Abstrakt: Údržba železničnej infraštruktúry je nevyhnutnou súčasťou jej prevádzkovania a jej cieľom je zabezpečiť technický stav železničnej siete na úrovni zodpovedajúcej požiadavkám na bezpečnú prevádzku železničnej dopravy. Neodmysliteľnou súčasťou údržby železničných tratí je ich pravidelná diagnostika, ktorej úlohou je včasná a presná identifikácia defektov na železničnej trati. Najčastejšie sa diagnostika železničných tratí na našom území vykonáva pravidelnou vizuálnou kontrolou. Súčasný rozvoj vednej oblasti informačných a komunikačných technológii umožňuje priniesť aj do tejto oblasti nové možnosti a aplikovať inovatívne riešenia v procese údržby železničnej infraštruktúry. Cieľom článku je oboznámiť čitateľa s možnosťami automatickej detekcie chýb, ktoré sa vyskytujú na používanej železničnej infraštruktúre. Článok zároveň prezentuje čiastkové výsledky výskumnej úlohy: „Výskum nových poznatkov a pozorovateľských skúseností diagnostických systémov novej generácie v priemyselnej výrobe a v dopravnom priemysle – výskum fyzikálnej podstaty automatizovaného systému video inšpekcie koľajového roštu“, podporovaného Ministerstvom školstva, vedy, výskumu a športu SR.
Kľúčové slová: diagnostika, metódy diagnostiky, železničná infraštruktúra, koľajový rošt
JEL: L92
INNOVATIVE DIAGNOSTICS OF THE TRACK SUPERSTRUCTURE
Abstract: The maintenance of the railway infrastructure is an essential part of its operation and its aim is to ensure the technical condition of the railway network at a level corresponding to the requirements for the safe operation of railway transport. An integral part of the maintenance of railway infrastructure is its regular diagnostics. The task of railway lines diagnostic is the timely and accurate identification of defects on the railway line. In the condition of Slovak railways, it’s the most often used method for diagnostic railway infrastructure regular visual inspection. Development of information and communication technologies creates new possibilities and opportunities into railway lines diagnostic as well and to apply innovative solutions in the process of maintenance of railway infrastructure. The aim of the article is to present the reader with the possibilities of automatic detection of errors on the railway infrastructure, that arise from its use. The article also presents partial results of the research task: “Research of New Phenomena and Observable Facts of New Generation Diagnostic Systems in Industrial Production and in the Transport Industry – Research of the Physical Nature of the Automated Video Inspection System of the Rail Grate.”
Keywords: diagnostics, diagnostic methods, railway infrastructure, rail grate
1 Úvod
Technický stav železničnej infraštruktúry ma výrazný vplyv na bezpečnosť železničnej dopravy a je dôležitou súčasťou činností, ktoré sú nevyhnutné na plynulé zabezpečenie jazdy vlakov. Medzi hlavné podmienky prevádzkovania železničnej dopravy patrí pravidelná údržba koľajového zvršku a jeho častí. Správna a pravidelná údržba má viacero benefitov, ktoré následne ovplyvňujú kvalitatívne parametre železničnej dopravnej prevádzky, napríklad rýchlosť, bezpečnosť, pohodlie cestujúcich, nákladovosť prevádzkovania železničnej dopravy a pod. [1]
Včasná a kvalitná diagnostika technického stavu železničnej trate predlžuje jej životnosť a v minimálnej miere zhoršuje jej kvalitatívne parametre spôsobenej opotrebením materiálov použitých pri jej výstavbe alebo rekonštrukcii. Vedecký výskum a vývoj v obstlatiach vedy a techniky môže priniesť inovačné riešenia aj v oblasti diagnostiky. Trend automatizácie a digitalizácie je možné aplikovať aj do možnosti diagnostiky technického stavu železničnej infraštruktúry. Možnosti inovatívneho riešenia diagnostiky koľajového roštu, ako základného stavebného prvku železničného zvršku, pozostávajú z aplikácie neinvazívnych metód diagnostiky s využitím automatického snímania počas jazdy diagnostického vlaku [2].
