JP2023522157A - Monitoring the surface condition of railroad tracks - Google Patents

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Abstract

鉄道線路レール2の表面の状態を監視するための監視デバイス1のネットワークであって、監視デバイス1の各々が、鉄道線路レール2上の汚染物質の存在を示す少なくとも1つの周波数を監視し、鉄道線路レール2上の汚染物質の有無を示す出力を提供するように構成されている分光計3を含み、監視デバイス1の各々が、その出力を中央データベース20に送信するように構成されている送信機19を含む、ネットワーク。中央データベース20は、経時的に監視デバイス1からのデータを記憶し、それによって、監視デバイス1によって監視される線路状態の履歴データを確立するように構成されている。比較器22は、ネットワーク上の現在の線路状態を、ネットワーク上の履歴線路状態と比較し、それによって、線路状態の起こり得る展開の指示を提供するように構成されている。【選択図】図6A network of monitoring devices 1 for monitoring the condition of the surface of a railway track rail 2, each monitoring device 1 monitoring at least one frequency indicative of the presence of contaminants on the railway track rail 2, the railway each of the monitoring devices 1 is configured to transmit its output to a central database 20, including a spectrometer 3 configured to provide an output indicative of the presence or absence of contaminants on the track rail 2; a network, including aircraft 19; The central database 20 is configured to store data from the monitoring device 1 over time, thereby establishing historical data of track conditions monitored by the monitoring device 1 . Comparator 22 is configured to compare current line conditions on the network with historical line conditions on the network, thereby providing an indication of possible evolution of line conditions. [Selection drawing] Fig. 6

Description

本発明は、一般に、表面監視の分野に関し、特に、レール-車輪境界面の最適な状態を監視および維持するのを助けるために、鉄道線路レール上で使用するための表面状態監視デバイスに関する。 The present invention relates generally to the field of surface monitoring, and more particularly to a surface condition monitoring device for use on railroad track rails to help monitor and maintain optimum condition of the rail-wheel interface.

鉄道線路の表面状態は、鉄道車両の通行のために最適な状態に十分に維持され、保たれることを確実にしなければならない鉄道ネットワーク事業者にとって、真の課題を提示する。鉄道線路レールは、典型的にはスチール製であり、通過する車両からかなりの力を受け、これは、表面および構造的な摩耗を引き起こす可能性がある一方で、悪天候および頻繁に変化する気象状態、また、1年を通して他の環境上の危険にさらされる。レール-車輪境界面、典型的にはスチール対スチールは、エネルギー効率の良い組み合わせを提供するが、この境界面は、汚染に対して非常に敏感であることがわかり得る。降水、露、落葉、局所的な温度変化、極端な気象状態、草木および他のデトリタスは、鉄道線路の表面状態、したがって、その上を通過する鉄道車両の通行に影響を及ぼし得る事象の一部にすぎない。これらの汚染物質の大部分は、かなりの含水量を有し、これは、レール表面上の車輪の接着に影響を及ぼす。 The surface condition of railroad tracks presents a real challenge to rail network operators who must ensure that it is well maintained and kept in optimum condition for rail vehicle traffic. Railroad track rails, which are typically made of steel, are subjected to considerable forces from passing vehicles, which can cause surface and structural wear, while adverse weather and frequently changing weather conditions , and are exposed to other environmental hazards throughout the year. Although the rail-wheel interface, typically steel-to-steel, offers an energy efficient combination, this interface can prove to be very sensitive to contamination. Precipitation, dew, defoliation, local temperature changes, extreme weather conditions, vegetation and other detritus are some of the events that can affect the surface condition of railroad tracks and thus the passage of rail vehicles passing over them. It's nothing more than Most of these contaminants have a significant water content, which affects the adhesion of the wheels on the rail surface.

汚染物質は、第1の層と第2の層との間の「第3の層」と呼ぶことができ、第1の層と第2の層は、それぞれ、鉄道線路レールおよび鉄道車両車輪であり、逆もまた同様である。 Contaminants can be referred to as a "third layer" between the first and second layers, the first and second layers being on railroad track rails and railcar wheels, respectively. Yes, and vice versa.

鉄道車両の滑らかで、安全で、効率的な走行は、スチールレールとスチール車輪との間の摩擦に依存する。従来のブレーキを使用した鉄道車両の予測可能かつ最適化されたブレーキに対する基本は、所望の減速度に対して十分な摩擦を有する信頼性の高いレール-車輪境界面を作り出すことである。多くの場合、雨、露、油などの流体、またはさらにはライン上に落ちて圧縮される可能性のある腐敗した葉のために、レールが滑りやすくなったり、油っぽくなったりすると、摩擦が低減され得る。これによって、水溶性の葉の成分とスチールレールコーティングとの間で化学反応が起こる可能性がある。このコーティングは、半永久的であり、したがって、列車の通過によって十分に摩耗するのに時間がかかることがある。水分およびデトリタスの観点から、鉄道線路の表面状態に対するそのような変化および予測不可能性は、ネットワーク事業者に真の課題を提示し得る。事業者は、通過する車両が低摩擦状態になり、車両がスリップする可能性を、これが起こる前に予測し、その影響を最小限に抑えるための措置を講じなければならない。事業者は、懸念のあるエリアにフラグを立てるために線路状態の継続的な監視を実施し、これらを是正するための措置を再度講じなければならない。事業者は、変化しやすい表面状態に照らして必要な停止距離が考慮されることを確実にするために、列車が、軌道に沿って適切な間隔で配置されることを確実にしなければならない。そのような状態は、特に、変化しやすい天候に起因する環境条件では、常に変化しやすく、問題が発生することが非常に一般的である。鉄道ネットワーク事業者は、乗客の安全を脅かすのではなく、列車を迅速に遅らせたり、キャンセルしたりする。時刻表は、イギリスのように、季節ごとに変更されることが多く、例えば、通常の秋の時刻表では、落葉シーズン中にこれらの遅延を予測するための措置をとる。これは、鉄道業界にとってかなりのコストがかかる。軌道上の落ち葉は、英国だけでも毎年約6000万ポンドの直接コストがかかると推定されており、これは約3億5000万ポンドの社会的コストに相当すると推定されている。 Smooth, safe, and efficient running of rail vehicles depends on friction between steel rails and steel wheels. The basis for predictable and optimized braking of rail vehicles using conventional braking is to create a reliable rail-wheel interface with sufficient friction for the desired deceleration. Oftentimes, when rails become slippery or greasy due to fluids such as rain, dew, oil, or even rotting leaves that can fall on the line and compress, friction can be reduced. This can lead to chemical reactions between the water soluble leaf components and the steel rail coating. This coating is semi-permanent and therefore may take time to wear sufficiently from passing trains. Such variations and unpredictability to railroad track surface conditions, in terms of moisture and detritus, can present real challenges to network operators. Operators must anticipate the potential for passing vehicles to experience low-friction conditions and vehicle skidding before this occurs and take steps to minimize its effects. Operators must conduct continuous monitoring of track conditions to flag areas of concern and take action again to correct them. Operators must ensure that trains are spaced appropriately along the track to ensure that necessary stopping distances are taken into account in the light of variable surface conditions. Such conditions are highly variable and problematic, especially in environmental conditions due to variable weather. Rail network operators quickly delay or cancel trains rather than jeopardize passenger safety. Timetables often change seasonally, as in the UK, for example, typical autumn timetables take steps to anticipate these delays during the leaf fall season. This has considerable costs for the rail industry. Orbital leaf litter is estimated to have a direct cost of about £60 million annually in the UK alone, which is estimated to equate to a social cost of about £350 million.

レール-車輪境界面での摩擦の損失は、列車が最初に発車して動き出すときの牽引力に影響し、貨物列車の場合、運搬能力に影響を及ぼす。車輪のスピンを引き起こし、場合によっては、列車が動かなくなる。これらの低摩擦状態は、車輪とレールとの境界面の接着性が悪くなり、制動時および停止時に問題を引き起こす。摩擦の大幅な損失は、制動力の低下をもたらし、これは、停止距離が大幅に長くなり、鉄道ネットワーク内に列車を配車するときにこれを考慮しなければならないことを意味する。極端な場合には、車輪がロックし、列車が滑走することすらある。これは、車輪および鉄道線路に著しい損傷を引き起こす可能性がある。また、運転手が列車を停止させるのに十分な距離を持たせていない場合、駅のプラットフォームがオーバーシュートすることがある。 Loss of friction at the rail-wheel interface affects tractive effort when a train initially starts and moves, and in the case of freight trains, haulage capacity. It causes the wheels to spin and in some cases the train is stuck. These low friction conditions result in poor adhesion at the wheel/rail interface, causing problems during braking and stopping. A significant loss of friction results in reduced braking power, which means that stopping distances are significantly increased and this must be taken into account when dispatching trains within the rail network. In extreme cases, the wheels may even lock up and the train skidding. This can cause significant damage to wheels and railroad tracks. Station platforms can also overshoot if drivers do not allow enough distance to stop the train.

