Ce système permet de mesurer les paramètres suivants: nivellement longitudinal et flèche du rail gauche et du rail droit, écartement (mesure double), dévers, gauche, courbure et rayon de courbe, gradient du profil en long (pente) et position au moyen du GPS.
Il permet en outre de relever la vitesse de mesure, la distance parcourue, les « événements » et les points singuliers (tunnels, ponts, etc.), de même que la température ambiante.
Le système de mesure de la géométrie de la voie comporte les modules suivants : une unité de mesure inertielle (IMU), un double système de mesure optique de l’écartement (Dual OGMS) et un équipement de localisation (système de navigation avec récepteur GPS intégré et antenne GPS).
La voiture de mesure est, quant à elle, équipée d’un cadre de mesure fixé sur les quatre boîtes d’essieux du bogie, sur lequel sont montés les unités de mesure inertielles (IMU) et les quatre capteurs du double système de mesure de l’écartement. La structure d’ensemble de la voiture de mesure est extrêmement robuste. Les équipements sont disposés de telle façon que le cadre, les unités de mesure inertielles (IMU) et les capteurs sont en permanence guidés parallèlement à la surface des rails. Le cadre de mesure sert ainsi de plan de référence pour les mesures de la voie.
Le bogie sollicite la voie pendant les marches de mesure, aussi la structure de la voiture de mesure permet-elle de mesurer la géométrie de la voie sous charge, en présence de sollicitations réelles. Il n’est pas nécessaire de compenser les courses de suspension ou les mouvements de caisse, les dispositifs étant directement reliés à la voie par les boîtes d’essieux. Le système de mesure garantit ainsi une précision de mesure maximale, que la voiture de mesure soit arrêtée, ou qu’elle circule à vitesse élevée.
Pour pouvoir fournir des données précises de géométrie de voie, les systèmes conventionnels de mesure inertielle requièrent une vitesse de mesure minimale, selon les longueurs d’ondes devant être mesurées. Cette vitesse de mesure minimale est de 27 km/h pour une longueur d’onde de 30 m et de 135 km/h pour une longueur d’onde de 150 m. Dans des conditions normales d’utilisation, une telle vitesse de mesure minimale de la voiture de mesure ne peut pas être garantie de façon continue. Lorsque la vitesse maximale de la ligne ne permet pas d’atteindre la vitesse minimale de mesure, ou lorsque la voiture de mesure choisie n’est pas capable d’atteindre la vitesse minimale de mesure, les enregistrements présentent des lacunes.
Pour éviter ce genre de problèmes, la Société Plasser & Theurer met en œuvre des systèmes de mesure inertielle (IMU) dotés d’équipements de navigation intégrés ; une innovation qui a permis de généraliser l’utilisation des unités de mesure inertielle (IMU). Les unités de mesure inertielles ne présentent pas d’élément mobile, elles sont donc très robustes. Grâce au cadre de mesure, elles sont directement reliées aux boîtes d’essieux de mesure, pour pouvoir relever directement la géométrie de la voie. La combinaison de l’unité de mesure inertielle (IMU) et de l’équipement de navigation donne des valeurs de mesure précises, à vitesse élevée comme à faible vitesse. De plus, les valeurs de mesure sont tridimensionnelles. Il est possible de relever à la fois les valeurs de géométrie de voie habituelles et l’inclinaison longitudinale de la voie.
L’unité de mesure inertielle (IMU) est toujours maintenue à une distance verticale constante des rails. Elle est dotée de trois accéléromètres et de trois capteurs angulaires pour la mesure des variations d’angle. Grâce au relevé des mouvements pendant la marche, l’unité de mesure inertielle (IMU) fournit les coordonnées terrestres d’une courbe spatiale, représentant la position exacte de la voie dans l’espace. La liaison horizontale entre l’unité de mesure inertielle (IMU) et les rails est assurée par le double système de mesure de l’écartement, monté sur le cadre de mesure. L’évaluation correcte de l’état de la voie sur ligne à grande vitesse nécessite impérativement le relevé de la géométrie de la voie sous la forme d’une courbe spatiale : la seule mesure de la flèche n’est pas suffisante.
