Politechnika Gdańska Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Katedra Inżynierii Kolejowej. Rozprawa doktorska

Politechnika Gdańska Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Katedra Inżynierii Kolejowej Rozprawa doktorska KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE PLANOWANIA NAPRAW BIEŻĄCYCH NAWIERZCHNI KOLEJOWEJ Mirosław Jan Nowakowski Prof. dr hab. inż. Bożysław Bogdaniuk Gdańsk 2007

Politechnika Gdańska Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Mirosław Jan Nowakowski Komputerowe wspomaganie planowania napraw bieżących nawierzchni kolejowej Praca doktorska wykonana w Katedrze Inżynierii Kolejowej pod kierunkiem prof. dr hab. inż. Bożysława Bogdaniuka Gdańsk, czerwiec 2007

Panu Profesorowi dr hab. Bożysławowi Bogdaniukowi składam serdeczne podziękowania za rozbudzenie we mnie zainteresowania problematyką napraw nawierzchni kolejowej, za cenną pomoc w zgłębianiu jej tajników, wiele życzliwości oraz anielską wręcz cierpliwość. Moim Rodzicom dziękuję z całego serca za pomoc i wsparcie w najtrudniejszych chwilach. Szczególne podziękowania składam mojej Żonie i Synom za niezłomną wiarę we mnie, okazaną pomoc i ciepło codziennego uśmiechu.

Spis treści Wstęp........................................ 9 Rozdział 1. Systemy utrzymania nawierzchni kolejowej......... 13 1.1. Eksploatacja nawierzchni kolejowej.................... 13 1.2. Planowo-zapobiegawczy system utrzymania nawierzchni kolejowej... 14 1.3. Diagnostyczny system utrzymania nawierzchni kolejowej........ 18 1.4. Planowanie napraw bieżących w warunkach deficytu potencjału naprawczego................................. 21 1.5. Rola diagnostyki geometrii toru w diagnostycznym systemie planowania napraw.................................... 24 1.6. Sprzęt stosowany w diagnostyce geometrii nawierzchni kolejowej.... 28 1.7. Oprogramowanie stosowane w Polsce do wspomagania planowania napraw bieżących.............................. 37 1.8. Przykłady oprogramowania wykorzystywanego w eksploatowanych na świecie diagnostycznych systemach utrzymania nawierzchni....... 39 1.8.1. PATER............................... 39 1.8.2. ECOTRACK............................ 41 1.8.3. TrackIT R.............................. 44 Rozdział 2. Cel i zakres pracy......................... 51 Rozdział 3. Drezyna EM-120 jako źródło informacji o położeniu toków szynowych................................ 57 3.1. Charakterystyka pomiarów wykonywanych drezyną EM-120...... 57 3.2. Sposób pomiaru i obliczania parametrów geometrycznych toru..... 58 3.3. Rejestrowanie informacji o obiektach................... 61 3.4. Analiza, prezentacja i archiwizacja wyników pomiarów......... 61 3.5. Wykorzystanie wyników pomiarów drezyną EM-120........... 66 3.5.1. Stan początkowy.......................... 66 3.5.2. Wykorzystanie danych pomiarowych przez system KOMPLAN 67 3.5.3. Wspomaganie analizy stanu toru za pomocą systemu GeoTec. 75 3.5.4. Uwagi o projektowanych kierunkach rozwoju systemu GeoTec. 83 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy........ 89 4.1. Krótka charakterystyka prowadzonych dotychczas badań........ 89 4.2. Założenia wstępne przyjęte podczas selekcji danych........... 92 4.3. Dane uzyskane do analizy......................... 92 4.4. Wstępna kwalifikacja wyników pomiarów................. 94

6 Spis treści 4.5. Próba wprowadzenia do bazy danych wyników pomiarów z całych linii 96 4.6. Utworzenie bazy danych wyników pomiarów dla fragmentów toru o długości 15 km.............................. 120 4.7. Eksport danych do formatu tekstowego.................. 129 4.8. Maskowanie łuków, rozjazdów i obiektów inżynierskich......... 133 4.9. Wprowadzenie kryterium jednorodności nawierzchni i czasu jej eksploatacji................................. 136 4.10. Podsumowanie................................ 137 Rozdział 5. Wyrównywanie lokalizacji serii pomiarowych........ 141 5.1. Geneza konieczności wyrównywania lokalizacji pomiarów........ 141 5.2. Zależność dokładności wyrównywania pomiarów od wykresu szerokości toru...................................... 142 5.3. Analiza statystyczna wyrównywania pomiarów.............. 148 5.4. Wpływ poprawnego wyrównania położenia pomiarów na wartości wskaźników syntetycznych......................... 156 5.5. Rola punktów stałych w procesie wyrównywania położenia pomiarów. 159 5.6. Automatyczne wyrównywanie położenia serii pomiarowych....... 165 Rozdział 6. Interwały czasowe między kolejnymi pomiarami...... 169 6.1. Stan obecny................................. 169 6.2. Częstotliwości pomiarów a bezpieczeństwo ruchu kolejowego...... 170 6.3. Częstotliwość pomiarów a postęp degradacji nawierzchni........ 173 6.4. Zmienne cykle diagnozowania nawierzchni na podstawie danych pomiarowych z drezyny EM-120...................... 178 Rozdział 7. Analiza trendu zmian usterek................. 191 7.1. Uwagi wstępne............................... 191 7.2. Analiza trendu zmian usterek w ujęciu syntetycznym.......... 192 7.3. Ocena możliwości wykorzystania systemu GeoTec do analizy trendu zmian pojedynczych usterek........................ 198 7.4. Podsumowanie................................ 205 Rozdział 8. Wnioski............................... 207 Załącznik A. Kody źródłowe programów pomocniczych......... 211 Załącznik B. Badanie wpływu podobieństwa wykresów szerokości toru na wyrównywanie serii pomiarowych................ 229 B.1. Badanie odcinka położonego w km 166,200 174,650 toru nr 1 linii 3.. 229 B.1.1. Weryfikacja hipotezy o normalności rozkładu usterek...... 229 B.1.2. Test t-studenta istotności różnic dla prób zależnych...... 230 B.1.3. Korelacje między pomiarami szerokości toru........... 231 B.1.4. Korelacja między współczynnikami korelacji w szerokości toru a korektą długości odcinka wprowadzoną podczas wyrównywania pomiarów..................... 231 B.2. Badanie odcinka położonego w km 149,100 163,600 toru nr 2 linii 3.. 233 B.2.1. Weryfikacja hipotezy o normalności rozkładu usterek...... 233 B.2.2. Test t-studenta istotności różnic dla prób zależnych...... 235

Spis treści 7 B.2.3. Korelacje między pomiarami szerokości toru........... 235 B.2.4. Korelacja między współczynnikami korelacji w szerokości toru a korektą długości odcinka wprowadzoną podczas wyrównywania pomiarów..................... 236 B.3. Badanie odcinka położonego w km 109,400 121,600 toru nr 2 linii 4.. 238 B.3.1. Weryfikacja hipotezy o normalności rozkładu usterek...... 238 B.3.2. Test t-studenta istotności różnic dla prób zależnych...... 239 B.3.3. Korelacje między pomiarami szerokości toru........... 239 B.3.4. Korelacja między współczynnikami korelacji w szerokości toru a korektą długości odcinka wprowadzoną podczas wyrównywania pomiarów..................... 240 B.4. Badanie odcinka położonego w km 62,600 71,900 toru nr 1 linii 9... 242 B.4.1. Weryfikacja hipotezy o normalności rozkładu usterek...... 242 B.4.2. Test t-studenta istotności różnic dla prób zależnych...... 243 B.4.3. Korelacje między pomiarami szerokości toru........... 243 B.4.4. Korelacja między współczynnikami korelacji w szerokości toru a korektą długości odcinka wprowadzoną podczas wyrównywania pomiarów..................... 244 Załącznik C. Badanie interwałów czasowych między kolejnymi pomiarami.................................... 247 C.1. Analiza intensywności degradacji nawierzchni na wybranych odcinkach linii kolejowych............................... 247 C.1.1. Linia nr 3, tor 1, km 167,000 175,000.............. 247 C.1.2. Linia nr 3, tor 1, km 195,000 204,000.............. 249 C.1.3. Linia nr 9, tor 1, km 63,000 71,000............... 252 C.2. Analiza wyników pomiarów wykonanych drezyną EM-120 na linii nr 4 w torze 1, km 81,000 96,000....................... 254 C.2.1. Weryfikacja hipotezy o normalności rozkładu usterek w nierównościach pionowych lewych............... 254 C.2.2. Weryfikacja hipotezy o normalności rozkładu usterek w nierównościach poziomych lewych............... 255 C.2.3. Tabela wyników testów t-studenta dla prób zależnych pomiarów wykonanych w okresie od 1999-12-03 do 2001-06-12....... 256 C.2.4. Analiza pomiarów wykonanych w dniach 2002-03-08 i 2002-06-05 (po regulacji toru) w km 82,000 82,400.............. 256 C.2.5. Analiza pomiarów wykonanych w dniach 2002-03-08 i 2002-06-05 (po regulacji toru) w km 91,300-94,300.............. 258 Załącznik D. Badanie trendu zmian odchylenia standardowego usterek w geometrii toru........................... 259 D.1. Podstawowe statystyki dla odcinków o znanej konstrukcji i wieku nawierzchni................................. 259 D.2. Podstawowe statystyki odcinków wybranych bez uwzględniania rodzaju i czasu pracy nawierzchni.......................... 268

8 Spis treści D.3. Trend zmian odchylenia standardowego w pomiarach wiosennych... 275 D.3.1. Odchylenia standardowe nierówności pionowych w lewym toku szynowym [mm]........................... 275 D.3.2. Odchylenia standardowe nierówności poziomych w lewym toku szynowym [mm]........................... 276 D.3.3. Odchylenia standardowe wichrowatości toru [mm]........ 277 D.4. Trend zmian odchylenia standardowego w pomiarach letnich...... 278 D.4.1. Odchylenia standardowe nierówności pionowych w lewym toku szynowym [mm]........................... 278 D.4.2. Odchylenia standardowe nierówności poziomych w lewym toku szynowym [mm]........................... 279 D.4.3. Odchylenia standardowe wichrowatości toru [mm]........ 279 D.5. Trend zmian odchylenia standardowego w pomiarach jesiennych.... 280 D.5.1. Odchylenia standardowe nierówności pionowych w lewym toku szynowym [mm]........................... 280 D.5.2. Odchylenia standardowe nierówności poziomych w lewym toku szynowym [mm]........................... 280 D.5.3. Odchylenia standardowe wichrowatości toru [mm]........ 280 D.6. Zależność między czasem eksploatacji a przyrostami odchyleń standardowych................................ 281 D.6.1. Dane do badania korelacji między czasem eksploatacji toru a zmianami odchylenia standardowego usterek.......... 281 D.6.2. Macierze korelacji.......................... 282 Bibliografia..................................... 285

Wstęp Niniejsza rozprawa jest kontynuacją prowadzonych od ponad 30 lat w Katedrze Inżynierii Kolejowej Politechniki Gdańskiej prac naukowo-badawczych nad metodami utrzymania nawierzchni kolejowej, rozpoczętych pracami nad statecznością toru bezstykowego oraz trwałością eksploatacyjną szyn. Prace te w miarę rozwoju technik pomiarowych i komputerowych technik analizy wyników ulegały poszerzaniu tematycznemu, jak i stałemu doskonaleniu warsztatowemu. Już w pierwszym okresie lat 90. ubiegłego wieku, gdy techniki komputerowe nie były jeszcze tak rozpowszechnione, autor niniejszej rozprawy uczestniczył w projekcie komputerowego wspomagania decyzji w zakresie utrzymania nawierzchni kolejowej, a opracowany przez niego program KOMPLAN został wdrożony do praktycznego stosowania na PKP. Prowadzone w Katedrze prace nad naukowymi metodami wsparcia procesu decyzyjnego przy utrzymania nawierzchni zyskiwały uznanie zarówno w kraju jak i w innych zarządach kolejowych. Potwierdzeniem tego było między innymi: włączenie Politechniki Gdańskiej do prac nad europejskim systemem ECO- TRACK i powierzenie jej nadzoru przy jego wdrażaniu na kolejach bułgarskich; liczne, blisko 150 osobowe uczestnictwo praktyków w zakresie utrzymania nawierzchni w dorocznych seminariach diagnostycznych, które organizowano w latach 1999 2006; prowadzenie na Politechnice Gdańskiej przewodów doktorskich o tematyce nawierzchniowej przez doktorantów z Węgier i Wielkiej Brytanii; realizowanie kilku grantów KBN z zakresu systemów utrzymania i diagnostyki stanu toru. Autor pracując od 1985 r. w Katedrze Inżynierii Kolejowej Politechniki Gdańskiej uczestniczył w większości prowadzonych prac badawczych, specjalizując się w technikach analiz komputerowych wspierających procesy decyzyjne. Obejmowały one nie tylko praktyczne stosowanie specjalistycznego oprogramowania, ale także pisanie różnych złożonych aplikacji programowych. Prowadzenie licznych zajęć dydaktycznych sprawiało, że własne prace badawcze musiały być traktowane jako drugorzędne, jednak dotyczyły one zawsze aktualnych problemów

10 Wstęp związanych z technikami komputerowymi przy utrzymaniu nawierzchni bądź też popularyzowania tych technik. Z licznych problemów jakie występowały w procesach decyzyjnych, autor skupił swoją uwagę na praktycznym wykorzystaniu olbrzymiej liczby informacji zawartych w wynikach pomiarów dokonywanych drezynami pomiarowymi, wykorzystującymi system komputerowego przetwarzania pomiarów toków szynowych dokonywanych co 0,25 m. W praktyce pomiar ten od lat służył wyłącznie do oceny stanu toru pod kątem bezpieczeństwa prowadzenia ruchu oraz w ograniczonym zakresie do oceny efektywności przeprowadzonych regulacji toru. Olbrzymia baza danych zapisanych na nośnikach pamięci wykorzystywana była w praktyce jedynie do wykonania graficznego wykresu stanu toru, a następnie archiwizowana i marnotrawiona. Pojedyncze były przypadki powtórnego sięgania po te dane, mimo że zawierają one pełny obraz zmian położenia toków szynowych w okresie prowadzenia pomiarów drezynami, których trzecia generacja wprowadzona została do diagnozowania toru już w latach 80. Przyczyną tego stanu była obszerność danych, wymagająca wyspecjalizowanych technik komputerowych do ich wykorzystywania w innych celach. Autor uważał, że zapisanie takich danych na nośnikach pamięci pozwala przy wykorzystaniu technik komputerowych odtworzyć i analizować historię eksploatacyjną toru. A zatem dane te powinny pozwolić w pierwszym rzędzie na planowanie napraw położenia toków szynowych w miejscach rzeczywiście tego wymagających. To przeświadczenie sprawiło, że autor rozpoczął zbieranie komputerowej dokumentacji stanu położenia toków szynowych i przeprowadzanie analizy tych danych. W czasie prowadzenia tej czynności powstało profesjonalne oprogramowanie ułatwiające odczytywanie zarchiwizowanych plików otrzymywanych z drezyny EM-120, co znaczne przyspieszyło prowadzenie badań. Tytuł niniejszej rozprawy może sugerować, że zawiera ona program lub jego rozwiniętą koncepcję pod nazwą: komputerowe wspomaganie planowania napraw bieżących. Niestety, na podjęcie decyzji o naprawie nawierzchni mają wpływ nie tylko wyniki pomiarów położenia toków szynowych, ale także szereg danych zgromadzonych innymi technikami pomiarowymi. Dane te opisują stan konstrukcji nawierzchni, dostępny potencjał naprawczy, warunki eksploatacyjne na linii, a także znaczenie linii w systemie transportu kolejowego, co znacznie wykracza poza zakres zainteresowań autora. Choć autor niewątpliwie chciałby uczestniczyć w pracach nad takim oprogramowaniem (ponieważ złożoność problemu przekracza indywidualne możliwości), zmuszony został do wykorzystania zgromadzonego przez siebie materiału w takim zakresie, jaki wymagany jest rozprawami doktorskimi. Stąd też rozprawa ta zawiera jedynie wyniki przeprowadzonych przez autora analiz pod kątem możliwości wykorzystania istniejącej Autor napisał kilka książek o tematyce komputerowej ( TAG 3.1 dla opornych, Windows 95 od A do Z, Norton Commander 5 PL bez stresu, Windows 98 od A do Z ) oraz wiele istrukcji obsługi programów komputerowych, które jednak, jako że nie związane z problematyką rozprawy, nie zostały włączone do bibliografii.

bardzo obszernej bazy danych, otrzymywanej w wyniku jazd pomiarowych drezyn EM-120, do wspomagania decyzji planowania napraw w trzech zakresach: wiarygodności wyników pomiarów; okresu odstępu czasu (interwału) pomiędzy poszczególnymi pomiarami; trendu zmian w położeniu toków szynowych pod wpływem eksploatacji. Rozwiązanie tych zagadnień ma kluczowe znaczenie dla możliwości automatycznego wykorzystywania wyników pomiarów drezyną EM-120 (lub inną) w procesie komputerowego planowania napraw bieżących nawierzchni kolejowej. 11

Rozdział 1 Systemy utrzymania nawierzchni kolejowej 1.1. Eksploatacja nawierzchni kolejowej Nawierzchnia kolejowa jest konstrukcją inżynierską o dużym stopniu złożoności, zróżnicowania i zmienności [15]. W jej eksploatacji możemy wyróżnić dwie formy, typowe dla większości obiektów technicznych: użytkowanie oraz odnawianie [8]. Ponieważ jednak głównym celem eksploatacji nawierzchni kolejowej jest stałe zapewnienie bezpiecznego ruchu pociągów, niemożliwe jest wystąpienie sytuacji, w której obie z tych faz są równocześnie bierne, tzn. nie zachodzą. Nawierzchnia kolejowa jest zawsze w fazie użytkowania lub odnawiania, przy czym nie jest to alternatywa wykluczająca zatem możliwe jest zachodzenie na siebie w czasie obu tych faz. W trakcie eksploatacji w sposób ciągły zmieniają się właściwości nawierzchni kolejowej. Dzieje się tak na skutek oddziaływania na nawierzchnię taboru kolejowego oraz przyrody przeważnie warunków atmosferycznych, lecz w niektórych wypadkach także innych czynników (np. osiadania gruntów na terenach górniczych). Zachodzące pod wpływem tych czynników zmiany wpływają na stan nawierzchni kolejowej. Stany te można w uproszczeniu podzielić na trzy kategorie [8]: stan pełnej zdatności eksploatacyjnej; stan ograniczonej zdatności eksploatacyjnej; stan niezdatności eksploatacyjnej. Podstawowym kryterium, na podstawie którego bieżący stan nawierzchni zaliczamy do jednego ze stanów wyżej wymienionych, jest iloraz szybkości pociągów v i, z jaką mogą się one poruszać po analizowanym torze i szybkości maksymalnej v max, zdefiniowanej na etapie projektowania toru (oczywiście zachodzi przy tym warunek v i v max ). W zależności od wartości tego ilorazu możemy mieć do czynienia z następującymi sytuacjami: v i = 1 (1.1a) v max co oznacza, że nawierzchnia kolejowa znajduje się w stanie pełnej zdatności eksploatacyjnej,

14 Rozdział 1. Systemy utrzymania nawierzchni kolejowej 0 < v i v max < 1 (1.1b) co oznacza, że nawierzchnia znajduje się w stanie ograniczonej zdatności eksploatacyjnej, oraz v i v max = 0 (1.1c) co oznacza, że nawierzchnia jest w stanie całkowitej niezdatności eksploatacyjnej (v i = 0). O przynależności nawierzchni do jednego z wymienionych stanów decydują pewne symptomy zwane także sygnałami diagnostycznymi. Symptomy te będące w istocie usterkami toru kolejowego wymagają: zdiagnozowania, czyli wykrycia, zlokalizowania, zmierzenia i określenia ich wpływu na zdatność eksploatacyjną toru; naprawy, czyli odnowienia nawierzchni lub (w przypadku braku takiej możliwości) wprowadzenia ograniczenia prędkości, tj. wprowadzenia na odcinku występowania usterki prędkości v i < v max. Tak więc eksploatacja linii kolejowej wymaga istnienia oprócz systemu użytkowania dwóch innych systemów: systemu diagnostycznego; systemu utrzymania nawierzchni [23]. Schemat tak zdefiniowanego modelu eksploatacji drogi kolejowej przedstawiono na rysunku 1.1. 1.2. Planowo-zapobiegawczy system utrzymania nawierzchni kolejowej Zaobserwowana w ciągu wielu lat eksploatacji typowość usterek powstających w nawierzchni kolejowej oraz ich zależność od warunków eksploatacyjnych pozwoliła na ujęcie prac związanych z odnawianiem stanu toru w tzw. planowo- -zapobiegawcze cykle remontowe [21]. Założono przy tym, że aktualny stan nawierzchni i podtorza jest uzależniony od wykonanej pracy przewozowej [23]. W metodzie napraw planowo-zapobiegawczych przyjęto stosowanie kilku typowych rodzajów napraw, przeprowadzanych w stałych odstępach czasu (lub przeniesionego przez nawierzchnię obciążenia), zróżnicowanych z uwagi na kategorię linii kolejowej. Typowe rodzaje remontów to: naprawa główna polegająca na ciągłej wymianie nawierzchni; naprawa bieżąca polegająca na ciągłej regulacji geometrii toru w planie i profilu, połączona z pracami towarzyszącymi;

1.2. Planowo-zapobiegawczy system utrzymania nawierzchni kolejowej 15 Zmiana wymagań przewozowych (V eksp, q eksp, S eksp, Q eksp) Zmiana wymagań przewozowych (V eksp, q eksp, S eksp, Q eksp) Oddziaływanie czynników eksploatacyjnych i klimatycznych Użytkowanie drogi kolejowej NIE Czy: V eksp V dop q eksp q dop Seksp Sdop Q eksp Q dop TAK System diagnostyczny Roboty utrzymaniowe (naprawy) lub roboty modernizacyjne lub zmiana warunków przewozowych System utrzymania Rysunek 1.1. Model eksploatacji drogi kolejowej (V prędkość, q nacisk osiowy, S skrajnia, Q natężenie przewozów; indeksy: eksp zdefiniowane przez wymagania przewozowe, dop dopuszczalne z uwagi na stan drogi kolejowej) [23]. konserwacja, w ramach której wykonywane są drobne naprawy z wykorzystaniem sprzętu zmechanizowanego. Przyjęto zasadę, że cykl podstawowy w naprawach planowo-zapobiegawczych wyznaczany jest przez dwie następujące po sobie naprawy główne, między którymi wykonywane są naprawy bieżące. Ilustruje to rysunek 1.2. Długość cyklu podstawowego w systemie planowo-zapobiegawczym uzależniano najczęściej od: kategorii linii; natężenia przewozów; konstrukcji toru; szybkości pociągów [21]. Przy takim systemie planowania rola diagnostyki ograniczała się w zasadzie do wykrywania w torze miejsc wymagających natychmiastowej interwencji zespołów naprawczych. Lokalizacja usterek innego rodzaju nie była potrzebna, gdyż zakładano, że ich usunięcie i tak nastąpi podczas najbliższej naprawy bieżącej.

16 Rozdział 1. Systemy utrzymania nawierzchni kolejowej NG NG 12 lat NB NB NB NB NB 2 lata 2 lata 2 lata 2 lata 2 lata 2 lata Rysunek 1.2. Przykład cyklu napraw w systemie planowo-zapobiegawczym. NG naprawa główna, NB naprawa bieżąca. Przedstawiona metoda, jakkolwiek bardzo prosta w praktycznym zastosowaniu, ma jednak szereg poważnych wad, co wykazano szczegółowo m.in. w pracy [88], a mianowicie: nie uwzględnia rzeczywistego stanu toru; jest nieekonomiczna, gdyż prowadzi do prowadzenia napraw zbytecznych (w miejscach, gdzie wady toru nie występują); przesłanki do wyznaczania długości cykli naprawczych w bardzo małym stopniu związane są z parametrami charakteryzującymi stan techniczny toru; jest nieobiektywna z uwagi na subiektywne określanie długości cykli robót; ocena stanu toru jest statyczna w czasie i nie uwzględnia zmiennych warunków eksploatacyjnych nie pozwala na prognozowanie stanu toru; jest niedokładna, gdyż nie uwzględnia w normatywach dla poszczególnych robót rzeczywistego zapotrzebowania na ich wykonanie. W warunkach ograniczonej dostępności środków finansowych stosowanie tej metody zmusza zarządcę kolei do koncentrowania prac utrzymaniowych na kilku preferowanych liniach, kosztem postępującej degradacji pozostałej części sieci kolejowej, która z czasem w wielu miejscach osiąga stan całkowitej niezdatności eksploatacyjnej. Jednak nawet przy takiej koncentracji nie da się uniknąć marnotrawienia potencjału naprawczego, wynikającego z istnienia dwóch zasadniczych sprzeczności: prowadzenia napraw w sposób ciągły na długości całych szlaków; faktu, że w rzeczywistości usterki w torze pojawiają się losowo na stosunkowo niewielkich jego długościach. W pracy [23] przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych na 20 liniach kolejowych w Polsce, należących do różnych kategorii o łącznej długości 1300 km. Przy wyznaczaniu zapotrzebowania na regulację położenia toru w planie i profilu tylko w dwóch przypadkach stwierdzono, że regulacja powinna być przeprowadzona na długości przekraczającej 70% długości linii.

1.2. Planowo-zapobiegawczy system utrzymania nawierzchni kolejowej 17 Wymienione wyżej zestawienie wad systemu planowo-zapobiegawczego koncentruje się jedynie na zagadnieniach związanych z dziedziną utrzymania. Nie sposób jednak w tym miejscu nie wymienić istotnych niedoskonałości występujących również w dziedzinie diagnostyki, do których zaliczyć należy: prowadzenie badań diagnostycznych w stałych interwałach czasowych, niepowiązanych z aktualnym stanem toru i rzeczywistym na te badania zapotrzebowaniem; śladowe w praktyce wykorzystywanie otrzymywanych wyników badań, koncentrujące się na lokalizacji miejsc wymagających natychmiastowej interwencji zespołów naprawczych. W pracy [22] przedstawiono przypadek wykonywania jazd pomiarowych drezyny EM-120 w dobrze utrzymanym torze z interwałem 2-miesięcznym, podczas gdy z tempa narastania usterek wynikało, że pomiary te można było na niektórych odcinkach przeprowadzać w cyklu 8-krotnie dłuższym co 16 miesięcy. Fakt ten najwymowniej świadczy o skali marnotrawienia potencjału diagnostycznego. Równocześnie jednak we wspomnianej pracy poczyniono inne istotne spostrzeżenia: zakres zapotrzebowania na naprawy na każdej z badanych linii był różny i nie zależał od jej kategorii; nawet przy ograniczeniu prędkości eksploatacyjnej V eksp do 30 km/h na każdej linii występowały miejsca wymagające napraw, co oznacza, że nie można kierować potencjału naprawczego tylko na wybrane obligatoryjne linie, gdyż prowadzi to do wstrzymania (ze względów bezpieczeństwa) ruchu na innych liniach w skrajnych przypadkach z powodu występowania pojedynczych usterek; stosowanie napraw ciągłych (w omawianym przykładzie była to regulacja toru) powoduje prowadzenie prac w torach o dobrym stanie, nie wymagających tego rodzaju interwencji. Reasumując, korzystanie w eksploatacji nawierzchni kolejowej z planowo-zapobiegawczego systemu jej utrzymania prowadzi do: nieracjonalnego wykorzystania środków przeznaczonych na wykonywanie napraw; nieracjonalnego sposobu prowadzenia pomiarów diagnostycznych [19, 23]. Poczynione obserwacje i badania doprowadziły do zapoczątkowania prac nad innym systemem utrzymania nawierzchni kolejowej, pozbawionym wad systemu planowo-zapobiegawczego, a przede wszystkim wiążącym czas i miejsce napraw z wynikami diagnostycznych badań stanu toru.

18 Rozdział 1. Systemy utrzymania nawierzchni kolejowej 1.3. Diagnostyczny system utrzymania nawierzchni kolejowej Rozwój metod diagnostycznych, zastosowanie nowych technik i aparatury pomiarowej oraz rozwój i upowszechnienie komputerowych technik analizy wyników pomiarów stworzył sytuację, w której możliwe stało się przełamanie barier narzuconych diagnostyce przez system planowo-zapobiegawczy. Powstały warunki do zastąpienia tego systemu przez tzw. diagnostyczny system utrzymania nawierzchni, w którym naprawy ograniczone są jedynie do miejsc wskazanych w torze za pomocą metod diagnostycznych [20, 23]. Opracowanie i wdrożenie tego systemu stało się pilną potrzebą wszędzie tam, gdzie wprowadzenie gospodarki rynkowej wymusiło racjonalne gospodarowanie środkami przeznaczonymi na utrzymanie nawierzchni kolejowej. W dotychczasowych pracach dotyczących tego zagadnienia [2, 23, 31, 45, 88] podkreślono, że różnice między obydwoma systemami utrzymania są na tyle istotne, iż przed wprowadzeniem wykorzystania diagnostyki do określania potrzeb naprawczych niezbędne jest przeprowadzenie pewnych przedsięwzięć przygotowawczych. W ich ramach muszą być stworzone złożone warunki techniczne, organizacyjne i kadrowe umożliwiające wdrożenie metody diagnostycznej. Spośród przedsięwzięć koniecznych do przeprowadzenia w okresie przygotowawczym na pierwszy plan wysuwa się konieczność przekształcenia stosowanych obecnie w diagnostyce toru kolejowego metod w spójny, zintegrowany system diagnostyczny. Każdy z elementów tego systemu musi działać według procedury obejmującej występujące kolejno po sobie następujące czynności: 1. Wykonanie bezpośrednio w torze pomiaru lub przeglądu diagnostycznego. 2. Porównanie wyników wykonanego pomiaru lub przeglądu z: zdefiniowanymi dla danej kategorii linii wartościami dopuszczalnymi lub kryteriami oceny; wynikami otrzymanymi podczas poprzednio wykonanych pomiarów lub przeglądów diagnostycznych. 3. Podjęcie decyzji w zakresie: określenia dalszych warunków eksploatacji toru; określenia zakresu, lokalizacji i terminu naprawy bądź też wprowadzenie zmiany warunków eksploatacji bez interwencji w torze; określenie terminu wykonania kolejnego pomiaru lub przeglądu diagnostycznego. Każdy pomiar, który nie prowadzi do wniosków podanych w powyższej procedurze należy uznać za nieracjonalny nieprzydatny w systemie diagnostycznym, i wobec tego zbędny. Funkcjonowanie diagnostycznego systemu utrzymania nawierzchni kolejowej wymaga [20, 23]:

1.3. Diagnostyczny system utrzymania nawierzchni kolejowej 19 SYSTEM UŻYTKOWANIA DROGI KOLEJOWEJ [V eksp, q eksp, S eksp, Q eksp ] Określenie potrzeb naprawczych Czy tor spełnia wymogi użytkowania? NIE TAK Zmiana warunków użytkowania, np. Vdop < Veksp Środki finansowe Materiały Technologie (ludzie, sprzęt, maszyny) Dostępność toru do napraw Posiadany potencjał naprawczy TAK Czy dostępny potencjał naprawczy pokrywa zapotrzebowanie na naprawy? NIE Bilansowanie potrzeb naprawczych z dostępnym potencjałem naprawczym Realizacja planu napraw Plan napraw Zmiana warunków użytkowania, np. V dop < V eksp *) SYSTEM DIAGNOSTYKI *) dla odcinków toru, na których nie można wykonać napraw SYSTEM NAPRAW Rysunek 1.3. Schemat eksploatacji linii kolejowych w diagnostycznym systemie utrzymania nawierzchni (oznaczenia jak na rysunku 1.1) wprowadzenia podziału linii kolejowych na kategorie zależne od warunków użytkowania linii; zdefiniowania, które parametry toru mają być mierzone na potrzeby systemu i określenie metodyki wykonywania tych pomiarów; określenia parametrów objętych przeglądami oraz zdefiniowania jednoznacznego i obiektywnego sposobu ustalania wynikających z nich wniosków; ustalenia dla każdej kategorii linii dopuszczalnych wartości parametrów mierzalnych w funkcji prędkości dopuszczalnej V dop ; ustalenia kryteriów oceny parametrów ocenianych na podstawie przeglądów; opracowania komputerowych systemów doradczych zapewniających obiektywne i jednoznaczne formułowanie decyzji utrzymaniowych. Schemat eksploatacji drogi kolejowej przy stosowaniu metody diagnostycznej przedstawiono na rysunku 1.3.

20 Rozdział 1. Systemy utrzymania nawierzchni kolejowej Tabela 1.1. 1 Fragment planu napraw przygotowanego metodą metodą diagnostyczną [22] [Bogdani03] ZAPOTRZEBOWANIE NA NAPRAWY BIEŻĄCE Analizowany zbiór: C:\em120\353\3532.lok 30 [km/h] liczby usterek: 1 naprawy na długości : 0,066 [km] 40 [km/h] liczby usterek: 1 naprawy na długości : 0,066 [km] 50 [km/h] liczby usterek: 3 naprawy na długości : 0,194 [km] 60 [km/h] liczby usterek: 5 naprawy na długości : 0,278 [km] 70 [km/h] liczby usterek: 14 naprawy na długości : 0,865 [km] 80 [km/h] liczby usterek: 34 naprawy na długości : 1,888 [km] 90 [km/h] liczby usterek: 71 naprawy na długości : 2,755 [km] 100 [km/h] liczby usterek: 153 naprawy na długości : 5,549 [km] 110 [km/h] liczby usterek: 360 naprawy na długości : 11,376 [km] 120 [km/h] liczby usterek: 525 naprawy na długości : 16,384 [km] PLAN LOKALIZACJI NAPRAW USTEREK UKŁADU TOROWEGO dla prędkości eksploatacyjnej: 100 km/h Wykaz lokalizacji pojedynczych usterek (do usunięcia sprzętem zmechanizowanym): km: 364.648-364.585 liczba usterek: 1 Vdop = 90 km/h na długości 63 [m] km: 363.701-363.639 liczba usterek: 2 Vdop = 95 km/h na długości 61 [m] km: 361.126-361.066 liczba usterek: 1 Vdop = 80 km/h na długości 59 [m] [... ] km: 301.910-301.848 liczba usterek: 1 Vdop = 95 km/h na długości 62 [m] Łącznie 25 lokalizacji o długości 1634 [m] Wykaz lokalizacji skupionych usterek (do napraw maszynami): km: 366.006-365.572 liczba usterek: 27 Vdop = 50 km/h na dł. 434 [m] km: 365.266-364.885 liczba usterek: 5 Vdop = 80 km/h na dł. 380 [m] w odl. 306 [m] km: 355.558-365.455 liczba usterek: 2 Vdop = 60 km/h na dł. 103 [m] w odl.9327 [m] [... ] km: 300.501-299.946 liczba usterek: 31 Vdop = 20 km/h na dł. 554 [m] w odl.6053 [m] Łącznie 15 lokalizacji o długości 3915 [m] Na odcinku linii o długości 66.060 [km] naprawy bieżące należy wykonać łącznie w 40 lokalizacjach na długości 5549 [m], tj. na 8.4% długości odcinka Ponadto dla zapewnienia możliwości wykorzystania systemu diagnostycznego w samej technice planowania napraw niezbędne jest: opracowanie metodyki bilansowania potrzeb naprawczych z dostępnym potencjałem remontowym; opracowanie elastycznej metody ustalania planów naprawczych, umożliwiającej bieżące wprowadzanie korekt wynikających z realizowanych aktualnie badań diagnostycznych. Korzyści wynikające z zastąpienia systemu planowo-zapobiegawczego systemem diagnostycznym w przypadku planowania naprawy bieżącej przedstawiono w pracach [20, 22, 23]. Podano w nich plan opracowany dla konkretnego odcinka linii pierwszorzędnej, na którym wykonano pomiary diagnostyczne geometrii toru za pomocą drezyny pomiarowej EM-120. Przedstawiono to w tabeli 1.1. Jak widać przy założeniu utrzymania na analizowanym odcinku prędkości eksploatacyjnej V eksp = 100 km/h alternatywą dla wykonywania ciągłej regulacji położenia toru na długości 66,060 km jest przeprowadzenie napraw na długości jedynie 5,549 km toru, z czego na prace wykonywane za pomocą maszyn torowych przypada 15 odcinków o łącznej długości 3,915 km. W tym konkretnym przypadku, oszczędności wynikające z zastosowania metody diagnostycznej wyniosłyby zatem ok. 70% kosztów naprawy bieżącej ciągłej. Równocześnie widać, że zaniechanie wykonania na tej linii jakichkolwiek prac remontowych (np. w wyniku nieuwzględnienia tej linii w planie napraw reali-

1.4. Planowanie napraw bieżących w warunkach deficytu... 21 zowanym w systemie planowo-zapobiegawczym) musiałoby doprowadzić do jej zamknięcia ze względów bezpieczeństwa, gdyż stwierdzono na niej jedną usterkę, która musiałaby być naprawiona nawet przy ograniczeniu prędkości eksploatacyjnej do 30 km/h. Autor pracy [22] zwraca także uwagę na dodatkowe oszczędności w postaci wydłużeń okresów między naprawami, stwierdzone w praktyce po wprowadzeniu metody diagnostycznej na linii Shinkansen w Japonii. 1.4. Planowanie napraw bieżących w warunkach deficytu potencjału naprawczego Zagadnienie racjonalnego wykorzystania środków przyznanych na utrzymanie nawierzchni dotyczy wszystkich rodzajów remontów, jednak z uwagi na zakres niniejszej pracy nasza uwaga pozostanie skupiona na planowaniu napraw bieżących. Wprowadzenie do przedsiębiorstwa PKP elementów gospodarki rynkowej, ograniczenie przyznawanych nakładów budżetowych i załamanie się na skutek transformacji gospodarczej zapotrzebowania na przewozy kolejowe doprowadziło w ostatnich latach do dramatycznego zmniejszenia środków przeznaczanych na utrzymanie nawierzchni, czyli potencjału naprawczego. W efekcie nastąpiło drastyczne zmniejszenie zakresu remontów prowadzonych w torach. W takich warunkach racjonalne wykorzystanie posiadanego potencjału nabrało szczególnego znaczenia. Jak przedstawiono w pracy [22], sporządzenie planu napraw w sytuacji posiadania potencjału nie mniejszego od potrzeb ogranicza się do: ustalenia lokalizacji niezbędnych napraw; ustalenia kolejności prowadzenia napraw w poszczególnych lokalizacjach. W warunkach deficytu potencjału naprawczego sytuacja się komplikuje i podczas sporządzania planu napraw należy: ustalić lokalizację niezbędnych napraw; ustalić lokalizacje, na których prace remontowe zostaną wykonane w zakresie zgodnym z rzeczywistym na nie zapotrzebowaniem; ustalić lokalizacje odcinków toru, na których prace remontowe zostaną wykonane w ograniczonym w stosunku do potrzeb zakresie, i na których konieczne będzie częściowe ograniczenie prędkości pociągów z uwagi na stan toru po naprawie; Zjawisko permanentnego deficytu potencjału naprawczego nie jest przypadłością jedynie polskich kolei. Borykają się z nim także zarządy kolejowe innych krajów. Np. praca [88] przedstawia podobną sytuację na kolejach węgierskich. Na takim odcinku wprowadzona prędkość V dop będzie wyższa niż prędkość, którą należałoby wprowadzić przy całkowitym zaniechaniu napraw stąd określenie częściowe ograniczenie prędkości.

22 Rozdział 1. Systemy utrzymania nawierzchni kolejowej ustalić lokalizację odcinków, na których nie będą prowadzone mimo istniejącego zapotrzebowania żadne prace remontowe, i na których w związku ze stanem toru konieczne będzie wprowadzenie ograniczeń prędkości. Dokonując przeglądu literatury o modelach planowania utrzymania toru, Andersson zwraca w pracy [2] uwagę na jej znikomą ilość. Przyczyny tego zjawiska upatruje w zamkniętej naturze przemysłu kolejowego, który w wielu aspektach jest ze względów strategicznych lub gospodarczych utajniany. Mimo tych trudności wylicza kilka opracowań z ostatnich dwóch dekad, zarówno o naturze naukowej, np. [32], jak i tworzonych na zamówienie przemysłu kolejowego, a nawet dla potrzeb amerykańskiego przemysłu obronnego. Kilka możliwych do wykorzystania metod rozdziału potencjału naprawczego na potrzeby remontów bieżących przedstawiono w pracach [19, 88]. Na kilka słów omówienia zasługuje zwłaszcza praca [19], gdyż jest to opracowanie osadzone w realiach PKP, a przy jego tworzeniu korzystano między innymi z omawianego w dalszej części rozprawy programu KOMPLAN. Za podstawę prezentacji metod przedstawionych w tej pracy posłużyło zestawienie zapotrzebowań na naprawy sporządzone dla różnych założonych prędkości dopuszczalnych na 20 liniach kolejowych w Polsce (tabela 1.2). Założono przy tym, że posiadany potencjał wystarcza na wykonanie prac remontowych na 250 km toru, jest więc niższy od potencjału wymaganego o niemal 90 km. Pierwszy i najważniejszy wniosek wynikający z tego opracowania to niedopuszczalność obligatoryjnego przyjmowania podziału linii na utrzymywane i nieutrzymywane. Jeżeli bowiem przyjąć, że linie zestawione w tabeli 1.2 zostały uszeregowane w kolejności od najważniejszej do najmniej ważnej, okaże się, że: potencjału naprawczego wystarczy na całkowite naprawienie torów na liniach 1 11; za pomocą pozostałego potencjału będzie można zapewnić użytkowanie linii nr 12 przy częściowym ograniczeniu na niej prędkości do 50 km/h; na linii nr 13 trzeba będzie ograniczyć prędkość do 40 km/h; pozostałe linie ze względów bezpieczeństwa trzeba będzie zamknąć. Konieczne jest zatem stosowanie innych metod rozdziału potencjału naprawczego, spośród których autor pracy [19] za najważniejsze uważa: metodę podziału proporcjonalnego do zapotrzebowania na naprawy z korektą (wariant I); metodę podziału proporcjonalnego do długości linii z korektą (wariant II); metodę optymalizacji (wariant III). Przy planowaniu rozdzielenia potencjału naprawczego celowe jest wyznaczenie dla każdej linii prędkości minimalnej, do jakiej można ograniczyć prędkość dopuszczalną bez wprowadzenia poważniejszych zakłóceń w ruchu kolejowym w całym regionie (zakresy wynikające z przyjętych w omawianym przykładzie

1.4. Planowanie napraw bieżących w warunkach deficytu... 23 Tabela 1.2. Zapotrzebowanie na naprawy bieżące dla przykładu wyznaczania planu napraw bieżących [19] Nr Zapotrzebowanie na naprawy bieżące [m] linii V=30 V=40 V=50 V=60 V=70 V=80 V=90 V=100 V=110 V=120 V=130 V=140 Vexpl 1 245 366 460 887 1410 2254 3031 4096 6007 7538 8229 8988 8988 2 0 133 298 789 1282 2981 5235 7830 17293 22106 24201 26497 26497 3 126 782 1158 2562 4901 9786 15008 24336 39238 51880 58394 61581 61581 4 0 0 128 317 524 750 1192 2235 2885 2998 2998 5 79 121 270 368 450 602 702 1143 1155 1279 1279 6 64 260 355 514 907 1291 1759 2080 2081 2760 2760 7 126 190 579 1028 1391 1958 2327 2386 2710 2710 8 205 761 1964 4629 10299 19206 26846 37353 41782 41782 9 146 170 309 538 1294 3780 5916 9668 11511 11511 10 0 129 635 2912 5386 10974 16808 25485 26643 26643 11 2746 4326 8207 16030 27922 39763 51551 60393 62116 62116 12 266 458 976 2087 2997 3830 3836 4218 4836 4836 13 0 0 66 265 332 452 555 679 679 14 258 569 1693 3177 4370 4528 5132 5527 5527 15 332 560 692 912 974 1024 1024 1068 1068 16 1914 3479 5200 8301 8901 9456 9456 17 201 201 201 201 326 390 390 18 4423 7184 12350 21625 33450 33450 19 4106 6241 10872 17760 26269 26269 20 1589 2664 3969 6556 8916 8916 16826 28594 50382 91458 142301 113025 140922 188497 218257 88561 90824 97066 339456 181660 260141 266978 304012 323914 333214 339456

24 Rozdział 1. Systemy utrzymania nawierzchni kolejowej zakresów V min V max zostały w tabeli 1.2 zacieniowane). Na podstawie tych dwóch prędkości można zatem określić nie tylko maksymalne, ale i minimalne potrzeby naprawcze. W sytuacji, gdy przydzielony potencjał nie wystarcza na zaspokojenie nawet potrzeb minimalnych, należy ponownie przeanalizować warunki eksploatacyjne na wszystkich liniach, jednak w taki sposób, żeby uniknąć zamknięcia ruchu na którejkolwiek z nich. W wynikach otrzymanych w pracy [19] za pomocą przedstawionych wyżej metod uwagę zwracają następujące fakty: bardzo podobna łączna długość odcinków, na których trzeba wprowadzić ograniczenia prędkości, co wynika z różnicy między potencjałem naprawczym wymaganym a otrzymanym do dyspozycji; zmienne miejsca wprowadzenia ograniczeń na poszczególnych liniach; trudności w uzyskaniu zadowalających wyników przy wykorzystaniu metody optymalizacji; bardzo nieznaczne obniżenie prędkości średniej na wszystkich badanych liniach traktowanych łącznie (tabela 1.3); objęcie naprawami wszystkich linii wymagających remontów; wprowadzenie ograniczeń prędkości jedynie na czterech liniach najniższej kategorii. Tabela 1.3. Średnie prędkości dopuszczalne możliwe do uzyskania na analizowanych liniach po przeprowadzeniu napraw w warunkach ograniczonego potencjału. Obowiązująca początkowa średnia prędkość eksploatacyjna wynosi 113,33 km/h. Metoda planowania napraw bieżących Średnia prędkość [km/h] Planowanie wg wariantu I 110,09 Planowanie wg wariantu II 108,08 Planowanie wg wariantu III 109,08 1.5. Rola diagnostyki geometrii toru w diagnostycznym systemie planowania napraw Ponieważ w ramach naprawy bieżącej regulowany jest głównie układ toru w planie i profilu, jest rzeczą zrozumiałą, że w diagnostycznym systemie planowania napraw szczególnej roli nabiera diagnostyka geometrii toru. W drodze kolejowej występuje szczególny układ koło szyna, ściśle wiążący pojazd szynowy z torem, po którym się on porusza. Z tego względu położenie toków szynowych ma bezpośredni wpływ na oddziaływania dynamiczne powstające w pojeździe szynowym [48, 79, 80].

