Como as redes de sensores sem fio podem beneficiar a futura construção ferroviária do Reino Unido

A nação que inventou a máquina a vapor está prestes a voltar aos trilhos em termos de desenvolvimento ferroviário. E as tecnologias digitais poderiam ajudar a colocar o Reino Unido na vanguarda da inovação ferroviária à medida que o país se prepara para um dos seus maiores investimentos em infra-estruturas dos últimos anos. Para além das previsões de despesas de manutenção, renovação e melhoramento para os actuais e futuros períodos de controlo da Rede Ferroviária, mais os investimentos em curso nos projectos Crossrail 1 e 2, na próxima década ver-se-á dinheiro a ser canalizado para a Northern Powerhouse, ligando cidades do norte.

Mas a jóia da coroa ferroviária é a High Speed 2 (HS2), que se vai tornar o maior projecto de infra-estrutura única do Reino Unido, uma vez que reduz os tempos de viagem entre Londres, Birmingham, Manchester, as East Midlands e Leeds. Na sua visão geral das infra-estruturas ferroviárias do Reino Unido de Março de 2019, a empresa de contabilidade BDO estimou que estes projectos somariam 200 mil milhões de libras em investimento na próxima década, mais do dobro dos 80 mil milhões de libras gastos nos últimos 10 anos. 

Naturalmente, isso foi antes da COVID-19 lançar uma sombra sobre as perspectivas para a economia do Reino Unido. Mas há sinais de que a administração britânica ainda vai avançar com o máximo possível do seu programa de modernização ferroviária. Em Setembro, por exemplo, começou a dar-se início aos trabalhos de construção do HS2, um projecto que o governo diz que irá criar 22.000 postos de trabalho. Com as finanças públicas maltratadas pela COVID-19 e Brexit, será mais importante do que nunca que tais projectos cheguem a tempo e dentro do orçamento. 

Evitar falhas e acidentes

E é aí que a tecnologia digital pode desempenhar um papel significativo. Um dos maiores desafios em qualquer grande projecto de infra-estruturas é garantir que falhas e acidentes não desviem o progresso do curso. Nos caminhos-de-ferro, que se podem estender por centenas de quilómetros, o conhecimento do estado do solo por baixo da via é de primordial importância a este respeito. Os movimentos de terra e os deslizamentos podem literalmente descarrilar um projecto, criando atrasos e custos significativos. 

Para contrariar esta situação, os gestores de projectos recorrem à engenharia geotécnica, que combina a mecânica dos solos e das rochas para obter uma imagem das condições e dos materiais do subsolo. A importância desta disciplina nos projectos ferroviários não deve ser subestimada. De acordo com este estudo, por exemplo: "Compreender o solo e os riscos geotécnicos específicos que este apresentava foi fundamental para o sucesso do Crossrail, o projeto de 14 a 8 mil milhões de libras para a construção da linha ferroviária este-oeste Elizabeth em Londres, no Reino Unido."

Os riscos geotécnicos são suficientemente fáceis de controlar se o promotor do projecto tiver dados amplos e atempados sobre as condições do terreno. Mas a aquisição destes dados é um desafio por várias razões:

• O hardware e software dos sensores tem de ser capaz de cobrir longas distâncias de pista e altas densidades de sensores em estações, túneis e áreas críticas. 
• A monitorização não pode ser afectada pela alteração das condições ambientais, tais como o crescimento da vegetação ou construções próximas. 
• Os sistemas de sensores precisam de ser capazes de operar em locais que podem ser difíceis de alcançar e que estão sujeitos a um elevado nível de vibrações. 
• Não é suficiente monitorizar uma única variável; a segurança da via depende de uma série de parâmetros.
• Em algumas áreas, os sistemas de monitorização podem não ter acesso a fontes de energia externas. 
• A manutenção pode ser dispendiosa e o acesso aos sítios nem sempre é fácil, pelo que deve ser reduzida ao mínimo.  

Acompanhamento de uma vasta gama de medidas

Tipicamente, os sistemas de sensores ferroviários captam os movimentos no solo para assegurar a estabilidade e geometria da via, detectar avarias no subsolo e verificar os perigos nas estruturas circundantes, tais como aterros, muros de contenção e túneis. Mas as redes de sensores também podem ser adaptadas à via de uma série de outras medidas, tais como a temperatura e a humidade. E uma nova geração de tecnologias de redes de sensores está a acrescentar mais benefícios à mistura.

