Avaliação do conforto e monitoramento da via permanente baseado no uso coletivo de sensores inerciais de baixo custo embarcados em trens em operação.

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Oliveira, Rafael Henrique de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Conforto vibracional veicular; Ferrovias; Fusão de sensores; Inertial sensors; Railway tracks; Railways; Sensor fusion; Sensores inerciais; Vehicle vibration comfort; Vias permanentes
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3138/tde-18042024-100442/

A inspeção periódica da via permanente ferroviária é imprescindível para garantir níveis de conforto e segurança. Entretanto, o uso de veículos e sistemas dedicados a essa atividade apresenta inconvenientes como os altos custos de aquisição, operação e manutenção, a consequente menor cobertura espaço-temporal e o considerável impacto no tráfego, fatores que estimulam pesquisa em alternativas de baixo custo e quase contínuas. Nesse contexto, esta pesquisa visa desenvolver uma metodologia para o uso de sensores inerciais de muito baixo custo, semelhante aos existentes em smartphones, a bordo de trens em operação para monitoramento do conforto e da qualidade da via. Parte-se da hipótese de que o uso coletivo destes sensores supera a baixa qualidade individual destes e produz resultados mais acurados e robustos. O conceito considera a fusão de dados em três aspectos críticos: a) alinhamento espaço-temporal dos dados; b) a identificação e exclusão dos sinais discrepantes; e c) a integração em si, realizada por meio de média simples dos sinais, caso especial da média ponderada pelo inverso da variância. As acelerações foram tratadas segundo a ISO 2631 para caracterização do conforto e, indiretamente, da qualidade da via. Foram realizados teste preliminares empregando smartphones de forma individual e testes subsequentes em ferrovias urbanas e de alta velocidade usando múltiplos dispositivos (até dez) emulando smartphones em nível de qualidade. Como resultado da abordagem coletiva, o sinal médio (coletivo) calculado de sensores redundantes resultaram em em redução de ruído coerente com a teoria e em melhora na correlação com os dados de referência, tando aqueles dinâmicos quanto os associados às geometria da via para os parâmetros relevantes. Para sensores não redundantes (isto é, instalados em diferentes posições do trem), as diferenças em posição e as variações de velocidade reduzem a similaridade entre os sinais e, por conseguinte, o desempenho do sinal médio. Ademais, os resultados evidenciaram o impacto reduzido de incertezas em posição (à parte a indisponibilidade dos sistemas de posicionamento por satélite), atitude e tempo sob o método proposto. As conclusões estabelecem base metodológica para futuras aplicações desses sensores de baixo custo, incluindo smartphones de passageiros, em atividades de monitoramento como complemento à inspeção viária já realizada.