1.5. Rola diagnostyki geometrii toru w diagnostycznym... 25 Położenie toru kolejowego w przestrzeni trójwymiarowej można zdefiniować za pomocą kilku podstawowych elementów określających jego geometrię. Należą do nich: plan linii kolejowej, na który składają się odcinki toru o stałej krzywiźnie proste (na których długości krzywizna k = 0) i łuki poziome (gdzie k = 1 /R) oraz łączące je odcinki o zmiennej krzywiźnie, tzw. krzywe przejściowe; profil podłużny, definiujący wysokościowy przebieg linii kolejowej, na który składają się odcinki o stałym pochyleniu oraz łączące je łuki pionowe; wzajemne położenie wysokościowe względem siebie dwóch tworzących tor toków szynowych, które na prostych muszą znajdować się na tej samej wysokości, natomiast w łukach poziomych mogą znajdować się na wysokościach różnych tok zewnętrzny może leżeć wyżej od toku wewnętrznego, tworząc tzw. przechyłkę; dodatkowo musi być zapewnione łagodne przejście między torem bez przechyłki (na prostej) a torem z przechyłką (w łuku poziomym), co wykonuje się za pomocą ramp przechyłkowych, położonych zasadniczo w tych samych miejscach toru co krzywe przejściowe. Wszystkie te elementy składają się na makrogeometrię toru kolejowego, wyrażającą pewien idealny przebieg toru w przestrzeni trójwymiarowej. W praktyce z takim doskonałym kształtem linii nigdy nie mamy do czynienia. Położenie toków szynowych, a więc elementów wymuszających ruch pojazdów szynowych po określonej trajektorii, oscyluje w pobliżu linii wyznaczonej przez makrogeometrię toru tworząc jego mikrogeometrię [21]. Ilustruje to rysunek 1.4. Na wspomniane zjawisko składają się takie czynniki, jak: R=R2 makrogeometria R=R4 mikrogeometria R=R3 R=R5 R=R6 R= R=R1 Rysunek 1.4. Makrogeometria i mikrogeometria toru kolejowego na przykładzie jego położenia w planie

26 Rozdział 1. Systemy utrzymania nawierzchni kolejowej złożoność konstrukcji nawierzchni kolejowej; dokładność jej tyczenia i jakość wykonania; zmienność jej kształtu w czasie. Złożoność nawierzchni kolejowej wynika z dużej liczby tworzących ją części oraz różnorodności materiałów stosowanych do jej wykonania [15]. Spotykamy tu różne elementy stalowe (szyny, elementy przytwierdzeń, czasem podkłady), drewniane, betonowe (podkłady), kruszywo kamienne (podsypkę) czy elementy wykonane z tworzyw sztucznych (części przytwierdzeń). Przykładowo, klasyczne przytwierdzenie typu K szyny do podkładu drewnianego składa się (nie licząc samej szyny i podkładu) z 14 różnych elementów. Precyzja tyczenia zależy od dokładności stosowanych przyrządów geodezyjnych. Dokładność wykonania jest wypadkową tolerancji wymiarów poszczególnych elementów nawierzchni, możliwości technicznych maszyn wykorzystywanych przy budowie toru kolejowego oraz kwalifikacji obsługującego je personelu. Wreszcie zmienność kształtu nawierzchni kolejowej w czasie wynika z wpływu czynników atmosferycznych oraz faktu jej dynamicznego obciążania ruchem poruszających się po niej pojazdów szynowych oraz przenoszenia tychże obciążeń na grunt za pośrednictwem szyn, przytwierdzeń i podkładów ułożonych na podsypce tłuczniowej, która pod wpływem tych oddziaływań ulega rozdrobnieniu oraz deformacji. Przykładem szkodliwych następstw mikrogeometrii toru może być wpływ nierówności toków szynowych w płaszczyźnie poziomej na przyspieszenia dośrodkowe działające na poruszający się po torze pojazd (rysunek 1.5). Przy ruchu pojazdu ze stałą prędkością v po linii idealnie prostej przyspieszenie dośrodkowe działające na pojazd szynowy wynosi 0. Jeżeli jednak uwzględnimy, że w torze istnieją nierówności poziome, które możemy przedstawić jako ciąg krótkich krzywych przejściowych o parametrach przypadkowych w sensie statystycznym [21], to okaże się, że w każdej chwili w pojeździe istnieje przyspieszenie dośrodkowe o wartości a n = v2 R n (1.2) Te dodatkowe oddziaływania na niektórych odcinkach toru kumulują się z wartościami w danych warunkach normalnymi. Przykładowo, przedstawione wyżej przyspieszenie na długości łuku kołowego o promieniu R będzie się kumulować z normalnie występującym w takim wypadku przyspieszeniem gdzie: a a = v2 R g s h (1.3) przyspieszenie działające w pojeździe szynowym równoległe do podłogi wagonu;

1.5. Rola diagnostyki geometrii toru w diagnostycznym... 27 R1 R2 a 1 a 2 Rysunek 1.5. Wpływ mikrogeometrii toru na przyspieszenia działające w pojeździe szynowym poruszającym się po linii prostej v szybkość pojazdu; R promień łuku; g przyspieszenie ziemskie; s rozstaw szyn; h przechyłka toru w łuku. Dla prawidłowej i bezpiecznej eksploatacji linii kolejowej niezbędne jest utrzymanie tego oraz pozostałych parametrów kinematycznych (szybkości przyrostu przyspieszenia, szybkości podnoszenia się koła po szynie) w dopuszczalnych granicach [48], co jest równoznaczne z utrzymaniem w pewnych dopuszczalnych granicach niemożliwych do uniknięcia nierówności o charakterze mikrogeometrycznym. Aby stwierdzić, czy dopuszczalne tolerancje nie są przekroczone, konieczne jest wykonanie pomiarów pozwalających zdiagnozować stan geometrii toru, a więc odpowiedzieć na pytanie, jak duże są odchylenia rzeczywistego kształtu toków szynowych od położenia idealnego wynikającego z zaprojektowanej makrogeometrii toru. Tej odpowiedzi dostarczają nam pomiary kilku prostych parametrów geometrycznych: pomiar szerokości toru; pomiar nierówności pionowych (dołków) obu toków szynowych wykonywany jako pomiar strzałek pionowych na bazie o określonej długości; pomiar nierówności poziomych (krzywizn) w obu tokach szynowych realizowany za pomocą pomiaru strzałek poziomych na bazie o określonej długości;

28 Rozdział 1. Systemy utrzymania nawierzchni kolejowej pomiar przechyłki czyli różnicy wysokości toków szynowych w przekroju poprzecznym; pomiar wichrowatości toru, czyli różnicy przechyłek toru na długości określonej bazy pomiarowej. W diagnostyce tych parametrów posługujemy się kilkoma podstawowymi narzędziami pomiarowymi: wagonami pomiarowymi, służącymi do pomiaru przyspieszeń; wagonami (drezynami) pomiarowymi, mierzącymi nierówności toków szynowych oraz szerokość toru; toromierzami mikroprocesorowymi, również mierzącymi nierówności toków szynowych oraz szerokość toru. Obecnie panuje tendencja do łączenia funkcjonalności dwóch pierwszych rodzajów narzędzi w jednym pojeździe pomiarowym [3, 4, 27, 44, 59, 73, 81]. Wagony (drezyny) pomiarowe oraz toromierze mikroprocesorowe różnią się przede wszystkim szybkością wykonywania pomiaru, a co za tym idzie długością toru, jaki może być przebadany w jednostce czasu. Toromierze są przesuwane po torze ręcznie, stąd prędkość jazdy pomiarowej w ich przypadku jest równa szybkości marszu operatora. Natomiast nowoczesne wagony pomiarowe diagnozują tor z prędkościami przekraczającymi 200 km/h. Druga istotna niezgodność, o której nie należy zapominać, wynika z różnicy ciężaru między wagonem pomiarowym a toromierzem mikroprocesorowym. Wyniki pomiaru toromierzem odzwierciedlają geometrię toru w stanie praktycznie nieobciążonym. Natomiast w wyniku pomiaru wykonanego za pomocą drezyny pomiarowej otrzymujemy obraz stanu toru pod obciążeniem. Tor zaś pod wpływem oddziaływań dynamicznych od kół pojazdu może się np. uginać z powodu istnienia pustych miejsc pod podkładami. Właśnie dlatego w procesie diagnostycznym nie należy bezpośrednio porównywać wyników pomiaru tego samego odcinka toru wykonanego za pomocą drezyny pomiarowej i toromierza [15]. 1.6. Sprzęt stosowany w diagnostyce geometrii nawierzchni kolejowej Diagnostyka geometrii toru kolejowego realizowana na potrzeby systemu diagnostycznego wymaga sprzętu dostarczającego nie tylko danych pomiarowych w czasie rzeczywistym (tzn. do bezpośredniego odczytu i analizy podczas trwania pomiaru), ale także zapewniającego magazynowanie i przechowywanie wyników w postaci elektronicznej, możliwej do wykorzystania w późniejszym terminie. Istotna jest też możliwość uzyskania informacji o badanych parametrach w postaci wykresów i czytelnych raportów. Osiągnięcie tego celu wymaga:

1.6. Sprzęt stosowany w diagnostyce geometrii nawierzchni kolejowej 29 wykonywania pomiarów w sposób automatyczny podczas przesuwania przyrządu pomiarowego po torze, przy czym kolejne pomiary muszą być wykonywane w stałych, niewielkich odległościach od siebie (np. co 0,25 m); rejestrowania drogi przebytej przez przyrząd pomiarowy; automatycznego rejestrowania wyników pomiarów na nośniku magnetycznym; zapewnienia możliwości przekazania zarejestrowanych wyników do urządzeń zewnętrznych (w trakcie wykonywania pomiaru lub po jego zakończeniu); wyposażenia urządzeń pomiarowych w specjalistyczne, dedykowane oprogramowanie, umożliwiające wszechstronną analizę danych i prezentację wyników bezpośrednio w trakcie pomiaru (ang. real time processing) lub po jego zakończeniu (ang. post processing). Najprostszy i najlżejszy sprzęt tego typu stanowią toromierze elektroniczne. Są to składane urządzenia przenośne, które w położeniu transportowym mogą być przenoszone przez jednego człowieka, a na większe odległości przewożone za pomocą samochodu osobowego. Dostępne na rynku krajowym i zagranicznym modele różnych producentów mają kilka cech wspólnych, z których wymienić należy przede wszystkim: ręczne przesuwanie przyrządu po torze podczas pomiaru; niewielką wagę (kilkanaście kilogramów) oraz rozmiary; możliwość łatwego złożenia do transportu, rozłożenia w celu wykonania pomiaru oraz zdjęcia z toru np. w celu przepuszczenia nadjeżdżającego pociągu; wielowariantowość wykonania i wyposażenia, umożliwiająca wykonywanie pomiarów różnych parametrów geometrycznych w torach o różnej szerokości, w torach z zainstalowaną tzw. trzecią szyną (trakcyjną) oraz w rozjazdach; niewielki zasięg wykonywanych pomiarów (od kilku do kilkunastu kilometrów dziennie) limitowany pojemnością baterii zasilającej aparaturę pomiarowo-rejestrującą, szybkością poruszania się operatora (3 5 km/h) oraz natężeniem ruchu kolejowego na badanym odcinku toru (przy dużym natężeniu ruchu operator zmuszony jest do częstego przerywania pomiaru i usuwania przyrządu z toru). Przykład konstrukcji zagranicznej może stanowić rodzina toromierzy GXT firmy Geismar [61] (rysunek 1.6). Najlepiej spośród nich wyposażony model umożliwia między innymi: nieprzerwaną pracę przez 3,5 godziny bez wymiany baterii; natychmiastową prezentację wykresów mierzonych parametrów wykonywaną za pomocą rejestratora na papierze termicznym; drukowanie pomiarów na długości 12 km bez uzupełniania papieru w rejestratorze; oznaczanie na wykresach przebytych podczas pomiarów odległości (znakowanych co 1 m i co 10 m);

30 Rozdział 1. Systemy utrzymania nawierzchni kolejowej Rysunek 1.6. Toromierz elektroniczny GXT podczas wykonywania pomiarów [61] o o o dodatkowe ręczne oznaczanie przez operatora wydarzeń w torze; nagrywanie otrzymywanych podczas pomiarów wyników na karty pamięci zgodne ze standardem PCMCIA dla transmisji danych na komputery osobiste klasy PC; rejestrowanie prześwitu, przechyłki, wichrowatości toru na bazie 3 m (obliczanej) oraz nierówności pionowych na cięciwie 1,5 m dla lewego toku szynowego. Na rysunku 1.7 przedstawiono fragment wydruku parametrów geometrycznych pomierzonych za pomocą toromierza GXT (patrząc od dołu: prześwitu, przebytej drogi, przechyłki oraz wichrowatości). Zdecydowanie większe możliwości analizy i prezentacji wyników pomiarów uzyskanych z toromierza elektronicznego można uzyskać dzieląc jego funkcjonalność pomiarowo-analityczną na dwa moduły: o o właściwy toromierz, służący wyłącznie do wykonywania pomiarów i gromadzenia ich wyników w postaci elektronicznej (ang. hardware); dedykowane oprogramowanie instalowane na komputerze klasy IBM PC, umożliwiające wszechstronną obróbkę danych otrzymanych z toromierza (ang. software). Takie podejście do zagadnienia jest stosowane w Polsce i zaowocowało kilkoma zaawansowanymi technicznie rozwiązaniami. Pierwsze z nich to toromierz TEC-1435 produkcji P.U.T. GRAW (rysunek 1.8) [43]. Jego cechy charakterystyczne to: o elementy pomiarowe składające się z czujników indukcyjnych przemieszczeń liniowych do pomiaru szerokości, nierówności pionowych i poziomych oraz z poziomicy elektronicznej do pomiaru przechyłki;

1.6. Sprzęt stosowany w diagnostyce geometrii nawierzchni kolejowej 31 Rysunek 1.7. Przykład wyników zarejestrowanych za pomocą toromierza GXT [61] Rysunek 1.8. Toromierz TEC-1435 przygotowany do prowadzenia pomiarów [43]

32 Rozdział 1. Systemy utrzymania nawierzchni kolejowej realizowanie pomiarów w funkcji drogi z rozdzielczością 0,5 m; wyświetlanie bieżących wartości mierzonych parametrów oraz przebytej drogi na wyświetlaczu alfanumerycznym; wykonywanie pomiarów wszystkich parametrów geometrycznych opisujących stan toru (szerokości, przechyłki, wichrowatości obliczanej na bazie 5 m, gradientu szerokości oraz nierówności toru w płaszczyźnie pionowej i poziomej mierzonych na bazie 1 m); rejestrowanie za pomocą klawiatury piętnastu różnych informacji o torze i towarzyszących mu urządzeniach; Przeglądanie, analiza i wydruk raportów sporządzonych na podstawie zebranych wyników pomiarów możliwe jest za pośrednictwem specjalnie opracowanego programu uruchamianego na komputerze klasy IBM PC (dane pomiarowe są przenoszone z toromierza do komputera za pomocą standardowego łącza transmisji szeregowej RS232). Możliwości tego programu są bardzo duże i obejmują: definiowanie i umieszczanie na wykresach informacji o dopuszczalnych wartościach parametrów geometrycznych, dzięki czemu można łatwo zlokalizować miejsca ich przekroczenia (na rysunku 1.9 wartości dopuszczalne są oznaczone kolorem czerwonym); możliwość przeliczania nierówności pionowych i poziomych (mierzonych przez toromierz na bazie 1 m) na inną bazę pomiarową wybraną z zakresu 1 50 m; wprowadzenia korekty poziomu zerowego dla nierówności poziomych, dzięki czemu dla przebiegów zarejestrowanych na prostych odcinkach toru można uzyskać przebieg wykresu nierówności poziomych w sąsiedztwie linii zerowej; uzyskanie syntetycznej oceny stanu toru w postaci wartości odchyleń standardowych wszystkich mierzonych parametrów, syntetycznego wskaźnika stanu toru J, wadliwości oraz wadliwości pięcioelementowej (rysunek 1.10); wyłączanie (maskowanie) z analizy syntetycznej usterek w torze powodujących zniekształcenie wyników obliczeń (np. pomiarów w miejscach styków szynowych); możliwość zapisania wyników pomiarów w formacie arkusza kalkulacyjnego, programu SOHRON lub w pliku tekstowym; możliwość drukowania wyników pomiarów oraz ich oceny syntetycznej w formie konfigurowalnych raportów i wykresów. Inne urządzenie krajowej produkcji i podobnej klasy to toromierz LASER- TOR XTL 2, firmy PROVENTUS Sp. z o.o. W odróżnieniu od dotychczas omawianych konstrukcji jego system pomiarowy działa w oparciu o emitowaną wiązkę światła laserowego [68]. Także jego oprogramowanie ma większe możliwości i jest dostarczane w dwóch wariantach LASERTOR Lite oraz LASERTOR Pro. W wersji bardziej rozbudowanej (Pro) umożliwia ono:

1.6. Sprzęt stosowany w diagnostyce geometrii nawierzchni kolejowej 33 Rysunek 1.9. Przykładowe wykresy parametrów geometrycznych toru otrzymane za pomocą dedykowanego programu obsługującego toromierz TEC-1435 [43]

34 Rozdział 1. Systemy utrzymania nawierzchni kolejowej Rysunek 1.10. Prezentacja wyników analizy syntetycznej w oknie programu analizującego wyniki pomiarów toromierza TEC-1435 [43] import danych z wszystkich produkowanych w Polsce toromierzy elektronicznych oraz z drezyny pomiarowej EM-120; przechowywanie wyników w sieciowej, relacyjnej bazie danych; wizualizację danych w formie graficznej i tekstowej; wyświetlanie informacji o zdarzeniach, usterkach i wskaźnikach syntetycznych bezpośrednio na wykresie; wyznaczanie promieni łuków toru na podstawie pomiaru strzałek; dynamiczne obliczanie wskaźników syntetycznych; wyznaczanie niwelety i jej punktów załomu; analizowanie zmian parametrów w czasie; dodawanie komentarzy do raportów z wynikami pomiarów; generowanie konfigurowalnych w szerokim zakresie wydruków; łatwą rozbudowę funkcjonalności oprogramowania za pomocą mechanizmu modułów zewnętrznych, tzw. wtyczek (ang. plug-in). Możliwości prezentacji danych pomiarowych oferowane przez program LA- SERTOR przedstawiono na rysunku 1.11. Innym niezwykle ciekawym urządzeniem podobnej klasy jest prezentowany także w Polsce TQM (ang. Track Quality Measurements) [54, 51, 53] (rysunek 1.12). Konstrukcyjnie jest on bardzo zbliżony do toromierzy elektronicznych, ma jednak jedną cechę zdecydowanie go wyróżniającą. Dokonując pomiaru z niewielką prędkością, w sposób bezpośredni i w oparciu o bazy krótkie o długościach rzędu 1 4 metrów, dokonuje on programowej emulacji wyników otrzymywanych z wagonu pomiarowego HSTRC, stanowiącego standard oceny jakości toru na kolejach brytyjskich [54]. Import i analizę danych uzyskanych za pomocą toromierza TEC-1435 umożliwia także program LASERTOR Lite.

1.6. Sprzęt stosowany w diagnostyce geometrii nawierzchni kolejowej 35 Rysunek 1.11. Prezentacja wyników pomiarów uzyskanych z toromierza LASERTOR XTL za pomocą programu LASERTOR Lite [68] Rysunek 1.12. Przyrząd pomiarowy TQM [54]

36 Rozdział 1. Systemy utrzymania nawierzchni kolejowej Infrastructure Testing (TQM Trolley) TRACK QUALITY REPORT Good/Satis/Poor/VPoor/Unsafe DATE : 12/12/2003 @ 13:51:04 FILE : C:\Private\Doktorat\Porównanie\Paragraf 15\Szybki wagon pomiarowy\sun31 od 77 metrów ELR : ---- Track : DOWN LINE Mile / Eighth!TW3M Ex!LTOP E+ E-!RTOP E+ E-!WT35 E+ E-!AL35 Ex!GAUG E+ E-!MT70!AL70! MPH ------------------------------------------------------------------------------------------------ 0/1-0/2! 12 0! 16 0 0! 17 0 0! 18 0 0! 8 0!1433 0 4! 24! 12! 110 0/2-0/3! 6 0! 8 0 0! 9 0 0! 10 0 0! 7 0!1434 0 1! 11! 15! 110 0/3-0/4! 22 0! 11 0 0! 13 0 0! 14 0 0! 5 0!1436 0 0! 18! 10! 110 0/4-0/5! 11 0! 10 0 0! 10 0 0! 12 0 0! 5 0!1433 0 6! 16! 8! 110 0/5-0/6! 9 0! 7 0 0! 8 0 0! 9 0 0! 4 0!1433 0 6! 10! 6! 110 0/6-0/7! 12 0! 8 0 0! 10 0 0! 11 0 0! 5 0!1433 0 6! 13! 10! 110 0/7-1/0! 15 0! 7 0 0! 9 0 0! 9 0 0! 4 0!1432 0 16! 10! 7! 110 1/0-1/1! 8 0! 9 0 0! 9 0 0! 10 0 0! 5 0!1433 0 9! 14! 10! 110 1/1-1/2! 16 0! 14 0 0! 13 0 0! 16 0 0! 6 0!1433 0 6! 18! 18! 110 1/2-1/3! 9 0! 9 0 0! 11 0 0! 12 0 0! 8 0!1432 0 21! 16! 13! 110 1/3-1/4! 12 0! 13 0 0! 12 0 0! 15 0 0! 4 0!1432 0 16! 17! 6! 110 1/4-1/5! 16 0! 18 2 0! 15 0 0! 20 2 0! 10 0!1431 0 22! 30! 18! 110 1/5-1/6! 16 0! 11 0 0! 13 0 0! 15 0 0! 6 0!1432 0 17! 18! 22! 110 1/6-1/7! 14 0! 13 0 0! 15 1 0! 16 1 0! 7 0!1433 0 11! 24! 13! 110 Rysunek 1.13. Widok wydruku odchyleń standardowe parametrów geometrycznych pomierzonych za pomocą systemu TQM [54] TQM wykonuje pomiary w odstępach 0,10, 0,20, 0,25, 0,50 lub 1,00 mm, mierząc nierówności pionowe i poziome, przechyłkę, wichrowatość, szerokość toru oraz przebytą odległość. Nierówności pionowe i poziome oraz wichrowatość mierzone są wymiennymi długościami cięciw 1, 2, 2,5 i 3 m. Dodatkowo jak wspomniano dokonywana jest również emulacja systemu HSTRC. Wszystkie zasadnicze parametry toru, włącznie z przygotowanymi sprawozdaniami zawierającymi wykaz przekroczonych odchyłek dopuszczalnych oraz obrazy graficzne danych, są dokładnie tego samego formatu, jaki otrzymuje się z pomiaru wagonem HSTRC. Są to między innymi: nierówności poziome i pionowe odniesione do cięciwy 35 i 70 m; szerokość toru; przechyłka oraz wichrowatość (na bazie 3 m); odchylenia standardowe mierzonych parametrów (rysunek 1.13); wykazy przekroczonych odchyłek dopuszczalnych. Przy projektowaniu i budowie urządzenia przyjęto założenie, że wyniki pomiaru systemem TQM, jako narzędzia służącego do oceny stanu jakości torów kolejowych, powinny odpowiadać wynikom pomiarowym obowiązującego w Wielkiej Brytanii standardu, czyli wynikom uzyskanym z pomiaru wagonem HSTRC.

1.7. Oprogramowanie stosowane w Polsce do wspomagania... 37 Wszystkie przedstawione dotychczas systemy pomiarowe charakteryzują się jedną wspólną cechą dzienną wydajnością pomiarów liczoną w kilometrach. Są to więc przyrządy bardzo przydatne przy pomiarach uzupełniających na krótkich odcinkach toru, np. w miejscach gdzie zaobserwowano szybkie narastanie deformacji toru, w metrze, na stacjach czy podczas ekspertyz powypadkowych. Nie nadają się one jednak zupełnie do badania całych linii kolejowych. Gdy zachodzi potrzeba pomiarów geometrii w skali sieci kolejowej, wtedy niezastąpione okazują się wagony pomiarowe, w Polsce nazywane zwyczajowo drezynami pomiarowymi. Dedykowane oprogramowanie umożliwia najczęściej wykonanie pełnej analizy danych z bieżącego pomiaru w czasie rzeczywistym, a w najnowszych rozwiązaniach także wykonywaną po zakończeniu bieżącego pomiaru analizę obrazowo-porównawczą z pomiarami archiwalnymi. Dostarczane jest również dodatkowe oprogramowanie analizujące dane nie tylko z wagonów pomiarowych, ale i z innych przyrządów, wspomagające podejmowanie decyzji o naprawach na wyższych szczeblach zarządzania. Wspólną cechą charakterystyczną tych wagonów pomiarowych jest skoncentrowanie całego systemu pomiarowego, rejestrującego i przetwarzającego dane w jednym samowystarczalnym pojeździe wyposażonym w środki łączności i zaplecze socjalne dla załogi, posiadającym własny napęd i mogącym poruszać się z prędkościami 60 260 km/h. Ten typ urządzeń pomiarowych jest w Polsce bardzo dobrze znany, gdyż na PKP od kilkunastu lat eksploatowane są dwie drezyny EM-120 wyprodukowane przez firmę Plasser & Theurer. Sposób wykonywania pomiarów przez drezyny tego typu, mierzone parametry toru oraz oprogramowanie służące do analizy zebranych danych są szczególnym przedmiotem zainteresowania niniejszej pracy i zostały omówione w jej dalszej części. Tu wypada jedynie zwrócić uwagę na fakt, że pojazd wyprodukowany przez tego samego producenta i o bardzo podobnej nazwie EM-SAT 120 nie jest bynajmniej zmodernizowaną drezyną EM-120 wyposażoną w system nawigacji satelitarnej. Jego przeznaczenie jest zupełnie inne, o czym najlepiej świadczy fakt, że podczas wykonywania pomiarów porusza się on z prędkością ok. 5 8 km/h. Opis zastosowania EM-SAT 120 można znaleźć np. w pracach [32, 52, 59]. 1.7. Oprogramowanie stosowane w Polsce do wspomagania planowania napraw bieżących Liczba prostych, samodzielnych programów, jak i rozbudowanych, wielomodułowych systemów komputerowych służących do wspomagania podejmowania decyzji w drogach kolejowych jest bardzo duża i dotyczy różnych aspektów jej funkcjonowania. Charakterystykę oprogramowania wspomagającego planowanie napraw można znaleźć m.in. w pracach [2, 9, 15]. Poniżej ograniczono się do krót-

38 Rozdział 1. Systemy utrzymania nawierzchni kolejowej kiej charakterystyki oprogramowania znajdującego zastosowanie w planowaniu napraw bieżących, zaprojektowanego i wdrożonego w Polsce. KLAN jest systemem wspomagającym klasyfikację torów i rozdział nakładów na utrzymanie nawierzchni kolejowej. Jego przydatność w procesie planowania napraw bieżących wynika z jednego ze wspomnianych w rozdziale 1.3 warunków niezbędnych do wdrożenia diagnostycznego systemu utrzymania wprowadzenia podziału linii kolejowych na kategorie zależne od warunków użytkowania linii. Poza tym klasyfikacja obowiązująca w chwili implementacji programu była przestarzała i np. nie uwzględniała pełnej skali prędkości pociągów [9]. System UNIP [9, 15] wspomaga ustalanie dopuszczalnych nacisków osi taboru i maksymalnych prędkości na liniach kolejowych. Generowane przez program wnioski są podejmowane na podstawie analizy danych o warunkach eksploatacyjnych (zakładana prędkość maksymalna, klasa i rodzaj toru, jego układ geometryczny), cechach konstrukcyjnych toru (szynach, podkładach, podsypce i gruncie podtorza) oraz stanie utrzymania nawierzchni (informacje uzyskiwane z drezyny pomiarowej EM-120). Wyniki przedstawiają nie tylko maksymalną dopuszczalną prędkość przy założonych naciskach osiowych, ale informują także o przyczynie jej wyznaczenia. Dzięki temu, gdy program sugeruje ograniczenie prędkości można stwierdzić, który z elementów nawierzchni wymaga poprawy w celu usunięcia przyczyny ograniczenia. W warunkach deficytu potencjału naprawczego ważne jest nie tylko jego racjonalne wykorzystanie, ale również wydłużenie okresów między kolejnymi remontami bieżącymi. Można to uzyskać przez zapewnienie możliwie najwyższej jakości prowadzonych w torze prac. System JAKON służy właśnie do oceny jakości m.in. napraw bieżących o charakterze ciągłym w torach, a ponadto robót przy wymianie rozjazdów i skrzyżowań torów. Pomaga także ustalić prędkość pierwszego pociągu po otwarciu toru, co także jest pewnym miernikiem jakości prac jeszcze nie do końca wykonanych. System KOMPLAN służy do wspomagania planowania napraw bieżących toru przez wskazanie lokalizacji, w jakich te naprawy powinny zostać wykonane. Decyzje podejmuje na podstawie danych uzyskanych bezpośrednio z drezyny EM-120. Czytelne rozdzielenie usterek położonych w torze oraz w rozjazdach ułatwia wybór maszyn, jakie powinny pracować na poszczególnych fragmentach toru. Graficzna prezentacja lokalizacji usterek oraz ich wielkości pomaga także zadecydować, które usterki powinny zostać usunięte za pomocą maszyn torowych, a które za pomocą sprzętu zmechanizowanego [10, 60]. Podobne jest przeznaczenie systemu GeoTEC, który należy uznać za rozwinięcie systemu KOMPLAN. Zakres analizowanych danych także uzyskiwanych bezpośrednio z drezyny EM-120 jest większy, a spektrum analizy statystycznej wyników pomiarów szersze. Najważniejszą jednak innowacją jest Dwa z tych systemów KOMPLAN oraz GeoTEC omówiono szczegółowo w dalszej części niniejszej rozprawy.

1.8. Przykłady oprogramowania wykorzystywanego... 39 przechowywanie wyników pomiarów w bazie danych. Dzięki temu można gromadzić i porównywać ze sobą rezultaty kilku kolejnych pomiarów wykonanych na tym samym fragmencie toru [35, 40, 41, 42, 63, 64]. System geometryczno-kinematycznej oceny stanu toru SOHRON umożliwia z kolei gromadzenie i analizę wyników pomiarów wykonywanych przez toromierze mikroprocesorowe. Zakres jego możliwości obejmuje ocenę stanu toru wspomagającą planowanie lokalizacji i kolejności wykonania remontów, określanie dopuszczalnych prędkości pociągów ze względu na geometryczny stan nawierzchni, syntetyzowanie wyników pomiarów do celów planowania napraw w skali regionów sieci kolejowej oraz śledzenie zmian zachodzących w torze na podstawie porównywania wyników maksymalnie pięciu kolejnych pomiarów przeprowadzonych na tym samym odcinku toru. Niektóre moduły systemu umożliwiają przekazywanie wyników do systemu oceny jakości robót nawierzchniowych JAKON [15]. Wymienione wyżej programy, jak też używane w kraju systemy wspomagające decyzje w innych dziedzinach utrzymania nawierzchni kolejowej, mimo że często bardzo zaawansowane od strony merytorycznej i analitycznej, oraz generujące wartościowe konkluzje, mają kilka wspólnych słabych punktów: zostały przygotowane w różnych okresach czasu i dla różnych systemów operacyjnych; dane oraz wyniki działań zapisują w różnych formatach, niezgodnych z istniejącymi, uznanymi standardami gromadzenia i wymiany danych; implementowane przez różne osoby i w różnych okresach czasu charakteryzują się często mało intuicyjnymi interfejsami użytkownika, niezgodnymi z obowiązującymi obecnie standardami, w niektórych wypadkach wręcz przestarzałymi; nie istnieje żaden zespół zajmujący się profesjonalną konserwacją i rozwojem tych programów. 1.8. Przykłady oprogramowania wykorzystywanego w eksploatowanych na świecie diagnostycznych systemach utrzymania nawierzchni 1.8.1. PATER System ekspercki PATER został wdrożony na kolejach węgierskich w latach 90. XX w. Powstał on na podstawie przedstawionej w pracy [88] koncepcji diagnostycznej metody utrzymania toru. W celu realizacji tej metody w systemie przewidziano: Nazwa jest akronimem węgierskiego określenia Pályafenntertási Tervezö Rendszer system planowania utrzymania toru.

40 Rozdział 1. Systemy utrzymania nawierzchni kolejowej zakładanie baz danych zawierających dane na temat parametrów technicznych toru; charakteryzowanie bieżącego stanu drogi kolejowej; prognozowanie stanu toru w przyszłości na podstawie obserwowanych w nim zmian; określanie zakresu i lokalizacji niezbędnych prac utrzymaniowo-remontowych; definiowanie warunków ograniczenia prędkości w eksploatowanym torze; kontrolowanie wykonanych w torze prac; planowanie potencjału naprawczego koniecznego do przeprowadzenia niezbędnych prac w torze; generowanie raportów statystycznych. Strukturę systemu PATER przedstawiono na rysunku 1.14. Dane, jakie system musi otrzymać dla prawidłowego działania obejmują rezultaty systematycznych pomiarów stanu toru za pomocą wagonów pomiarowych oraz wyniki obserwacji zebranych podczas pieszych inspekcji, a dotyczących stanu geometrii toru oraz elementów jego konstrukcji. Zaimplementowane w systemie procedury analityczne realizują kilka grup zagadnień. Pierwsza grupa dotyczy aktualnego położenia geometrycznego toru oraz stanu jego poszczególnych elementów konstrukcyjnych. Analiza geometrii wykonywana jest w ujęciu syntetycznym dla odcinków o długości 500 m, jak również w odniesieniu do pojedynczych, występujących lokalnie na tym odcinku usterek. W zależności od wartości jakościowego wskaźnika stanu toru oraz liczby Dane ogólne Podstawowa baza danych Dane dotyczące infrastruktury Dane pozostałe Wyniki przeglądów Dane z systemu PSION Dane diagnostyczne Wyniki pomiarów Nierówności toru Diagnostyka szyn Siły Skrajnia Podtorze Przetwarzanie danych IBM PC Wyniki statystyczne Ocena nierówności toru i elementów konstrukcji Określenie tendencji rozwoju odkształceń i uszkodzeń Ocena uszkodzeń lokalnych Usuwanie uszkodzeń lokalnych Zmiana parametrów eksploatacyjnych Plan napraw - wymiana szyn wskutek uszkodzeń zewnętrznych - wymiana szyn wskutek uszkodzeń wewnętrznych - podbijanie i nasuwanie toru - oczyszczanie podsypki - wymiana podkładów - poprawianie szerokości toru - szlifowanie szyn Naprawa główna Plan rzeczowo-finansowy Rysunek 1.14. Struktura systemu PATER [88]

1.8. Przykłady oprogramowania wykorzystywanego... 41 pojedynczych usterek system proponuje usunięcie lokalnych defektów w torze, regulację toru na całej długości odcinka (obejmującą samo podbijanie i nasuwanie toru lub też wspomniane czynności połączone z oczyszczaniem podsypki) lub ograniczenie prędkości pociągów. Druga grupa zagadnień dotyczy czynności związanych z określeniem stanu elementów konstrukcyjnych nawierzchni przytwierdzeń oraz podkładów. Na podstawie współczynników jakości poszczególnych elementów konstrukcyjnych oraz wartości opracowanego wskaźnika jakościowego proponowana jest wymiana pojedynczych elementów, ciągła wymiana elementów lub kompleksowa naprawa główna toru. Natomiast potrzeby remontowe w odniesieniu do podstawowego elementu nawierzchni kolejowej szyn opracowywane są na podstawie ich zużycia oraz wyników ultradźwiękowych badań defektoskopowych. Możliwe jest także przeprowadzenie jednej z najważniejszych dla zachowania warunków bezpieczeństwa ruchu analiz określenie maksymalnej dopuszczalnej prędkości na danym odcinku linii kolejowej. Niezbędne obliczenia są prowadzone z uwzględnieniem informacji zarówno o stanie geometrii toru, jak i stanie jego elementów konstrukcyjnych. Poza wszechstronnym badaniem bieżącego stanu nawierzchni system PATER umożliwia także analizę zmian stanu geometrycznego oraz konstrukcyjnego nawierzchni w czasie jej eksploatacji. Jest ona wykonywana za pomocą śledzenia zmian wartości wskaźników jakościowych. W wyniku analiz przeprowadzonych przez system PATER otrzymuje się: informacje o aktualnym stanie toru oraz jego charakterystykę statystyczną; przygotowane w kilku wariantach propozycje przeprowadzenia napraw lub wprowadzenia ograniczeń prędkości eksploatacyjnej; dane niezbędne dla planowania napraw i rozdziału posiadanego potencjału naprawczego. 1.8.2. ECOTRACK W latach 90. ubiegłego stulecia Międzynarodowa Unia Kolejowa (ang. International Railway Union UIC) wspólnie z Europejskim Instytutem Badań Kolejowych (ang. European Rail Research ERRI) przy współpracy z większością europejskich zarządów kolejowych opracowały system ekspecki diagnostyki i utrzymania toru ECOTRACK [31, 45]. Procesy ustalania czy, kiedy, gdzie i w jaki sposób interweniować w torze są problemem bardzo złożonym, podobnie jak decydowanie o optymalnym przydziale potencjału naprawczego i minimalizacji kosztów. Między procesami decyzyjnymi dotyczącymi prac remontowych zachodzą bliskie powiązania technicz- Łatwiej jest wymienić kraje europejskie, których zarządy nie uczestniczyły w pracach nad systemem. Są to Irlandia, kraje byłego ZSRR, Bośnia i Hercegowina, Serbia i Czarnogóra, Macedonia oraz Albania. Nazwa systemu to skrót angielskiego terminu ECOnomical TRACK oszczędny tor.

42 Rozdział 1. Systemy utrzymania nawierzchni kolejowej no-ekonomiczne. Decyzje dotyczące planów robót są oparte na dużej ilości informacji technicznych i ekonomicznych, znacznej wiedzy, a przede wszystkim doświadczeniu. Oprogramowanie ECOTRACK ułatwia działowi decyzyjnemu przedsiębiorstwa kolejowego planowanie wydatków oraz konsekwencji finansowych przez rozwiązanie najbardziej skomplikowanego elementu w sekwencji zarządzania infrastrukturą kolejową podejmowania decyzji dotyczących planowania konserwacji, napraw bieżących i napraw głównych nawierzchni kolejowej. Warunkiem niezbędnym do funkcjonowania systemu jest istnienie bazy danych zawierającej kompleksową informację na temat infrastruktury kolejowej i jej stanu nie tylko bieżącą, ale historyczną, tzn. zawierającą dane z wykonywanych w przeszłości pomiarów i obserwacji. Na tej podstawie w programie wykonywane są analizy powiązań pomiędzy miejscowymi warunkami panującymi w torze (np. roczne obciążenie linii, naciski osiowe, prędkości maksymalne pociągów), stanem geometrii toru oraz stanem elementów konstrukcyjnych nawierzchni. Analizowany jest także wpływ na stan toru różnego rodzaju prac remontowych w nim wykonywanych. Powiązania te zostały w fazie implementacji systemu określone mianem reguł. Część z nich reprezentuje procesy zużycia toru, część procesy wymiany, będące konsekwencjami prac remontowych, jeszcze inne reprezentują doświadczenia wynikające z wieloletniej praktyki napraw nawierzchni na różnych europejskich liniach kolejowych. W celu objęcia zakresem funkcjonalnym zadań zarówno planisty jak i dyrektora, układ strukturalny ECOTRACK jest podzielony na pięć głównych funkcji programowych, stopniowo dostarczających coraz bardziej dokładnego widoku modelu funkcjonalnego (rysunek 1.15). Poziom pierwszy to tzw. rozpoznanie wstępne. Na tym etapie dla każdego odcinka toru, w oparciu o reguły decyzyjne, system podejmuje w pełni automatyczną procedurę diagnostyczną opartą na stanie geometrycznym toru, konstrukcji nawierzchni, stanie podtorza i infrastrukturze. Rezultatem są dane na temat podstawowych prac potrzebnych dla właściwego utrzymania każdego komponentu (geometrii, szyn, podkładów, itp.) oraz wykaz dodatkowych informacji o stanie toru, które należy zebrać w celu uzupełnienia bazy wiedzy. Dane te umożliwiają systemowi przeprowadzenie bardziej szczegółowej diagnozy na poziomie drugim i zaproponowanie prac konserwacyjnych. Poziom drugi stanowi tzw. rozpoznanie szczegółowe. Jego działanie jest oparte na danych uzupełniających, które powinien dostarczyć użytkownik, oraz na dodatkowych regułach decyzyjnych. Ta część procedury jest interaktywna. Użytkownik ma możliwość modyfikowania decyzji proponowanych przez system. Wynikiem jej działania jest wstępny plan robót torowych. Poziom trzeci to etap, na którym prace zdefiniowane na poziomie drugim są poddawane w pełni automatycznej analizie spójności miejsca, czasu i rodzaju robót, opartej na zdefiniowanych w programie regułach decyzyjnych. Zaplanowane blisko siebie (w sensie terminu wykonania i lokalizacji) prace tego

1.8. Przykłady oprogramowania wykorzystywanego... 43 WEJŚCIE Poziomy Przetwarzanie WYJŚCIE Topologia Dane techniczne 1 ROZPOZNANIE WSTĘPNE Zapotrzebowanie na dane uzupełniające Stan toru Dodatkowe dane z inspekcji 2 ROZPOZNANIE SZCZEGÓŁOWE Wstępny plan robót REGUŁY W. GRANICZNE Polityka utrzymania i napraw 3 4 SPÓJNOŚĆ miejsca, czasu, rodzaju prac OPTYMALIZACJA przydziału zasobów Ostateczny plan robót utrzymaniowych i naprawczych Kosztorys (możliwe korekty w planie robót) Poziomy 1 2 3 4 5 OGÓLNE ZARZĄDZANIE SIECIĄ Podsumowanie Rysunek 1.15. Model funkcjonalny systemu ECOTRACK [45] samego typu są łączone ze sobą. Łączone są także zaplanowane blisko siebie prace różnych typów, o ile są ze sobą powiązane logicznie, np. wymiana podkładów i przytwierdzeń z wymianą lub czyszczeniem podsypki. W rezultacie powstaje propozycja ostatecznego planu robót utrzymaniowych. Poziom czwarty zajmuje się optymalizacją przydziału potencjału naprawczego i jest realizowany w trybie interaktywnego dialogu człowiek komputer. Następuje na nim oszacowanie kosztów utworzonego na poprzednim etapie planu i optymalizacja prac remontowych na danym torze w perspektywie planowania długoterminowego. Operator programu wybiera najlepsze wyjście zgodnie z praktyką utrzymania i wymiany nawierzchni kolejowej. Poziom piąty zajmujący się ogólnym zarządzanie siecią dostarcza zestawu narzędzi potrzebnych planiście do optymalnego zarządzania pracami konserwacji i wymiany w skali całej sieci kolejowej. Poziom ten zawiera narzędzia systemu zarządzania bazą danych, takie jak tworzenie różnych map tematycznych. Narzędzie to może zostać z powodzeniem wykorzystane do przedstawiania różnych informacji zarówno wyższemu kierownictwu jak i społeczeństwu.