Diagnostiku a defektoskopiu železničnej infraštruktúry je v súčasnosti možné zefektívniť na základe dynamického rozvoja informačných a komunikačných technológií. Súčasný rozvoj technológií je spätý z rozvojom priemyslu 4.0, ktorý so sebou prináša inovatívne riešenia aplikovateľné aj v podmienkach údržby železničnej infraštruktúry. Medzi inovatívne riešenia detekcie technického stavu koľajového roštu možno zaradiť jeho vizuálnu kontrolu pomocou snímacej kamery. Vizuálna kontrola koľajového roštu sa vykonáva dynamicky, teda v pohybe koľajového vozidla a je možná aj pri dodržiavaní maximálnej traťovej rýchlosti. Môžeme teda hovoriť o automatizovanom systéme video inšpekcie koľajového roštu.
2 Charakteristika skúmaného prvku
Koľajový rošt je stavebnou súčasťou koľajnicového zvršku, ktorý tvorí základný stavebný prvok železničných tratí. Samotná konštrukcia koľajnicového roštu pozostáva z koľajníc, podvalov a koľajnicového upevnenia. Úlohou koľajníc, ako základného konštrukčného prvku železničných tratí, je prenos statických a dynamických síl vyvolaných prevádzkou železničných vozidiel a zároveň slúžia aj na smerové a výškové vedenie koľajových vozidiel. Podvaly sú koľajnicové podpory, ktoré spolu s upevnením koľajníc (drobným koľajivom) zabezpečujú prenos zaťaženia z koľajníc do podvalového podložia, udržujú predpísaný rozchod koľaje a pevnosť koľajového roštu [3].
Prevádzkovanie železničnej dopravy, ako aj environmentálne vplyvy, majú za následok opotrebenie súčastí železničného zvršku a spodku, koľajnicového roštu nevynímajúc. Vplyv prevádzkového zaťaženia železničnej trate sa prejavuje trvalými zmenami geometrických parametrov a materiálových charakteristík koľajového roštu. Zmeny v konštrukcii železničného zvršku môžu mať za následok zníženie bezpečnosti, plynulosti a kvality prevádzkovania železničnej dopravy na železničných tratiach. Na zníženie rizika negatívnych zmien v konštrukcii železničných tratí je nevyhnutná identifikácia miest vzniku zmien konštrukčných prvkov železničných tratí. Následnou činnosťou a odstránením zistených nedostatkov je možné optimalizovať ich čo najúčinnejšie odstránenie. Predmetné činnosti zabezpečuje vhodná diagnostika konštrukčných prvkov železničnej trate [4].
Diagnostika koľajového roštu sa realizuje viacerými diagnostickými metódami a prostriedkami. Diagnostiku koľajového roštu je možné vykonávať od najjednoduchších spôsobov formou priamych meraní s použitím ručných meracích prístrojov a pomôcok, až po moderné kontinuálne bezkontaktne merajúce zariadenia s elektronickým záznamom a počítačovým vyhodnocovaním kvality jednotlivých meraných parametrov alebo celých úsekov konštrukcie železničnej trate.
Metódy diagnostiky koľajového roštu
Diagnostikou koľajového roštu sa zisťuje technický stav a kvalita skúmanej konštrukčnej skupiny alebo konkrétneho konštrukčného prvku. Na zistenie aktuálneho stavu alebo k dovoleným odchýlkam skúmaných parametrov sú definované diagnostické metódy jednotlivých parametrov so stanovenými postupmi na dosiahnutie predpísanej presnosti merania [5].
Diagnostika koľajového roštu pozostáva zo skúmania nasledujúcich oblastí:
- priestorovej polohy,
- konštrukčného a geometrického usporiadania,
- konštrukčných prvkov.
Najčastejšie metódy diagnostiky koľajového roštu delíme na:
- vizuálne,
- geometrické,
- graficko-výpočtové a výpočtové,
- fyzikálne nedeštruktívne.
