Detection of Pantograph Horn Defects Based on Deep Learning and Image Processing

Abstract

Görüntüler üzerinden hata ve anomalilerin otomatik tespiti, özellikle demiryolu taşımacılığı için kestirimci bakım uygulamalarında gün geçtikçe daha fazla yer bulmaktadır. Geleneksel bakım teknikleri, trenler için tam olarak güvenilemeyecek manuel çözümler içerirken; günümüzde görüntü işleme sayesinde daha sağlam çözümler üretilmektedir. Bu sayede bakım maliyetleri ve bakım süreleri de azalmaktadır. Trenler uzun mesafeler kat ettiğinden, trendeki sistemlerin yol boyunca zarar görmesi çok olasıdır. Hasar görme riski yüksek olan bu sistemlerden bir tanesi de pantograf-katener sistemidir. Pantografın katener ile temas eden bölgesi karbon şerittir ve katener sistemdeki elektriği trene iletmesi sebebiyle trene bağlı bileşenlerden en önemlilerinden bir tanesidir. Bu öneminden dolayı, karbon şeridi ağaç dalları gibi hasar verebilecek dış etkenlerden korumak için pantograf boynuzlarına ihtiyaç vardır. Karbon şerit yerine pantograf boynuzları hasar gördüğü için pantograf boynuzlarının bakıma ihtiyacının olup olmadığının bilinmesi önemlidir. Hasarlı boynuzların tespiti, görüntü işleme ve derin öğrenme tekniklerinden yararlanılarak otomatik olarak yapılabilir. Bu çalışmada, farklı çevresel koşullarda farklı hatalara sahip olan ve olmayan pantograf boynuzlarını içeren 34 adet simülasyon videosu oluşturulmuştur. Bu videolardan elde edilen kareler ayrı ayrı işlenmiştir. Temel görüntü işleme teknikleri sayesinde pantograf dışındaki arka plan nesneleri kaldırılmış, derin öğrenme modeli ile pantograf boynuz bölgeleri tespit edilmiş ve evrişimli sinir ağı sayesinde bir boynuzun hatalı olup olmadığı sınıflandırılmıştır. Oluşturulan metot ile bir pantograf boynuzunun hatalı veya sağlıklı olmasına %95,36 oranında doğru karar verilmektedir. Yüksek doğrulukla çalışan bu yeni yöntem, pantograf boynuz analizi üzerine literatüre önemli bir katkı sağlamaktadır.

Cer Transformatörlerinde Boşta Çalışma Kayıplarının Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Hesaplanması

“…Bu aşamalarda her bir sistemin kendi içerisinde dikkatle hesaplanması gerekli olan elektriksel parametreler bulunmaktadır. Pantograf elemanında elektrik alan dağılımları ve mekanik hasarlar [2], yüksek gerilim kablolarında izolasyon sorunları, kablo başlıklarında kısmi boşalmalar [3], transformatörlerde aşırı ısınmalar, konvertörlerde yüksek harmonik sorunları gibi problemler görülebilmektedir. Bundan dolayı bu ekipmanların tasarımı aşamasında işletme parametrelerine uygunluğunun hesaplanması ve değerlendirilmeye alınması gerekmektedir.…”

“…Literatürde cer transformatörlerinde hesaplanması gerekli olan elektriksel parametrelerin incelendiği [4], elektrikli lokomotiflerde kullanılmakta olan bara ve transformatörlerin oluşturduğu manyetik alanların incelendiği [5], Metro AC cer güç dağıtımı sistemlerinde yük paylaşımının modellendiği [6], demiryolu elektrifikasyon sistemlerinde katener sistem tasarımlarının [7], topraklama ve temas gerilimlerinin incelendiği [8], pantograf boynuz hatalarının derin öğrenme ve görüntü işleme teknikleri ile tespit edildiği [2], metro hattında araç kapasitesinin arttırılmasının orta gerilim ve cer sistemleri üzerine etkilerinin incelendiği [9], raylı ulaşım sisteminde tahrik amaçlı katı hal transformatörü kullanımının incelendiği [10], elektrikli demiryolu hatlarında kompanzasyon sisteminin incelendiği [11], dizel elektrikli lokomotiflerde cer sistemlerinin gelişimi üzerine bir incelemenin gerçekleştirildiği [12] çeşitli çalışmalar bulunmaktadır.…”