44 Rozdział 1. Systemy utrzymania nawierzchni kolejowej Z dotychczasowych doświadczeń w eksploatacji systemu wynika kilka dodatkowych faktów dotyczących możliwości wykorzystania ECOTRACK. Jakkolwiek nadrzędnym celem systemu pozostaje planowanie napraw toru, to niejako przy okazji skrystalizowały się dodatkowe sposoby użycia. Jednym z nich jest wykorzystanie ECOTRACK w roli narzędzia zarządzania bazą danych o infrastrukturze kolejowej. Jest to związane z tym, że ECOTRACK udziela informacji o stanie, lokalizacji i szczegółowej charakterystyce wszystkich komponentów nawierzchni kolejowej oraz podtorza, warunkach użytkowania linii, historii i planach prac remontowych, wyników pomiarów itp., dostarczając także wszechstronnych statystyk w każdej z wymienionych dziedzin. Nabyte do chwili obecnej doświadczenia z implementacją i użyciem ECO- TRACK wykazały, że program spełnia wszystkie oczekiwania, a na jego konkluzjach można polegać. System powoli zaczyna stawać się najważniejszym oprogramowaniem do planowania konserwacji, regulacji i wymiany torów w Europie. Na dzień dzisiejszy system ECOTRACK jest używany (lub jego używanie jest rozważane) przez dziewięć europejskich zarządów kolejowych. Należy uznać, że obecnie stanowi on najbardziej wszechstronny system tego typu dostępny na rynku. 1.8.3. TrackIT R Przyjmując za kryterium stopień zaawansowania przyrządów pomiarowych wykorzystywanych do zbierania danych na potrzeby systemu utrzymania, za jeden z najnowocześniejszych należy uznać wprowadzany do eksploatacji w USA system TrackIT R [82] (rysunek 1.16). Zawiera on wszystkie narzędzia konieczne do łatwego przeglądania i analizowania danych otrzymywanych w wyniku pomiarów i obserwacji torów w skali całej sieci kolejowej oraz do planowania remontów. Cała komunikacja w ramach systemu realizowana jest przy użyciu protokołu TCP/IP i umożliwia przekazywanie danych z terenu także drogą bezprzewodową. Pod względem programistycznym system działa zgodnie ze sprawdzonymi w sieci Internet standardami jego jądro stanowi baza SQL połączona z serwerem WWW, natomiast klient łączy się z systemem za pomocą przeglądarki internetowej obsługującej język Java [47]. Dane na potrzeby systemu uzyskiwane są za pomocą wagonu pomiarowego T2000 oraz od inspektorów wyposażonych w ręczny sprzęt pomiarowy. Na potrzeby systemu TrackIT R wszyscy inspektorzy zostali wyposażeni w komputery kieszonkowe, na których zainstalowano dedykowane oprogramowanie ułatwiające sporządzanie notatek torowych oraz wprowadzanie wyników pomiarów i obserwacji toru (rysunek 1.17). Cechy systemu zasługujące na szczególną uwagę to: archiwizacja bieżących i wcześniejszych danych z pomiarów torów; przeglądanie i analiza danych pomiarowych oraz na temat infrastruktury; przeglądanie danych archiwalnych (z wcześniejszych pomiarów);

1.8. Przykłady oprogramowania wykorzystywanego... 45 R Rysunek 1.16. Schemat przepływu informacji w systemie TrackIT [82] Rysunek 1.17. Komputer kieszonkowy z oprogramowaniem dedykowanym dla potrzeb R systemu TrackIT [27]

46 Rozdział 1. Systemy utrzymania nawierzchni kolejowej Rysunek 1.18. Interfejs programu zarządzającego bazą danych systemu TrackIT R (aplikacja w języku Java uruchomiona w środowisku przeglądarki internetowej) [27] porównywanie danych z różnych pomiarów; ocena stopnia degradacji nawierzchni i jego narastania w czasie; planowanie prac remontowych; ocena efektywności prac remontowych; tworzenie, aktualizacja i zarządzanie wykresami i raportami opisującymi stan torów. Dodając do tego przyjazny interfejs użytkownika programu zarządzającego systemem, możliwość jego rozbudowy za pomocą mechanizmu tzw. wtyczek oraz zapewnienie dostępu do poszczególnych komponentów systemu za pośrednictwem Internetu otrzymamy pogląd na obecne możliwości i łatwość rozbudowy tego systemu, dzięki któremu można nadzorować wykorzystanie zasobów diagnostycznych oraz potencjału naprawczego w skali całej sieci kolejowej Stanów Zjednoczonych (rysunek 1.18). Głównym źródłem danych dla systemu TrackIT R jest opracowany w USA przy współpracy z firmą Plasser & Theuer wagon pomiarowy T2000 (rysunek 1.19), którego możliwości oraz sposób wykorzystania, przedstawione szczegółowo m.in w [2, 3, 27, 44], zasługują w tym miejscu na krótkie przynajmniej omówienie.

1.8. Przykłady oprogramowania wykorzystywanego... 47 Rysunek 1.19. Wagon pomiarowy T2000 [67] Rysunek 1.20. Sposób zamocowania i efekt pracy systemu VIS zainstalowanego na wagonie pomiarowym T2000 [27] Wagon T2000 wyposażony został w kilka systemów umożliwiających bezkontaktowy pomiar parametrów toru kolejowego. Wszystkie elementy głównego, laserowo-optycznego systemu pomiarowego (tzw. TGMS od ang. Track Geometry Measurement System) zostały zainstalowane na jednej belce umieszczonej poprzecznie do osi toru, 75 mm ponad powierzchnią toczną główki szyny. Cechą wyróżniającą ten system jest jego autonomiczność w razie potrzeby można go z powodzeniem zainstalować pod dowolnym pojazdem szynowym i w ten sposób obserwować zachowanie toru obciążanego przez różne eksploatowane na sieci pojazdy. System mierzy wszystkie parametry niezbędne do zobrazowania przebiegu toru kolejowego w przestrzeni (nierówności pionowe i poziome, krzywiznę, przechyłkę, wichrowatość, szerokość toru) oraz dostarcza danych na temat przekroju poprzecznego szyn i ich zużycia. Oba toki szynowe są podczas jazdy pomiarowej w sposób ciągły filmowane za pomocą specjalnych, szybkobieżnych kamer (system VIS od ang. Visual Inspection System), dostarczając dodatkowych, wizualnych danych umożliwiających precyzyjne określenie charakteru usterki (rysunek 1.20). Aby umożliwić analizę zmian stanu toru po upływie czasu, wagon T2000

48 Rozdział 1. Systemy utrzymania nawierzchni kolejowej Rysunek 1.21. Synchronizacja danych pomiarowych za pomocą programu ATDAS [27] wyposażony jest w oprogramowanie ATDAS (ang. Automated Track Data Alignment System) nakładające aktualnie mierzoną, bieżącą geometrię toru na dane historyczne (archiwalne). Oprogramowanie automatycznie synchronizuje dane metr po metrze i kompensuje przesunięcia na długości mierzonego toru, których występowanie przy nakładaniu danych jest nieuniknione (rysunek 1.21). Lokalizację usterek w torze ułatwia zainstalowany na wagonie różnicowy system nawigacji satelitarnej (ang. Differential GPS Measurement System DGMS) [1]. Poza precyzyjnym ustalaniem lokalizacji defektów w torze i podtorzu za pomocą współrzędnych geograficznych, system ten umożliwia automatyczną identyfikację lokalizacji słupków kilometrowych (a właściwie milowych) na podstawie współrzędnych uzyskanych z GPS i dodaje tę informację do danych pomiarowych. Dodatkowo istnieje możliwość oznaczania zlokalizowanych usterek za pomocą farby wystrzeliwanej na podkłady. Pomaga to zespołom remontowym odnaleźć miejsca wymagające naprawy. Wreszcie traktowany uzupełniająco system RQMS (ang. Ride Quality Measurement System) mierzy przyspieszenia pionowe i poprzeczne w pudle wagonu oraz na obu wózkach, i sprawdza na bieżąco, czy nie przekraczają one ustalonych normatywnie wartości dopuszczalnych. Wyniki pracy systemów pomiarowych są podczas jazdy pomiarowej uzupełniane przez motorniczego i jednego lub dwóch inspektorów, którzy na bieżą-

1.8. Przykłady oprogramowania wykorzystywanego... 49 co wprowadzają do systemu swoje uwagi na temat zaobserwowanych w torze zjawisk. Całość materiału obserwacyjnego jest następnie interpretowana przez analityka nadzorującego pracę systemu komputerowego. Szczegółowy schemat przebiegu analizy danych na pokładzie wagonu T2000 przedstawiono na rysunku 1.22. Cechy charakterystyczne tej analizy to: START NIE NIE NIE NIE Usterka wykryta przez maszynistę? Usterka wykryta przez inspektora? Usterka wykryta przez TGMS? Usterka wykryta przez PRS? Ręczne zapamiętanie obrazu TAK TAK TAK TAK Ręczne zapamiętanie obrazu Automatyczne zapamiętanie obrazu Automatyczne zapamiętanie obrazu Obrazy oczekują w kolejce na sprawdzenie przez analityka NIE Analityk potwierdził wystąpienie usterki? TAK Czy jest potrzebna pilna interwencja? TAK Opatrzenie usterki adnotacją NIE Zakwalifikowanie usterki do odpowiedniej kategorii TAK Czy usterka należy do jednej ze znanych kategorii? NIE Sporządzenie przez analityka dokładnego opisu wykrytej usterki Czy w kolejce oczekują nieprzejrzane usterki? TAK NIE Generowanie raportu KONIEC Rysunek 1.22. Przetwarzania danych w wagonie pomiarowym T2000 [4]

50 Rozdział 1. Systemy utrzymania nawierzchni kolejowej dwustopniowa analiza zdarzeń przez obsługę drezyny wstępne notowanie spostrzeżeń przez maszynistę oraz inspektorów, a następnie powtórna analiza zanotowanych spostrzeżeń przez diagnostę-analityka stale obecnego na pokładzie wagonu; precyzyjne katalogowanie dostrzeżonych usterek z możliwością bieżącego uaktualniania i modyfikacji tegoż katalogu; stała łączność z centralną bazą danych oraz zarządem badanej linii, co umożliwia natychmiastowe reagowanie na zgłaszane potrzeby remontowe. Pod tym pojęciem należy w tym wypadku rozumieć umieszczanie elektronicznych znaczników w pliku z danymi pomiarowymi.

Rozdział 2 Cel i zakres pracy Pomiary realizowane za pomocą przyrządów przedstawionych w poprzednim rozdziale umożliwiają jedynie stwierdzenie bieżącego stanu geometrii toru kolejowego. Na podstawie jednego pomiaru, wykonanego czy to za pomocą prostego toromierza, czy to najbardziej zaawansowanego technicznie wagonu pomiarowego, nie można uzyskać żadnej informacji o zmianach stanu toru zachodzących w czasie jego eksploatacji. Tymczasem jeżeli przeanalizujemy stan nawierzchni od początku jej historii, to jest od chwili jej ułożenia w torze zaobserwujemy pewne prawidłowości dotyczące zmian zachodzących w torze wraz z upływem czasu. Po pierwszym okresie, w trakcie którego może występować zwiększone osiadanie nawierzchni, następuje stabilizacja toru. Dalsze zmiany w torze postępują niezmiernie powoli. Sama długość okresu przejściowego oraz wielkość zachodzących w tym czasie zmian zależą od jakości wykonanych prac. Długość kolejnego etapu pracy nawierzchni etapu stabilizacji zależy już przede wszystkim od trwałości jej poszczególnych elementów. Po ich zużyciu następuje ponowny wzrost liczby usterek w torze. Liczbę usterek występujących w jednostce czasu w czasie całego życia nawierzchni można zatem przedstawić w postaci znanej z teorii niezawodności krzywej wannowej (rysunek 2.1) [49]. Pomiar geometrii toru następuje w pewnym wyrwanym momencie jego eksploatacji i pokazuje stan nawierzchni w tej jednej określonej chwili t p. Poziomem odniesienia do oceny jego stanu są obligatoryjnie przyjęte dla każdego mierzonego parametru odchyłki dopuszczalne. Ich wartość uzależniona jest od prędkości ruchu pociągów [39]. Dla wyznaczania tych odchyłek posługiwano się zazwyczaj kryterium spokojności jazdy lub innym modelem dynamicznego oddziaływania pojazdu na tor. Taki sposób przyjęcia granicznych wartości odchyłek oznacza, że pewne ich przekroczenie podczas eksploatacji nie jest jednoznaczne z zagrożeniem bezpieczeństwa ruchu, a jedynie ze spokojnością jazdy. Zatem dla określenia konieczności przeprowadzenia naprawy ważna jest nie tyle bieżąca wartość mierzonego parametru, ile jego zmiana w określonym odstępie czasu. Tymczasem w realizowanej obecnie diagnostyce toru ciągle odczuwa się brak odniesienia do historii zmian parametrów definiujących stan toru. Spokojność jazdy też de facto jest definiowana obligatoryjnie, gdyż każdy pojazd szynowy ma inną charakterystykę dynamiczną.

52 Rozdział 2. Cel i zakres pracy Rysunek 2.1. Krzywa wannowa przedstawiająca liczbę usterek w czasie (na podstawie [36] i [49]) Prowadzi to do sytuacji, że pojedynczy pomiar wykonany w chwili zlokalizowanej dowolnie na krzywej przedstawionej na rysunku 2.1 informuje jedynie o chwilowych wartościach mierzonego parametru, natomiast nie mówi nic o tym, czy wartość ta ma charakter stabilny. Nie dostarcza także żadnej informacji o tym, w jakim okresie życia toru pomiar został przeprowadzony. Tymczasem, jeżeli nawet wystąpiło lokalne przekroczenie odchyłek dopuszczalnych ale tor jest w okresie stabilizacji, to przeprowadzenie naprawy polegającej na usunięciu przekroczenia może wywołać pogorszenie awaryjności nawierzchni. Z tych względów przy planowaniu napraw nawierzchni kolejowej konieczna jest znajomość historii zmian wartości mierzonych parametrów określających jej stan. Dlatego też stawiając tezę, że: istnieje możliwość wykorzystania wyników pomiarów stanu położenia toków szynowych wykonywanych za pomocą drezyny pomiarowej EM-120 do planowania napraw bieżących należy przede wszystkim sprawdzić, czy pomiary te dostarczają wiarygodnych danych o historii zmian danego parametru, a w przypadku uzyskania odpowiedzi pozytywnej określić, jaki powinien być odstęp czasu (interwał) pomiędzy kolejnymi pomiarami. Celem pracy jest zatem przeprowadzenie analizy wyników uzyskiwanych z kolejnych pomiarów drezyną EM-120 w dłuższym okresie czasu pod kątem:

53 ich wiarygodności, to znaczy powtarzalności wartości parametru mierzonego w tym samym punkcie toru; zmian wartości parametru w dłuższym okresie czasu, to jest zmian stwierdzonych podczas kilku kolejnych pomiarów; ewentualnych możliwości określenia trendu tych zmian w zależności od konstrukcji nawierzchni i warunków eksploatacji; określenia minimalnego interwału czasowego pomiędzy kolejnymi pomiarami, w którym mogą pojawić się istotne różnice w wartościach mierzonych parametrów. Tak określony cel pracy narzucił kolejność i zakres niezbędnych analiz przeprowadzanych przy wykorzystaniu dostępnych metod komputerowych, które są jedynym skutecznym narzędziem przy masowych pomiarach wykonywanych drezyną. Należy bowiem pamiętać, że system pomiarowy drezyny dokonuje dyskretyzacji położenia toków szynowych co 0,25 m. Oznacza to otrzymywanie opisu stanu mierzonych parametrów w postaci pliku danych o liczności: gdzie: K P N = 4000 K P (2.1) wyrażona w kilometrach długość mierzonego w sposób ciągły toru; liczba mierzonych przez drezynę parametrów charakteryzujących przestrzenne położenie toków szynowych. Zbiór ten nie jest jednak jednorodny, ponieważ w trakcie pomiarów na długości toru zmienia się konstrukcja nawierzchni, występują obiekty inżynieryjne, drezyna kierowana jest z przyczyn ruchowych na inne tory (np. przy przejeździe przez stacje może być skierowana na tor dodatkowy), zmienia się kilometraż toru (tzw. niepełne hektometry), a sam pomiar może być zakłócony poprzez dynamiczne oddziaływania na układ pomiarowy (np. przy przejeździe przez rozjazdy). Wobec tego przed podjęciem jakichkolwiek analiz należy zidentyfikować rodzaje występujących zakłóceń i doprowadzić zbiory z poszczególnych jazd pomiarowych do jednorodnego porównywalnego stanu, jednoznacznie zlokalizowanego na długości linii. Wykonane w celu rozstrzygnięcia wyżej zasygnalizowanych problemów badania zawarto w kolejnych rozdziałach niniejszej rozprawy. W rozdziale 3 przedstawiono badania związane z charakterystyką pomiarów wykonywanych za pomocą drezyny EM-120 oraz istniejącym oprogramowaniem przeznaczonym do ich analizy. Omówiono zasady wykonywania pomiarów poszczególnych parametrów geometrycznych, obliczane przez pokładowy system komputerowy drezyny wskaźniki syntetyczne oraz sposób rejestrowania informacji o występujących w torze obiektach inżynierskich. Przedstawiono także sposób i zakres praktycznego wykorzystywania danych zbieranych przez drezyny pomiarowe, ściśle związany z ewolucją zewnętrznego oprogramowania wyko-

54 Rozdział 2. Cel i zakres pracy rzystywanego w Polsce do ich analizy. Część końcową rozdziału poświęcono na analizę proponowanych kierunków rozwoju tego oprogramowania. W rozdziale 4 szczegółowo przedstawiono najbardziej pracochłonną i czasochłonną część badań wybór danych pomiarowych, na podstawie których prowadzone były dalsze prace badawcze. Zastosowano przy tym unikalne podejście do analizowanych danych. Po pierwsze starano się wybrać dane pochodzące z odcinków o jak największej długości w odróżnieniu od stosowanej powszechnie ich segmentacji (na PKP na odcinki o długości 1000 m). Po drugie starano się wybierać odcinki, na których przeprowadzono jak największą liczbę pomiarów. Do selekcji danych wykorzystano funkcjonujące obecnie na PKP oprogramowanie służące do tworzenia i obsługi bazy danych z wynikami pomiarów system GeoTec, a także autorskie programy pomocnicze, których kody źródłowe zawarto w załączniku A. Potrzeba powstania rozdziału 5 zrodziła się w trakcie prowadzonych badań. Skala problemów napotkanych podczas przygotowywania danych, a związanych z koniecznością wyrównywania kolejnych serii pomiarowych przeszła wszelkie oczekiwania i zasłużyła na szczególnie wnikliwe potraktowanie. Dodatkowym impulsem stały się obserwacje związane z graficznym podobieństwem wykresów usterek z kolejnych serii pomiarowych i jego wpływem na łatwość prowadzenia wyrównywania położenia pomiarów na długości badanego toru. Badania statystyczne związane z zagadnieniami przedstawionymi w tym rozdziale zawarto w załączniku B. W rozdziale 6 zajęto się zagadnieniem ściśle związanym z racjonalizacją wykorzystania posiadanego potencjału diagnostycznego analizą obowiązujących na PKP interwałów czasowych między kolejnymi pomiarami wykonywanymi za pomocą drezyn EM-120. Badania przeprowadzono z punktu widzenia zarówno bezpieczeństwa ruchu kolejowego, jak i postępów w degradacji nawierzchni kolejowej. Wykorzystano nie tylko dane wyselekcjonowane w rozdziale 4, ale również dostępne informacje o obciążeniu badanych odcinków linii kolejowych. Porównano obowiązujące obecnie na PKP zasady określania interwałów z wynikami obliczeń przeprowadzonych metodą przedstawioną w pracy [15] oraz z zaleceniami zawartymi w pracy [24]. Związane z omawianymi w tym rozdziale zagadnieniami badania statystyczne zawarto w załączniku C. W ostatnim badaniu, przedstawionym w rozdziale 7, starano się odpowiedzieć na pytanie, w jakim stopniu dane uzyskane z drezyny EM-120 mogą służyć do analizy trendu zmian usterek w geometrii toru. Badania przeprowadzono zarówno w ujęciu syntetycznym badając zmiany w czasie odchylenia standardowego poszczególnych rodzajów usterek (nierówności pionowych, nierówności Oprogramowanie GeoTec zostało napisane dla systemu operacyjnego Windows. Natomiast pozostałe procedury związane z selekcją i przygotowywaniem danych (w tym uruchamianie programów pomocniczych) przeprowadzono w systemie Linux. Wszystkie przedstawione w rozprawie badania statystyczne wykonano za pomocą programu STATISTICA.

poziomych oraz wichrowatości) jak i w odniesieniu do pojedynczych usterek. Szczególnie dużo uwagi poświęcono analizie w ujęciu syntetycznym, prowadząc ją przy uwzględnieniu danych o konstrukcji i wieku nawierzchni oraz przy ich pominięciu. Badania statystyczne trendu zmian odchylenia standardowego usterek w geometrii toru umieszczono w załączniku D. Zawarte w rozdziale 8 wnioski z przeprowadzonych badań odnoszą się głównie do warunków, jakie muszą być spełnione, aby możliwe było opracowanie komputerowego systemu kwalifikowania odcinków toru do regulacji położenia toków szynowych. Zakłada się, że taka kwalifikacja powinna być przeprowadzana w trakcie lub bezpośrednio po pomiarach przeprowadzonych drezyną EM-120. 55

Rozdział 3 Drezyna EM-120 jako źródło informacji o położeniu toków szynowych 3.1. Charakterystyka pomiarów wykonywanych drezyną EM-120 Podstawowym urządzeniem pomiarowym stosowanym w Polsce do badania i rejestrowania stanu geometrii toru w skali linii kolejowych [15] jest drezyna pomiarowa EM-120. Jest to samobieżny kryty pojazd szynowy osadzony na sztywnej ramie, która stanowi bazę odniesienia dla pomiaru przemieszczeń punktów pomiarowych. W wersji stosowanej na PKP rama pojazdu opiera się na trzech dwuosiowych wózkach pomiarowych, będących równocześnie wózkami jezdnymi (należy dodać, że na potrzeby rynku amerykańskiego wyprodukowano też odmianę zmodernizowaną, w której środkowy dwuosiowy wózek jezdno-pomiarowy zastąpiono jednoosiowym wózkiem pełniącym funkcję wyłącznie pomiarową tę odmianę przedstawiono na rysunku 3.1). Pomiędzy kołami każdego z trzech wózków zlokalizowano ślizgi pomiarowe, które przylegają do wewnętrznych krawędzi obu toków szynowych i umożliwiają pomiar parametrów geometrycznych określających położenie toru w płaszczyźnie poziomej. Parametry położenia toru kolejowego w pionie mierzone są za pomocą kół pomiarowych, które stanowią koła umieszczone na drugiej osi każdego wózka. Przemieszczenia elementów pomiarowych są rejestrowane za pomocą elektrycz- Rysunek 3.1. Odmiana drezyny EM-120 przygotowana na rynek amerykański, wyposażona w odmienny od stosowanego na PKP układ jezdny oraz bezkontaktowy system pomiaru geometrii TGMS [67].

58 Rozdział 3. Drezyna EM-120 jako źródło informacji... nych przetworników przemieszczeń liniowych. Odchylenia całej ramy od poziomu są natomiast określane za pomocą żyroskopu, kompensującego wpływ siły odśrodkowej w łukach. Uzyskane sygnały pomiarowe są na bieżąco przetwarzane i rejestrowane przez pokładowy system komputerowy. Wszystkie parametry są mierzone co 0,25 m. Jazda pomiarowa może odbywać się z maksymalną prędkością 120 km/h (wskazuje na to symbol drezyny), co umożliwia szybkie uzyskanie informacji o stanie geometrii kilkuset kilometrów toru w ciągu jednej jazdy pomiarowej. W Polsce w ciągu jednego dnia wykonywane są zazwyczaj pomiary jednego toru na całej linii kolejowej (np. linia nr 3 Warszawa Zachodnia Kunowice o długości ok. 480 km). Większa wydajność jest w praktyce niemożliwa do uzyskania z uwagi na dopuszczalne prędkości na badanych liniach, możliwości wpisania przejazdu drezyny w rozkład jazdy, zapewnienie jej przejazdu po torach głównych w obrębie stacji itp. 3.2. Sposób pomiaru i obliczania parametrów geometrycznych toru Rejestrowane przez drezynę EM-120 parametry geometryczne toru kolejowego pozwalają na dokładne określenie jego położenia w płaszczyźnie pionowej i poziomej. Rodzaj parametrów oraz sposób ich pomiaru jest określony przez instrukcję [39]. Pierwszą grupę stanowią parametry określające położenie toru kolejowego w płaszczyźnie pionowej. Należą do nich: Nierówności toku szynowego w płaszczyźnie pionowej (dołki) dla toku szynowego lewego oraz prawego. Pomiar wykonywany jest na powierzchni tocznej główki szyny, niezależnie dla każdego toku szynowego. Zasadę jego przeprowadzania przedstawiono na rysunku 3.2. Jak widać, nierównością pionową jest odchylenie pionowe szyny od linii odniesienia, którą jest cięciwa pomiędzy punktami styczności skrajnych kół pomiarowych z szyną. Jest to zatem strzałka odchylenia pionowego toku szynowego. W praktyce za cięciwę przyjmuje się linię wyznaczoną przez dwa koła oddalone od siebie o długość bazy pomiarowej tj. o 10 m. Położenie toru w przekroju poprzecznym wyznaczane przez pomiar różnicy wysokości toków szynowych w jednym przekroju. Na prostej oba toki szynowe powinny być ułożone na jednej wysokości. Na łukach poziomych różnica wysokości toków jest ściśle określona i nazywana przechyłką. Drezyna rejestruje ten parametr za pomocą tylnej osi pierwszego wózka i żyroskopu zainstalowanego na jego ramie oraz urządzeń kompensujących różnice powstające na skutek wychyleń osi pomiarowej względem ramy drezyny. Wielkość przechyłki obliczana jest przez komputer pokładowy według wzoru

3.2. Sposób pomiaru i obliczania parametrów geometrycznych toru 59 5m 5m h1 0,5(h1+h2) h 2 dh Rysunek 3.2. Zasada pomiaru nierówności pionowych przez drezynę EM-120. dh wielkość nierówności pionowej toku szynowego mierzona na bazie 10 m. h0 h5 0 1 2 3 4 5 [m] w = h 5 h 0 Rysunek 3.3. Zasada pomiaru wichrowatości przez drezynę EM-120 Oznaczenia: w wichrowatość w punkcie 5 h 5 przechyłka w punkcie 5 h 0 przechyłka w h punkcie = U r 01, 19(U 1 U 2 ) (3.1) gdzie: h przechyłka toru; U r wychylenie ramy drezyny; wychylenie jednego koła osi pomiarowej; U 1 U 2 wychylenie drugiego koła osi pomiarowej. Wichrowatość toru to różnica przechyłek na długości przyjętej bazy pomiarowej rejestrowana w sposób przedstawiony na rysunku 3.3. Pomiar wykonywany jest na bazie 5 m (między osiami pomiarowymi 1-szego i środkowego wózka). Wzór na obliczanie wichrowatości jest zatem następujący: w = h 5 h 0 (3.2) gdzie: w wichrowatość na bazie 5 m; h 5 przechyłka zmierzona w punkcie odległym o 5 m od punktu początkowego; przechyłka zmierzona w punkcie początkowym. h 0 Położenie toru w płaszczyźnie poziomej określają z kolei niżej opisane parametry. Szerokość toru to odległość między wewnętrznymi powierzchniami szyn mierzona na PKP 14 mm poniżej powierzchni tocznej główki szyny. Pomiar wy-

60 Rozdział 3. Drezyna EM-120 jako źródło informacji... 5m 5m x1 0,5(x1 + x2) x 2 Rysunek 3.4. Zasada pomiaru nierówności poziomych przez drezynę EM-120 dx konywany jest za pomocą pary ślizgów zamontowanych przegubowo na ramie środkowego wózka. W praktyce drezyna przy pomiarze szerokości rejestruje odchylenia od wartości normatywnej (tzn. 1435 mm) oznaczając znakiem + poszerzenie, natomiast znakiem zwężenie toru. Gradient szerokości toru to dodatkowy, obliczany przez oprogramowanie drezyny parametr określający przyrost szerokości toru na długości przyjętej bazy pomiarowej. W Polsce długość bazy wynosi 1 m. Nierówności toków szynowych w płaszczyźnie poziomej są obliczane na podstawie pomiaru strzałki poziomej f (rejestrowanej przez ślizgi pomiarowe środkowego wózka) na cięciwie 10 m, wyznaczanej przez ślizgi pomiarowe wózków skrajnych (rysunek 3.4). Pomiar wykonywany jest niezależnie dla każdego toku szynowego. Poza rejestracją wymienionych wyżej podstawowych parametrów określających geometrię toru, drezyna pomiarowa oblicza i rejestruje ich wartości względne. Najpierw dla każdego 40-metrowego odcinka toru obliczana jest wartość średnia rejestrowanego parametru według wzoru: 160 y n n=1 P avg = 160 gdzie: P avg wartość średnia parametru; y n pomierzona wartość odchyłki w punkcie n; 160 liczba pomiarów wykonanych i zarejestrowanych na 40 m toru. Następnie obliczana jest wartość względna parametru: (3.3) P rel = P a P avg (3.4) gdzie: P rel wartość względna parametru; P a wartość parametru uzyskana podczas pomiaru. Wartości średnie dla nierówności poziomych oraz przechyłki definiują świadome ukształtowanie toru strzałki w łukach poziomych oraz przechyłkę na rampie przechyłkowej i w łuku. Dlatego w przypadku tych charakterystyk przy

3.3. Rejestrowanie informacji o obiektach 61 ocenie stanu toru pod uwagę brane są wartości względne tych parametrów, odzwierciedlające rzeczywiste błędy wykonania i utrzymania toru. 3.3. Rejestrowanie informacji o obiektach Podczas jazdy pomiarowej, oprócz automatycznego pomiaru przedstawionych wyżej parametrów, można dodatkowo zarejestrować zlokalizowane na linii kolejowej charakterystyczne obiekty takie jak: mosty i wiadukty; przejazdy drogowe; przepusty; rozjazdy; semafory; stacje. Rejestrowanie tych obiektów jest wykonywane ręcznie przez obsługę drezyny za pomocą odpowiednio oznaczonych przycisków umieszczonych na konsoli operatorskiej. Operator, siedzący podczas jazdy pomiarowej obok maszynisty kierującego drezyną, ma za zadanie w sposób ciągły obserwować tor oraz jego najbliższe otoczenie, i podczas przejazdu przez lub obok jednego z wymienionych wyżej obiektów nacisnąć właściwy przycisk na konsoli. Oprogramowanie drezyny rejestruje moment przyciśnięcia i zwolnienia przycisku, a zdarzenia te są interpretowane jako początek oraz koniec obiektu. Informacje te są zapamiętywane w pliku wynikowym. Z punktu widzenia planowania napraw szczególne znaczenie ma rejestrowanie informacji o rozjazdach (regulację położenia torów na szlaku i w rozjazdach wykonuje się za pomocą innych maszyn torowych). Podczas analizy syntetycznej całych linii na podstawie zarejestrowanych w ten sposób informacji o lokalizacji rozjazdów, oprogramowanie pokładowe drezyny odróżnia usterki położone w torze od tych położonych w rozjazdach i oblicza wartości wskaźników syntetycznych w trzech wariantach: dla wszystkich usterek, dla usterek położonych w torze oraz dla usterek położonych w rozjazdach. 3.4. Analiza, prezentacja i archiwizacja wyników pomiarów Poza przedstawionymi wyżej pomiarami drezyna EM-120 wykonuje także na ich podstawie: analizę progową; analizę syntetyczną.

62 Rozdział 3. Drezyna EM-120 jako źródło informacji... Analiza progowa polega na porównaniu wartości sygnału pomiarowego z przyjętymi wartościami granicznymi [39] i klasyfikacji odchyleń wartości parametru od wartości nominalnej (prawidłowej). Dla każdego z parametrów używane są trzy klasy odchyleń. Odchylenia klas niższych A i B są zliczane do celów statystycznych. Odchylenia klasy C są klasyfikowane jako usterki toru i raportowane jako niebezpieczne dla ruchu. W ramach analizy syntetycznej badany fragment linii jest dzielony na odcinki pomiarowe o stałej długości (standardowo 1000 m), dla których na podstawie zarejestrowanych pomiarów obliczane są niżej przedstawione parametry statystyczne określające stan toru. Syntetyczny wskaźnik jakości toru J jest obliczany na podstawie odchyleń standardowych poszczególnych parametrów zgodnie ze wzorem: gdzie: S z S y S w S e J = S z + S y + S w + 0, 5 S e 3, 5 odchylenie standardowe nierówności pionowych (w [mm]); odchylenie standardowe nierówności poziomych (w [mm]); odchylenie standardowe wichrowatości toru (w [mm]); odchylenie standardowe szerokości toru (w [mm]). (3.5) Odchylenie standardowe obliczane jest niezależnie dla każdego parametru zgodnie ze wzorem: S = 1 n n (x i x) 2 (3.6) i=1 gdzie: n liczba zarejestrowanych pomiarów na analizowanym odcinku; x i wartość parametru w punkcie i (w [mm]); x wartość średnia sygnału (w [mm]). Wadliwość parametryczna dla każdego parametru jest stosunkiem sumy długości odcinków, na których są przekroczone odchyłki dopuszczalne do całkowitej długości tego odcinka. Wadliwość tę oblicza się ze wzoru: W = n p n (3.7) gdzie: n p liczba próbek sygnałów przekraczających odchyłki dopuszczalne; n liczba próbek sygnałów na analizowanym odcinku. Wadliwość pięcioparametrowa jest względną miarą stanu toru łączącą wadliwości parametryczne dla dopuszczalnej prędkości linii określaną ze wzoru:

3.4. Analiza, prezentacja i archiwizacja wyników pomiarów 63 gdzie: W e W g W w W z, W y W 5 = 1 (1 W e )(1 W g )(1 W w )(1 W z )(1 W y ) (3.8) wadliwość szerokości; wadliwość przechyłki; wadliwość wichrowatości; średnie arytmetyczne wadliwości odpowiednio nierówności pionowych i poziomych, wyznaczone z wadliwości lewego i prawego toku szynowego. Wyniki pomiarów wykonywanych za pomocą drezyny EM-120 są na bieżąco archiwizowane na nośniku magnetycznym, a ponadto prezentowane w czasie rzeczywistym w postaci wykresów wartości parametrów geometrycznych w funkcji drogi (rysunek 3.5). Skala podłużna, w jakiej na wykresie są odwzorowane wszystkie nierówności toru, wynosi w rzeczywistości 1:5000, tzn. 20 cm wykresu przedstawia 1 km toru (na omawianym rysunku wykres jest zmniejszony). Skale poprzeczne dla każdego mierzonego parametru dobiera się indywidualnie, a informacje o tym są drukowane w nawiasach po lewej strony etykiety każdego wykresu. Po prawej stronie etykiety każdego wykresu, w nawiasach kwadratowych, drukowane są aktualne wartości dopuszczalnych odchyleń (zaznaczone także na wykresach w postaci linii przerywanych) właściwych dla danej klasy linii. Dzięki temu na wykresach można w łatwy sposób zlokalizować miejsca występowania w torze usterek klasy C (w tych miejscach wykres parametru geometrycznego przekracza tę linię). Na końcu każdego odcinka pomiarowego na wykresach umieszczane są także informacje o wartościach parametrów syntetycznych. Na bieżąco drukowane są również informacje ułatwiające identyfikację wykresu (numer linii, numer toru, klasa linii, szybkość dopuszczalna) oraz wprowadzane przez operatora informacje o lokalizacji obiektów inżynierskich. Najniżej na rysunku położona linia o zróżnicowanej grubości przedstawia położenie w torze usterek zakwalifikowanych do poszczególnych klas (usterki klasy A linia o najmniejszej grubości, usterki klasy C linia najgrubsza). Należy zaznaczyć, że miejsca, w których na wykresach pojawiają się te informacje, jak również same etykiety poszczególnych usterek są zmienne i zależą od wersji oprogramowania drezyny i sposobu jego skonfigurowania przez obsługę. Poza wykresem parametrów geometrycznych podczas jazdy drezyny na bieżąco są drukowane tabulogramy (rysunek 3.6), zawierające informację o lokalizacji w torze usterek klasy C, obiektów inżynierskich, nieoczekiwanych zdarzeń następujących podczas jazdy pomiarowej (zatrzymanie drezyny, zmiana toru, podnoszenie oraz opuszczanie ślizgów pomiarowych, itp.). Tabulogramy te na końcu każdego odcinka pomiarowego (a więc maksymalnie co 1000 m) oraz na końcu odcinka i na końcu linii są uzupełniane o tzw. tabele sumujące.

64 Rozdział 3. Drezyna EM-120 jako źródło informacji... Rysunek 3.5. Fragment wykresu parametrów geometrycznych toru kolejowego wygenerowany przez drezynę pomiarową EM-120

3.4. Analiza, prezentacja i archiwizacja wyników pomiarów 65 Rysunek 3.6. Przykład tabulogramu drukowanego podczas pomiarów wykonywanych za pomocą drezyny EM-120 Tabele sumujące (rozpoczynające się wierszem wyróżnionym etykietą POD- SUMOWANIE a kończące wierszem oznaczonym etykietą SUMA ) zawierają informacje statystyczne na temat występujących na podsumowywanym odcinku usterek wszystkich klas, wartości odchyleń standardowych mierzonych parametrów (kolumna S ), wadliwości (kolumna W ) oraz wartość wskaźnika J (kolumna S, wiersz SUMA ).

66 Rozdział 3. Drezyna EM-120 jako źródło informacji... EM-120 Pełny zapis wyników objazdu Ciągły wykres usterek toru Tabulogramy: ADA II ADA III Rysunek 3.7. Początkowy zakres wykorzystania wyników pomiarów otrzymywanych za pomocą drezyny EM-120 3.5. Wykorzystanie wyników pomiarów drezyną EM-120 3.5.1. Stan początkowy Przy analizie wykorzystania wyników pomiarów uzyskiwanych za pomocą drezyny EM-120 za stan początkowy uznawany jest moment wprowadzenia tych pojazdów do eksploatacji na PKP. Oryginalne oprogramowanie dostarczone wraz z drezynami przez producenta pod koniec lat 80-tych XX posiadało jedynie funkcjonalność omówioną w poprzednim rozdziale, z wyjątkiem obliczania parametru J, zamiast którego obliczany był wskaźnik syntetyczny dla robót kombinowanych GZM(komb). Zakres wykorzystania wyników tych pomiarów ilustruje rysunek 3.7. W okresie prowadzenia napraw planowo-zapobiegawczych drezyny EM-120 były wykorzystywane praktycznie jedynie do lokalizowania w torze miejsc, w których należało przeprowadzać naprawy interwencyjne. Zostało to zorganizowane w taki sposób, że podczas jazdy pomiarowej, na granicy sekcji lub oddziału na pokład drezyny wsiadał kierownik danej jednostki organizacyjnej i bezpośrednio podczas jazdy po podległym mu torze na wykresie parametrów geometrycznych na bieżąco zaznaczał miejsca wymagające wyjaśnienia lub naprawy. Na końcu odcinka opuszczał on pokład drezyny mając informację o tym, gdzie powinien wysłać podległych mu pracowników w celu przeprowadzenia weryfikacji wyników pomiarów in situ lub wykonania napraw interwencyjnych.

3.5. Wykorzystanie wyników pomiarów drezyną EM-120 67 Każda późniejsza analiza stanu toru była przeprowadzana w sposób ręczny, przede wszystkim na podstawie ciągłego wydruku usterek oraz tabulogramu. Zgromadzony na nośniku magnetycznym (taśmach) zapis pomiarów był wykorzystywany wyłącznie w roli archiwum, praktycznie jedynie do wykonania papierowych kopii wykresów lub tabulogramów na potrzeby różnych szczebli kierowniczych PKP. 3.5.2. Wykorzystanie danych pomiarowych przez system KOMPLAN Jaskrawa dysproporcja między potencjałem zasobów danych gromadzonych za pomocą drezyn EM-120 a stopniem ich wykorzystania została zauważona na Politechnice Gdańskiej. Impulsem stało się opracowanie w Centralnym Ośrodku Badań Stanu Toru w Warszawie procedury kopiowania zapisu tabulogramu ADA II i ADA III bezpośrednio na dyskietki w formacie systemu operacyjnego MS-DOS i uzupełnienie wyposażenia drezyny o komputer klasy IBM PC. Dzięki temu tabulogramy mogły być zapamiętywane na dyskietkach zaraz po zakończeniu jazdy pomiarowej. Narodziła się koncepcja wykorzystania tych danych do wspomagania planowania napraw bieżących. Jej założenia zmierzały do rezygnacji z ręcznego, niewygodnego i nieefektywnego przeglądania wydruków otrzymywanych z drezyny pomiarowej na rzecz komputerowej analizy wyników pomiarów, prowadzonej na podstawie magnetycznego zapisu tabulogramu. Koncepcja ta, opracowana Katedrze Inżynierii Kolejowej Politechniki Gdańskiej została praktycznie zrealizowana w postaci komputerowego systemu KOMPLAN, który w wersji 1.5 został przekazany do eksploatacji na PKP w kwietniu 1991 roku. Podczas próby szeregowania odcinków linii według rosnącego wskaźnika syntetycznego dla robót kombinowanych GZM(komb) okazało się, że wskaźnik ten jest skorelowany jedynie z długością toru na której występują usterki, nie uwzględnia natomiast pomierzonej wartości poszczególnych wad. Na potrzeby systemu KOMPLAN wprowadzono zatem wskaźnik zapotrzebowania na naprawę W ZN. Dla jego wyznaczenia obliczano w pierwszym rzędzie przekroczenie wartości dopuszczalnych przez usterki klasy C: W = MAX_AT T HRES (3.9) gdzie: W współczynnik przekroczenia przez usterkę jej wartości dopuszczalnej; M AX_AT pomierzona wartość usterki klasy C; Tabulogramy te były w tym czasie nazywane od nazwy realizujących je modułów oprogramowania pokładowego drezyny ADA II (zapis lokalizacji usterek) oraz ADA III (zapis tabel sumujących).

68 Rozdział 3. Drezyna EM-120 jako źródło informacji... T HRES wartość dopuszczalna dla danego rodzaju usterki, zależna od klasy szybkości na danej linii. Dla każdego przedziału długości wyznaczano wartość średnią tego współczynnika tj. MEAN(W ), oraz odchylenie standardowe SDEV (W ), przy czym w obliczeniach nie uwzględniano poszerzeń i zwężeń toru, jako że usterki te nie są możliwe do usunięcia podczas naprawy realizowanej za pomocą automatycznych maszyn torowych wykonujących naprawy bieżące. Na podstawie tak obliczonych wartości wyznaczano maksymalną możliwą wartość parametru W dla usterek klasy C przy poziomie ufności 95% korzystając ze wzoru: W max = MEAN(W ) + 2 SDEV (W ) (3.10) Przyjęto, że podstawą planu robót utrzymaniowych powinny być usterki klasy C, którym nadano wagę 2 w porównaniu z usterkami klasy B. Ponieważ długości usterek klasy B zawierają w sobie długości usterek klasy C, wzór na wyznaczenie poszukiwanego wskaźnika W ZN z uwzględnieniem tej wagi określono w sposób następujący: W ZN = W max [LU(B) + LU(C)] L pom (3.11) gdzie: W ZN wskaźnik zapotrzebowania na naprawę; LU(B) długość usterek klasy B na odcinku pomiarowym; LU(C) długość usterek klasy C na odcinku pomiarowym; L pom długość odcinka pomiarowego. Tak obliczany współczynnik wykazał bardzo wysoką korelację zarówno z długością występowania usterek (0,90), jak i z ich maksymalną wartością (0,97). Wobec tego uznano, że może on stanowić podstawę dla sporządzania obiektywnego planu napraw. Od strony sprzętowo-programowej przyjęto, że: z uwagi na ówczesny poziom komputeryzacji sekcji i oddziałów drogowych PKP system powinien mieć minimalne wymagania sprzętowe; obsługa systemu ma spełniać zasadę KISS (ang. Keep It Simple Stupid). W istocie, napisany na platformę MS-DOS system KOMPLAN działał z całkowicie zadowalającą wydajnością na komputerze IBM AT/286 wyposażonym w drukarkę zgodną ze standardem IBM GP lub Epson/P. Przy implementacji programu napotkano istotne problemy, których źródłem była przede wszystkim postać wykorzystywanych danych. Tabulogram uzyskiwany na dyskietce z programów ADA II oraz ADA III był plikiem tekstowym ASCII i jako taki charakteryzował się dostępem sekwencyjnym oraz dużą na owe czasy objętością (ok. 500 kb na 300 km średnio utrzymanego toru). Ta objętość

3.5. Wykorzystanie wyników pomiarów drezyną EM-120 69 spowodowała, że na dyskietce był on zapamiętywany w postaci spakowanej (przez proste usunięcie redundancji w kolejnych wierszach pliku, co dawało kompresję rzędu 50%). Z tych względów na potrzeby systemu KOMPLAN: dla oszczędnego wykorzystania pamięci masowej komputera zaprojektowano bardzo efektywny algorytm rozpakowujący dane, co pozwoliło na operowanie w systemie KOMPLAN na zbiorach skompresowanych (a więc takich, jakie były bezpośrednio uzyskiwane z drezyny pomiarowej) bez odczuwalnego zwolnienia dostępu do danych, przy zachowanej jednocześnie możliwości korzystania z danych w postaci nieskompresowanej; w celu uzyskania możliwości efektywnego przeglądania danych otrzymywanych bezpośrednio z drezyny pomiarowej, zaimplementowano unikalny algorytm, pozwalający na swobodny dostęp do zbioru o naturze sekwencyjnej; konieczne z uwagi na zaobserwowane zaburzenia porządkowanie danych o usterkach w poszczególnych przedziałach długości zrealizowano stosując algorytm zmodyfikowanego sortowania bąbelkowego, który ze względu na znaczny (w tym konkretnym wypadku) stopień uporządkowania danych wejściowych był efektywniejszy nawet od algorytmu QuickSort [86]; zaprojektowano specjalny format danych, w wyniku czego po procesie translacji otrzymywano zbiór danych o dostępie swobodnym i rozmiarze stanowiącym ok. 15% rozmiaru skompresowanych danych wejściowych; cały system podzielono na niezależne programy uruchamiane za pośrednictwem programu zarządzającego, przyjmując za kryterium modularyzacji funkcje realizowane przez poszczególne moduły, a więc przeglądanie danych z tabulogramu na ekranie komputera, ich translację do formatu programu KOM- PLAN oraz analizę wspomagającą planowanie napraw; zaimplementowano oprawę systemu w postaci programu KOMPLAN.EXE (rysunek 3.8), który umożliwiał łatwy dostęp do pozostałych podprogramów oraz korzystanie z linii poleceń systemu operacyjnego; całość zaprojektowano tak, że korzystanie z tego programu jakkolwiek ułatwiało pracę nie było konieczne, a pozostałe trzy programy wchodzące w skład systemu mogły być w razie potrzeby uruchamiane bezpośrednio z poziomu systemu operacyjnego. Schemat przepływu danych uzyskiwanych z drezyny EM-120 oraz ich wykorzystania po wprowadzeniu do eksploatacji systemu KOMPLAN uległ znaczącej rozbudowie. Przedstawiono to na rysunku 3.9. Nawet najprostsza będąca na pierwszy rzut oka powtórzeniem jednej z funkcji realizowanej bezpośrednio na pokładzie drezyny opcja przeglądania tabulogramu ADA II i ADA III zyskała w systemie KOMPLAN nową jakość dzięki zaimplementowaniu bogatych opcji filtrowania, które umożliwiało: przeglądanie na monitorze pełnej postaci tabulogramów ADA II oraz ADA III; przeglądanie usterek w przechyłce, wichrowatości oraz nierównościach pionowych i poziomych;

70 Rozdział 3. Drezyna EM-120 jako źródło informacji... Rysunek 3.8. Ekran startowy system KOMPLAN. Widoczne opcje uruchamiające programy do przeglądania, translacji i analizy danych. przeglądanie usterek wyłącznie w szerokości toru; przeglądanie usterek pozaklasowych w przechyłce, wichrowatości oraz nierównościach pionowych i poziomych; przeglądanie usterek pozaklasowych w szerokości toru. Możliwość zapisania tak przefiltrowanych danych w pliku tekstowym (patrz rysunek 3.10) umożliwiała w praktyce łatwe przygotowanie danych dla innych programów, np. baz danych, arkuszy kalkulacyjnych itp. Właściwa funkcjonalność systemu wspomaganie planowania napraw realizowana była przez program KPSOLVE uruchamiany za pomocą opcji Analiza z menu programu KOMPLAN. Po wskazaniu zbioru danych program wykonywał niezbędne obliczenia (wskaźniki WZN dla poszczególnych odcinków pomiarowych) oraz uwzględniając różnice w technologii napraw rozdzielał usterki położone w torze od usterek zlokalizowanych w strefach rozjazdowych. Wyniki prezentowano na ekranie w postaci przejrzystej tabeli (rysunek 3.11). Wyniki te można było także otrzymać w postaci wydruku, zawierającego oprócz danych liczbowych także ich semigraficzną prezentację oraz miejsce na notatki. To umożliwiało wykorzystanie wydruku w charakterze podkładu przy sporządzaniu planu napraw. Oprogramowanie drezyny EM-120 jako pozaklasowe uznaje usterki, których wielkość uniemożliwia zakwalifikowanie miejsca ich wystąpienia w torze do jakiejkolwiek klasy prędkości (według [39]). Na tabulogramie takie usterki są oznaczane symbolem *.

