UA106441C2 - Method and device for diagnosing state of track - Google Patents

Method and device for diagnosing state of track Download PDF

Info

Publication number
UA106441C2
UA106441C2 UAA201303909A UAA201303909A UA106441C2 UA 106441 C2 UA106441 C2 UA 106441C2 UA A201303909 A UAA201303909 A UA A201303909A UA A201303909 A UAA201303909 A UA A201303909A UA 106441 C2 UA106441 C2 UA 106441C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
track
rails
rail
data
recorded
Prior art date
Application number
UAA201303909A
Other languages
Russian (ru)
Ukrainian (uk)
Inventor
Александр Виталиевич Гайдачук
Валерий Константинович Волосюк
Валентин Иванович Зворский
Александр Александрович Шматко
Евгений Александрович Аксенов
Семен Сергеевич Жила
Original Assignee
Национальный Аэрокосмический Университет Им. Н.Е.Жуковского "Харьковский Авиационный Институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Национальный Аэрокосмический Университет Им. Н.Е.Жуковского "Харьковский Авиационный Институт" filed Critical Национальный Аэрокосмический Университет Им. Н.Е.Жуковского "Харьковский Авиационный Институт"
Priority to UAA201303909A priority Critical patent/UA106441C2/en
Publication of UA106441C2 publication Critical patent/UA106441C2/en

Links

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)
  • Machines For Laying And Maintaining Railways (AREA)

Abstract

The invention relates to methods for non-contact monitoring and diagnostics of railway tracks. A method of diagnosing state of a track consists in that identification and analysis of defects in working surfaces of rail heads is performed by means of the wavelet analysis of dynamics of changes of two-dimensional Fourier transforms of profilograms of rail heads. At the same time the analysis of changes in the width of track is carried out by evaluating changes in the distances between the profilograms and analysis of data from accelerometers and gyroscopes. Identified defects are synchronized with data of a satellite navigation system and stored in a computer memory. A device implementing the proposed method comprises two laser meters with sources of coherent radiation secured at a fixed distance above each of the rails, a satellite navigation system, accelerometers and a gyroscope, whose data are transmitted to a computer. Each laser meter further comprises a flat beam former, an optical coherent processor coupled to the high speed optical detector array, and a CCD array with a focusing optical system. The method and device allow to increase the reliability and accuracy of diagnosis of the track in a continuous mode, and predict the state of the track on the basis of accumulated data.

Description

Винахід належить до способів безконтактної діагностики стану колійного шляху та може бути використаний при комплексній діагностиці колійних шляхів.The invention belongs to the methods of non-contact diagnostics of the state of the track and can be used in complex diagnostics of the tracks.

Відомий безконтактний "Способ контроля состояния рельсового пути" (ВО 2394714 С1, Бюл.The well-known non-contact "Method of monitoring the condition of the rail track" (VO 2394714 C1, Bul.

Мо20, 20.07.2010), який полягає в тому, що вимірювання ширини колійного шляху виконується за допомогою оптичних датчиків, встановлених на вагоні шляховимірнику, при цьому крок між вимірюваннями складає не менше 25 см, що є недоліком, так як не виявляються дефекти рейок, які менші за 25 см.Mo20, 20.07.2010), which consists in the fact that the measurement of the width of the track is performed using optical sensors installed on the odometer car, while the step between the measurements is at least 25 cm, which is a disadvantage, since rail defects are not detected, which are smaller than 25 cm.

Відомий також "Мобильньій комплекс для диагностики железнодорожного пути" (ВО 2442713It is also known as "Mobile complex for railway track diagnostics" (VO 2442713

СІ, Бюл. Ме5 от 20.02.2012), який містить самохідний транспортний засіб з двох тягачів, на якому змонтовані: оптичний вимірювач ширини з лазерним підсвічуванням колії та пристрій для вимірювання параметрів профілю шляху.SI, Bull. Ме5 от 20.02.2012), which contains a self-propelled vehicle with two tractors, on which are mounted: an optical gauge of width with laser illumination of the track and a device for measuring the parameters of the path profile.

