从跟踪数据到资产管理

综合资产管理

现代资产管理必须关注以下三个主要部分¹：

• 保持、更新和增强之间的平衡
• 基础设施管理者和承包公司之间的联系
• 战略的结合及其基于循证决策的实施。

格拉茨工业大学铁路工程和运输经济研究所自1996年以来一直在研究生命周期成本(LCC)领域。在此基础上，与奥地利联邦铁路公司密切合作开发了资产管理(ÖBB)。赛道更新是赛道资产管理的主要成本驱动因素之一。因此，确定再投资的理想时间点是至关重要的。在ÖBB中，这个过程称为生命周期管理²并得到格拉茨理工大学的支持。从经济角度看，折旧随使用寿命的增加而减少。然而，维护成本和操作障碍的成本也随之增加。因此，在不断增加的维护费用的影响变得太大之前，年金达到了最小值。因此，理想的轨道更新时间点(经济使用寿命)由年金的最小值来定义。

在这一过程中，评估轨道的状况以预测必要的维护措施是至关重要的。有两种可能的方法:(1)利用轨道工作人员的经验和不同边界条件下维护行动的历史记录，或者(2)通过分析轨道质量随时间的恶化，建立复杂的轨道测量评估，描述当前的轨道状况和未来的维护需求。我们选择将上述两种方法结合起来。生命周期管理的过程是在利用历史信息和经验的基础上启动的，同时执行来自轨迹数据分析的越来越复杂的评估。

数据仓库

近年来，记录车已被用于测量不同类型的信号。因此，测量数据的数量急剧增加。一方面，这可能允许对当前轨道状况进行更好的评估，但另一方面，分析的复杂性显著增加。因此，正确的数据管理是轨道测量数据分析的前提。自2003年以来，与ÖBB网站密切合作建立了一个数据仓库。目前，该数据仓库包含了奥地利主网4000多公里的轨道信息，每隔5米就有一个横截面信息。到目前为止，数据仓库提供的链接信息主要包括以下三点:(1)一般资产信息(轨枕和轨道的类型和年龄、交通量和执行的维护操作);(2)奥地利测量教练提供的2001年以来测量信号的完整历史;(3)通过探地雷达和岩土工程轨迹报告进行评估，通过现场检查评估子结构和排水条件。结合所有这些，就可以对奥地利的主要网络进行基于条件的监测。 In addition to the available measurement data, a regression model with exponential deterioration functions is carried out on vertical standard deviation as well as on a generated velocity-dependent track quality figure.

轨迹随时间的变化可以根据简单的技术经验来表示:好的赛道表现良好，而差的赛道则恶化得更快．换句话说，轨道几何的恶化取决于目前的质量水平。从数学上讲，这导致了下面的等式^{2 . .}

其中任何时间点的音轨质量Q可以用问_n作为中继或执行维护措施后的初始质量，而b_n描述此特定恶化期内的恶化率。高初始轨道质量可以通过适当的投资来保证。此外，高初始质量可以通过适当的维护措施来实现较长的使用寿命。通过降低维护成本来降低短期成本将导致使用寿命的缩短，从而大幅增加长期成本。因此，可持续资产管理需要是一项既包括投资又包括维护的战略。

跟踪数据评估

除了探索常用的测量信号的行为外，我们还投入大量精力研究创新的质量值。除了上述与速度无关的质量之外，以下两个主要的质量数据描述了特定部件的资产状况:(1)修正的轨道轨距标准差⁴(2)垂直轨道几何的分形分析，以描述道碴、地层和底土的状况。

轨道更新的主要原因是碴道、地层和地基的破坏，因此对其状况进行评估是必要的。此外，以前的研究²表明，子结构质量不足和排水故障增加了维护需求(夯实、压舱物清洗)，减少了轨道的使用寿命(频繁干预的必要性)。水的问题可能会导致订单变慢(夏季:偏转;冬季:霜冻屈曲)，导致操作障碍的成本，从而大大增加LCC。因此，现代铁路管理需要提供一种方法，能够对当前的子结构状况进行分类。