3.5. Wykorzystanie wyników pomiarów drezyną EM-120 71 EM-120 Pełny zapis wyników objazdu MS-DOS ADA II ADA III Kom Plan Ciągły wykres usterek toru Tabulogramy: ADA II ADA III Przeglądanie tabulogramu ADA II i ADA III Konwersja i porządkowanie danych Analiza WZN, lokalizacji i usterek w geometrii toru Odtworzenie ADA Usterki w geometrii Usterki w prześwicie Statystyka TOTAL Rozmieszczenie usterek w torze i rozjazdach Rozmieszczenie usterek w torze i rozjazdach, wartości WZN Graficzna prezentacja usterek i stref rozjazdowych Rysunek 3.9. Schemat wykorzystania i przetwarzania danych pomiarowych otrzymywanych z drezyny EM-120 po wprowadzeniu do eksploatacji systemu KOMPLAN wer. 1.5

72 Rozdział 3. Drezyna EM-120 jako źródło informacji... Rysunek 3.10. Opcje filtrowania tabulogramów w programie KPBROWSE systemu KOMPLAN Rysunek 3.11. Wyniki analizy przeprowadzonej za pomocą programu KPSOLVE systemu KOMPLAN

3.5. Wykorzystanie wyników pomiarów drezyną EM-120 73 Rysunek 3.12. Przykład możliwości systemu KOMPLAN w zakresie graficznej prezentacji usterek w geometrii toru Dla poszczególnych odcinków pomiarowych można było także uzyskać graficzną ilustrację położenia usterek, przekroczenia przez nie wartości dopuszczalnych oraz lokalizacji stref rozjazdowych, co przedstawiono na rysunku 3.12. W tym celu wystarczyło podświetlić odpowiedni wiersz tabeli i nacisnąć klawisz Enter. Analiza tak otrzymanych wyników stanowiła podstawę do podjęcia decyzji o harmonogramie usuwania usterek, zasięgu niezbędnych prac oraz przyjętej technologii napraw. Z wykresu zaprezentowanego na rysunku 3.12 wynika na przykład, że na analizowanym odcinku (km 240,000 241,000) większość usterek występuje w strefie rozjazdów, oznaczonych cieniowanymi prostokątami umieszczonymi poniżej osi 0X. Usterki w torze występują jedynie na długości ok. 30 m (od km 240,260 do km 240,290), w bezpośrednim sąsiedztwie strefy rozjazdowej. Położenie zakreskowanego słupka (w ten sposób oznaczane są usterki, których wielkość przekracza wartość dopuszczalną o ponad 200%) sugeruje bardzo duże zużycie krzyżownicy w jednym z rozjazdów. Na odcinku tym nie ma zatem lokalizacji, w której prowadzenie prac regulacyjnych za pomocą zmechanizowanych maszyn torowych byłoby celowe lub możliwe. Natomiast wybór technologii regulacji lub naprawy rozjazdów wymaga dokonania ich oględzin na miejscu. Jest rzeczą niezwykle charakterystyczną, że z całego systemu KOMPLAN najbardziej złożony i skomplikowany zarówno w fazie implementacji jak i eksploatacji okazał się program KPTRANSL służący do porządkowania i konwersji danych z tabulogramów ADA II i ADA III. Program ten uwzględniał m.in. fakt, że oznaczenie poszczególnych rodzajów usterek oraz zdarzeń zachodzących podczas jazdy pomiarowej mogło być przez obsługę drezyny konfigu-

74 Rozdział 3. Drezyna EM-120 jako źródło informacji... Rysunek 3.13. Konfigurowanie sposobu opisu usterek i zdarzeń w torze w systemie KOMPLAN rowane w dość dowolny sposób. Przykładowo, podczas projektowania systemu spotkano się z sytuacją, że na jednej drezynie nazwy usterek były podawane w języku angielskim, a na drugiej po polsku. Ponieważ poprawność analizy wymagała bezwzględnej zgodności oznaczeń stosowanych w tabulogramach ADA II i ADA III z oznaczeniami stosowanymi do ich detekcji w systemie KOMPLAN, przewidziano możliwość konfigurowania tych oznaczeń przez użytkownika bezpośrednio w programie (rysunek 3.13). Znamienne jest także, że już przeszło 15 lat temu największą przeszkodą w efektywnym wykorzystaniu danych otrzymywanych z drezyny EM-120 okazała się ich fragmentacja powodowana przez: częste zmiany toru, po którym poruszała się drezyna podczas jazdy pomiarowej (zwłaszcza na stacjach); częste zmiany kierunku zliczania (a więc kierunku narastania) kilometrażu, wynikające z cofania drezyny przy opuszczonych ślizgach pomiarowych; wprowadzanie podczas pomiaru przez obsługę drezyny korekt kilometrażu. Próba zminimalizowania tych problemów znalazła wyraz w zaleceniach wydanych wraz z przekazaniem systemu KOMPLAN do eksploatacji. Pierwsza grupa zaleceń miała charakter dyscyplinujący pracowników obsługujących drezyny. Szukano w ten sposób metody wyeliminowania sytuacji przemieszania w jednym pliku wynikowym informacji o pomiarach z kilku linii, dla różnych kierunków zliczania lub dla różnych torów, bez odpowiedniego oznaczenia tych faktów przez

3.5. Wykorzystanie wyników pomiarów drezyną EM-120 75 obsługę drezyny podczas jazdy pomiarowej. Pozostałe zalecenia dotyczyły odpowiednio wczesnego informowania służby drogowej o planowanym objeździe linii. Dzięki temu osiągnięto redukcję zmian toru jazdy w obrębie stacji i wyraźnie wyeliminowano liczbę odcinków, na których pomiar choć wykonany de facto nie był do niczego przydatny. System KOMPLAN w omawianej wersji 1.5 był eksploatowany na PKP do czasu przebudowy drezyn EM-120, czyli do roku 1998. Równolegle, wykorzystując zdobyte doświadczenia, prowadzono prace nad jego rozwojem. Zgodnie z przyjętymi założeniami nowa wersja systemu o roboczym numerze 2.0, miała poza danymi z drezyn pomiarowych dysponować informacjami o dostępnych zasobach remontowych. Na podstawie tych danych oraz zdefiniowanych kryteriów optymalizacji moduł analityczno-planistyczny miał automatycznie rozdzielać potencjał naprawczy (rysunek 3.14). Mimo obiecujących efektów prowadzonych badań, przedstawionych w pracach [19, 22], rozwoju systemu zaniechano z powodu braku środków oraz małego zainteresowania ze strony PKP. Dodatkowo modernizacja sprzętu pomiarowego, a przede wszystkim wymiana oprogramowania pokładowego drezyny, zmiana formatu tabulogramów oraz umieszczenie w nich dodatkowych informacji sprawiło, że swoje zadanie przestała spełniać także eksploatowana wersja systemu KOMPLAN [17]. Powstałą w ten sposób lukę stara się obecnie wypełnić firma PUT GRAW z Gliwic wykonawca wspomnianych prac modernizacyjnych. 3.5.3. Wspomaganie analizy stanu toru za pomocą systemu GeoTec Skupienie implementacji oprogramowania pokładowego drezyny EM-120 oraz oprogramowania wspomagającego analizę otrzymanych danych pomiarowych systemu GeoTec zaowocowało szybszym rozwojem obu tych komponentów. Najważniejsze nowe funkcjonalności oferowane przez system GeoTec w dziedzinie wykorzystania wyników pomiarów wykonywanych za pomocą drezyny EM-120 to: zaimplementowanie komputerowej bazy danych, w której gromadzone są wyniki pomiarów oraz dane z paszportyzacji linii; zapewnienie możliwości gromadzenia w tejże bazie wyników wielu kolejnych pomiarów wykonanych w tym samym torze, co stanowi realną podstawę do prowadzenia wszechstronnej analizy graficzno-porównawczej przebiegu zmian zachodzących w torze podczas jego eksploatacji; umożliwienie komputerowej prezentacji i analizy wykresów graficznych usterek wykonywanych na podstawie pełnego zapisu pomiaru, co dotychczas można było robić jedynie ręcznie analizując wykres drukowany bezpośrednio W rzeczywistości system GeoTec pozwala na gromadzenie i analizę wyników pomiarów wykonywanych nie tylko za pomocą drezyny EM-120, ale i toromierzy elektronicznych produkowanych przez firmę PUT GRAW.

76 Rozdział 3. Drezyna EM-120 jako źródło informacji... EM-120 Pełny zapis wyników objazdu ADA II MS-DOS Kom Plan ADA III Konwersja danych do formatu relacyjnej bazy danych Analiza frontów robót dla usterek w geometrii toru w poszczególnych klasach szybkości na danej linii Analiza frontów robót dla usterek w szerokości toru w poszczególnych klasach szybkości na danej linii Lokalizacja i suma długości frontów liniowych robót zmechanizowanych w poszczególnych klasach szybkości Lokalizacja i suma długości frontów liniowych robót w obiektach (rozjazdach, przejazdach, mostach) w poszczególnych klasach szybkości Lokalizacja i suma długości frontów robót ręcznych w poszczególnych klasach szybkości Optymalizacja lokalizacji napraw na linii, dla której potencjał przyznany jest mniejszy od wymaganego Długości frontów liniowych robót zmechanizowanych dla badanej sieci Potencjał naprawczy Kryteria optymalizacji Rozdział potencjału naprawczego Rysunek 3.14. Projektowany zakres i sposób przetwarzania danych przez rozwojąwą wersję systemu KOMPLAN

3.5. Wykorzystanie wyników pomiarów drezyną EM-120 77 Dane techniczne i charakterystyki linii GeoTec Database Dane o składnikach infrastruktury kolejowej Pomiary geometrii torów z drezyny EM 120 i toromierza elektronicznego GeoTec Writer GeoTec Visual System geometrycznokinematycznej oceny stanu toru SOHRON Podejmowanie decyzji eksploatacyjnych i naprawczych Rysunek 3.15. Struktura zależności i przepływu danych w systemie GeoTec przez drezynę (system KOMPLAN operował na danych otrzymywanych z tabulogramu, nie zawierających pełnych informacji na temat lokalizacji usterek klasy A oraz B); umożliwienie wymiany danych i współpracy z systemem geometryczno-kinematycznej oceny stanu toru SOHRON [15]. System GeoTec został podzielony na kilka części. Mają one różną funkcjonalność, lecz są ze sobą ściśle powiązane pełne wykorzystanie możliwości systemu wymaga posługiwania się w określonej kolejności każdą aplikacją wchodzącą w jego skład. Przedstawiono to na rysunku 3.15. W pierwszej kolejności wymienić należy oprogramowanie służące do inicjowania struktury sieci kolejowej w bazie danych GeoTec Database. Składa się ono z dwóch modułów: NetData, w którym gromadzone są dane pomiarowe; NetPrg, stanowiącego interfejs użytkownika, który umożliwia definiowanie szkieletu sieci kolejowej, co jest absolutnie niezbędne do funkcjonowania pozostałych aplikacji systemu przeznaczonych do archiwizacji, prezentacji i analizy danych uzyskanych z pomiarów wykonanych w różnym czasie i w różnych miejscach. Za pomocą programu NetPrg do bazy wprowadza się: hierarchiczną definicję sieci torów, na których dokonywane są pomiary, składającą się z jednostek administracyjnych, linii, odcinków oraz sektorów

78 Rozdział 3. Drezyna EM-120 jako źródło informacji... Rysunek 3.16. Przykład obliczeń wskaźnika J, odchyleń standardowych i wadliwości dla odcinka toru o długości 200 m. Pomiary wykonano w torze 1 linii nr 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie. elementy te są używane jako jednostki logiczne dla opisania struktury istotnej z punktu widzenia użytkownika (pozwalają zamodelować schemat organizacyjny przedsiębiorstwa); dane techniczne oraz charakterystyki linii; dane opisowe o elementach infrastruktury kolejowej. Kolejna aplikacja GeoTec Writer umożliwia przeprowadzenie wszystkich czynności związanych z przepisywaniem danych z plików pomiarowych uzyskanych z drezyny pomiarowej EM-120 oraz toromierzy elektronicznych do przedstawionej wyżej bazy danych. Jak wspomniano, w bazie danych można gromadzić wyniki danych uzyskanych podczas wielu jazd pomiarowych (wielu serii pomiarowych). Ostatni program wchodzący w skład systemu GeoTec Visual służy do prezentacji danych zawartych w bazie danych oraz wspomaga analizę statystyczną oraz graficzno-porównawczą prowadzoną dla celów diagnostycznych. Opcje analizy statystycznej oferowane przez program GeoTec Visual są istotnie rozbudowane w porównaniu do opcji oferowanych przez oprogramowanie drezyny. Przede wszystkim analizę można wykonać na dowolnie zdefiniowanej długości toru (odmiennie niż jest to wykonywane przez oprogramowanie pokładowe drezyny, gdzie statystyki są obliczane dla odcinków o długości 1000 m). Wystarczy posłużyć się przyciskami +, oraz Przelicz widocznymi w dolnej części okna przedstawionego na rysunku 3.16.

3.5. Wykorzystanie wyników pomiarów drezyną EM-120 79 Ponadto w programie wprowadzono możliwość obliczania wielu dodatkowych wskaźników, które podzielono na dwie grupy, wyświetlane w zakładkach Wskaźniki dodatkowe oraz Wskaźniki pomocnicze (zakładki te są widoczne w górnej części omawianego rysunku). Pierwsza grupa wskaźników pozwala scharakteryzować pole tolerancji pole pod przebiegiem wykresów parametrów geometrycznych. Wskaźnik średniego przekroczenia pola tolerancji S p wzoru gdzie: x i S p = k i=1 k x i g jest obliczany ze (3.12) wartość i-tej próbki przekraczającej odchyłkę dopuszczalną; g wartość dopuszczalna odchyłki; k ilość próbek przekraczających odchyłkę dopuszczalną (dla k = 0 przyjmuje się S p = 0). Wskaźnik maksymalnego przekroczenia odchyłek dopuszczalnych S pm jest obliczany ze wzoru gdzie: x i max S pm = x i max g (3.13) maksymalna wartość próbki przekraczającej odchyłkę dopuszczalną. Wskaźnik wykorzystania pola tolerancji S i jest obliczany ze wzoru gdzie: x i m S i = n i=1 m x i g (3.14) wartość i-tej próbki nie przekraczającej odchyłki dopuszczalnej; ilość próbek, dla których wartości zmierzone nie przekraczają odchyłki dopuszczalnej. Wskaźnik maksymalnego stosunku T sygnału do odchyłki dopuszczalnej wyznaczany jest ze wzoru T = x i max g (3.15) Przy braku pomiarów przekraczających odchyłki dopuszczalne wartość S pm = 0

80 Rozdział 3. Drezyna EM-120 jako źródło informacji... Wskaźnik 75 procent P 75 jest obliczany ze wzoru gdzie: k c P 75 = k c (3.16) ilość próbek na odcinku analizy, dla których wystąpiło przekroczenie 75% wartości dopuszczalnych odchyłek; całkowita ilość próbek na odcinku. Oprócz tego program oblicza kilka wskaźników pomocniczych. Wskaźnik parametryczny powierzchniowy oznacza zależne od długości odcinka pole powierzchni pomiędzy linią wykresu a linią zerową. Jego wartość jest obliczana ze wzoru gdzie: x i l n wartość i-tej próbki; krok pomiaru; ilość próbek na odcinku analizy. n P = x i l (3.17) i=1 Wskaźnik parametryczny międzyszczytowy stanowi maksymalną wartość różnicy między sąsiednimi ekstremami zarejestrowanymi dla analizowanego odcinka. Wskaźnik parametryczny rzutu jest sumą długości rzutów poziomych jednoimiennych (od maksimum do minimum) zboczy przebiegu parametru geometrycznego. Wartość tego wskaźnika także zależy od długości odcinka. Dla każdego z tych wskaźników dodatkowo obliczany jest wskaźnik zbiorczy Q według wzoru gdzie: W z W y W x Q = W z + W y + W x 3 (3.18) wskaźnik parametryczny pionu obliczany jako suma wskaźników parametrycznych dla obu toków szynowych (jeśli są dostępne pomiary) lub dwukrotność wskaźnika parametrycznego jednego toku szynowego; wskaźnik parametryczny poziomu obliczany jako suma wskaźników parametrycznych dla obu toków szynowych (jeśli są dostępne pomiary) lub dwukrotność wskaźnika parametrycznego jednego toku szynowego; wskaźnik parametryczny wichrowatości obliczany jako suma wskaźników parametrycznych wyliczonych dla wichrowatości na bazie A (typowo 2,5 m) oraz B (typowo 6 m); dla krzywej przejściowej uwzględniana jest rampa przechyłkowa.

3.5. Wykorzystanie wyników pomiarów drezyną EM-120 81 Rysunek 3.17. Okno programu GeoTec Visual udostępniające wyniki analizy statystycznej Wyniki analiz przeprowadzanych za pomocą programu GeoTec Visual mogą być przedstawiane w następujący sposób: w sposób tabelaryczny, zarówno na ekranie monitora, jak i na wydruku; w postaci wykresów parametrów geometrycznych, przy czym na ekranie można równocześnie zaprezentować wyniki do sześciu serii pomiarowych, co pozwala śledzić zmiany parametrów geometrycznych toru w czasie; w postaci oceny syntetycznej wyliczanej dla danych pomiarowych wybranej serii oraz dla wybranej długości odcinka podlegającego ocenie. Szczególnie wygodna jest przedstawiona na rysunku 3.17 możliwość przedstawienia podsumowania analizy w postaci czytelnych histogramów. Pomocna jest też tablica zawierająca komentarze diagnostyczne (rysunek 3.18). Przy generowaniu komentarzy diagnostycznych brane są dodatkowo pod uwagę dwa obliczane przez program parametry kinematyczne. Przyspieszenie boczne jest obliczane ze wzoru gdzie: a V f a = 6, 17 10 4 V 2 f c 2 6, 54 10 3 h (3.19) wartość przyspieszenia w [m/s2]; maksymalna prędkość pociągu w [km/h]; strzałka nierówności poziomych w [mm];

82 Rozdział 3. Drezyna EM-120 jako źródło informacji... Rysunek 3.18. Komentarze diagnostyczne zestawione z wartościami wskaźników, na podstawie których zostały obliczone c h baza pomiaru (oceny) nierówności w [m]; przechyłka (różnica wysokości toków szynowych) w [mm]. Szybkość przyrostu przyspieszenia ϕ jest obliczana na długości równej połowie bazy pomiaru nierówności poziomych, czyli na długości 5 m. Wyświetlany na ekranie fragment danych pomiarowych może także zostać zapisany w formacie programu SOHRON. Dostępna jest również opcja przejścia do tego programu bezpośrednio z menu programu GeoTec Visual. Wymienione dotychczas możliwości systemu GeoTec, a przede wszystkim obliczane za jego pomocą współczynniki statystyczne dotyczą analizy pojedynczych pomiarów. Wykorzystanie największej jego zalety, wynikającej z możliwości gromadzenia w bazie danych wielu serii pomiarowych analizy porównawczej wyników kolejnych pomiarów wykonywanych na tym samym odcinku toru sprowadza się zaledwie do: graficznej prezentacji wykresów poszczególnych parametrów geometrycznych; tabelarycznej prezentacji wyników analizy kilku serii pomiarowych na wspólnym zestawieniu, którego wyniki trzeba jednak przeanalizować ręcznie; możliwości prezentacji wykresu trendu zmian poszczególnych parametrów geometrycznych w wybranych przekrojach. Pełnię możliwości systemu oraz zalety wykorzystania w nim bazy danych przedstawiono na rysunku 3.19, na którym widać wykres trendu zmian nierów-

3.5. Wykorzystanie wyników pomiarów drezyną EM-120 83 Rysunek 3.19. Możliwości systemu GeoTec w zakresie wspomagania wnioskowania diagnostycznego na przykładzie prezentacji trendu narastania zmian nierówności pionowej oraz zgromadzonych danych o nawierzchni w wybranym kilometrze linii kolejowej ności pionowej w wybranym przekroju (kilometrażu) wraz ze zgromadzonymi danymi na temat nawierzchni w tym miejscu. 3.5.4. Uwagi o projektowanych kierunkach rozwoju systemu GeoTec System GeoTec w przedstawionej powyżej postaci znajduje się obecnie na etapie wdrażania pilotażowego w zakładach linii kolejowych w Częstochowie, Gliwicach, Tarnowskich Górach oraz Zielonej Górze, a także w Oddziale Regionalnym w Katowicach. Równolegle, na podstawie gromadzonych doświadczeń, przygotowywany jest projekt jego dalszego rozwoju i dostosowania do potrzeb PKP, przy założeniu wprowadzenia diagnostycznego systemu utrzymania nawierzchni kolejowej. Prowadzone prace rozwojowe idą obecnie w kilku kierunkach. Pierwszy dąży do wykorzystania tworzonej w systemie GeoTec bazy danych do gromadzenia wszelkich danych na temat stanu toru, a więc nie tylko wyników pomiarów geometrii toru uzyskiwanych z drezyn pomiarowych i toromierzy elektronicznych, ale także: danych o stanie konstrukcji toru,

84 Rozdział 3. Drezyna EM-120 jako źródło informacji... wyników pomiarów defektoskopowych, wyników pomiarów skrajni, wyników badań podtorza, wyników pomiarów rozjazdów, wyników badań toru bezstykowego. Wprowadzanie wszystkich tych danych do bazy GeoTec ma być wykonywane za pomocą odpowiednio rozbudowanego programu GeoTec Writer. Ponieważ wiele rodzajów danych jest gromadzonych obecnie w postaci arkuszy kalkulacyjnych, przewiduje się także wyposażenie tego programu w opcję bezpośredniego wczytywania (importu) tak przygotowanych informacji. Kierunek drugi to dążenie do zapewnienia współpracy systemu GeoTec nie tylko z systemem SOHRON, ale i z innymi istniejącymi i stosowanymi na PKP systemami wspomagania decyzji, takimi jak: system oceny zdatności eksploatacyjnej konstrukcji nawierzchni kolejowej SOKON, system diagnostyki przedmodernizacyjnej DIMO, system ustalania dopuszczalnych nacisków osi i maksymalnych prędkości pociągów UNIP, system diagnostyki podtorza DP, system wspomagania decyzji o szlifowaniu szyn DOSZ. Przewidywany zakres współpracy ma polegać na umożliwieniu wymienionym systemom korzystania z danych zgromadzonych w bazie GeoTec. Ogniwem łączącym ma zostać program GeoTec Visual wzbogacony o funkcje eksportu danych w formatach wymienionych wyżej programów oraz o opcje bezpośredniego wywoływania tych programów, tak jak jest to zrealizowane obecnie w przypadku współpracy GeoTec SOHRON. Równolegle trwają prace koncepcyjne nad przygotowaniem wersji systemu dostosowanego do potrzeb i specyfiki regionalnych oddziałów PKP, pod roboczą nazwą GeoTec Region, oraz umiejscowieniem obu wersji systemu w ogólnokrajowym zintegrowanym systemie diagnostyki i inwentaryzacji nawierzchni kolejowej. Ogólny zarys jednej z rozważanych koncepcji przedstawiono na rysunku 3.20. Oceniając projektowane kierunki rozwoju systemu należy zwrócić uwagę na kilka cech przedstawionych wyżej projektów. Po pierwsze wyraźnie widoczna jest tendencja maksymalnego wykorzystania istniejącego oprogramowania wspomagającego podejmowanie decyzji w drogach kolejowych. Z rysunku 3.20 wynika wręcz, że cały ciężar diagnostyki i podejmowania decyzji ma być przeniesiony do zewnętrznego programu SOHRON. Jednak w takim podejściu do zagadnienia tkwią dwa niebezpieczeństwa: Zapewnienie współpracy tych systemów w dotychczasowej formie, to znaczy jedynie poprzez umożliwienie wymiany danych w dalszej perspektywie ogranicza rozwój systemu oraz uniemożliwia wprowadzenie spójnego, jed-

Dane syntetyczne i źródłowe Moduł komunikacyjny 3.5. Wykorzystanie wyników pomiarów drezyną EM-120 85 Centrala PKP PLK S.A. Centralna baza danych Zbiorcze raporty o stanie sieci Poziom Zakładu Poziom Regionu EM120 TEC 1435 Baza danych GeoTec Zestawienia i wykresy Zbiorcze raporty o stanie regionu dla potrzeb PLK Regionalna baza danych GeoTec Region Generator raportów Moduł diagnostyczny SOHRON Inne dane Inne dane Wskaźniki jakości, wyniki analizy diagnostycznej Rysunek 3.20. Proponowana lokalizacja systemu GeoTec w projektowanym zintegrowanym systemie diagnostyki i inwentaryzacji nawierzchni kolejowej

86 Rozdział 3. Drezyna EM-120 jako źródło informacji... nakowego dla wszystkich tworzących go programów interfejsu użytkownika. Utworzenie takiej wspólnej platformy to jeden z wniosków sformułowanych podczas pilotażowego wdrażania systemu GeoTec. Brak takiego interfejsu już w chwili obecnej skutkuje koniecznością wielokrotnego wprowadzania tych samych informacji podczas tworzenia i aktualizowania bazy danych. Wymagana spójność jest możliwa do osiągnięcia poprzez zaimplementowanie w systemie GeoTec mechanizmu tzw. wtyczek (ang. plug-in) i udostępnienie zainteresowanym programistom jego szczegółowej specyfikacji. System SOHRON został utworzony w celu gromadzenia i analizy wyników pomiarów torów wykonywanych za pomocą toromierzy elektronicznych [15] i jest niedostosowany do masowej skali wyników z jaką mamy do czynienia w przypadku pomiarów wykonywanych drezyną EM-120. Eksport danych z programu GeoTec Visual jest wykonywany fragmentami o długości równej długości odcinka oceny, a jednocześnie można eksportować dane tylko z jednej serii pomiarowej (bez względu na to ile serii pomiarowych jest w danej chwili wczytanych do programu GeoTec Visual). Taką formę wymiany danych należy uznać za bardzo skomplikowaną i niezadowalającą. Po drugie, proponowany kierunek rozwoju zakłada gromadzenie danych na temat stanu toru pochodzących z różnych źródeł we wspólnej bazie danych. Jest to zatem kierunek częściowo zbieżny z przedstawionymi w rozdziale 1 rozwiązaniami przyjętymi w USA (zobacz rysunek 1.16). Należy jednak zwrócić uwagę na istotną różnicę względem amerykańskiego systemu TrackIT TM, w którym baza danych jest scentralizowana, a dane z różnych źródeł trafiają do niej bezpośrednio z terenu. System proponowany na PKP z góry zakłada rozczłonkowanie przechowywanych danych. Przewiduje się w nim bowiem, że: każdy zakład ma korzystać z własnej bazy danych; dane z zakładów mają być przekazywane na szczebel regionalny za pośrednictwem modułów komunikacyjnych; zróżnicowane mają być systemy baz danych wykorzystywane na poszczególnych szczeblach zarządzania. Takie podejście do zagadnienia już u podstaw komplikuje system, powoduje powstanie w nim miejsc utrudniających przepływ i dostęp do danych oraz potencjalnych źródeł ich przekłamań. Problemy związane z szybkim rozrastaniem się bazy danych gromadzącej wszystkie dostępne informacje o drodze kolejowej, konieczność optymalizacji tworzonych w ten sposób zasobów oraz zagadnienia związane z wykorzystaniem centralnej bazy danych oraz synchronizacją jej zawartości z bazami lokalnymi stwierdzono także w najbardziej zaawansowanym z dostępnych obecnie na rynku systemie ECOTRACK [46]. Wynika to zapewne z zaobserwowanej na etapie wdrożenia pilotażowego niewydolności systemu baz danych zastosowanego w obecnej wersji systemu GeoTec.

3.5. Wykorzystanie wyników pomiarów drezyną EM-120 87 b) a) c) Sieć komputerowa d) Rysunek 3.21. Architektura rozproszonej bazy danych Charakterystyczne cechy struktury przedsiębiorstwa PKP ogólnokrajowy zasięg, hierarchiczne zależności wewnątrz przedsiębiorstwa, rozproszenie poszczególnych jednostek organizacyjnych oraz rozproszenie miejsc generowania danych o nawierzchni kolejowej i jej stanie, przy równoczesnym posiadaniu własnego, sprawnego, wydzielonego systemu łączności w sposób niemal modelowy odpowiadają sytuacji, w której proponuje się zazwyczaj przechowywanie informacji w rozproszonej bazie danych. Należy przy tym zaznaczyć, że rozproszenie takiej bazy powinno polegać na fragmentacji przechowywanych w niej danych, czyli na rozdzieleniu przechowywanych danych między różne lokalizacje. Nie chodzi zatem o zastosowanie architektury klient serwer, w której baza jest scentralizowana, a rozproszone są jedynie systemy zarządzające danymi [16, 62]. Przykład rozproszonej bazy danych przedstawiono na rysunku 3.21. Widać na nim komputery zlokalizowane w czterech różniących się położeniem geograficznym węzłach. Dane zawarte w bazie są rozdzielone między trzy lokalizacje, oznaczone na rysunku jako a, b i c. W czwartym węźle (d) dane nie są gromadzone, jednak zlokalizowane w nim komputery mają dostęp do baz przechowywanych w pozostałych węzłach. Jednak bez względu na to, jaki model bazy danych zostanie ostatecznie przyjęty przy realizacji projektu, konieczne jest ujednolicenie sposobu jego obsługi na wszystkich szczeblach zarządzania, a przede wszystkim porzucenie rozwiązania, w którym baza danych oraz program do jej obsługi są ze sobą zinte-

88 Rozdział 3. Drezyna EM-120 jako źródło informacji... growane w ramach jednego stanowiska komputerowego. Rozważając odejście od tego anachronizmu należy przyjrzeć się opisanym w rozdziale 1.8.3 rozwiązaniom zastosowanym w systemie TrackIT R. Trzecim budzącym wątpliwości założeniem jest propozycja połączenia w jednym systemie funkcji diagnostycznych i inwentarzowych. Jakkolwiek dane na temat rodzaju poszczególnych elementów nawierzchni są istotne, to jednak nie mają bezpośredniego znaczenia przy podejmowaniu niektórych decyzji z zakresu bieżącego utrzymania nawierzchni, np. przy zleceniu mechanicznego podbicia fragmentu toru. Z drugiej strony przygotowanie bazy danych na gromadzenie tak szerokiego i zróżnicowanego spektrum informacji musi negatywnie wpłynąć na stopień komplikacji obsługującego ją systemu. Stoi to w jaskrawej sprzeczności z przytaczaną wcześniej zasadą KISS. Takie dodatkowe rozbudowanie systemu musi negatywnie wpłynąć również na jego wydajność, która już w chwili obecnej nie jest wystarczająca. Na koniec tych rozważań nie sposób nie zauważyć, że proponowane kierunki rozwoju systemu GeoTec sprowadzają go do roli systemu obsługi bazy danych. Podejmowanie decyzji eksploatacyjnych i utrzymaniowych jest przekazane systemowi SOHRON. Ten program z kolei nie posiada obecnie wydajnej funkcji wspomagania planowania napraw. Operator programu decyzje o kolejności napraw podejmuje ręcznie, analizując linię odcinek po odcinku, posiłkując się jedynie wartościami wskaźników syntetycznych wyświetlanymi przez program oraz analizując wykresy parametrów geometrycznych. Dopiero po przeanalizowaniu wszystkich odcinków nadal ręcznie podejmuje decyzję o kolejności wykonywania napraw w skali całej linii. Proces ten jest tak skomplikowany, że w pracy [15] przedstawiono nawet algorytm, według którego należy postępować podczas posługiwania się programem SOHRON do oceny stanu toru.

Rozdział 4 Selekcja danych pomiarowych do ich analizy 4.1. Krótka charakterystyka prowadzonych dotychczas badań Jakiekolwiek analizy danych pomiarowych otrzymywanych za pomocą drezyny EM-120 są utrudnione ze względu na zamknięty format plików wynikowych, niemożliwy do odczytania w ogólnie dostępnych programach. Ponadto brak jest jakiejkolwiek jawnej specyfikacji formatu plików danych, umożliwiającej stworzenie oprogramowania dedykowanego do określonych celów badawczych. W związku z tym badacz jest już na wstępie ograniczony do zakresu i sposobu dostępu do danych narzuconego przez producenta oprogramowania pokładowego drezyny oraz oprogramowania towarzyszącego. W związku z powyższym we wszystkich prowadzonych dotychczas analizach danych otrzymywanych z drezyny EM-120 stosowana była narzucona przez oprogramowanie pokładowe drezyny segmentacja wyników pomiarów na odcinki o długości 1000 m. Dla odcinków o takiej długości: prowadzono statystykę usterek w poszczególnych klasach; obliczano wskaźniki syntetyczne jakości toru i jego wadliwość (rysunek 4.1). Bardziej szczegółowe badania można było prowadzić wyłącznie dla usterek klasy C, gdyż tylko takie usterki były szczegółowo wyspecyfikowane w mającym format tekstowy tabulogramie uzyskiwanym z drezyny pomiarowej. Wprowadzenie na drezynach oprogramowania GeoTec zmieniło ten stan rzeczy w bardzo nieznaczny sposób. Do pozytywów można zaliczyć następujące fakty: na tabulogramach oprócz statystyk dla odcinków o długości 1000 m pojawiają się obecnie statystyki dłuższych fragmentów oraz całych linii z podziałem na tory ułożone na prostej, w łuku i na rozjazdach (rysunek 4.2); oprogramowanie do analizy post-processing umożliwia obliczanie statystyk i wskaźników syntetycznych dla odcinków o długościach innych niż 1000 m. Na początku lat 90-tych XX w. na PKP prowadzono przez jakiś czas eksperymenty z podziałem na segmenty o długości 500 m. W późniejszym czasie takiego podziału zaniechano.

90 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy PODSUMOWANIE KM 165.000 DO 166.000 = 1000M LINIA 3 TOR 1 KATEGORIA = 15 V LINII = 160KM/H ------------------------------------------------------------------------- PARAMETR (A) EX (B) EX (C) EX S W ------------------------------------------------------------------------- PIONOWE L. 106 19 25 8 11 2 1.64 0.01 PIONOWE P. 114 21 41 14 16 8 1.71 0.01 WICHROWATOSC M. 18 8 1 2 0 0 1.25 0.00 PRZECHYLKA 18 6 1 1 0 0 1.21 0.00 SZEROKOSC - - - - - - 1.55 - POZIOME L. 116 17 69 7 37 7 1.85 0.02 POZIOME P. 158 26 50 9 29 4 1.96 0.02 POSZERZENIE 8 6 3 4 1 3-0.00 ZWEZENIE 439 41 150 35 34 15-0.02 ------------------------------------------------------------------------- SUMA 612 144 253 80 92 39 1.60 0.05 Rysunek 4.1. Przykład podsumowania odcinka o długości 1000 m uzyskany na linii nr 3 Warszawa Zachodnia Kunowice w torze nr 1 podczas pomiaru w dniu 2001-06-08 Także prowadzone wcześniej w Polsce próby porównywania wyników kolejnych pomiarów wykonanych za pomocą drezyny EM-120 należy uznać za bardzo ograniczone. Próby te, zawarte m.in. w pracach [18, 38] były prowadzone na krótkich odcinkach toru (w pracy [38] były to nawet odcinki bardzo krótkie o długości 200 m). Należy zwrócić uwagę, że fakt opracowania zarówno oprogramowania pokładowego drezyny, jak i współpracującego z nią systemu GeoTec przez jedną i tę samą firmę ma poza niezaprzeczalnymi zaletami także jedną podstawową wadę, dotkliwą zwłaszcza dla badacza, usiłującego dociekać szczegółów prowadzonej przez oprogramowanie analizy lub zamierzającego spojrzeć na zgromadzone dane w niestandardowy, nie przewidziany przez autorów oprogramowania sposób. Ta wada to wspomniane już wyżej zamknięcie źródeł oprogramowania, a przede wszystkim brak jakiejkolwiek specyfikacji formatu danych binarnych uzyskiwanych z drezyny. To powoduje, że przy analizie tych danych badacz jest wręcz skazany na korzystanie z systemu GeoTec. W celu pozbycia się tego ograniczenia należałoby stosować metody niezgodne z prawem (tzn. przeprowadzić deasemblację kodu programu). Autorzy oprogramowania przewidzieli co prawda wśród opcji oprogramowania eksport danych w postaci tekstowej, jednak możliwości tego modułu są dotkliwie ograniczone przez: możliwość eksportu danych o nierównościach pionowych i poziomych tylko dla jednego (lewego) toku szynowego; wymuszenie podziału eksportowanych danych na odcinki o długości 1000 m; ograniczenie eksportu danych do jednej (bieżącej) serii pomiarowej. Dla porównania, podczas wdrażania na PKP programu KOMPLAN zlece-

4.1. Krótka charakterystyka prowadzonych dotychczas badań 91 PODSUMOWANIE LINII KM 220.000 DO 3.209 = 181673M KATEGORIA = 15 V LINII = 160KM/H ------------------------------------------------------------------------- PARAMETR (A) EX (B) EX (C) EX S W ------------------------------------------------------------------------- PIONOWE L. 11311 2247 3057 728 1059 298 1.34 0.00 PIONOWE P. 10360 2022 3107 696 1124 316 1.30 0.00 WICHROWATOSC M. 2777 845 539 225 77 56 1.15 0.00 PRZECHYLKA 1807 743 345 183 80 70 1.00 0.00 SZEROKOSC - - - - - - 1.26 - POZIOME L. 7378 1763 1301 349 377 106 1.18 0.00 POZIOME P. 7470 1549 1812 395 727 156 1.17 0.00 WICHROWATOSC L. 5725 1375 1476 471 379 184 1.32 0.00 POSZERZENIE 34571 4135 6006 1440 1224 381-0.01 ZWEZENIE 7943 1289 3545 747 1474 397-0.01 ------------------------------------------------------------------------- SUMA 59327 15968 15094 5234 5064 1964 1.27 0.02 PODSUMOWANIE LINII KM 220.000 DO 3.209 = 181673M PROSTA = 148311m KATEGORIA = 15 V LINII = 160KM/H ------------------------------------------------------------------------- PARAMETR (A) EX (B) EX (C) EX S W ------------------------------------------------------------------------- PIONOWE L. 9011 1786 2323 560 818 220 1.32 0.00 PIONOWE P. 8101 1613 2389 526 818 237 1.28 0.00 WICHROWATOSC M. 1982 618 362 157 54 40 1.12 0.00 PRZECHYLKA 1250 556 246 127 53 51 0.97 0.00 SZEROKOSC - - - - - - 1.21 - POZIOME L. 5091 1323 756 228 194 54 1.15 0.00 POZIOME P. 5105 1170 978 240 360 80 1.12 0.00 WICHROWATOSC L. 4196 1044 1021 343 257 125 1.28 0.00 POSZERZENIE 28926 3292 4552 1124 684 249-0.00 ZWEZENIE 7065 1072 3211 627 1357 336-0.01 ------------------------------------------------------------------------- SUMA 49319 12474 11803 3932 3682 1392 1.24 0.02 PODSUMOWANIE LINII KM 220.000 DO 3.209 = 181673M LUK = 30349m KATEGORIA = 15 V LINII = 160KM/H ------------------------------------------------------------------------- PARAMETR (A) EX (B) EX (C) EX S W ------------------------------------------------------------------------- PIONOWE L. 1213 318 229 77 45 22 1.21 0.00 PIONOWE P. 1193 257 295 74 97 25 1.19 0.00 WICHROWATOSC M. 377 122 83 27 18 7 1.15 0.00 PRZECHYLKA 224 89 40 23 11 8 0.98 0.00 SZEROKOSC - - - - - - 1.08 - POZIOME L. 1214 307 121 52 36 14 1.17 0.00 POZIOME P. 909 238 145 38 40 9 1.12 0.00 WICHROWATOSC L. 775 202 205 60 63 27 1.32 0.00 POSZERZENIE 4110 703 659 186 128 44-0.00 ZWEZENIE 560 148 175 65 29 19-0.00 ------------------------------------------------------------------------- SUMA 7293 2384 1501 602 367 175 1.20 0.01 PODSUMOWANIE LINII KM 220.000 DO 3.209 = 181673M ROZJAZD = 3013m KATEGORIA = 15 V LINII = 160KM/H ------------------------------------------------------------------------- PARAMETR (A) EX (B) EX (C) EX S W ------------------------------------------------------------------------- PIONOWE L. 1085 143 504 91 195 56 2.65 0.04 PIONOWE P. 1065 152 423 96 208 54 2.68 0.04 WICHROWATOSC M. 418 105 93 41 5 9 2.13 0.00 PRZECHYLKA 332 98 58 33 16 11 2.12 0.00 SZEROKOSC - - - - - - 3.13 - POZIOME L. 1073 133 423 69 146 38 2.45 0.02 POZIOME P. 1455 141 689 117 326 67 3.10 0.05 WICHROWATOSC L. 754 129 250 68 59 32 2.76 0.01 POSZERZENIE 1535 140 793 130 411 88-0.11 ZWEZENIE 318 69 158 55 87 42-0.02 ------------------------------------------------------------------------- SUMA 2714 1110 1790 700 1015 397 2.79 0.20 Rysunek 4.2. Przykład podsumowania linii uzyskany na linii nr 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie w torze nr 2 podczas pomiaru w dniu 1997-22-05

92 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy niodawca otrzymał pełną specyfikację formatu plików wynikowych oraz zastosowanych algorytmów. 4.2. Założenia wstępne przyjęte podczas selekcji danych Mając na uwadze wspomniane wyżej ograniczenia prowadzonych dotychczas badań oraz uwzględniając panujące obecnie trendy [2, 45, 46] i istniejące możliwości techniczne, postanowiono przyjrzeć się wynikom pomiarów uzyskiwanych z drezyny EM-120 z odmiennej, niestosowanej wcześniej perspektywy. Po pierwsze, uwzględniając skalę jazd pomiarowych wykonywanych za pomocą drezyn EM-120 (badanie całych linii o długości kilkuset kilometrów każda) założono, że niektóre właściwości otrzymywanych danych mogą umknąć uwadze podczas ich segmentacji. Aby takich zjawisk nie przeoczyć postanowiono analizować wyniki z możliwie najdłuższych odcinków toru, właśnie od całych linii poczynając. Drugie założenie związane jest z liczbą porównywanych pomiarów i wpływem tego parametru na analizę trendu zmian zachodzących w geometrii toru. Ekstrapolacja funkcji opisujących zmiany usterek ma wartość praktyczną jedynie wtedy, gdy przedział ekstrapolowany nie przekracza ok. 20% długości przedziału przebadanego. Chcąc z prognozowaniem zmian w torze wybiegać jak najdalej w przyszłość należy zatem znać historię zachodzących w torze zmian w jak najdłuższym przedziale czasowym. Dlatego też przyjęto zasadę kwalifikowania do dalszej analizy jedynie tych odcinków linii, dla których posiadano wyniki z co najmniej sześciu jazd pomiarowych. 4.3. Dane uzyskane do analizy Od PKP uzyskano zbiory danych otrzymane podczas pomiarów drezyną EM-120 na liniach kolejowych i w terminach zestawionych w tabeli 4.1. Za datę pomiaru przyjęto datę rozpoczęcia pomiaru w torze nr 1. Zazwyczaj pomiar drugiego toru był wykonywany nazajutrz. Wyjątek stanowi linia 131, na której pomiar jednego toru trwał 2 3 dni. Tabela 4.1: Wyniki pomiarów udostępnione do badań przez PKP PLK S.A. Nr linii Nazwa linii Długość linii Daty pomiarów 3 Warszawa Zachodnia Kunowice 475,583 km 1997-10-09 1998-03-26 1998-09-07 1998-11-02 1998-12-28 Ciąg dalszy na następnej stronie...