Недоліками цього комплексу є те, що у нього обмежена швидкість переміщення і, як наслідок, діагностика шляху, а також неможливість дефектоскопії робочої поверхні головок рейок.The disadvantages of this complex are that it has a limited speed of movement and, as a result, diagnostics of the path, as well as the impossibility of flaw detection of the working surface of the rail heads.

Найбільш близьким за технічною задумкою та результатом, що досягається, є "Способ контроля поперечного профиля и расстояния между рельсами железнодорожного пути и вагон измеритель" (патент ВО 2418705 С1, опуб. 20.05.2011 Бюл. Мое14), в якому виявлення дефектів профілю головок рейок та відстані між рейками виконується за допомогою сканування головок рейок лазерними датчиками, розміщеними на фіксованій відстані на вагоні шляховимірнику, дані разом з даними про місцезнаходження, отриманими з системи супутникової навігації, записуються до електронно-обчислювальної машини (ЕОМ). Цей спосіб та пристрій прийняті як прототип.The closest in terms of the technical idea and the result achieved is the "Method of controlling the transverse profile and the distance between the rails of the railway track and the gauge car" (patent VO 2418705 C1, published on 20.05.2011 Bul. Moe14), in which defects in the profile of the rail heads are detected and the distance between the rails is performed by scanning the rail heads with laser sensors placed at a fixed distance on the odometer car, the data, together with the location data received from the satellite navigation system, are recorded to the computer. This method and device is adopted as a prototype.

Недоліками прототипу є неможливість впевнено виявляти дефекти профілю менші ніж 1 метр, що несумісно зі збільшенням швидкостей руху сучасних потягів; використання механічного сканування променем лазера не виправдано ускладнює конструкцію при вирішенні питань синхронізації та швидкості вимірювання; використання спеціального вагона шляховимірника ускладнює та підвищує вартість задачі дефектоскопії.The disadvantages of the prototype are the impossibility of reliably detecting profile defects smaller than 1 meter, which is incompatible with the increased speed of modern trains; the use of mechanical scanning with a laser beam unnecessarily complicates the design when solving issues of synchronization and measurement speed; the use of a special odometer car complicates and increases the cost of the defect inspection task.

Задача створення винаходу - спрощення та здешевлення конструкції вимірювача дефектів, виявлення дефектів рейок без пропусків, універсальність: встановлення на будь-який колійнийThe task of creating the invention is to simplify and reduce the cost of the design of the defect meter, detect rail defects without gaps, universality: installation on any track

Зо транспортний засіб, постійний моніторинг колійного шляху з накопиченням даних та прогнозуванням стану колійного шляху.From the vehicle, constant monitoring of the track with data accumulation and prediction of the condition of the track.

Технічний результат винаходу полягає в використанні властивостей когерентності лазерного випромінювання, що дозволяє підвищити достовірність і точність діагностики стану колійного шляху в безперервному режимі та не залежить від швидкості руху.The technical result of the invention consists in the use of the coherence properties of laser radiation, which allows to increase the reliability and accuracy of diagnostics of the state of the track in continuous mode and does not depend on the speed of movement.

Технічний результат досягається тим, що виявлення та аналіз дефектів робочих поверхонь рейок проводиться шляхом вейвлет-аналізу динаміки змін двовимірних Фур'є-образів профілограм головок рейок, а відстань між рейками розраховують по зображенню їх профілограм, кутовий нахил колійного шляху вимірюють гіроскопами, кріплення рейок контролюють за даними акселерометрів, стан колійного шляху прогнозують по накопичених даних.The technical result is achieved by the fact that the detection and analysis of defects on the working surfaces of the rails is carried out by means of wavelet analysis of the dynamics of changes in two-dimensional Fourier images of the rail head profilograms, and the distance between the rails is calculated from the image of their profilograms, the angular inclination of the track path is measured by gyroscopes, the rail fastenings are controlled according to accelerometer data, the condition of the track is predicted based on the accumulated data.

