Continuous Monitoring of Rail Breaks, Abrupt Stiffness Changes, and Geometric Discontinuities using On-board Measurements via Smartphones

Öz

In rail transport systems, "Track Condition Assessment" is of great importance for ensuring transportation safety and reducing maintenance costs. In this context, one of the most widely used methods is "On-board Measurement". However, the conventional measurement/recording/diagnostic trains are very expensive. In addition, measurements can only be made a few times a year, and train traffic is restricted during the measurements. The aim of this study is to determine whether rail breaks/fractures, which threaten transportation safety, and abrupt stiffness changes and geometric discontinuities, which increase maintenance costs, can be detected and monitored using “smartphones”. For this purpose, after reviewing and interpreting existing studies carried out in the literature to date, the proposed method is explained step by step in a simple way that can be easily used by the industry. As a result of the vertical acceleration measurements carried out, it was found that both the rail breaks and abrupt stiffness changes/geometric discontinuities can be easily diagnosed using the proposed mobile device measurement method.

Anahtar Kelimeler

• Structural health monitoring
• Track condition assessment
• Railway fault diagnosis
• Rail crack

Demiryollarında Ray Kırılmalarının, Ani Rijitlik Değişimlerinin ve Geometrik Süreksizliklerin Akıllı Telefonlarla, Seyir Hâlinde Ölçümler Alınarak, Sürekli Takibi

Öz

Raylı ulaşım sistemlerinde, ulaşım güvenliğinin sağlanması ve bakım maliyetlerinin düşürülmesi açısından “Hat Durumu Değerlendirmenin” önemi büyüktür. Bu bağlamda, en yaygın kullanılan metotlardan biri, “Seyir Esnasında Ölçümlerdir”. Ancak konvansiyonel ölçüm/kayıt/teşhis trenleri, oldukça yüksek maliyetlere sahiptir. Ayrıca yıl içerisinde yalnızca birkaç kez ölçüm alınabilmektedir ve ölçümler müddetince de tren trafiği kısıtlanmaktadır. Bu çalışmanın amacı, raylı ulaşım güvenliğini tehdit eden ray kırıklarının ve bakım maliyetlerini artıran ani rijitlik değişimleri ile geometrik süreksizliklerin “akıllı telefonlarla” tespit ve takip edilip edilmeyeceğini belirlemektir. Bu amaçla, literatürde günümüze dek yürütülen çalışmaların yorumlanması akabinde, önerilen yöntem, sektörün rahatlıkla kullanılabileceği bir sadelikte, adım adım izah edilmiştir. Yürütülen düşey ivme ölçümleri sonucunda, gerek ray kırıklarının, gerekse ani rijitlik değişimlerinin/geometrik süreksizliklerin, önerilen mobil cihazlı ölçüm metoduyla rahatlıkla teşhis edilebildiği belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Yapısal sağlık izleme
• Hat durumu değerlendirme
• Demiryolu hata teşhisi
• Ray çatlağı

Teşekkür

Bu çalışmadaki katkıları için Konya Büyükşehir Belediyesi yetkililerine ve Phyphox, Google Maps, GPS Map Cam ve Microsoft Excel yazılımı geliştiricilerine teşekkürlerimi sunarım.

Kaynakça

1. [1] D. Sasi, S. Philip, R. David, J. Swathi, “A review on structural health monitoring of railroad track structures using fiber optic sensors,” Materials Today: Proceedings, vol. 33 (7), pp. 3787-3793, 2020
2. [2] A. G. Hessami, R. Muttram, New Research on Railway Engineering and Transportation, IntechOpen, Jan. 24, 2024. Doi: http://dx.doi.org/10.5772/intechopen.105261
3. [3] K. Uray, “Demiryolu Bakım İşlerinde Matris Yöntemi Kullanılarak Risklerin Olası Etkilerinin Belirlenmesi,” Afet ve Risk Dergisi, vol. 4 (2), pp. 121-134, 2021
4. [4] Mermec Group, “Roger 400,” 2024. [Online]. Available: https://www.mermecgroup.com/inspect/recording-cars/105/roger-400.php [Accessed January 28, 2024]
5. [5] M. V. Taciroğlu, M. Karaşahin, M. Tığdemir, “Ankara-Eskişehir Yüksek Hızlı Tren Hattında Meydana Gelen Geometrik Bozulmaların Değerlendirilmesi,” Çukurova Ü. Müh. Mim. F. Der., vol. 30(2), pp. 345-354, 2015
6. [6] TCDD, “Demiryolları’nda “Demir Göz” Göreve Başladı,” 2021. [Online]. Available: https://www.tcdd.gov.tr/haberler/demiryollarinda-demir-goz-goreve-basladi [Accessed January 28, 2024]
7. [7] Latronix AB, “25 000 km of Latronix Track Measurement, together with TCDD Teknik,” 2023. [Online]. Available: https://www.youtube.com/watch?v=bIuaRV4m8wY [Accessed January 28, 2024]
8. [8] Tesmec, “OCPD002,” 2024. [Online]. Available: https://www.tesmec.com/railway/products/diagnostic-solutions/ocpd002-rail-diagnostic-vehicle [Accessed January 28, 2024]

