ASC Sensors - Smart in Motion 在火車(chē)行駛中實(shí)現(xiàn)軌道區(qū)段監(jiān)測(cè)

德國(guó)鐵路股份公司利用ASC傳感器識(shí)別早期軌道損傷

鐵路軌道網(wǎng)絡(luò)必須定期得到狀態(tài)檢查作為DB數(shù)字化4.0戰(zhàn)略的一部分，德國(guó)鐵路股份公司（DB）多年來(lái)堅(jiān)持使用常規(guī)列車(chē)監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)設(shè)施。位于德國(guó)普法芬霍芬的ASC GmbH生產(chǎn)高精度傳感器，因其毫米級(jí)的精度而用于掃描道床。德國(guó)鐵路股份公司使用三至四列火車(chē)進(jìn)行“軌道狀態(tài)持續(xù)監(jiān)測(cè)”，其中包括第二代城際特快列車(chē)（ICE）和城際列車(chē)（IC）。該監(jiān)測(cè)方式的設(shè)計(jì)思路在于，既然長(zhǎng)距離火車(chē)日復(fù)一日地行駛于軌道網(wǎng)絡(luò)上，那么就可以同時(shí)借此采集數(shù)據(jù)。負(fù)責(zé)鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的德鐵網(wǎng)絡(luò)股份公司（DB Netz AG）委托集團(tuán)成員公司DB Systemtechnik GmbH實(shí)施該項(xiàng)目。軌道的高低不平順性是主要記錄的數(shù)據(jù)，約占全部軌道幾何缺陷的75%。德國(guó)鐵路股份公司利用測(cè)量性行駛，以發(fā)生明顯損傷之前的狀態(tài)為基準(zhǔn)，識(shí)別當(dāng)前軌道的幾何狀態(tài)所產(chǎn)生的偏離。在常規(guī)檢查中，他們?cè)黾恿税l(fā)車(chē)間隔更長(zhǎng)的列車(chē)測(cè)量軌道。高速鐵路軌道區(qū)段通常三至四個(gè)月接受一次檢查，而本地鐵路區(qū)段一年接受一次檢查。

可獲取數(shù)小時(shí)內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)

工程學(xué)博士克勞斯·烏爾里希·沃爾特是DB Systemtechnik GmbH慕尼黑分部中研究“軌道區(qū)段持續(xù)監(jiān)測(cè)”的專(zhuān)家，自立項(xiàng)起為該測(cè)量系統(tǒng)的建立貢獻(xiàn)良多。他說(shuō)：“我們的目標(biāo)是用為數(shù)不多的車(chē)輛監(jiān)測(cè)大規(guī)模的鐵路網(wǎng)絡(luò)?！痹撓到y(tǒng)的核心元件是位于轉(zhuǎn)向架和車(chē)廂內(nèi)飾的傳感器。同時(shí)還配有數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)、定位系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。定位系統(tǒng)持續(xù)保存火車(chē)的當(dāng)前方位，因此測(cè)量數(shù)值可以和相應(yīng)的軌道區(qū)段測(cè)量點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。而數(shù)據(jù)傳輸單元?jiǎng)t將所有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至DB Systemtechnik的慕尼黑弗萊曼區(qū)分部。DB Systemtechnik每周評(píng)估這些數(shù)據(jù)，供鐵路系統(tǒng)負(fù)責(zé)人查看各自管轄范圍內(nèi)的軌道數(shù)據(jù)。大部分?jǐn)?shù)據(jù)評(píng)估自動(dòng)生成，報(bào)告中甚至包括截止發(fā)送時(shí)僅數(shù)小時(shí)前的數(shù)據(jù)。

監(jiān)測(cè)數(shù)千公里的軌道網(wǎng)絡(luò)