Технічний результат досягається також тим, що рейки освітлюють пласким променем, отримання Фур'є-образу профілограми виконують в оптичному когерентному процесорі, результати обробки реєструють швидкісним матричним оптичним приймачем, відстань між рейками розраховують по зображеннях профілограм, які фіксують приладами з зарядним зв'язком (П33-матрицями) з фокусуючими оптичними системами, вимірювання кута нахилу колійного шляху виконують за даними гіроскопів, вартість пристрою зменшують завдяки відсутності механічних вузлів та спеціальних вагонів шляховимірників. Конструкцією пристрою передбачають можливість встановлення вимірювача на будь-який колійний транспортний засіб.The technical result is also achieved by the fact that the rails are illuminated by a flat beam, the Fourier image of the profilogram is obtained in an optical coherent processor, the processing results are recorded by a high-speed matrix optical receiver, the distance between the rails is calculated from the images of the profilograms, which are recorded by devices with a charging connection ( P33-matrices) with focusing optical systems, measuring the angle of inclination of the track path is performed according to the data of gyroscopes, the cost of the device is reduced due to the absence of mechanical units and special track gauge cars. The design of the device provides for the possibility of installing the meter on any track vehicle.

На Фіг. 1 зображена схема пристрою діагностики стану колійного шляху.In Fig. 1 shows the diagram of the track condition diagnostics device.

На Фіг. 2 зображена схема лазерного вимірювача.In Fig. 2 shows the scheme of the laser meter.

На Фіг. 3 зображено приклад профілограми бездефектної поверхні рейки та її Фур'є-образ.In Fig. 3 shows an example of a profilogram of a defect-free rail surface and its Fourier image.

На Фіг. 4 зображено приклад профілограми з боковим спрацьовуванням головки рейки та їїIn Fig. 4 shows an example of a profilogram with the lateral operation of the rail head and its side

Фур'є-образ.Fourier image.

На Фіг. 5 зображено приклад профілограми рейки з вибоїною на контактній поверхні та їїIn Fig. 5 shows an example of the profile profile of a rail with a hole on the contact surface and its

Фур'є-образ.Fourier image.

На Фіг. 6 показано вейвлет-аналіз динаміки зміни Фур'є-образів профілограми бездефектної ділянки рейки.In Fig. 6 shows the wavelet analysis of the dynamics of changes in the Fourier images of the profilogram of the defect-free section of the rail.

На Фіг. 7 показано вейвлет-аналіз, де високочастотні складові на ділянках: а) 100 м; б) 370 м; в) 500 м; г) 1000 м, вказують на координати дефектів поверхні рейки.In Fig. 7 shows the wavelet analysis, where the high-frequency components are in sections: a) 100 m; b) 370 m; c) 500 m; d) 1000 m, indicate the coordinates of the rail surface defects.

Пристрій діагностики стану колійного шляху містить два лазерні вимірювачі 1 по одному над кожною із рейок 4, що реєструють зображення профілограм та їх Фур'є-образи, акселерометри 2, гіроскопи та супутникову систему навігації 3, дані зі всіх компонентів пристрою передаються до ЕОМ.The track condition diagnostic device contains two laser meters 1, one above each of the rails 4, which register images of profilograms and their Fourier images, accelerometers 2, gyroscopes and a satellite navigation system 3, data from all components of the device are transferred to a computer.

Лазерний вимірювач 1 містить джерело когерентного випромінювання 5, формувач плаского променя б, що формує смугу когерентного випромінювання 10 поперек головки рейки 13.The laser meter 1 contains a source of coherent radiation 5, a flat beam former b, which forms a band of coherent radiation 10 across the head of the rail 13.

