FACOLTA’ DI INGEGNERIA
DI TOR VERGATA - ROMA
Roma 30-5-2007
Impiego dei sistemi di riconoscimento
vibroacustico in ambito ferroviario
30-5-2007
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
DI TOR VERGATA - ROMA
Temi dell’incontro
Un po’ di background:
•L’esperienza del riconoscimento vocale
•Architettura dei sistemi
•Benefici e limiti
Alcune applicazioni pratiche in ambiente non ferroviario
Esperienze in ambito ferroviario:
•I pantografi
•La qualità di marcia
30-5-2007
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
DI TOR VERGATA - ROMA
Un po’ di background
L’esperienza del riconoscimento vocale
•La impossibilità di un modello deterministico (ogni ricorrenza della
stessa parola e’ diversa)
•La individuazione degli elementi significativi come sequenze di
stati nel tempo cui corrispondono domini di valori associati allo
stato (catene di Markov)
•La introduzione di modelli statistici basati su modelli di riferimento
contenuti in vocabolari e la possibilità di migliorare la efficacia con
apprendimento
•La evoluzione del modello con logiche “knowledge based” e livelli
successivi di riconoscimento
30-5-2007
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Un po’ di background
L’architettura dei sistemi (1)
I sistemi di elaborazione
Regole:
dati
Sistemi di analisi
Sistema di training
Osservatore
Features
extractor
Normalizzatore
post-elaboratore
Vocabolario
Pre valutatore
a regole
IDENTIFICAZIONE
30-5-2007
Riconoscitore
a regole o
statistico
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Un po’ di back ground
L’architettura dei sistemi (2)
I sistemi di elaborazione e controllo in campo
IDENTIFICAZIONE
Osservatore
Features
extractor
Normalizzatore
post-elaboratore
Riconoscitore
statistico
Vocabolario
30-5-2007
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
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Un po’ di background
L’architettura dei sistemi (3)
L’osservatore: l’osservatore costituisce il sottosistema di acquisizione direttamente
collegato con i sensori. L’osservatore gestisce e memorizza le acquisizioni secondo
parametri di durata, di frequenza di campionamento e di istante di “trigger”
preimpostati.
Il Features extractor: il Features extractor è il sottosistema preposto alla estrazione
dei parametri essenziali dalla registrazione effettuata dall’osservatore,
Il Sistema di analisi : il sottosistema di analisi è il sottosistema in grado di
permettere analisi e confronto del segnale nei diversi domini. Tramite il sottosistema
è possibile effettuare indagini utili alla comprensione delle caratteristiche dei segnali.
Il Normalizzatore / post elaboratore . il normalizzatore/post-elaboratore è
utilizzato per effettuare operazioni matematiche quali medie, differenze,
moltiplicazioni dei parametri estratti dal “features extractor”.
Il riconoscitore a regole : il riconoscitore è il sottosistema in grado di elaborare con
logica “sfumata” i parametri forniti dal “normalizzatore” e di dare indicazioni circa
la classe di appartenenza del segnale analizzato.
30-5-2007
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
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Un po’ di background
L’architettura dei sistemi (4)
Il Prevalutatore a regole: il sottosistema è utilizzato per fare una valutazione
preliminare del tipo di parametri da estrarre a seconda del comportamento del
segnale
Il Sistema di training:: il sottosistema è utilizzato per effettuare un vocabolario
delle classi di valori statistcamente rilevati nei parametri estratti dal segnale.
Il Vocabolario : il vocabolario contiene i modelli di distribuzione statistica delle
classi di valore dei parametri per le diverse classi di segnale
Il Riconoscitore statistico: il sottosistema è utilizzato per effettuare il confronto tra
la distribuzione delle classi di valori dei parametri del vocabolario con i valori dei
parametri relativi al segnale corrente al fine di effettuare il riconoscimento
probabilistico della classe del segnale osservato.
30-5-2007
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
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Un po’ di background
Benefici e limiti dell’approccio
Milioni di persone comunicano e si capiscono ogni giorno anche se
talvolta la parola singola non e’ capito o peggio si capisce una
parola per l’altra
•Il sistema può apprendere
•Il sistema e’ applicabile a fenomeni diversi
•Il sistema e’ SW e può aumentare i parametri (anche eterogenei)
per ampliare la base di valutazione
•La efficacia dei sistemi dipende da: comprensione dei fenomeni di
riferimento (scelta dei parametri di riferimento), completezza dei
modelli di riferimento (scelta delle occorrenze di training)
•Il modello non e’ deterministico
•Il modello si può complementare con sottosistemi “knowledge
based” (regole) e deterministici
30-5-2007
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
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Alcune applicazioni pratiche
Aeroporti di Roma: Il sedime aeroportuale
ABB – Muratori: Le rotture negli interruttori di potenza
ABB – ENEL: Le rotture nei cavi ad alta tensione
ACEA: Le rotture nei trasformatori
30-5-2007
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
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Esperienze in ambito ferroviario
I pantografi - obiettivi
Inserire sulle tratte ferroviarie sistemi a costo contenuto e di ampia numerosità che
permettano di controllare la “qualità” di marcia dei rotabili sia sotto l’aspetto della
sicurezza che sotto quello dell’usura dell’armamento “aereo”.
