Le portail d’inspection numérique utilise l’IA et la vision industrielle pour examiner les trains en mouvement
La collaboration entre la Norfolk Southern Corporation et le Georgia Tech Research Institute (GTRI) a conduit au développement de portails numériques d’inspection des trains qui utilisent la vision industrielle avancée et l’intelligence artificielle pour examiner les trains circulant à des vitesses allant jusqu’à 60 miles par heure afin d’identifier les défauts mécaniques qui peut exister.
La technologie de vision industrielle intégrée aux portails produit des images des composants clés situés à l’avant et à l’arrière, en haut, en bas et sur les côtés des wagons, offrant ainsi une vue à 360 degrés du train complet. Les images produites par le portail sont analysées quelques minutes après le passage d’un train, permettant de signaler immédiatement tout problème identifié.
Deux portails ferroviaires sont actuellement en service sur les voies adjacentes à Leetonia, dans l’Ohio, et la société prévoit d’en avoir jusqu’à une douzaine en service d’ici la fin de 2024. Parmi eux se trouvera un portail ferroviaire déjà en construction près de Jackson, en Géorgie, qui est situé au sud d’Atlanta.
« Norfolk Southern déploie des portails numériques d’inspection des trains pour améliorer la sécurité ferroviaire sur l’ensemble du réseau de 22 États de l’entreprise », a déclaré Mabby Amouie, scientifique en chef des données de l’entreprise. « Les portails disposent d’une technologie d’inspection par vision industrielle de pointe développée en partenariat avec GTRI, qui a conçu le matériel, et les équipes de science des données/intelligence artificielle et mécanique de Norfolk Southern, qui ont construit le cerveau derrière le programme.
La partie vision industrielle utilise 38 caméras haute résolution composées d’un mélange de caméras à balayage matriciel et linéaire pour photographier les composants critiques de chaque wagon se déplaçant à travers les portails. Des lumières puissantes comparables à celles utilisées dans les stades sportifs permettent aux caméras de prendre environ un millier de photographies de chaque wagon en mouvement.
« Le fait de pouvoir observer le train alors qu’il se déplace à une vitesse de 60 milles à l’heure offre une visibilité sur des défauts qui seraient difficiles à voir autrement », a déclaré Gary McMurray, chef de division des technologies intelligentes et durables du GTRI. « Vous voulez pouvoir observer un train pendant qu’il est en mouvement, car c’est à ce moment-là que les composants sont sollicités et que vous pouvez voir d’autres défauts dynamiques. »
Pour réduire la quantité de données à analyser, chaque caméra est orientée vers une zone spécifique du train et prend des photos uniquement lorsque les composants d’intérêt sont visibles. « Les caméras à grande vitesse sont stratégiquement placées à des angles pour capturer des éléments difficiles à détecter à l’œil humain lors d’inspections stationnaires », a déclaré Amouie.
Des capteurs placés sur chaque portail déterminent la vitesse de chaque train qui passe et utilisent ces informations pour contrôler avec précision le moment où les photographies sont prises.
« Même avec un train roulant à 60 miles par heure, nous sommes capables de calculer en temps réel quand dire à chaque caméra de prendre une photo », a déclaré Colin Usher, chercheur principal au GTRI qui a dirigé le développement du système de vision industrielle. « Seules les images des composants critiques sont prises et les autres zones du train sans importance pour l’identification des défauts ne sont pas capturées. Cela optimise la capture d’images et économise de l’espace dans le système informatique. »
Les images produites par le système sont analysées par des algorithmes d’intelligence artificielle développés par Norfolk Southern. Les algorithmes ont été conçus pour offrir une combinaison de haute précision et de très faibles taux de faux positifs. Si des défauts sont détectés, les systèmes d’IA les signalent immédiatement.
« L’ordinateur transmet les informations au centre d’opérations du réseau de Norfolk Southern, où les données sont examinées par des experts en la matière pour identifier et résoudre les problèmes afin d’assurer de manière proactive la sécurité des opérations ferroviaires », a déclaré Amouie. « Les défauts critiques sont signalés pour un traitement immédiat. »
Le système de vision industrielle utilise des techniques de compression d’images pour réduire la taille des photographies traitées par les serveurs informatiques situés dans les portails. Pour un seul train, les données analysées peuvent atteindre jusqu’à 500 gigaoctets. Parce que l’inspection doit être effectuée rapidement, le traitement des images est effectué sur place.
Les portails d’inspection doivent fonctionner toute l’année dans toutes sortes de conditions météorologiques et dans des emplacements géographiques allant de la chaleur extrême au froid. Le système de vision industrielle doit donc fonctionner malgré les niveaux de vibrations élevés, les températures extrêmes, la pluie et la neige, et rester propre lors du passage des trains.
Pour protéger les caméras, l’air soufflé sur les objectifs de la caméra les protège, tandis que les boîtiers climatisés empêchent la surchauffe de l’équipement. Le système fonctionne dans une structure de tunnel qui aide à protéger l’équipement et à contrôler l’éclairage, qui doit être cohérent dans tout le train inspecté.
Le projet, qui a débuté en 2021, a impliqué une douzaine de chercheurs répartis dans quatre laboratoires du GTRI. La recherche s’est appuyée sur des travaux d’imagerie effectués antérieurement pour diverses applications, notamment l’industrie de la transformation alimentaire, qui devait surveiller les volailles sur les lignes de transformation en mouvement.
« En s’associant avec GTRI, Norfolk Southern exploite la meilleure technologie de vision industrielle sur tous les marchés », a déclaré Amouie. « Nous avons choisi GTRI comme partenaire car ils développent des solutions technologiques avancées et des prototypes de systèmes à grande échelle pour résoudre les problèmes les plus difficiles en matière de sécurité nationale, de développement économique et de condition humaine en général. »