目前，每周約有2,500km長(zhǎng)的鐵路接受狀態(tài)監(jiān)測(cè)。攜帶傳感器長(zhǎng)距離行駛的火車(chē)不僅來(lái)往于不來(lái)梅/漢堡至慕尼黑之間忙碌的南北線，也在柏林至科隆、哈雷/萊比錫至不來(lái)梅之間的區(qū)段行駛。沃爾特博士報(bào)告稱：“雖然平均每周有四次配備測(cè)量技術(shù)的火車(chē)行駛于軌道區(qū)段。但部分軌道區(qū)段每?jī)芍懿沤邮芤淮闻鋫錅y(cè)量技術(shù)的火車(chē)行駛，而另一些軌道區(qū)段一天就會(huì)接受兩次測(cè)量性行駛?！蓖ㄟ^(guò)這種方式獲取的數(shù)據(jù)質(zhì)量很大程度上取決于所用的傳感器。因此，DB Systemtechnik選擇上巴伐利亞行政區(qū)普法芬霍芬的ASC GmbH為其供應(yīng)加速度傳感器?！拔覀兠鞯堑耐率褂眠@些傳感器已有一段時(shí)間，對(duì)此非常滿意，”監(jiān)測(cè)專(zhuān)家沃爾特用事實(shí)告訴我們，“各項(xiàng)技術(shù)規(guī)格都能滿足項(xiàng)目需求，我們得到了有力的支持。”

工程學(xué)博士克勞斯·烏爾里?！の譅柼貫檐壍罓顟B(tài)持續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)貢獻(xiàn)良多。圖源：DB Systemtechnik，馬丁·洛伊布

傳感器必須能夠承受高強(qiáng)沖擊

除了ASC OS-115LN 050和ASC OS-115LN 002單軸加速度傳感器，ASC P401A15壓電式加速度傳感器也被安裝于長(zhǎng)距離行駛火車(chē)。后者為高頻IEPE（Integrated Electronics Piezo Electric，即壓電集成電路）傳感器，具有極高的耐用性、抗沖擊性和密封性。IEPE傳感器具備 0.5Hz 至 15kHz較寬的頻率范圍，可實(shí)現(xiàn) ±50、±100及 ±500 g 的量程。高達(dá)5,000Gpk的沖擊極限可承載高強(qiáng)沖擊，成為鐵路交通應(yīng)用的主要優(yōu)勢(shì)。ASC P401A15的另一亮點(diǎn)為其－55至+150℃較大的工作溫度范圍，因?yàn)榛疖?chē)測(cè)量點(diǎn)的溫度可在－30至+70℃之間變化。

位于輪對(duì)軸承及車(chē)廂內(nèi)飾的ASC傳感器測(cè)量垂直加速度。以監(jiān)測(cè)軌道上層結(jié)構(gòu)的高低不平順。

測(cè)量預(yù)防軌道交通封閉和延遲

ASC傳感器既測(cè)量輪對(duì)軸承的垂直加速度，也測(cè)量車(chē)廂內(nèi)飾件的加速度。它們主要監(jiān)測(cè)由鐵軌、軌枕和道砟構(gòu)成的上層結(jié)構(gòu)的高低不平順。高低不平順的測(cè)量非常重要，因?yàn)樗兓羁?，偏離程度對(duì)車(chē)輛行駛質(zhì)量的影響最大。如果軌道幾何質(zhì)量存在缺陷，則必須采取養(yǎng)護(hù)措施，或立即實(shí)施區(qū)段限速。最終將導(dǎo)致鐵路交通的延遲和大范圍的不便。德國(guó)鐵路股份公司使用的ASC OS-115LN 002和OS-115LN 050加速度傳感器的量程分別為2g和50g。該產(chǎn)品具有出色的信噪比，依量程不同在7至400 μg/√Hz之間。ASC傳感器具備高靈敏度和抗沖擊性，對(duì)于德國(guó)鐵路股份公司的軌道狀態(tài)持續(xù)監(jiān)測(cè)尤為重要?；疖?chē)上傳感器安裝盒的空間有限，因此ASC測(cè)量系統(tǒng)的微小體積具有重要意義。

ASC為客戶量身定制傳感器

除了電容式和壓電式加速度傳感器，DB Systemtechnik還在使用ASC 271陀螺儀。該產(chǎn)品使用MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，即微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)，尤其適于安裝在轉(zhuǎn)向架上測(cè)量軌道幾何缺陷。該傳感器的一大亮點(diǎn)是零偏不穩(wěn)定性出色，可達(dá)9°/hr。同時(shí)，它的噪聲密度低至0.02 °/s/√Hz，角度隨機(jī)游走低至0.2°/√Hz。

