本公开涉及方法。该方法包括数据存储步骤，该步骤包括：由数据处理系统存储与表示的轨道基础设施系统相关的数据。该方法还包括状况监测步骤，该步骤包括：至少通过由数据处理系统评估一组监测模型来估计表示的轨道基础设施系统的至少一个状况。该方法还包括：预测步骤，该预测步骤包括至少通过由数据处理系统评估一组预测模型来预测所述表示的轨道基础设施系统的至少一个状况；以及至少一个模型评估步骤，该模型评估步骤包括由数据处理系统评估表示的轨道基础设施系统的至少一部分的至少一个状况的至少一个模型。表示的轨道基础设施系统包括至少一个部件和至少一个资产。本公开还涉及对应的系统和对应的计算机程序产品。开还涉及对应的系统和对应的计算机程序产品。开还涉及对应的系统和对应的计算机程序产品。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用数字孪生监测、预测和维护铁路元素的状况
[0001]本专利技术涉及轨道及其相关联的元素的故障预测和预测性维护。本专利技术特别针对监测、估计和预测轨道部件的状况和劣化以及提供优化维护的手段。实际缺陷、维护和/或维修工作以及预测的缺陷或故障都被考虑在内，以用于轨道系统元素的基于模型的表示以及维护优化或建议。
技术介绍
[0002]铁路、轨道或有轨运输已经被发展用于在轨——也被称为轨道——上借助轮式车辆运送货物和乘客。与车辆在准备好的平坦表面上行驶的公路运输相比之下，有轨车辆(轨道车辆(rolling stock))被在其上行驶的轨道定向地引导。轨道通常包括安装在枕木或轨枕和道砟上的钢轨，通常设置有金属轮的轨道车辆在钢轨上移动。其他变型也是可能的，例如板式轨道，在板式轨道中，轨紧固到搁置在次表面上的混凝土地基。替选方案是磁悬浮系统等。
[0003]有轨运输系统中的轨道车辆通常遇到低于公路车辆的车辆，因此客运车厢和货运车厢(客车厢和货车厢)可以联接成较长的列车。动力由机车提供，该机车从轨道电气化系统汲取电力或者通常通过柴油发动机产生其自身的电力。大多数轨道配有信令系统。当与其他运输形式相比时，铁路是安全的陆地运输系统，并且能够实现高水平的客运和货运利用以及能量效率，但是当考虑到较低的交通水平时，铁路与公路运输相比通常不太灵活并且更加是投资密集型。
[0004]轨道设备的检查对于列车的安全移动是必要的。现在使用许多类型的缺陷检测器。这些装置利用的技术从简单化的桨状物(paddle)和道岔到红外和激光扫描，甚至是超声音频分析。在过去的几十年中，它们的使用已经避免了许多铁路事故。
[0005]轨道必须跟上定期检查和维护，以使可能干扰货运收入运营和客运服务的基础设施故障的影响最小化。由于客运列车以更高的速度、更陡的坡度和更高的容量/频率运行，因此高速线路的维护尤为重要。
[0006]由于维护可能与运行交叠，因此必须严格遵循维护窗口(夜间时间、非高峰时间、更改列车时间表或路线)。此外，必须始终考虑维护工作期间的乘客安全(轨道间围栏、材料的适当存储、轨道工作通知、设备靠近州的危害)。此外，由于隧道、高架结构和拥挤的城市风貌，可能出现维护入口问题。这里，使用专用设备或常规维护工具的更小版本。
[0007]与容量被分解为各个路线段上的无链接的行程的高速公路或公路网不同，轨道容量基本上被认为是网络系统。因此，许多组成部分可能导致系统中断。维护必须确认大量的路线效能(列车服务类型、起点/目的地、季节性作用)、线路的容量(长度、地形、轨道的数目、列车控制的类型)、列车吞吐量(最大速度、加速/减速率)和具有共享客运
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货运轨道的服务特征(侧线、终端容量、切换路线和设计类型)。因此，不仅在轨道等方面，而且在维护活动期间，由于适用于正在进行维护的轨道的限制，因此维护活动会显著作用于铁路网络的可用性。由于维护措施的成功与否事先并不完全清楚，因此对作用的估计变得更加复杂，因
为在维护期间可能会出现问题，或者在维护活动期间可能会检测到更多的缺陷。
[0008]轨道检查用于检测轨道的可能影响基础设施可用性甚至可能导致灾难性故障的缺陷。根据美国联邦铁路管理局办公室的安全分析，在美国，轨道缺陷是导致轨道事故的第二主要原因。轨道事故的主要原因是由于人为错误。每年，北美铁路部门花费数百万美元来检查轨的内部和外部缺陷。非破坏性测试(NDT)方法用作针对轨道故障和可能的脱轨的预防措施。