Identificare le situazioni critiche in tempo reale permettendo il controllo e
l’allertamento da postazioni remote.
Effettuare controlli continui senza arrecare nel loro esercizio disturbo alla circolazione
e senza richiedere processi complessi per la installazione e manutenzione.
Poter riconoscere statisticamente situazioni di attenzione lasciando discrezionalità sul
blocco della circolazione (ricorso solo in casi estremi).
Coesistere con sistemi di precisione deterministici costosi e vincolanti per
installazione e impatto sul traffico
30-5-2007
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Esperienze in ambito ferroviario
I pantografi – architettura (1)
Condizionamento
Scheda di
Acquisizione (DAQ)
S/H
A/D
PC portatile
Bus
PCMCI
Microfoni
Trigger automatico
30-5-2007
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
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Esperienze in
ambito
ferroviario
I pantografi –
architettura
(2)
30-5-2007
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Esperienze in ambito ferroviario
I pantografi – i segnali (1)
30-5-2007
Segnale completo ai microfoni
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Esperienze in ambito ferroviario
I pantografi – i segnali (2)
Segnale filtrato (pantografo e frenata)
30-5-2007
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Esperienze in ambito ferroviario
I pantografi – i segnali (3)
Segnale ulteriormente filtrato (pantografo)
30-5-2007
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Esperienze in ambito ferroviario
I pantografi – i segnali (4)
PG 23-10-02 10.38 125.lab
Microfono 1 – Canale 0
Microfono 2 – Canale 1
Stato dello strisciante del pantografo usurato.
Elevate ampiezze su entrambi i canali di acquisizione e frastagliamento del segnale
evidente anche sul primo canale (indice di usura espansa dello strisciante).
30-5-2007
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Esperienze in ambito ferroviario
I pantografi – i segnali (5)
PG 20-10-02 14.48 105.lab
Microfono 1 – Canale 0
Microfono 2 – Canale 1
Grado di usura nella norma.
Malgrado le elevate ampiezze non si rileva frastagliamento dei segnali acquisiti (segnali di questo tipo sono
comunque indice di transito di pantografi troppo aggressivi sulla linea di contatto).
30-5-2007
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Esperienze in ambito ferroviario
I pantografi – i segnali (6)
PG 17-10-02 13.55 120.lab
Microfono 1 – Canale 0
Microfono 2 – Canale 1
Strisciante con lieve grado di usura.
Ampiezze contenute sul secondo canale e ridotto frastagliamento dei segnali acquisiti.
30-5-2007
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
DI TOR VERGATA - ROMA
Esperienze in ambito ferroviario
La qualità di marcia - Obiettivi
Inserire sulle tratte ferroviarie sistemi a costo contenuto e di ampia numerosità che
permettano di controllare la “qualità” di marcia dei rotabili sia sotto l’aspetto della
sicurezza che sotto quello dell’usura dell’armamento.
Identificare le situazioni critiche in tempo reale permettendo il controllo e
l’allertamento da postazioni remote.
Effettuare controlli continui senza arrecare nel loro esercizio disturbo alla
circolazione e senza richiedere processi complessi per la installazione e
manutenzione.
Poter riconoscere statisticamente situazioni di attenzione lasciando discrezionalità
sul blocco della circolazione (ricorso solo in casi estremi).
Coesistere con sistemi di precisione deterministici costosi e vincolanti per
installazione e impatto sul traffico
30-5-2007
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DI TOR VERGATA - ROMA
Esperienze in ambito ferroviario
La qualità di marcia – Architettura
CONDIZIONAMENTO
ACQUISIZIONE
SENSORI
S/H
S/H A/D
A/D
Cellule Foto
elettriche
TRIGGER
30-5-2007
Bus
Comunicazione
postazione Centrale
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Esperienze in ambito ferroviario
La qualità di marcia – Architettura (2)
Sensore
Sensore
Colla
30-5-2007
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
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Esperienze in ambito ferroviario
La qualità di marcia – Difetti rilevati
La tipologie di difettosità che il sistema è ad oggi in grado di rilevare
sono quelle relative a:
Sfaccettature delle ruote
Sghembatura dei carrelli
Carichi squilibrati
Eccesso di carico
Sospensioni difettose
30-5-2007
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
DI TOR VERGATA - ROMA
Esperienze in ambito ferroviario
La qualità di marcia – Ruote sfaccettate
t1
30-5-2007
t2
t3
t4
t5
t6
t7
t8
t9
t1
t2
t3
t4
t5
t6
t7
t8
t9
13,89
13,98
14,08
14,17
14,37
14,46
14,55
14,64
14,73
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
DI TOR VERGATA - ROMA
Esperienze in ambito ferroviario
La qualità di marcia (1)
30-5-2007
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
DI TOR VERGATA - ROMA
Esperienze in ambito ferroviario
La qualità di marcia (2)
30-5-2007