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

隨著我國(guó)高鐵的高速發(fā)展，無(wú)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(jì)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(jì)數(shù)據(jù)表明，其區(qū)間鋼軌焊縫重傷總占比已經(jīng)超過(guò)50%，這些缺陷如不及時(shí)檢出，會(huì)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(qiáng)鋼軌焊縫的檢測(cè)，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(cè)以超聲檢測(cè)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(cè)儀，人工對(duì)鋼軌焊縫接頭進(jìn)行周期性檢測(cè)，并定期對(duì)鋼軌焊縫進(jìn)行全斷面檢測(cè)。該方法具有靈活機(jī)動(dòng)、準(zhǔn)確率高、可靠性好、可對(duì)傷損進(jìn)行精準(zhǔn)定位定量等優(yōu)勢(shì)；但鋼軌檢測(cè)線路長(zhǎng)，檢測(cè)人員分散，隨著無(wú)縫鋼軌不斷延伸到各個(gè)地區(qū)，檢測(cè)任務(wù)的范圍不斷擴(kuò)大，這會(huì)給檢測(cè)工作的管理和檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理帶來(lái)諸多不便。如何將這些流動(dòng)性大，作業(yè)區(qū)域分散，安全責(zé)任重大的超聲檢測(cè)作業(yè)集中管理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，并對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳以集中歸檔、分析、處理、存儲(chǔ)和追溯等，成為當(dāng)前鋼軌焊縫超聲檢測(cè)急需解決的問(wèn)題，而物聯(lián)網(wǎng)和云技術(shù)的繁榮發(fā)展使這種問(wèn)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(cè)中的實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)和云技術(shù)在鋼軌焊縫超聲檢測(cè)中的實(shí)現(xiàn)框架如圖1所示，檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)感知層中的檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)由超聲檢測(cè)系統(tǒng)、攝像設(shè)備、移動(dòng)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(guò)實(shí)踐不斷優(yōu)化，也可以根據(jù)不同時(shí)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(cè)中的實(shí)現(xiàn)框架_檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)感知層可獲得現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景和檢測(cè)數(shù)據(jù)，是融合物理世界和信息世界的重要一環(huán)，檢測(cè)過(guò)程中檢測(cè)隊(duì)伍對(duì)鋼軌焊縫進(jìn)行超聲檢測(cè)并獲得檢測(cè)數(shù)據(jù)，由攝像設(shè)備獲取作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)景，檢測(cè)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景由移動(dòng)電話等通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層上傳。_網(wǎng)絡(luò)層采用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，是全面、隨時(shí)、隨地傳輸信息的有效平臺(tái)，具有高速、實(shí)時(shí)、高覆蓋率的特點(diǎn)。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(jià)且不受設(shè)備位置限制等特點(diǎn)。_信息處理層具有強(qiáng)大的紐帶作用，其作用是高效、穩(wěn)定、及時(shí)、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(chǔ)、檢索、使用等問(wèn)題。信息處理層應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要采用成熟的第三方基礎(chǔ)平臺(tái)設(shè)施，構(gòu)建穩(wěn)定可靠的云服務(wù)，如通過(guò)阿里云存儲(chǔ)平臺(tái)、阿里數(shù)據(jù)庫(kù)等存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，將騰訊直播平臺(tái)等作為視頻直播平臺(tái)。