железные дороги: цифровое в аналоговом

Дигитализация является до минирующей темой также и в железнодорожной отрасли. Для этого необходимо интеллектуаль но использовать доступные дан ные. Так считает Штефан Марш ниг, старший доцент Грацского технического университета.

Проспали ли железные дороги цифровую революцию? Иногда такое впечатление создается, если в науке и железнодорожной отрасли постоянно идет речь о «возрастающем интересе к дигитализации». При этом железнодорожное дело совсем не является аналоговой, застрявшей в про шлом отраслью. Напротив, дигитализация здесь началась много десятилетий назад – следовательно, раньше, чем в других отраслях. Уже давно железнодорожные операторы управляют эксплуатационными процессами посредством цифровых технологий, регистрируют данные в большом объеме и принимают решения на основе данных. Поэтому основная задача сегодня заключается не в самой дигитализации, а в использовании ее технических возможностей, чтобы получать ценную информацию из необработанных данных.

В железнодорожной отрасли регистрируется
несчетное количество данных. Однако только
за счет рационального создания сетей из них
можно получить необходимую информацию. В железнодорожной отрасли регистрируется несчетное количество данных. Однако только за счет рационального создания сетей из них можно получить необходимую информацию.

Не стоит путать данные с информацией

Не стоит путать данные с информацией Данные обычно используются только один раз для ответа на такие вопросы, как «что?», «где?» и «как часто?». Однако последующие примеры показывают, как из имеющихся данных можно посредством анализа генерировать дополнительную информацию. Таким образом данные могут также дать ответ на вопрос «почему?» и помимо их необходимого, целенаправленного использования сделать вклад в оптимизацию системы.

Без сомнений регистрация событий с помощью измерительной техники важна для обеспечения без опасности повсюду и на железных дорогах. Речь идет о несанкционированном доступе к путям, внешних манипуляциях с системами и их компонентами или рабочих состояниях, связанных с возникновением угроз. Также комбинированные данные в реальном времени имеют неоспоримые дополнительные преимущества для эксплуатации, например, при передаче точной информации пассажирам. Однако дальнейшего технического развития системы железных дорог невозможно достичь лишь за счет простого сбора данных или включения данных в единую сеть – для этого скорее требуется анализ данных. Только так мы можем понять присущие системе признаки износа и оптимизировать аппаратное обеспечение, а также связанные с этим процессы.

Данные различной степени детализации могут дополнять друг друга. объединение различных наборов данных в сеть: Данные различной степени детализации могут дополнять друг друга. При альтернативном анализе – как здесь с помощью фрактального анализа – можно из имеющихся данных получать новую информацию.

Анализ данных на примере оценки нижнего строения пути

Институт железнодорожного транспорта и транспортной экономики Грацского технического университета уже более 15 лет занимается описанием поведения верхнего строения пути. Так как качество верхнего строения пути невозможно описать с помощью данных с одной единственной измерительной поездки – разве что его актуальное состояние, – специалисты начали проводить анализ значений показателя качества, измеренных в данной точке пути во время последовательных измерительных поездок и определять тенденции изменения качественных характеристик.

В ходе анализа данных рассматривается не линейное расширение измерительного сигнала в отношении текущего состояния, а его изменение по времени. Чтобы изучить причины различных изменений состояния, следующим шагом необходимо учитывать предельные условия рассматриваемого пути. Поэтому на этом примере данные измерительного вагона компании ÖBB-Infrastruktur AG комбинируются с дополнительными наборами данных. Таким образом, можно анализировать изменения состояния в зависимости от кривизны, формы верхнего строения пути, загруженности пути в общих тоннах брутто и возраста системы. Кроме того, учитываются выполненные работы по техническому обслуживанию, такие как подбивка пути, шлифование рельсов или очистка балластного слоя из щебня с датой и длительностью обработки. Эта база данных (TUG-DB) теперь позволяет выполнять целенаправленные запросы для подробного анализа характеристик определенной ординаты рельсового пути.