4.3. Dane uzyskane do analizy 93 Nr linii Nazwa linii Długość linii Daty pomiarów 1999-05-27 1999-08-23 1999-12-20 2000-03-15 2000-06-26 2000-10-25 2001-04-05 2001-06-08 2002-03-12 2002-06-03 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie 223,833 km 1997-09-30 1997-11-01 1998-04-01 1998-06-01 1998-09-01 1998-12-01 1999-05-01 1999-08-01 1999-12-03 2000-03-17 2000-06-20 2000-10-04 2001-04-01 2001-06-12 2002-03-08 2002-06-05 9 Warszawa Wsch. Gdańsk Główny 323,335 km 1997-11-13 1998-04-02 1999-06-16 1999-09-27 2000-03-13 2000-10-05 2001-04-10 2002-03-05 131 Chorzów Batory Tczew 492,143 km 1998-11-09 1999-07-26 1999-08-10 1999-12-08 2000-08-28 2000-09-13 2000-12-13 Ciąg dalszy na następnej stronie...

94 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy Nr linii Nazwa linii Długość linii Daty pomiarów 2001-09-03 2001-12-11 2002-07-08 Z zestawienia wynika, że analizie poddano dane odpowiadające łącznie długości niemal 36,5 tys. km toru kolejowego. Po uwzględnieniu specyfikacji technicznej drezyny EM-120 oraz wzoru 2.1 ze strony 53 okaże się, że zbadano dane uzyskane w niemal 146 mln punktów pomiarowych. Dane otrzymano w postaci par plików binarnych oraz tabulogramów zapisanych na nośnikach magnetycznych (płytach CD). Dostęp do tak zapisanych danych jest możliwy za pomocą: w wypadku tabulogramów dowolnego edytora tekstu; w wypadku plików binarnych programu GeoTec Writer. Podczas prowadzonych badań korzystano z informacji zawartych zarówno w plikach binarnych, jak i tabulogramach, przy czym: szczegółowe przygotowanie oraz wybór danych przeprowadzono na podstawie kompletnych wyników pomiarów zawartych w plikach binarnych, które analizowano i wprowadzano do bazy danych za pomocą programu GeoTec Writer; informacje umieszczone w tabulogramach okazały się przydatne m.in. we wstępnej analizie przydatności wyników pomiarów otrzymanych w poszczególnych jazdach pomiarowych, przy badaniu lokalizacji położonych w torze obiektów inżynierskich i rozjazdów oraz przy porównywaniu wartości wskaźnika J uzyskiwanego podczas kolejnych pomiarów tego samego toru. 4.4. Wstępna kwalifikacja wyników pomiarów Wstępna kwalifikacja do dalszej analizy wyników pomiarów zestawionych w tabeli 4.1 polegała na sprawdzeniu, czy zasięg poszczególnych jazd pomiarowych drezyny obejmował całe badane linie oraz oba ich tory. Weryfikację przeprowadzono przeglądając otrzymane zapisy tabulogramów. Już na tym etapie z dalszej analizy wykluczono pomiary wykonane na linii nr 131 Chorzów Batory Tczew. Główne powody tej decyzji wynikają z danych o zasięgu pomiarów prowadzonych na tej linii, zestawionych w tabeli 4.2. Wynika z niej, że: pomiar wykonany w torze nr 1 dnia 1999-08-10 jest co do kilometrażu uzupełnieniem pomiaru wykonanego w dniu 1999-07-27; pomiar wykonany w torze nr 1 dnia 2000-09-13 jest co do kilometrażu uzupełnieniem pomiaru wykonanego w dniu 2000-08-28;

4.4. Wstępna kwalifikacja wyników pomiarów 95 Tabela 4.2. Zasięg poszczególnych jazd pomiarowych drezyny EM-120 podczas badanych objazdów linii nr 131 Chorzów Batory Tczew Data pomiaru Zasięg pomiaru (od km do km) Tor nr 1 Tor nr 2 1998-11-09 243,945 498,217 Brak danych 1999-07-26 244,000 498,238 498,200 008,156 1999-08-10 039,100 244,011 Brak danych 1999-12-08 049,000 498,159 368,000 048,974 2000-08-28 244,000 497,892 497,900 168,425 2000-09-13 069,400 243,992 Brak danych 2000-12-13 005,777 498,129 497,920 164,994 2001-09-03 244,000 497,233 498,000 005,534 2001-12-11 008,200 226,746 368,000 008,794 2002-07-08 244,000 498,221 497,920 124,048 pomiar wykonany w torze nr 1 dnia 2001-12-11 jest co do kilometrażu uzupełnieniem pomiaru wykonanego w dniu 2001-09-03, jednak odstęp czasowy wynoszący w tym wypadku ponad 3 miesiące jest zbyt duży, aby pomiary te można było traktować jako jeden (przeprowadzono je de facto o różnych porach roku); brakuje wyników pomiarów toru nr 2 wykonanych w terminach 1998-11-09, 1999-08-10 oraz 2000-09-13. Powyższe fakty sprawiają, że dla toru nr 1 linii 131 można przeprowadzić analizę maksymalnie 6 pomiarów, i to jedynie na połowie jej długości (w przybliżeniu od km 244,000 do 498,000). Jeszcze gorzej przedstawia się sytuacja w torze nr 2, dla którego stwierdzono wręcz brak wyników z trzech objazdów, a maksymalnie 7 objazdów sięga w przybliżeniu swoim zasięgiem od km 368,000 do 168,000. Dokładniejsza analiza danych wykazała dodatkowo, że podczas pomiarów na linii 131 drezyna wyjątkowo często była kierowana na inny tor, niż miała w danym objeździe mierzyć (np. na tor główny dodatkowy podczas przejazdu przez niektóre stacje). Spowodowało to powstanie znacznych (kilkukrotnie przeszło 20-kilometrowych) luk w danych. Zestawienie stwierdzonych braków zawiera tabela 4.3. Zsumowanie wszystkich wymienionych wyżej czynników doprowadziło do wniosku, że dane z pomiarów wykonanych na linii 131 nie spełniają przyjętych na wstępie założeń i z tego powodu nie kwalifikują się do dalszej analizy.

96 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy Tabela 4.3. Braki danych stwierdzone w pomiarach wykonanych drezyną EM-120 na linii nr 131 Chorzów Batory Tczew Data pomiaru Numer toru Brak danych w kilometrach 1998-11-09 1 323,36225 324,55300 1 326,95525 370,79925 1999-07-26 1 323,74975 324,81725 1 368,75300 369,74975 2 100,76150 090,28675 2 040,01175 033,48950 2 030,50125 026,92000 1999-12-08 1 390,14275 398,25700 2 101,82075 100,86425 2000-08-28 1 283,16050 294,41350 2001-12-11 1 080,15250 100,92450 2 101,85500 080,00625 4.5. Próba wprowadzenia do bazy danych wyników pomiarów z całych linii Zgodnie z założeniami przedstawionymi w rozdziale 4.2, na pierwszym etapie przetwarzania danych podjęto próbę wprowadzenia do bazy informacji o wynikach kolejnych pomiarów dla obu torów całych analizowanych linii nr 3, 4 oraz 9. Na wstępnie dla każdej z badanych linii, za pomocą programu GeoTec NetPrg [42] założono bazę opisu sieci. W normalnej eksploatacji w bazie tej znajdują się wszelkie dostępne informacje na temat infrastruktury linii kolejowej, jej paszportyzacji, lokalizacji punktów charakterystycznych itp. Z uwagi na zakres prowadzonych badań opis sieci ograniczono do podania kilometrażu punktu początkowego i końcowego, oraz do automatycznego podziału całych linii na sektory o długości 100 m. Z kolei dla każdej z badanych linii wybrano najwcześniej chronologicznie wykonany pomiar i jego wyniki wprowadzono do bazy. Dane z odpowiedniego pliku otrzymanego z drezyny EM-120 zostały w tym etapie automatycznie podzielone na fragmenty odpowiadające sektorom zdefiniowanym w bazie danych sieci toru (a więc na fragmenty o długości 100 m każdy). Każdy z takich fragmentów zawiera ilość pomiarów zapełniających w całości sektor pomiarowy, a lokalizacja pierwszego i ostatniego pomiaru odpowiada dokładnie lokalizacji początku i końca każdego sektora. Ponieważ baza opisu sieci zawierała jedynie informację o podziale linii na sektory, przepisanie pierwszego wprowadzanego pomiaru dla W tym i kolejnych etapach przygotowania danych do analizy podstawowe narzędzie badawcze stanowił program GeoTec Writer, umożliwiający wprowadzanie wyników pomiarów wykonywanych drezyną EM-120 do bazy danych.

4.5. Próba wprowadzenia do bazy danych wyników... 97 każdej linii mogło się odbyć automatycznie. W ten sposób rozpoczęto wprowadzanie do bazy GeoTec danych z następujących objazdów: dla linii nr 3 Warszawa Zachodnia Kunowice pomiaru z dnia 1997-10-09; dla linii nr 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie pomiaru z dnia 1997-09-30; dla linii nr 9 Warszawa Wschodnia Gdańsk Główny pomiaru z dnia 1997-11-13. Na tym etapie natrafiono na pierwszą trudność wynikającą z faktu, że dane otrzymane w trakcie pomiaru są przez oprogramowanie drezyny wstępnie dzielone na części opisujące maksymalnie 15 km toru. Dodatkowe podziały na odcinki krótsze wykonywane są: w miejscach zmiany numeru toru; w miejscach korekty kilometrażu wprowadzanej przez obsługę drezyny podczas jazdy pomiarowej; w miejscach zatrzymania drezyny przez jej obsługę, np. w celu przeprowadzenia kalibracji systemu pomiarowego; w miejscach charakterystycznych dla terytorialnego i organizacyjnego podziału sieci kolejowej (np. na granicach oddziałów). Program GeoTec Writer jest zorganizowany w taki sposób, że każdą z badanych części trzeba analizować osobno nawet wtedy, gdy części te bezpośrednio ze sobą sąsiadują i gdy operator wybierze automatyczne przepisywanie danych pomiarowych do bazy. Krok trzeci polegał na wprowadzaniu do bazy danych dla każdej z badanych linii informacji z kolejnych, chronologicznie późniejszych pomiarów. Na tym etapie przygotowywania danych newralgicznym zagadnieniem stało się poprawne wyrównanie położenia wyników poszczególnych serii pomiarowych na długości toru. Należy pamiętać, że lokalizacja rejestrowanych pomiarów jest zawsze obarczona błędami wynikającymi z: niedokładności określenia położenia w torze punktu początkowego pomiaru; niedokładności licznika drogi drezyny EM-120; zaburzeń w pomiarze odległości wprowadzanych przez obiekty inżynierskie zlokalizowane w torze (rozjazdy, skrzyżowania torów i przejazdy drogowe w poziomie szyn). Podstawowa i fundamentalna trudność w określaniu lokalizacji zarejestrowanych pomiarów wynika z faktu, że pliki pomiarowe generowane przez system pomiarowy drezyny EM-120 nie zawierają znaczników punktów granicznych sektorów pomiarowych (lokalizacji punktów hektometrowych w torze) [41]. Dlatego jedynym sposobem kontroli i korekty ewentualnych błędów lokalizacji jest graficzne porównanie wykresów mierzonych parametrów geometrycznych pochodzących z pomiarów bieżącego i zapisanego w bazie pomiaru chronologicznie najwcześniejszego, który jest traktowany jako pomiar wzorcowy. W związku z tym

98 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy Rysunek 4.3. Lokalizowanie odpowiadających sobie punktów na wykresach wprowadzanym i archiwalnym podczas korekty położenia punktu początkowego pomiaru [41] przed dopisaniem do bazy danych pomiarowych zawartości kolejnego pliku należy kolejno: 1. wstępnie przeanalizować dane z nowego pliku pomiarowego sprawdzając ich kompletność i położenie we właściwym torze; 2. zsynchronizować położenie początku pierwszego sektora pomiaru wprowadzanego z zapamiętanym wcześniej w bazie i uznanym za wzorcowy pomiarem chronologicznie najwcześniejszym; 3. uzgodnić położenie danych z wprowadzanego pliku pomiarowego z sektorami sieci torów na całej długości wprowadzanego fragmentu toru. Wobec tego przed rozpoczęciem analizy nowych danych z bazy opisu sieci odczytywana jest zachowana tam mapa sektorów badanego fragmentu toru. Następnie lokalizacje tych sektorów są wprowadzane do analizowanego pliku i przyporządkowane odpowiednim rekordom pomiarowym. Wreszcie z bazy danych odczytywane są wzorcowe wyniki pomiarów, a ich wykresy nakładane na wykresy pomiaru, który ma być wprowadzony do bazy. Cały proces koordynowania położenia wyników pomiarów polega zatem na analizie obrazowo-porównawczej wykresów uzyskanych z pomiaru bieżącego oraz wzorcowego, czyli na znajdowaniu fragmentów do siebie podobnych i w razie konieczności zmianie informacji o położeniu wskazanych punktów pomiaru bieżącego. W ten sposób fragmenty porównywanych wykresów zarejestrowane podczas kolejnych pomiarów i pochodzące z tego samego miejsca w torze będą miały ten sam kilometraż. Przykładowy przebieg pierwszego etapu uzgadniania pomiarów korektę lokalizacji początku pomiaru przedstawiono na rysunkach 4.3 i 4.4. Na pierwszym z nich widoczny jest początkowy fragment pomiaru, na którym zaznaczono punkty charakterystyczne położone w tym samym miejscu w torze,

4.5. Próba wprowadzenia do bazy danych wyników... 99 Rysunek 4.4. Efekt wprowadzenia korekty punktu początkowego pomiaru [41] a pochodzące z dwóch pomiarów: analizowanego (zaznaczonego kolorem zielonym) i archiwalnego (wykreślonego kolorem szarym). Z kolei rysunek 4.4 ilustruje efekt przeprowadzonej korekty. Na skutek modyfikacji kilometrażu punktu początkowego wprowadzanego pomiaru, i w ślad za tym idącą modyfikacją kilometrażu wszystkich rekordów znajdujących się w pliku pomiarowym, wykres został przesunięty względem wykresu wzorcowego. W wyniku tej operacji punkty P p i P a, reprezentujące te same miejsce w torze, uzyskały kilometraż narzucony przez lokalizację punktu P a w pomiarze wzorcowym (archiwalnym). Należy wyjaśnić, że zarówno opisaną tu korektę punktu początkowego pomiaru, jak i omawianą dalej korektę kilometrażu na długości analizowanego odcinka można wykonać na podstawie wykresu dowolnego parametru geometrycznego mierzonego przez drezynę EM-120. Po wykonaniu korekty punktu początkowego pomiaru konieczne jest przeprowadzenie jej drugiego i zasadniczego etapu związanego z wprowadzaniem danych z kolejnego pomiaru korekty położenia punktów pomiarowych na całej długości analizowanego odcinka. Jest to etap niezwykle żmudny, wymagający od operatora programu ciągłego skupienia uwagi. Trzeba w nim na całym badanym odcinku, fragment po fragmencie, porównywać przebieg wykresów pomiaru wprowadzanego z wykresami wzorcowymi i w razie potrzeby umiejętnie wprowadzać korekty kilometrażu. Należy przy tym pamiętać, że przyczyną niezgodności wykresów są przeważnie niedokładności pomiaru drogi wykonywanego przez drezynę pomiarową. Zatem najczęściej błąd pojawia się w sposób trudny do zauważenia, i narasta w miarę posuwania się w kierunku końca pliku pomiarowego. Z drugiej strony każdy plik pomiarowy pochodzi z ciągłego odcinka toru, w związku z tym zakres korekty możliwy do wykonania w jednym miejscu został w programie ograniczony. Jeżeli wymagana korekta jest większa od dopuszczalnej, to najbardziej prawdopodobna tego przyczyna jest taka, że operator programu nie zauważył miejsca, w którym nastąpiło rzeczywiste rozsynchronizowanie

100 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy Rysunek 4.5. Przygotowanie do wykonania korekty kilometrażu na fragmencie pliku pomiarowego [41] Rysunek 4.6. Pomiary przedstawione na rysunku 4.5 po wykonaniu korekty [41] wykresów. W takiej sytuacji niezbędne jest cofnięcie się w kierunku początku pliku i odnalezienie miejsca ostatniej zgodności wykresów. Przebieg wykonywania korekty na długości analizowanego odcinka ilustrują rysunki 4.5 oraz 4.6. Aby uzyskać ponowną zgodność pomiaru wprowadzanego do bazy z pomiarem wzorcowym, należy wykonać każdorazowo następujące czynności: 1. wybrać wykres parametru geometrycznego, na podstawie którego zostanie dokonane uzgodnienie położenia pomiarów; 2. na wybranym wykresie zaznaczyć miejsce, w którym wykresy są jeszcze do siebie dopasowane (przekrój oznaczony na rysunku 4.5 jako Znacznik blokady ); 3. wskazać miejsce, którego lokalizacja ma być skorygowana (punkt P p na rysunku 4.5); 4. posługując się myszą lub klawiszami sterującymi ruchem kursora przesunąć wskazany punkt do wymaganej lokalizacji (na rysunku 4.5 w taki sposób, aby punkt oznaczony jako P p znalazł się dokładnie w tym samym przekroju, co punkt oznaczony jako P a); 5. usunąć znacznik blokady i kontynuować analizę dalszej części pliku, powtarzając w miarę potrzeby czynności opisane w punktach 1 4.

4.5. Próba wprowadzenia do bazy danych wyników... 101 Zmiany w lokalizacji poszczególnych punktów pomiarowych analizowanego pliku zależą od położenia tego punktu względem punktu, w którym lokalizacja jest korygowana (a więc względem punktu P p). I tak: kilometraż punktów pomiarowych znajdujących się między początkiem pliku pomiarowego a punktem, w którym umieszczono znacznik blokady nie ulega zmianie; kilometraż oraz liczba punktów pomiarowych położonych między znacznikiem blokady a punktem korygowanym zmieniają się w zależności od kierunku i wielkości przesunięcia modyfikowanego punktu przy przesuwaniu w kierunku początku pliku, a więc w lewo, punkty są usuwane, przy przesunięciach w kierunku końca pliku punkty są dodawane; kilometraż wszystkich punktów położonych między punktem korygowanym a końcem pliku zmienia się o wartość wynikającą z przesunięcia punktu korygowanego. Zaimplementowane w programie algorytmy zapewniają, że miejsca, w których następuje dodawanie lub usuwanie punktów są wybierane w taki sposób, aby nie zmienił się charakter modyfikowanego wykresu. Aby w czasie uzgadniania położenia pomiarów uzyskać zadowalającą dokładność, należy odpowiednio dobrać skalę długości, w jakiej wykresy są podczas wykonywania tej czynności wyświetlane na ekranie. Skala ta musi z jednej strony zapewnić dostateczną widoczność charakterystycznych szczegółów wykresów, z drugiej zaś umożliwić widoczność jak najdłuższego odcinka toru. Doświadczenie wskazuje, że rozsądnym kompromisem jest wybranie skali, w której na ekranie widoczne są wykresy parametrów geometrycznych z 80 100 m toru (przy rozdzielczości wyświetlanego obrazu wynoszącej 1280x1024 punktów ekranowych ). Interesującym wydaje się wpływ tak dobranej skali długości na czas synchronizowania pomiaru. Samo przeglądanie wykresów, bez wprowadzania jakichkolwiek korekt zajmuje ok. 2 3 s/sektor. Do tego dochodzi narzut czasowy związany z buforowaniem danych odczytywanych z bazy danych, który powoduje widoczną, kilkusekundową zwłokę przy przejściu do kolejnego sektora co każdy pełny kilometr, przy czym zwłoka ta narasta w miarę posuwania się w kierunku końca odcinka, dochodząc w skrajnych wypadkach do kilkunastu sekund. W praktyce oznacza to, że samo przejrzenie danych z jednej 15-kilometrowej części zajmuje ok. 8 10 minut. Przy wprowadzaniu korekt położenia punktów czas ten istotnie się zwiększa. Nawet przy bardzo dobrze utrzymanym torze, w którym w porównywanych pomiarach uzyskuje się bardzo podobne wykresy parametrów geometrycznych, a synchronizacja pomiarów wymaga jedynie po- Jest to graniczna dolna rozdzielczość obrazu, przy której synchronizacja serii pomiarowych jest wygodna. Są to wartości zaobserwowane na komputerze wyposażonym w procesor Pentium IV 3,2 GHz oraz dysk SATA II.

102 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy jedynczych, niewielkich korekt kilometrażu nie sposób uzyskać czas poniżej 15 minut. Czas ten zwiększa się zdecydowanie (2 3 krotnie) wraz z pogarszaniem się jakości utrzymania nawierzchni oraz pogarszaniem się precyzji pomiaru odległości (również zależnej od stanu toru). Po dodaniu do tego czasu potrzebnego na wykonanie czynności natury administracyjnej, związanych z zapamiętywaniem danych oraz otwieraniem kolejnego fragmentu linii okazuje się, że synchronizacja jednego całego pomiaru z jednego toru linii nr 3 (długość ok. 475 km) zająć może nawet kilka dni roboczych, przy czym wartość tę należy uznać za czysto teoretyczną, gdyż przy jej kalkulowaniu pominięto fakt szybkiego pogarszania się percepcji operatora programu wraz z upływem czasu pracy. W praktyce czas na synchronizację dwóch pomiarów z tej linii wynosił ok. 4 dni roboczych, przy czym należy zwrócić uwagę na fakt, że jest to linia bardzo dobrze utrzymana. Jednak to nie czasochłonność wprowadzania danych okazała się główną przeszkodą napotkaną na tym etapie analizy. W praktyce przy wprowadzaniu do bazy GeoTec wyników pomiarów z całych linii zdecydowanie większymi przeszkodami okazały się: fragmentacja wyników pomiarów; korekty kilometrażu wprowadzane podczas jazd pomiarowych przez obsługę drezyny; luki w danych wynikające np. z kierowania drezyny podczas jazdy pomiarowej na tor inny od mierzonego. Skalę problemu ilustrują tabele 4.4 4.9, w których przedstawiono wymienione zjawiska na przykładzie kilku kolejnych pomiarów wykonanych w obu torach badanych linii. W tabelach tych: puste miejsca w kolumnach 3 5 oznaczają brak danych z powodu np. skierowania drezyny podczas jazdy pomiarowej na tor inny od mierzonego; wypełnione pozycje w kolumnie 5 oznaczają, że dla tych fragmentów toru wykonana została korekta kilometrażu podczas jazdy pomiarowej. Stwierdzono, że korekty kilometrażu wykonywane podczas jazdy pomiarowej zwiększają problemy z uzgadnianiem położenia danych podczas ich wprowadzania do bazy. Brak informacji na temat przyczyny wystąpienia takiej korekty uniemożliwia stwierdzenie, który kilometraż można uznać za wzorcowy oraz ustalić rzeczywistą lokalizację punktów pomiarowych w torze. Związane z tym zaburzenia bardzo utrudniają, a często wręcz uniemożliwiają synchronizację wyników kolejnych pomiarów. W trakcie analizy danych stwierdzono także wprowadzanie do wyników pomiarów na etapie ich archiwizacji dodatkowej fragmentacji danych. Wyniki różnych jazd pomiarowych wykonywanych na tej samej linii mają często inny kilometraż początkowy i końcowy. Także liczba plików wynikowych składających się na całość pomiaru linii jest często w kolejnych jazdach pomiarowych różna.

4.5. Próba wprowadzenia do bazy danych wyników... 103 Tabela 4.4. Fragmentacja plików danych, luki w danych oraz korekty kilometrażu wprowadzane podczas pomiaru na przykładzie pięciu kolejnych pomiarów początkowego fragmentu o dł. ok. 60 km toru 1 linii nr 3 Warszawa Zachodnia Kunowice Data pomiaru Nr sekcji Km początkowy Kilometr końcowy Po korekcie Przed korektą 1 2 3 4 5 1997-10-09 0 2,90025 6,00000 5,88625 1 6,00000 10,00000 9,16600 2 10,00000 11,00000 10,96950 3 11,00000 14,00000 13,02525 4 14,00000 15,74600 15,74575 5 6 29,89025 44,00000 43,98950 7 44,00000 60,52825 1998-03-26 0 3,09925 4,20000 1 4,20000 6,60000 2 6,60000 11,60000 3 11,60000 26,60000 4 26,60000 41,60000 5 41,60000 60,51400 1998-09-07 0 2,90025 6,20000 6,13725 1 6,20000 7,00000 6,96400 2 7,00000 11,20000 11,36825 3 11,20000 26,20000 4 26,20000 41,20000 5 41,20000 53,98075 53,98050 6 7 55,16925 60,53950 1998-11-02 0 3,00025 4,00000 3,98925 1 4,00000 6,60000 5,49100 2 6,60000 9,40000 9,55600 3 9,40000 11,00000 10,01400 4 11,00000 26,00000 5 26,00000 41,00000 6 41,00000 55,30000 54,04750 7 55,30000 70,30000 1998-12-28 0 3,00025 4,00000 3,99300 1 4,00000 6,00000 5,88450 2 6,00000 9,30000 9,44650 3 9,30000 10,40000 10,43500 4 10,40000 10,50000 10,48650 5 10,50000 25,50000 6 25,50000 39,00000 39,03100 7 39,00000 54,10175 8 9 10 54,00000 60,50200

104 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy Tabela 4.5. Fragmentacja plików danych, luki w danych oraz korekty kilometrażu wprowadzane podczas pomiaru na przykładzie trzech kolejnych pomiarów końcowego fragmentu o dł. ok. 140 km toru 2 linii nr 3 Warszawa Zachodnia Kunowice Data pomiaru Nr sekcji Km początkowy Kilometr końcowy Po korekcie Przed korektą 1 2 3 4 5 1997-10-10 0 460,59975 460,70000 460,46775 1 460,70000 445,70000 2 445,70000 430,70000 3 430,70000 415,70000 4 415,70000 387,65000 396,81275 5 387,65000 387,00000 387,04125 6 387,00000 373,00000 373,98200 7 373,00000 362,46950 8 9 10 360,93175 345,93175 11 345,93175 330,93175 12 330,93175 324,00000 13 324,00000 322,70000 323,67775 14 322,70000 322,00025 1998-03-27 0 460,79875 459,50000 459,50475 1 459,50000 444,50000 2 444,50000 429,50000 3 429,50000 414,50000 4 414,50000 399,50000 5 399,50000 380,10325 6 7 378,75975 378,80000 378,81650 8 378,00000 377,00000 377,97725 9 377,00000 3,44500 362,55425 10 3,44500 3,22675 345,50000 11 345,50000 341,20000 343,96200 12 341,20000 339,00000 339,19575 13 339,00000 335,20425 14 1998-09-08 0 477,92675 459,00000 459,01925 1 459,00000 444,00000 2 444,00000 429,00000 3 429,00000 414,00000 4 414,00000 399,00000 5 399,00000 384,00000 6 384,00000 369,00000 7 369,00000 354,00000 8 354,00000 342,90000 344,16625 9 342,90000 342,00000 342,07425 10 342,00000 327,00000 11 327,00000 316,70350

4.5. Próba wprowadzenia do bazy danych wyników... 105 Tabela 4.6. Fragmentacja plików danych, luki w danych oraz korekty kilometrażu wprowadzane podczas pomiaru na przykładzie trzech kolejnych pomiarów początkowego fragmentu o dł. ok. 150 km toru 1 linii nr 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie Data pomiaru Nr sekcji Km początkowy Kilometr końcowy Po korekcie Przed korektą 1 2 3 4 5 1999-09-30 0 3,20025 10,00000 9,99600 1 10,00000 19,00000 18,99350 2 19,00000 26,00000 25,95600 3 26,00000 41,00000 4 41,00000 56,00000 5 56,00000 72,00000 71,01825 6 72,00000 82,00000 80,58700 7 82,00000 82,16300 82,12550 8 82,16300 92,10000 92,09425 9 92,10000 107,10000 10 107,10000 115,00000 114,00350 11 115,00000 124,80500 124,79850 12 124,80500 139,80500 13 139,80500 153,00000 152,97600 1997-11-05 0 3,20025 11,00000 10,99625 1 11,00000 14,00000 13,98675 2 14,00000 32,00000 31,94425 3 32,00000 47,00000 4 47,00000 56,00000 55,98900 5 56,00000 71,00000 6 71,00000 86,00000 7 86,00000 101,00000 8 101,00000 116,00000 9 116,00000 124,00000 123,93325 10 124,00000 139,00000 11 139,00000 153,00000 152,97575 1998-04-16 0 3,20025 18,20025 1 18,20025 27,00000 26,96375 2 27,00000 33,00000 32,02050 3 33,00000 48,00000 4 48,00000 57,01400 5 57,01425 72,01425 6 72,01425 81,00000 80,98100 7 81,00000 93,00000 92,99825 8 93,00000 108,00000 9 108,00000 124,00000 123,99000 10 124,00000 139,00000 11 139,00000 153,00000 152,98700

106 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy Tabela 4.7. Fragmentacja plików danych, luki w danych oraz korekty kilometrażu wprowadzane podczas pomiaru na przykładzie pięciu kolejnych pomiarów fragmentu o dł. ok. 165 km toru 2 linii nr 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie Data pomiaru Nr sekcji Km początkowy Kilometr końcowy Po korekcie Przed korektą 1 2 3 4 5 1999-09-30 0 219,99975 216,00000 216,31150 1 216,00000 207,20000 207,15750 2 207,20000 192,20000 3 192,20000 172,50000 172,47850 4 172,50000 160,50000 160,47700 5 160,50000 145,50000 6 145,50000 130,50000 7 130,50000 114,00000 114,93700 8 114,00000 113,00000 113,03475 9 113,00000 98,00000 10 98,00000 92,10000 92,02975 11 92,10000 91,00000 12 91,00000 56,10000 81,92825 1997-11-05 0 219,99975 216,40000 216,67175 1 216,40000 170,70000 205,24250 2 170,70000 165,90000 166,92875 3 165,90000 165,00000 165,88975 4 165,00000 164,00000 164,08200 5 164,00000 160,40000 159,53600 6 160,40000 153,00000 153,91725 7 153,00000 138,00000 8 138,00000 123,00000 9 123,00000 108,00000 10 108,00000 93,00000 11 93,00000 75,00000 75,15200 12 75,00000 70,00000 70,05550 13 70,00000 56,00000 56,01275 1998-04-16 0 219,99975 215,50000 215,74775 1 215,50000 213,00000 213,99750 2 213,00000 207,20000 207,21850 3 207,20000 168,90000 205,29150 4 168,90000 168,80000 168,79125 5 168,80000 153,00000 153,00900 6 153,00000 138,00000 7 138,00000 124,00000 124,99175 8 124,00000 109,00000 9 109,00000 93,00000 93,99925 10 93,00000 81,00000 81,99825 11 81,00000 66,00000 12 66,00000 56,70250

4.5. Próba wprowadzenia do bazy danych wyników... 107 Tabela 4.8. Fragmentacja plików danych, luki w danych oraz korekty kilometrażu wprowadzane podczas pomiaru na przykładzie pięciu kolejnych pomiarów fragmentu o dł. ok. 58 km toru 1 linii nr 9 Warszawa Wschodnia Gdańsk Główny Data pomiaru Nr sekcji Km początkowy Kilometr końcowy Po korekcie Przed korektą 1 2 3 4 5 1998-11-13 0 4,61925 8,40000 7,63175 1 8,40000 11,00000 10,95700 2 11,00000 26,00000 3 26,00000 41,00000 4 41,00000 54,00000 53,03250 5 54,00000 62,50425 1998-04-02 0 5,00025 4,00000 5,08725 1 4,00000 4,10000 4,08325 2 4,10000 5,30000 4,88625 3 5,30000 7,00000 6,18200 4 7,00000 22,00000 5 22,00000 37,00000 6 37,00000 55,40000 55,45550 7 55,40000 59,16650 59,16625 8 9 60,43700 62,51500 1999-06-16 0 4,62025 5,10000 4,89625 1 5,10000 7,20000 6,43750 2 7,20000 7,60000 7,58000 3 7,60000 8,00000 7,99250 4 8,00000 9,80000 9,77350 5 9,80000 21,00000 20,99725 6 21,00000 32,00000 32,02400 7 32,00000 42,40000 42,39075 8 42,40000 60,30000 60,32575 9 60,30000 62,50425 1999-09-27 0 4,40025 5,00000 4,84675 1 5,00000 9,00000 8,29725 2 9,00000 10,00000 9,86575 3 10,00000 15,00000 14,01125 4 15,00000 30,00000 5 30,00000 36,00000 35,99775 6 36,00000 51,00000 7 51,00000 62,50750 2000-03-13 0 4,40025 7,20000 6,53550 1 7,20000 10,00000 9,93525 2 10,00000 25,00000 25,14350 3 25,16000 26,40000 26,43875 4 26,40000 41,40000 5 41,40000 56,40000 6 56,40000 62,50900

108 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy Tabela 4.9. Fragmentacja plików danych, luki w danych oraz korekty kilometrażu wprowadzane podczas pomiaru na przykładzie trzech kolejnych pomiarów fragmentu o dł. ok. 165 km toru 2 linii nr 9 Warszawa Wschodnia Gdańsk Główny Data pomiaru Nr sekcji Km początkowy Kilometr końcowy Po korekcie Przed korektą 1 2 3 4 5 1998-11-14 0 226,99975 196,50000 208,51625 1 196,50000 196,40000 196,44750 2 196,40000 181,40000 3 181,40000 166,40000 4 166,40000 151,40000 5 151,40000 136,40000 6 136,40000 128,00000 128,05700 7 128,00000 113,00000 8 113,00000 98,00000 9 98,00000 88,00000 88,04675 10 88,00000 72,41675 72,41700 11 12 71,43425 62,50150 1998-04-03 0 226,99975 211,99975 1 211,99975 196,99975 2 196,99975 187,00000 187,05075 3 187,00000 172,00000 4 172,00000 160,00000 160,00700 5 160,00000 157,00000 157,01400 6 157,00000 142,00000 7 142,00000 136,20275 136,20300 8 9 135,24875 130,00000 130,01825 10 130,00000 113,50000 114,63800 11 113,50000 98,50000 12 98,50000 83,50000 13 83,50000 65,00000 65,07050 14 65,00000 62,48550 1999-06-18 0 230,00000 218,90000 218,90900 1 218,90000 209,00000 209,01900 2 209,00000 193,00000 193,02900 3 193,00000 173,00000 173,02450 4 173,00000 159,00000 159,02350 5 159,00000 148,20000 148,21000 6 148,20000 130,70000 130,72350 7 130,70000 123,00000 123,02100 8 123,00000 111,00000 111,02950 9 111,00000 101,00000 101,02850 10 101,00000 88,00000 88,01875 11 88,00000 78,00000 78,02725 12 78,00000 68,00000 68,02225 13 68,00000 62,49300

4.5. Próba wprowadzenia do bazy danych wyników... 109 Przedstawiono to w tabelach 4.10 4.15. W takich miejscach stwierdzono występowanie dużych trudności z uzgodnieniem kilometrażu początkowego (zwłaszcza wtedy, gdy w sekcjach położonych na granicy plików były wprowadzane korekty kilometrażu). Zauważono także, że na granicy między sąsiednimi plikami występują często luki w danych. Można to łatwo zaobserwować we wspomnianych tabelach porównując dla tego samego pomiaru wartości z wiersza n kolumny Km początkowy oraz wiersza (n 1) kolumny Km końcowy. Przykładowo, z drugiego i trzeciego wiersza tabeli 4.10 wynika, że na granicy drugiego i trzeciego pliku wynikowego składających się na pomiar toru nr 1 wykonany w dniu 1997-10-09 istnieje luka w danych o długości (164, 199 157, 125) = 7, 074 km. Tablice 4.16 4.21 zawierają zestawienia luk w danych wykrytych we wszystkich analizowanych danych, przy czym przedstawiono w nich jedynie przypadki przerw o długości przekraczającej 10 m. Dla porównania, w tablicy 4.22 wymieniono wszystkie pomiary, dla których nie wykryto żadnych luk w danych. Można zaobserwować, że mniejsze lub większe przerwy występują niemal we wszystkich seriach danych, choć z uwagi na małą liczbę i zasięg tych luk pozytywnie wyróżniają się pomiary wykonane na linii nr 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie. Jest to zrozumiałe z uwagi na prestiżowy charakter tej linii. Jednak z prostego porównania tabeli 4.22 z częścią tabeli 4.1 dotyczącą linii nr 3, 4 i 9 wynika, że luk w danych nie zawiera jedynie 18 spośród 78 pomiarów, co stanowi zaledwie 23% uzyskanych do analizy danych z wymienionych linii. Równocześnie wśród analizowanych danych nie znaleziono ani jednego pomiaru, w którym na długości całej linii obsługa drezyny podczas jazdy pomiarowej nie wprowadzała jakiejkolwiek korekty kilometrażu. Dodatkowo podczas podejmowanych prób wyrównania położenia pomiarów z całych analizowanych linii stwierdzono przypadki niezgodności między specyfikacją wczytywanych plików danych, a ich faktyczną zawartością. Swoistym kuriozum był pomiar wykonany po właściwym torze, ale w przeciwnym niż w pozostałych przypadkach kierunku jazdy pomiarowej. Wystąpienie wszystkich wymienionych wyżej zjawisk spowodowało, że próbę wprowadzenia do bazy informacji z całych linii uznano za niemożliwą do wykonania.

110 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy Tabela 4.10. Podział wyników pomiarów między pliki danych stwierdzony w torze nr 1 linii 3 Warszawa Zachodnia Kunowice dla kolejnych jazd pomiarowych Data pomiaru Zasięg pliku danych Km początkowy Km końcowy 1997-10-09 2,900 60,528 60,500 157,125 164,199 285,285 285,290 322,032 322,000 477,940 1998-03-26 3,099 60,514 60,500 164,261 164,261 285,329 285,290 322,037 322,000 478,084 1998-09-07 2,900 0,539 60,500 164,233 164,199 293,765 293,750 303,648 304,299 316,716 316,760 477,974 1998-11-02 3,000 164,212 164,199 194,158 194,100 204,117 203,699 303,673 1998-12-28 3,900 60,502 60,500 164,201 164,199 293,794 293,750 305,090 318,600 477,995 1999-05-27 3,900 60,501 60,500 164,166 164,200 289,976 290,000 293,766 293,750 316,776 316,760 477,943 1999-08-23 6,000 60,499 60,500 164,161 164,200 293,823 293,750 303,662 305,500 316,746 316,760 477,944 1999-12-20 2,800 60,479 60,500 164,188 164,200 224,136 224,000 293,737 293,750 316,790 316,760 477,947

4.5. Próba wprowadzenia do bazy danych wyników... 111 Tabela 4.11. Podział wyników pomiarów między pliki danych stwierdzony w torze nr 2 linii 3 Warszawa Zachodnia Kunowice dla kolejnych jazd pomiarowych Data pomiaru Zasięg pliku danych Km początkowy Km końcowy 1997-10-10 477,899 460,757 460,600 322,000 322,000 285,259 285,290 164,177 164,199 80,557 1998-03-27 460,799 380,103 378,760 335,204 317,399 285,232 285,290 164,240 164,199 60,474 60,500 6,149 1998-09-08 477,927 316,704 316,720 305,473 304,299 293,730 1998-11-03 290,399 246,075 246,074 244,371 246,074 238,531 238,520 231,054 196,070 194,111 194,110 164,234 164,199 6,601 1998-12-29 460,727 316,703 316,760 293,702 293,750 164,202 164,199 60,487 1999-05-27 477,927 460,793 460,800 316,775 316,760 293,774 293,750 292,083 282,000 164,199 164,200 60,502 60,500 6,298 1999-08-26 477,927 385,518 385,500 316,783 316,760 293,743 273,750 224,619 225,100 164,225 164,200 60,474 60,500 6,659 1999-12-20 477,760 460,301 460,300 316,747 316,760 293,768 293,750 164,297 164,200 60,505

112 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy Tabela 4.12. Podział wyników pomiarów między pliki danych stwierdzony w torze nr 1 linii 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie dla kolejnych jazd pomiarowych Data pomiaru Zasięg pliku danych Km początkowy Km końcowy 1999-09-30 0,000 3,199 3,200 220,003 220,000 223,790 1997-11-05 0,000 3,148 3,200 169,176 168,893 219,977 220,000 223,026 1998-04-16 0,000 3,201 3,200 57,014 57,014 220,017 220,000 223,153 1998-06-09 0,000 3,144 3,200 220,029 220,000 223,474 1998-09-04 0,000 3,140 3,200 219,942 220,000 223,030 1998-12-22 0,000 3,675 3,200 220,064 220,000 223,473 1999-05-26 0,000 3,144 3,200 170,351 170,200 219,975 220,000 223,466 1999-08-12 0,000 3,155 3,200 57,623 57,800 220,020 220,000 223,470 1999-12-03 0,000 3,133 3,200 219,981 220,000 223,019 2000-03-17 1,056 3,199 3,200 173,103 173,100 223,037 2000-06-20 1,056 3,184 3,200 173,105 173,100 223,026 2000-10-04 1,056 3,180 3,200 173,124 173,100 223,486 2001-04-03 0,000 3,180 0,000 173,200 173,100 224,255

4.5. Próba wprowadzenia do bazy danych wyników... 113 Tabela 4.13. Podział wyników pomiarów między pliki danych stwierdzony w torze nr 2 linii 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie dla kolejnych jazd pomiarowych Data pomiaru Zasięg pliku danych Km początkowy Km końcowy 1999-09-30 224,000 219,998 220,000 3,185 3,200 0,000 1997-11-05 220,000 3,183 3,200 0,059 1998-04-16 223,000 219,987 220,000 56,703 56,700 3,181 3,200 0,084 1998-06-10 223,000 219,966 220,000 3,200 3,200 0,046 1998-09-04 223,050 220,028 220,000 24,422 1998-12-22 223,000 219,970 220,000 3,151 3,200 0,056 1999-05-26 223,000 219,981 220,000 82,126 82,300 3,208 3,200 0,059 1999-08-12 224,000 219,991 220,000 3,200 3,200 0,004 1999-12-03 223,000 219,982 220,000 3,222 3,200 0,043 2000-03-17 223,000 173,065 137,100 3,200 3,200 1,061 2000-06-20 223,300 173,104 173,100 23,870 12,838 3,183 3,200 1,335 2000-10-04 223,000 173,145 173,100 57,893 57,800 56,632 56,700 56,057 40,100 23,924 23,900 1,064 2001-04-03 223,000 173,071 173,100 3,171 3,200 0,059

114 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy Tabela 4.14. Podział wyników pomiarów między pliki danych stwierdzony w torze nr 1 linii 9 Warszawa Wsch. Gdańsk Główny dla kolejnych jazd pomiarowych Data pomiaru Zasięg pliku danych Km początkowy Km końcowy 1998-11-13 4,619 62,504 62,500 227,011 227,000 282,606 282,600 313,021 313,000 328,092 1998-04-02 5,000 62,515 62,500 227,006 227,000 282,637 282,600 313,014 313,000 328,127 1999-06-16 4,620 62,504 62,500 149,188 149,200 208,834 206,600 257,008 257,008 313,010 313,010 328,127 1999-09-27 4,400 62,508 62,500 257,010 257,000 313,017 313,000 327,920 2000-03-13 4,400 62,509 62,500 236,917 236,920 327,885 2000-10-05 4,400 62,535 62,500 236,922 236,920 328,109 2001-04-10 4,000 62,538 62,500 233,073 241,600 327,914 2002-03-05 4,407 62,504 62,500 236,922 236,921 294,935 296,000 328,186

4.5. Próba wprowadzenia do bazy danych wyników... 115 Tabela 4.15. Podział wyników pomiarów między pliki danych stwierdzony w torze nr 2 linii 9 Warszawa Wsch. Gdańsk Główny dla kolejnych jazd pomiarowych Data pomiaru Zasięg pliku danych Km początkowy Km końcowy 1998-11-14 328,123 312,993 313,000 282,606 282,600 226,997 227,000 62,502 62,500 5,304 1998-04-03 328,123 312,977 313,000 282,606 282,600 227,002 227,000 62,486 62,500 5,338 1999-06-17 328,100 312,982 312,982 277,845 277,845 256,995 256,995 62,493 62,500 4,277 1999-09-28 328,200 312,966 313,000 257,002 257,000 62,538 62,500 5,330 2000-03-14 327,700 236,911 236,920 62,492 62,500 5,016 2000-10-06 327,742 236,922 236,920 62,486 62,500 5,354 2001-04-12 327,742 236,907 236,920 62,489 62,500 4,495 2002-03-06 327,742 236,907 236,920 62,493 62,500 5,053