安裝于轉(zhuǎn)向架的ASC 271陀螺儀監(jiān)測(cè)軌道區(qū)段狀態(tài)。贏得沃爾特博士認(rèn)可的，不僅是ASC傳感器的高精度和高耐用性，還有其高度的靈活性：“傳感器非常貼合我們的需求，所以現(xiàn)在電纜就長(zhǎng)期連接在測(cè)量單元上。”ASC傳感器專(zhuān)家的特點(diǎn)是充分以客戶為導(dǎo)向，他們制造的大部分產(chǎn)品都是為客戶的個(gè)性化需求量身定制的。ASC產(chǎn)品在德國(guó)總部生產(chǎn)，所以應(yīng)用的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)非常高。

裝配有ASC傳感器的DB Systemtechnik傳感器盒。圖源：DB Systemtechnik

巨大成功：實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)

自從引入軌道狀態(tài)持續(xù)監(jiān)測(cè)后，移動(dòng)式測(cè)量技術(shù)已經(jīng)工作超過(guò)了6,000,000千米。通過(guò)獲取數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)測(cè)量，鐵軌、軌枕及道砟構(gòu)成的上層結(jié)構(gòu)得到了大幅度的質(zhì)量提高。同時(shí)，區(qū)段限速和軌道交通封閉也平均減少了95%。鐵路系統(tǒng)負(fù)責(zé)人對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)興趣極高，這進(jìn)一步證明了監(jiān)測(cè)成功。日益增多的鐵路區(qū)段將會(huì)按照他們的要求，分批接受監(jiān)測(cè)。目前，軌道狀態(tài)持續(xù)監(jiān)測(cè)仍然限于長(zhǎng)距離區(qū)段。但沃爾特博士已經(jīng)開(kāi)始考慮拓展監(jiān)測(cè)范圍?！皩?duì)于本地火車(chē)大規(guī)模的鐵路網(wǎng)絡(luò)，該技術(shù)絕對(duì)是一大熱點(diǎn)。”ASC中國(guó)辦公室南京威爾譜科技有限公司電話：13951921337 / 025-85516526郵箱：jason.ji@wijp.cn網(wǎng)址: www.asc-sensors.com

ASC Sensors

智動(dòng)而生掃碼關(guān)注 了解更多ASC Sensors - Smart in Motion研究項(xiàng)目 SAMIRA 的目的是開(kāi)發(fā)一種駕駛員輔助系統(tǒng)，以簡(jiǎn)化貨運(yùn)列車(chē)換乘的耗時(shí)過(guò)程。高精度 ASC IMU 7 在該項(xiàng)目中發(fā)揮著核心作用：它將列車(chē)的準(zhǔn)確位置持續(xù)傳輸?shù)綑C(jī)車(chē)切換臺(tái)。長(zhǎng)期目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)完全自主的切換操作。

高精度 ASC IMU 7 發(fā)揮著核心作用長(zhǎng)貨運(yùn)列車(chē)的調(diào)換是由兩人操作進(jìn)行的。這是因?yàn)?，由于步行距離較長(zhǎng)，單人操作非常耗時(shí)；遠(yuǎn)程控制不能確保必要的安全。問(wèn)題是：人員短缺，再加上貨運(yùn)列車(chē)比卡車(chē)慢的競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)，雪上加霜。這就是為什么歐盟資助的 SAMIRA 項(xiàng)目正在研究一種駕駛員輔助系統(tǒng)，以提高貨運(yùn)效率。它由位于列車(chē)尾部的電子攝像頭和傳感器組成。它們可以讓機(jī)車(chē)調(diào)車(chē)司機(jī)從駕駛室看到列車(chē)末端，不再需要長(zhǎng)途跋涉，可以單獨(dú)進(jìn)行列車(chē)調(diào)車(chē)。ASC IMU 7 確保機(jī)車(chē)駕駛員始終了解列車(chē)的準(zhǔn)確位置。該裝置專(zhuān)為車(chē)輛高精度導(dǎo)航而開(kāi)發(fā)，通過(guò)六個(gè)自由度持續(xù)監(jiān)控車(chē)輛的位置。亞琛應(yīng)用科學(xué)大學(xué)、ARIC GmbH 和 RheinCargo 預(yù)計(jì)該輔助系統(tǒng)將在 2022 年投入市場(chǎng)。2021 年 3 月 29 日，發(fā)布于www.asc-sensors.de