注：本文為期刊公眾號簡版，完整版已發(fā)群內自取。?

目前，世界許多國家的鐵路公司通常采用軌道檢測車對軌道進行定期檢查。然而，軌道檢測車難以以每日測量運行的方式對軌道狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)測。而隨著智能手機的發(fā)展，其可通過集成各種傳感器實現(xiàn)對軌道狀態(tài)的實時、低成本監(jiān)控，瑞士聯(lián)邦鐵路公司（SBB）在實際應用中成功地證明了這種可能性。文章將對此進行介紹。

1 Railigent——解決方案的基礎?

Railigent是西門子交通數(shù)字化應用套件，其中包含諸如軌道監(jiān)測智能手機應用程序，以及開發(fā)數(shù)字服務、提供和運營相關平臺等的數(shù)字化解決方案。該套件可智能地應用來自鐵路系統(tǒng)（包括鐵路車輛及諸如集中聯(lián)鎖裝置、道岔、平交道口等鐵路基礎設施）的數(shù)據(jù)并將獲得的信息呈現(xiàn)在應用程序中，以供鐵路運營商、維護人員等查詢使用。通過獲取、分析上述數(shù)據(jù)并進行相關的早期故障檢測，Railigent套件可進一步提高鐵路系統(tǒng)的可用性，改進操作流程，縮短列車在站點停留的時間，優(yōu)化運營成本。

基于智能手機的軌道狀態(tài)監(jiān)測解決方案由2個要素組成：用于收集和發(fā)送數(shù)據(jù)的智能手機應用程序，以及用于分析數(shù)據(jù)和向用戶呈現(xiàn)信息的Railigent平臺。其中，智能手機應用程序為集成在Railigent套件中的軌道監(jiān)測智能手機應用程序，其安裝在智能手機上，可以在列車行駛過程中記錄來自智能手機傳感器（如全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）傳感器、加速度傳感器和陀螺儀等）的所有相關數(shù)據(jù)，并將傳感器數(shù)據(jù)與更多的外部信息相結合（如通過特殊接口集成的、來自OpenStreetMap的地圖素材），以優(yōu)化其鐵路基礎設施故障檢測功能，然后將上述所有信息從智能手機安全地傳輸?shù)絉ailigent平臺；Railigent平臺作為中央數(shù)據(jù)存儲、處理平臺，可對接收的數(shù)據(jù)進行分析以獲得軌道狀況相關的信息并檢測異常情況，然后以行動建議的形式將數(shù)據(jù)處理結果可視化，其為此解決方案的基礎（圖1）。

所用的智能手機為安裝iOS或Android操作系統(tǒng)的智能手機，被設置在駕駛室中用于數(shù)據(jù)采集。其應與車輛的縱軸平行設置以避免因車輛和智能手機坐標系的偏差影響檢測結果的準確性，并且應對其進行固定以使其位置保持不變。軌道監(jiān)測智能手機應用程序可在每次檢測行車開始時對其定位和配置自動進行調整和糾正，如檢查基本定位參數(shù)和操作條件（即智能手機在車內的位置、車輛狀況、數(shù)據(jù)存儲位置等），以確保后續(xù)數(shù)據(jù)評估的正確性和多次檢測結果的可比性；上述步驟完成后，則立即開始數(shù)據(jù)記錄。