雪および氷が鉄道線路上に堆積すると、そのような低接着状態が生じる可能性があり、制動中に鉄道車両が滑ったりスリップしたりしやすくなり、列車が発進するのが困難になる。しかし、乾燥した天候が続いた後の小雨、またはレール上の朝露など、あまり目立たない状態も、鉄道ネットワークが考慮すべき困難な鉄道状態を引き起こす可能性がある。鉄道線路の表面状態への影響は短期的なものに過ぎないが、そのような影響の予測不可能な性質は、通過する鉄道車両に重大な事故を引き起こすのに十分であり得る。試験は、空気中の水蒸気がレールヘッドに凝縮して流体膜を形成する露点の発生と、低接着性の事故との間に強い相関関係があることを示した。この流体膜は、車輪とレールとの境界面における牽引力の損失をもたらす。 Such low adhesion conditions can occur when snow and ice accumulate on railroad tracks, making railcars prone to slipping and slipping during braking and making it difficult for trains to start. However, less noticeable conditions, such as light rain after a period of dry weather, or morning dew on rails, can also cause difficult rail conditions for rail networks to consider. Although the effects on railroad track surface conditions are only short term, the unpredictable nature of such effects can be sufficient to cause serious accidents to passing rail vehicles. Tests have shown that there is a strong correlation between the occurrence of dew point where water vapor in the air condenses on the railhead to form a fluid film and low adhesion incidents. This fluid film results in a loss of traction at the wheel/rail interface.

他の寄与因子は、ブレーキシューからディスクブレーキへの移動を含むと考えられ、これは、レールの何らかの表面清掃および調整がもはや摩耗によって行われなくなったことを意味する。また、蒸気機関車時代には、草木の発火を防ぐために必要とされていたであろう十分な軌道側のメンテナンスを鉄道ネットワーク事業者が実施する必要がなくなったと考えられている。草木からの余分な成長は、葉の供給を増加させ、軌道上への落ち葉を増加させ、それによって問題を悪化させる。また、一部のエリアでは、露点および局地的な気候にも影響を及ぼす可能性がある。極端な場合、葉の蓄積によって、車輪が線路から電気的に絶縁され、結果として信号故障が生じる可能性がある。これは、葉によって車輪が線路から電気的に絶縁され、結果として信号故障をもたらすとき、Wrong Side Track Circuit Failure、すなわちWSTCFなどのイベントを引き起こす可能性がある。列車が停止できなかったために信号を通過したときにも、Signal Passed at Danger、すなわちSPADなど他のイベントが発生する可能性がある。 Other contributing factors are believed to include movement from brake shoes to disc brakes, meaning that some surface cleaning and conditioning of rails is no longer done by wear. It is also believed that in the age of steam locomotives, rail network operators no longer need to carry out sufficient trackside maintenance that would have been required to prevent vegetation from igniting. Excess growth from vegetation increases leaf supply and leaves on track, thereby exacerbating the problem. It can also affect dew point and local climate in some areas. In extreme cases, leaf build-up can electrically isolate the wheels from the track, resulting in signal failure. This can lead to events such as Wrong Side Track Circuit Failure, or WSTCF, when the wheel is electrically isolated from the track by the leaves, resulting in a signal failure. Other events, such as Signal Passed at Danger, or SPAD, can also occur when a train passes a signal because it fails to stop.

レール車両は、滑りやすいレール状態に対抗するため、典型的には、車輪スライド保護装置を備えている。車輪がロックされると、特に、鉄道線路の滑りにくい部分に入るときに車輪が依然として滑っている場合、平らなスポットがスチールリム内に研削され得る。これは、車輪形状が元の外形から変更された車輪フラットを引き起こし、激しい振動をもたらし、かなりの費用をかけて車輪の削正、または車輪交換さえも必要となる可能性がある。 Rail vehicles are typically equipped with wheel slide protection devices to combat slippery rail conditions. When the wheels are locked, a flat spot can be ground into the steel rim, especially if the wheels are still slipping when entering a slippery section of railroad track. This can cause wheel flats where the wheel geometry is altered from the original profile, resulting in severe vibrations and requiring wheel refurbishment or even wheel replacement at considerable expense.

そのような変化しやすい状況に対処するために鉄道線路を表面調整する多くの異なる方法が試みられており、多くのものが動作中である。これらは、何らかの形態の機械的スクラビング装置と一緒に、水ジェットなどを用いるなど、ジェットを適用して、任意の堆積物またはデトリタスを吹き飛ばすことに及ぶ。レールのレーザーブラストも試みられ、試験されている。または、砂をペーストまたは他の方法で堆積させるか、レール上に接着改良剤を塗布するなどして、鉄道線路および/または車輪を高摩擦材料でコーティングする。砂は、制動および加速中の接着を補助する。しかしながら、砂を使用することは、望ましくない断熱のリスクを増大させる可能性があり、したがって、金属粒子を含有する可能性もある。例えば、砂、アルミニウム粒子および接着剤の組み合わせであるSandite(商標)などの接着改質剤である。Sandite(商標)など砂および物質でレールをブラスティングまたはコーティングすることは、経済的に健全な解決策を提供するとは考えられず、これらの物質を環境中に放出することは環境に優しいとは考えられない。現在使用されている代替コーティングとしては、レール用の接着増強剤であるTrack Grip 60(商標)(TG60(商標))、またはゲル中に懸濁されたスチール粒子および砂からなるElectragelが挙げられる。水分および鉄道線路上の露の形成によって経験される問題に対処し、それによって牽引特性とインピーダンス特性の両方の向上を試みるために、レールは、典型的には、疎水性製品で処理されている。これらのコーティングまたは処理を鉄道線路に塗布するには、典型的には、特別な列車または鉄道車両が必要であり、また、手動または手作業による塗布を伴うこともある。英国では、これらの車両は、典型的には、Rail Head Treatment TrainsすなわちRHTT、またはMulti-Purpose VehiclesすなわちMPVを含む。この場合も、鉄道ネットワーク事業者が、そのような鉄道車両の通行、または線路が使用されていないときのそのようなコーティングおよび物質の塗布を確保し、ネットワークの全体的な運行を考慮に入れることが課題である。 Many different methods of surface conditioning railroad tracks to deal with such variable conditions have been attempted and many are in operation. These extend to applying a jet to blow away any deposits or detritus, such as using a water jet or the like, along with some form of mechanical scrubbing device. Laser blasting of rails has also been attempted and tested. Alternatively, railroad tracks and/or wheels are coated with a high friction material, such as by pasting or otherwise depositing sand or applying an adhesion improver on the rails. Sand aids adhesion during braking and acceleration. However, the use of sand may increase the risk of unwanted insulation and thus may also contain metal particles. For example, an adhesion modifier such as Sandite™, which is a combination of sand, aluminum particles and an adhesive. Blasting or coating rails with sand and substances such as Sandite™ is not considered to provide an economically sound solution and releasing these substances into the environment is not environmentally friendly. Unthinkable. Alternative coatings currently in use include Track Grip 60™ (TG60™), an adhesion enhancer for rails, or Electragel, which consists of steel particles and sand suspended in a gel. To counter the problems experienced by moisture and dew formation on railroad tracks, thereby attempting to improve both traction and impedance characteristics, rails are typically treated with hydrophobic products. . Application of these coatings or treatments to railroad tracks typically requires special trains or railcars and may involve manual or manual application. In the UK, these vehicles typically include Rail Head Treatment Trains or RHTTs, or Multi-Purpose Vehicles or MPVs. Again, the railway network operator shall ensure the passage of such railway vehicles, or the application of such coatings and substances when the tracks are not in use, taking into account the overall operation of the network. is the issue.

