Sistema sensorial de infrarrojos para la detección de obstáculos en entornos ferroviarios

Resumen

En esta tesis se propone un sistema para la detección de caída de objetos sobre las vías en líneas ferroviarias, siendo en principio las zonas a supervisar las asociadas a pasos elevados y túneles, respondiendo a las exigencias recogidas en las normativas ferroviarias correspondientes, No obstante, el sistema que se propone puede ser utilizado en otras áreas como los pàsos a nivel, vinculados a las líneas convencionales. El sistema de detección propuesto consiste en una barrera con emisores infrarrojos ubicada a un lado de la vía, y otra barrera con detectores al otro, enfrentadas ambas y situadas a lo largo de toda la zona que sedesea supervisar. Los objetos se detectan a partir de la interrupción de los enlaces entre emisores y receptores. Debido a que este tipo de detector pertenece al grupo de elementos que intervienen en la seguridad ferroviaria, las exigencias de fiabilidad y disponibilidad son muy elevadas. En esta tesis se proponen diferentes métodos de proceso y análisis de la información proporcionada por los sensores de infrarrojos, de manera que el sistema de detección de objetos propuesto presente la máxima fiabilidad posible, minimizando la generación de falsas alarmas. En primer lugar, se ha propuesto una estructura sensorial que aprovecha notablemente la apertura espacial de los elementos sensoriales, obteniéndose una gran diversidad espacial y redundancia en la detección de objetos que suponen un riesgo para la circulación ferroviaria (objetos de dimensiones superiores a 50x50x50 cm). Otros sistemas basas la detección de objetos en la interrupción de los enlaces directos que forman emisores y receptores. En este caso, se realiza multi-emisión y multi-detección simultánea, estableciéndose además de enlaces directos (los del eje axial) otros enlaces laterales. Esto, además de proporcionar una gran aredundancia en la detección, permite ubicar espacialmente los objetos en la zona vigilada. Para poder discriminar las diferentes emisiones que llegan simultáneamente a cada receptor se ha realizado la codificación de las mismas basada en conjuntos de secuencias complementarias. El funcionamiento multimodo de la barrera requiere que los códigos elegidos presenten muy bajas correlaciones cruzadas, de forma que se puedan detectar simultáneamente todas las emisiones presentes en los receptores, siendo ésta una de las razones fundamentales de elegir conjuntos complementarios de secuencias, aparte de la eficiencia implementación electrónica de los procesos de correlación. Además, la codificación propuesta dota al detector de una alta inmunidad al ruido, característica fundamental al tratarse de un sistema que funcionará en exteriores, con diferentes condiciones meteorológicas y con la interferencia que genera la radiación solar. Para adaptar el funcionamiento del sistema a los cambios que se producen en el canal de transmisión o zona supervisada (meteorología, radiación solar, suciedad de los elementos ópticos, etc.) e incluso la degradación que pueden sufrir los sensores por su funcionamiento continuado, se ha propuesto el uso de un estimador basado en el filtro H para cada enlace de la barrera infrarroja. De esta manera, si el grado de degradación lo permite, se analizan y se compensan individualmente los efectos que el canal genera. Debido a que la información que proporciona un solo receptor no es determinante sobre la existencia de objetos, se ha propuesto el uso de la técnica PCA para realizar un análisis global del estado de todos los enlaces de la barrera, determinando si existen o no objetos. Por otra parte, para aumentar la fiabilidad del sistema, se ha propuesto la fusión de la información que proporcionan todos los receptores de la barrera, de forma que se obtenga un valor de lacerteza que se tiene de que existan objetos en la zona vigilada. Esto es de vitar importancia, ya que pueden existir situaciones en las que se produzcan interrupciones aleatorias de los enlaces, producidas por pequeños animales en el área de detección (pájaros), o incluso el movimiento de hojas u otros objetos producido por el viento. Estas situaciones, en principio no suponen un riesgo para el tráfico ferroviario, no debiéndose generar por tanto alarmas por la existencia de objetos. Finalmente, indicar que se han realizado numerosas pruebas prácticas en entornos exteriores, cuyos resultados han sido altamente satisfactorios, y poner de manifiesto la validez de los diferentes algoritmos propuestos.