Uso de herramientas de visión artificial para la estimación de la fuerza de contacto entre pantógrafo y catenaria ferroviaria

La interacción entre el pantógrafo y la catenaria en sistemas ferroviarios es clave para garantizar una captación de corriente eficiente. Los problemas asociados son, por un lado, desgaste excesivo cuando las fuerzas de contacto son demasiado elevadas y, en el lado opuesto, la aparición de despegues cuando el valor de la dicha fuerza es reducido. Estos despegues, además de interrumpir el suministro de corriente, pueden generar arcos eléctricos que aceleran el desgaste de los elementos en contacto. Por esta razón, la normativa ferroviaria emplea la desviación típica de la fuerza de contacto como el principal indicador de calidad del sistema de captación de corriente. La medida de la fuerza de contacto en vía se realiza mediante trenes auscultadores dotados de pantógrafos instrumentados. Sin embargo, esta técnica presenta limitaciones como la influencia en el comportamiento dinámico del pantógrafo de los dispositivos empleados en la medida (acelerómetros o células de carga) o su coste económico, entre otros. Ante esta problemática, surge la necesidad de desarrollar métodos no invasivos, fiables y de bajo coste para un monitoreo continuo y eficiente. En este trabajo propone una metodología no invasiva basada en técnicas de visión artificial para estimar la fuerza de contacto a través del análisis del movimiento del pantógrafo capturado por cámaras de alta resolución. Usando un modelo dinámico lineal del pantógrafo y algoritmos como filtros de Kalman, se busca inferir la fuerza de contacto a partir del desplazamiento, velocidad o aceleración obtenida mediante el procesado de las imágenes. La validación de la metodología se realizará en un banco de ensayos instrumentado, el cual está equipado con cámaras, acelerómetros y células de carga. Los ensayos se gobiernan desde un sistema dotado con un controlador en tiempo real que garantiza la sincronización. La técnica podría ser adaptable a cualquier vehículo ferroviario, permitiría planes de mantenimiento personalizados y la reducción de costes, marcando un avance significativo en la sostenibilidad y eficiencia de los sistemas ferroviarios.