駅へのアプローチなど、著しい低接着が定期的に生じる特定の場所または鉄道線路の一部において、牽引ゲルアプリケータが設置されていることがある。これらは、鉄道車両が通過するときにレールヘッドに液体を塗布する。 Traction gel applicators may be installed at certain locations or sections of railroad tracks where significant low adhesion occurs regularly, such as station approaches. These apply liquid to the rail head as rail cars pass by.

これらのプロセスは、短期間のみ有効である。鉄道線路へのジェットブラストでは、次の葉が落ちたり、通過する列車による空力的な乱れでレール上に堆積したり、他のデトリタスが軌道に沿って着地したりすると、すぐに効果がなくなる。鉄道線路やレールヘッドに直接堆積した砂や他の処理生成物は、耐久性が高くなる可能性はあるが、これらの物質は降雨によって容易に洗い流されてしまう。 These processes are effective only for a short period of time. Jet blasting onto railroad tracks becomes ineffective as soon as the next leaf falls off, is deposited on the rails by the aerodynamic turbulence of passing trains, or other detritus lands along the tracks. Sand and other treatment products deposited directly on railroad tracks and railheads can be more durable, but these materials are easily washed away by rainfall.

これらの表面調整プロセスの大部分について、表面を調整するための最初の決定は、推論的に行われ、主に視覚に基づいて行われる。事業者は、一続きの線路を調べるか、または最近のもしくは差し迫った環境条件に基づいて決定を行う。あるいは、線路は、線路の一部が劣悪なレベルに達したという任意の特定の指標にかかわらず、所定の間隔で調整される。 For most of these surface preparation processes, the initial decision to prepare the surface is made speculatively and is primarily based on vision. The operator examines the stretch of track or makes decisions based on recent or impending environmental conditions. Alternatively, the line is adjusted at predetermined intervals regardless of any particular indication that a portion of the line has reached a degraded level.

従来技術は、様々な方法でこれらの必要性に対処しようとする多くのデバイスを示している。 The prior art shows many devices that attempt to address these needs in various ways.

GB 2 355 702(LaserThor Ltd)は、レールの表面から汚染物質を除去することによってレールを清掃する方法を開示している。この方法は、高強度パルスレーザービームを生成するステップと、汚染物質の少なくとも一部を破壊するようにレーザービームをレールの表面上に向けるステップとを含む。レーザービームは、汚染物質の検出に応答して動作することができる。この制御システムは、光源と、光源からの光ビームをレールの表面に向ける管とを含み、そこでビームが反射される。さらなる管は、反射されたビームを集め、それを分光計の一部を形成するプリズムに通過させる。葉または他の汚染物質など多くの物質の正体は、分光計を使用することによって、物質から作られた物体の表面から反射する合成ビーム中の光の波長の分析によって決定することができる。制御ユニットは、光ビームが反射された物質の性質を決定する。レール表面上の汚染のタイプを決定する手段を提供する一方で、この構成は、精度の問題と、不明瞭な結果につながるかなりの量の感知ノイズとを提示する。また、それは、検出することができる汚染物質または材料の範囲にいくぶん限定される。 GB 2 355 702 (LaserThor Ltd) discloses a method for cleaning rails by removing contaminants from the rail surface. The method includes generating a high intensity pulsed laser beam and directing the laser beam onto the surface of the rail to destroy at least a portion of the contaminants. The laser beam can be operated in response to detection of contaminants. The control system includes a light source and a tube that directs a beam of light from the light source onto the surface of the rail where the beam is reflected. A further tube collects the reflected beam and passes it through a prism forming part of the spectrometer. The identity of many substances, such as leaves or other contaminants, can be determined by analysis of the wavelengths of light in the composite beam that reflect from the surface of objects made of the substance by using a spectrometer. A control unit determines the nature of the material from which the light beam is reflected. While providing a means of determining the type of contamination on the rail surface, this configuration presents accuracy issues and a significant amount of perceived noise leading to ambiguous results. Also, it is somewhat limited in the range of contaminants or materials that can be detected.

従来技術は、鉄道線路上の様々な汚染物質の存在を検出する問題に対処しようとしているが、鉄道ネットワーク上の現在の状態を評価し、将来の状態を予測する方法を提供していない。 The prior art attempts to address the problem of detecting the presence of various contaminants on railroad tracks, but does not provide a way to assess current conditions and predict future conditions on rail networks.

本発明の好ましい実施形態は、この点において改善され得る表面監視デバイスのネットワークを提供することを目的とする。 Preferred embodiments of the present invention aim to provide a network of surface monitoring devices that can be improved in this regard.

本発明の一態様によれば、鉄道線路レールの表面の状態を監視するための監視デバイスのネットワークが提供され、監視デバイスの各々が、鉄道線路レール上の汚染物質の存在を示す少なくとも1つの周波数を監視し、鉄道線路レール上の汚染物質の有無を示す出力を提供するように構成されている分光計を含み、監視デバイスの各々が、その出力を中央データベースに送信するように構成されている送信機を含む。 According to one aspect of the present invention, there is provided a network of monitoring devices for monitoring the condition of a surface of a railroad track rail, each monitoring device having at least one frequency indicative of the presence of contaminants on the railroad track rail. and provide an output indicative of the presence or absence of contaminants on the railroad track rails, each of the monitoring devices configured to transmit its output to a central database Including transmitter.

好ましくは、各分光計は、鉄道線路レール上の汚染物質の存在を示す複数の周波数を監視するように構成されている。 Preferably, each spectrometer is configured to monitor multiple frequencies indicative of the presence of contaminants on the railroad track rails.

好ましくは、各分光計は、ラマン分光計である。 Preferably each spectrometer is a Raman spectrometer.

好ましくは、監視デバイスは、ハンドヘルドデバイス、鉄道車両搭載デバイス、線路側デバイス、ドローン搭載デバイス、UAV搭載デバイス、衛星搭載デバイスのうちの1つ以上を含む。 Preferably, the monitoring device comprises one or more of a handheld device, a railcar-mounted device, a trackside device, a drone-mounted device, a UAV-mounted device, a satellite-mounted device.

好ましくは、監視される前記汚染物質は、セルロース、酢酸セルロース、およびチロシンからなる群からの少なくとも1つを含む。 Preferably, said contaminants monitored include at least one from the group consisting of cellulose, cellulose acetate and tyrosine.

各監視デバイスは、監視された値を1つ以上の所定の値と比較し、監視された鉄道線路レールの状態が所定の許容レベルを上回るか下回るかを示す対応するデバイス出力を提供するように構成されている。 Each monitoring device compares the monitored value to one or more predetermined values and provides a corresponding device output indicating whether the monitored railroad track condition is above or below a predetermined acceptable level. It is configured.

好ましくは、各分光計出力は、汚染物質のタイプと量の両方を示す。 Preferably, each spectrometer output indicates both the type and amount of contaminant.

好ましくは、各監視デバイスは、ユーザが監視デバイスの動作を制御することができる動作インターフェースを含む。 Preferably, each monitoring device includes an operation interface that allows a user to control the operation of the monitoring device.

本発明の上述の態様のいずれかに記載のネットワークは、受信されたデータに応答して、1つ以上の鉄道線路レールの表面を調整するように動作可能である少なくとも1つの表面調整デバイスをさらに含み得る。 The network according to any of the above aspects of the invention further comprises at least one surface adjustment device operable to adjust the surface of one or more railway track rails in response to the received data. can contain.

前記表面調整デバイスは、レールに供給されるプラズマによって鉄道線路レールを調整するように動作可能であり得る。 The surface conditioning device may be operable to condition a railroad track rail by plasma supplied to the rail.

好ましくは、前記送信機のうちの少なくとも一部はワイヤレス送信機である。 Preferably, at least some of said transmitters are wireless transmitters.

好ましくは、中央データベースは、経時的に監視デバイスからのデータを記憶し、それによって、監視デバイスによって監視される線路状態の履歴データを確立するように構成されている。 Preferably, the central database is configured to store data from the monitoring devices over time, thereby establishing historical data of track conditions monitored by the monitoring devices.

好ましくは、本発明の上述の態様のいずれかに記載のネットワークは、ネットワーク上の現在の線路状態を、ネットワーク上の履歴線路状態と比較し、それによって、線路状態の起こり得る展開の指示を提供するように構成されている比較器をさらに含む。 Preferably, a network according to any of the above aspects of the invention compares current track conditions on the network with historical track conditions on the network, thereby providing an indication of possible evolution of track conditions. Further includes a comparator configured to.