Відбите рейкою випромінювання являє собою профілограму 12 освітленої ділянки, яка потрапляє на вхід оптичного когерентного процесора 8. Фур'є-образ профілограми 12 реєструється матричним швидкісним оптичним приймачем 7, паралельно зображення профілограми 12 фіксується фокусуючою оптичною системою 11 та ПЗЗ-матрицею 9.The radiation reflected by the rail is a profilogram 12 of the illuminated area, which enters the input of the optical coherent processor 8. The Fourier image of the profilogram 12 is registered by the matrix high-speed optical receiver 7, and the image of the profilogram 12 is simultaneously captured by the focusing optical system 11 and the CCD matrix 9.

Конструкція пристрою призначена для монтажу на будь-якому колійному транспорті. Кути між робочими площинами головок рейок, оптичними осями освітлювачів та матричних фотоприймачів вибираються за умови досягнення максимальної чутливості. При цьому процес контролю виконують в безперервному режимі при реальному силовому впливу реального транспортного засобу.The design of the device is intended for installation on any rail vehicle. The angles between the working planes of the rail heads, the optical axes of the illuminators and the matrix photoreceptors are chosen to achieve maximum sensitivity. At the same time, the control process is carried out in a continuous mode under the real force impact of a real vehicle.

Спосіб діагностики стану колійного шляху здійснюють наступним чином.The method of diagnosing the state of the track is carried out as follows.

Когерентним випромінюванням лазерного випромінювача 5 за допомогою формувача 6 утворюють на контактній поверхні поперек головки рейки 13 вузьку смугу світла, при цьому формується профілограма 12, яка повторює форму реальної поверхні головки рейки 13.A narrow strip of light is formed on the contact surface across the head of the rail 13 by the coherent radiation of the laser emitter 5 with the help of the shaper 6, while the profilogram 12 is formed, which repeats the shape of the real surface of the head of the rail 13.

Зображення профілограми 12 рейки обробляють за допомогою оптичного когерентного процесора 8, матричним швидкісним оптичним приймачем 7 та реєструють Фур'є-образ профілограми 12. Роздільна здатність та кількість реєстрованих кадрів за секунду матричного швидкісного оптичного приймача 7 залежить від потрібної точності та поставлених задач. Кожен піксел реєструє середнє значення ділянки двовимірного Фур'є-образу лінії профілю 12. При зміщенні вимірювача відносно рейки 13, Фур'є-образ буде змінюватися відповідно до змін форми профілограми 12. Зміни значення кожного піксела в часі записуються в ЕОМ як окремі канали, далі виконують вейвлет-аналіз одного або групи каналів, в результаті якого розпізнають дефекти поверхні рейок та проводиться їх класифікація по типу. Відстань між рейками вимірюють за зображеннями профілограм від кожної із рейок, які фокусують оптичнимиThe image of the rail profile 12 is processed using the optical coherent processor 8, the matrix high-speed optical receiver 7 and the Fourier image of the profile 12 is registered. The resolution and number of registered frames per second of the matrix high-speed optical receiver 7 depends on the required accuracy and the tasks. Each pixel registers the average value of a section of the two-dimensional Fourier image of the profile line 12. When the meter is moved relative to the rail 13, the Fourier image will change in accordance with the changes in the shape of the profile 12. Changes in the value of each pixel over time are recorded in the computer as separate channels, then a wavelet analysis of one or a group of channels is performed, as a result of which defects on the surface of the rails are recognized and their classification by type is carried out. The distance between the rails is measured by the images of the profilograms from each of the rails, which are focused optically

Зо системами 11 на ПЗЗ-матрицях 9. Кутовий нахил колійного шляху 4 вимірюють гіроскопами 3.With systems 11 on PZZ matrices 9. The angular inclination of the track path 4 is measured by gyroscopes 3.

Надійність кріплення рейок контролюють за даними акселерометрів 2.The reliability of rail fastening is controlled by accelerometer data 2.