2.1 Vizuálne metódy diagnostiky
Vizuálne metódy diagnostiky železničnej trate sa používajú na realizáciu prevádzkovej diagnostiky vlastnosti konštrukčných skupín a prvkov železničného zvršku, ktoré je možné vizuálne sledovať v statickom alebo dynamickom stave. Podľa postavenia a rýchlosti skúmaného subjektu rozdeľujeme vizuálne metódy diagnostiky na metódu dohliadania koľajovej dráhy a metódu kontrolných jázd po koľajovej dráhe [3,5].
Pre metódu dohliadania koľajovej dráhy je charakteristické, že diagnostikujúci subjekt skúma konštrukčné skupiny alebo prvky železničnej trate priamo v statickom postavení (respektíve minimálnom dynamickom postavení pri rýchlosti chôdze). Táto metóda je postavená na subjektívnom vizuálnom zisťovaní a hodnotení diagnostikovaných parametrov. Aplikácia metódy dohliadania koľajovej dráhy si vyžaduje odborné znalosti a skúsenosti vykonávacieho subjektu. Najčastejšie je to realizované v pravidelných časových intervaloch osobou kontrolóra železničnej trate (pochôdzkarom) [3,5].
Metóda kontrolných jázd po koľajovej dráhe je doplňujúcou metódou dohliadania koľajovej dráhy, pričom subjekt vykonávajúci diagnostiku kontroluje konštrukčné skupiny alebo prvky železničnej trate nepriamo v dynamickom postavení rýchlosťou pohybujúceho sa koľajového vozidla (hnacie dráhové vozidlo, vozeň na konci vlaku alebo merací vlak). Počas kontrolných jázd sa zisťuje subjektívne vizuálne zisťovanie a hodnotenie sklamaných parametrov na železničnej infraštruktúre spolu so subjektívnym vnímaním odozvy počas jazdy koľajového vozidla [3,5].
2.2 Geometrické metódy diagnostiky
Geometrické metódy diagnostiky železničnej trate sa využívajú na realizáciu prevádzkovej a vstupnej diagnostiky, pričom ich základom je meranie uhlov a dĺžok skúmaných prvkov železničnej infraštruktúry.
Metódy geometrickej diagnostiky je možné rozčleniť na:
- metódy prvého sledu: priame alebo nepriame meranie skúmaných parametrov,
- metódy druhého sledu: zložené metódy, kde sa hodnoty skúmaných parametrov stanovia na základe výpočtu z nameraných hodnôt.
Podstatou priamych metód geometrickej diagnostiky je odmeranie hodnoty skúmaného konštrukčného prvku železničnej infraštruktúry a jej porovnanie s hodnotou stanovenej v technickej dokumentácii. Princípom nepriamych metód geometrickej diagnostiky je odmeranie veľkosti odchýlky skúmaného parametra, a to medzi aktuálnou hodnotou parametra a medzi hodnotou predpísanej v technickej dokumentácii. Meranie odchýlky je zabezpečené konštrukciou účelového meradla. V rámci nepriamych geometrických metód je možné aplikovať doplňujúce metódy: polygonovú, dlhej tetivy alebo nivelačnú [3,6].
2.3 Graficko-výpočtové a výpočtové metódy diagnostiky
V diagnostike konštrukčného a geometrického usporiadanie koľaje v oblúkoch je možné aplikovať metódy oblúkových súradníc [3]. Táto metóda zaznamenáva, spracováva a vyhodnocuje obvodové súradnice geometrických kriviek. Princíp metódy je založený na zistení krivosti v jednotlivých bodoch oblúka, ktoré sú od seba vzdialené v konštantných vzdialenostiach. Podľa spôsobu spracovania hodnôt parametrov pri metóde oblúkových súradníc je možné metódy rozdeliť na:
- výpočtové (metódy statických momentov Hallsde–Šistek alebo Corini-Linek),
- graficko-výpočtové (metóda Nalenz-Hofer-Schramm),
- grafické.
2.4 Fyzikálne nedeštruktívne metódy diagnostiky
V železničnej prevádzke v rámci diagnostiky zisťovania skrytých chýb a nedostatkov koľajového roštu a jeho konštrukčných prvkov sa využívajú fyzikálne nedeštruktívne metódy. Medzi najčastejšie fyzikálne metódy môžeme zaradiť nasledujúce metódy:
- ultrazvuková,
- rádiografická,
- kapilárna [6].