本方法は、鉄道ネットワークの鉄道線路レールの表面の状態を監視する方法に拡張され、本方法は、ネットワーク全体の様々な場所におけるレール上の汚染物質の有無を示すために、本発明の上述の態様のいずれかに記載のネットワークの監視デバイスを動作させることを含む。 The method extends to a method of monitoring the surface condition of railroad track rails of a railway network, the method being used to indicate the presence or absence of contaminants on the rails at various locations throughout the network. Operating a network monitoring device according to any of the aspects.

そのような方法は、監視デバイスから受信されたデータに応答してレールの表面を調整するために、少なくとも1つの表面調整デバイスを動作させるさらなるステップを含み得る。 Such methods may include the further step of operating at least one surface adjustment device to adjust the surface of the rail in response to data received from the monitoring device.

鉄道車両が鉄道線路レールに沿って走行する際に、鉄道車両上で表面調整が行われ得る。方法は、鉄道車両が鉄道線路レールに沿って複数回通過するときに実行され得る。 Surface preparation may be performed on the railcar as it travels along the railroad track rails. The method may be performed as a rail vehicle makes multiple passes along a railroad track rail.

本発明をよりよく理解するために、また、本発明の実施形態がどのように実行され得るかを示すために、一例として、添付の図面を参照する。 For a better understanding of the invention and to show how embodiments of the invention may be practiced, reference is made, by way of example, to the accompanying drawings.

ハンドヘルドデバイスの拡大図とともに、レールの表面状態を監視する、ハンドヘルドデバイスとして使用される、表面監視デバイスの一実施形態を示す図である。FIG. 1 shows an embodiment of a surface monitoring device used as a handheld device to monitor the surface condition of a rail, with a close-up view of the handheld device; 線路側デバイスのうちの1つの拡大側面図とともに、レールの状態を監視する、使用中の一対のデバイスを示す、線路側に取り付けられた表面監視デバイスのさらなる実施形態を示す図である。FIG. 10 illustrates a further embodiment of a trackside mounted surface monitoring device showing a pair of devices in use monitoring rail conditions, along with an enlarged side view of one of the trackside devices; 車両の前部に取り付けられた表面監視デバイスと、鉄道車両の後部に取り付けられたさらなる表面監視デバイスと、その間の表面調整デバイスを示す、鉄道車両に取り付けられたときの表面監視デバイスの一実施形態を示す図である。An embodiment of the surface monitoring device when mounted on a rail vehicle, showing a surface monitoring device mounted on the front of the vehicle, a further surface monitoring device mounted on the rear of the rail vehicle, and a surface adjustment device therebetween. It is a figure which shows. 機関車の車台の拡大図とともに、機関車に取り付けられたときの表面監視デバイスのさらなる実施形態を示す図である。FIG. 10 shows a further embodiment of the surface monitoring device when mounted on a locomotive, with an enlarged view of the locomotive undercarriage; 表面監視デバイスが表面上の物質の存在を検出し、その表面上の物質の組成を分析することを可能にする構成部品を示す、表面監視デバイスの一実施形態を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating one embodiment of a surface monitoring device showing components that allow the surface monitoring device to detect the presence of material on a surface and analyze the composition of material on the surface; FIG. 評価のために中央データベースに表面状態データを中継する、鉄道車両、線路側に、およびハンドヘルドデバイスとして搭載された、単一線路に沿った表面監視デバイスのネットワークの一実施形態を示す図である。FIG. 1 illustrates one embodiment of a network of surface monitoring devices along a single track, mounted on rail vehicles, tracksides, and as handheld devices, relaying surface condition data to a central database for evaluation. より広い鉄道ネットワークから表面状態データを取得する中央データベースの一実施形態を示す図である。FIG. 2 illustrates one embodiment of a central database that acquires surface condition data from the wider rail network;

図面において、同様の参照符号は、同様のまたは対応する部分を示す。 In the drawings, like reference numerals indicate like or corresponding parts.

以下に記載され、および/または図面に示される様々な特徴は、好ましいが、必須ではないことを理解されたい。記載され、および/または示された特徴の組み合わせは、唯一の可能な組み合わせであるとは見なされない。反対の記載がない限り、個々の特徴は、実際的である場合、省略され、変更され、または異なる組み合わせで組み合わせることができる。 It should be understood that the various features described below and/or shown in the drawings are preferred but not essential. Combinations of features described and/or shown are not considered to be the only possible combinations. Unless stated to the contrary, individual features may be omitted, altered or combined in different combinations where practical.

図1は、レール2のエリアの表面状態を監視するために、オペレータ、典型的にはMobile Operations Manager(MOM)によって使用される表面監視デバイス1の一実施形態を示す。Mobile Operations Managerは、鉄道線路状態をチェックする責任者である。鉄道線路をいつ清掃するかを決定し、線路が通常の運転に適したレベルにあることを確認する。 FIG. 1 shows one embodiment of a surface monitoring device 1 used by an operator, typically a Mobile Operations Manager (MOM), to monitor the surface condition of an area of rail 2 . The Mobile Operations Manager is responsible for checking railroad track conditions. Decide when to clean railroad tracks and ensure that the tracks are in a suitable level for normal operation.

表面監視デバイス1は、ハンドヘルドデバイス6であり、携帯可能であり、異なる表面を測定するためにオペレータが持ち運ぶことが容易である。図1は、レール2の表面に対してまたはその近くに保持されたハンドヘルドデバイス6を示し、また、ハンドヘルドデバイス6の拡大図またはクローズアップ図を示す。これは、レール2を読み取るために分光計3を制御する操作インターフェース4の1つの可能な構成を示す。ハンドヘルドデバイス6は、表面上の汚染物質の特定の組み合わせを検出し、分析するように構成されてもよく、または後でダウンロードし、分析するためにこのデータを記憶してもよい。代替的に、ハンドヘルドデバイス6は、このデータを、図示していない基地局にワイヤレス送信して、中央リソースがネットワーク全体のレール状態を分析し、このデータに応答して様々な表面清掃および調整デバイスを送り出すことができるようにしてもよい。 The surface monitoring device 1 is a handheld device 6 that is portable and easy for an operator to carry to measure different surfaces. FIG. 1 shows a handheld device 6 held against or near the surface of rail 2 and also shows an enlarged or close-up view of handheld device 6 . This shows one possible configuration of the operating interface 4 controlling the spectrometer 3 to read the rail 2. FIG. Handheld device 6 may be configured to detect and analyze specific combinations of contaminants on the surface, or may store this data for later download and analysis. Alternatively, the handheld device 6 wirelessly transmits this data to a base station, not shown, for central resources to analyze rail conditions throughout the network and respond to this data by various surface cleaning and conditioning devices. may be sent out.

図2は、表面監視デバイス1の別の実施形態を示しており、デバイスは、レール2の一部を監視するために、鉄道線路の側面に取り付けられた支柱に組み込まれている。このような構成で示される分光計3は、記録されたデータを、送信機19を介して中央リソースに送り返す。これらの表面監視デバイス1のうちの1つの拡大図は、1つのデバイスが、2つのレール2の状態を同時に、または必要に応じて監視するように構成され得ることを示す。レーザーなどの単色光源8は、線路の片側のレール2の方向にレーザービームを送信し、さらなる単色光源8は、線路の他方の側のレール2から跳ね返るようにレーザービームを送信し、したがって、両方のレール2を同時に監視する。これらの表面監視デバイス1は、ネットワーク内のレール2の大部分を覆うのに十分なように、鉄道軌道に沿って所定の間隔で配置されてもよく、またはレール2の表面状態が特に懸念されるエリアに設置されてもよい。 FIG. 2 shows another embodiment of a surface monitoring device 1, the device being built into a stanchion attached to the side of a railroad track to monitor a section of rail 2. FIG. Spectrometers 3 shown in such a configuration transmit recorded data back to the central resource via transmitter 19 . An enlarged view of one of these surface monitoring devices 1 shows that one device can be configured to monitor the condition of two rails 2 simultaneously or as desired. A monochromatic light source 8, such as a laser, transmits a laser beam in the direction of the rail 2 on one side of the track, and a further monochromatic light source 8 transmits a laser beam bouncing off the rail 2 on the other side of the track, thus both simultaneously monitor rail 2 of . These surface monitoring devices 1 may be placed at predetermined intervals along the railway track, sufficient to cover most of the rails 2 in the network, or if the surface condition of the rails 2 is of particular concern. may be installed in an area where