_應(yīng)用層依據(jù)鋼軌焊縫檢測(cè)的需求設(shè)定各應(yīng)用模塊，實(shí)現(xiàn)鋼軌焊縫檢測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)云直播、云仿真、云存儲(chǔ)、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(cè)中的功能云直播鋼軌焊縫檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)全程錄制，云平臺(tái)可將錄制場(chǎng)景實(shí)時(shí)傳輸?shù)皆贫耍谒械姆?wù)端，無(wú)論何時(shí)何地均可以直播檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)與服務(wù)端的無(wú)縫對(duì)接，管理中心人員能夠通過(guò)直播發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)存在的問(wèn)題或安全隱患，及時(shí)糾正現(xiàn)場(chǎng)的非正規(guī)作業(yè)，保證作業(yè)質(zhì)量，確保人員和財(cái)產(chǎn)的安全，為鋼軌焊縫檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的安全及質(zhì)量保證提供及時(shí)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(shí)現(xiàn)探頭和楔塊的聲場(chǎng)或聲束仿真，以此設(shè)計(jì)符合檢測(cè)需求的探頭和楔塊；②對(duì)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行聲場(chǎng)和聲束覆蓋仿真，確定檢測(cè)工藝；③生成與終端儀器匹配的設(shè)置參數(shù)，提高檢測(cè)效率。云仿真主要有以下特點(diǎn)：①仿真軟件包括第三方仿真軟件(如CIVA)和自行開(kāi)發(fā)的鋼軌焊接接頭仿真軟件，應(yīng)根據(jù)實(shí)際檢測(cè)要求，擇優(yōu)使用；②用戶可通過(guò)客戶終端的個(gè)人計(jì)算機(jī)和智能手持設(shè)備等訪問(wèn)和使用仿真軟件，仿真結(jié)果可共享；③通過(guò)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(chǔ)云存儲(chǔ)主要有以下特點(diǎn)：①支持多種類型文件的存儲(chǔ)，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(chǔ)管理支持按照一定屬性自動(dòng)歸檔和多屬性歸檔，如按照儀器型號(hào)、儀器編號(hào)、檢測(cè)項(xiàng)目、操作人員、檢測(cè)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(guò)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(duì)文件進(jìn)行再編輯，如執(zhí)行文件名稱修改、信息補(bǔ)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(duì)應(yīng)的超級(jí)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(kāi)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(dòng)、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(diǎn)：①云分析包括數(shù)據(jù)的測(cè)量、處理、統(tǒng)計(jì)、生成檢測(cè)報(bào)告和檢索等。用戶在客戶終端登錄云服務(wù)器后，可以對(duì)存儲(chǔ)的文件進(jìn)行相應(yīng)的操作。測(cè)量過(guò)程可進(jìn)行標(biāo)記，測(cè)量結(jié)果可進(jìn)行統(tǒng)計(jì)查看和刪除。所有操作過(guò)程必須保證對(duì)原始存檔不做任何改變。②可登錄云服務(wù)器后，對(duì)存檔文件進(jìn)行再處理，以便突出檢測(cè)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(duì)存檔內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，不同系列的超聲設(shè)備統(tǒng)計(jì)方案不同。統(tǒng)計(jì)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(jí)用戶可以根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行一定權(quán)限的審批?？稍O(shè)計(jì)生成滿足管理需求和技術(shù)需求的統(tǒng)計(jì)報(bào)表，如對(duì)設(shè)備使用率、操作人、時(shí)間、地點(diǎn)、工件厚度、信號(hào)幅度、缺陷當(dāng)量、缺陷數(shù)量、工件個(gè)數(shù)、里程等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。④經(jīng)過(guò)分析處理的檢測(cè)數(shù)據(jù)可以在云端采用網(wǎng)頁(yè)或其他格式生成檢測(cè)報(bào)告，檢測(cè)報(bào)告可歸檔管理，可打印，且檢測(cè)報(bào)告的格式可自定義。⑤云分析功能支持對(duì)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(chǔ)日期、操作者、文件類型、設(shè)備序列號(hào)、項(xiàng)目、檢測(cè)對(duì)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(tái)覆蓋的范圍，對(duì)注冊(cè)進(jìn)入云平臺(tái)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(jì)劃制定和發(fā)布。根據(jù)公司制定的年度檢測(cè)計(jì)劃，編制各作業(yè)組的月度檢測(cè)工作計(jì)劃，發(fā)布各檢測(cè)作業(yè)組的行動(dòng)計(jì)劃和日檢測(cè)進(jìn)度。