentes empresas ferroviárias utilizam diversos sistemas de TI, e interagem constantemente com uma série de intervenientes dos sectores público e privado que também têm os seus próprios sistemas, qualquer sistema de monitorização tem de ser capaz de ser integrado com estes sistemas existentes. Muitos sistemas de monitorização sem fios podem ser integrados com qualquer sistema TI, e podem funcionar com uma gama de sensores e nós de dados, mas nem todos oferecem isto. Escolher um sistema que possa ser facilmente integrado com sistemas e equipamentos antigos, e um fornecedor que possa oferecer conselhos sobre a melhor forma de o fazer, é particularmente essencial para a indústria ferroviária - na qual muito está em linha quando se trata de instrumentação e monitorização.