Використання винаходу дозволить: 1. Реалізувати безперервний (без пропусків) моніторинг профілю колійних шляхів на великих швидкостях переміщення вимірювача, з накопиченням даних та прогнозуванням стану колійного шляху. 2. Здешевити вартість моніторингу колійного шляху, завдяки відсутності механічних вузлів та спеціальних вагонів шляховимірників. 3. Конструкція передбачає можливість встановлення вимірювача на будь-який колійний транспортний засіб.The use of the invention will allow: 1. To implement continuous (without gaps) monitoring of the profile of the tracks at high speeds of movement of the meter, with the accumulation of data and prediction of the state of the track. 2. To reduce the cost of track monitoring due to the absence of mechanical units and special odometer cars. 3. The design provides for the possibility of installing the meter on any track vehicle.

Claims (5)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУFORMULA OF THE INVENTION 1. Спосіб діагностики стану колійного шляху, який полягає в тому, що головки рейок освітлюють когерентним світлом, оцінюють зміни профілю рейок та записують дані в електронно- обчислювальну машину (ЕОМ) з прив'язкою до координат місцевості, отриманих з системи супутникової навігації, який відрізняється тим, що поперек напрямку головки кожної рейки спрямовують плаский промінь та формують профілограму, яка повторює форму реальної поверхні головки рейки, профілограму формують кожного разу при зміщенні діагностичного пристрою відносно рейок, зображення профілограм рейок оброблюють за допомогою оптичного когерентного процесора, отримані Фур'є-образи профілограм реєструють швидкісним матричним оптичним приймачем, записують в пам'ять ЕОМ та виконують вейвлет-аналіз зафіксованих у пам'яті ЕОМ Фур'є-образів, за результатами якого розпізнають дефекти поверхні рейок, крім того зображення профілограм кожної рейки фіксують приладами з зарядним зв'язком (ПЗЗ-матрицями) та розраховують відстань між рейками, а кріплення рейок контролюють шляхом аналізу даних з акселерометрів.1. The method of diagnosing the state of the track, which consists in the fact that the heads of the rails are illuminated with coherent light, the changes in the profile of the rails are evaluated and the data is recorded in an electronic computer (EC) with reference to the terrain coordinates obtained from the satellite navigation system, which differs in that a flat beam is directed across the direction of the head of each rail and a profilogram is formed, which repeats the shape of the real surface of the rail head, the profilogram is formed each time when the diagnostic device is moved relative to the rails, the images of the profilograms of the rails are processed using an optical coherent processor, the obtained Fourier- the images of the profiles are recorded by a high-speed matrix optical receiver, recorded in the computer memory, and a wavelet analysis of the Fourier images recorded in the computer memory is performed, based on the results of which defects on the surface of the rails are recognized, in addition, the images of the profiles of each rail are recorded by devices with a charging connection (PZZ-matrices) and calculate the distance between r rails, and rail fastening is controlled by analyzing data from accelerometers. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що кутовий нахил колійного шляху вимірюють гіроскопами.2. The method according to claim 1, which differs in that the angular inclination of the track path is measured by gyroscopes. 3. Пристрій діагностики стану колійного шляху, що містить два лазерні вимірювачі з джерелами когерентного випромінювання, закріплені на фіксованій відстані по одному над кожною із рейок, бо систему супутникової навігації та акселерометри, дані з яких надходять на ЕОМ, який відрізняється тим, що кожний лазерний вимірювач додатково містить формувач плаского променя, оптичний когерентний процесор, з'єднаний з швидкісним матричним оптичним приймачем, та ПЗЗ-матрицю з фокусуючою оптичною системою.3. A track condition diagnostic device containing two laser meters with sources of coherent radiation, fixed at a fixed distance, one above each of the rails, because the satellite navigation system and accelerometers, the data from which are sent to the computer, which differs in that each laser the meter additionally contains a flat beam former, an optical coherent processor connected to a high-speed matrix optical receiver, and a CCD matrix with a focusing optical system. 4. Пристрій за п. 3, який відрізняється тим, що додатково містить гіроскопи. 1 2 3 2 і -ю нн о ; у | ке м,4. The device according to claim 3, which is characterized by the fact that it additionally contains gyroscopes. 1 2 3 2 and -yu nn o ; in | ke m я. х я шеI. x i she Е. сх в Я суб ане ве ванню ПЕК ТИХE. skh in I sub ane vation PEK TIKH Фіг. 1 мине Е. х Бл р яд / ША З ХА | ю/х и Є х Я у х / 12 13 гне ЩЕ Кї що ; й я с шт С КУ Етттттттттттт я нон оер кокони УПАК Ух У.Fig. 1 mine E. x Bl r yad / SHA Z ХА | ю/х и Э х Я у х / 12 13 гне ШЭ Че Ки ч ; y I s sht S KU Ettttttttttt I non oer cocoons UPAK Uh U. Фіг. 2 - с .Fig. 2 - p. Фіг. ЗFig. WITH Фіг. Fig. 5 Фіг: в с п у . « в вва пава в5 Fig: in s p u . " in vva pava v Фіг. 7Fig. 7
UAA201303909A 2013-03-29 2013-03-29 Method and device for diagnosing state of track UA106441C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201303909A UA106441C2 (en) 2013-03-29 2013-03-29 Method and device for diagnosing state of track