Railigent平臺負責對智能手機傳輸?shù)南嚓P數(shù)據(jù)進行分析，以監(jiān)測乘客乘坐舒適度。乘坐舒適度用于評估乘客在列車旅程中的舒適程度，是反映軌道狀況和乘客滿意度的重要指標。軌道監(jiān)測智能手機應用程序根據(jù)DIN EN 12299-2009《鐵路應用 乘客乘坐舒適性 測量和評估》標準，并綜合考慮來自智能手機的加速度、定位數(shù)據(jù)以及來自OpenStreetMap的地圖信息，確定乘客的乘坐舒適度，然后在地圖上將其可視化呈現(xiàn)，并進行從“非常舒適”（淺綠色）到“非常不舒適”（深綠色）的顏色編碼（圖2）。基于此，Railigent平臺在分析乘客乘坐舒適度時便可以輕松識別出乘坐不舒適的顯著路段，從而指導相關人員進行更有針對性的軌道維保規(guī)劃和實施工作。如果乘坐不舒適的情況總是發(fā)生在同一個地方，算法會在此處標注一個集群（圖2中的藍色圓圈）。根據(jù)集群擴大的情況，結合軌道狀況隨時間推移的惡化趨勢分析，即可確定該路段軌道需要進行維保。

2 測試行車

為驗證軌道監(jiān)測智能手機應用程序的可用性，開發(fā)人員選定伯爾尼和圣莫里斯之間約120km的線路（為標準軌距線路）作為測試線路，將安裝該程序的智能手機搭載在SBB的軌道檢測車上開展行車測試。測試列車為3輛編組，由控制車、軌道檢測車和機車組成，長度71m，質量186t，最高速度140km/h。測試時間為1天，列車在上述線路上往返2次。

測試中采用3部安裝軌道監(jiān)測智能手機應用程序的三星Galaxy S20智能手機。手機被放置在列車內的不同位置：控制車和機車的駕駛室，以及軌道檢測車的轉向架上方（圖3）。

測試過程表明，軌道監(jiān)測智能手機應用程序可以在列車起動幾分鐘內進入工作狀態(tài)，而且無需對車輛系統(tǒng)進行干預和調試；在采集數(shù)據(jù)后，會將其以大小適當?shù)臄?shù)據(jù)包的形式發(fā)送至Railigent平臺；數(shù)據(jù)的安全傳輸在Railigent平臺對智能手機設備完成必要的身份驗證后進行。測試行車期間，該程序共采集了3.2GB的數(shù)據(jù)。通過對采集數(shù)據(jù)進行分析、處理，Railigent平臺可將乘坐舒適性等相關結論以易于理解的方式在Web應用程序中可視化呈現(xiàn)。

與軌道檢測車的專業(yè)測量技術相比，開發(fā)人員在測試期間更關注智能手機的數(shù)據(jù)采集和檢測效果。軌道檢測車的高性能加速度傳感器數(shù)據(jù)用于與智能手機傳感器數(shù)據(jù)進行比較研究。測試結果證明，來自智能手機和軌道檢測車加速度傳感器的數(shù)據(jù)具有良好的定性可比性（圖4）。通過分析乘坐舒適性，Railigent平臺識別出8處異常并將其歸因于基礎設施缺陷、車輛磨損及駕駛行為偏差。

3 結論與展望

軌道狀態(tài)評估是一項人力及技術成本非常高的活動。為解決這一問題需要一種廉價、連續(xù)和微創(chuàng)的監(jiān)測手段軌道監(jiān)測智能手機應用程序安裝在標準智能手機中，可在常規(guī)運營的不同鐵路車輛上使用，可根據(jù)需要持續(xù)監(jiān)測軌道狀態(tài)和乘客乘坐舒適度。這使鐵路基礎設施公司能夠實時了解其線路狀況并在正確時間采取維護措施，也使鐵路運營商可以評估乘客的乘坐舒適度并對其進行改善。此外，軌道監(jiān)測智能手機應用程序還適用于計算曲線半徑所對應的外軌超高，但為保證計算所得參數(shù)的可靠性，還需要對算法進行優(yōu)化，提高其計算的準確度。除軌道監(jiān)測之外，開發(fā)人員還有使用該解決方案評估車輪狀況的初步考慮，為此需解決智能手機放置位置的問題?？偠灾?，該解決方案具有進一步發(fā)展和應用的潛力。

來源：《現(xiàn)代城市軌道交通》編輯部