図3は、鉄道車両17の車台に取り付けられたときの表面監視デバイス1のさらなる実施形態を示している。この特定の鉄道車両17には、鉄道車両17の前端に表面監視デバイス1があり、鉄道車両17の後方に向いたさらなる表面監視デバイス1がある。これらの表面監視デバイス1の間のどこかに表面調整デバイス5が取り付けられている。前部表面監視デバイス1と後部表面監視デバイス1の両方の配置により、オペレータは、表面調整デバイス5の有効性を決定することができる。鉄道車両17に沿って取り付けられ、鉄道車両17が通過しているレール2に作用するように構成された任意の数の表面監視デバイス1が存在し得る。また、最後の表面監視デバイス1による表面状態の適切な読み取りを達成するために必要な回数だけレール2のセクションを表面調整するために、任意の数の表面調整デバイス5があってもよい。 FIG. 3 shows a further embodiment of the surface monitoring device 1 when mounted on the undercarriage of a rail vehicle 17. FIG. This particular railcar 17 has a surface monitoring device 1 at the front end of the railcar 17 and a further surface monitoring device 1 facing the rear of the railcar 17 . Somewhere between these surface monitoring devices 1 a surface conditioning device 5 is mounted. The placement of both the front surface monitoring device 1 and the rear surface monitoring device 1 allows the operator to determine the effectiveness of the surface conditioning device 5 . There may be any number of surface monitoring devices 1 mounted along the railcar 17 and configured to act on the rail 2 over which the railcar 17 is passing. Also, there may be any number of surface conditioning devices 5 for surface conditioning a section of rail 2 as many times as necessary to achieve a proper reading of the surface condition by the last surface monitoring device 1 .

そのような配置における表面調整デバイス5は、機械的スクラビング装置と並んで水を用いたジェットブラスト、レーザーブラスト、高摩擦材料のコーティングの塗布、砂の堆積、または表面改質剤の塗布など、表面を調整する任意の数の異なる方法を含み得る。表面監視デバイス1が表面調整デバイス5の前後にある配置によって、オペレータは、表面調整デバイス5の性能を監視し、レール2の状態が最適化されることを確実にするために、この表面調整デバイス5に必要な任意の変更を行うことができる。 The surface conditioning device 5 in such an arrangement can be used alongside a mechanical scrubbing device, such as jet blasting with water, laser blasting, applying a coating of high friction material, depositing sand, or applying a surface modifier to the surface. may include any number of different ways of adjusting the . The placement of the surface monitoring device 1 before and after the surface conditioning device 5 allows the operator to monitor the performance of the surface conditioning device 5 and to ensure that the condition of the rail 2 is optimized. 5 can be made any necessary changes.

この鉄道車両17は、運転室内に操作インターフェース4を組み込んでもよい。運転手に、運転手用ディスプレイ18上に表面監視デバイス1の結果が提示され得る。これは、運転手が、レール2の状態の結果に応じて鉄道車両17をどのように運転するかを変更できるようにするためである。例えば、運転手は、表面監視デバイス1からの読み取り値が汚染物質の存在、またはスリップの危険性が大きいことを示唆する場合、停止距離を増加させる必要があり得る。同様に、結果は、レール2の状態が最適化されているという知識において安全な速度の増加を可能にし得る。また、運転手は、鉄道車両17が通過するレール2の劣悪な状態を識別して、任意の搭載された表面調整デバイス5を切り替えるよう運転手に指示する情報を運転手用ディスプレイ18上に提供されてもよい。図3の鉄道車両17は、具体的には、鉄道線路レール2の清掃および調整のためのものである。表面監視デバイス1によって、そのような鉄道車両17は、表面状態の変化に直接対応することができ、同時に、鉄道車両17の清掃性能に関するリアルタイムフィードバックをオペレータに提供することができる。次いで、オペレータは、単にすべてのレール2を同じ量だけ清掃したり、目視だけで清掃レベルを決定したりするのではなく、ある区間のレール2の清掃および調整のレベルを適宜調整することができる。 This rail car 17 may incorporate the operating interface 4 in the cab. The driver may be presented with the results of the surface monitoring device 1 on the driver's display 18 . This is to allow the driver to change how he drives the railcar 17 as a result of the rail 2 condition. For example, the driver may need to increase the stopping distance if readings from the surface monitoring device 1 indicate the presence of contaminants or a high risk of slipping. Similarly, the results may allow safe speed increases in the knowledge that rail 2 conditions are optimized. The driver also identifies poor condition of the rails 2 over which the railcar 17 passes and provides information on the driver display 18 directing the driver to switch over any on-board surface conditioning devices 5. may be The railcar 17 of FIG. 3 is specifically for cleaning and adjusting railroad track rails 2 . The surface monitoring device 1 allows such railcars 17 to directly respond to changes in surface conditions, while at the same time providing real-time feedback to the operator on the cleaning performance of the railcar 17 . The operator can then adjust the level of cleaning and conditioning of a section of rail 2 accordingly, rather than simply cleaning all rails 2 by the same amount or determining the level of cleaning by visual inspection alone. .

図4は、乗客を運ぶ鉄道車両17の車台に取り付けられたときの表面監視デバイス1のさらなる配置を示す。示されているクローズアップは、車台に取り付けられ、分光計3の単色光源8がレール2に直接作用するように構成された表面監視デバイスを示している。運転室は、この場合も、表面監視デバイス1の動作を制御するための操作インターフェース4を備えてもよく、また、運転手用ディスプレイ18を含み得る。この運転手用ディスプレイ18は、表面監視デバイス1によって記録されたデータを運転手に直接中継することができ、またはこのデータを処理して運転手にトップレベルの情報を提供し、リアルタイムの鉄道状態に応じて運転を瞬時に変更することを可能にすることができる。例えば、表面監視デバイス1は、レール2の特定の区間が最適な状態でないことを示す、所定のパラメータ外にあるレール状態データを供給することができる。これは、赤色フラグとして運転手に示されるだけで、運転手は、減速する時間を増やし、停止距離を延ばし、記録されたデータが最適な範囲内に収まるまで速度を落とすことを瞬時に決定することができる。 Figure 4 shows a further arrangement of the surface monitoring device 1 when mounted on the undercarriage of a railway vehicle 17 carrying passengers. The close-up shown shows a surface monitoring device mounted on the undercarriage and configured such that the monochromatic light source 8 of the spectrometer 3 impinges directly on the rail 2 . The cab may again comprise an operating interface 4 for controlling operation of the surface monitoring device 1 and may also include a driver's display 18 . This driver's display 18 can relay the data recorded by the surface monitoring device 1 directly to the driver, or process this data to provide the driver with top-level information and real-time railroad status. It can be possible to instantly change the operation depending on the situation. For example, the surface monitoring device 1 may provide rail condition data outside of predetermined parameters indicating that a particular section of rail 2 is not in optimum condition. This is only shown to the driver as a red flag, and the driver makes the instantaneous decision to slow down for more time, extend the stopping distance, and slow down until the recorded data is within the optimal range. be able to.

すべての実施形態において、ディスプレイ4は、監視されるレール2の状態を表す詳細なデータを示してもよい。追加または代替として、それは単に、監視されているレールの状態が良好か不良かを示すことができ、図1には、チェックマークまたはクロスで示されている。これは、運転手またはMOMが、より詳細なデータを分析するのに時間を費やす必要なしに、速度変更または線路調整の要求のいずれかに迅速に対応することを可能にする。 In all embodiments, the display 4 may show detailed data representing the condition of the rail 2 being monitored. Additionally or alternatively, it can simply indicate whether the condition of the rail being monitored is good or bad, indicated in FIG. 1 by a check mark or cross. This allows the driver or MOM to respond quickly to either speed change or track adjustment requests without having to spend time analyzing more detailed data.

