Kolej: Rowiązania cyfrowe w analogowych

Cyfryzacja jest szeroko dyskutowanym tematem również w branży kolejowej. Należy inteligentnie korzystać z dostępnych danych. Podkreśla to Stefan Marschnig, profesor nadzwyczajny Politechniki w Grazu.

Czy kolej przespała rewolucję cyfrową? Takie wrażenie można czasami odnieść, kiedy w świecie nauki i branży kolejowej ciągle mówi się o „postępującej cyfryzacji”. Kolej to nie jest jednak branża analogowa tkwiąca w przeszłości. Cyfryzacja pojawiła się tutaj już wiele dekad temu, a więc wcześniej niż w innych branżach. Na kolei od dawna procesy robocze są sterowane cyfrowo, rejestrowane są duże ilości danych oraz podejmuje się decyzje w oparciu o dane. Dzisiejsze wyzwanie nie dotyczy więc cyfryzacji jako takiej, lecz wykorzystania jej możliwości technicznych do tworzenia wartościowych informacji na podstawie surowych danych.

VW branży kolejowej rejestruje się niezliczone
dane. Informacje można z nich jednak uzyskać
dopiero po właściwym powiązaniu.W branży kolejowej rejestruje się niezliczone dane. Informacje można z nich jednak uzyskać dopiero po właściwym powiązaniu.

Nie należy mylić danych z informacjami

Powszechnie dane wykorzystuje się raz: dają one odpowiedź na pytania „co?”, „gdzie?” i „jak często?”. W poniższych przykładach przedstawiono, w jaki sposób poprzez analizę można uzyskać z dostępnych danych dodatkowe informacje. W ten sposób dane mogą dostarczyć również odpowiedź na pytanie „dlaczego?” i przyczynić się do optymalizacji systemu poprzez niezbędne, właściwe wykorzystanie.

Bez wątpienia rejestrowanie zdarzeń przy użyciu urządzeń pomiarowych jest ważne dla bezpieczeństwa na kolei. Są to na przykład nieupoważnione wejścia na tory, zewnętrzna ingerencja w instalacje i części instalacji lub niebezpieczne stany eksploatacyjne. Powiązane dane w czasie rzeczywistym są też niezaprzeczalną wartością dodaną również w zakresie eksploatacji, na przykład podczas przekazywania dokładnych informacji pasażerom. Rozwoju technicznego systemu kolejowego nie da się jednak zapewnić tylko przez zbieranie danych ani przez ich powiązanie — do tego potrzebna jest raczej analiza danych. Tylko w ten sposób można zrozumieć nieodłączne systemowe zjawiska wyeksploatowania i zużycia oraz zoptymalizować sprzęt, a także związane z tym procesy.

Powiązanie ró żnych rekordów danych Dane o różnym stopniu uszczegółowienia mogą się wzajemnie uzupełniać. DW przypadku analizy alternatywnej — np. fraktalnej — można z istniejących danych pozyskać nowe informacje.

Analiza danych na podstawie oceny podbudowy

Instytut Kolejnictwa i Ekonomiki Transportu na Politechnice w Grazu już od ponad 15 lat zajmuje się opisem zachowania nawierzchni kolejowej. Ponieważ jakości nawierzchni kolejowej nie można opisać na podstawie danych z jednej jazdy pomiarowej (raczej tylko jej aktualny stan), rozpoczęto analizowanie danych geometrii torów z kolejnych jazd pomiarowych oraz opisywanie na tej podstawie procesów związanych z jakością.

W analizie danych nie uwzględnia się rozciągnięcia podłużnego sygnału pomiarowego w odniesieniu do aktualnego stanu, lecz jego przebieg w czasie. Aby zbadać powody różnych zmian stanu, należy w kolejnym kroku uwzględnić warunki ramowe analizowanego toru. Dane z pojazdu pomiarowego firmy ÖBB-Infrastruktur AG zostały w tym przykładzie powiązane z innymi rekordami danych. W ten sposób można przeanalizować zmiany stanu w zależności od krzywizny, formy nawierzchni kolejowej i obciążenia torów jako całkowita liczba ton brutto dziennie oraz od wieku infrastruktury. Ponadto wczytano wykonane prace utrzymaniowe, takie jak podbijanie torów, szlifowanie szyn lub oczyszczanie podłoża tłuczniowego wraz z datą i długością prac. Ta baza danych (TUG-DB) umożliwia wyszukiwanie danych potrzebnych do wykonania szczegółowej analizy przebiegu geometrii torów.