[0009]随着现今有轨交通以较高速度增加并且轴负荷更重，对轨道基础设施质量和健康的需求不断增加，并且轨检查变得更加重要。1927年，磁感应已经被引入用于首批轨检查车。这是通过使大量磁场穿过轨并用搜索线圈检测磁通泄漏来实现的。从那时起，许多其他检查车已经遍历轨以搜索缺陷。然而，检查的结果与一定的容差和不确定性相关联。此外，手动和车辆检查仅偶尔提供关于每个被检查资产的健康状况的信息，这通常每隔几个月进行一次。因此，还开发了连续监测系统，提供对铁路网络的关键部分的实时监测。
[0010]存在许多影响轨缺陷和轨故障的效应。这些效应包括弯曲和剪切应力、轮/轨接触应力、热应力、残余应力和动态效应。此外，部件的质量、基础设施及其部件的设计、建造和调试以及维护质量都会对劣化过程产生重大影响。对于道岔，劣化过程包括轨劣化，例如轨的磨损和塑性变形以及疲劳，特别是滚动接触疲劳(RCF)。此外，道岔的规格以及几何形状会劣化，即偏离理想形式。道床以及轨与轨枕的紧固可能会劣化。此外，道岔的转辙机、锁定系统和可移动部件可能会劣化：例如由于缺乏润滑或者可能存在可移动部件的错位，轨道车辆与对应的道岔轨之间的间隙会发生变化，道岔处的摩擦会增加。此外，转辙机的内部部件或零件例如轴承可能会发生故障。
[0011]目前有三种检查模式：
[0012]1.由人工定期或按需执行的手动检查。
[0013]2.由检查车辆执行的检查，因此检查本身是自动化的，但只是偶尔提供关于个别铁路网络部件的信息，这意味着无法及时检测到某些劣化过程，也限制了精确定位检测到的问题的可能性。
[0014]3.连续监测系统，其连续监测(关键)部件，从而提供关于网络的特定部分的实时信息。
[0015]目前用于检测轨的缺陷的方法是例如：目视检查、超声波、涡流检查、磁粉检查、射线照相、磁感应、漏磁、加速度计、应变计和电声换能器。
[0016]对于手动检查，探头和换能器可以用在“手杖”上、手推车上或手持装置中。当要检查轨道的小部分时或者当需要精确定位时，可以使用这些装置。这些面向细节的检查装置多次跟踪由轨检查车或轨卡车作出的指示。因为手持式检查装置能够被相对容易地移除，所以当轨道被大量地使用时，手持式检查装置对跟踪指示非常有用。但是，当有数千英里的轨道需要检查时，这些装置被认为非常缓慢且枯燥。此外，缺陷的最初指示仅能够在相当晚的时候被检测。
[0017]为了检查长段的轨道，目前普遍使用轨道检查车。轨道检查车通常执行超声波测试，但也有一些能够执行多个测试。这些车辆装载有使用先进程序的高速计算机，所述先进程序识别模式并且包含分类信息。车辆还配备了存储空间，并且根据任务，配备有工具柜和工作台。GPS单元通常与计算机一起使用，以标记新的缺陷并定位先前标记的缺陷。GPS系统
允许跟踪车以精确地找到引导车辆检测到缺陷的位置。这样的卡车的一个优点是：这些卡车能够在不关闭或减慢整个轨道的路段的情况下在常规的轨道交通周围工作。
[0018]随着以更高速度承载更重的负荷的轨道交通的增加，以及越来越缺乏熟练的检查和维护人员，需要更有效和自动化的轨道检查和维护方式。除此之外，对列车
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轨相互作用的控制也将是有利的；即，实时监测轨道基础设施的负荷和利用率，识别对铁路造成不成比例损坏的过度负荷，监督列车的维护或列车未来的故障等。
[0019]例如在监测元素的状况时，术语“监测”可以指监督测量值和/或变量的当前和/或过去值，例如所述元素的状况。“本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，其中，所述方法包括：
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数据存储步骤，包括：由数据处理系统存储与表示的轨道基础设施系统(1)相关的数据，
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状况监测步骤，包括：至少通过由所述数据处理系统评估一组监测模型(11)来估计所述表示的轨道基础设施系统(1)的至少一个状况(30)，
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预测步骤，包括：至少通过由所述数据处理系统评估一组预测模型(12)来预测所述表示的轨道基础设施系统(1)的至少一个状况(30)，以及