提出科學(xué)、合理的檢測(cè)周期建議并上報(bào)上級(jí)運(yùn)輸生產(chǎn)部主管，負(fù)責(zé)檢測(cè)質(zhì)量和作業(yè)安全，確保檢測(cè)任務(wù)完成。(3)加強(qiáng)檢測(cè)作業(yè)過(guò)程的監(jiān)控和分析，對(duì)檢測(cè)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(shí)間內(nèi)完成復(fù)核。(4)應(yīng)對(duì)檢測(cè)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(cè)儀、配件、試塊和檢修設(shè)備臺(tái)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(jí)、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(jí)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(gòu)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(shí)，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(shí)時(shí)接收用戶提出的需求，并安排技術(shù)支持人員實(shí)時(shí)在線對(duì)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(tái)為“論壇”形式，劃分為多個(gè)功能板塊：①信息發(fā)布的新聞版塊，使用戶可以及時(shí)了解行業(yè)內(nèi)的新聞動(dòng)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(yàn)交流；③專家版塊，業(yè)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)豐富的知名專家可在這個(gè)版塊中提供檢測(cè)方案設(shè)計(jì)，針對(duì)疑難復(fù)雜的檢測(cè)結(jié)果，提供技術(shù)支持等。SUPORUP專用軟件上位機(jī)的SUPORUP專用軟件可以根據(jù)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行仿真并確定合適的檢測(cè)工藝，指引檢測(cè)人員的操作，檢測(cè)儀的檢測(cè)數(shù)據(jù)也可以在上位機(jī)的SUPORUP軟件中進(jìn)行分析、評(píng)圖、缺陷測(cè)量、直接生成檢測(cè)報(bào)告等處理。物聯(lián)網(wǎng)和云技術(shù)在鋼軌焊縫超聲檢測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用云項(xiàng)目的建立國(guó)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(guò)云技術(shù)平臺(tái)，建立朔黃鐵路鋼軌焊縫檢測(cè)項(xiàng)目，對(duì)項(xiàng)目中參與人員進(jìn)行組織管理，各成員之間在項(xiàng)目中各司其職，確?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果的及時(shí)反饋、分析和檢測(cè)結(jié)果的及時(shí)上傳，云項(xiàng)目的建立界面如圖2所示。圖2云項(xiàng)目的建立界面通過(guò)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格鋼軌焊縫檢測(cè)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(duì)軌頭、軌腰、軌底各部位分別進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)工藝一致，因此，云平臺(tái)應(yīng)儲(chǔ)備有各種規(guī)格的檢測(cè)參數(shù)，檢測(cè)人員現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過(guò)程中，可通過(guò)云平臺(tái)隨時(shí)下載云端的軌型檢測(cè)參數(shù)文件，各種類型鋼軌焊縫檢測(cè)參數(shù)下載界面如圖3所示。圖3各種類型鋼軌焊縫檢測(cè)參數(shù)下載界面通過(guò)云平臺(tái)進(jìn)行進(jìn)度查詢和檢測(cè)結(jié)果匯總項(xiàng)目管理員可通過(guò)云平臺(tái)建立檢測(cè)項(xiàng)目任務(wù)和進(jìn)度，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，實(shí)時(shí)匯總已檢測(cè)焊縫數(shù)量，并對(duì)檢測(cè)項(xiàng)目合格率進(jìn)行計(jì)算，參與項(xiàng)目人員可隨時(shí)通過(guò)云平臺(tái)客戶端或手機(jī)端對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度進(jìn)行瀏覽，及時(shí)跟進(jìn)項(xiàng)目進(jìn)展情況。云直播全程錄制的各個(gè)鋼軌焊縫檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)可通過(guò)云平臺(tái)傳送到管理中心，在管理中心，技術(shù)及管理人員可實(shí)時(shí)直播或查看某個(gè)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)下載各現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)SUPORUP上位機(jī)軟件實(shí)時(shí)分析，可