Skúšanie ultrazvukom je založené na zisťovaní chýb pomocou mechanických kmitov častíc prostredia okolo rovnovážnej polohy s frekvenciami vyššími ako 20 kHz. Vychádza zo zákonitostí, ktoré platia pre prechod, lom, odraz, rýchlosť šírenia a útlm ultrazvukového zväzku hmotným prostredím. Touto metódou je možné zistiť chyby v koľajniciach a komponentoch výhybiek, ktoré sú prevažne orientované kolmo na os ultrazvukového zväzku. Minimálna zistiteľná veľkosť chyby (len v smere kolmom na os zväzku) je väčšia ako polovičná dĺžka vlny použitého ultrazvukového vlnenia. Rozmery hľadanej chyby musia mať minimálne porovnateľné rozmery a orientáciu ako umelá chyba na príslušnej etalónovej vzorke, ktorá by mala byť vyrobená z rovnakého materiálu ako je skúšaná koľajnica (komponenty výhybiek) [6].
Fyzikálny princíp rádiografických metód spočíva v interakcii ionizujúceho röntgenového alebo gama žiarenia s hmotou výrobku (koľajnicového materiálu) a v následnom zviditeľnení preniknutého žiarenia za kontrolovaným výrobkom (koľajnicovým materiálom) vhodným detektorom. Takýmto spôsobom je možné zviditeľniť tie miesta v koľajnici, v ktorých sa vyskytujú nehomogenity (napr. vo zvarovom kove bubliny), v ktorých dochádza ku zmene intenzity žiarenia v menšom množstve ako okolo v zdravom materiáli. Pri röntgenovom žiarení sú zdrojmi žiarenia röntgenové lampy, pri gama žiarení uzatvorené rádionuklidové žiariče (tzv. rádioizotopy) [6].
Kapilárna metóda je založená na využití charakteristických vlastností kvapalín, tzv. kapilárnych javov. Princíp týchto metód spočíva vo využití vzlínavosti a zmáčavosti vhodných kvapalín, ich farebnosti, alebo fluorescencie. Skúška kapilárnou metódou sa využíva na zisťovanie otvorených povrchových necelistvostí (chýb), prípadne podpovrchových necelistvostí (chýb) korešpondujúcich s preverovaným povrchom srdcoviek alebo jazykov výhybiek, ako sú napr. trhliny a póry. Pri kapilárnej skúške sa často využívajú látky, ktoré sú horľavé alebo prchavé, preto musia byť zaistené a dodržiavané príslušné bezpečnostné opatrenia [6].
3 Automatická detekcia chýb koľajového roštu
Bezchybný stav železničnej infraštruktúry je nutnou podmienkou prevádzkovania železničnej dopravy. Nehody spôsobené z dôsledku zanedbania údržby infraštruktúry alebo jej chybnej diagnostiky môžu viesť k vysokým škodám. Príčiny z dôvody defektov a nedostatkov na železničnej infraštruktúre v Spojených štátoch amerických predstavovali 30 až 40% [7].
Pri intenzívnom využívaní železničnej infraštruktúry, veľkom zaťažení náprav a meniacich sa podmienkach prostredia sa môžu aj malé chyby na železničnej trati rozvinúť do vážneho poškodenia [8,9]. Z čoho vyplýva nutná potreba intenzívnej a pravidelnej diagnostiky prvkov železničného zvršku, aby sa minimalizovala možnosť nehôd, respektíve nehodových udalostí na železničnej infraštruktúre. Údržba a diagnostika železničných tratí je nielen značne nákladová činnosť pre správcov železničnej infraštruktúry, ale aj personálne náročná. Počet personálu určených na údržbu a diagnostiku železničných tratí v spoločnosti britského manažéra infraštruktúry Network rail tvorí takmer dve tretiny z celkového počtu zamestnancov [10].