9. [9] M. V. Taciroğlu, M. Karaşahin, M. Tığdemir, H. Işıker, “Demiryolu Hat Geometrisinin Fraktal Analizi,” Demiryolu Mühendisliği., vol. 16, pp. 170-184, Temmuz 2022, doi: 10.47072/demiryolu.1130088
10. [10] Á. Vinkó, T. Simonek, C. Ágh, A. Csikós, B. Figura, "Feasibility of Onboard Smartphones for Railway Track Geometry Estimation: Sensing Capabilities and Characterization", P. Pol. Civ. En., vol. 67, pp. 200-210, 2022
11. [11] F. Seraj, N. Meratnia, P. J. M. Havinga, "RoVi: Continuous transport infrastructure monitoring framework for preventive maintenance," in PerCom, Kona, HI, USA, 2017, pp. 217-226
12. [12] A. Rodríguez, R. Sanudo, M. Miranda, A. Gomez, J. Benavente, “Smartphones and tablets applications in railways, ride comfort and track quality: Transition zones analysis,” Measurement, vol: 182, ID: 109644, 2021
13. [13] J. Cong, M. Gao, Y. Wang, R. Chen, P. Wang, “Subway rail transit monitoring by built-in sensor platform of smartphone,” Frontiers of Inf. Technology & Electronic Engineering, vol. 21 (8), pp. 1226-1238, 2020
14. [14] E. Simonyi, Z. Fazekas, P. Gaspar, “Smartphone application for assessing various aspects of urban public transport,” Transportation Research Procedia, vol. 3, pp. 185-194, 2014
15. [15] A. Azzoug, S. Kaewunruen, “RideComfort: A Development of Crowdsourcing Smartphones in Measuring Train Ride Quality,” Frontiers in Built Environment, vol: 3 (3), pp. 1-12, 2017
16. [16] A. Paixao, E. Fortunato, R. Calçada, “Smartphone’s Sensing Capabilities for On-Board Railway Track Monitoring: Structural Performance and Geometrical Degradation Assessment,” Advances in Civil Engineering, vol: 2019, ID: 1729153, 2019, doi: https://doi.org/10.1155/2019/172915
17. [17] H. T. Aung, K. Inoue, S. H. Pha, W. Takeuchi, “Condition Monitoring of Yangon Circular Railway and Yangon–Mandalay Railway Based on Car-Body Acceleration Response Using a Portable Device,” Journal of Disaster Research, Vol. 15 (3), 2020
18. [18] Geardo, “Xiaomi Redmi Note 10 Pro Teardown | Screen Replacement,” 2022. [Online]. Available: https://www.youtube.com/watch?v=3CItvc4B8SY [Accessed January 28, 2024]
19. [19] Phyphox, “Awards,” 2024. [Online]. Available: https://phyphox.org/ [Accessed January 28, 2024]
20. [20] Phyphox, “Phyphox Sensor Database,” 2024. [Online]. Available: https://phyphox.org/sensordb/ [Accessed January 28, 2024]
21. [21] Wikipedia, “Konya tramvayı,” 2024. [Online]. Available: https://tr.wikipedia.org/wiki/Konya_tramvay%C4%B1#cite_note-urbanrail-1 [Accessed January 28, 2024]
22. [22] Railway Gazette International, “Škoda Transportation wins Konya tram contract,” 2013. [Online]. Available: https://www.railwaygazette.com/koda-transportation-wins-konya-tram-contract/37820.article [Accessed January 28, 2024]
23. [23] Wikipedia, “Škoda 28 T,” 2024. [Online]. Available: https://en.m.wikipedia.org/wiki/%C5%A0koda_28_T [Accessed January 28, 2024]
24. [24] Railway Gazette International, “Konya orders trams for catenary-free operation,” 2014. [Online]. Available: https://www.railwaygazette.com/konya-orders-trams-for-catenary-free-operation/39481.article [Accessed January 28, 2024]