鉄道ネットワーク内を走行するかなりの数の鉄道車両17に表面監視デバイス1を取り付けることによって、鉄道事業者は、ネットワーク全体にわたって、瞬間的に、鉄道状態のはるかに大きい像を構築することができ、不十分な鉄道状態につながる、環境条件のいかなる突然の変化にも反応するためのより良好な準備をすることができる。これは、鉄道ネットワークの安全性を大幅に改善し、懸念される特定のエリアに対して表面調整を行うことを可能にする。 By attaching surface monitoring devices 1 to a significant number of rail vehicles 17 running within the rail network, rail operators are able to build a much larger picture of rail conditions across the network, instantaneously, It can be better prepared to react to any sudden changes in environmental conditions that lead to poor railroad conditions. This greatly improves the safety of rail networks and allows surface adjustments to be made to specific areas of concern.

図5は、単色光源8からの光を表面上に向けるためのプローブ9を含む、表面監視デバイス1の1つの可能な配置の概略図を示す。単色光源8はレーザーである可能性が高いため、このレーザーは、プローブ9を介してレーザービーム14を表面に透過させるように構成されている。散乱光子15の形態の表面からの電磁放射は、分光計3内のレンズによって収集され、グレーティング11を通って送られる。グレーティング11は、元のレーザービーム14の波長に対応する波長の光内の任意のノイズまたは干渉を除去し、一方、残りの収集された光を検出器12内に分散させる。これらの構成要素は、図1のハンドヘルドデバイス6などのハウジング内に収容されてもよく、または、鉄道車両17の車台上に取り付けるのに適したハウジング内に収容されてもよい。 FIG. 5 shows a schematic diagram of one possible arrangement of surface monitoring device 1, including probe 9 for directing light from monochromatic light source 8 onto the surface. Monochromatic light source 8 is likely to be a laser, which is arranged to transmit a laser beam 14 through probe 9 to the surface. Electromagnetic radiation from the surface in the form of scattered photons 15 is collected by a lens within spectrometer 3 and directed through grating 11 . Grating 11 filters out any noise or interference in light of wavelengths corresponding to the wavelength of original laser beam 14 while dispersing the remaining collected light into detector 12 . These components may be housed within a housing such as handheld device 6 of FIG.

表面監視デバイス1は、電池であってもよいし、回生電力を使用してもよく、表面監視デバイス1を構成するすべての構成要素に電源を供給する電源16を備えている。 The surface monitoring device 1 may be a battery or use regenerative power, and includes a power supply 16 that supplies power to all the components that make up the surface monitoring device 1 .

使用され得る分光計3の1つのタイプは、振動分光法の一形態であるRAMAN分光計である。レーザービーム14は、レール2の表面上にビーム照射され、光子の吸収および散乱をもたらす。これらの散乱光子15の大部分は、元の光子と同一の波長を有し、したがって「レイリー散乱」と呼ばれる。しかしながら、非常に少量の散乱光子15は、「ラマン散乱」と呼ばれる別の波長に移動される。これらのラマン散乱光子15の大部分は、より大きい波長に移動される。元の光子によって、電子が励起され、より大きいエネルギー位置に移動した後、より低いレベルに戻り、分散した光子が放射される。電子が元のレベルに戻ると、レイリー散乱が生じる。しかしながら、電子が異なるレベルに戻ると、ラマン散乱が生じる。 One type of spectrometer 3 that may be used is a RAMAN spectrometer, a form of vibrational spectroscopy. A laser beam 14 is beamed onto the surface of the rail 2 resulting in absorption and scattering of photons. Most of these scattered photons 15 have the same wavelength as the original photons and are therefore called "Rayleigh scattering". However, a very small amount of scattered photons 15 are transferred to another wavelength called "Raman scattering". Most of these Raman scattered photons 15 are shifted to higher wavelengths. The original photon excites an electron that moves to a higher energy position and then returns to a lower level, emitting scattered photons. Rayleigh scattering occurs when the electron returns to its original level. However, when electrons return to different levels, Raman scattering occurs.

ラマン分光法の利点は、その高い特異性、水性系適合性、特定の試料調製の欠如、および短い時間スケールのために、表面の化学的検査に非常に有効であることである。ラマンバンドは、例外的な信号対雑音比を有し、重複しない。ラマンバンドは水の影響を受けず、したがって、かなりの水分子を含む表面から良好なスペクトルを収集することができる。ラマン分光計3を有するプローブ9は、レール2に接触する必要はないが、レーザービーム14はレール2を点灯させ、散乱光子15を測定する。ラマンスペクトルはまた、数秒で集めることができ、リアルタイムの表面状態を監視することができる。 The advantage of Raman spectroscopy is that it is very effective for surface chemical interrogation due to its high specificity, compatibility with aqueous systems, lack of specific sample preparation, and short time scale. Raman bands have exceptional signal-to-noise ratios and do not overlap. The Raman bands are unaffected by water, so good spectra can be collected from surfaces containing significant water molecules. The probe 9 with Raman spectrometer 3 does not have to touch the rail 2, but the laser beam 14 illuminates the rail 2 and measures the scattered photons 15. Raman spectra can also be collected in seconds to monitor real-time surface conditions.

ラマン分光分析を、予想される対象の汚染物質に対応する、特定の対象の周波数に限定することによって、広帯域周波数が走査される場合よりもはるかに迅速に走査を実行することができる。これは、重要なデータを運転手または他の操作者がはるかに迅速に利用できるようになり、それによって鉄道ネットワーク上の安全性が向上する。 By limiting Raman spectroscopy to specific frequencies of interest, corresponding to expected contaminants of interest, scanning can be performed much more quickly than if a broadband frequency is scanned. This makes important data available to the driver or other operator much more quickly, thereby increasing safety on the rail network.

レーザービームを生成するレーザーは、ラマン散乱の有効濃度を生成するのに十分な強度を提供するので、単色光源8としてうまく機能し、したがって、無関係のバンドがほとんどないクリーンなスペクトルを可能にする。レーザーは、優れた波長安定性および最小のバックグラウンド発光を示す。 The laser that produces the laser beam works well as a monochromatic light source 8 because it provides sufficient intensity to produce effective density for Raman scattering, thus allowing a clean spectrum with few extraneous bands. The laser exhibits excellent wavelength stability and minimal background emission.

プローブ9は、任意の光ファイバケーブルからのレイリー散乱および追加のバックグラウンド信号をフィルタリングしながら、散乱光子15を収集する。次いで、分析のために、この情報を、分光計3を介して検出器12に送信する。散乱光子は、最初に分光計3に入り、波長ごとに分離するように働くグレーティング11を透過し、その後、検出器12に運ばれる。これは、各波長におけるラマン信号の強度を測定し、次いで、ラマンスペクトルとしてプロットされる。これらの周波数は、葉の素材に関連する生化学的化合物に対応し、したがって、運転手または他の操作者にとって特に関心がある。 Probe 9 collects scattered photons 15 while filtering out Rayleigh scatter and additional background signals from any fiber optic cables. This information is then transmitted via spectrometer 3 to detector 12 for analysis. Scattered photons first enter the spectrometer 3 and are transmitted through a grating 11 which acts to separate them by wavelength before being conveyed to a detector 12 . It measures the intensity of the Raman signal at each wavelength, which is then plotted as a Raman spectrum. These frequencies correspond to biochemical compounds associated with leaf material and are therefore of particular interest to drivers or other operators.

表面監視デバイス1は、監視された値を1つ以上の所定の値と比較し、レール2の状態が所定の許容レベルを上回るか下回るかを示す対応するデバイス出力を提供するように構成されている。ラマン分光計出力は、汚染物質のタイプと量の両方を示す。 Surface monitoring device 1 is configured to compare the monitored value to one or more predetermined values and provide a corresponding device output indicating whether the condition of rail 2 is above or below a predetermined acceptable level. there is Raman spectrometer output indicates both the type and amount of contaminants.

図6は、鉄道ネットワーク全体にわたって使用されている複数の異なる表面監視デバイス1の一例を示す。これらの表面監視デバイス1は、単一の線路のレール2からデータを取得することができ、または、領域もしくは国内の線路のはるかに大きいネットワークを構成するレール2からデータを取得し得る。表面監視デバイス1は、線路に沿って通過する様々な鉄道車両に搭載されてもよく、操作者が使用するためのハンドヘルドデバイス6を含んでもよく、または、線路側の支柱などの中、もしくはレール2の特定の走行に適合するこれらの任意の組み合わせ内に搭載されてもよい。これらの表面監視デバイス1の各々は、ネットワーク内のトラックの長さに沿って、リアルタイムで、または必要に応じて、表面状態データを取得し、このデータを中央データベース20のワイヤレス受信機21にワイヤレス送信するように構成されている。 Figure 6 shows an example of a number of different surface monitoring devices 1 in use throughout the railway network. These surface monitoring devices 1 can acquire data from the rails 2 of a single track or from rails 2 comprising a much larger network of tracks within a region or country. The surface monitoring device 1 may be mounted on various rail vehicles passing along the track, may include a handheld device 6 for use by an operator, or may be mounted in a trackside stanchion or the like or on a rail. It may be mounted in any combination of these that suits the two specific runs. Each of these surface monitoring devices 1 acquires surface condition data along the length of the track in the network, either in real time or as needed, and wirelessly transmits this data to a wireless receiver 21 in a central database 20. configured to transmit.