Jednou z možností ako minimalizovať nehodovosť a nehodové udalosti je pravidelná a včasná diagnostika poškodenia infraštruktúry využívajúca nové poznatky z oblastí informačných technológií. Jednou z možností je vývoj zariadení, ktoré prinesú možnosť zautomatizovať detekciu porúch železničnej infraštruktúry a vykonávať ju v pravidelnejších intervaloch. Jednou z ciest je aj automatická video inšpekcia koľajového roštu vyvíjaná spoločnosťou SMARTRONIC, s.r.o. v rámci vedeckého výskumu „Výskum nových poznatkov a pozorovateľských skúseností diagnostických systémov novej generácie v priemyselnej výrobe a v dopravnom priemysle – výskum fyzikálnej podstaty automatizovaného systému video inšpekcie koľajového roštu“.
3.1 Metódy automatickej diagnostiky koľajového roštu
V rámci inovačných metód automatickej detekcie technického stavu železničnej infraštruktúry je možné aplikovať viaceré metódy na efektívnu diagnostiku koľajového roštu. V rámci výskumného projektu realizovaného spoločnosťou SMARTRONIC, s.r.o. je riešenie automatickej diagnostiky koľajového roštu realizované pomocou [2]:
- optometrickej metódy,
- fotometrických metód,
- optickej metódy.
A) Optometrické metódy
Z tejto oblasti metód je vo výskume aplikované lineárne riadkovanie kamier s vysokou frekvenciou snímania obrazu (meranie bolo vykonané v železničnej prevádzke, keď systém bol namontovaný na merací vozeň a pohyboval sa rýchlosťou až do 120 km/h). Obraz z lineárnych riadkových kamier sa v princípe skladá z nekonečnej fotky. Nad takto vzniknutou nekonečnou fotkou bola venovaná pozornosť najmä prieskumu algoritmov, ktoré sa dajú využiť pre [2]:
- identifikáciu miest, kde je potenciál defektov,
- vektorizáciu objektu v mieste potenciálneho defektu,
- klasifikáciu defektu, keď sa určuje konkrétny typ chýb podľa katalógu chýb.
Pri tejto metóde boli aplikované metódy hlbokého učenia, Markovový rozpoznávací proces spätnoväzbového učenia, neurónových sietí s prvkami umelej inteligencie a moderných IT riešení založených na knižniciach pre strojové videnie a neurónové siete.
B) Fotometrické a súvisiace fotogrammetrické metódy
V oblasti fotogrametria sa výskum sústredil na zariadenia, ktoré sa súhrnne nazývajú 3D kamery. Ide o zariadenia, ktoré umožňujú nasnímať objekty z rôznych uhlov, nad vzniknutým zloženým 3D obrazom potom vykonávajú fotogrammetrické algoritmy, t.j. zisťujú sa vzdialenosti bodov od referenčného bodu vzťažnej sústavy na základe automatizovaného odmeriavania z fotografií toho istého miesta z rôznych uhlov (princíp priestorového videnia, ktorý má aj ľudské oko). Výstupom týchto metód sú 3D modely meraného miesta. Sú vhodné najmä pre sledovanie plastických defektov, ktoré sú zle viditeľné na plnom riadkovom obraze a tým vhodne dopĺňajú celý systém videoinšpekcie [2].
C) Optické metódy
V oblasti optických metód sa vyhodnocoval najmä potenciál využitia laseru a laserových meračov vzdialenosti. Typickým modelom využitia na výskum pri hľadaní konštrukcií nedostatkov a defektov sú v súčasnej dobe laserové zameriavače, ktoré dokážu poskytovať, s dostatočne vysokou frekvenciou, mračná bodov a pre každý z bodov v získanom mračne na svojom výstupe poskytujú odmeranú vzdialenosť od referenčného bodu optometrickej sústavy. Linearizáciou a vektorizáciou potom hľadáme taký model, ktorý sa odlišuje o konfigurovateľné diferencie od referenčného modelu koľajiska. Hľadaním anomálií porovnaním zvektorizovaného modelu koľajiska voči referenčnému modelu sme potom schopní identifikovať na trati miesta, ktoré sú potenciálnymi miestami s defektami na železničnej infraštruktúre. Metódy odmeriavania z mračien bodov sú vhodné najmä pre zisťovanie defektov, ktorých charakteristickým prejavom sú posuny v osi z (náhody/dole), ktoré dopĺňajú predchádzajúce dve oblasti v pre nich najslabšom mieste [2].
