Implementacja metod analitycznych przetwarzania sygnałów wibroakustycznych

Transport kolejowy pełni kluczową rolę w systemach transportowych na całym świecie, stanowiąc jedno z najefektywniejszych rozwiązań w zakresie przewozu osób i towarów. Ze względu na niezawodność, efektywność oraz relatywnie niewielki wpływ na środowisko w porównaniu z innymi gałęziami transportu transport kolejowy jest coraz częściej wykorzystywany w przewozach pasażerskich i towarowych. Intensywna eksploatacja infrastruktury kolejowej powoduje jednak jej degradację, co wymaga skutecznego monitorowania stanu technicznego i wdrażania odpowiednich działań diagnostycznych. W tym kontekście diagnostyka nawierzchni kolejowej stanowi istotny element zapewnienia bezpieczeństwa ruchu oraz racjonalnego wykorzystania środków finansowych przeznaczonych na utrzymanie infrastruktury. Zachowanie linii kolejowych w wymaganych standardach jakościowych, zarówno w zakresie geometrii, jak i diagnostyki elementów nawierzchni, jest kluczowe dla spełnienia obowiązujących wymagań bezpieczeństwa oraz zapewnienia pasażerom odpowiedniego poziomu komfortu podróży.

Niniejsza monografia koncentruje się na identyfikacji i zaawansowanej analizie sygnałów wibroakustycznych generowanych w warunkach rzeczywistej eksploatacji taboru kolejowego, z uwzględnieniem ich zastosowania w nieniszczącej diagnostyce stanu technicznego elementów infrastruktury i taboru. Przeprowadzono szczegółowy przegląd metod przetwarzania sygnałów czasowo-częstotliwościowych w celu ich implementacji oraz oceny możliwości ekstrakcji cech diagnostycznych i klasyfikacji nietypowych stanów eksploatacyjnych nawierzchni kolejowej.

fragment Wprowadzenia

Monografia jest wartościową pozycją z zakresu badań poszerzających możliwości diagnostyki infrastruktury kolejowej w dyscyplinie inżynieria lądowa, geodezja i transport lub inżynieria mechaniczna. Jako istotny wkład prezentowanych w książce analiz należy wskazać rozwinięcie metod monitorowania infrastruktury kolejowej i zastosowanie sygnałów wibroakustycznych w celu powiększenia bazy symptomów stanu. Dodatkowo zaproponowane podejście umożliwia znaczące poszerzenie zakresu diagnostyki infrastruktury kolejowej, a nawet tworzenie w przyszłości modeli predykcyjnych. Badania dotyczące zastosowania metod wibroakustycznych w transporcie stają się coraz bardziej popularne, jednak w kontekście prezentowanym przez Autorkę mają charakter oryginalny i nowatorski.

z recenzji prof. Rafała Burdzika (Politechnika Śląska)

Spis treści

Wykaz ważniejszych skrótów … 7

1. Wprowadzenie …. 9

2. Przegląd badań w zakresie diagnostyki nawierzchni kolejowej .. 11

2.1. Wprowadzenie .. 11

2.2. Zarządzanie utrzymaniem linii kolejowych .. 13

2.3. Systemy i metody monitorowania stanu konstrukcji kolejowych . 16

2.4. Metody monitorowania stanu konstrukcji nawierzchni kolejowej . 18

2.5. Metody predykcji uszkodzeń elementów nawierzchni kolejowej .. 21

2.6. Implementacja metod predykcji uszkodzeń elementów nawierzchni

kolejowej przez zarządców kolejowych.. 26

2.7. Podsumowanie.. 29

3. Problem badawczy i naukowy … 32

3.1. Wprowadzenie .. 32

3.2. Analiza problemu badawczego .. 33

3.3. Cele i zadania badawcze .. 35

3.4. Podsumowanie … 37

4. Metody analiz sygnałów na przykładzie sygnału odpowiedzi dynamicznej

pociągu . 39

4.1. Wprowadzenie . 39

4.2. Parametry sygnałów przyspieszeń drgań .. 40

4.3. Metody analiz sygnałów przyspieszeń drgań .46

4.3.1. Klasyfikacja metod i narzędzi analitycznych … 46

4.3.2. Przykłady analiz w dziedzinie czasu … 47

4.3.3. Przykłady analiz w dziedzinie częstotliwości .. 53

4.3.4. Przykłady analiz w dziedzinie czasowo-częstotliwościowej .58

4.3.5. Wybrane analizy z grupy metod parametrycznych . 60

4.3.6. Wybrane analizy z grupy metod nieparametrycznych  62

4.4. Filtrowanie i oknowanie sygnału przyspieszeń drgań …. 63

4.5. Podsumowanie … 67

5. Analiza powtarzalności charakterystyk sygnałów przyspieszeń drgań….69

5.1. Wprowadzenie … 69

5.2. Metodyka badań … 70

5.3. Analiza wyników badań .. 73

5.4. Synteza wyników badań .. 96

6. Analiza składowych sygnału drgań w odniesieniu do stanu technicznego

linii kolejowej z wykorzystaniem sygnatury wibroakustycznej pojazdu

szynowego … 98

6.1. Wprowadzenie . 98

6.2. Metodyka badań .. 99

6.3. Analiza wyników badań … 103

6.4. Synteza wyników badań . 117

7. Wykorzystanie sygnałów drganiowych do identyfikacji rodzaju przejazdów

kolejowo-drogowych.. 118

7.1. Wprowadzenie .. 118

7.2. Metodyka badań … 119

7.2.1. Aparatura pomiarowa .. 119

7.2.2. Obiekty badań – charakterystyka przejazdów

kolejowo-drogowych .. 122

7.2.3. Procedura rejestracji danych i ich przetwarzania .. 125

7.3. Analiza wyników badań . 126

7.4. Synteza wyników badań …. 139

8. Implementacja metod analiz sygnałów wibroakustycznych w systemach

transportu kolejowego ….. 140

8.1. Wprowadzenie … 140

8.2. Koncepcja systemu monitoringu i zarządzania danymi … 140

8.2.1. Opis systemu monitoringu oraz procedury zbierania danych  140

8.2.2. Analiza ryzyka i trybów awarii (FMECA) na podstawie danych

z IoT i systemów diagnostycznych..143

8.3. Implementacja i zastosowanie metod w systemach kolejowych . 146

8.4. Podsumowanie . 147

9. Podsumowanie i wnioski końcowe … 149

Literatura…. 153

Streszczenie w języku polskim ..180

Streszczenie w języku angielskim.. 181