Этот доступ – подробности можно прочитать в диссертации д-ра Маттиаса Ландграфа – показыва ет, что данные различной степени детализации могут друг друга дополнять и что в зависимости от поставленной конечной цели необходимо собирать и анализировать различные данные.

Анализ сигналов измерений во временной области позволяет описывать изменения состояния. анализ результатов измерений в виде временных рядов: Анализ сигналов измерений во временной области позволяет описывать изменения состояния.На основе соответствующих баз данных можно из этого генерировать различную информацию.

Анализ данных – обзор

В последующие годы в свете постоянно растущих и более экономически выгодных технических возможностей сбора и сохранения данных откроются дополнительные сферы исследований и приложений. Упомянутое в предыдущем примере объединение различных наборов данных в сеть может быть дополнено (как минимум) еще двумя значимыми аспектами: своевременная регистрация локальных ошибок и дополнительная спецификация спектра нагрузок. Институт железнодорожного транспорта и транспортной экономики уже запросил и начал реализацию исследовательских проектов, которые посвящены этим двум аспектам. Что касается технологий измерения, то в центре внимания находятся четыре технических опции:

  • Измерение в поезде (OBM): Простое и недорогое измерительное оборудование в будущем можно будет устанавливать в регулярных поездах (отчасти это происходит уже сегодня). Очень плотные последовательности данных, например об ускорении, могут позволить своевременно регистрировать внезапно возникающие отказы системы. Данная тенденция значительно улучшит процесс обнаружения изломов рельсов и сердечников крестовины стрелочного перевода или отказа рельсовых соединителей.
  • Стационарные точки измерения (системы напольного мониторинга движения поездов, WTMS): Как уже описано, для механизмов повреждения на маршруте спектр нагрузок имеет решающее значение. Точное для конкретного вагона отображение спектра нагрузок уже предоставляет довольно подробную картинку кумулятивной нагрузки. Однако эта модель данных основывается на сильных упрощениях, так как силы подвижного состава определяются, исходя из нового состояния подвижных составов. Регистрация фактически возникающих сил взаимодействия в стационарных точках измерения, таким образом, означает дальнейший шаг в улучшении детализации, так как во внимание принимаются состояния износа подвижного состава (например, пробуксовины), что, в свою очередь, имеет большое влияние на силы.
  • Оптоволоконные измерительные системы (распределенное акустическое зондирование, DAS): Многообещающей технологией является акустический анализ световых волн, которые транспортируются по проложенным вдоль пути волоконно-оптическим кабелям. Интеллектуальный анализ данных световых волн может принести огромные дополнительные преимущества для операторов инфраструктур. С одной стороны, с помощью измерительной техники можно отобразить аспекты безопасности (несанкционированный доступ к путям, защита рабочих бригад). С другой стороны, хотя бы теоретически возможен технический контроль контакта колеса с рельсом. Таким образом, можно идентифицировать места сбоев, как на пути, так и на подвижном составе (например, изломы рельса и пробуксовины). Если подобные оценки, в свою очередь, комбинируются с уже существующими базами данных, таким образом можно было бы ответить на открытые вопросы реакции системы, а также в конечном счете организации и согласования системы.
  • Локальное измерительное оборудование компонентов пути/стрелочных переводов (smart assets): Чтобы получить понимание того, какие силы в какой мере действительно воздействуют на инфраструктуру, могут быть рациональными лкальные измерения, например, на компонентах стрелочных переводов или на отдельных шпалах. Комплексное оснащение всех компонентов во всей сети скорее всего не будет приниматься во внимание, так как, с одной стороны, этому препятствуют экономические причины, с другой же стороны, большое количество установленных датчиков могло бы привести к растущему числу сообщений об ошибках.

Наряду с принципиальным пониманием генерируемых подобным образом данных, особый интерес вызывают соотношения между данными. Если, например, в системах WTMS обнаруживаются пробуксовины, их можно распознавать как модель DAS. Также, при возникновении пиков усилий в локальных компонентах пути, аналогичные пики должны возникать на подвижном составе и, таким образом, распознаваться в OBM. Благодаря технологиям DAS и OBM тогда могла бы дальше использоваться информация из выборочных наблюдений в линейном расширении. Как эта дополнительная информация со временем сможет использоваться с точки зрения качественных характеристик маршрута, покажет исследование.