116 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy Tabela 4.16. Zestawienie luk o długości przekraczających 10 m w danych pomiarowych wykrytych w torze nr 1 linii 3 Warszawa Zachodnia Kunowice Data pomiaru Luka w danych Długość [km] Od km Do km 1997-10-09 15,74600 29,89025 14,14425 79,02650 80,88025 1,85375 157,12500 164,19900 7,07400 203,84725 223,96125 20,11400 460,56500 461,93700 1,37200 1998-03-26 106,22975 107,38550 1,15575 125,67325 126,12225 0,44900 158,33650 165,71000 7,37350 203,71375 204,84175 1,12800 304,22500 305,07250 0,84750 343,22925 344,31225 1,08300 1998-11-02 125,74725 126,37000 0,62275 203,73975 203,69925 0,04050 1998-09-07 53,98075 55,16925 1,18850 1998-12-28 54,10175 54,00000 0,10175 125,71800 126,42925 0,71125 259,00375 263,10000 4,09625 281,08350 282,23225 1,14875 1999-05-27 164,16550 164,20025 0,03475 289,97650 290,00025 0,02375 304,26925 305,09050 0,82125 309,50700 310,51125 1,00425 1999-08-23 164,16150 164,20025 0,03875 385,04250 386,16475 1,12225 420,51525 421,25150 0,73625 1999-12-20 60,47925 60,50025 0,02100 126,79150 127,37450 0,58300 164,18750 164,20025 0,01275 293,73700 293,75025 0,01325 317,30050 318,32475 1,02425 427,06250 442,06250 15,00000 2000-03-15 164,17400 164,20025 0,02625 317,13775 334,17775 17,04000 2000-06-26 164,13575 164,20025 0,06450 385,08100 386,02150 0,94050 2000-10-25 127,54800 138,23050 10,68250 164,18350 164,20025 0,01675 304,63175 305,49700 0,86525 382,04575 382,07025 0,02450 385,01550 386,03375 1,01825 420,34500 421,27850 0,93350 2001-04-05 125,79375 126,37275 0,57900 2001-06-08 125,73675 126,79600 1,05925 303,82325 304,46625 0,64300 2002-03-12 309,33950 310,46925 1,12975

4.5. Próba wprowadzenia do bazy danych wyników... 117 Tabela 4.17. Zestawienie luk o długości przekraczających 10 m w danych pomiarowych wykrytych w torze nr 2 linii 3 Warszawa Zachodnia Kunowice Data pomiaru Luka w danych Długość [km] Od km Do km 1997-10-10 362,46950 360,93175 1,53775 285,25900 285,28975 0,03075 281,89475 234,61650 47,27825 164,17725 164,19875 0,02150 158,33000 157,26675 1,06325 80,70225 3,09225 77,61000 1998-03-27 281,91075 280,80875 1,10200 1998-12-29 344,30925 343,29125 1,01800 304,73500 304,49675 0,23825 262,83300 261,54050 1,29250 255,50000 255,00000 0,50000 1999-05-27 334,17325 316,10450 18,06875 292,08325 281,99975 10,08350 1999-08-26 385,65950 385,49975 0,15975 304,59500 304,02225 0,57275 164,22450 164,19975 0,02475 1999-12-20 293,76800 293,74975 0,01825 164,29700 164,19975 0,09725 2000-03-16 335,44675 316,98025 18,46650 127,14250 125,94475 1,19775 2000-06-26 462,66725 460,39975 2,26750 2000-10-25 460,28525 450,71675 9,56850 385,55300 384,89975 0,65325 2001-04-05 460,83125 460,79975 0,03150 385,55250 384,92850 0,62400 305,47550 303,59975 1,87575 2001-06-08 382,08125 382,06975 0,01150 2002-03-12 126,25225 125,48400 0,76825 2002-06-03 304,15750 303,59975 0,55775

118 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy Tabela 4.18. Zestawienie luk o długości przekraczających 10 m w danych pomiarowych wykrytych w torze nr 1 linii 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie Data pomiaru Luka w danych Długość [km] Od km Do km 1997-11-05 3,14850 3,20025 0,05175 219,97725 220,00025 0,02300 1998-06-09 3,14425 3,20025 0,05600 1998-09-04 0,04513 24,01450 23,96938 219,94200 220,00025 0,05825 1998-12-22 3,14550 3,20025 0,05475 1999-05-26 3,14425 3,20025 0,05600 219,97525 220,00025 0,02500 1999-08-12 0,00175 0,33875 0,33700 3,15475 3,20025 0,04550 57,62300 57,80025 0,17725 1999-12-03 3,13275 3,20025 0,06750 2000-06-20 3,18350 3,20025 0,01675 2000-10-04 3,18025 3,20025 0,02000 2001-06-12 3,15125 3,20025 0,04900 2002-06-05 173,08775 173,10025 0,01250 Tabela 4.19. Zestawienie luk o długości przekraczających 10 m w danych pomiarowych wykrytych w torze nr 2 linii 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie Data pomiaru Luka w danych Długość [km] Od km Do km 1998-09-04 220,02800 219,99975 0,02825 82,03575 80,59175 1,44400 1999-12-03 3,22200 3,19975 0,02225 23,87000 12,83775 11,03225 2000-10-04 173,14475 173,09975 0,04500 57,89275 57,79975 0,09300 56,05650 40,09975 15,95675 23,92350 23,89975 0,02375 2002-03-08 173,11475 173,09975 0,01500

4.5. Próba wprowadzenia do bazy danych wyników... 119 Tabela 4.20. Zestawienie luk o długości przekraczających 10 m w danych pomiarowych wykrytych w torze nr 1 linii 9 Warszawa Wschodnia Gdańsk Główny Data pomiaru Luka w danych Długość [km] Od km Do km 1998-04-02 59,16650 60,43700 1,27050 113,74825 114,61275 0,86450 206,86025 209,46425 2,60400 253,52975 263,12025 9,59050 1999-06-16 149,18825 149,20025 0,01200 2000-10-05 6,33325 8,84800 2,51475 żadnych 2001-04-10 233,07325 241,60025 8,52700 2002-03-05 294,93475 296,20025 1,26550 327,98375 328,186 0,20225 Tabela 4.21. Zestawienie luk o długości przekraczających 10 m w danych pomiarowych wykrytych w torze nr 2 linii 9 Warszawa Wschodnia Gdańsk Główny Data pomiaru Luka w danych Długość [km] Od km Do km 1997-11-14 326,16600 325,45150 0,71450 72,41675 71,43425 0,98250 1998-04-03 263,13300 254,72200 8,41100 136,20275 135,24875 0,95400 1999-09-28 62,53800 62,49975 0,03825 Tabela 4.22. Zestawienie pomiarów, w których nie wykryto żadnych luk w danych. Lp Nr linii Nazwa linii Numer toru Data pomiaru 1 3 Warszawa Zachodnia Kunowice 1 2002-06-03 2 3 Warszawa Zachodnia Kunowice 2 1998-11-03 3 3 Warszawa Zachodnia Kunowice 2 1998-09-08 4 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie 1 1998-04-16 5 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie 1 2001-04-03 6 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie 2 1999-09-30 7 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie 2 1997-11-05 8 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie 2 1998-06-10 9 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie 2 1998-12-22 10 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie 2 1999-08-12 11 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie 2 2000-03-17 12 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie 2 2001-04-03 13 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie 2 2001-06-12 14 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie 2 2002-06-05 15 9 Warszawa Wsch. Gdańsk Główny 1 1999-09-27 16 9 Warszawa Wsch. Gdańsk Główny 2 1999-06-17 17 9 Warszawa Wsch. Gdańsk Główny 2 2000-03-14 18 9 Warszawa Wsch. Gdańsk Główny 2 2001-04-12

120 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy 4.6. Utworzenie bazy danych wyników pomiarów dla fragmentów toru o długości 15 km Z uwagi na założenia przyjęte i przedstawione w rozdziale 4.2, po niepowodzeniu utworzenia baz danych z pomiarów drezyną EM-120 zawierających dane z całych linii, rozpoczęto poszukiwania kolejnego, mniejszego przedziału, dla którego można by powtórzyć próbę. Ponieważ pokładowe oprogramowanie drezyny dokonuje wstępnego podziału danych pomiarowych na fragmenty o długości maksymalnie 15 km, logiczne stało się podjęcie próby wprowadzenia do bazy danych wyników pomiarów z właśnie takich, 15-kilometrowych sekcji. Doświadczenia nabyte podczas próby wyrównywania położenia pomiarów z całych linii spowodowały wprowadzenie na tym etapie selekcji danych dodatkowych wymagań. Po pierwsze, przy doborze danych przyjęto zasadę, że początki 15-kilometrowych sekcji w poszczególnych pomiarach na danej linii muszą być zlokalizowane w tym samym punkcie (tzn. muszą mieć ten sam kilometraż początkowy). Po drugie, wprowadzono wymóg, aby na całej długości wprowadzanej sekcji podczas jazdy pomiarowej nie były wykonywane jakiekolwiek korekty kilometrażu. Po trzecie, mając na uwadze zaobserwowane na granicach fragmentów problemy z uzgadnianiem położenia pomiarów przyjęto, że do dalszych analiz będą kwalifikowane jedynie jednorodne (tzn. pozbawione wewnętrznej fragmentacji) odcinki, w całości pokrywające swym zasięgiem zakres 15-kilometrowej sekcji. Odnosząc tak sformułowane wymagania do danych przedstawionych np. w tabeli 4.4 można innymi słowy powiedzieć, że postanowiono wybierać jedynie takie odcinki, które w kolejnych pomiarach w kolumnie 3 mają taką samą wartość, kolumnę 5 mają pustą, i stanowią na swej długości jednorodną całość. Przed przystąpieniem do tak zdefiniowanej selekcji danych postanowiono najpierw uporządkować informacje na temat fragmentacji plików otrzymanych z drezyny pomiarowej oraz korekt kilometrażu wprowadzanych podczas jazd pomiarowych. Wykorzystano przy tym fakt, że program GeoTec Writer podczas otwierania każdego zbioru danych wyświetla na ekranie informację o fragmentacji pomiarów zawartych w otwieranym pliku oraz wprowadzanych podczas jazdy pomiarowej korektach kilometrażu (rysunek 4.7). Wyświetlane w ten sposób informacje zanotowano dla wszystkich posiadanych plików z wynikami pomiarów z linii nr 3, 4 oraz 9. W ten sposób otrzymano pliki: Wykaz_odcinkow_pomiarowych_L_3.ods ; Są to pliki w formacie arkusza kalkulacyjnego OpenDoc.

4.6. Utworzenie bazy danych wyników pomiarów... 121 Rysunek 4.7. Informacje o fragmentacji pliku pomiarowego z drezyny EM-120 wyświetlane podczas jego otwierania w programie GeoTec Writer Wykaz_odcinkow_pomiarowych_L_4.ods; Wykaz_odcinkow_pomiarowych_L_9.ods. Znajdują się one na załączonej płycie CD. Po zgromadzeniu szczegółowych danych na temat fragmentacji pomiarów uznano, że ręczne wyszukiwanie odcinków spełniających wszystkie przyjęte założenia będzie zbyt pracochłonne. Postanowiono opracować program pomocniczy częściowo automatyzujący tę czynność. W pierwszej kolejności na podstawie wspomnianych wyżej plików przygotowano tekstowe zbiory danych, w których: pierwszy wiersz zawiera informację o kierunku jazdy pomiarowej ( UP przy jeździe zgodnie z rosnącym kilometrażem, DOWN przy jeździe zgodnie z malejącym kilometrażem); każdy kolejny wiersz zawiera dane o położeniu początku i końca fragmentów, na które został podzielony tor podczas jazdy pomiarowej, przy czym dane o kolejnych fragmentach zostały oddzielone średnikiem; pominięto dane o fragmentach na których była wprowadzana korekta kilometrażu; każdy wiersz zawiera informacje o położeniu wszystkich fragmentów składających się na jedną jazdę pomiarową;

122 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy Rysunek 4.8. Część pliku danych przygotowanego na podstawie informacji o fragmentacji pomiarów uzyskanych z toru nr 2 linii 3 Warszawa Zachodnia Kunowice numer wiersza odpowiada porządkowemu numerowi pomiaru w kolejności rosnących dat. Na rysunku 4.8 przedstawiono początkowy fragment jednego z tak przygotowanych plików. Wszystkie przygotowane w ten sposób pliki znajdują się na załączonej płycie CD w katalogu 000_wybor_odcinkow. Do analizy tak przygotowanych danych przygotowano program kol, którego listing przedstawiono w załączniku A. Jego zadaniem jest wyszukiwanie na poszczególnych liniach i torach fragmentów pomiarów wspólnych dla (w celu uproszczenia algorytmu) 5-ciu oraz 6-ciu pomiarów. Fragment jednego z uzyskanych w ten sposób plików wynikowych przedstawiono na rysunku 4.9. Wszystkie uzyskane pliki wynikowe znajdują się na załączonej płycie CD we wspomnianym już katalogu 000_wybor_odcinkow. Jak wynika z rysunku 4.9, w pliku wynikowym występują trzy kolumny. W lewej kolumnie znajduje się informacja o lokalizacji fragmentu, w środkowej numery jazd pomiarowych (w kolejności rosnących dat), w których dany fragment występuje, natomiast kolumna prawa zawiera podaną w kilometrach informację o długości wykrytego fragmentu. Jak wyżej wspomniano, program wykrywa fragmenty, których początki pokrywają się w 5 6 pomiarach. Jeżeli pomiarów pokrywających się pod względem lokalizacji jest więcej, w pliku wynikowym występują zapisy z kombinacjami danych. Widać to na rysunku 4.9. Na podstawie przedstawionego na nim fragmentu można m.in. zauważyć, że: Fragment danych zlokalizowany w kilometrze 157,26675 149,19975 wykryto w pomiarach nr 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8 i 9. Wykrycie w tak otrzymanych plikach wynikowych lokalizacji spełniających

4.6. Utworzenie bazy danych wyników pomiarów... 123 Rysunek 4.9. Fragment pliku wynikowego z informacją o lokalizacjach fragmentów, które w różnych pomiarach miały ten sam kilometr początkowy. Plik otrzymano przez przetworzenie zbioru danych, którego fragment przedstawiono na rysunku 4.8. przyjęte na początku tego rozdziału kryteria selekcji danych sprowadza się do np. wydania w powłoce bash systemu Linux polecenia [28]: cat nazwa_pliku_wynikowego grep 15\.00000 a następnie ręcznego skondensowania ewentualnych kombinacji wyników. Kolejny krok, który należało już wykonać ręcznie, polegał na wybraniu z tak otrzymanych wyników 15-kilometrowych odcinków jednorodnych, to znaczy odcinków stanowiących we wszystkich jazdach pomiarowych zlokalizowaną w tym samym miejscu niepodzielną 15-kilometrową całość. To kryterium spowodowało największą selekcję danych. Za przykład może posłużyć jeden z fragmentów zlokalizowanych w torze 1 linii nr 3, położony w kilometrach 100,000 115,000. Z pliku wynik-l3-t1 można wyfiltrować następujący fragment: 100.00000-115.00000 3,10,12,13,14,15 15.00000 100.00000-115.00000 3,5,10,12,13,14 15.00000 100.00000-115.00000 3,5,10,12,13,15 15.00000 100.00000-115.00000 3,5,10,13,14,15 15.00000

124 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy 100.00000-115.00000 3,5,12,13,14,15 15.00000 100.00000-115.00000 5,10,12,13,14,15 15.00000 Z przedstawionego zapisu wynika, że dla odcinka położonego w kilometrach od 100,000 do 115,000 istnieją dane z siedmiu jazd pomiarowych o numerach porządkowych 3, 5, 10, 12, 13, 14 i 15. Porównanie tej informacji z zawartością pliku Wykaz_odcinkow_pomiarowych_L_3.ods daje odpowiedź na temat dat tych pomiarów. Zostały one wykonane w dniach 1998-09-07, 1998-12-28, 2000-06-26, 2001-04-05, 2001-06-08, 2002-03-12 oraz 2002-06-03. Dokładniejsza analiza danych ujawnia jednak, że spośród siedmiu wspomnianych pomiarów jedynie cztery spełniają kryterium jednorodności (braku dodatkowej fragmentacji) na całej długości badanego 15-kilometrowego odcinka, tzn. jedynie cztery z nich zaczynają się dokładnie w kilometrze 100,000 i kończą dokładnie w kilometrze 115,000. Są to pomiary wykonane w dniach 2000-06-26, 2001-06-08, 2002-03-12 i 2002-06-03. Wniosek może być tylko jeden przedstawiony odcinek nie spełnia przyjętych kryteriów doboru danych. Kolejny przykład pochodzi z toru 1 linii nr 4. Tabela 4.23 zawiera wykaz wszystkich odcinków o długości 15 km wykrytych w pliku wynik-l4-t1 (katalog 000_wybor_odcinkow na załączonej płycie CD). W kolumnie Daty pomiarów pogrubieniem wyróżniono daty tych jazd pomiarowych, w których nie wystąpiła dodatkowa fragmentacja badanego odcinka. Jak widać, na dwanaście odcinków założone kryteria spełniają tylko dwa: w kilometrach 3,20025 18,20025 (9 pomiarów) oraz 81,000 96,000 (6 pomiarów). W omawianej tabeli wyróżniono je kolorem tła. Dodatkowo należy zauważyć, że na tej linii dysponowano wynikami z 16 jazd pomiarowych. Tabela 4.23: Liczba 15-kilometrowych odcinków bez fragmentacji na tle wszystkich takich odcinków wspólnych dla więcej niż pięciu jazd pomiarowych w torze nr 1 linii 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie Lp Km początkowy Km końcowy Daty pomiarów 1 3,20025 18,20025 1999-05-01 1999-08-01 1999-12-03 2000-03-17 2000-06-20 2000-10-04 2001-06-12 2002-03-08 2002-06-05 2 32,00000 47,00000 1997-09-30 1997-11-01 1998-09-01 Ciąg dalszy na następnej stronie...

4.6. Utworzenie bazy danych wyników pomiarów... 125 Lp Km początkowy Km końcowy Daty pomiarów 2000-03-17 2000-06-20 2001-04-01 2001-06-12 2002-03-08 2002-06-05 3 81,00000 96,00000 1997-11-01 1999-05-01 1999-12-03 2000-03-17 2000-10-04 2001-04-01 2001-06-12 2002-03-08 2002-06-05 4 92,10000 107,10000 1997-09-30 1997-11-01 1998-06-01 1998-12-01 1999-05-01 2000-03-17 2000-10-04 2001-06-12 2002-06-05 5 93,00000 108,00000 1997-11-01 1998-04-01 1998-06-01 1998-09-01 1998-12-01 1999-05-01 2000-03-17 2000-10-04 2001-06-12 2002-06-05 6 96,00000 111,00000 1998-06-01 1998-12-01 2000-03-17 2000-10-04 2001-06-12 2002-03-08 Ciąg dalszy na następnej stronie...

126 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy Lp Km początkowy Km końcowy Daty pomiarów 2002-06-05 7 123,20000 138,20000 1998-06-01 1998-09-01 1998-12-01 1999-12-03 2000-10-04 2001-06-12 2002-03-08 8 124,00000 139,00000 1997-11-01 1998-04-01 1998-06-01 1998-09-01 2000-06-20 2001-06-12 2002-03-08 2002-06-05 9 153,00000 168,00000 1998-04-01 1998-06-01 1998-09-01 1998-12-01 1999-05-01 2000-10-04 2001-04-01 2002-03-08 2002-06-05 10 157,00000 172,00000 1998-06-01 1998-09-01 1998-12-01 1999-12-03 2000-10-04 2001-04-01 2002-03-08 2002-06-05 11 168,80000 183,80000 1997-09-30 1998-06-01 1998-09-01 1998-12-01 2000-10-04 2001-04-01 2001-06-12 Ciąg dalszy na następnej stronie...

4.6. Utworzenie bazy danych wyników pomiarów... 127 Lp Km początkowy Km końcowy Daty pomiarów 2002-03-08 12 188,00000 203,00000 1998-04-01 1998-06-01 1998-09-01 1998-12-01 2000-03-17 2001-04-01 2001-06-12 Rozpoczęto zatem wprowadzenie danych z wyselekcjonowanych w ten sposób odcinków do bazy GeoTec. Jednak podczas wykonywania tej czynności obszar wybranych danych uległ dodatkowemu zawężeniu. Przyczyny wyeliminowania niektórych z zakwalifikowanych wcześniej pomiarów były następujące: wykresy usterek w geometrii toru jednoznacznie wskazywały na jazdę po innym torze pomiarowym, niż było to wykazane w nagłówku pliku danych przyczyny tego zjawiska należy upatrywać w nieodnotowaniu przez obsługę drezyny faktu zmiany toru podczas przejazdu przez stacje po torach głównych dodatkowych lub stacyjnych; analiza graficzno-porównawcza między wykresem bieżącym i wzorcowym jednoznacznie wskazywała, że w okresie między tymi pomiarami w torze były prowadzone prace remontowe; w pliku wynikowym pojawiały się błędy powodujące awarię programu Geo- Tec Writer, których autorzy oprogramowania nie byli w stanie zdiagnozować i usunąć; we wprowadzanych danych pojawiały się nieregularności dyskwalifikujące jego wyniki, a świadczące o zakłóceniach występujących podczas pomiarów przykład takiego zaburzenia w nierównościach pionowych przedstawiono na rysunku 4.10. Ostatecznie, po uwzględnieniu wszystkich wymienionych powyżej czynników eliminujących niektóre z wyselekcjonowanych wcześniej danych, w bazie GeoTec umieszczono wyniki pomiarów przedstawione w tabeli 4.24. Tabela 4.24: Wykaz pomiarów ostatecznie wprowadzonych do bazy GeoTec Nr Nr Początek Koniec Dł. odcinka Daty linii toru odcinka odcinka [km] pomiarów 3 1 164,200 179,200 15,000 1999-05-27 1999-12-20 2000-03-15 2000-10-25 Ciąg dalszy na następnej stronie...

128 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy Nr Nr Początek Koniec Dł. odcinka Daty linii toru odcinka odcinka [km] pomiarów 2001-04-05 2001-06-08 2002-03-12 2002-06-03 3 1 194,200 209,200 15,000 1999-05-27 2000-10-25 2001-04-05 2001-06-08 2002-03-12 2002-06-03 3 2 149,200 164,200 15,000 1998-03-27 1998-11-03 1998-12-29 1999-05-28 1999-08-27 1999-12-21 2000-03-16 2000-10-27 2001-04-06 2001-06-09 2002-03-14 2002-06-04 3 2 367,000 382,000 15,000 2000-03-16 2000-06-27 2001-04-06 2001-06-09 2002-03-13 2002-06-04 4 1 003,200 018,500 15,300 2000-03-17 2000-06-20 2000-10-04 2001-06-12 2002-03-08 2002-06-05 4 1 081,000 096,000 07,600 1999-12-03 2000-03-17 2000-10-04 2002-03-08 2001-06-12 Ciąg dalszy na następnej stronie...

4.7. Eksport danych do formatu tekstowego 129 Nr Nr Początek Koniec Dł. odcinka Daty linii toru odcinka odcinka [km] pomiarów 2002-06-05 4 2 109,000 124,000 15,000 1998-04-01 1999-12-03 2000-03-17 2000-10-04 2001-04-01 2001-06-12 2002-03-08 4 2 138,000 153,000 15,000 1998-04-16 1999-08-12 2000-03-17 2000-06-20 2000-10-04 2002-03-08 9 1 062,600 077,700 15,100 1997-11-13 1998-04-02 1999-06-16 1999-09-27 2000-03-13 2000-10-05 2001-04-10 2002-03-05 4.7. Eksport danych do formatu tekstowego Jak wspomniano, od samego początku pracy założono, że: analiza danych uzyskanych z drezyny EM-120 będzie swoim zakresem wykraczała poza możliwości oferowane przez system GeoTec; system GeoTec został wykorzystany de facto z konieczności jako jedyne dostępne oprogramowanie umożliwiające odczytanie plików danych otrzymywanych z drezyny pomiarowej i przetworzenie ich do postaci bazy danych. Analiza danych wykraczająca poza możliwości oferowane przez standardowe oprogramowanie jest możliwa dzięki wyposażeniu programu GeoTec Visual w opcję eksportu danych do plików tekstowych. Format tak otrzymywanych danych przedstawiono w tabeli 4.25. Wyniki pomiarów w takiej postaci można analizować praktycznie w dowolny sposób, korzystając z szerokiej gamy narzędzi programistycznych, począwszy od skryptów napisanych w języku powłoki bash [28, 33], poprzez programy w języku Perl [85], po arkusze kalkulacyjne. W prowadzonych badaniach szczególnie cenna

130 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy Rysunek 4.10. Przykład zaburzenia w wykresie nierówności pionowych w lewym toku szynowym wykryty w pomiarze toru nr 1 linii 3 Warszawa Zachodnia Kunowice wykonanym w dniu 1999-12-20 (na rysunku oznaczony kolorem niebieskim) Tabela 4.25. Format danych tekstowych uzyskiwany podczas eksportu danych z bazy GeoTec Database za pomocą programu GeoTec Visual Kilometraż Odcinek Szer. Gradient Przech. Wichr. Pion.lewy Poz.lewy 164,30250 1 1,15-0,35 1,90-0,50-0,35 1,95 164,30275 1 0,80-0,70 2,00-0,10-0,10 1,85 164,30300 1 0,95-0,40 1,95-0,05-0,25 1,50 164,30325 1 1,15-0,20 2,05-0,30-0,50 1,60 164,30350 1 1,50-0,35 2,20-0,35-0,85 1,45 164,30375 1 1,50-0,50 2,15-0,50-1,15 1,25 164,30400 1 1,35-0,15 2,15-0,40-1,55 0,95 164,30425 1 1,35-0,15 2,05-0,15-1,80 0,70 164,30450 1 1,15-0,25 2,05-0,30-1,95 0,35 164,30475 1 1,00-0,05 2,20-0,50-2,00 0,25 164,30500 1 1,20-0,50 2,25-0,40-1,85 0,00

4.7. Eksport danych do formatu tekstowego 131 okazała się oferowana przez arkusze kalkulacyjne możliwość konwersji formatu tekstowego do postaci bazy danych dbase, który to format może być bezpośrednio wczytywany przez program STATISTICA. Opcja eksportu danych oferowana przez program GeoTec Visual ma jednak dwa poważne ograniczenia: brak możliwości eksportu wszystkich danych zgromadzonych w bazie GeoTec informacje na temat nierówności pionowych i poziomych w prawym toku szynowym nie są eksportowane; możliwość eksportu danych z odcinków o maksymalnej długości 1 km. Pierwsze z wymienionych ograniczeń jest nie do pokonania i stało się m.in. powodem wyeliminowania z badań odcinka, którego fragment przedstawiono na rysunku 4.10 (widoczne na nim zakłócenia nie występują w prawym toku szynowym). Drugie ograniczenie zmusiło do mozolnego eksportowania danych z badanych odcinków w porcjach o długości 1 km, a następnie scalania uzyskanych plików cząstkowych za pomocą standardowego programu cat oraz mechanizmu strumieni systemu Linux [33, 34]. Ten etap przygotowania danych można prześledzić po zawartości katalogów: 010_analiza_graw-visual (zawiera pliki z danymi z sektorów o długości 1 km) oraz 020_txt_po_scaleniu_serii (zawiera scalone dane), umieszczonych na załączonej płycie CD. Należy zaznaczyć, że dodatkową niedogodnością na tym etapie przygotowania danych była bariera sześciu pomiarów, jakie można równocześnie wczytać z bazy danych do programu GeoTec Visual. Po takim przygotowaniu plików tekstowych kolejny etap stanowiło rozdzielenie danych z poszczególnych serii pomiarowych w taki sposób, aby każdy plik zawierał dane o jednym rodzaju usterek. Przedtem jednak należało się uporać z niekonsekwencją występującą w wyeksportowanych plikach, w których do rozdzielenia kolumn zastosowano tabulatory oraz spacje. Ponieważ oba te znaki są przez mechanizm strumieni i filtrów traktowane inaczej, należało najpierw tę niejednoznaczność usunąć, zastępując spacje tabulatorami. W tym celu przygotowano prosty skrypt w języku Perl [25]: #!/ usr / bin / p e r l while (<>) { chomp ; s /\ r // ; s /\ s+/\t /g ; print "$_\n " ; }

132 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy który zapisano w pliku nospace nadając mu atrybut wykonywalności. Teraz nic nie stało na przeszkodzie, aby ponownie wykorzystać mechanizm strumieni i filtrów systemu Linux oraz polecenia cut i cat. Przykładowo, aby z pliku o zawartości przedstawionej z tabeli 4.25 (na potrzeby przykładu przyjmijmy, że plik ten nosi nazwę dane.txt) otrzymać plik zawierający dane o lokalizacji usterek w szerokości toru, należy w powłoce bash [28, 33] wykonać polecenie: cat dane.txt nospace cut -f 1,3 >wynik.txt W efekcie otrzymamy plik o nazwie wynik.txt, którego zawartość będzie wyglądała w następujący sposób: Kilometraż Szerokość 164,30250 1,15 164,30275 0,80 164,30300 0,95 164,30325 1,15 164,30350 1,50 164,30375 1,50 164,30400 1,35 164,30425 1,35 164,30450 1,15 164,30475 1,00 164,30500 1,20 Od tak przygotowanych plików już tylko jeden krok do plików tekstowych zawierających informacje o jednym rodzaju usterek z wszystkich serii pomiarowych. Ten etap przygotowywania danych przeprowadzono za pomocą programu kilomerge, którego listing znajduje się w załączniku A. Składnia polecenia jest następująca: gdzie: plikn wynik kilomerge plik1 [plik2...] > wynik nazwy plików zawierających informację z pojedynczej serii pomiarowej o jednym rodzaju usterek; plik wynikowy zawierający informację o jednym rodzaju usterek ze wszystkich serii pomiarowych zawartych w plikach plik1, plik2 itd. Do tak uzyskanych plików można jeszcze dla wygody dopisać ręcznie nagłówki opisujące znaczenie poszczególnych kolumn, aby uzyskać następujący rezultat: Kilometraż Pom.1 Pom.2 Pom.3 Pom.4 Pom.5 Pom.6 Pom.7 Pom.8 164,90000 0,00-0,10 0,20-0,95-1,30 0,35 0,00 0,35 Wyeksportowany z programu GeoTec Visual plik tekstowy pozbawiony jest oczywiście elementów graficznych (ramek). Poszczególne pola danych rozdzielone są znakami tabulacji lub spacjami.

4.8. Maskowanie łuków, rozjazdów i obiektów inżynierskich 133 164,90025 0,00 0,00 0,35-0,85-1,15 0,60 0,10 0,45 164,90050 0,30 0,10 0,45-0,65-1,00 0,75 0,30 0,65 164,90075 0,35 0,30 0,60-0,55-0,85 0,70 0,55 0,80 164,90100 0,50 0,45 0,75-0,45-0,80 0,85 0,65 0,90 164,90125 0,75 0,65 0,90-0,35-0,65 0,85 0,80 1,15 164,90150 0,80 0,85 1,10-0,35-0,60 1,10 1,00 1,40 164,90175 1,10 1,05 1,25-0,15-0,40 1,30 1,10 1,55 164,90200 1,25 1,25 1,20 0,00-0,25 1,30 1,05 1,45 164,90225 1,30 1,35 1,25 0,15-0,10 1,45 0,90 1,40 164,90250 1,30 1,25 1,15 0,15 0,00 1,30 0,85 1,30 Tak przygotowane pliki można już bezpośrednio wczytywać do arkuszy kalkulacyjnych, z których w razie potrzeby można je wyeksportować do formatu dbase obsługiwanego przez wiele innych programów, w szczególności przez program STATISTICA. 4.8. Maskowanie łuków, rozjazdów i obiektów inżynierskich Pod pojęciem maskowania należy rozumieć takie traktowanie czy też oznaczanie niektórych danych, aby były one niewykorzystywane w trakcie dalszej analizy. Efekt ten można uzyskać w różnoraki sposób. W programie GeoTec Visual zamaskowane punkty są pomijane przy obliczaniu np. wskaźników syntetycznych. W programie STATISTICA można wybrać, które punkty spośród wszystkich znajdujących się w pliku danych mają być analizowane. Można także z pliku wejściowego usunąć niepożądane dane, a rezultat zapisać w nowym pliku, który będzie poddawany dalszej analizie. Tytułowe maskowanie łuków, rozjazdów i obiektów inżynierskich ma na celu pozbawienie plików danych informacji o deformacjach w geometrii toru położonych w obrębie tychże elementów. W ten sposób dalszej analizie będą poddawane jedynie te usterki, które wystąpiły na prostych odcinkach toru. Takie przefiltrowanie danych ma wielorakie uzasadnienie. Po pierwsze, konstrukcja toru na długości rozjazdów, przejazdów drogowych w poziomie szyn czy też mostów oraz wiaduktów bez podsypki jest odmienna niż w torach szlakowych. Z tego względu podczas prac naprawczych prowadzonych w torze odcinki te są albo pomijane (np. na mostach bez podsypki), albo do ich regulacji trzeba wykorzystywać inne maszyny torowe (np. na długości rozjazdów). W niektórych przypadkach pojęcie pominięcia oznacza wykonanie dodatkowej, czasochłonnej operacji. Tak dzieje się np. wtedy, gdy oczyszczarka podsypki podczas pracy napotka na swojej drodze przejazd kolejowy konieczny jest wtedy demontaż i ponowny montaż wybieraka podsypki pod podkładami po przeciwnych stronach przejazdu.

134 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy Rysunek 4.11. Przykład zaburzeń w wykresie szerokości toru powstających podczas przejazdu przez rozjazd Po drugie, w rozjazdach i na mostach z nawierzchnią na mostownicach zawsze występują pewne charakterystyczne różnice w wartościach parametrów geometrycznych (przykład przedstawiono na rysunku 4.11), które mają istotny wpływ na wartości niektórych wskaźników syntetycznych, a ich uwzględnienie w analizach może zafałszować rzeczywisty obraz toru. Po trzecie, na długości łuków poziomych oraz krzywych przejściowych i ramp przechyłkowych (a więc elementów geometrycznych łączących odcinki proste z łukami poziomymi) występują stałe odchylenia wartości niektórych parametrów geometrycznych (przechyłki, wichrowatości, nierówności poziomych) od poziomu zerowego. Ponadto podczas prac regulacyjnych na tych odcinkach toru często występuje zjawisko przesunięcia rzeczywistych początków i końców krzywych przejściowych oraz ramp przechyłkowych. Po czwarte, na długości łuków i krzywych przejściowych znacznie częściej z różnych względów występuje potrzeba wykonania regulacji położenia toru. Przykład takiej sytuacji przedstawiono na rysunku 4.12. Aby uniknąć wpływu wymienionych wyżej zjawisk, wprowadzających zaburzenia w pomiarach geometrii toru, postanowiono przy analizie statystycznej z przedstawionych w tabeli 4.24 odcinków wybierać jedynie fragmenty położone w torze prostym i poza obrębem rozjazdów oraz obiektów inżynierskich. W tym celu dane z poszczególnych zgromadzonych w bazie danych odcinków kolejno wyświetlono za pomocą programu GeoTec Visual, a następnie na podstawie analizy graficzno-porównawczej wynotowano lokalizacje fragmentów położonych w łukach i na obiektach inżynierskich (przede wszystkim w rozjazdach). Następnie z poszczególnych plików tekstowych zawierających informacje o usterkach usunięto rekordy danych położone w wynotowanych lokalizacjach. Otrzymane w ten sposób pliki wynikowe, zawierające jedynie dane na temat usterek położonych na prostych odcinkach toru, zapamiętano w nowych plikach tekstowych. Wykaz lokalizacji wyselekcjonowanych w ten sposób spośród serii pomiarowych wymienionych wcześniej w tablicy 4.24 przedstawiono w tabeli 4.26

4.8. Maskowanie łuków, rozjazdów i obiektów inżynierskich 135 Rysunek 4.12. Przykład wpływu regulacji toru na wykresy usterek generowane przez drezynę EM-120. Regulację wykonano na łuku zlokalizowanym w torze 1 linii 9 Warszawa Wschodnia Gdańsk Główny, od km 63,530 między pomiarami wykonanymi w dniach 1998-04-02 i 1999-06-16. (pliki te znajdują się na załączonej płycie CD w katalogach 040_txt_pion_lewe, 040_txt_poziom_lewe oraz 040_txt_szerokosc). Tabela 4.26: Odcinki proste wyselekcjonowane na przygotowanych do analizy odcinkach linii kolejowych Nr linii Nr toru Odcinek Liczba pomiarów Odcinki proste 3 1 164,900 179,000 8 164,900 165,400 166,200 166,780 167,540 174,740 175,400 176,800 177,100 179,000 3 1 194,200 209,200 6 194,200 196,000 197,300 199,300 201,000 201,450 202,050 202,900 204,900 205,800 206,500 207,100 207,600 209,200 3 2 149,100 163,600 12 149,100 149,700 150,200 151,900 152,600 153,500 154,000 157,100 157,300 158,300 158,600 161,800 Ciąg dalszy na następnej stronie...

136 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy Nr linii Nr toru Odcinek Liczba pomiarów Odcinki proste 162,600 163,600 3 2 367,000 382,000 6 367,000 371,500 372,500 373,500 373,700 375,200 376,700 378,400 379,200 380,000 380,300 382,000 4 1 003,300 017,740 6 003,300 005,600 009,700 012,900 013,200 014,600 015,100 017,740 4 1 081,000 088,600 6 081,000 081,800 084,100 088,600 4 2 109,400 121,600 7 109,400 112,800 114,400 121,600 4 2 138,300 152,700 6 138,300 139,400 141,100 143,100 143,900 149,200 151,100 152,700 9 1 062,600 071,900 8 062,600 063,300 064,200 065,400 065,900 068,100 069,000 071,400 071,500 071,900 4.9. Wprowadzenie kryterium jednorodności nawierzchni i czasu jej eksploatacji Jak wspomniano na wstępie, kolejnymi czynnikami, których wpływu na tempo narastania deformacji w geometrii toru nie można wykluczyć są: konstrukcja nawierzchni kolejowej, a więc typ zastosowanych szyn, rodzaj podkładów oraz typ przytwierdzenia; okres eksploatacji od czasu ułożenia nawierzchni, czyli od czasu wykonania ostatniej naprawy głównej. W związku z tym wystąpiono do PKP PLK S.A. z prośbą o udostępnienia danych na temat paszportyzacji dotyczących linii i lokalizacji przedstawionych w tabeli 4.24. Niestety, otrzymane informacje okazały się niekompletne, a braków nie udało się całkowicie wyeliminować w drodze kontaktów osobistych z pracownikami liniowymi PKP.

4.10. Podsumowanie 137 Tabela 4.27. Zestawienie jednorodnych odcinków o znanej nawierzchni oraz roku ułożenia zakwalifikowanych do dalszej analizy Linia Tor Kilometraż Szyny Podkłady Przytwier. Rok ułożenia 3 1 166,200-174,650 UIC60 betonowe SB3 1992 3 1 176,003-179,000 UIC60 betonowe SB3 1993 4 1 003,300-017,740 UIC60 betonowe SB3 1998 4 1 081,100-088,600 UIC60 betonowe SB3 1997 4 2 109,400-121,600 UIC60 betonowe SB3 1995 4 2 138,300-152,700 UIC60 betonowe SB3 1995 9 1 062,600-071,339 S49 betonowe K 1981 W efekcie porównania danych na temat paszportyzacji linii z pomiarami wprowadzonymi do bazy GeoTec uzyskano ostateczne zestawienie jednorodnych z uwagi na rodzaj nawierzchni i czas pracy odcinków, będących podstawą dalszej analizy uwzględniającej konstrukcję i wiek toru. Odcinki te przedstawiono w tabeli 4.27. 4.10. Podsumowanie Omówiony szczegółowo w rozdziałach 4.6 4.9 algorytm postępowania przy wyborze do analizy 15-kilometrowych odcinków przedstawiono na rysunku 4.13. Uwagę zwraca bardzo niski poziom automatyzacji procesu także przy pominięciu tej części algorytmu, która odpowiada za eksport danych do plików tekstowych, tzn. od bloku Czy to ostatni pomiar? do końca algorytmu. Mimo zastosowania programu dedykowanego do przenoszenia wyników pomiarów do bazy danych (GeoTec Writer), większość operacji jest wykonywana ręcznie i wymaga stałego nadzoru operatora programu. Bez większej ingerencji do bazy jest przenoszony praktycznie jedynie pomiar najwcześniejszy chronologicznie, stanowiący następnie odniesienie dla pomiarów późniejszych. Jednak także wtedy konieczne jest przejrzenie wprowadzanego pliku danych w celu stwierdzenia, czy na wykresach usterek nie pojawiają się symptomy nieprawidłowego działania systemu pomiarowego drezyny EM-120. Niezrozumiałe i nieuzasadnione są ograniczenia wprowadzone przez autorów programu GeoTec Visual w opcji eksportu danych do formatu tekstowego. Umożliwienie eksportu pełnego spektrum danych także usterek położonych w prawym toku szynowym nie jest przecież żadnym programistycznym problemem. Analogiczną opinię można wystawić ograniczeniu do 1 km zakresu jednorazowo eksportowanych danych. Jak wynika z tabeli 4.26, dane ostatecznie wyselekcjonowane do analizy stanowią nikły ułamek danych do tej analizy otrzymanych. Świadczy to o tym, Podczas normalnej eksploatacji systemu GeoTec na PKP eksport danych do formatu tekstowego nie jest wykonywany.

138 Rozdział 4. Selekcja danych pomiarowych do ich analizy START Uporządkuj pomiary w kolejności rosnących dat Wybierz pomiar chronologicznie najwcześniejszy Wczytaj wybrany pomiar do programu GeoTec Writer NIE Wykryto symptomy remontów? TAK Usuń z bazy wcześniej wprowadzone pomiary Wykryto jazdę po innym torze? NIE TAK Przeprowadź ręczną synchronizację pomiaru względem pomiaru bazowego TAK Dane są prawidłowe? TAK Istnieje pomiar bazowy? NIE NIE Oznacz pomiar jako bazowy i wprowadż go do bazy GeoTec Database automatycznie wyrównując granice sektorów Wybierz pomiar chronologicznie następny Wykryto błędy w działaniu układu pomiarowego? TAK NIE Wprowadź pomiar do bazy GeoTec Database NIE Czy to ostatni pomiar? TAK Czy do bazy wprowadzono min. 5 pomiarów? TAK Wyeksportuj dane do formatu tekstowego (części o dł. 1 km) Odcinek nie kwalifikuje się do dalszej analizy NIE Połącz wyeksportowane części w jeden plik Wprowadź kryterium jednorodności nawierzchni Zamaskuj dane położone w łukach, rozjazdach i na obiektach inż. Połącz pliki zawierające dane z kolejnych serii pomiarowych dla jednego rodzaju usterki Rozdziel dane o każdym rodzaju usterek do osobnych plików KONIEC Rysunek 4.13. Algorytm postępowania przyjęty przy wyborze do analizy danych pomiarowych z wybranych odcinków o długości 15 km

4.10. Podsumowanie 139 że jakość danych uzyskiwanych z drezyn pomiarowych pozostawia wiele do życzenia zwłaszcza pod względem możliwości jednoznacznej lokalizacji w torze punktów pomiarowych. Stanowi to istotną przeszkodę w ich wykorzystaniu do komputerowego wspomagania planowania napraw. Porównując zestawienia odcinków zawarte w tabelach 4.26 oraz 4.27 można poczynić kilka dodatkowych spostrzeżeń. Po pierwsze, pełną informację o rodzaju nawierzchni i roku jej ułożenia uzyskano jedynie dla trzech spośród dziewięciu odcinków wprowadzonych do bazy GeoTec Database. Odcinki te to: km 3,300 17,740 w torze nr 1 linii 3 Warszawa Zachodnia Kunowice; km 109,400 121,600 w torze nr 2 linii 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie; km 138,300 152,700 w torze nr 2 linii 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie. Dla kolejnych dwóch odcinków uzyskana informacja o rodzaju i roku ułożenia nawierzchni swoim zasięgiem pokrywała większą część długości odcinka: 7,500 km spośród 7,600 km odcinka zlokalizowanego w km 81,000 88,600 toru nr 1 linii 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie; 8,739 km spośród 9,300 km odcinka zlokalizowanego w km 62,600 71,900 toru nr 1 linii 9 Warszawa Wschodnia Gdańsk Główny. Po drugie, jeden z odcinków położony w km 164,900 179,000 w torze nr 1 linii 3 Warszawa Zachodnia Kunowice z uwagi na różny czas pracy występującej na nim nawierzchni został podzielony na dwie części, zlokalizowane w kilometrach 166,200 174,650 oraz 176,003 179,000. Po trzecie, dla trzech odcinków w ogóle nie uzyskano informacji o rodzaju i wieku występującej na nich nawierzchni. Odcinki te to: km 194,000 209,000 w torze nr 1 linii 3 Warszawa Zachodnia Kunowice; km 149,100 163,600 w torze nr 2 linii 3 Warszawa Zachodnia Kunowice (najciekawszy pod względem badawczym, z uwagi na największą liczbę zgromadzonych dla niego pomiarów); km 367,000 382,000 w torze nr 2 linii 3 Warszawa Zachodnia Kunowice.

