物聯(lián)網(wǎng)和云技術(shù)在鋼軌焊縫超聲檢測中的應(yīng)用

隨著我國高鐵的高速發(fā)展，無縫鋼軌線路不斷延伸，鋼軌焊接接頭的數(shù)量迅猛增加，而焊縫傷損的占比也在逐年提升，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，焊縫傷損已成為高速鐵路區(qū)間正線最主要的傷損之一。朔黃鐵路肅寧分公司的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，其區(qū)間鋼軌焊縫重傷總占比已經(jīng)超過50%，這些缺陷如不及時檢出，會逐漸發(fā)展成疲勞裂紋，并可能造成鋼軌折斷，釀成重大交通事故。加強鋼軌焊縫的檢測，是減少斷軌﹑確保鋼軌安全最直接有效的技術(shù)措施。目前，鋼軌焊縫檢測以超聲檢測為主，一般采用便攜式鋼軌焊縫超聲探傷儀或焊縫專用相控陣超聲檢測儀，人工對鋼軌焊縫接頭進(jìn)行周期性檢測，并定期對鋼軌焊縫進(jìn)行全斷面檢測。該方法具有靈活機動、準(zhǔn)確率高、可靠性好、可對傷損進(jìn)行精準(zhǔn)定位定量等優(yōu)勢；但鋼軌檢測線路長，檢測人員分散，隨著無縫鋼軌不斷延伸到各個地區(qū)，檢測任務(wù)的范圍不斷擴大，這會給檢測工作的管理和檢測數(shù)據(jù)的處理帶來諸多不便。如何將這些流動性大，作業(yè)區(qū)域分散，安全責(zé)任重大的超聲檢測作業(yè)集中管理，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，并對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳以集中歸檔、分析、處理、存儲和追溯等，成為當(dāng)前鋼軌焊縫超聲檢測急需解決的問題，而物聯(lián)網(wǎng)和云技術(shù)的繁榮發(fā)展使這種問題逐步得到解決。物聯(lián)網(wǎng)和云技術(shù)在鋼軌焊縫超聲檢測中的實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)和云技術(shù)在鋼軌焊縫超聲檢測中的實現(xiàn)框架如圖1所示，檢測現(xiàn)場感知層中的檢測現(xiàn)場由超聲檢測系統(tǒng)、攝像設(shè)備、移動電話等組成；網(wǎng)絡(luò)層由通訊網(wǎng)絡(luò)、WiFi等組成；信息處理層由服務(wù)器、云服務(wù)統(tǒng)一接口和第三方云服務(wù)系統(tǒng)等組成，應(yīng)用層包括云管理和專用軟件等功能模塊，這些功能模塊可以通過實踐不斷優(yōu)化，也可以根據(jù)不同時期或不同用戶的情況增加或減少。圖1物聯(lián)網(wǎng)和云技術(shù)在鋼軌焊縫超聲檢測中的實現(xiàn)框架_檢測現(xiàn)場感知層可獲得現(xiàn)場場景和檢測數(shù)據(jù)，是融合物理世界和信息世界的重要一環(huán)，檢測過程中檢測隊伍對鋼軌焊縫進(jìn)行超聲檢測并獲得檢測數(shù)據(jù)，由攝像設(shè)備獲取作業(yè)現(xiàn)場的場景，檢測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場場景由移動電話等通過網(wǎng)絡(luò)層上傳。_網(wǎng)絡(luò)層采用移動通信網(wǎng)絡(luò)，是全面、隨時、隨地傳輸信息的有效平臺，具有高速、實時、高覆蓋率的特點。也可以采用WiFi技術(shù)，該技術(shù)具有覆蓋范圍較廣、傳輸速度較快、高速可靠廉價且不受設(shè)備位置限制等特點。_信息處理層具有強大的紐帶作用，其作用是高效、穩(wěn)定、及時、安全地傳輸上下層的數(shù)據(jù)并有效地整合與利用數(shù)據(jù)，解決數(shù)據(jù)如何存儲、檢索、使用等問題。信息處理層應(yīng)根據(jù)實際需要采用成熟的第三方基礎(chǔ)平臺設(shè)施，構(gòu)建穩(wěn)定可靠的云服務(wù)，如通過阿里云存儲平臺、阿里數(shù)據(jù)庫等存儲數(shù)據(jù)，將騰訊直播平臺等作為視頻直播平臺。_應(yīng)用層依據(jù)鋼軌焊縫檢測的需求設(shè)定各應(yīng)用模塊，實現(xiàn)鋼軌焊縫檢測的現(xiàn)場云直播、云仿真、云存儲、云分析、云管理、和SUPORUP專用軟件應(yīng)用等功能。物聯(lián)網(wǎng)和云技術(shù)在鋼軌焊縫超聲檢測中的功能云直播鋼軌焊縫檢測現(xiàn)場可以實現(xiàn)全程錄制，云平臺可將錄制場景實時傳輸?shù)皆贫?