Taki sposób dostępu, z którym szczegółowo można zapoznać się w pracy doktorskiej dr. Matthiasa Landgrafa, wskazuje, że dane o różnym poziomie uszczegółowienia mogą się wzajemnie uzupełniać, a w zależności od ustalonych celów można zbierać i analizować różne dane.

Analiza danych pomiarowych w szeregach czasowych Analiza danych pomiarowych w szeregach czasowych Obserwacja zmian sygnałów w kontekście czasowym pozwala na opis przebiegu stanów. Na podstawie odpowiednich baz danych można wygenerować z tego różne informacje.

Analiza danych — perspektywy

Ze względu na stale zwiększające się i tańsze możliwości techniczne zbierania oraz przechowywania danych w nadchodzących latach otworzą się kolejne możliwości badań i zastosowań. Powiązanie różnych rekordów danych przedstawione w poprzednim przykładzie można rozszerzyć o (co najmniej) dwa kolejne istotne aspekty: szybkie rejestrowanie lokalnych usterek oraz kolejną specyfikację obciążenia zbiorczego. Instytut Kolejnictwa i Ekonomiki Transportu złożył już wnioski o projekty badawcze i rozpoczął te, które są związane z obydwoma aspektami. W odniesieniu do techniki pomiarów kluczowe znaczenie mają cztery opcje techniczne:

  • Pomiar pokładowy (OBM): Prosty i niedrogi sprzęt do pomiarów można będzie w przyszłości montować również w pociągach rozkładowych (częściowo odbywa się to już dzisiaj). Bardzo dokładne serie danych, na przykład dotyczące przyspieszeń, mogą umożliwić szybkie wykrycie występujących nagle awarii systemu. Wykrywanie pęknięć szyn i rozjazdów lub wady łączeń szyn znacznie poprawi się dzięki temu trendowi.
  • Stałe miejsca pomiaru (Wayside Train Monitoring Systems, WTMS): Jak już opisano, kluczowe dla mechanizmów uszkodzeń na drodze jazdy są obciążenia zbiorcze. Przedstawienie tego obciążenia zbiorczego dla wagonów daje już bardzo uszczegółowiony obraz skumulowanego obciążenia. Mimo to również ten model danych jest oparty na dużych uproszczeniach, ponieważ siły pojazdu zostały uwzględnione dla pojazdów nowych. Zarejestrowanie rzeczywiście występujących sił interakcji w stałych punktach pomiaru oznacza kolejny krok uszczegółowienia, ponieważ pojawiają się stany wyeksploatowania w pojeździe (na przykład spłaszczenia), które znowu mają znaczny wpływ na siły.
  • Światłowodowe systemy pomiarowe (Distributed Acoustic Sensing, DAS): Bardzo obiecującą technologią jest analiza akustyczna fal świetlnych przesyłanych przez kable światłowodowe ułożone przy torach. Inteligentne analizy tych fal świetlnych mogłyby zapewnić bardzo dużą wartość dodaną operatorom infrastruktury. Ponadto dzięki technice pomiarowej można zilustrować aspekty bezpieczeństwa (nieupoważnione wejścia na tory, ochrona brygad roboczych). Ponadto, przynajmniej teoretycznie, możliwe jest techniczne monitorowanie styku koła z szyną. Można w ten sposób wykryć usterki torów i pojazdów (na przykład pęknięcia szyn i spłaszczenia). Jeżeli takie analizy zostaną powiązane z istniejącymi już bazami danych, można będzie w ten sposób odpowiedzieć na otwarte pytania dotyczące reakcji systemu, a także wyposażenia i dostosowania systemu.
  • Lokalne wyposażenie techniki pomiarowej w zakresie komponentów torów i zwrotnic (smart assets): Aby zrozumieć, jakie siły i w jakim zakresie w rzeczywistości oddziałują na infrastrukturę, należy wykonać lokalne pomiary, na przykład elementów zwrotnic lub pojedynczych progów. Kompleksowe wyposażenie wszystkich zasobów sieci nie jest raczej brane pod uwagę, ponieważ z jednej strony nie jest to uzasadnione ekonomicznie, a z drugiej strony duża liczba zamontowanych czujników prawdopodobnie spowodowałaby dużą liczbę komunikatów o usterkach.