分形分析

用分形分析方法评价了镇流器、地层和地基条件。因此，垂直轨道几何的分形分析应用于数据仓库中的所有4000公里。这种分析方法是基于这样一个事实，即垂直轨道几何可以由具有不同波长及其振幅的谐波不规则的总和推导出来。通常使用的平均值或标准偏差集中在对齐中缺陷的振幅上，而忽略了波长——例如，故障的特征。垂直轨道几何的分形分析通过以可理解的方式提供富有表现力和信息量的质量数据来描述故障的特征⁵．所谓的修正分尺长度法⁶使我们能够将垂直偏转分成不同的波长范围。我们将波长范围分为短波(波长:0 -3m)、中波(3 -25m)和长波(25m-70m)误差。在垂直轨道几何结构中，由镇流器问题引起的偏转更有可能发生在中波范围内，而由子结构条件不足引起的偏转预计将出现在波长大于25m的波长处。由于短波误差不被认为与压舱床或地基问题有关，因此在本文中不作进一步讨论。中波和长波范围在EN1348-5中有描述⁷波长范围为D1和D2。这种选择波长范围的方法似乎对奥地利速度范围是有效的，而在高速线路(超过250km/h)上，波长范围D3也可以考虑在内。对于垂直轨道几何的分形分析，只需要垂直轨道几何的纵向水平的原始测量信号。这可以由大多数铁路基础设施公司使用的最先进的测量马车提供。

图1:与现场条件比较的分形分析

图1为现场检测时分形分析的两种可能的评价结果和对应的航迹情况。在左侧，纵向水平的偏转主要发生在长波范围内，而中波尺寸保持适当的质量水平。这导致假设存在问题的子结构区域，而压载床(仍然)提供足够的质量行为。这正是我们在左边的图片中所看到的:图片的上部显示了一个阻塞的脱水系统。因此，任何水都会通过轨道。不幸的是，如图所示，混凝土电缆漏斗阻碍了水的排放。因此，水被压舱床下，导致地层和底土的承载能力下降。因此，分形分析的评价在这一段显示出长波不规则。除此之外，压舱床上可见的植被也表明这里非常潮湿，这再次符合水没有被妥善排干的假设。

很明显，纵向水平内的误差发生在中波维数内。这导致假定压舱物处于较差的状态。右上方的图片显示了枕木周围的白色斑点，这是由于压力过大压载物压碎的结果。下面的图像显示，在镇流器床中已经有大量的细粒材料(破碎的镇流器)，而且轨枕的底部边缘已经磨损，导致负载传递不充分。

这两个算例表明，分形分析是一种适用于轨道碴道和子结构质量监测的方法。此外，它可以很容易地使用来自记录车辆的标准测量数据，正如世界上许多铁路公司使用的那样。目前，网络范围内的验证过程已经完成，并显示出良好的结果。下一步，该方法将用于整个奥地利网络，对压载物和子结构状况进行分类。

结论

资产监控和预防性维护规划需要对跟踪测量信号进行复杂的评估。除了对常用测量信号的探索，格拉茨理工大学铁路工程与运输经济研究所建立了垂直轨道几何的分形分析，以提供部件特定的状态监测。通过分形分析，可以区分垂直轨道几何结构的破坏是由碴床不足还是子结构质量不足引起的。因此，可以更准确地评估资产的流动状况和剩余使用寿命。此外，在即将到来的轨道更新中，需要地基修复的部分可以确定。因此，更新的时间点及其延长可以在早期阶段估计。这将导致更精确的规划过程，从而降低成本。此外，提前了解技术需求会带来更稳定的预算计划。

参考文献

1. 铁路系统与交通部(2011年)。铁路基础设施组织资产管理应用指南。巴黎:国际铁路联盟(UIC)。
2. Veit P.(2007)。轨道质量——是奢侈品还是必需品?RTR特别版，第1-5页
3. Hansmann F.， Marschnig S.， Landgraf M. (2013) GleisPROPHET -可持续发展的下一步。世界铁路研究大会论文集。
4. 汉斯曼，F. (2015)创新信息分析-在Beitrag für在nachhaltiges anlagenmanagement Gleis。格拉茨工业大学博士论文
5. Landgraf M.， Hansmann F.， Marschnig S.(2014)轨道几何和子结构条件-一个可证明的相关性?中国科学院学报(自然科学版)，2014
6. Mandelbrot B.B.(1989)。分形几何:它是什么，它有什么作用?皇家学会论文集，A 423, 3-16页
7. Cen / tc 256, 2005。铁路应用。轨道几何质量EN 13848-第5部分:几何质量评估，维也纳:奥地利标准协会。