分布式声学传感技术在状态修中的应用(2)

图3 交互式地图和清晰显示的频率可以表征有关基础设施状态的信息

Frauscher 公司为铁路基础设施公司的员工提供了高性能接口。其中包括具有地图预览和热图功能的图形用户界面（GUI），以及归入特定类别的基础设施状态显示（图 3）。通过缩放功能，使用人员可以查看整个线路或某个线路里程或 GPS 数据定位过的位置，查看线路的当前状态及其在特定时间段内的状态变化。通过设置滤波器，还可以进行更详细的分析和评估。

3.2 状态变化评估

仅仅确定发生了状态变化，还不能推断其对于实际铁路运营的影响。要对状态变化进行评估，必须将趋势分析与列车及其速度相关联。当重型长货运列车或较轻的短客运列车通过有缺陷的位置时，相同的技术偏差会产生频率和强度不同的指数。

因此，必须首先定义基础设施的基本状态，并将其存储在 FTS 系统中。然后，在此基础上进行趋势分析。为此，要在系统中标记基础设施构筑物（主要是桥梁、隧道或道岔），并校准相应的传感器。如钢轨接头或道岔的连接部分也会产生与钢轨缺陷类似的振动特征频谱，需要进行不同的评估和检查。

除此之外，还需要过滤掉来自固定设备（例如泵和发电机）的环境噪声，以免对详细分析轮轨接触关系的特征值产生干扰。目前，在安装和调试期间采用手动方式进行此类操作。而Frauscher 正在开发流程自动化的工具。这将使该技术规模化推广应用。

如果定义了基础设施的基本状态，运营商就可以通过确定的接口定期接收报告、警告和警报消息（根据型号）。目前可用的 DAS 系统还无法对检测到的变化进行足够准确的分类和量化。因此，维护人员需要在开发和安装阶段采取检查措施，通常为目视检查，对显著位置进行评估，确定触发警告的原因，对状态变化进行分类，并在规定的时间内采取必要的行动。

从无数次的安装实践以及 Frauscher 与运营商的合作中可以得出，主要有 3种状态分类：

（1）没有明显损坏或损坏极小；

（2）不严重的损坏；

（3）严重损坏。

这种评估和分类是维护过程的一个固定组成部分。其中的关键步骤是定义阈值以及确定系统灵敏度。在评估和处理消息时，经验丰富的专家可以根据自己的要求协助建设该系统，从而使 CBM 理念和现有技术得到更有效的使用（图4）。

图4 开发先进的维护方案，需要铁路网络各方面的合作

如果系统的灵敏度比较高，则能在早期阶段检测到各种错误，但也会将不重要的维护位置显示出来。此时，特别需要依靠经验来权衡，为运营商提供最佳选择。无论运营商还是服务承包商的维护人员的参与都具有决定性意义。因为只有专家亲临现场，才能评估基础设施的状况，并采取必要的措施。维护人员必须首先根据自己对线路和设备的了解，对消息的重要程度进行分类，这对于算法优化和结果评估仍然是必不可少的。

（1）没有明显损坏或损坏极小。这种情况下不需要采取维护措施。系统触发缺陷消息，主要有 3种可能：①可能是基础设施的结构性影响因素或环境中的诱发因素。这种情况下，此类影响因素将会被过滤掉。②可能是通过目视检查无法检测到缺陷，但实际已经存在磨损迹象。这种情况下，系统将存储此信息，并在一段时间内对此部分进行检查或有针对性的监控，例如，通过调整阈值。如果系统在此期间仍然显示有缺陷，则需要采用目视检查之外的分析方法，或者使用其他测量数据进行比较。③可能是钢轨表面的微小缺陷，由于已经计划对钢轨表面进行精加工，所以不需要立即采取行动（图 5）。此种情况下，可以确认此故障消息。

图5 钢轨表面的状态变化可以得到检测和评估，并在计划维护工作时被充分考虑

（2）不严重的损坏。此时，系统已经识别出重要缺陷，但不必立即排除（图 6）。通过早期识别，维护人员可以及时采取必要的措施。检测到此种状态的好处是：可以自由安排运行间断，或者将这些维护措施与其他措施尽可能有效地结合起来。这将减少维修活动的数量，并降低维护成本，因为一次维修活动成本很高。

图6 检测出小缺陷使人们能够有针对性地进行监测，并在状况进一步恶化时发出警报

（3）严重损坏。如果检测到此类状态变化，则必须立即采取措施，以避免对铁路运营安全产生严重影响，并最大限度地减少后续损坏。经验表明，这些严重状况可能在几天内发展加剧，甚至造成大规模的影响。例如，由于浸蚀产生的中空层、轨头破裂以及钢轨断裂。虽然铁路网受到持续监测（例如通过轨道检测列车），但也可能在分析周期内发生严重状况。通过对轮轨接触关系进行连续监测，可以更快地进行干预，并最大程度地减小人身伤害和财产损失。

文章来源：《传感技术学报》 网址: http://www.cgjsxb.cn/qikandaodu/2021/0613/428.html