Rozdział 5 Wyrównywanie lokalizacji serii pomiarowych 5.1. Geneza konieczności wyrównywania lokalizacji pomiarów Jak wspomniano w rozdziale 4.5, przy analizie porównawczej kilku kolejnych pomiarów wykonanych na tym samym odcinku toru kluczowym zagadnieniem staje się poprawne wyrównanie położenia poszczególnych serii pomiarowych na długości toru. Błędy popełnione na tym etapie analizy mają bezpośredni wpływ na wyniki dalszych badań (np. na analizę trendu zmian usterek). Znaczenie tego zagadnienia zostało dostrzeżone m.in. w USA i zaowocowało opracowaniem oprogramowania ATIP wykorzystywanego w wagonie pomiarowym T2000 (patrz rozdział 1.8.3). Należy przypomnieć, że wspomniane uzgodnienie położenia serii pomiarowych jest wykonywane podczas wprowadzania plików otrzymywanych z drezyny EM-120 do bazy danych GeoTec Database. Konieczność przeprowadzenia tego procesu wynika z następujących czynników: niedokładności określenia położenia w torze punktu początkowego pomiaru; niedokładności licznika drogi drezyny EM-120; zaburzeń w pomiarze drogi wprowadzanych przez obiekty inżynierskie zlokalizowane w torze (rozjazdy, skrzyżowania torów, urządzenia wyrównawcze na mostach i wiaduktach oraz przejazdy drogowe w poziomie szyn). O skali możliwych przekłamań świadczyć może przykład uzgadniania początkowego punktu pomiaru, przedstawiony na rysunku 5.1. Jak widać, niezbędna korekta położenia punktów pomiarowych wynosi w tym przypadku ok. 40 m. Dodatkowo na wspomnianym rysunku można zaobserwować inną ważną prawidłowość. Jakkolwiek uzgodnienia kilometrażu można dokonać korzystając z wykresu dowolnej usterki, to jednak nie wszystkie wykresy nadają się do tego w równie dobry sposób. Na omawianym rysunku widoczne są wykresy usterek w szerokości toru oraz jego przechyłce. Widać wyraźnie, że z wykresu szerokości sposób wykonania korekty wynika w sposób o wiele bardziej jednoznaczny.

142 Rozdział 5. Wyrównywanie lokalizacji serii pomiarowych Rysunek 5.1. Przykład wprowadzenia korekty kilometrażu początkowego podczas synchronizacji pomiarów. a) pomiary przed synchronizacją; b) pomiary po synchronizacji. 5.2. Zależność dokładności wyrównywania pomiarów od wykresu szerokości toru Szerokość toru jest parametrem geometrycznym, który w dobrze wykonanym torze w trakcie eksploatacji podlega najmniejszym zmianom. Z uwagi na tę stabilność, w procesie synchronizacji pomiarów analizę porównawczą wykonuje się przede wszystkim na podstawie wykresów usterek w szerokości toru. W sytuacjach, gdy szerokość toru jest niestabilna w czasie, porównywane są wykresy innych parametrów geometrycznych. Taką procedurę przyjęto w wyniku do-

5.2. Zależność dokładności wyrównywania pomiarów... 143 świadczeń zebranych podczas pilotażowego wdrożenia systemu GeoTec [35]. Jej słuszność potwierdzono w trakcie prowadzonych badań. Ilustrują to rysunki 5.2 5.10, przedstawiające możliwości synchronizacji pomiarów na przykładzie odcinków toru o długości 100 m leżących na wybranych do analizy odcinkach linii kolejowych. Analizując dane pochodzące z badanych linii kolejowych z odcinków, na których w badanym okresie nie prowadzono żadnych regulacji toru, zaobserwowano interesującą prawidłowość. Na niektórych liniach podobieństwo wykresów usterek w szerokości toru w kolejnych pomiarach było bardzo duże. Wymagana korekta kilometrażu w punkcie początkowym odcinka była wtedy bardzo niewielka (rzędu kilku metrów), a po jej wprowadzeniu dalsze wyrównywanie pomiarów praktycznie nie wymagało ze strony operatora wprowadzania większych poprawek. Poprawki te jeżeli występowały miały znak losowy. Oznacza to, że pomiar wprowadzany należało przesuwać raz w stronę początku, raz końca odcinka względem położenia pomiaru bazowego. W efekcie na końcu wprowadzanego 15-kilometrowego odcinka przesunięcia znaczników sektorów w pomiarze wprowadzanym i bazowym wynosiły maksymalnie 2 m, a często miały wartość zerową. W takich wypadkach obserwowano także duże podobieństwo wykresów pozostałych usterek. W niektórych sytuacjach podobieństwa wykresów usterek w szerokości toru w kolejnych objazdach były zdecydowanie mniejsze. W takich wypadkach: Rysunek 5.2. Podobieństwo wykresów na odcinku km 164,300 179,200 w torze 1 linii 3 Warszawa Zachodnia Kunowice na przykładzie pomiarów wykonanych w dniach 1999-05-27 i 2000-10-25. Duże podobieństwo wykresów szerokości toru.

144 Rozdział 5. Wyrównywanie lokalizacji serii pomiarowych Rysunek 5.3. Podobieństwo wykresów na odcinku km 194,200 209,200 w torze 1 linii 3 Warszawa Zachodnia Kunowice na przykładzie pomiarów wykonanych w dniach 1999-05-27 i 2000-10-25. Duże podobieństwo wykresów szerokości toru oraz nierówności pionowych. Rysunek 5.4. Podobieństwo wykresów na odcinku km 149,100 164,100 w torze 2 linii 3 Warszawa Zachodnia Kunowice na przykładzie pomiarów wykonanych w dniach 1998-03-27 i 1998-11-03. Duże podobieństwo wykresów szerokości toru.

5.2. Zależność dokładności wyrównywania pomiarów... 145 Rysunek 5.5. Podobieństwo wykresów na odcinku km 367,000 382,000 w torze 2 linii 3 Warszawa Zachodnia Kunowice na przykładzie pomiarów wykonanych w dniach 2000-03-16 i 2001-06-09. Niestabilna w czasie szerokość toru. Synchronizację ułatwia bardzo duże podobieństwo wykresów nierówności pionowych. Rysunek 5.6. Podobieństwo wykresów na odcinku km 3,200 18,500 w torze 1 linii 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie na przykładzie pomiarów wykonanych w dniach 2000-03-17 i 2000-06-20. Duże podobieństwo wykresów szerokości i nierówności pionowych. Widoczne przesunięcie poziomu odniesienia przy pomiarze nierówności poziomych.

146 Rozdział 5. Wyrównywanie lokalizacji serii pomiarowych Rysunek 5.7. Podobieństwo wykresów na odcinku km 81,000 96,000 w torze 1 linii 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie na przykładzie pomiarów wykonanych w dniach 1999-12-03 i 2000-03-17. Szerokość toru niestabilna. Synchronizację ułatwia duże podobieństwo wykresów nierówności pionowych i poziomych. Rysunek 5.8. Podobieństwo wykresów na odcinku km 109,000 124,000 w torze 2 linii 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie na przykładzie pomiarów wykonanych w dniach 1998-04-16 i 1999-12-03. Duże rozbieżności w wykresach szerokości. Synchronizacja możliwa dzięki wystarczającemu podobieństwu wykresów nierówności pionowych.

5.2. Zależność dokładności wyrównywania pomiarów... 147 Rysunek 5.9. Podobieństwo wykresów na odcinku km 138,000 153,000 w torze 2 linii 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie na przykładzie pomiarów wykonanych w dniach 1998-04-16 i 1999-08-12. Widoczne przesunięcie poziomu odniesienia w pomiarach szerokości i duże podobieństwo wykresów nierówności pionowych. Rysunek 5.10. Podobieństwo wykresów na odcinku km 62,600 77,700 w torze 1 linii 9 Warszawa Wschodnia Gdańsk Główny na przykładzie pomiarów wykonanych w dniach 1997-11-13 i 1998-04-02. Duże podobieństwo wykresów szerokości. Niemal brak różnic w wykresach nierówności pionowych.

148 Rozdział 5. Wyrównywanie lokalizacji serii pomiarowych początkowa korekta kilometrażu była zdecydowanie większa w skrajnym zaobserwowanym przypadku konieczne było przesunięcie punktu początkowego pomiaru o ponad 70 m; problemem było odnalezienie punktów charakterystycznych niezbędnych do uzgodnienia położenia punktu początkowego pomiaru kilkukrotnie przeprowadzenie tej operacji umożliwiał jedynie charakterystyczny ślad przejazdu przez rozjazd znajdujący się w dalszej części badanego odcinka; występowały bardzo duże trudności przy uzgadnianiu położenia pomiarów na całej długości wprowadzanego odcinka; wykresy pozostałych usterek wykazywały nieregularne przesunięcia w stronę początku lub końca analizowanego odcinka, a fragmentarycznie i po uzgodnieniu kilometracji duże podobieństwo; konieczne przesunięcia wykresu wprowadzanego miały przeważnie ten sam znak na całej długości odcinka i kumulowały się wraz ze zbliżaniem się do końca odcinka w efekcie okazywało się, że przesunięcia znaczników sektorów na końcach 15-kilometrowych fragmentów toru wynosiły ok. 20 30 m. 5.3. Analiza statystyczna wyrównywania pomiarów Prawidłowości zaobserwowane podczas synchronizacji serii pomiarowych postanowiono zbadać za pomocą metod analizy statystycznej. W pierwszej kolejności sprawdzono, czy we wspomnianych spostrzeżeniach nie tkwi pierwiastek subiektywizmu. W tym celu w obsłudze programu GeoTec Writer przeszkolono 12 osób, a następnie polecono im wprowadzić do bazy Geo- Tec Database pomiary wykonane na tych samych fragmentach toru. Z uwagi na ograniczone możliwości oraz wymagania wnioskowania statystycznego w analizie ograniczono się do czterech spośród dziewięciu wyselekcjonowanych odcinków, wybierając te spośród nich, na których dysponowano największą liczbą serii pomiarowych (porównaj z tabelą 4.24), czyli: odcinek w km 164,200 179,200 tor nr 1 linii 3 Warszawa Zachodnia Kunowice (8 serii pomiarowych); odcinek w km 149,200 209,200 tor nr 2 linii 3 Warszawa Zachodnia Kunowice (12 serii pomiarowych); odcinek w km 109,000 124,000 tor nr 2 linii 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie (7 serii pomiarowych); odcinek w km 62,600 77,700 tor nr 1 linii 9 Warszawa Wschodnia Gdańsk Główny (8 serii pomiarowych). W tabelach 5.1 5.4 zestawiono wartości korekt długości wprowadzonych przez poszczególne osoby na badanych odcinkach. Jako wartość korekty przyjęto przesunięcie znacznika końcowego ostatniego sektora badanego odcinka.

5.3. Analiza statystyczna wyrównywania pomiarów 149 Tabela 5.1. Wartości przesunięć znacznika sektora końcowego zanotowane przez badane osoby na linii nr 3 Warszawa Zachodnia Kunowice tor 1, km 164,200 179,200. Pomiar przyjęty za bazowy wykonano dnia 1999-05-27. Data Korekty długości wprowadzone przez poszczególne osoby [m] pomiaru 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1999-12-20 0,00 0,50 0,25 0,25 0,00 0,00 0,25 0,00 0,25 0,50 0,50 0,00 2000-03-15 0,25 0,25 0,50 0,25 0,50 0,75 0,75 0,75 0,50 0,75 0,75 0,75 2000-10-25 3,25 2,75 3,00 3,50 3,25 3,50 3,75 3,25 3,25 3,75 3,00 3,25 2001-04-05 0,25 0,75 0,25 0,50 0,00 0,75 0,25 0,00 0,00-0,25 0,00 0,50 2001-06-08 1,25 1,25 1,00 1,50 1,00 0,50 1,50 1,25 0,75 1,00 1,50 0,75 2002-03-12 0,50 1,00 1,00 1,00 0,75 0,75 0,50 0,50 1,00 1,00 0,50 1,00 2002-06-03 0,75 0,50 0,50 0,25 0,25 0,75 0,50 0,50 0,25 0,50 0,50 0,50 Tabela 5.2. Wartości przesunięć znacznika sektora końcowego zanotowane przez badane osoby na linii nr 3 Warszawa Zachodnia Kunowice tor 2, km 164,200 149,200. Pomiar przyjęty za bazowy wykonano dnia 1998-03-27. Data Korekty długości wprowadzone przez poszczególne osoby [m] pomiaru 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1998-11-03 2,50 2,50 3,00 2,50 3,00 2,50 2,75 2,50 2,00 2,50 2,75 3,00 1998-12-29 2,25 2,50 2,50 2,50 3,00 2,50 2,50 3,00 3,00 2,50 2,75 2,25 1999-05-28 2,25 2,25 1,75 2,00 1,25 1,75 2,25 2,00 2,00 1,25 1,25 1,75 1999-08-27 4,00 2,75 4,25 3,50 2,50 3,50 4,25 4,50 4,75 3,50 3,00 4,00 1999-12-21 4,25 4,00 3,00 3,25 2,75 3,75 3,75 4,00 3,75 4,50 3,25 3,50 2000-03-16 2,25 1,50 1,25 2,00 3,25 2,25 2,75 2,50 2,00 1,25 2,00 2,75 2000-10-27 1,75 3,75 2,50 3,00 2,75 2,75 2,50 2,75 3,00 1,75 2,75 2,50 2001-04-06 1,25 2,25 1,50 1,25 2,25 2,00 2,25 1,75 2,50 2,25 1,75 1,25 2001-06-09 2,00 1,75 2,50 1,75 2,00 2,25 2,00 1,75 2,00 2,50 2,50 1,75 2002-03-14 1,50 2,75 1,50 2,75 2,50 2,25 2,00 2,00 2,25 2,50 1,75 1,50 2002-06-04 4,25 5,50 4,25 6,00 7,25 5,50 7,25 4,50 6,00 5,50 4,75 5,75 Tabela 5.3. Wartości przesunięć znacznika sektora końcowego zanotowane przez badane osoby na linii nr 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie, tor 2, km 124,000 109,000. Pomiar przyjęty za bazowy wykonano dnia 1998-04-16. Data Korekty długości wprowadzone przez poszczególne osoby [m] pomiaru 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1998-04-16 03,00 02,75 03,00 03,25 02,50 03,75 02,00 02,00 02,00 03,50 03,75 02,75 2000-03-17 14,75 15,25 15,00 14,50 11,00 14,50 12,50 17,00 15,00 13,75 14,00 17,75 2000-10-04 18,75 20,25 20,75 19,50 20,50 18,25 17,25 19,25 17,50 21,25 22,25 18,50 2001-04-03 08,25 08,25 10,25 07,25 10,25 06,25 09,00 07,00 08,25 06,25 06,25 08,25 2001-06-12 05,00 05,25 04,25 05,25 06,00 05,00 05,00 04,25 05,25 05,75 05,50 05,00 2002-03-08 03,00 03,25 03,50 02,75 03,00 03,25 02,25 02,25 02,50 03,50 02,50 03,00

150 Rozdział 5. Wyrównywanie lokalizacji serii pomiarowych Tabela 5.4. Wartości przesunięć znacznika sektora końcowego zanotowane przez badane osoby na linii nr 9 Warszawa Wschodnia Gdańsk Główny, tor 1, km 62,600 71,900. Pomiar przyjęty za bazowy wykonano dnia 1997-11-13. Data Korekty długości wprowadzone przez poszczególne osoby [m] pomiaru 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1998-04-02 20,00 21,50 21,75 19,50 20,00 19,75 19,00 20,00 21,75 20,25 20,75 18,75 1999-06-16 10,50 10,50 10,75 10,50 11,25 9,25 11,00 10,25 9,75 9,25 10,50 10,50 1999-09-27 11,50 12,75 13,25 13,00 12,25 12,75 11,50 12,50 12,00 11,75 11,50 11,75 2000-03-13 14,25 14,75 15,00 15,25 14,00 15,00 14,50 15,00 15,75 14,75 15,00 14,75 2000-10-05 16,00 15,50 16,25 16,50 16,50 15,00 16,25 15,75 15,75 15,75 16,50 15,50 2001-04-10 05,00 04,75 05,00 04,50 04,50 04,50 05,00 05,00 04,75 04,50 05,00 04,50 2002-03-05 05,50 04,75 05,50 05,25 05,25 04,75 05,50 05,25 05,75 05,00 05,25 05,25 Ilustrację graficzną korekt długości poszczególnych serii pomiarowych wprowadzanych przez poszczególnych operatorów na analizowanych liniach przedstawiono na rysunkach 5.11 5.14. Natomiast tabele 5.5 5.8 zawierają wartości statystyk podstawowych wprowadzonych korekt obliczone za pomocą programu STATISTICA [58, 76]. Uzyskane w teście wyniki potwierdziły wcześniejsze spostrzeżenia. Wszyscy uczestnicy testu zauważyli, że przy dużym podobieństwie wykresów szerokości toru wyrównywanie położenia poszczególnych serii pomiarowych względem po- 4,00 Korekta długości [m] 3,00 2,00 1,00 0,00-1,00 1999-12-27 2000-03-15 2000-10-25 2001-04-05 2001-06-08 2002-03-12 2002-06-03 11 6 1 Rysunek 5.11. Ilustracja wielkości korekt wprowadzonych przez poszczególnych operatorów podczas wyrównywania położenia pomiarów z linii nr 3 Warszawa Zachodnia Kunowice, tor 1, km 164,200 179,200.

5.3. Analiza statystyczna wyrównywania pomiarów 151 8,00 Korekta długości [m] 6,00 4,00 2,00 6 1 0,00 11 1998-11-03 1998-12-29 1999-05-28 1999-08-27 1999-12-21 2000-03-16 2000-10-27 2001-04-06 2001-06-09 2002-03-14 2002-06-04 Rysunek 5.12. Ilustracja wielkości korekt wprowadzonych przez poszczególnych operatorów podczas wyrównywania położenia pomiarów z linii nr 3 Warszawa Zachodnia Kunowice, tor 2, km 164,200 149,200. 25,00 Korekta długości [m] 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 1998-04-16 2000-03-17 2000-10-04 2001-04-03 2001-06-12 2002-03-08 11 6 1 Rysunek 5.13. Ilustracja wielkości korekt wprowadzonych przez poszczególnych operatorów podczas wyrównywania położenia pomiarów z linii nr 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie, tor 2, km 124,000 109,000.

152 Rozdział 5. Wyrównywanie lokalizacji serii pomiarowych 25,00 Korekta długości [m] 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 1998-04-02 1999-06-16 1999-09-27 2000-03-13 2000-10-05 2001-04-10 2002-03-05 11 6 1 Rysunek 5.14. Ilustracja wielkości korekt wprowadzonych przez poszczególnych operatorów podczas wyrównywania położenia pomiarów z linii nr 9 Warszawa Wschodnia Gdańsk Główny, tor 1, km 62,200 71,900. Tabela 5.5. Statystyki podstawowe korekt (w [m]) wprowadzanych przez poszczególne badane osoby na linii nr 3 Warszawa Zachodnia Kunowice, tor 1, km 164,200 179,200. Pomiar przyjęty za bazowy wykonano dnia 1999-05-27. Data N Śred- P.ufn. P.ufn. Min. Max. Roz- War. Odch. pomiaru nia -95% 95% stęp std. 1999-12-20 12 0,21 0,08 0,34 0,00 0,50 0,50 0,04 0,21 2000-03-15 12 0,56 0,42 0,70 0,25 0,75 0,50 0,05 0,22 2000-10-25 12 3,29 3,10 3,48 2,75 3,75 1,00 0,09 0,30 2001-04-05 12 0,25 0,05 0,45-0,25 0,75 1,00 0,10 0,32 2001-06-08 12 1,10 0,90 1,31 0,50 1,50 1,00 0,11 0,33 2002-03-12 12 0,79 0,64 0,94 0,50 1,00 0,50 0,05 0,23 2002-06-03 12 0,48 0,37 0,59 0,25 0,75 0,50 0,03 0,17

5.3. Analiza statystyczna wyrównywania pomiarów 153 Tabela 5.6. Statystyki podstawowe korekt (w [m]) wprowadzanych przez poszczególne badane osoby na linii nr 3 Warszawa Zachodnia Kunowice, tor 2, km 164,200 149,200. Pomiar przyjęty za bazowy wykonano dnia 1998-03-27. Data N Śred- P.ufn. P.ufn. Min. Max. Roz- War. Odch. pomiaru nia -95% 95% stęp std. 1998-11-03 12 2,63 2,44 2,81 2,00 3,00 1,00 0,09 0,29 1998-12-29 12 2,60 2,43 2,78 2,25 3,00 0,75 0,07 0,27 1999-05-28 12 1,81 1,57 2,06 1,25 2,25 1,00 0,15 0,39 1999-08-27 12 3,71 3,26 4,16 2,50 4,75 2,25 0,50 0,71 1999-12-21 12 3,65 3,32 3,97 2,75 4,50 1,75 0,27 0,52 2000-03-16 12 2,15 1,75 2,54 1,25 3,25 2,00 0,38 0,62 2000-10-27 12 2,65 2,30 2,99 1,75 3,75 2,00 0,29 0,54 2001-04-06 12 1,85 1,56 2,15 1,25 2,50 1,25 0,21 0,46 2001-06-09 12 2,06 1,87 2,26 1,75 2,50 0,75 0,09 0,30 2002-03-14 12 2,10 1,81 2,40 1,50 2,75 1,25 0,22 0,47 2002-06-04 12 5,54 4,90 6,19 4,25 7,25 3,00 1,03 1,02 Tabela 5.7. Statystyki podstawowe korekt (w [m]) wprowadzanych przez poszczególne badane osoby na linii nr 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie, tor 2, km 124,000 109,000. Pomiar przyjęty za bazowy wykonano dnia 1998-04-16. Data N Śred- P.ufn. P.ufn. Min. Max. Roz- War. Odch. pomiaru nia -95% 95% stęp std. 1998-04-16 12 2,85 2,45 3,26 2,00 3,75 1,75 0,41 0,64 2000-03-17 12 14,58 13,45 15,72 11,00 17,75 6,75 3,17 1,78 2000-10-04 12 19,50 18,52 20,48 17,25 22,25 5,00 2,36 1,54 2001-04-03 12 7,96 7,06 8,86 6,25 10,25 4,00 2,01 1,42 2001-06-12 12 5,13 4,80 5,45 4,25 6,00 1,75 0,27 0,52 2002-03-08 12 2,90 2,61 3,18 2,25 3,50 1,25 0,20 0,45 Tabela 5.8. Statystyki podstawowe korekt (w [m]) wprowadzanych przez poszczególne badane osoby na linii nr 9 Warszawa Wschodnia Gdańsk Główny, tor 1, km 62,600 71,900. Pomiar przyjęty za bazowy wykonano dnia 1997-11-13. Data N Śred- P.ufn. P.ufn. Min. Max. Roz- War. Odch. pomiaru nia -95% 95% stęp std. 1998-04-02 12 20,25 19,61 20,89 18,75 21,75 3,00 1,01 1,01 1999-06-16 12 10,33 9,94 10,73 9,25 11,25 2,00 0,39 0,62 1999-09-27 12 12,21 11,81 12,61 11,50 13,25 1,75 0,40 0,63 2000-03-13 12 14,83 14,54 15,12 14,00 15,75 1,75 0,21 0,46 2000-10-05 12 15,94 15,63 16,24 15,00 16,50 1,50 0,23 0,48 2001-04-10 12 4,75 4,60 4,90 4,50 5,00 0,50 0,06 0,24

154 Rozdział 5. Wyrównywanie lokalizacji serii pomiarowych miaru wzorcowego jest łatwiejsze, a decyzje w sprawie niezbędnych korekt bardziej jednoznaczne. Potwierdzają to także odchyłki między wartościami korekt wykonywanych przez różne osoby w tych samych odcinkach toru. Przy wartościach poprawek rzędu kilku metrów przesunięcia wprowadzane przez poszczególne osoby różniły się od siebie o 0,75 m, to jest o trzy punkty pomiarowe. Przy korektach kilkunastometrowych występujących na odcinkach, gdzie optyczne podobieństwo wykresów było mniejsze, rozstęp był większy i dochodził maksymalnie do 6,75 m. Drugie podjęte badanie polegało na sprawdzeniu, czy na analizowanych odcinkach istnieje związek między graficznym podobieństwem wykresów szerokości toru a wielkością wprowadzanych korekt położenia punktów pomiarowych. W tym wypadku przyjęto poniższy algorytm postępowania. Na wstępie zweryfikowano hipotezę zerową o normalności rozkładu usterek w szerokości toru. Jest to krok konieczny z uwagi na fakt, że od wyniku tej weryfikacji zależy wybór testu wykorzystanego do sprawdzenia istotności różnic dla zmiennych powiązanych (rysunek 5.15). Duża liczba próbek wykluczyła możliwość wykorzystania do tego celu testu W Shapiro i Wilka [58, 76]. Dlatego weryfikację hipotezy przeprowadzono na podstawie obserwacji histogramu rozkładu usterek w szerokości toru i jego porównania z dopasowaną krzywą rozkładu normalnego. Po drugie, dla każdego badanego odcinka przeprowadzono test istotności różnic dla prób zależnych między bazowym pomiarem szerokości toru (chronologicznie najwcześniejszym), a każdym z późniejszych pomiarów. Ponieważ badane zmienne mają charakter ilościowy, a ich rozkład okazał się normalny, posłużono się zgodnie z algorytmem przedstawionym na rysunku 5.15 testem t-studenta. Po trzecie, posługując się programem STATISTICA [58, 76] zbadano podobieństwo wykresów obliczając współczynnik korelacji liniowej Pearsona między bazowym pomiarem szerokości toru, a każdym z pomiarów wykonanych w późniejszym terminie. Na koniec przeprowadzono badanie korelacji między wartościami współczynników korelacji liniowej Pearsona uzyskanymi w poprzednim punkcie, a wartościami korekt kilometrażu wprowadzonych podczas uzgadniania kilometracji serii pomiarowych. W tym wypadku spośród danych zawartych w tabelach 5.1 5.4 do badania wylosowano wartości korekt wprowadzonych przez jednego operatora, przy czym: z tabeli 5.1 wylosowano wyniki operatora nr 3; z tabeli 5.2 wylosowano wyniki operatora nr 6; Pamiętać należy, że drezyna EM-120 wykonuje pomiar co 0,25 m. To oznacza, że jeden odcinek o długości 15 km jest opisany zbiorem liczącym 60 tys. danych charakteryzujących każdy badany parametr (szerokość, nierówności pionowe i poziome w obu tokach szynowych, przechyłkę oraz wichrowatość).

5.3. Analiza statystyczna wyrównywania pomiarów 155 Zmienne powiązane Jakościowe Porządkowe Ilościowe (mierzalne) NIE Czy rozkład jest normalny? Test McNemary Test Wilcoxona TAK Test t-studenta (test różnic) Rysunek 5.15. Algorytm wyboru testu istotności różnic dla zmiennych powiązanych [50, 58] z tabeli 5.3 wylosowano wyniki operatora nr 1; z tabeli 5.4 wylosowano wyniki operatora nr 8. Przebieg i wyniki przeprowadzonych badań przedstawiono szczegółowo w załączniku B. Wnioski z przeprowadzonej analizy są następujące: 1. Wyrównywanie położenia (synchronizacja) serii pomiarowych jest w chwili obecnej koniecznym, a jednocześnie najbardziej żmudnym i pracochłonnym etapem wprowadzania danych pomiarowych z drezyny EM-120 do bazy Geo- Tec Database. Ta pracochłonność jest istotnym czynnikiem hamującym szerokie wykorzystanie tych danych do planowania napraw bieżących nawierzchni kolejowej. 2. Istnieje ścisły związek między stopniem podobieństwa wykresów usterek w szerokości toru uzyskiwanych z poszczególnych jazd pomiarowych, a niedokładnościami w pomiarze drogi, a co za tym idzie niedokładnościami w oznaczaniu lokalizacji usterek. W miarę zmniejszania się podobieństwa tych wykresów rosną problemy z ich interpretacją i z wyrównywaniem lokalizacji pomiarów. 3. Na odcinkach, na których podczas eksploatacji występują problemy w utrzymaniu szerokości toru, synchronizacja pomiarów jest bardzo utrudniona, jej wyniki niejednoznaczne, a możliwość wykorzystania takich pomiarów w pro-

156 Rozdział 5. Wyrównywanie lokalizacji serii pomiarowych cesie planowania napraw problematyczna (np. niewłaściwe oznaczenie lokalizacji usterek może zafałszować wyniki analizy trendu ich zmian). 4. Wraz z pogarszaniem się stanu toru rosną problemy z wyrównywaniem położenia pomiarów. Zatem im bardziej zależy nam na dokładnych i wiarygodnych danych w celu sporządzenia racjonalnego planu robót torowych, tym bardziej uzyskanie tych danych staje się problematyczne. 5. Obecny sposób pomiaru drogi i rejestracji lokalizacji usterek podczas przejazdu drezyną EM-120, a przede wszystkim nie rejestrowanie przez nią położenia punktów granicznych sektorów uniemożliwia automatyzację procesu wyrównywania położenia serii pomiarowych. Niezbędne wydaje się opracowanie dokładniejszego i niezależnego od stanu toru sposobu pomiaru drogi i automatycznego rejestrowania w pliku wynikowym lokalizacji charakterystycznych punktów stałych, umożliwiających jednoznaczną, w pełni zautomatyzowaną synchronizację serii pomiarowych podczas ich wprowadzania do bazy danych. 5.4. Wpływ poprawnego wyrównania położenia pomiarów na wartości wskaźników syntetycznych W chwili obecnej do porównywania pomiarów wykonanych w różnym czasie za pomocą drezyny EM-120 wykorzystywane są powszechnie wykresy usterek oraz tabulogramy. Są to media, na których synchronizacja pomiarów nie jest wykonywana. Podczas kolejnych pomiarów dla każdego odcinka pomiarowego (standardowo o długości 1000 m) obliczane są wskaźniki syntetyczne, będące podstawą dalszej analizy. Problem polega na tym, że przy pomiarach niezsynchronizowanych odnotowany na tabulogramie i wykresie kilometr w różnych pomiarach faktycznie wcale nie musi być położony w tym samym miejscu toru. Zatem obliczone wskaźniki syntetyczne mogą być w różnych pomiarach wyliczane częściowo dla zupełnie innych usterek. Przekłamania w wartościach tych wskaźników mogą się nasilać zwłaszcza wtedy, gdy w sąsiadujących sektorach pomiarowych występuje duże zróżnicowanie stanu toru. Skrajnie duże rozbieżności mogą wystąpić wówczas, gdy przy granicy kilometrowych odcinków zlokalizowane będą rozjazdy, których sama obecność w torze znacząco wpływa na wartości wskaźników syntetycznych. Na rysunkach 5.16 5.18 przedstawiono wpływ obecności rozjazdów na wartość wskaźnika J w dobrze utrzymanym torze przeznaczonym dla prędkości 160 km/h. Widać, że w kilometrach, w których zlokalizowane są rozjazdy, wartości wskaźnika J są ok. dwukrotnie wyższe, co wskazuje, że spostrzeżenia przedstawione w [11] pozostają nadal aktualne. Przypadek anomalii diagnostycznej wynikający z przesunięcia kilometrażu w dwóch kolejnych pomiarach o ok. 30 m przedstawiono w książce [15]. W oma- Jak wspomniano, wykorzystanie systemu GeoTec na PKP ma obecnie charakter pilotażowy i jest ograniczone terytorialnie.

5.4. Wpływ poprawnego wyrównania położenia pomiarów... 157 Rysunek 5.16. Wpływ rozjazdów na ogólny stan toru na przykładzie fragmentów wykresu szerokości zarejestrowanego na linii 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie w torze 1 km 81,000 96,000. a) km 81,500 82,500; b) km 91,500 92,500; c) km 93,000 94,000. Rysunek 5.17. Wykres wartości syntetycznego wskaźnika stanu toru J zarejestrowanego podczas dwóch pomiarów na linii 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie, tor 1, km 81,000 96,000. Zielonym kolorem tła wyróżniono kilometry, w których zlokalizowane są rozjazdy.

158 Rozdział 5. Wyrównywanie lokalizacji serii pomiarowych 2,50 2,00 1,50 1,00 2001-06-12 1999-12-03 0,50 0,00 km 81,000-82,000 km 82,000-83,000 km 83,000-84,000 km 84,000-85,000 km 85,000-86,000 km 86,000-87,000 km 87,000-88,000 km 88,000-89,000 km 89,000-90,000 km 90,000-91,000 km 91,000-92,000 km 92,000-93,000 km 93,000-94,000 km 94,000-95,000 km 95,000-96,000 Rysunek 5.18. Wykres wartości syntetycznego wskaźnika stanu toru J zarejestrowanego podczas dwóch pomiarów na linii 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie, tor 1, km 81,000 96,000. Przy obliczeniach wskaźnika J pominięto (zamaskowano) usterki położone w rozjazdach. wianym tam przypadku pominięcie wpływu rozsynchronizowania pomiarów prowadziło do błędnego wniosku, że stan toru podczas rocznej eksploatacji uległ poprawie. Skalę problemu ilustrują dwa kolejne przykłady, w których porównano wartości wskaźnika J otrzymanego w kolejnych pomiarach bezpośrednio z drezyny EM-120, oraz obliczanego przez system GeoTec na podstawie pomiarów poprawnie wyrównanych. Przedstawione wartości obliczano na podstawie wzorów: oraz gdzie: J EMX J GRAW δ ABS = J EMX J GRAW (5.1) δ = δ ABS J EMX 100% (5.2) wartość wskaźnika J odczytanego z tabulogramu otrzymanego bezpośrednio z drezyny EM-120; wartość wskaźnika J obliczonego przez program GeoTec Visual na podstawie poprawnie wyrównanych pomiarów. Pierwszy przykład pochodzi z dobrze utrzymanego, prostego, pozbawionego obiektów inżynierskich odcinka toru, położonego na linii przeznaczonej do prędkości 160 km/h, na której naprawa główna miała miejsce w roku 1995, tj. trzy

5.5. Rola punktów stałych w procesie wyrównywania... 159 lata przed pomiarem przyjętym za bazowy. Przykład drugi pochodzi z fragmentu linii zawierającego łuki oraz proste, przystosowanego do prędkości 120 km/h, na której naprawa główna była przeprowadzona 15 lat przed pomiarem przyjętym za bazowy. W torze dobrze utrzymanym (rysunek 5.19) odchylenia δ ABS są z wyjątkiem jednego kilometra niewielkie i wykazują pewną regularność. Natomiast w torze wyeksploatowanym i w sytuacji, gdy podczas synchronizacji serii pomiarowych konieczne były znaczne korekty kilometrażu (10 20 m) odchylenia te są na tyle duże i nieregularne (nawet o zmiennym znaku, co widać na rysunku 5.20), że mogą spowodować błędne wnioskowanie przy wykorzystaniu do analizy porównawczej wykresów i tabulogramów otrzymywanych z drezyny EM-120. 5.5. Rola punktów stałych w procesie wyrównywania położenia pomiarów Odrębnym i niezwykle istotnym zagadnieniem jest wykorzystanie do synchronizacji pomiarów istniejących w torze urządzeń stałych, takich jak rozjazdy, przejazdy i mosty. Informacje o nich są co prawda obecnie wprowadzane do pliku z wynikami pomiarów, jednak jak wspomniano wcześniej w rozdziale 3.3 dane te są wprowadzane ręcznie przez operatora drezyny. Ten sposób jest jednak całkowicie zawodny, o czym jednoznacznie świadczą informacje zawarte w tabeli 5.9. Zestawiono w niej dane na temat liczby obiektów wprowadzanych ręcznie do pliku danych podczas kolejnych jazd pomiarowych wykonanych na tej samej linii. Z tabeli wynika jednoznacznie, że operatorzy czynność wprowadzania danych o obiektach inżynierskich w torze traktują w sposób bardzo niesumienny w poszczególnych przejazdach nie zgadza się nawet ich ilość! Cóż dopiero mówić o lokalizacji, gdy jej prawidłowe oznaczenie zależy dodatkowo od takich czynników, jak prędkości jazdy pomiarowej, zdyscyplinowanie operatora i czas jego reakcji. Tabela 5.9. Liczba obiektów inżynierskich zarejestrowanych podczas kolejnych jazd pomiarowych prowadzonych na linii nr 3 Warszawa Zachodnia Kunowice w torze nr 1 w latach 1999 2002 Rodzaj obiektu Data jazdy pomiarowej 1999-1999- 2000-2000- 2001-2001- 2002-2002- 05-27 12-20 03-15 10-25 04-05 06-08 03-12 06-03 Mosty 134 153 156 207 162 175 185 172 Przejazdy 203 241 249 245 225 248 239 231 Rozjazdy 238 246 223 258 240 242 252 227 Semafory 197 256 256 273 275 280 295 275

160 Rozdział 5. Wyrównywanie lokalizacji serii pomiarowych 0,10 0,05 0,00-0,05-0,10-0,15-0,20 km 123,000-122,000 km 122,000-121,000 km 121,000-120,000 km 120,000-119,000 km 119,000-118,000 km 118,000-117,000 km 117,000-116,000 km 116,000-115,000 km 115,000-114,000 km 114,000-113,000 km 113,000-112,000 km 112,000-111,000 km 111,000-110,000 km 110,000-109,000 1999-12-03 2000-03-17 2000-10-04 2001-04-03 2001-06-12 2002-03-08-0,25-0,30 (a) Różnica δ ABS między wartością odczytaną z tabulogramu a wartością obliczoną przez program GeoTec Visual. 35 30 25 20 15 10 5 1999-12-03 2000-03-17 2000-10-04 2001-04-03 2001-06-12 2002-03-08 0 km 123,000-122,000 km 122,000-121,000 km 121,000-120,000 km 120,000-119,000 km 119,000-118,000 km 118,000-117,000 km 117,000-116,000 km 116,000-115,000 km 115,000-114,000 km 114,000-113,000 km 113,000-112,000 km 112,000-111,000 km 111,000-110,000 km 110,000-109,000 (b) Procentowe odchylenie δ od wartości odczytanej z tabulogramu. Rysunek 5.19. Różnice między wartościami syntetycznego wskaźnika jakości toru J odczytanymi z tabulogramów generowanych przez drezynę EM-120 (brak synchronizacji kilometrażu) oraz obliczonymi przez program GeoTec Visual (po zsynchronizowaniu kilometrażu analizowanych pomiarów). Linia nr 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie, tor 2, km 123,000 109,000.

5.5. Rola punktów stałych w procesie wyrównywania... 161 0,40 0,20 0,00-0,20-0,40 km 63,000-64,000 km 64,000-65,000 km 65,000-66,000 km 66,000-67,000 km 67,000-68,000 km 68,000-69,000 km 69,000-70,000 km 70,000-71,000 km 71,000-72,000 1998-04-02 1999-06-16 1999-09-27 2000-03-13 2000-10-05 2001-04-10 2002-03-05-0,60-0,80 (a) Różnica δ ABS między wartością odczytaną z tabulogramu a wartością obliczoną przez program GeoTec Visual. 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1998-04-02 1999-06-16 1999-09-27 2000-03-13 2000-10-05 2001-04-10 2002-03-05 km 63,000-64,000 km 64,000-65,000 km 65,000-66,000 km 66,000-67,000 km 67,000-68,000 km 68,000-69,000 km 69,000-70,000 km 70,000-71,000 km 71,000-72,000 (b) Procentowe odchylenie δ od wartości odczytanej z tabulogramu. Rysunek 5.20. Różnice między wartościami syntetycznego wskaźnika jakości toru J odczytanymi z tabulogramów generowanych przez drezynę EM-120 (brak synchronizacji kilometrażu) oraz obliczonymi przez program GeoTec Visual (po zsynchronizowaniu kilometrażu analizowanych pomiarów). Linia nr 9 Warszawa Wschodnia Gdańsk Główny, tor 1, km 63,000 72,000.

162 Rozdział 5. Wyrównywanie lokalizacji serii pomiarowych Rysunek 5.21. Dane o lokalizacji rozjazdów wprowadzane przez operatorów drezyny podczas kolejnych pomiarów tego samego odcinka toru na tle wykresów szerokości toru i nierówności pionowych. Linia 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie, tor 1, km 81,500 82,500. Przykład wpływu czynnika ludzkiego na wprowadzanie podczas jazdy pomiarowej danych na temat rozjazdów przedstawiono na rysunku 5.21. Jak widać, podczas poszczególnych pomiarów na długości jednego kilometra operatorzy zarejestrowali od 2 do 6 rozjazdów, co z wyjątkiem pomiaru z dnia 2002-06-05, podczas którego operator najwyraźniej przespał pierwsze trzy rozjazdy w głównej mierze jest zapewne wynikiem rozterki, w jaki sposób odnotować kilka blisko siebie położonych rozgałęzień torów: czy jako kilka pojedynczych rozjazdów, czy jako jedną ciągłą strefę rozjazdową. Tymczasem precyzyjne i niezawodne oznaczanie w pliku pomiarowym lokalizacji przede wszystkim rozjazdów, ale również przejazdów oraz mostów, jest niezwykle istotne, i to z kilku powodów. Po pierwsze, przejazd przez rozjazd pozostawia na wykresach parametrów geometrycznych toru bardzo istotny i charakterystyczny ślad (rysunki 5.1, 5.16,

5.5. Rola punktów stałych w procesie wyrównywania... 163 5.21). Jest to właściwość często wykorzystywana w praktyce przy wyrównywaniu położenia serii pomiarowych. Po drugie, stan zlokalizowanych w torze rozjazdów co przedstawiono wcześniej na rysunku 5.17 wpływa znacząco na wartości wskaźników syntetycznych. Jednoznaczne rozdzielenie usterek położonych w torze i usterek w rozjazdach umożliwia np. obliczanie wskaźników syntetycznych osobno dla toru i osobno dla rozjazdów. Jest to wykorzystywane już obecnie przy drukowaniu tablic sumujących umieszczanych na końcu tabulogramów. Znajdują się tam zestawienia dla całych odcinków, oraz z uwzględnieniem podziału na tor położony na prostej, w łuku oraz w rozjazdach (zobacz rysunek 4.2 w rozdziale 4.1). Jednak w świetle przedstawionych tu faktów wiarygodność i przydatność tych zestawień należy uznać obecnie za co najmniej problematyczną. Po trzecie, konstrukcja nawierzchni w obrębie rozjazdów może wprowadzać dodatkowe, niemożliwe do przewidzenia zaburzenia w pomiarze drogi przez drezynę EM-120. Rysunek 5.22 prezentuje przykład takiej anomalii. Widać wyraźnie, że na długości rozjazdu nastąpił ok. 5-metrowy błąd w pomiarze drogi. Nie jest to niestety odosobniony przypadek. W trakcie badań odnotowano kilka sytuacji, gdzie na długości jednego rozjazdu przesunięcie pomiaru długości występowało dwukrotnie, przy czym przesunięcia te miały przeciwne znaki (np. 2,5 m i +0,5 m na rozjeździe w km 175,970 linii nr 3 Warszawa Zachodnia Kunowice w torze nr 1, w pomiarze wykonanym w dniu 2002-06-03). Konstrukcja nawierzchni kolejowej w obrębie rozjazdów, mostów bez podsypki oraz przejazdów odbiega od konstrukcji na szlaku, co ma wpływ na technologię napraw i w związku z tym także na planowanie napraw bieżących. To kolejna przesłanka po temu, aby wprowadzanie informacji o tych obiektach do pliku danych podczas jazdy pomiarowej uniezależnić od zdyscyplinowania i refleksu obsługi drezyny. Powróćmy jeszcze na chwilę do sytuacji przedstawionej na rysunku 5.21. Mamy na nim do czynienia ze skupieniem kilku rozjazdów rozdzielonych krótkimi wstawkami prostymi. Analiza stanu toru w obrębie wielu takich układów geometrycznych doprowadziła do wniosku, że najwłaściwsze byłoby w takich sytuacjach oznaczanie całych stref rozjazdowych zamiast pojedynczych wchodzących w ich skład rozjazdów. W tego typu układach istnieje bowiem ścisły związek między stanem rozjazdów i przyległych do nich odcinków toru oraz odwrotnie. Ponadto prowadzenie naprawy bieżącej toru na krótkich wstawkach między rozjazdami za pomocą maszyn torowych wykorzystywanych na szlaku jest albo niemożliwe (z uwagi na długość wstawki), albo nieopłacalne. Za słuszne wydaje się przyjęcie, aby rozjazdy oddalone od siebie o mniej niż 50 m traktować jako jedną strefę rozjazdową. W pliku wynikowym drezyny EM-120 powinna się znaleźć informacja o początku takiej strefy (np. 10 m przed stykiem pierwszego rozjazdu) oraz jej końcu (10 m za ostatnim rozjazdem). Zatem w przypadku przedstawionym na analizowanym rysunku należałoby oznaczyć dwie strefy rozjazdowe: pierwszą w km od 81,810 do 82,060, a drugą w km od 82,240 do 82,350

164 Rozdział 5. Wyrównywanie lokalizacji serii pomiarowych 15,0 10,0 5,0 [mm] 0,0-5,0 165,84350 165,84750 165,85150 165,85550 165,85950 165,86350 165,86750 165,87150 165,87550 165,87950 165,88350 165,88750 165,89150 165,89550 165,89950 165,90350 165,90750 165,91150 165,91550 165,91950-10,0-15,0 [km] (a) Stan odczytany bezpośrednio z plików pomiarowych. 15,0 10,0 5,0 [mm] 0,0-5,0 165,84350 165,84750 165,85150 165,85550 165,85950 165,86350 165,86750 165,87150 165,87550 165,87950 165,88350 165,88750 165,89150 165,89550 165,89950 165,90350 165,90750 165,91150 165,91550 165,91950-10,0-15,0 [km] (b) Stan po wyrównaniu pomiarów. Rysunek 5.22. Przykład zaburzeń w pomiarze drogi podczas przejazdu drezyny EM- -120 przez rozjazd kolejowy. Wykresy w szerokości toru pochodzą z pomiarów wykonanych na linii nr 3 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie w torze nr 1 w dniach 1999-05-27 (kolor niebieski) oraz 2002-03-12 (kolor czerwony).

