Yüksek Hızlı Trenlerde Ray Arızalarının Belirlenmesi İçin Bilgisayarlı Görmeye Dayalı Yeni Bir Yöntem

Abstract

Demiryolları kullanımının ve tren hızlarının artmasına bağlı olarak güvenli şekilde taşımacılık için tren hatlarının periyodik bakımı ve arızaların tespiti çok önemlidir. Özellikle işletme maliyeti ve bakım masraflarının düşürülmesi için raylardaki aşınma, deformasyon ve arıza durumlarının erken teşhis edilmesi gerekir. Böylece hem hattın uzun süreli bakım planlaması yapılabilir hem de oluşabilecek kazalar önceden önlenebilir. Raylarda kullanılan temaslı izleme sistemlerinin doğruluğu mekanik duyarga ile ray arasındaki temas noktasının büyüklüğüne, analizi yapılan ray alanının kısıtlanmasına ve bu sistemi taşıyan trenin hızına bağlı olduğundan bu teknik uygulaması ve kullanımı zor bir tekniktir. Günümüzde rayların durumunu analiz etmek ve ölçümlerini yapmak için kameraların etkili olduğu temassız algılama teknikleri kullanılmaktadır. Kameralardan alınan görüntülerin işlenmesine dayanan bu teknikler bölgesel olarak değil ray yüzeyinin tamamının izlenmesine ve hataların teşhis edilmesine olanak sağlarlar. Ayrıca bu ölçüm sistemi ray ile temas etmediğinden dolayı oluşturulan sistemler yüksek hızlarda çalışabilmektedir. Bu proje kapsamında trenler için gerçek zamanlı görüntü işleme tekniği kullanan ray profil analizi sistemi geliştirilmiş olup bu analizi kullanan bir temassız ölçüm sistemi gerçekleştirilmiştir. Lazer kamera ve frame kameraların kullanılması ile elde edilen iki ve üç boyutlu görüntüler sistem için sağlanan donanım mimarisi ile gerçek zamanlı olarak işlenerek raylardaki kazaya sebep olabilecek bozukluklar başarılı şekilde belirlenmiştir. Proje kapsamında ray profili ölçümü için her bir rayın her iki yüzü için birer kamera, trenin hareket ettiği aktif ray hattının durumu için bir kamera ve komşu ray hattının durumu için bir kamera olmak üzere toplam altı kamera kullanılarak buradan alınan görüntülerin işlenmesi ile hattın o anki durumuna ait durum tespiti ve gelecekteki durumuna ait tahminleri veren bir yöntem ortaya konulmuştur. Geliştirilen yöntemin gerçekleştirilmesi aşamasında titreşimlerin tespit edilmesi için ataletsel ölçüm birimi ve hıza göre uyarlama yapmak için enkoder kullandığından dolayı titreşimlerden oluşacak hataların eliminasyonu, ölçüm ve durum tespitinde yüksek doğruluk, hıza duyarlılık ve gerçek demiryolu sistemlerinde uygulanabilirlik gibi ayırt edici özelliklere sahip olması sağlanmıştır. Proje kapsamında genel olarak kullanılabilir bir ölçüm yöntemi ortaya koymak için hata takibi, görüntü birimlerindeki titreşimlerin filtrelenmesi ve ray makaslarının görsel olarak otomatik algılanması algoritmaları da geliştirilmiştir. Ray profilinin ölçümü, ray yüzeylerindeki çatlama, aşınma ve kırılma gibi arızalar, ray ve travers bağlantılarındaki arızalar, ray aralığı, demiryolu geometrisindeki bozulmalar, ray hattında oluşabilecek anormal virajlar gibi hataların tespit edilmesini gerçek zamanlı, temassız ve yüksek hızda çalışmasını sağlayacak olan çalışma deneysel olarak doğrulanmıştır. Projede trenler için kullanılabilecek temassız, hızlı yeni bir ölçüm ve arıza tespit yöntemi sunulmuştur. Rayların profilinin çıkarılmasının dışında raylarda ve bağlantılarında oluşacak arıza tiplerinin tespiti, literatürdeki yöntemlerin ray tiplerine, trenin hızına ve özellikle trendeki titreşimlere bağlı olduğundan dolayı oluşan dezavantajların burada giderilerek ortam koşullarına duyarlı bir yöntemin elde edilmiş olması, düşük maliyetli, güvenilir ve gerçek zamanlı bir mimari sunulması ve deneysel verilerle doğrulanan bir sistemin elde edilmesi sağlanmıştır. Proje kapsamında ray arızalarını tespit etmek için her bir rayın her iki yüzü için ayrı ayrı kullanılan dört kameraya ilave olarak trenin üstünde yer alan ve birisi trenin hareket ettiği aktif ray hattını gören, diğeri aktif raya komşu ray hattını gören iki kameradan gelen bilgiler değerlendirilerek geliştirilen algoritmalar ile ray arızaları, ray profili, rayların o anki durum tespiti ve rayların gelecekteki durumlarının tahmini için çıktılar elde edilmiştir.