，在所有的服?wù)端，無論何時何地均可以直播檢測現(xiàn)場，實現(xiàn)現(xiàn)場與服務(wù)端的無縫對接，管理中心人員能夠通過直播發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場存在的問題或安全隱患，及時糾正現(xiàn)場的非正規(guī)作業(yè)，保證作業(yè)質(zhì)量，確保人員和財產(chǎn)的安全，為鋼軌焊縫檢測現(xiàn)場的安全及質(zhì)量保證提供及時的專業(yè)管理和技術(shù)指導(dǎo)。云仿真云仿真主要有以下作用：①實現(xiàn)探頭和楔塊的聲場或聲束仿真，以此設(shè)計符合檢測需求的探頭和楔塊；②對檢測對象進(jìn)行聲場和聲束覆蓋仿真，確定檢測工藝；③生成與終端儀器匹配的設(shè)置參數(shù)，提高檢測效率。云仿真主要有以下特點：①仿真軟件包括第三方仿真軟件(如CIVA)和自行開發(fā)的鋼軌焊接接頭仿真軟件，應(yīng)根據(jù)實際檢測要求，擇優(yōu)使用；②用戶可通過客戶終端的個人計算機和智能手持設(shè)備等訪問和使用仿真軟件，仿真結(jié)果可共享；③通過超聲設(shè)備登錄云服務(wù)器后可下載使用仿真結(jié)果和儀器設(shè)置參數(shù)。云存儲云存儲主要有以下特點：①支持多種類型文件的存儲，包括儀器設(shè)置參數(shù)文件、圖片文件、大型的全程記錄文件等。存儲管理支持按照一定屬性自動歸檔和多屬性歸檔，如按照儀器型號、儀器編號、檢測項目、操作人員、檢測日期、文件類型等進(jìn)行歸檔。歸檔設(shè)置與用戶綁定，作為用戶自定義屬性進(jìn)行管理；②支持通過超聲設(shè)備或用戶端進(jìn)行各類文件的上傳。用戶可以在用戶終端對文件進(jìn)行再編輯，如執(zhí)行文件名稱修改、信息補充、共享、刪除等操作。編輯權(quán)限僅限于上傳人員，其他人員只有查看權(quán)限，如由普通用戶上傳，對應(yīng)的超級用戶只有查看權(quán)限。③用戶使用客戶終端登錄云服務(wù)器后可下載和查看權(quán)限內(nèi)的文檔。參數(shù)文件、圖片文件可打開閱讀詳細(xì)內(nèi)容，全程記錄文件可流暢播放，播放功能包括啟動、停止、速度設(shè)置、快速定位、幀提取、放大、多視圖同步等功能。云分析云分析主要有以下特點：①云分析包括數(shù)據(jù)的測量、處理、統(tǒng)計、生成檢測報告和檢索等。用戶在客戶終端登錄云服務(wù)器后，可以對存儲的文件進(jìn)行相應(yīng)的操作。測量過程可進(jìn)行標(biāo)記，測量結(jié)果可進(jìn)行統(tǒng)計查看和刪除。所有操作過程必須保證對原始存檔不做任何改變。②可登錄云服務(wù)器后，對存檔文件進(jìn)行再處理，以便突出檢測結(jié)果的某些特征。③使用用戶終端登錄云服務(wù)器后，可對存檔內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)計，不同系列的超聲設(shè)備統(tǒng)計方案不同。統(tǒng)計涵蓋的范圍也與用戶權(quán)限相關(guān)聯(lián)，并具備一定的管理功能，如超級用戶可以根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行一定權(quán)限的審批?？稍O(shè)計生成滿足管理需求和技術(shù)需求的統(tǒng)計報表，如對設(shè)備使用率、操作人、時間、地點、工件厚度、信號幅度、缺陷當(dāng)量、缺陷數(shù)量、工件個數(shù)、里程等進(jìn)行統(tǒng)計。④經(jīng)過分析處理的檢測數(shù)據(jù)可以在云端采用網(wǎng)頁或其他格式生成檢測報告，檢測報告可歸檔管理，可打印，且檢測報告的格式可自定義。⑤云分析功能支持對存檔和結(jié)果進(jìn)行快速查詢，且支持模糊搜索。如使用文件名、存儲日期、操作者、文件類型、設(shè)備序列號、項目、檢測對象名稱等進(jìn)行檢索。云管理云管理主要包括以下內(nèi)容：(1)人員權(quán)限劃分。需要根據(jù)云服務(wù)平臺覆蓋的范圍，對注冊進(jìn)入云平臺的人員進(jìn)行權(quán)限劃分，規(guī)范各類人員的職責(zé)和權(quán)限?？梢詣?chuàng)建企業(yè)內(nèi)部的用戶、角色、權(quán)限、組織和流程等，也可按照企業(yè)使用云服務(wù)的需要建立一套自己的管理系統(tǒng)。