维护铁路安全,机器学习改进DAS监测应用——实现列车分布式车轮扁平度检测

学术   2023-04-07 18:26   广东  




OptaSense铁路安全解决方案:


1.提升对整个铁路路线范围监控能力;

2.判断和揭示发生活动的“热点”,以定位需要补充其他安全措施的重点位置;

3.提供可配置输出类型,满足操作要求;

4.将事件定位精度控制在10米以内;

5.提供更具经济性的路线覆盖范围:在单个铁轨旁安装可覆盖高达100公里。


提供多种应用选项


  • 第三方入侵:应用直埋型或槽型光纤,为入侵事件及其相关的典型第三方活动的检测、定位和分类提供保护通道。

  • 贫瘠区域:安装在围栏上的光纤,能够在贫瘠区

    域内或附近提供全面的保护,防止入侵事件及其他威胁。

  • 重点位置:可以采用专用的监控光纤支线,在侧线、驼峰调车区域及仓库设施等关键的重点位置周围提供事件检测能力。

  • 电缆盗窃:将槽型光纤与铜质电缆布设于同一位置,能够提供与盗窃事件相关的典型活动事件的检测与分类。




重点介绍

QuantX询问器单元


#01

QuantX询问器单元

实现列车分布式车轮扁平度检测


车轮扁平是常见的铁路安全问题,会对车辆和铁路基础设施造成损坏,并可能引发安全相关事件。


QuantX分布式声学传感(DAS)询问器单元专为高级铁路应用开发,可提供高保真度和灵敏度的远程定量数据性能,工作范围可达50 km,通过发射脉冲询问光纤,从瑞利背散射中展开高保真度相位和振幅锁定信息,使许多先进的铁路应用成为可能。

图 1:沿监控光纤长度从右向左移动的货运列车。Y 轴显示约6 分钟的时间,X 轴显示约4公里的监控轨迹。


图2:显示了QuantX提供的丰富声学数据集。强度较高的区域是以列车速度沿轨道行驶的周期性碰撞,表明碰撞是由车轮扁平造成的。


图3:列车通过车轮脂肪时信号电平的时间历史图,显示单个位置的冲击周期性和严重性。


价值


      该解决方案与其他铁路系统中保存的信息的集成将使铁路运营商能够将轮平数据与特定的机车车辆相匹配,从而提供强大的解决方案,能够生成即时或建议性的轮平通知并输出,并更好地了解轮对在铁路网络中的来源和分布提供了可能。


#02

机器学习技术助力

改进DAS铁路监测应用

//随着数据集增加,高容量数据处理、分析和对感兴趣信号分类操作具有很大的挑战性。

//OptaSense利用多种机器学习(ML)技术,提高数据保真度,减少QuantX询问器单元的调试时间。



      从图中可对移动列车进行直观地识别,通常在任何时间点的数据都能显示独特的方形轮廓。在隧道段附近是一个例外情况:当列车进入、通过和离开隧道时,信号将变得更加嘈杂。

      但对于需要准确的列车位置、长度和速度信息作为客户输出的应用,或在列车运行期间禁用某些传感器的应用领域,仅使用该原始声波信号将存在一定的局限性。


      通过QuantX数据和ML有监督学习技术的应用,准确检测到列车前部和后部,多个光纤传感数据被标记为真实标签,地面真值标签作为目标信号对ML模型进行训练,提高了检测的准确率并降低了误报警率。


ML不仅有监督学习技术,还根据现有的调试方法进行了评估,显著缩短了调试的时间。



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