表面監視デバイス1のネットワークは、インターネットを介してネットワーク内の他のデバイスおよび/またはシステムと接続し、データを交換するためのセンサ、ソフトウェア、および他の技術のIoT(Internet of Things)対応ネットワークを形成し得る。これらの様々なレール状態のソースからのデータのアップロードを実現することができる。表面状態のこれらのデータソースの各々は、ネットワーク全体の中央データベースに対して評価される。データは、ネットワークの他の場所の現在の状態を予測したり、将来の状態を予測したりするために使用される。複数のソースが同じ軌道上で動作し、時間内のスナップショットだけでなく、接着状態のリアルタイムの開発も可能である。このような構成で示される分光計3は、記録されたデータを、送信機19を介して中央リソースに送り返す。 A network of surface monitoring devices 1 includes an Internet of Things (IoT) enabled network of sensors, software, and other technologies for connecting and exchanging data with other devices and/or systems in the network via the Internet. can form. Uploading data from these various rail-state sources can be implemented. Each of these data sources of surface conditions is evaluated against a network-wide central database. The data is used to predict current conditions and future conditions elsewhere in the network. Multiple sources operate on the same trajectory, allowing not only snapshots in time, but also real-time development of adhesion states. Spectrometers 3 shown in such a configuration transmit recorded data back to the central resource via transmitter 19 .

表面監視デバイス1は、ネットワーク内のレール2の大部分を覆うのに十分なように、鉄道軌道に沿って所定の間隔で配置されてもよく、またはレール2の表面状態が特に懸念されるエリアに設置されてもよい。鉄道ネットワークの操作者に、表面監視のためのハンドヘルドデバイス6が提供され得る。操作者は、特に懸念される領域のレール2をスポットすることができ、または特定の線路区間を監視するためにスポットチェックを実行することを望むこともある。ある区間のレール2の清掃またはメンテナンスを行うことがあり、このプロセスの前、最中、または後に読み取り値を取得することを望む場合がある。ハンドヘルドデバイス6は、分析のために送信機19を介して中央データベース20にこのデータをワイヤレス送信し得る。このデータに応答して、様々な表面清掃および調整デバイスを送り出して、読み取り値が所得されたレール2の区間を調整してもよい。 The surface monitoring devices 1 may be placed at predetermined intervals along the railway track, sufficient to cover most of the rails 2 in the network, or areas where rail 2 surface conditions are of particular concern. may be placed in Railway network operators may be provided with handheld devices 6 for surface monitoring. The operator can spot the rail 2 in areas of particular concern or may wish to perform a spot check to monitor a particular track section. A section of rail 2 may be cleaned or maintained and it may be desired to obtain readings before, during or after this process. Handheld device 6 may wirelessly transmit this data via transmitter 19 to central database 20 for analysis. In response to this data, various surface cleaning and adjustment devices may be dispatched to adjust the section of rail 2 from which readings were obtained.

したがって、中央データベース20は、ネットワークをカバーする複数のソースから、リアルタイムで、またはダウンロードを通じて、データを受信することができる。これらのソースは、清掃前および清掃後測定するための清掃車両搭載、旅客または貨物車両搭載、状態の予測を支援するためにホットスポットの近くに配置された線路側搭載、無人航空機UAVまたは衛星搭載など、瞬時の線路評価のために線路工学MOM(Mobile Operations Managers)によって使用されるハンドヘルドデバイス6を含む。これにより、中央データベース20は、鉄道ネットワークを構成するレールの表面状態の全体像を構築することができる。 Thus, the central database 20 can receive data from multiple sources covering the network, either in real time or through download. These sources include cleaning vehicle mounted for pre- and post-cleaning measurements, passenger or freight vehicle mounted, trackside mounted near hotspots to help predict conditions, unmanned aerial vehicle UAV or satellite mounted , etc., include handheld devices 6 used by track engineering MOMs (Mobile Operations Managers) for instant track evaluation. This allows the central database 20 to construct an overall picture of the surface conditions of the rails that make up the railway network.

図6に示すように、中央データベース20の一例は、単一のレール軌道に沿って表面状態データを取得することである。この例では、鉄道作業員MOMは、ハンドヘルドデバイス6を使用して、午前中に出て行き、良好なレール状態を測定することができる。しかしながら、鉄道の交通量が増え続け、落ち葉の堆積が進むと、鉄道状態は悪化する可能性が高い。レール2に沿って通過する車両搭載表面調整デバイスは、表面状態を読み取り、落ち葉の任意の増加をフィードバックすることができ、線路側表面モニタは、列車が通過することによって追加および除去される物質を測定することができる。この場合、列車は、元の場所から離れて物質を再堆積している可能性がある。表面監視デバイスのネットワークは、すべての読み取り値を中央データベース20にワイヤレスで中継する。中央データベース20に関連付けられた比較器22は、線路状態に関する履歴データおよび他の既知のデータを利用して、全体的な表面状態に関する決定を可能にする。介入が必要な場合、レールヘッド処理列車を予定列車の間に配置することができる。表面状態の読み取り値は、より速い速度で予防メンテナンス処置において清掃の前後に取得することができる。これは、さらなる劣化が許容される場合、非常に悪い状態を事後的に清掃する場合と比較して、貨物列車および旅客列車の通過のスケジュールの中断を最小限にする。このシステムは、問題の軌道の動作性能を改善する。 As shown in FIG. 6, one example of a central database 20 is to acquire surface condition data along a single rail track. In this example, a railroad worker MOM can use handheld device 6 to go out in the morning and measure good rail conditions. However, as rail traffic continues to increase and leaf litter builds up, rail conditions are likely to deteriorate. A vehicle-mounted surface conditioning device passing along the rail 2 can read the surface condition and feed back any increase in leaf litter, and a trackside surface monitor measures material added and removed by the passing trains. can be measured. In this case, the train may have redeposited material away from its original location. A network of surface monitoring devices wirelessly relays all readings to a central database 20 . A comparator 22 associated with the central database 20 utilizes historical and other known data regarding track conditions to enable determinations regarding overall surface conditions. If intervention is required, railhead processing trains can be placed between scheduled trains. Surface condition readings can be obtained before and after cleaning in preventive maintenance procedures at a faster rate. This minimizes disruption to the schedule of freight and passenger train passage compared to cleaning up very bad conditions after the fact, if further deterioration is allowed. This system improves the operational performance of the track in question.

図7は、比較器22を備えた中央データベース20を示し、鉄道ネットワーク全体にわたって受信機21を介してデータを受信する。例えば、1年間にわたって収集されたデータを、良好な状態、過渡的な状態、および悪い状態のモデルとして参照することができる。ネットワーク上に分散された表面監視デバイス1を使用することによって、現在の状態の実態をネットワーク全体にわたって予測することができる。ネットワーク全体の変化する状態の理解をモデル化し、発展させることができる。したがって、これにより、清掃のための介入をより正確に予測し、ネットワーク全体への中断を最小限に抑えてスケジュールすることができる。 FIG. 7 shows a central database 20 with comparators 22 receiving data via receivers 21 throughout the railway network. For example, data collected over a year can be referenced as good, transient, and bad condition models. By using surface monitoring devices 1 distributed over a network, the current state of affairs can be predicted throughout the network. An understanding of the changing state of the entire network can be modeled and developed. This therefore allows cleaning interventions to be more accurately predicted and scheduled with minimal disruption to the overall network.