3.2 Snímacie zariadenie
V rámci riešenia výskumného projektu „Výskum nových javov a pozorovateľných skutočností diagnostických systémov novej generácie v priemyslovej výrobe a v dopravnom priemysle – výskum fyzikálne podstaty automatizovaného systému video inšpekcie koľajového roštu“ bolo skonštruované technické zariadenie na automatickú detekciu stavu koľajového roštu, ktoré pozostáva zo snímacieho zariadenia (obr. 1) a z dátovej skrine umiestenej v diagnostickom vozidle, ktorá je znázornená na obrázku 2.
Zdroj: [2]
Obr. 1 Kamerový systém pre snímanie dát
Zdroj: [2]
Obr. 2 Technológia zberu dát umiestnená vo vnútri vozidla
Základná charakteristika snímacieho systému vyvinutého na automatickú detekciu technického stavu koľajové roštu je uvedená v tabuľke 1.
Tab. 1. Charakteristika použitého snímacieho systému
3.3 Merania v rámci prebiehajúceho výskumu
Z hľadiska skúmaných parametrov bol výskum automatickej identifikácie defektov na koľajovom rošte v počiatočnej fáze zameraný na hľadanie takých defektov, ktoré sú dôležité pre konštrukčné prvky železničného zvršku a jeho súdržnosti pri údržbe železničnej dopravnej cesty. Jedna sa teda o automatickú identifikáciu poškodenia koľajového roštu, ktoré sú významné z hľadiska udržiavania bezpečnosti železničnej prevádzky.
Snímky boli zaobstarané sadou lineárnych kamier, ktoré snímajú celú šírku koľajového roštu s doplnkovým snímkovaním profilu koľajnice zo strany. Hlavné snímkovanie koľajového roštu prebieha nasledovne:
- snímanie lineárneho obrazu prebiehalo sadou kamier,
- obraz sa sníma vo viditeľnej časti svetelného spektra,
- ide o snímanie obrazu z pohľadu zhora,
- pre zachytenie celej šírky koľajového roštu sú potrebné tri kamery, kde dve krajné, zachytávajú pravú a ľavú koľajnicu a tretia kamera, umiestnená uprostred, zachytáva strednú časť roštu,
- výsledný obraz tohto typu snímania je poskladaný zo všetkých troch kamier programom,
- jedná sa o lineárne kamery, keď dochádza s vysokou frekvenciou snímkovania k záznamu vždy líniových scanov,
- vysoká frekvencia snímkovania zaisťuje, že i pri rýchlostiach do 100 km/h sa darí snímkovať prúžky o šírke rádovo v milimetroch,
- skladaním nasnímaných scanov a zložením obrazu zo všetkých troch kamier v jednej línii, získavame kompletný obraz koľajového roštu.
Výsledný obraz je analyzovaný algoritmami pre rozpoznávanie objektov v obraze a podľa preddefinovanej sady modelov defektov železničného roštu. Systém automatizovane vyhodnocuje kvalitu meraných úsekov železničného roštu. Systém poskytoval kontinuálne zachytenie a spracovanie informácií o stave železničnej trate a jej súčastí.
Jednotlivé rezy snímok s nevyhnutným prekrytím v diaľkovom smere koľajníc boli postupne vyhodnocované špecializovaným softvérom. Analytický program mal implementované metódy pre rozpoznávanie objektov v obraze, metódy pre vektorizáciu nájdených signifikantných línií v obraze a ich prevod na matematický popis vektorov. Tento matematický opis bude štatisticky porovnávaný so sadou naučených modelov.
