物聯網和云技術在鋼軌焊縫超聲檢測中的應用

劉 平，高天驍,曹燕亮，吳錦湖

(1.國能朔黃鐵路發展有限責任公司 肅寧分公司，肅寧 062350 2.汕頭市超聲儀器研究所股份有限公司，汕頭 515041)

隨著我國高鐵的高速發展，無縫鋼軌線路不斷延伸，鋼軌焊接接頭的數量迅猛增加，而焊縫傷損的占比也在逐年提升，統計數據表明，焊縫傷損已成為高速鐵路區間正線最主要的傷損之一。朔黃鐵路肅寧分公司的統計數據表明，其區間鋼軌焊縫重傷總占比已經超過50%，這些缺陷如不及時檢出，會逐漸發展成疲勞裂紋，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措施[1]。

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行周期性檢測[2]，并定期對鋼軌焊縫進行全斷面檢測。該方法具有靈活機動、準確率高、可靠性好、可對傷損進行精準定位定量等優勢；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，檢測任務的范圍不斷擴大，這會給檢測工作的管理和檢測數據的處理帶來諸多不便。如何將這些流動性大，作業區域分散，安全責任重大的超聲檢測作業集中管理，實現遠程監控，并對檢測數據進行上傳以集中歸檔、分析、處理、存儲和追溯等，成為當前鋼軌焊縫超聲檢測急需解決的問題。而物聯網和云技術的繁榮發展使這種問題逐步得到解決[3]。

1 物聯網和云技術在鋼軌焊縫超聲檢測中的實現及其功能

1.1 物聯網和云技術在鋼軌焊縫超聲檢測中的實現

物聯網和云技術的鋼軌焊縫超聲檢測中的實現框架如圖1所示，檢測現場感知層中的檢測現場由超聲檢測系統、攝像設備、移動電話等組成；網絡層由通訊網絡、WiFi等組成；信息處理層由服務器、云服務統一接口和第三方云服務系統等組成，應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化，也可以根據不同時期或不同用戶的情況增加或減少。

圖1 物聯網和云技術在鋼軌焊縫超聲檢測中的實現框架

檢測現場感知層可獲得現場場景和檢測數據，是融合物理世界和信息世界的重要一環，檢測過程中檢測隊伍對鋼軌焊縫進行超聲檢測并獲得檢測數據，由攝像設備獲取作業現場的場景，檢測數據和現場場景由移動電話等通過網絡層上傳。

網絡層采用移動通信網絡，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，該技術具有覆蓋范圍較廣、傳輸速度較快、高速可靠廉價且不受設備位置限制等特點。

信息處理層具有強大的紐帶作用，其作用是高效、穩定、及時、安全地傳輸上下層的數據并有效地整合與利用數據，解決數據如何存儲、檢索、使用等問題。信息處理層應根據實際需要采用成熟的第三方基礎平臺設施，構建穩定可靠的云服務，如通過阿里云存儲平臺、阿里數據庫等存儲數據，將騰訊直播平臺等作為視頻直播平臺。

應用層依據鋼軌焊縫檢測的需求設定各應用模塊，實現鋼軌焊縫檢測的現場云直播、云仿真、云存儲、云分析、云管理、和SUPOR UP專用軟件應用等功能。

1.2 物聯網和云技術在鋼軌焊縫超聲檢測中的功能

1.2.1 云直播

鋼軌焊縫檢測現場可以實現全程錄制，云平臺可將錄制場景實時傳輸到云端，在所有的服務端，無論何時何地均可以直播檢測現場，實現現場與服務端的無縫對接，管理中心人員能夠通過直播發現現場存在的問題或安全隱患，及時糾正現場的非正規作業，保證作業質量，確保人員和財產的安全，為鋼軌焊縫檢測現場的安全及質量保證提供及時的專業管理和技術指導。

1.2.2 云仿真

云仿真主要有以下作用：① 實現探頭和楔塊的聲場或聲束仿真，以此設計符合檢測需求的探頭和楔塊；② 對檢測對象進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置參數，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)和自行開發的鋼軌焊接接頭仿真軟件，應根據實際檢測要求，擇優使用；② 用戶可通過客戶終端的個人計算機和智能手持設備等訪問和使用仿真軟件，仿真結果可共享；③ 通過超聲設備登錄云服務器后可下載使用仿真結果和儀器設置參數。

1.2.3 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，包括儀器設置參數文件、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、文件類型等進行歸檔。歸檔設置與用戶綁定，作為用戶自定義屬性進行管理；② 支持通過超聲設備或用戶端進行各類文件的上傳。用戶可以在用戶終端對文件進行再編輯，如執行文件名稱修改、信息補充、共享、刪除等操作。編輯權限僅限于上傳人員，其他人員只有查看權限，如由普通用戶上傳，對應的超級用戶只有查看權限。③ 用戶使用客戶終端登錄云服務器后可下載和查看權限內的文檔。參數文件、圖片文件可打開閱讀詳細內容，全程記錄文件可流暢播放，播放功能包括啟動、停止、速度設置、快速定位、幀提取、放大、多視圖同步等功能。

