Поезда используют сжатый воздух для различных функций, включая пневматические тормоза, приведение в действие клапанов, жалюзи радиатора, гудки и колокола. По оценкам, каждый год железнодорожная отрасль теряет от 2-3% эффективности транспортных средств из-за утечек воздуха, которые происходят в различных точках поездов. Кроме того, эти утечки могут оказать негативное влияние на работоспособность и безопасность поездов.

"Утечки воздуха значительно увеличивают расход топлива и снижают эффективность систем автоматической остановки двигателя локомотива (AESS), что приводит к тому, что локомотивы работают чаще, сжигают больше топлива и сокращают срок службы таких деталей, как стартеры, воздушные компрессоры и аккумуляторы", - сказал ведущий инженер SwRI Кристофер Стоос. "Мы говорим о потенциальной экономии миллионов галлонов топлива и сокращении выбросов углекислого газа, оксидов азота и твердых частиц".

В настоящее время для обнаружения утечек воздуха железнодорожным служащим приходится вручную искать их, часто проходя по железнодорожным вагонам, под ними или между ними, чтобы прослушать или нащупать утечки. Эта практика неэффективна, отнимает много времени и создает ненужный риск для механического персонала. Зная это, Федеральное управление железных дорог и железные дороги наметили приемлемые уровни утечки воздуха для поездов.

Чтобы значительно уменьшить эти утечки, SwRI создала систему, которая использует технологию обнаружения звука, камеры и машинное обучение для автономного обнаружения, идентификации и сообщения об утечках воздуха даже в движущихся поездах.

Проект финансируется программой IDEA по безопасности на железнодорожном транспорте Совета по транспортным исследованиям (TRB) и возглавляется Стоосом, старшим инженером-исследователем Хитом Спайдлом и инженером-исследователем Джейком А. Janssen.

В системе используется небольшой, имеющийся в продаже стационарный акустический тепловизор Fluke SV600, который использует 64-микрофонную матрицу и камеру, настроенную на обнаружение частот 30-45 кГц, частот, на которых утечки сжатого воздуха лучше всего выделяются на фоне большинства фоновых шумов. Этот прибор работает совместно со вторичной камерой визуального спектра. Чтобы автоматизировать процесс обнаружения, команда обучила и внедрила алгоритмы машинного обучения для выявления утечек воздуха с выходов датчиков, игнорируя при этом выходы, не связанные с утечкой.

Во время тестирования прототип системы успешно обнаружил ряд утечек воздуха в различных местах на локомотивах с частотой ложных срабатываний всего 0,03%. Система обнаруживала, в среднем, 11 из каждых 13 утечек в движущемся поезде. Как только была обнаружена утечка воздуха, соответствующему персоналу в электронном виде было передано предупреждение с сопроводительным изображением, показывающим область, нуждающуюся в осмотре и ремонте.

"Система должна снизить нагрузку на механический персонал и улучшить производительность системы сжатого воздуха", - сказал Стоос. "Дальнейшая разработка и тестирование в полевых условиях по-прежнему необходимы, но эта система потенциально может сэкономить локомотивной отрасли миллионы в виде экономии топлива и технического обслуживания, если будет внедрена правильно. Эта технология также может значительно сократить выбросы парниковых газов за счет повышения топливной экономичности локомотивов".