用于检测火车压缩空气泄漏的自动化系统

西南研究院(SwRI)开发了一种概念验证系统，可自动检测火车上的压缩空气泄漏，并将泄漏位置传递给机械人员进行维修。自动化系统可以减少查找和修复漏气所需的时间、成本和劳动力，并且可以降低机车行业的整体燃料消耗和废气排放。

火车使用压缩空气来实现各种功能，包括空气制动器、阀门驱动、散热器百叶窗、喇叭和铃铛。据估计，铁路行业每年因列车各个点发生漏气而损失2-3%的车辆效率。此外，这些泄漏会对列车的可操作性和安全性产生不利影响。

“空气泄漏会显着增加燃料消耗并降低机车自动发动机停止启动(AESS)系统的效率，这会导致机车更频繁地运行、燃烧更多燃料并缩短启动器、空气压缩机和电池等部件的使用寿命，“SwRI首席工程师ChristopherStoos说。

“我们正在谈论可能节省数百万加仑燃料并减少二氧化碳、氮氧化物和颗粒物排放。”

目前，发现漏气需要铁路员工手动搜索，经常在铁路车辆下方或之间进行，以聆听或感觉泄漏。这种做法效率低下、耗时，并且给机械人员带来了不必要的风险。知道这一点后，联邦铁路管理局和铁路公司已经概述了火车可接受的空气泄漏率。

为了显着减少这些泄漏，SwRI创建了一个系统，该系统使用音频检测技术、摄像头和机器学习来自主检测、识别和报告空气泄漏，即使在行驶的火车上也是如此。

该系统使用小型商用FlukeSV600固定声学成像仪，该成像仪使用64麦克风阵列和摄像机，可检测30-45kHz的频率，这是压缩空气泄漏的最佳频率，可从大多数背景噪声中脱颖而出。该仪器与辅助光谱相机协同工作。为了使检测过程自动化，该团队训练并实施了机器学习算法，以识别来自传感器输出的空气泄漏，同时忽略与泄漏无关的输出。

在测试过程中，原型系统成功检测到机车不同位置的一系列漏气，误报率仅为0.03%。平均而言，该系统在行驶的火车上每13次泄漏中检测到11次。一旦发现漏气，就会以电子方式与适当的人员共享带有图像的警报，以显示需要检查和维修的区域。

“该系统应减轻机械人员的负担并提高压缩空气系统的性能，”Stoos说。“仍然需要进一步的现场开发和测试，但如果实施得当，该系统可能会为机车行业节省数百万的燃料节省和维护费用。这项技术还可以通过提高机车燃料效率来大大减少温室气体排放。”

SwRI团队在机车维修人员协会年度计划期间于沃思堡举行的2022年铁路供应研究所博览会和技术会议上分享了一份详细介绍系统开发及其发现的演示文稿，题为“列车上压缩空气泄漏的自动检测”.