(2)工作計劃制定和發(fā)布。根據(jù)公司制定的年度檢測計劃，編制各作業(yè)組的月度檢測工作計劃，發(fā)布各檢測作業(yè)組的行動計劃和日檢測進(jìn)度。提出科學(xué)、合理的檢測周期建議并上報上級運輸生產(chǎn)部主管，負(fù)責(zé)檢測質(zhì)量和作業(yè)安全，確保檢測任務(wù)完成。(3)加強檢測作業(yè)過程的監(jiān)控和分析，對檢測儀記錄的數(shù)據(jù)、波形做到當(dāng)日分析，發(fā)現(xiàn)可疑波形后應(yīng)按要求在規(guī)定時間內(nèi)完成復(fù)核。(4)應(yīng)對檢測數(shù)據(jù)和鋼軌的傷損情況每周、每月進(jìn)行一次分析，找準(zhǔn)斷軌的原因，制訂有效的防范措施。(5)設(shè)備管理。包括檢測儀、配件、試塊和檢修設(shè)備臺賬等。(6)設(shè)備維護(hù)?？稍诳蛻艚K端或超聲設(shè)備端獲得軟件升級、功能激活、故障診斷等服務(wù)。用戶使用客戶端登錄云服務(wù)器，可以獲得用戶關(guān)聯(lián)和關(guān)注產(chǎn)品的軟件升級信息，并可進(jìn)行下載操作；也可以獲得用戶關(guān)聯(lián)和關(guān)注產(chǎn)品的選購功能信息，并可進(jìn)行激活操作。當(dāng)超聲設(shè)備出現(xiàn)故障時，用戶可使用超聲設(shè)備登錄云服務(wù)器并發(fā)出診斷需求，設(shè)備服務(wù)商可實時接收用戶提出的需求，并安排技術(shù)支持人員實時在線對設(shè)備進(jìn)行故障診斷與修復(fù)，從而有效地提升設(shè)備維護(hù)的響應(yīng)速度。(7)技術(shù)交流與支持。交流與支持平臺為“論壇”形式，劃分為多個功能板塊：①信息發(fā)布的新聞版塊，使用戶可以及時了解行業(yè)內(nèi)的新聞動態(tài)；②用戶討論的版塊，提供操作支持文字圖像等，用戶可以在討論區(qū)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)驗交流；③專家版塊，業(yè)內(nèi)經(jīng)驗豐富的知名專家可在這個版塊中提供檢測方案設(shè)計，針對疑難復(fù)雜的檢測結(jié)果，提供技術(shù)支持等。SUPORUP專用軟件上位機的SUPORUP專用軟件可以根據(jù)檢測對象進(jìn)行仿真并確定合適的檢測工藝，指引檢測人員的操作，檢測儀的檢測數(shù)據(jù)也可以在上位機的SUPORUP軟件中進(jìn)行分析、評圖、缺陷測量、直接生成檢測報告等處理。物聯(lián)網(wǎng)和云技術(shù)在鋼軌焊縫超聲檢測中的實際應(yīng)用云項目的建立國能朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司肅寧分公司聯(lián)合汕頭市超聲儀器研究所股份有限公司的技術(shù)人員通過云技術(shù)平臺，建立朔黃鐵路鋼軌焊縫檢測項目，對項目中參與人員進(jìn)行組織管理，各成員之間在項目中各司其職，確?，F(xiàn)場檢測結(jié)果的及時反饋、分析和檢測結(jié)果的及時上傳，云項目的建立界面如圖2所示。圖2云項目的建立界面通過云平臺實現(xiàn)不同規(guī)格鋼軌焊縫檢測參數(shù)共享鋼軌有38，43，50，60，75五種類型，每種鋼軌焊縫需對軌頭、軌腰、軌底各部位分別進(jìn)行檢測，檢測工藝一致，因此，云平臺應(yīng)儲備有各種規(guī)格的檢測參數(shù)，檢測人員現(xiàn)場作業(yè)過程中，可通過云平臺隨時下載云端的軌型檢測參數(shù)文件，各種類型鋼軌焊縫檢測參數(shù)下載界面如圖3所示。圖3各種類型鋼軌焊縫檢測參數(shù)下載界面通過云平臺進(jìn)行進(jìn)度查詢和檢測結(jié)果匯總項目管理員可通過云平臺建立檢測項目任務(wù)和進(jìn)度，對檢測結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計，實時匯總已檢測焊縫數(shù)量，并對檢測項目合格率進(jìn)行計算，參與項目人員可隨時通過云平臺客戶端或手機端對項目進(jìn)度進(jìn)行瀏覽，及時跟進(jìn)項目進(jìn)展情況。云直播全程錄制的各個鋼軌焊縫檢測現(xiàn)場可通過云平臺傳送到管理中心，在管理中心，技術(shù)及管理人員可實時直播或查看某個檢測現(xiàn)場，同時下載各現(xiàn)場的檢測數(shù)據(jù)，通過SUPORUP上位機軟件實時分析，可