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至少一个模型评估步骤，包括：由所述数据处理系统评估所述表示的轨道基础设施系统(1)的至少一部分的至少一个状况的至少一个模型，并且其中，所述表示的轨道基础设施系统(1)包括至少一个部件(4)和至少一个资产(3)。2.根据前一权利要求所述的方法，其中，所述方法还包括优化步骤，所述优化步骤包括：至少通过由所述数据处理系统评估一组优化模型(13)来分析和/或推荐用于所述表示的轨道基础设施系统(1)的检查活动和维护活动中的至少一个。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述表示的轨道基础设施系统(1)还包括至少一个网络。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述数据存储步骤还包括以下中的至少一个：
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存储与所述表示的轨道基础设施系统(1)的至少一个元素(5)相关的感测数据(21)，
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存储与所述表示的轨道基础设施系统(1)的至少一个元素(5)的负荷相关的负荷数据(22)，
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存储与所述表示的轨道基础设施系统(1)的至少一个元素(5)的环境的至少一个属性相关的环境数据(23)，以及
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数据处理步骤，包括：对数据进行过滤。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述数据存储步骤还包括以下中的至少一个：
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存储与所述表示的轨道基础设施系统(1)的至少一个元素(5)的已执行和/或可能的维护活动相关的维护数据(24)，以及
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存储与所述表示的轨道基础设施系统(1)的至少一个元素(5)的已执行和/或可能的检查相关的检查数据(25)。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述状况监测步骤包括所述至少一个模型评估步骤中的至少一个以及以下中的至少一个：
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部件状况监测步骤，包括：估计所述表示的轨道基础设施系统(1)的至少一个部件(4)中的至少一个的至少一个状况(30)，
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资产状况监测步骤，包括：估计所述表示的轨道基础设施系统(1)的至少一个资产(3)中的至少一个的至少一个状况(30)，以及
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网络状况监测步骤，包括：估计所述表示的轨道基础设施系统(1)的至少一个网络(2)中的至少一个的至少一个状况(30)。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述预测步骤包括：
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所述至少一个模型评估步骤中的至少一个，以及
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评估所述一组预测模型(12)中的表示与元素(5)在未来的劣化相关的量的发展的预测模型，其中，所述预测模型表示在未来的至少一个时间点处的发展。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，
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所述一组预测模型(12)中的表示所述表示的轨道基础设施系统(1)的元素(5)的状...
【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗，
申请(专利权)人：科路实有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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