Makine öğrenmesi yöntemleri ile raylı sistem araçlarında apleti arızalarının operasyonel ve meteorolojik veriler kullanılarak tahmini
Öz
Raylı sistemlerde tekerlek yüzeyinde oluşan apleti arızaları, dinamik darbe yüklerini artırarak işletme güvenilirliğini ve bakım süreçlerini olumsuz etkilemektedir. Bu çalışmada, operasyonel ve meteorolojik değişkenler kullanılarak apleti arızalarının erken tahminine yönelik açıklanabilir bir makine öğrenmesi yaklaşımı geliştirilmiştir. Kayseri raylı sistem işletmesinden 2015–2024 döneminde elde edilen veriler birleştirilerek 1562 gözlemden oluşan bir veri seti hazırlanmıştır. Lojistik Regresyon, Karar Ağacı, Rastgele Orman, Destek Vektör Makineleri, K-En Yakın Komşu ve XGBoost algoritmaları karşılaştırılmıştır. Sınıf dengesizliğinin etkisini değerlendirmek amacıyla SMOTE, Tomek Bağları ve rastgele aşağı örnekleme yöntemleri uygulanmıştır. Optuna ile hiperparametre optimizasyonu gerçekleştirilmiş, veri sızıntısını önlemek için örnekleme işlemleri iç içe çapraz doğrulamanın yalnızca eğitim katlarında yürütülmüştür. Tekil modeller arasında Rastgele Orman, 0,8758 doğruluk ve 0,8118 F1-skor ile öne çıkmıştır. Rastgele Orman ve XGBoost modellerini birleştiren katı oylama yaklaşımı 0,8828 doğruluk, 0,8984 kesinlik ve 0,8182 F1-skor sağlamıştır. SHAP analizi, yılın günü, teker çapı değişimi ve yılın haftasının tahminlerde belirleyici olduğunu göstermiştir. Bulgular, mevcut işletme kayıtlarının açıklanabilir arıza tahmini ve bakım kararlarının desteklenmesi amacıyla kullanılabileceğini ortaya koymaktadır. Böylece ek sensör altyapısına bağımlı olmayan, saha verilerine dayalı ve bakım planlamasına uyarlanabilecek sürdürülebilir bir karar destek çerçevesi sunulmaktadır.
Anahtar Kelimeler
Destekleyen Kurum
Proje Numarası
Etik Beyan
Teşekkür
Kaynakça
- 1. Cui, Y., Kim, E., Yan, S., & Yu, Q., Wheel flat detection using long short-term memory and transformer models with a 1: 10 scale railway test rig, Advances in Mechanical Engineering, 17 (1), 16878132251314988, 2025.
- 2. Mosleh, A., Meixedo, A., Ribeiro, D., Montenegro, P., Calçada, R., Early wheel flat detection: an automatic data-driven wavelet-based approach for railways, Vehicle System Dynamics, 61 (6), 1644-1673,2023.
- 3. Iwnicki, S., Nielsen, J. C., Tao, G., Out-of-round railway wheels and polygonisation, Vehicle system dynamics, 61 (7), 1787-1830, 2023.
- 4. Fu, W., He, Q., Feng, Q., Li, J., Zheng, F., Zhang, B., Recent advances in wayside railway wheel flat detection techniques: A review, Sensors, 23 (8), 3916, 2023.
- 5. Xu, D., Wang, J., Yang, J., Wu, Y., Wen, X., Effect of Wheel Polygonalization on the Dynamic Characteristics of Gear-Transmission Systems of Urban Railway Vehicles, Machines, 13 (4), 323, 2025.
- 6. Salehi, M., Bagherzadeh, S. A., Fakhari, M., Experimental detection of train wheel defects using wayside vibration signal processing, Structural Health Monitoring, 22 (5), 3286-3301, 2023.
- 7. Mosleh, A., Ghiasi, R., Gordan, M., Ribeiro, D., Malekjafarian, A., 2026, Wayside monitoring for railway wheel flat identification: A multiclass supervised learning approach, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 240 (1), 112-129, 2026.
- 8. Ye, Y., Zhu, B., Huang, P., & Peng, B., OORNet: A deep learning model for on-board condition monitoring and fault diagnosis of out-of-round wheels of high-speed trains, Measurement, 199, 111268, 2022.
Ayrıntılar
Birincil Dil
Türkçe
Konular
Makine Öğrenme (Diğer), Makine Mühendisliği (Diğer)
Bölüm
Araştırma Makalesi
Yazarlar
Gökhan Arık
0000-0003-3407-3956
Türkiye
Gökhan Azizoğlu
0000-0001-8378-9374
Türkiye
Şengül Danışman
*
0000-0002-2720-5685
Türkiye
Erken Görünüm Tarihi
20 Ekim 2026
Yayımlanma Tarihi
-
Gönderilme Tarihi
30 Mart 2026
Kabul Tarihi
19 Temmuz 2026
Yayımlandığı Sayı
Yıl 2026 Sayı: Advanced Online Publication