Il leader mondiale dei simulatori immersivi 3D si affida ai gemelli digitali di Hexagon per accrescere la sicurezza delle ferrovie

Per oltre un decennio, Hexagon ha fornito a CORYS, i dati 3D e l'esperienza necessari per realizzare simulazioni con immagini 3D generate al computer (computer-generated imagery, CGI), basate su oggetti e molto realistiche, che coprono le reti ferroviarie di tutto il mondo. CORYS e Hexagon proseguono oggi la loro collaborazione, sfruttando i set di dati aerei ad alta risoluzione dell’HxGN Content Program.

CORYS si è fatta una reputazione nello sviluppo di simulatori computerizzati incredibilmente realistici per le industrie dell'energia, dei processi e dei trasporti. The total immersion ‘Replica Simulators’ that the company builds using 3D CGI technology to train new drivers on how to operate railroad locomotives may be CORYS’ most complex product because the rail networks extend for hundreds, if not thousands, of linear miles that must be reproduced accurately in the simulated environment.

Railroad operators rely on these systems to prepare drivers under various computer-generated conditions, such as driving in rain, blinding snow and glaring sun. Changes to the track, signals and switches can also be simulated on the fly. The simulator can even be used to insert hypothetical scenarios, like a cow wandering the track or a vehicle stalled at a crossing.

These situations all occur within 3D computer-generated environments that precisely match the track geometry, surrounding terrain and cityscapes found on the railroad’s existing network. I simulatori di guida sono fondamentali per il funzionamento sicuro, affidabile ed efficiente delle ferrovie.

"La visuale dalla cabina della locomotiva simulata è esattamente quella che il conduttore avrà nella realtà", spiega Simon Musäus, Vicepresidente del Business Development di Hexagon. “CORYS sviluppa un simulatore per ogni tipo di locomotiva nella flotta ferroviaria del cliente.”

Figura 1: A CGI-based simulation of a boxcar obstructing the BNSF railroad track was created using aerial data from the HxGN Content Program. (Fonte: CORYS)

Migliore esperienza di formazione grazie ai gemelli digitali

CORYS è stata fra le prime aziende ad adottare le tecnologie di modellazione 3D basate su oggetti, migliorando sensibilmente l’esperienza di formazione dei conduttori di locomotive. The immersive nature of its solutions and the ability for scene manipulation to generate a wide variety of operational scenarios the driver might encounter during an actual run.

CORYS ha scelto l’HxGN Content Program di Hexagon per i prodotti di dati aerei da usare nelle simulazioni 3D perché i dati sono accurati, aggiornati e immediatamente disponibili. Di fondamentale importanza per una rete ferroviaria che si estende per centinaia di miglia: i set di dati devono essere coerenti tra interi paesi e regioni. Il team Hexagon dispone inoltre delle competenze necessarie per personalizzare i dati, e in alcuni casi per acquisire dati supplementari, al fine di soddisfare i precisi requisiti di simulazione di CORYS.

"I dati di Hexagon consentono un salto di qualità in termini di dettaglio, risoluzione e accuratezza degli elementi visivi che compongono l'ambiente circostante", dichiara Greg Hayes, Vicepresidente del Business Development di CORYS. "Questo migliora in modo significativo la formazione volta a familiarizzare con il territorio, a raggiungere la consapevolezza della situazione e la vigilanza operativa".

I set di dati 3D forniti a CORYS da Hexagon sono gemelli digitali dei corridoi ferroviari che si estendono per 100 metri o più su entrambi i lati del binario stesso. I due deliverable principali sono gli oggetti estratti (edifici, alberi, segnali, cartelli, strade, corsi d'acqua, ecc.) e il terreno naturale sotto forma di modelli altimetrici. 

Figura 2: CGI of a train station and its surrounding buildings, vegetation and other objects using aerial data from the HxGN Content Program. (Fonte: CORYS)

Creare gemelli digitali della tratta ferroviaria

Il primo passo in un progetto tipico è la consegna da parte dell’operatore ferroviario di un schema dei binari, spesso digitale ma a volte anche cartaceo, che Hexagon utilizza per mappare la posizione delle aree dei binari e dei segnali da modellare. Tutti gli altri set di dati sono georeferenziati con queste coordinate dei binari.

Nella creazione del gemello digitale della tratta ferroviaria, Hexagon si affida principalmente a due prodotti HxGN Content Program: Aerial Imagery (immagini aeree di tutto il territorio nazionale comprendenti ortofoto e immagini stereo) e Metro HD City Data. L’Aerial Imagery di tutto il territorio nazionale viene acquisito ogni due o tre anni per gli Stati Uniti e i paesi dell’Europa Occidentale a una risoluzione di 15 - 30 cm, sufficiente per la modellazione ad ampio raggio di paesaggi ferroviari al di fuori di aree urbane densamente sviluppate.

Hexagon estrae la posizione, identità e struttura degli oggetti attorno i binari in 3D dalle ortofoto e le immagini stereo. Per garantire che gli oggetti vengano identificati con precisione, Hexagon utilizza il video digitale delle locomotive attraverso la rete. Il team si affida alle informazioni 3D sulle ortofoto e sulle immagini stereo per fornire modelli terrestri digitali dell’area attorno ai binari.

Derivare di oggetti all'interno delle città, in particolare nelle stazioni ferroviarie, dove gli edifici e gli altri oggetti sono più numerosi e più ravvicinati, rappresenta una sfida più ardua. Questo richiede l’impiego del Metro HD City Data a definizione ultra alta, derivato dalle immagini aeree catturate simultaneamente e da dati LiDAR acquisiti con il sensore Leica CityMapper-2. I dati delle immagini ottiche sono sia nadir che obliqui con una risoluzione di 5 cm, integrati da una raccolta di punti LiDAR simultanea di 20 punti per metro quadrato.

Abbinando la nuvola di punti LiDAR e le immagini, Haxagon è in grado di derivare oggetti con una precisione di 10 cm o superiore. Da questi set di dati Hexagon genera dei modelli terrestri digitali della rete ferroviaria urbana insieme agli oggetti estratti, come edifici, alberi e superfici stradali, rappresentati nella loro posizione georeferenziata e apparenza in LOD3.2 (livello di dettagli). CORYS utilizza questi risultati e li inserisce nel proprio software di modellazione e simulazione.  

Maggiori applicazioni del gemello digitale ferroviario

The applications of the simulated railscapes have the potential to expand to departments within some railroads as the advantage of CGI digital twins is realised.

Hayes di CORYS spiega: “Grazie alla riproduzione accurata di tutti i dintorni visivi, le CGI possono essere implementate in strumenti visivi per i controllori dei treni che gestiscono il traffico ferroviario, per i briefing preliminari delle squadre di manutenzione, per la pianificazione degli interventi di emergenza e per le esercitazioni delle squadre antincendio e di soccorso".

Per CORYS l’implementazione dei gemelli digitali del paesaggio ferroviario nei suoi simulatori e in altre applicazioni evidenzia l'impegno dell'azienda riguardo la sicurezza. Lo sviluppo di simulazioni più realistiche e accurate delle cabine di guida delle locomotive si traduce in conduttori meglio addestrati e più preparati a trasportare passeggeri e merci in sicurezza in qualsiasi punto della rete ferroviaria. L’HxGN Content Program fornisce dati geospaziali aggiornati e precisi, garantendo una simulazione molto realistica. Altrettanto importante è il fatto che il team di Hexagon ha le competenze necessarie per personalizzare i dati in modo da soddisfare i rigorosi standard di CORYS.

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