本明細書において、動詞「含む(comprise)」は、その通常の辞書の意味を有し、非排他的包含を示す。すなわち、1つ以上の特徴を含むための「含む」(またはその派生語のいずれか)という単語の使用は、さらなる特徴も含む可能性を排除しない。「好ましい」という用語(またはその派生語のいずれか)は、好ましいが必須ではない1つ以上の特徴を示す。 As used herein, the verb "comprise" has its ordinary dictionary meaning and indicates non-exclusive inclusion. That is, use of the word "comprise" (or any of its derivatives) to include one or more features does not exclude the possibility of including additional features as well. The term "preferred" (or any of its derivatives) indicates one or more features that are preferred but not essential.

(任意の添付の特許請求の範囲、要約書、および図面を含む)本明細書に開示された特徴のすべてまたはいずれか、および/またはそのように開示された任意の方法またはプロセスのステップのすべてまたはいずれかは、そのような特徴および/またはステップの少なくともいくつかが相互に排他的である組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わせることができる。 all or any of the features disclosed in this specification (including any appended claims, abstract, and drawings) and/or all of the steps of any method or process so disclosed; or any of the may be combined in any combination, except combinations where at least some of such features and/or steps are mutually exclusive.

(任意の添付の特許請求の範囲、要約書、および図面を含む)本明細書に開示された各特徴は、別段に明記されていない限り、同じ、同等の、または同様の目的を果たす代替の特徴によって置き換えることができる。したがって、別段に明記されていない限り、開示された各特徴は、同等または同様の特徴の一般的なシリーズの一例に過ぎない。 Each feature disclosed in this specification (including any accompanying claims, abstract, and drawings), unless expressly stated otherwise, has no alternatives serving the same, equivalent, or similar purpose. Can be replaced by features. Thus, unless expressly stated otherwise, each feature disclosed is one example only of a generic series of equivalent or similar features.

本発明は、前述の実施形態の詳細に限定されるものではない。本発明は、(任意の添付の特許請求の範囲、要約書、および図面を含む)本明細書に開示された特徴の任意の新規な1つ、または任意の新規な組み合わせ、またはそのように開示された任意の方法またはプロセスのステップの任意の新規な1つ、または任意の新規な組み合わせに拡張される。 The invention is not limited to the details of the foregoing embodiments. The present invention resides in any novel one, or any novel combination, of the features disclosed herein (including any appended claims, abstract, and drawings), or disclosed as such. any novel one or any novel combination of steps of any method or process described herein.

Claims (19)

鉄道線路レールの表面の状態を監視するための監視デバイスのネットワークであって、前記監視デバイスの各々が、鉄道線路レール上の汚染物質の存在を示す少なくとも1つの周波数を監視し、鉄道線路レール上の前記汚染物質の有無を示す出力を提供するように構成されている分光計を含み、前記監視デバイスの各々が、その出力を中央データベースに送信するように構成されている送信機を含む、ネットワーク。 1. A network of monitoring devices for monitoring the condition of a surface of a railroad track rail, each monitoring device monitoring at least one frequency indicative of the presence of contaminants on the railroad track rail, a spectrometer configured to provide an output indicative of the presence or absence of the contaminant in the network, each of the monitoring devices including a transmitter configured to transmit the output to a central database . 各分光計が、鉄道線路レール上の汚染物質の存在を示す複数の周波数を監視するように構成されている、請求項1に記載のネットワーク。 2. The network of claim 1, wherein each spectrometer is configured to monitor multiple frequencies indicative of the presence of contaminants on railroad track rails. 各分光計がラマン分光計である、請求項1または2に記載のネットワーク。 3. A network according to claim 1 or 2, wherein each spectrometer is a Raman spectrometer. 前記監視デバイスが、ハンドヘルドデバイス、鉄道車両搭載デバイス、線路側デバイス、ドローン搭載デバイス、UAV搭載デバイス、衛星搭載デバイスのうちの1つ以上を含む、請求項1、2、または3に記載のネットワーク。 4. The network of claim 1, 2, or 3, wherein the monitoring device comprises one or more of a handheld device, a railcar-borne device, a trackside device, a drone-borne device, a UAV-borne device, a satellite-borne device. 監視される前記汚染物質が、セルロース、酢酸セルロース、およびチロシンからなる群からの少なくとも1つを含む、請求項1~4のいずれに記載のネットワーク。 The network of any of claims 1-4, wherein the monitored contaminants comprise at least one from the group consisting of cellulose, cellulose acetate, and tyrosine. 各監視デバイスが、監視された値を1つ以上の所定の値と比較し、監視された鉄道線路レールの前記状態が所定の許容レベルを上回るか下回るかを示す対応するデバイス出力を提供するように構成されている、請求項1~5のいずれに記載のネットワーク。 such that each monitoring device compares the monitored value to one or more predetermined values and provides a corresponding device output indicating whether said condition of the monitored railroad track rail is above or below a predetermined acceptable level. A network according to any one of claims 1 to 5, which is configured in 各分光計出力が、汚染物質のタイプと量の両方を示す、請求項1~6のいずれに記載のネットワーク。 A network according to any preceding claim, wherein each spectrometer output indicates both the type and amount of contaminant. 各監視デバイスが、ユーザが前記監視デバイスの動作を制御することができる動作インターフェースを含む、請求項1~7のいずれに記載のネットワーク。 A network according to any preceding claim, wherein each monitoring device includes an operating interface through which a user can control the operation of said monitoring device. 受信されたデータに応答して、1つ以上の鉄道線路レールの表面を調整するように動作可能である少なくとも1つの表面調整デバイスをさらに含む、請求項1~8のいずれに記載のネットワーク。 A network according to any preceding claim, further comprising at least one surface adjustment device operable to adjust the surface of one or more railway track rails in response to received data. 前記表面調整デバイスが、前記レールに供給されるプラズマによって鉄道線路レールを調整するように動作可能である、請求項9に記載のネットワーク。 10. The network of claim 9, wherein the surface conditioning device is operable to condition railroad track rails by plasma supplied to the rails. 前記送信機のうちの少なくとも一部がワイヤレス送信機である、請求項1~10のいずれに記載のネットワーク。 A network according to any preceding claim, wherein at least some of said transmitters are wireless transmitters. 前記中央データベースが、経時的に前記監視デバイスからのデータを記憶し、それによって、前記監視デバイスによって監視される線路状態の履歴データを確立するように構成されている、請求項1~11のいずれに記載のネットワーク。 12. Any of claims 1-11, wherein the central database is configured to store data from the monitoring device over time, thereby establishing historical data of track conditions monitored by the monitoring device. network described in . 前記ネットワーク上の現在の線路状態を、前記ネットワーク上の履歴線路状態と比較し、それによって、線路状態の起こり得る展開の指示を提供するように構成されている比較器をさらに含む、請求項1~12のいずれに記載のネットワーク。 2. The comparator of claim 1, further comprising a comparator configured to compare current line conditions on the network with historical line conditions on the network, thereby providing an indication of possible evolution of line conditions. 13. The network according to any of 12. 鉄道ネットワークの鉄道線路レールの表面の状態を監視する方法であって、ネットワーク全体の様々な場所における前記レール上の汚染物質の有無を示すために、請求項1~13のいずれかに記載の前記ネットワークの監視デバイスを動作させることを含む、方法。 14. A method of monitoring the surface condition of railroad track rails of a railroad network, for indicating the presence or absence of contaminants on the rails at various locations throughout the network, according to any of claims 1-13. A method comprising operating a network monitoring device. 前記監視デバイスから受信されたデータに応答してレールの前記表面を調整するために、少なくとも1つの表面調整デバイスを動作させるさらなるステップを含む、請求項14に記載の方法。 15. The method of claim 14, comprising the further step of operating at least one surface adjustment device to adjust the surface of the rail in response to data received from the monitoring device. 鉄道車両が前記鉄道線路レールに沿って走行する際に、鉄道車両上で前記表面調整が行われる、請求項15に記載の方法。 16. The method of claim 15, wherein the surface preparation is performed on the railcar as it travels along the railroad track rail. 前記鉄道車両が前記鉄道線路レールに沿って複数回通過するときに実行される、請求項16に記載の方法。 17. The method of claim 16, performed as the rail vehicle makes multiple passes along the railroad track rail. 実質的に添付の図面を参照して上述した監視デバイスのネットワーク。 A network of surveillance devices substantially as hereinbefore described with reference to the accompanying drawings. 監視デバイスのネットワークを動作させる方法であって、実質的に添付の図面を参照して上述した方法。 A method of operating a network of surveillance devices, substantially as hereinbefore described with reference to the accompanying drawings.
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