FСтационарная точка измерения ARGOS от ÖBB-Infrastruktur AG Стационарная точка измерения ARGOS от ÖBB-Infrastruktur AG

Определение мероприятий

В отношении всех этих технических возможностей сначала необходимо ответить на один вопрос: какое количество измерений необходимо производить? Чем больше собирается данных, тем выше вероятность, что:
a. эти данные не будут в дальнейшем использованы;
б. данные и получаемая на их основе информация противоречат друг другу.

Достоверность измеренных данных и, следовательно, степень внушаемого ими доверия имеют высочайшее значение в особенности для оператора инфраструктуры. При определении мероприятий и принятии решений в любом случае достигается конец цифровых возможностей – мероприятия есть и остаются аналоговыми. Одно дело – это контролировать системы инфраструктуры наилучшим образом и с обеспечением защиты данных. Совершенно другим является принятие решений о мероприятиях и их реализация.

На определение и выполнение мероприятий оказы вают воздействие многочисленные предельные усло вия, не касающиеся самой установки. Достоверные технические анализы в соответствии с современным техническим уровнем при этом образуют обязатель ную основу для принятия решений, однако не могут непосредственно привести к аналоговому меропри ятию. Экономические соображения, доступные бюд жетные средства, планирование ресурсов и – именно в железнодорожной отрасли – также эксплуатаци онные аспекты должны учитываться при планирова нии и реализации мероприятий, чтобы в итоге иметь возможность обеспечивать правильное мероприя тие в нужное время, в нужном месте. Этот аналого вый мир едва ли изменится в будущем, в то время как произойдет стремительное развитие цифровых воз можностей оценки состояния систем. С точки зрения основы для принятия решений при этом необходимо обращаться в лучшим доступным знаниям.

Stefan Marschnig

30.06.2017

Технологии

1388 слов

10 минут чтения

железные дороги: цифровое в аналоговом железные дороги: цифровое в аналоговом железные дороги: цифровое в аналоговом железные дороги: цифровое в аналоговом железные дороги: цифровое в аналоговом

Статьи по теме

Комбинация технологий для получения большего количества информации

Технологии

Комбинация технологий для получения большего количества информации

Mayank Tripathi | 27.06.2017 | 1383 слов | 10 минут чтения

Умное комбинирование для настоящей дополнительной выгоды: когда технология распределенного акустического зондирования (DAS) используется вместе со счетчиками осей и индуктивными датчиками колес, можно генерировать ценную информацию для различных приложений на железнодорожном транспорте.

Читать дальше
Как осуществляется связь между системами

Технологии

Как осуществляется связь между системами

Stefan Lugschitz | 29.06.2017 | 1289 слов | 9 минут чтения

Для функционирования требуется коммуникация: интерфейсы заботятся о том, чтобы компоненты инфраструктуры железных дорог были оптимальным образом объединены в сеть.

Читать дальше
Открытый вопрос: Аналоговые или цифровые?

Технологии

Открытый вопрос: Аналоговые или цифровые?

Manfred Sommergruber | 26.06.2017 | 740 слов | 5 минут чтения

Сигналы датчиков колес могут предоставляться в аналоговой или цифровой форме. Манфред Зоммергрубер объясняет их особенности на примере датчика колес Frauscher RSR110.

Читать дальше
«Строго по протоколу»

Приложения

«Строго по протоколу»

Fabian Schwarz | 28.06.2017 | 1013 слов | 7 минут чтения

Железнодорожные приложения становятся все более сложными. Мелани Кляйнпётцль, от дел управления продукцией Frauscher, объясняет в интервью, как высокопроизводительные программ ные протоколы обеспечивают необходимую безот казную связь между системами.

Читать дальше