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201303909A UA106441C2 (en) 2013-03-29 2013-03-29 Method and device for diagnosing state of track

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA106441C2 true UA106441C2 (en) 2014-08-26

Family

ID=52681846

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAA201303909A UA106441C2 (en) 2013-03-29 2013-03-29 Method and device for diagnosing state of track

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA106441C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9908543B2 (en) System and method for inspecting a route during movement of a vehicle system over the route
CN101666716B (en) Railway locomotive running attitude measuring method
US9212902B2 (en) Distance image obtaining system for track
US8412393B2 (en) Apparatus and method for monitoring of infrastructure condition
JP7247206B2 (en) Methods for inspecting railway vehicles and track sections
CN101580071B (en) Railway locomotive and vehicle operating attitude measurement system
NL2003527C2 (en) Monitoring a turnout of a railway or tramway line.
JP7197282B2 (en) Object detection system
NL2016637A (en) Rail profile monitoring, e.g. geometry of the frogs.
US20210253149A1 (en) Methods and systems for monitoring a transportation path with acoustic or vibration sensing
RU2474505C1 (en) Method of rails diagnostics
KR101806814B1 (en) the railroad tunnel inspecting system using train with the function of automatic registrating railroads tie ID and the sensing railroads tie ID
JP6089576B2 (en) Vehicle window detection system, vehicle window detection method and program
JP6317621B2 (en) Method for measuring three-dimensional shape of wheel mounted on vehicle and three-dimensional shape measuring device for wheel mounted on vehicle
AU2024203509A1 (en) A system, a vehicle and a method for the detection of position and geometry of line infrastructures, particularly for a railway line
JP4319606B2 (en) Wheel shape measuring device
JP2019043403A (en) Obstacle detection system and obstacle detection method
UA106441C2 (en) Method and device for diagnosing state of track
KR101806810B1 (en) he railroad tunnel inspecting system using train
JPH06298092A (en) Looseness detecting device for rail fastening device
JP2020172230A (en) Position detection method and position detection system
CN211765583U (en) High-precision measurement system for three-dimensional surface of train wheel set
RU2791472C9 (en) System, vehicle and method for detecting position and geometric form of linear infrastructures, in particular for a railway line
RU2791472C1 (en) System, vehicle and method for detecting position and geometric form of linear infrastructures, in particular for a railway line
Antognoli et al. Development of a contactless sensor system to support rail track geometry on-board monitoring