Pomiar i analiza porównawcza sygnałów drgań gruntu jako wstęp do metody wykrywania obecności zwierząt przy torach kolejowych
[ 1 ] Wydział Inżynierii Lądowej i Transportu, Politechnika Poznańska | [ 2 ] Instytut Transportu, Wydział Inżynierii Lądowej i Transportu, Politechnika Poznańska | [ SzD ] doctoral school student | [ P ] employee
2023
abstract
polish
- transport kolejowy
- drgania podłoża
- klasyfikacja sygnałów
- analiza widmowa
- ekologia
PL Analiza danych statystycznych oraz dostępnej literatury wskazuje na znaczący problem, jaki stanowią kolizje dzikich zwierząt z pojazdami szynowymi. Takie wypadki wpływają negatywnie zarówno na bezpieczeństwo transportu kolejowego, jak i w kontekście ochrony środowiska naturalnego. Pomimo stosowania różnorodnych sposobów odstraszania zwierzyny z torów w momencie zbliżania się pociągu, brakuje systemów integrujących metody wykrywania ruchu w obszarze torów z metodami wizualnymi i/lub dźwiękowymi, alarmującymi zwierzęta o niebezpieczeństwie. Zastosowanie metod wykrywania zwierząt na podstawie drgań gruntu wywołanych stąpaniem ma potencjał podniesienia efektywności tzw. przejść dla zwierząt na poziomie torów i tym samym zmniejszenia liczby kolizji. Aby opracować metodę wykrywania obecności i ruchu zwierząt, autorzy wykonali badania wstępne, porównujące wartości przyspieszenia drgań wywołanych stąpaniem człowieka oraz psa. Pozwala to na dobór odpowiednich ustawień pomiaru oraz metod analizy sygnałów, a także na sklasyfikowanie kluczowych i najbardziej efektywnych do dalszego wykorzystania parametrów drgań. W eksperymencie wykorzystano kotwę z zamontowanymi jednoosiowymi przyspieszeniomierzami wbitą w podłoże. Wybrano powierzchnię trawiastą, jako najlepiej oddającą warunki naturalne i neutralną w aspekcie tłumienia drgań. Pomiary wykonywano bezpośrednio do i z punktu pomiarowego, a także wokół niego na promieniu 2 i 5 metrów. Uzyskane przebiegi czasowe przyspieszenia drgań zostały zaimplementowane do programu MATLAB, w którym przeprowadzono analizę w dziedzinach czasu, częstotliwości i amplitud oraz oceniono efektywność wstępnej metodologii badań. Zastosowano metodę miar punktowych w wybranych oknach czasowych, analizę widmową przy użyciu Szybkiej Transformaty Fouriera z dobranymi wejściowymi parametrami przetwarzania oraz analizę gęstości mocy sygnału, co pozwoliło na porównanie sygnałów oraz dostrzeżenie kluczowych dla metody różnic. W rezultacie wyznaczono wartości drgań charakterystyczne dla stąpania człowieka oraz psa, które umożliwią klasyfikację najważniejszych parametrów sygnał i które mogą być wykorzystane na dalszych etapach opracowywania metody wykrywania obecności i ruchu istot żywych, w tym do trenowania algorytmów uczenia maszynowego.
30