Les mesures de la géométrie de la voie ne présentent un intérêt que si elles sont localisées avec une grande précision. Le repérage manuel des « événements » par action sur l’une des touches du clavier dédiée permet d’obtenir une précision de l’ordre de 6 m. Dans certaines conditions – notamment durant la nuit – il est très difficile voire impossible à réaliser.
Le système de synchronisation différentielle locale avec le GPS (DGPS)* fait partie intégrante du système de mesure de la géométrie de la voie de la Société Plasser & Theurer. Il permet d’ajouter de façon entièrement automatique et simultanée les indications nécessaires pour localiser précisément les données de mesure de la voie, ce qui rend superflue la synchronisation locale manuelle. Avec les données DGPS, la précision de localisation est de 0,4 m. Les coordonnées GPS proviennent du récepteur GPS, sauf dans les zones où il n’y a pas de réception (tunnels, par exemple) : dans ces endroits, elles sont générées par l’unité de mesure inertielle (IMU), jusqu’à ce qu’il y ait à nouveau une réception GPS. Pour retrouver ensuite les zones de défauts, il faut un récepteur GPS du commerce. Le signal GPS est également utilisé pour compenser l’influence de la rotation de la terre sur l’unité de mesure inertielle (IMU).
Le système informatique embarqué relève l’ensemble des coordonnées de la courbe spatiale de la voie. La résolution des mesures est déterminée par le système de mesure de distance qui fournit 10.000 impulsions par tour de roue. A intervalles prédéfinis (réglage effectué par l’utilisateur, tous les 25 cm par exemple), le système informatique demande aux sous-systèmes les données de mesure instantanées qu’il mémorise dans une base de données. De façon synchrone, le système de navigation fournit les données de localisation exactes qui sont également mémorisées dans la base de données.
Tous les paramètres de la géométrie de la voie sont déduits de cette courbe spatiale avec un dimensionnement exact. En parallèle, un rapport sur les défauts et sur les dépassements de valeurs limites est édité en temps réel : celui-ci liste l’ensemble des valeurs de mesure situées en-dehors des tolérances définies.
L’une des exigences essentielles pour la mesure de la voie est le relevé de l’état de la voie sous charge, étant donné que, par essence, la qualité géométrique de la voie en l’absence de charge ne fournit aucun renseignement sur le comportement de la voie en conditions d’exploitation réelles.
La disposition des capteurs sur le cadre de mesure, qui est relié de façon fixe au bogie, permet de respecter cette exigence, en mesurant la voie chargée par la voiture de mesure.
Précisions de mesure, reproductibles et documentées :
Le système Plasser & Theurer est capable de mesurer la géométrie de la voie jusqu’à une vitesse de 300 km/h. Contrairement aux systèmes classiques de mesure inertielle, son fonctionnement ne requiert pas de vitesse minimale.
L’un des avantages essentiels du système de mesure de la géométrie de la voie de la Société Plasser & Theurer réside dans sa souplesse quasi-illimitée en matière de présentation des données de mesure. C’est ainsi que le dressage et le nivellement des deux rails peuvent être affichés simultanément et en temps réel, à la fois sous la forme d’une courbe spatiale pour trois longueurs d’ondes choisies librement, et sous la forme de trois bases de mesure également choisies librement. Tous les paramètres peuvent être observés dans n’importe quelle combinaison et sur n’importe quel terminal raccordé au système, pendant la marche de mesure. Le logiciel offre plus de cent possibilités de calculs différentes, aussi bien mathématiques que spécifiques à la voie ferrée. De plus, le système peut émuler en temps réel d’autres systèmes de mesure conçus suivant d’autres principes de mesure. Il est ainsi possible de comparer des relevés plus anciens aux nouveaux relevés.
* GPS différentiel