1.2.4 云分析

云分析主要有以下特點：① 云分析包括數據的測量、處理、統計、生成檢測報告和檢索等。用戶在客戶終端登錄云服務器后，可以對存儲的文件進行相應的操作。測量過程可進行標記，測量結果可進行統計查看和刪除。所有操作過程必須保證對原始存檔不做任何改變。② 可登錄云服務器后，對存檔文件進行再處理，以便突出檢測結果的某些特征。③ 使用用戶終端登錄云服務器后，可對存檔內容進行統計，不同系列的超聲設備統計方案不同。統計涵蓋的范圍也與用戶權限相關聯，并具備一定的管理功能，如超級用戶可以根據統計結果進行一定權限的審批。可設計生成滿足管理需求和技術需求的統計報表，如對設備使用率、操作人、時間、地點、工件厚度、信號幅度、缺陷當量、缺陷數量、工件個數、里程等進行統計。④ 經過分析處理的檢測數據可以在云端采用網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果進行快速查詢，且支持模糊搜索。如使用文件名、存儲日期、操作者、文件類型、設備序列號、項目、檢測對象名稱等進行檢索。

1.2.5 云管理

云管理主要包括以下內容。

(1) 人員權限劃分。需要根據云服務平臺覆蓋的范圍，對注冊進入云平臺的人員進行權限劃分，規范各類人員的職責和權限。可以創建企業內部的用戶、角色、權限、組織和流程等，也可按照企業使用云服務的需要建立一套自己的管理系統。

(2) 工作計劃制定和發布。根據公司制定的年度檢測計劃，編制各作業組的月度檢測工作計劃，發布各檢測作業組的行動計劃和日檢測進度。提出科學、合理的檢測周期建議并上報上級運輸生產部主管，負責檢測質量和作業安全，確保檢測任務完成。

(3) 加強檢測作業過程的監控和分析，對檢測儀記錄的數據、波形做到當日分析，發現可疑波形后應按要求在規定時間內完成復核。

(4) 應對檢測數據和鋼軌的傷損情況每周、每月進行一次分析，找準斷軌的原因，制訂有效的防范措施。

(5) 設備管理。包括檢測儀、配件、試塊和檢修設備臺賬等。

(6) 設備維護。可在客戶終端或超聲設備端獲得軟件升級、功能激活、故障診斷等服務。用戶使用客戶端登錄云服務器，可以獲得用戶關聯和關注產品的軟件升級信息，并可進行下載操作；也可以獲得用戶關聯和關注產品的選購功能信息，并可進行激活操作。當超聲設備出現故障時，用戶可使用超聲設備登錄云服務器并發出診斷需求，設備服務商可實時接收用戶提出的需求，并安排技術支持人員實時在線對設備進行故障診斷與修復，從而有效地提升設備維護的響應速度。

(7) 技術交流與支持。交流與支持平臺為“論壇”形式，劃分為多個功能板塊:① 信息發布的新聞版塊，使用戶可以及時了解行業內的新聞動態；② 用戶討論的版塊，提供操作支持文字圖像等，用戶可以在討論區進行技術經驗交流；③ 專家版塊，業內經驗豐富的知名專家可在這個版塊中提供檢測方案設計，針對疑難復雜的檢測結果，提供技術支持等。

1.2.6 SUPOR UP專用軟件

上位機的SUPOR UP專用軟件可以根據檢測對象進行仿真并確定合適的檢測工藝，指引檢測人員的操作，檢測儀的檢測數據也可以在上位機的SUPOR UP軟件中進行分析、評圖、缺陷測量、直接生成檢測報告等處理。

2 物聯網和云技術在鋼軌焊縫超聲檢測中的實際應用

2.1 云項目的建立

筆者通過云技術平臺，建立朔黃鐵路鋼軌焊縫檢測項目，對項目中參與人員進行組織管理，各成員之間在項目中各司其職，確保現場檢測結果的及時反饋、分析和檢測結果的及時上傳，云項目的建立界面如圖2所示。

圖2 云項目的建立界面

2.2 通過云平臺實現不同規格鋼軌焊縫檢測參數共享

鋼軌有38#、43#、50#、60#、75#等5種類型，每種鋼軌焊縫需對軌頭、軌腰、軌底各部位分別進行檢測，檢測工藝一致，因此，云平臺應儲備有各種規格的檢測參數，檢測人員現場作業過程中，可通過云平臺隨時下載云端的軌型檢測參數文件，各種類型鋼軌焊縫檢測參數下載界面如圖3所示。

圖3 各種類型鋼軌焊縫檢測參數下載界面

2.3 通過云平臺進行進度查詢和檢測結果匯總

項目管理員可通過云平臺建立檢測項目任務和進度，對檢測結果進行統計，實時匯總已檢測焊縫數量，并對檢測項目合格率進行計算，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度進行瀏覽，及時跟進項目進展情況。

2.4 云直播

全程錄制的各個鋼軌焊縫檢測現場可通過云平臺傳送到管理中心，在管理中心，技術及管理人員可實時直播或查看某個檢測現場，同時下載各現場的檢測數據，通過SUPOR UP上位機軟件實時分析，可及時為鋼軌焊縫檢測現場的安全和檢測數據的準確分析提供指導。

3 結語

物聯網和云技術已經在朔黃鐵路公司鋼軌的焊縫檢測中得到應用，并且取得了一些成效，今后應通過更多的實踐，加深對物聯網和云技術的深入了解，積累經驗，逐漸改變以往的管理模式，以更加優質、高效、快速地完成檢測。同時，積累和分析各種鋼軌的檢測數據，建立各種傷損與檢測數據對應關系的數據庫，為智能分析檢測數據提供有力的依據，推動云檢測智能化的發展。