Tillståndsövervakning av järnvägsinfrastruktur : En studie för framtidens sakernas internet-lösningar

Sammanfattning: Då komponenter för tillståndsövervakning idag är billiga, små storleksmässigt och kraftfullare än tidigare, kan hårdvara byggas ihop, mjukvara programmeras och sedan appliceras på kritiska delar i ett system, mer kostnadseffektivt och i större omfattning än tidigare. I stor skala kallas detta sakernas internet, och är framtiden för underhållsarbete då personal inte längre behöver vara fysiskt närvarande i samma grad som tidigare. En proprietär lösning kostar idag vanligtvis över 5 000 kr. Detta projekt har behandlat prototyper till en kostnad av cirka 1 000 kr med öppen hårdvara och mjukvara, vilket stödjer affärsutveckling och bidrar till ett bredare spektra av leverantörer, vilket sätter press på marknaden gällande olika lösningar. Syftet med denna studie är att utveckla och testa mätningar i verklig miljö för tillståndsövervakning av utsatta delar av järnvägsinfrastrukturen, som punktfel i spårläge och spårväxlar. Projektet innefattar prototyper, energihantering, loggning av data och hur användbara dessa data är. Sensorerna är av typen MEMS accelerometrar och olika montage av dessa har testats. Målsättningen har varit att utvärdera hur dessa fungerar i verklig miljö och hur användarvänliga dessa är för att mäta rörelse av räls och sliper. Mer specifikt, avser detta fältprov av accelerometer för uppvakning och energihantering, sensor för insamling av vibrationer för rörelse i spår och analys av insamlad mätdata. Fälttest visade att en accelerometerbaserad uppvakningssensor kan väcka ett mätsystem genom vibrationer i rälsen ca: 70 meter innan tåget kommer fram till sensorn. Tydligaste mätdata för analys erhölls vid montage på slipers samt då ett avstånd på ca: 70 meter togs. Montering i direkt närhet till mätobjektet på rälslivet bidrog till en signal med inslag av högfrekventa vibrationer. Då tydlig mätdata erhölls kunde antal boogies och axlar identifieras vilket kunde verifieras med bild på loket. Mätdata som analyserades kunde via integration erhålla förskjutning i vertikal samt lateral riktning. Detta är användbart, både för infrastrukturförvaltare samt för underhållsentreprenörer, då degradering kan upptäckas i god tid och förebyggande underhållsåtgärder kan sättas in mot berörda feltyper. Den önskade livslängden enligt infrastrukturförvaltare var minst fem år, och efter mätning av strömåtgång enligt nuvarande specifikation så uppnås detta om mätningar sker sju gånger dagligen med litiumbatterier (1200 mAh) som strömkälla. Som ett första steg mot sakernas internet så har detta arbete skapat en god grund för att förverkliga detta. Fortsatt arbete efter detta projekt kan innefatta gprs och Wi-Fi för internetuppkoppling samt strömmätning för att se hur mycket förbrukningen ökar. Parallellkoppling av batterier kan vara en lösning för längre livslängd ifall förbrukningen påverkas markant. Olika varianter av filtrering för en tydligare signal kan också vara av intresse. Andra typer av sensorer, både för verifiering av resultat i denna rapport samt för att utprova alternativ. Detta kan innefatta geofoner, multi-depth deflectometers och andra typer av accelerometrar.