Počas skúmania a hodnotenia vykonaných činností automatickej diagnostiky koľajového roštu navrhnutý systému zaznamenáva a hodnotí tieto druhy udalostí:
- povrchové chyby a trhliny na hlavách koľajníc, jazykov a srdcoviek,
- povrchové chyby a trhliny podvalov a pevnej jazdnej dráhy,
- kompletnosť uzlov upevnenia,
- správnu pozíciu jednotlivých súčastí uzlu upevnenia,
- deformácia jednotlivých súčastí koľajového roštu, s prípadnou detekciou chýb a trhlín na jasne viditeľných súčastiach,
- veľkosť dilatačných škár,
- úplnosť podvalov,
- profil koľajového lôžka,
- stav lisov (deformácia, stav izolačných vložiek, známky „horenia“).
Každý typ udalosti si vyžaduje odlišný prístup k vyhodnocovaniu a využitiu, odlišné rozloženie pravdepodobnosti pre vyhodnotenie a označenie úseku pre daný typ kategorizácie detegovanej poruchy podľa identifikovaného modelu. Pre každý z modelov sa uskutočňovali testy, vyhodnotenie a nastavenie prevádzkovo optimálnych parametrov.
Dátové hospodárstvo a bezpečnosť IKT v oblasti diagnostiky a metrológie je tiež súčasťou výskumnej úlohy v rámci riešeného projektu. Je to nutnosťou vzhľadom na rozsah a povahu zbieraných a vyhodnocovaných informácií. Základný výskum realizovaného projektu v ďalších etapách výskumu posúdi inteligenciu rôznych systémov vrátane hardvéru a softvéru pre bezkontaktné meranie video inšpekcie železničného roštu.
Identifikácia konštrukčných prvkov koľajového roštu pre detekciu v rámci vykonávaného výskumu bola nasledovná :
- svorka Skl 14 a jej prítomnosť v uzle upevnenia,
- prítomnosť vrtule R1,
- podložka pod pätu koľajnice WS-7,
- spona FC 1501 a jej prítomnosť v uzle upevnenia,
- izolátor spony,
- bočné izolátory,
- podložka pod pätu koľajnice 6530 a jej prítomnosť v uzle upevnenia,
- kotva v podvale,
- svorka T a jej prítomnosť v uzle upevnenia,
- vrtule R1 s krúžkom Fe6 a jej prítomnosť v uzle upevnenia.
Na obrázku 3 môžeme vidieť identifikované defekty na koľajovom rošte v rámci uskutočnených meraní. Následne je na obrázku 4 možné vidieť ďalší príklad defektu v konštrukcii koľajového roštu. Ide o identifikáciu dilatačnej špáry a jej odchýlku od predpísaných noriem.
Zdroj: [2]
Obr. 3 Prasknutá svorka Skl 14
Zdroj: [2]
Obr. 4 Detekcia defektov dilatačnej špáry
Záver
Vzhľadom k štádiu riešenia výskumného projektu je predpoklad ďalších výskumných úloh, ktoré je nevyhnutné uskutočniť, aby sa dosiahla inovatívna automatická detekcia chýb koľajového roštu. V ďalšom skúmaní je nevyhnutné sa zamerať na:
- odmeriavanie pomocou laserových detektorov a meračov pomocou mračien bodov, vektorizáciu a linearizáciu získaných modelov skúmaného miesta,
- odmeriavanie vzdialeností bodov, konštrukcie 3D modelov a využitie týchto 3D modelov pri porovnávaní voči referenčným modelom s využitím 3D kamier.
Zároveň je nevyhnutné doriešiť aj oblasti:
- testovania video inšpekčného zariadenia a nových matematických algoritmov,
- optimalizácie dátového zberu, archivácie, vyhodnocovania, interpretácie, distribúcie a redistribúcie dát z meracích vozidiel na diagnostické pracoviská,
- vypracovanie experimentálneho elektronického nástroja pre inteligentný diagnostický systém videoinšpekcie kovových častí a železničného roštu.
Napriek značne náročných úlohám a časovej náročnosti, ktoré je nevyhnutné vykonať v systéme automatickej detekcie chýb koľajového roštu je možné konštatovať, že dochádza k výrazným posunom a inováciám v oblasti údržby železničnej infraštruktúry. Navrhnutý systém automatickej detekcie koľajového roštu môže výraznou mierou prispieť k zvýšeniu bezpečnosti prevádzkovania železničnej dopravy, ako aj následne optimalizovať náklady na údržbu železničnej infraštruktúry.
