Vorarbeiten zur Entwicklung eines Gleisfehlerdetektionssystems mit Regelzügen und Low-Cost-Sensorik

Otto Lerke, Sebastian Bahamon-Blanco, Martin Metzner, Ullrich Martin, Volker Schwieger

doi:10.12902/zfv-0339-2021

Zusammenfassung

Bei diesem Beitrag handelt es sich um einen technischen Bericht über die Vorarbeiten zu einem Gleisfehlerdetektionssystem, das auf Regelzügen unter Nutzung von Low-Cost-Sensorik zum Einsatz kommen soll. Der Fokus liegt auf der Systembeschreibung sowie der Vorstellung eines ersten Ansatzes zur Datenauswertung. Das übergeordnete Ziel der Untersuchung ist die spätere Detektion und Lokalisierung von Unregelmäßigkeiten einer Gleistrasse, die aufgrund von Unstetigkeiten auf der Schiene oder bei Änderungen der Steifigkeit des Untergrundes vorkommen. Solche Unstetigkeiten beeinflussen sowohl die Wellenlänge als auch die Amplitude des Signals der Vertikalbeschleunigungen. Die Einflüsse treten z. B. beim Überqueren von Straßenkreuzungen, Weichen oder Brücken aber auch beim Überfahren von Gleisfehlern auf. Diese charakteristischen Signaländerungen sollen genutzt werden, um Gleisfehler zu detektieren. Für die Messung der Signale sind dafür am Drehgestell eines Regelzuges ein einachsiger und ein dreiachsiger Beschleunigungssensor installiert. Zusätzlich ist ein GNSS-Empfänger eingebaut, der die Lokalisierung der Unregelmäßigkeit sicherstellt. Die Erfassung und Synchronisation der Daten erfolgt mit einem Echtzeitcomputer. Obwohl es Methoden gibt, die in der Lage sind, diskontinuierliche Punkte auf der Strecke zu identifizieren und zu klassifizieren, wurde zunächst beschlossen, mit einer normierten Kreuzkorrelation zu arbeiten, die nur dazu dient Diskontinuitäten aufzudecken. Wenn mehr Messungen zur Verfügung stehen, können robustere Analysen durchgeführt werden, um diese Diskontinuitäten zu klassifizieren. In der Zwischenzeit wird die normierte Kreuzkorrelation dazu dienen, mit den verfügbaren Daten zu arbeiten.

Summary

This paper is a technical report on the preliminary work for a track fault detection system to be used on standard trains using low-cost sensor technology. The focus is on the system description as well as the presentation of a first approach for data evaluation. The overall objective of the study is the subsequent detection and localization of irregularities of a track which occur due to discontinuities on the rail or changes in the stiffness of the subsoil. Such discontinuities influence both the wavelength and the amplitude of the vertical acceleration signal. The influences occur e. g. when crossing road crossings, switches or bridges but also when passing track faults. These characteristic signal changes are to be used to detect track faults. To measure the signals, a single-axis and a triple-axis accelerometer are installed on the bogie of a standard train. In addition, a GNSS receiver is installed to ensure localization of the irregularity. A real-time computer is used to record and synchronize the data.

Although methods exist that are capable of identifying and classifying discontinuous points on the track, it was initially decided to work with a normalized cross-correlation that only serves to detect discontinuities. As more measurements become available, more robust analyses can be performed to classify these discontinuities. In the meantime, the normalized cross-correlation will be used to work with the available data.