Os dispositivos de longo alcance(LoRa) e sistemas de rede podem ser integrados com uma vasta gama de protocolos e tecnologias de sensores e vêm com software de gestão fácil de usar. A interface do utilizador permite aos engenheiros configurar, monitorizar e rastrear múltiplos dispositivos ao mesmo tempo. Os sistemas são sem fios e fiáveis, com dispositivos que foram certificados pela National Rail e vêm com desenhos robustos com antenas internas. A segurança dos dados estende-se desde o dispositivo até ao nível da nuvem. 

Podem também durar até 10 anos no campo com uma única bateria, ou podem ser alimentados por vento ou por kits solares. Estão também disponíveis opções de gestão de conectividade de Edge e cloud computing, dependendo da proximidade preferida ao armazenamento de dados. Esta simplicidade, escalabilidade e fiabilidade fazem de LoRa a tecnologia de eleição para prestadores de serviços de engenharia, e podem conduzir a poupanças significativas em comparação com sistemas de monitorização manual ou baseados em cabos.

As empresas de engenharia estão a acordar para estes benefícios e a ganhar cada vez mais ofertas com base nas capacidades dos sistemas LoRa de ponta a ponta. E o valor das redes de sensores LoRa não pára depois de a linha ferroviária ter entrado em funcionamento. Os problemas que podem afectar os projectos de construção, tais como quedas de rocha ou falta de alinhamento vertical da via, são talvez ainda mais graves quando ocorrem em caminhos-de-ferro operacionais.

Melhorar a segurança dos passageiros

Este facto foi tragicamente trazido para casa em Agosto de 2020, quando um comboio descarrilou em Aberdeenshire após ter atingido um deslizamento de terras causado por uma forte chuva. Três pessoas morreram no acidente. A boa notícia é que se as redes LoRa forem instaladas ao longo da via durante a construção de novas vias férreas como a HS2, então podem formar a base para sistemas de alerta precoce que podem melhorar a segurança dos passageiros após a entrada em funcionamento dos serviços ferroviários. 

No futuro, por exemplo, tais sistemas poderão ser capazes de alertar os operadores de comboios para alterações nas condições ferroviárias que possam indicar a presença de um perigo na via. Podem também ajudar as equipas de manutenção a identificar áreas da via que possam estar em perigo de falhar, de modo a que a manutenção preventiva possa ser realizada com bastante antecedência em relação a um incidente. 

Para além de melhorar a segurança dos passageiros, tais sistemas poderiam também melhorar consideravelmente a eficiência ferroviária, reduzindo simultaneamente os custos. A monitorização do estado e de falhas baseada em sensores, por exemplo, poderia permitir às equipas de engenharia concentrarem-se apenas nos troços de via que realmente necessitam de atenção, sem ter de reduzir os serviços de manutenção de rotina que poderiam não ser necessários.

Alojamento de uma vasta gama de sensores

Os sistemas de monitorização do estado podem recolher dados de pista de 30 em 30 minutos ou mais e fornecer um aviso prévio de problemas físicos, tais como detritos na pista, problemas de interferência nas comunicações, tais como uma antena partida num dispositivo. Os sistemas de sensores podem medir a escala (a diferença de elevação entre os carris interiores e exteriores) e a torção (o gradiente de escala sobre um comprimento de via férrea) na via, o que pode indicar instabilidades perigosas, quedas de rochas, fissuras, assentamentos ou variações da pressão da água nos poros. 

As plataformas de rede LoRa, como o sistema de monitoramento sem fio da Worldsensing, estão perfeitamente posicionadas para fornecer esses serviços, pois podem acomodar uma gama crescente de tipos e tecnologias de sensores. Além disso, a LoRa é um padrão industrial estabelecido que se espera que perdure no futuro. 

A nível mundial, a plataforma Worldsensing já foi utilizada em grandes projectos, como o túnel Hieflau na Áustria, a linha de metro U5 na Alemanha, o caminho de ferro Roslagsbanan na Suécia, a ligação ferroviária Purple Line nos EUA e a ligação ferroviária da cidade de Auckland na Nova Zelândia. No Reino Unido, ajudou a melhorar a segurança em projectos como o HS1 e o Crossrail. Foi também certificada para utilização no projeto HS2. Agora, tudo o que é necessário é colocar os sensores no solo.