Literatúra
- Fedorko, G., Molnár, V., Blaho, P., Gašparík, J., Zitrický, V. 2020. Failure analysis of cyclic damage to a railway rail – A case study. Engineering Failure Analysis vol. 116, DOI: 10.1016/j.engfailanal.2020.104732
- Smratronic, s.r.o., Podrobnejšia súhrnná správa základného výskumu spoločnosti SMARTRONIC, s.ro. za hodnotené obdobie pre oponentúru 01. 01. 2019 – 31. 12. 2019. Bratislava, 2020.
- Ižvolt, L., Šestákova, J., Šmalo, M. Železničné staviteľstvo 2: diagnostika, mechanizácia prác a technologické postupy údržby železničnej jazdnej dráhy. 1. vyd. Žilina: Žilinská univerzita v Žiline, s. 313, 2015, ISBN 978-80-554-1169-9.
- Ižvolt, L., Hodas, S. Šestáková, J. Železničné staviteľstvo 1: projektovanie, stavby a konštrukcie železničných tratí a staníc. 1. vyd. Žilina: Žilinská univerzita v Žiline, s. 561, ISBN 978-80-554-1122-4.
- Železnice Slovenskej republiky, S 3-3 Chyby koľajníc, 2019, Predpis ŽSR
- Železnice Slovenskej republiky, TS 3-4, Nedeštruktívne skúšanie koľajníc, 2013, Predpis ŽSR
- Xie, J., Huang, J., Zeng, C., Jiang, S., Podlich, N. (2020). Systematic literature review on data-driven models for predictive maintenance of railway track: Implications in geotechnical engineering. Geosciences (Switzerland), vol. 10, č. 11, s. 1-24. doi:10.3390/geosciences10110425
- Lyngby, N. Railway Track Degradation: Shape and Influencing Factors. Int. J. Perform. Eng. 2009, vol. 5, č. 2, s. 177-186.
- Jamshidi, A.; Hajizadeh, S.; Su, Z.; Naeimi, M.; Núñez, A.; Dollevoet, R.; De Schutter, B.; Li, Z. A decision support approach for condition-based maintenance of rails based on big data analysis. Transp. Res. Part C Emerg. Technol. 2018, vol. 95, s. 185–206.
- Sheeran, R.; Kay, M. A Short Guide to Network Rail; National Audit O_ce: London, UK, 2015
Poďakovanie
Článok vznikol v rámci riešenia projektu: „Výskum nových poznatkov a pozorovateľských skúseností diagnostických systémov novej generácie v priemyselnej výrobe a v dopravnom priemysle – výskum fyzikálnej podstaty automatizovaného systému video inšpekcie koľajového roštu“, ktorý je podporovaný Ministerstvom školstva, vedy, výskumu a športu SR v rámci poskytnutých stimulov pre výskum a vývoj zo štátneho rozpočtu v zmysle Zákona č. 185/2009 Z. z. Registračné číslo projektu: 2018/14571:1-26C0.
Autori:
Juraj KANIS 1, Vladislav ZITRICKÝ 2, Vlastimil Hebelka3
Tituly a pôsobisko autorov:
1 Ing. et Ing. Juraj Kanis, PhD., SMARTRONIC s.r.o., Černyševského 10, 851 01 Bratislava, Slovenská republika, E-mail: kanisj@smartronic.eu
2 doc. Ing. Vladislav Zitrický, PhD., Žilinská univerzita v Žiline, Fakulta prevádzky a ekonomiky dopravy spojov, Univerzitná 8215/1, 010 26 Žilina, Slovenská republika, E-mail: vladislav.zitricky@fpedas.uniza.sk
3 Ing. Vlastimil Hebelka, Univerzita Pardubice, Dopravní fakulta Jana Pernera, Studentská 95, 532 10 Pardubice 2, Česká republika, E-mail: vhebelka@protonmail.com
VYTLAČIŤ