Oprócz zasadniczego zrozumienia wygenerowanych w ten sposób danych interesujące są w szczególności powiązania między danymi. Jeżeli na przykład wykryte zostaną spłaszczenia na WTMS, mogą one zostać rozpoznane jako wzór DAS. Tak samo musiałyby występować wartości szczytowe sił na lokalnych elementach torów, analogicznie do pojazdu oraz być rozpoznawane w OBM. Dzięki technologiom DAS i OBM można by było ponownie wykorzystywać informacje z punktowej obserwacji w rozciągnięciu liniowym. Badanie wykaże, w jaki sposób można wykorzystywać te dodatkowe informacje w odniesieniu do zmian jakości drogi przejazdu w czasie.

Stałe miejsce pomiaru ARGOS firmy ÖBB-Infrastruktur AGStałe miejsce pomiaru ARGOS firmy ÖBB-Infrastruktur AG

Ustalanie działań

Przy wszystkich tych możliwościach technicznych należy wcześniej odpowiedzieć na jedno pytanie: ile trzeba wykonać pomiarów? Im więcej danych zostanie pobranych, tym większe będzie prawdopodobieństwo, że
a. dane te nie zostaną ponownie w ykorzystane i
b. dane oraz uzyskane na ich podstawie informacje będą sprzeczne ze sobą.

Prawidłowość zmierzonych danych, a tym samym ich wiarygodność, mają największe znaczenie w szczególności dla operatora infrastruktury. Ustalanie działań i podejmowanie decyzji to jednak koniec rozwiązań cyfrowych — działania są i pozostaną analogowe. Najlepszy możliwy nadzór instalacji infrastruktury na podstawie danych to jedna sprawa. Podejmowanie decyzji o działaniach oraz ich realizacja to coś zupełnie innego.

Na ustalanie i realizację działań wpływ ma wiele warunków brzegowych niedotyczących samej instalacji. Ważne analizy techniczne zgodne ze stanem techniki stanowią przy tym niezbędną podstawę podejmowania decyzji, nie mogą jednak prowadzić bezpośrednio do analogowych działań. Aby zapewnić właściwe działanie, we właściwym czasie i we właściwym miejscu, podczas planowania i realizacji działań należy uwzględnić perspektywy ekonomiczne, dostępne środki budżetowe, planowanie zasobów oraz — właśnie w kolejnictwie — aspekty eksploatacyjne. Analogowe rozwiązania niewiele się zmienią w przyszłości. Za to cyfrowe rozwiązania z zakresu oceny stanu będą się błyskawicznie rozwijać. Jako podstawę podejmowania decyzji należy wykorzystywać najlepszą dostępną wiedzę.

Stefan Marschnig

30.06.2017

Technologie

1745 słów

12 czas czytania

Kolej: Rowiązania cyfrowe w analogowych Kolej: Rowiązania cyfrowe w analogowych Kolej: Rowiązania cyfrowe w analogowych Kolej: Rowiązania cyfrowe w analogowych Kolej: Rowiązania cyfrowe w analogowych

Powiązane artukuły

Łączone technologie zapewniające więcej informacji

Technologie

Łączone technologie zapewniające więcej informacji

Mayank Tripathi | 27.06.2017 | 1751 słów | 12 czas czytania

Inteligentne łączenie zapewniające rzeczywiste korzyści dodatkowe: o połączeniu Distributed Acoustic Sensing (DAS) z licznikami osi i indukcyjnymi czujnikami koła można wygenerować wartościowe informacje o zastosowaniach kolejowych.

Czytaj więcej
Jak komunikuj ą się systemy

Technologie

Jak komunikuj ą się systemy

Stefan Lugschitz | 29.06.2017 | 1580 słów | 11 czas czytania

Funkcja wymaga komunikacji: interfejsy zapewniają optymalne powiązanie elementów infrastruktury kolejowej.

Czytaj więcej
Pozostaje kwestia: Analogowy czy cyfrowy

Technologie

Pozostaje kwestia: Analogowy czy cyfrowy

Manfred Sommergruber | 26.06.2017 | 735 słów | 5 czas czytania

Sygnały czujników koła można udostępniać w postaci analogowej lub cyfrowej. Manfred Sommergruber objaśnia cechy charakterystyczne na podstawie czujnika koła Frauscher RSR110.

Czytaj więcej
„Ściśile według protokołu”

Aplikacje

„Ściśile według protokołu”

Fabian Schwarz | 28.06.2017 | 1180 słów | 8 czas czytania

Zastosowania kolejowe są coraz bardziej złożone. Melanie Kleinpötzl, Frauscher Product Management, wyjaśnia w wywiadzie, w jaki sposób wydajne protokoły oprogramowania zapewniają niezbędną bezzakłóceniową komunikację między systemami.

Czytaj więcej