5.6. Automatyczne wyrównywanie położenia serii pomiarowych 165 (tę ostatnią zanotował w taki sposób operator drezyny w trakcie pomiaru wykonanego w dniu 2000-10-04). Aby zapewnić automatyczne, niezależne od obsługi drezyny wprowadzanie do pliku pomiarowego informacji o lokalizacji rozjazdów, mostów i przejazdów, należałoby w ustalonych odległościach od tych obiektów umieścić w torze odpowiednio skonstruowane punkty stałe, automatycznie wykrywane i rejestrowane przez oprogramowanie drezyny. Dodatkowo w wypadku rozjazdów charakterystyczny ślad pozostawiany przez nie na wykresach szerokości toru daje nadzieję poszukiwania jeszcze jednej drogi automatycznego ich oznaczania w plikach otrzymywanych z drezyny EM- -120 z wykorzystaniem technik automatycznego rozpoznawania obrazu [77, 78]. Dysponując dostatecznie obszerną bazą pomiarów wykonanych za pomocą drezyny EM-120 można by: 1. wyselekcjonować odcinki zawierające wykresy usterek w szerokości toru na długości rozjazdów; 2. otrzymaną w ten sposób bazę wzorców wykorzystać do przygotowania sztucznej sieci neuronowej (z uwagi na znaną odpowiedź byłoby to tzw. nauczanie z nauczycielem [77]); 3. wyposażyć oprogramowanie drezyny EM-120 w system bieżącego porównywania wykresu szerokości toru z wzorcami przechowywanymi w sztucznej sieci neuronowej. Sprawdzenie przydatności takiego rozwiązania wymaga jednak bardzo pracochłonnego przygotowania bazy wzorców oraz zbadania wpływu na postać śladu takich parametrów jak typ rozjazdu, jego stan techniczny, kierunek jazdy drezyny pomiarowej ( z ostrza lub na ostrze czy też po torze prostym lub zwrotnym rozjazdu) itp. Zbadania wymagałaby także długość odcinka toru, jaki od rozpoznanej w ten sposób lokalizacji należałoby uznać za strefę rozjazdową. 5.6. Automatyczne wyrównywanie położenia serii pomiarowych Zaprezentowanie zagadnienia wyrównywania położenia serii pomiarowych na Ósmym Seminarium Diagnostyki Nawierzchni Szynowych [63] wywołało ożywioną dyskusję, zapoczątkowaną przez przedstawicieli oddziałów, w których miało miejsce pilotażowe wdrożenie systemu GeoTec. Potwierdzili oni przedstawione obserwacje, zwracając uwagę przede wszystkim na bardzo dużą pracochłonność procesu uzgadniania położenia pomiarów. Pozostali dyskutanci starali się znaleźć rozwiązanie zasygnalizowanego problemu. Zgłoszono m.in. propozycję wykorzystania do oznaczania granic sektorów systemów ultradźwiękowych wykorzystywanych w diagnostyce sieci trakcyjnej do oznaczania położenia słupów trakcyjnych [87]. Słupy te są rozstawione wzdłuż

166 Rozdział 5. Wyrównywanie lokalizacji serii pomiarowych linii co ok. 70 m, ich lokalizacja jest stała, a kilometraż jednoznacznie określony. System ultradźwiękowy zainstalowany na drezynie EM-120 mógłby generować odpowiednie sygnały przy mijaniu tych słupów, a odpowiednią informację umieszczać w pliku z wynikami pomiarów. Producent systemu GeoTec i oprogramowania drezyny zapewnił, że niezbędne modyfikacje w oprzyrządowaniu i oprogramowaniu drezyny są niewielkie i zadeklarował ich wprowadzenie w razie zainteresowania ze strony PKP. Jednak zastosowanie tego sposobu oznaczania granic sektorów pomiarowych nie rozwiąże definitywnie problemu, gdyż linie niezelektryfikowane, które wg stanu na rok 2003 stanowią w Polsce 38,3% linii [30] nadal będą pozbawione możliwości automatycznego wyrównywania położenia serii pomiarowych. Z przeprowadzonych studiów wynika, że przy projektowaniu systemu umożliwiającego automatyczne wyrównywanie położenia serii pomiarów wykonanych za pomocą drezyny EM-120 należy wziąć pod uwagę możliwości nowoczesnych systemów pozycjonowania satelitarnego (GPS, GLONASS, GALILEO), które po wyłączeniu w dniu 2000-05-02 degradacji sygnału dostarczanego do celów cywilnych [26] znajdują coraz szersze zastosowanie, także w inżynierii lądowej [66]. Jest to wskazane zwłaszcza w kontekście realizowanego właśnie w Polsce międzynarodowego systemu ASG/EUPOS [75]. Tabela 5.10 pokazuje, że jego możliwości są bardzo obiecujące. Jak wynika z założeń projektu technicznego ASG/EUPOS [29], rozmieszczenie na terenie Polski sieci stacji referencyjnych spowoduje, że linie kolejowe znajdą się zasięgu usługi HEPS, gwarantującej dokładność pomiaru w granicach 0,02 m. Jest to dokładność większa o rząd wielkości niż krok pomiarowy drezyny EM-120 (0,25 m). Mimo znanych trudności wynikających z wykonywania pomiarów w warunkach dynamicznych [26], planowana dokładność daje nadzieję na wykorzystanie systemu do precyzyjnego i jednoznacznego oznaczania granic sektorów pomiarowych podczas pomiarów drezyną EM-120. Należy jednak pamiętać, że obecne systemy pozycjonowania satelitarnego oprócz wielu zalet posiadają również wady. Podczas jazdy w gęsto zabu- GPS (ang. Global Positioning System) uruchomiony przez USA ogólnodostępny system ogólnoświatowej nawigacji satelitarnej działający w oparciu o sygnały emitowane z satelitów nawigacyjnych. GLONASS rosyjski odpowiednik GPS. GALILEO (Europejski System Nawigacji Satelitarnej) będący w fazie realizacji (ukończenie planowane na rok 2010) europejski odpowiednik GPS i GLONASS. A odróżnieniu od systemów GPS i GLONASS projekt ten od powstania jest nadzorowany przez instytucje cywilne. ASG (od: Aktywna Sieć Geodezyjna)/EUPOS (ang. European Position Determination System) zainicjowany w 2002 r. projekt utworzenia na terenie Europy sieci wielofunkcyjnych stałych stacji referencyjnych, służących do wyznaczania pozycji punktów geodezyjnych i nawigacji obiektów ruchomych poruszających się na wodzie, po lądzie oraz w powietrzu. System korzysta z sygnałów emitowanych przez satelity nawigacyjne (obecnie systemów GPS i GLONASS, docelowo systemu GALILEO). Przetarg na realizację systemu ASG/EUPOS na terenie Polski został ogłoszony przez Główny Urząd Geodezji i Kartografii dnia 2006-08-02 (źródło: www.gugik.gov.pl).

5.6. Automatyczne wyrównywanie położenia serii pomiarowych 167 Tabela 5.10. Usługi planowane w systemie pozycjonowania ASG/EUPOS [66] Rodzaj usługi RTK/Post- Transmisja Często- Precyzja processing korekcji tliwość [m] EPS usługa pozyc- RTK FM/RDS,LW/RDS 3 5 sek. 1,0 3,0 jonowania w czasie rzeczywistym RTK GSM 1 sek. 0,5 2,0 HEPS usługa pozycjonowania RTK GSM 1 sek. 0, 02 w czasie rzeczywistym wysokiej precyzji GPPS usługa pozycjonowania Quasi-RTK Internet, GSM 1 sek. 0, 01 o precyzji geodezyjnej GHPS usługa pozycjonowania o precyzji geodezyjnej Post-processing Internet, GSM 1 sek. < 0,01 dowanym terenie miejskim, terenie silnie zalesionym oraz w tunelach spotkać się można z brakiem dostępu do sygnału satelitarnego. Może też występować jego degradacja. W efekcie występować będą przerwy w otrzymywaniu sygnału pozycjonującego, co spowoduje zmienne długości odcinków pomiędzy punktami o znanych współrzędnych. Przy przyjęciu stałego cyklu satelitarnego pomiaru drogi odległość między punktami, dla których będą wyznaczane współrzędne zależeć będzie od prędkości jazdy pomiarowej. Przykładowo, dla cyklu o długości 5 sekund odległości te wyniosą: 166,7 m przy prędkości V = 120 km/h; 138,9 m przy prędkości V = 100 km/h; 83,3 m przy prędkości V = 60 km/h. Wiedząc, że prędkość jazdy pomiarowej drezyny EM-120 jest zmienna oraz przyjmując, że może się ona wahać w przedstawionym wyżej zakresie, można obliczyć, że sygnały umożliwiające synchronizację serii pomiarowych pojawiać się będą w plikach wynikowych co 333 666 punktów pomiarowych. Brak z powodu zakłóceń sygnału tylko jednego punktu wyznaczającego położenie drezyny zmniejszy dwukrotnie precyzję oznaczania lokalizacji od 666 do 1332 punktów pomiarowych. Z tych względów, w celu uzyskania ciągłości pozycjonowania należy rozważyć wykorzystanie sygnałów pochodzących z dodatkowych urządzeń (sensorów), niezależnych od systemu GPS [84]. Przedstawione wyżej fakty prowadzą do wniosku, że umieszczenie w pliku wynikowym drezyny EM-120 informacji o granicach sektorów pomiarowych umożliwiające automatyczne wyrównywanie położenia serii pomiarowych będzie wykonalne po połączeniu możliwości wszystkich omawianych wyżej propozycji, a więc:

168 Rozdział 5. Wyrównywanie lokalizacji serii pomiarowych po przeprojektowaniu systemu pozycjonowania drezyny i pomiaru przebytej przez nią drogi w sposób wykorzystujący możliwości oferowane przez nowoczesne systemy nawigacji satelitarnej; po wprowadzeniu automatycznego systemu umieszczania w pliku wynikowym informacji na temat lokalizacji rozjazdów, mostów i przejazdów na podstawie danych z czujników umieszczonych w torze w punktach krańcowych tych obiektów; po wprowadzeniu systemu uzupełniania danych o lokalizacji drezyny w miejscach zaniku sygnału satelitarnego (np. w tunelach).

Rozdział 6 Interwały czasowe między kolejnymi pomiarami 6.1. Stan obecny Drezyny pomiarowe EM-120 pełnią w Polsce funkcję pojazdów pomiarowych klasy sieciowej rejestrują stan torów na liniach układu podstawowego sieci PKP, to jest na liniach magistralnych i pierwszorzędnych. Plany pomiarów są przygotowywane przez Instytut Diagnostyki i zatwierdzane przez Wydział Linii Kolejowych [39]. Częstotliwość pomiarów geometrii torów za pomocą drezyn EM-120 jest obecnie uzależniona jedynie od maksymalnej prędkości pociągów na danej linii, i według obowiązujących przepisów kształtuje się następująco: na liniach o prędkościach maksymalnych V 160 km/h pomiary wykonywane są czterokrotnie w ciągu roku (raz na kwartał); na liniach o prędkościach maksymalnych 100 km/h V < 160 km/h pomiary wykonywane są dwukrotnie w ciągu roku (wiosną i jesienią); na liniach o prędkościach maksymalnych V < 100 km/h pomiar wykonywany jest jeden raz w ciągu roku, przy czym zalecane jest, aby był on wykonywany w okresie wiosennym. Dokładna analiza posiadanych wyników pomiarów wykazała, że w rzeczywistości odstępy czasowe między pomiarami nie są tak regularne. Na badanych liniach pomiary wykonywano z dokładnością do jednego miesiąca w następujących odstępach: na linii nr 3 (prędkość 160 km/h) w okresie od października 1997 r. do czerwca 2002 r. co 5, 8, 2, 1, 5, 3, 4, 3, 3, 4, 6, 2, 9 i 3 miesiące; na linii nr 4 (prędkość 160 km/h) w okresie od września 1997 r. do czerwca 2002 r. co 2, 6, 2, 3, 3, 5, 3, 4, 3, 3, 4, 6, 2, 9 i 3 miesiące; na linii nr 9 (prędkość 120 km/h) w okresie od listopada 1997 r. do marca 2002 r. co 5, 14, 3, 6, 7, 6 i 11 miesięcy; na linii nr 131 (prędkość 120 km/h) w okresie od listopada 1998 r. do lipca 2002 r. co 8, 4, 8, 4, 9, 3 i 7 miesięcy. Jak widać nawet na liniach dostosowanych do prędkości 160 km/h odchylenia od zaleconego w przepisach interwału przekraczają 30%.

170 Rozdział 6. Interwały czasowe między kolejnymi pomiarami Jest rzeczą bezdyskusyjną, że szybkość kursujących pociągów to jedynie jeden z wielu czynników mających wpływ na zmiany stanu nawierzchni kolejowej podczas jej eksploatacji. Równie ważne jest natężenie ruchu, naciski osiowe, technologia prowadzonych robót torowych, jakość tych prac oraz sposób diagnozowania stanu toru. Dlatego należy się zastanowić, czy: interwały czasowe między kolejnymi pomiarami ustalono właściwie; celowe jest utrzymanie sztywnych cykli diagnostycznych przy badaniu stanu toru drezynami EM-120. 6.2. Częstotliwości pomiarów a bezpieczeństwo ruchu kolejowego Kolej w Polsce od lat boryka się z problemem ciągłego niedoboru środków na wymiany i naprawy nawierzchni. Widocznym tego efektem jest postępująca degradacja torów na wielu liniach kolejowych, stwarzająca miejscami realne zagrożenie nawet dla bezpieczeństwa ruchu. Eksploatacja kolei jest obecnie w fazie chronicznego kryzysu, a zaległości w planach robót torowych nawarstwiły się do tego stopnia, że nie da się ich nadrobić w czasie krótszym niż kilkanaście lat nawet przy radykalnym wzroście nakładów na budowę i utrzymanie dróg kolejowych [6, 7]. W sytuacji niewystarczającej ilości środków finansowych podjęto decyzję o ich koncentracji w celu realizacji zadań najbardziej efektywnych dla PKP, związanych z modernizacją tych linii kolejowych w Polsce, które weszły w skład przechodzących przez Polskę głównych korytarzy europejskich [74]. Założono przy tym i słusznie że prace modernizacyjne mają być prowadzone z najwyższą możliwą jakością, zapewniającą długie okresy między remontami, a w efekcie mniejsze zapotrzebowanie na potencjał naprawczy podczas eksploatacji [11, 12, 13]. Dodatkowo przyjęto zasadę zwiększenia nakładów na diagnostykę także wprowadzenia częstych kontroli geometrii drezynami EM-120. W efekcie doprowadzono do paradoksalnej sytuacji, gdy na liniach o nowo wbudowanej nawierzchni oraz dobrze utrzymanych, w których postęp degradacji jest minimalny kontrola geometrii torów wykonywana jest co kwartał, natomiast na liniach o stanie złym i bardzo złym czyli tam, gdzie częstsza kontrola stanu toru jest właśnie jak najbardziej wskazana drezyny pomiarowe pojawiają się sporadycznie lub nie pojawiają się wcale. Przekonanie, że częste jazdy pomiarowe po liniach przeznaczonych dla dużych prędkości zwiększają bezpieczeństwo ruchu (pozwalają bowiem w porę dostrzec w torze pojawiające się w sposób nagły zagrożenia) jest nieuzasadnione. Świadectwo tego można znaleźć w pracy [55]. Jej autorzy uznani specjaliści jednoznacznie stwierdzają, że w czasie swojej wieloletniej praktyki zawodowej, podczas której niemal każdorazowo osobiście uczestniczyli w objazdach wykony-

6.2. Częstotliwości pomiarów a bezpieczeństwo... 171 Rysunek 6.1. Schemat przełomów powstałych w szynie podczas wypadku w km 66,380 w torze nr 1 linii Poznań Szczecin na szlaku Wronki Miały dnia 2004-02-04 [70] wanych drezynami EM-120, nigdy nie mieli do czynienia z sytuacją, żeby podczas takiego pomiaru zostało stwierdzone zagrożenie bezpieczeństwa wymagające natychmiastowej interwencji zespołu remontowego. Istotne zastrzeżenia co do zasadności obowiązujących obecnie interwałów czasowych między pomiarami wykonywanymi drezyną EM-120 przyniosła także analiza poważnego wypadku kolejowego, do którego doszło w lutym 2004 r. na szlaku Wronki Miały (linia Poznań Szczecin), a podczas którego doszło do spektakularnego rozkruszenia szyny (rysunek 6.1). Podczas kompleksowej ekspertyzy, mającej na celu m.in. ustalenie przyczyny zdarzenia [69], sprawdzano także stan geometrii toru. W tym celu m.in. zbadano wykresy otrzymane z drezyny EM-120 podczas trzech ostatnich objazdów poprzedzających wypadek (na linii Poznań Szczecin wykonywane są dwa pomiary w ciągu roku). Na podstawie wyników pierwszego z analizowanych pomiarów (z października 2002 r.) stwierdzono, że ocena ogólna wyrażona syntetycznym wskaźnikiem stanu toru J = 2, 72 nie może być krytyczna (biorąc pod uwagę obciążenia przeniesione przez nawierzchnię w całym okresie eksploatacji, wynoszące 400 Tg). W miejscu, w którym wystąpiło złamanie szyny, tj. w km 66,380, zauważono jedynie zwiększoną, ale mieszczącą się w dopuszczalnych granicach nierówność pionową w obu tokach szynowych (8 mm w toku lewym i 12 mm w prawym) a także większą wichrowatość (12 mm). Wykresy z kolejnych dwóch pomiarów z kwietnia i września 2003 r. praktycznie nie różniły się od wykresu pierwszego i również nie dawały podstaw do interwencji na analizowanym odcinku toru (rysunek 6.2). Również minimalne zmiany wartości syntetycznych parametrów decydujących o oddziaływaniach dynamicznych i charakteryzujących cały odcinek toru w km 66,000 67,000 (wskaźnik J oraz odchylenia standardowe nierówności pionowych w obu tokach szynowych) nie dały podstaw do stwierdzenia, że nierówności toru w miejscu złamania szyny powodowały duże obciążenia dynamiczne. Także powypadkowe badania toromierzem elektronicznym toru położonego przed miejscem złamania szyny, mające na celu sprawdzenie postępów degradacji nawierzchni w okresie od ostatniego pomiaru toru drezyną EM-120, tj. od 25 września 2003 do dnia wypadku, nie wniosły żadnych zastrzeżeń co do tempa narastania degradacji geometrii toru. Można uznać, że nawet gdyby

172 Rozdział 6. Interwały czasowe między kolejnymi pomiarami Rysunek 6.2. Wykres z drezyny EM-120 z pomiaru wykonanego na szlaku Wronki Miały we wrześniu 2003. Strzałką oznaczono miejsce wypadku [15]. pomiar drezyną EM-120 miał miejsce w przeddzień zaistniałego zdarzenia, nie spowodowałby podjęcia żadnej interwencji w torze. Po przeprowadzeniu wszystkich analiz za rzeczywistą przyczynę złamania szyny i powstałego w tym miejscu wykolejenia uznano splot kilku czynników: istnienie wad wewnętrznych szyn w postaci pęknięć zmęczeniowych rozwijających się w większości od mikropęknięć na powierzchni tocznej szyn (tzw. head checking) [5, 65]; występowanie oddziaływań dynamicznych na skutek przejazdów pociągów, w których występowały koła z płaskimi miejscami lub nalepami na powierzchni tocznej; nagły spadek temperatury otoczenia do 13 C. Jak widać, żadna z wymienionych przyczyn nie może być wykryta przez najczęstsze nawet pomiary drezynami EM-120. Znalazło to wyraz w zaleceniach powypadkowych mówiących m.in. o konieczności usprawnienia monitoringu taboru pod względem wykrywania płaskich kół (przede wszystkim w drodze bezpośredniej oceny akustycznej przejeżdżającego taboru), oraz o zwiększeniu dokładności i efektywności kontroli defektoskopowych szyn. Podobne były przyczyny jeszcze poważniejszych w skutkach wypadków, jakie miały miejsce na kolejach zagranicznych w roku 2000: wykolejenia w marcu składu metra w Tokio w Japonii [83] oraz wykolejenia w październiku w Wielkiej

6.3. Częstotliwość pomiarów a postęp degradacji nawierzchni 173 Brytanii pod Hatfield pociągu Inter-City [37, 71]. Nawet najczęstsze pomiary parametrów geometrycznych toru nie zapobiegłyby żadnemu z tych wypadków. Porzucenie przekonania, że często prowadzone pomiary drezynami EM-120 są konieczne ze względu na bezpieczeństwo ruchu znalazło wyraz w pracy [24], gdzie przy określaniu standardów utrzymaniowych zalecono: dla linii klasy T120, na których możliwy będzie ruch pociągów towarowych z prędkością 80 120 km/h wykonywanie pomiarów raz w roku na wiosnę; dla linii klasy T80, na których możliwy będzie ruch pociągów towarowych z prędkością 80 km/h wykonywanie pomiarów raz na dwa lata, również w okresie wiosennym. 6.3. Częstotliwość pomiarów a postęp degradacji nawierzchni Szukając dalszego potwierdzenia tezy, iż obowiązujące obecnie częstotliwości jazd pomiarowych drezyny EM-120 nie mają uzasadnienia, postanowiono zbadać przydatność otrzymywanych wyników do określenia tempa degradacji geometrii nawierzchni kolejowej w ujęciu syntetycznym. Pod pojęciem degradacji nawierzchni kolejowej należy rozumieć proces pogarszający jej właściwości techniczne, prowadzący do utraty zdatności eksploatacyjnej [14, 15]. Jest to proces dynamiczny, którego przebiegu nie da się do końca przewidzieć. Zatem możliwości jego modelowania również są ograniczone i sprowadzają się w zasadzie do przedstawienia intensywności degradacji za pomocą wyrażenia gdzie: κ ζ γ δ = F (κ, ζ, γ, ρ, ε) (6.1) definiuje konstrukcję nawierzchni, a więc typ szyn, rodzaj stali szynowej, rodzaj toru (klasyczny, bezstykowy), rodzaj i typ podkładów, rodzaj przytwierdzeń, rodzaj podsypki oraz grubość jej warstwy, charakterystykę warstw ochronnych; określa cechy podtorza, takie jak rodzaj gruntu i jego parametry, sposób jego odwodnienia, zabezpieczenia przed skutkami powodzi oraz czynnikami atmosferycznymi; mówi nam o elementach geometrii toru w planie i profilu, takich jak promień łuku poziomego, długość krzywej przejściowej oraz opisujące ją równanie, pochylenie rampy przechyłkowej, wartość przechyłki, wielkości kinematyczne (przyspieszenie niezrównoważone, szybkość przyrostu przyspieszenia, prędkość podnoszenia koła na rampie przechyłkowej), długość wstawek prostych między łukami, pochylenia podłużne niwelety oraz promień łuku pionowego zaokrąglającego załom profilu podłużnego;

174 Rozdział 6. Interwały czasowe między kolejnymi pomiarami ρ określa jakość robót przy budowie oraz utrzymaniu nawierzchni i podtorza, a także sposób wykorzystania potencjału naprawczego; ε definiuje warunki eksploatacyjne, a więc prędkość pociągów i jej zróżnicowanie, natężenie przewozów, cechy pojazdów szynowych, jakość ich utrzymania, masę pociągów, częstość kursowania pociągów. Dodać należy, że teoria degradacji nie przedstawia obecnie jawnych zależności między intensywnością degradacji, a wymienionymi wyżej cechami, udostępniając jedynie cząstkowe i o dyskusyjnej wartości zależności empiryczne. Ze złożoności wzoru 6.1 wynika, że ocena nierówności toru oraz ich rozwoju w czasie bo tylko takich informacji dostarczają nam pomiary drezyną EM-120 to jedynie niewielki podzbiór czynników mających wpływ na intensywność degradacji nawierzchni. Są to jednak dane wystarczające do określenia tempa degradacji geometrii toru. Jednak sama dynamika zmian wartości parametrów syntetycznych to za mało do oceny tempa ich narastania. Co innego oznacza przecież niewielki nawet przyrost wartości parametru J przy dużym obciążeniu linii, a co innego w sytuacji, gdy obciążenie linii ruchem jest niewielkie. Dlatego przy ocenie tempa degradacji geometrii toru należy także uwzględnić obciążenie linii ruchem w badanym okresie [15]. Przy porównywaniu odchyleń standardowych poszczególnych parametrów geometrycznych należy korzystać ze wzoru d = σ Q [mm/tg] (6.2) gdzie: σ Q przyrost odchylenia standardowego wybranego parametru geometrycznego między wybranymi jazdami pomiarowymi; obciążenie przeniesione przez analizowany odcinek w okresie między tymi samymi jazdami pomiarowymi. Natomiast gdy porównywaną wartością jest syntetyczny wskaźnik stanu toru, wyrażający odchylenia standardowe wszystkich parametrów geometrycznych, należy posłużyć się wzorem d = J Q [mm/tg] (6.3) gdzie: J przyrost wartości syntetycznego wskaźnika stanu toru w okresie między wybranymi jazdami pomiarowymi [15, 56]. Nawet podczas porównywania odchyleń standardowych obliczanych za pomocą programu GeoTec Visual a więc po wyeliminowaniu ewentualnych niedokładności wynikających z braku synchronizacji serii pomiarowych można przy tego typu porównaniach napotkać pewne trudności interpretacyjne. Zmniejszenie

6.3. Częstotliwość pomiarów a postęp degradacji nawierzchni 175 Rysunek 6.3. Wartości współczynnika J podczas pomiarów wykonywanych o różnych porach roku na linii nr 3 Warszawa Zachodnia Kunowice, tor nr 1, km 175,000 176,000. Widoczny trend narastania wartości otrzymywanych w pomiarach wiosennych (1, 3, 5, 7). analizowanego wskaźnika w dwóch kolejnych pomiarach może bowiem wynikać z kilku przyczyn: wykonania w torze w okresie między pomiarami prac regulacyjnych; niedokładności pomiaru; wpływu pory roku na przebieg i wyniki pomiarów (rysunek 6.3). Z wymienionych względów zaleca się, aby do porównań przyjmować pomiary wykonywane o tej samej porze roku, a w przypadku przyrostu ujemnego intensywność degradacji traktować jako zerową [15]. W załączniku C.1 przedstawiono wyniki obliczeń intensywności degradacji wykonane dla trzech odcinków wybranych z dwóch linii kolejowych: dwóch odcinków z linii nr 3 Warszawa Zachodnia Kunowice przeznaczonej dla prędkości 160 km/h (km 167,000 179,000 oraz 195,000 204,000 w torze nr 1); jednego odcinka z linii nr 9 Warszawa Wschodnia Gdańsk przeznaczonej dla prędkości 120 km/h (km 62,000 96,000 w torze nr 1). Ograniczenie zakresu badań w stosunku do liczby i długości odcinków wprowadzonych do bazy GeoTec (porównaj z tabelą 4.24 na stronie 127) wynika z:

176 Rozdział 6. Interwały czasowe między kolejnymi pomiarami Tabela 6.1. Odstępy czasowe między pomiarami wybranymi do analizy z linii nr 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie, tor 1 km 81,000 96,000 Lp. Data pomiaru Interwał między pomiarami [dni] 1 1999-12-03 0 2 2000-03-17 105 3 2000-10-04 201 4 2001-06-12 251 5 2002-03-08 269 6 2002-06-05 89 w wypadku odcinków położonych w torze 2 linii 3 (149,200 164,200 oraz 367,000 382,000) braku danych o obciążeniu linii; w wypadku odcinka położonego w km 3,200 18,500 toru nr 1 linii 4 braku pomiarów wykonanych wiosną 2001 i 2002 roku; w wypadku odcinków zlokalizowanych w km 81,000 96,000 toru nr 1 linii 4 oraz w km 109,000 124,000 toru nr 2 tejże linii stwierdzeniu wykonania naprawy bieżącej toru w okresie między pomiarami wiosennymi wykonanymi w latach 2001 i 2002; w wypadku odcinka położonego w km 138,000 153,000 toru nr 2 linii 4 braku danych z drezyny EM-120 z roku 2001. We wszystkich przebadanych przypadkach stwierdzona intensywność degradacji nie uzasadnia prowadzenia pomiarów drezyną EM-120 z częstotliwościami przewidzianymi dla tych linii w przepisach [39]. Ponadto wykresy wartości J dla odcinka wybranego z linii nr 9 charakteryzują się dużym wzajemnym podobieństwem i pozwalają dostrzec wpływ napraw bieżących prowadzonych w torze w terminie przed 1999-09-27 oraz w dniach między 2000-10-15 i 2001-04-10. Dodatkowy fenomen stwierdzono podczas analizy wyników pomiarów uzyskanych na linii nr 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie w kilometrze 81,000 96,000. Linia ta to tzw. Centralna Magistrala Kolejowa (CMK), będąca nieomal wizytówką PKP, na której m.in. ustanowiony został krajowy rekord prędkości pociągów. Jej reprezentacyjny charakter znajduje potwierdzenie w rozkładowej prędkości maksymalnej pociągów (160 km/h) oraz w środkach przeznaczanych na jej diagnostykę i utrzymanie. W tabeli 6.1 przedstawiono dokładne odstępy czasowe między przeprowadzonymi na tym odcinku pomiarami drezyną EM-120. Podczas analizy obrazowo-porównawczej odcinka stwierdzono: niezwykle wysokie podobieństwo graficzne wykresów pomiarów 1 4, równie wysokie podobieństwo wykresów 5 i 6, W roku 1994 podczas testowania na wybranych liniach PKP włoskiego zespołu trakcyjnego ETR 460 Pendolino ze sterowanym przechyłem nadwozia osiągnięto na niej prędkość 250,1 km/h.

6.3. Częstotliwość pomiarów a postęp degradacji nawierzchni 177 Rysunek 6.4. Wykresy nierówności pionowych i poziomych w toku lewym toru nr 1 linii 4 km 88,600 96,000. Kolory oznaczają: czerwony pomiar nr 3, pomarańczowy pomiar nr 4, ciemnozielony pomiar nr 5, jasnozielony pomiar nr 6. zmniejszenie amplitud wykresów 5 i 6 względem pomiarów wcześniejszych (rysunek 6.4), czego nie zauważono wcześniej w procesie przygotowania danych. Na podstawie dodatkowo przeprowadzonego wywiadu ustalono, że istotnie, między pomiarami 4 i 5, w dniach od 24 do 25 października 2001 r. na odcinku tym przeprowadzono w kilku lokalizacjach podbicie toru zespołem DPUS, co całkowicie tłumaczy rozbieżności w wykresach parametrów geometrycznych. Wobec tego pomiary wykonane w dniach 2002-03-08 i 2002-06-05 wydzielono do dodatkowej analizy. Przebieg analizy statystycznej pozostałych czterech pomiarów wykonanych na omawianym odcinku przedstawiono w załączniku C.2. W jej wyniku stwierdzono: brak istotnych różnic statystycznych między pomiarami nierówności pionowych w lewym toku szynowym wykonanych w dniach 2000-10-04 i 2001-06-12, a więc w odstępie 251 dni; brak istotnych różnic statystycznych między pomiarami nierówności poziomych w tym samym toku szynowym oraz między analogicznymi pomiarami; na odcinkach, w których przeprowadzano regulację toru w dniach od 24 do 25 października 2001 r korelację prawie pełną (0,98 0,99) między wykresami nierówności pionowych lewych oraz korelację bardzo wysoką (0,87 0,91) między wykresami nierówności poziomych lewych przy porównywaniu pomiarów wykonanych w dniach 2002-03-08 oraz 2002-06-05. To dowodzi, że na dobrze utrzymanej linii wykonywanie pomiarów drezyną EM-120 co trzy miesiące jest niecelowe.

178 Rozdział 6. Interwały czasowe między kolejnymi pomiarami Uogólniając przedstawione wyżej badania można stwierdzić, że obowiązujące obecnie odstępy czasowe między kolejnymi pomiarami drezynami EM-120 są dobrane niewłaściwe, i to zarówno z punktu widzenia bezpieczeństwa ruchu pociągów, jak i badania postępu degradacji nawierzchni oraz planowania jej napraw bieżących. 6.4. Zmienne cykle diagnozowania nawierzchni na podstawie danych pomiarowych z drezyny EM-120 Obowiązujące obecnie stałe cykle diagnozowania nawierzchni uzależnione są w zasadzie wyłącznie od szybkości maksymalnej pociągów, z pewnymi odstępstwami w wypadku torów położonych w łukach o małych promieniach [39]. Takie podejście można traktować jako zaszłość z czasów, gdy na PKP obowiązywał system napraw planowo-zapobiegawczych. Skoro jednak w utrzymaniu dróg kolejowych nastąpiła zmiana tego podejścia i przejście do systemu diagnostycznego, charakteryzującego się brakiem ściśle zdefiniowanych cykli naprawczych [19], należy również rozważyć porzucenie ściśle określonych i niezmiennych cykli pomiarowych. Algorytm ustalania zmiennych cykli diagnozowania przedstawiono w pracy [15]. Cykl diagnozowania torów jest tam rozumiany jako odstęp czasowy między kolejnymi pomiarami o charakterze ciągłym, a więc wykonywanymi za pomocą drezyn pomiarowych lub uniwersalnych toromierzy elektronicznych. W czasie trwania interwału wykonywane są według obecnych zasad objazdy na lokomotywie lub w ostatnim wagonie oraz obchody torów. Dodatkowo, w razie potrzeby przewiduje się prowadzenie pomiarów wyrywkowych o charakterze lokalnym (np. w miejscach, w których zaobserwowano szybki przyrost usterek). Zaproponowana w omawianej pracy metoda przewiduje wprowadzenie tzw. podstawowego cyklu diagnozowania torów oraz cykli zmiennych. Długość cyklu podstawowego uzależnia się w niej nie tylko od prędkości maksymalnej pociągów, ale także od natężenia przewozów. Współczynnik prędkości należy obliczać według wzoru: ϑ(v ) = 0, 3 + 0, 17 V 0, 00004 V 2 (6.4) gdzie: V prędkość w przedziale od 40 do 200 km/h. Dla prędkości V < 40km/h należy przyjmować: ϑ(v ) = ϑ(40) (6.5) Współczynnik natężenia przewozów należy z kolei obliczać na podstawie zależności:

6.4. Zmienne cykle diagnozowania nawierzchni... 179 ϖ(q) = 0, 38 + 0, 08 q 0, 0009 q 2 (6.6) gdzie: q obciążenie linii w Tg/rok (należące do zakresu 0 40 Tg/rok). Mając tak obliczane współczynniki prędkości maksymalnej i obciążenia, podstawowy cykl diagnozowania należy wyznaczać według wzoru: przy założeniu, że: c (V,q) 0 = T ϑ(v ) ϖ(q) (6.7) wartość mianownika nie może być mniejsza niż 0,75; wartość T należy przyjmować równą 10 miesięcy; wynik należy zaokrąglać do pełnego miesiąca. Cykle zmienne powinny stanowić n-krotność cyklu podstawowego. Mając na uwadze: sezonowość pomiarów, fakt, że teoretycznie najkrótszy cykl podstawowy może wynosić 3 miesiące, chęć wyrażenia wszystkich cykli zmiennych w pełnych miesiącach, przyjęto cztery cykle wydłużone oraz trzy skrócone, obliczane na podstawie zależności: dla cykli wydłużonych, oraz c 1 = 1 1 3 c 0 c 2 = 1 2 3 c 0 c 3 = 2c 0 c 4 = 3c 0 (6.8) c 1 = 2 3 c 0 c 2 = 1 2 c 0 c 3 = 1 3 c 0 (6.9) dla cykli skróconych, gdzie c 0 oznacza długość cyklu podstawowego. Wybór jednego z cykli c 3 c 4 uzależniono od: największej wartości odchylenia standardowego dla mierzonego parametru geometrycznego b, to jest od σ b ; dynamiki zmian tego odchylenia D b w okresie od pomiaru bieżącego do poprzedniego obliczanej ze wzoru D b = σb i σ b i 1 (6.10) wartości wskaźnika maksymalnego przekroczenia odchyłek dopuszczalnych Spm b obliczanego dla każdego parametru ze wzoru

i= Si = 1 (1.9) c gdzie: p i - wartość i - tego sygnału nie przekraczająca odchyłek dopuszczalnych, d - liczba sygnałów (pomiarów) nie przekraczających odchyłek dopuszczalnych, 180 c - liczba wszystkich Rozdział sygnałów 6. (pomiarów). Interwały czasowe między kolejnymi pomiarami x i max a max wart. nom. a min x i Rys. 1.3. Oznaczenia przyjęte we wzorach do obliczania wskaźników Spm, Sp i Si Rysunek 6.5. Oznaczenia przyjęte we wzorach na wartości Spm i Si według [15] gdzie: x i max a Spm = x i max a (6.11) maksymalna wartość próbki przekraczająca odchyłkę dopuszczalną; 1 odchyłka dopuszczalna. przy zerowej wartości wskaźnika Spm b, tj. przy braku pomiarów przekraczających wartości dopuszczalne od wartości wskaźnika wykorzystania pola tolerancji Si b obliczanego dla każdego parametru ze wzoru gdzie: x i a m Si = m i=1 m x i a (6.12) wartość i-tej próbki nie przekraczającej odchyłki dopuszczalnej; odchyłka dopuszczalna; ilość próbek, dla których pomierzona wartość parametru nie przekracza odchyłki dopuszczalnej. Interpretację graficzną oznaczeń przyjętych we wzorach 6.11 oraz 6.12 przedstawiono na rysunku 6.5. Długości cykli pomiarowych w całej dostępnej przestrzeni rozpoznawania przedstawiono w tabeli 6.2. Przy obliczaniu długości cykli diagnostycznych na podstawie wyników pomiarów otrzymanych z drezyny EM-120 należy postępować w następującej kolejności: 1. obliczyć długość cyklu podstawowego c 0 uwzględniając prędkość maksymalną i natężenie przewozów;

6.4. Zmienne cykle diagnozowania nawierzchni... 181 Tabela 6.2. Tablica decyzyjna do wyznaczania cykli diagnostycznych [15] Spm 0 1 1, 19 1,2 1, 6 >1,6 σ D 0, 7 > 0,7 Spm 1 Spm 2 Spm 3 Si 1 Si 2 1 2 3 4 5 6 7 D 0 c 4 c 3 c 2 c 1 c 0 < 1,00 D 1 c 4 c 3 c 1 c 0 c 0 σ 1 D 2 c 3 c 2 c 1 c 0 c 0 D 3 c 2 c 1 c 0 c 0 c 1 D 0 c 3 c 2 c 1 c 0 c 0 1 1, 49 D 1 c 3 c 2 c 1 c 0 c 0 σ 2 D 2 c 2 c 1 c 0 c 0 c 1 D 3 c 1 c 0 c 0 c 1 c 1 D 0 c 2 c 1 c 1 c 0 c 0 1,50 2, 49 D 1 c 2 c 1 c 0 c 0 c 1 σ 3 D 2 c 1 c 0 c 0 c 0 c 1 D 3 c 0 c 0 c 0 c 1 c 1 D 0 c 1 c 1 c 0 c 0 c 1 2,50 3, 99 D 1 c 1 c 0 c 0 c 0 c 2 σ 4 D 2 c 0 c 0 c 0 c 1 c 2 D 3 c 0 c 0 c 0 c 1 c 2 D 0 c 1 c 1 c 0 c 1 c 2 4, 00 D 1 c 0 c 0 c 0 c 2 c 3 σ 5 D 2 c 0 c 0 c 1 c 3 c 3 D 3 c 0 c 1 c 1 c 3 c 3 2. na podstawie wyników ostatniego pomiaru stanu geometrii toru spośród mierzonych nierówności wybrać wielkość b charakteryzującą się największym odchyleniem standardowym σ b ; 3. na podstawie wartości σ b wybrać właściwy przedział σ n ; 4. dla ustalonego w punkcie {2} estymatora b wyznaczyć wartość wskaźnika Spm b i zaliczyć tę wartość do odpowiedniego przedziału Spm n ; 5. jeżeli Spm b jest równe zeru (tzn. na analizowanym odcinku wartość odchyłki b nie przekracza odchyłki dopuszczalnej) obliczyć i zaliczyć do odpowiedniego przedziału wartość wskaźnika Si b ; 6. dla wybranego w punkcie {2} estymatora obliczyć dynamikę zmian jego odchyleń standardowych, wyznaczonych z badanego i poprzedniego pomiaru; tak obliczoną wartość D b zaliczyć do odpowiedniego przedziału D n. 7. mając indeksy przyporządkowane poszczególnym wartościom σ, Spm, Si oraz D odczytać z tablicy 6.2 długość cyklu diagnozowania, przeliczając go na miesiące na podstawie wartości c 0 obliczonej w punkcie {1}. Należy tu koniecznie nadmienić, że wszystkie wymienione w algorytmie wiel-

182 Rozdział 6. Interwały czasowe między kolejnymi pomiarami Tabela 6.3. Wybór cyklu diagnostycznego dla odcinka linii nr 9 Warszawa Wschodnia Gdańsk Główny, tor 1 km 63,000 78,000 Kilometr Estymator σ2002 03 05 b σ σ2001 04 10 b D b D Si Cykl 63,000 64,000 szerokość 3,10 σ 4 3,17 0,98 D 0 0,04 c 1 64,000 65,000 szerokość 1,98 σ 3 1,91 1,04 D 1 0,04 c 2 65,000 66,000 wichrow. 2,15 σ 3 2,33 0,92 D 0 0,02 c 2 66,000 67,000 wichrow. 1,93 σ 3 1,82 1,06 D 1 0,01 c 2 67,000 68,000 nier. pion. 1,80 σ 3 1,80 1,00 D 0 0,01 c 2 68,000 69,000 szerokość 2,77 σ 4 2,65 1,05 D 1 0,03 c 1 69,000 70,000 wichrow. 1,99 σ 3 1,81 1,10 D 1 0,02 c 2 70,000 71,000 wichrow. 1,91 σ 3 1,81 1,06 D 1 0,01 c 2 71,000 72,000 szerokość 2,36 σ 3 2,49 0,95 D 0 0,04 c 2 72,000 73,000 szerokość 2,55 σ 4 2,63 0,97 D 0 0,04 c 1 73,000 74,000 wichrow. 1,87 σ 3 1,89 0,99 D 0 0,01 c 2 74,000 75,000 wichrow. 2,12 σ 3 2,15 0,99 D 0 0,02 c 2 75,000 76,000 wichrow. 2,04 σ 3 2,54 0,80 D 0 0,11 c 2 76,000 77,000 nier. pion. 1,74 σ 3 1,69 1,03 D 1 0,08 c 2 77,000 78,000 szerokość 1,52 σ 3 1,86 0,82 D 0 0,05 c 2 kości odchyleń standardowych oraz wskaźników są obliczane przez program Geo- Tec Visual, a uwaga na temat pomiarów wykonywanych drezyną EM-120 zawarta w książce [15] odnosi się do sytuacji, gdy nie dysponujemy tym programem, a do analizy wykorzystujemy wydruki i tabulogramy otrzymane bezpośrednio z drezyny pomiarowej. Ponadto nie ma technicznego problemu w zmodyfikowaniu oprogramowania pokładowego drezyny w taki sposób, aby obliczało ono automatycznie indeks n cyklu c n na podstawie zaproponowanego wyżej algorytmu. Z uwagi na eksperymentalny charakter metody można jedynie zaproponować maksymalną parametryzację i konfigurowalność modyfikacji, co można zapewnić np. przez wczytywanie tablicy decyzyjnej z zewnętrznego pliku oraz możliwość modyfikowania np. parametru T przez operatora programu. Przykłady wyznaczania cykli diagnostycznych dla odcinków położonych na dwóch wybranych liniach, z pominięciem obliczenia długości cyklu podstawowego, przedstawiono w tabelach 6.3 i 6.4. Jak wielokrotnie wspomniano drezyna pomiarowa jest urządzeniem wykonującym badania diagnostyczne w skali całych linii. Trudno sobie zatem wyobrazić jej wysyłanie w celu zrobienia pomiarów wybranych kilometrów linii. Wobec tego długość cyklu diagnostycznego na całej linii powinna być wyznaczona na podstawie odcinka krytycznego, tj. odcinka, dla którego obliczony cykl pomiarowy jest najkrótszy. W tym miejscu uwidacznia się słabość zaproponowanej metody, a raczej niedostatki urządzeń dostarczających danych na jej użytek. Z przykładu przedstawionego w tabeli 6.3 wynika bowiem, że o wyborze cyklu c 1 decydują uster-

6.4. Zmienne cykle diagnozowania nawierzchni... 183 Tabela 6.4. Wybór cyklu diagnostycznego dla odcinka linii nr 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie, tor 1, km 4,000 18,000 Kilometr Estymator σ2002 06 05 b σ σ2002 03 08 b D b D Si Cykl 4,000 5,000 wichrow. 0,96 σ 1 1,18 0,81 D 0 0,01 c 4 5,000 6,000 wichrow. 1,12 σ 2 0,98 1,14 D 1 0,01 c 3 6,000 7,000 wichrow. 0,89 σ 1 0,92 0,97 D 0 0,01 c 4 7,000 8,000 wichrow. 0,75 σ 1 0,90 0,83 D 0 0,01 c 4 8,000 9,000 nier. poz. 1,33 σ 2 1,19 1,12 D 1 0,01 c 3 9,000 10,000 nier. poz. 0,98 σ 1 2,10 0,47 D 0 0,01 c 4 10,000 11,000 wichrow. 0,76 σ 1 0,86 0,88 D 0 0,01 c 4 11,000 12,000 szerokość 0,70 σ 1 0,69 1,01 D 1 0,02 c 4 12,000 13,000 szerokość 1,09 σ 2 1,10 0,99 D 0 0,02 c 3 13,000 14,000 szerokość 1,68 σ 3 1,65 1,02 D 1 0,02 c 2 14,000 15,000 szerokość 1,45 σ 2 1,44 1,01 D 1 0,02 c 3 15,000 16,000 szerokość 1,26 σ 2 1,10 1,15 D 1 0,02 c 3 16,000 17,000 wichrow. 0,99 σ 1 0,99 1,00 D 0 0,01 c 4 17,000 18,000 wichrow. 0,95 σ 1 0,98 0,97 D 0 0,01 c 4 ki w szerokości na trzech kilometrowych odcinkach spośród 15 badanych, przy czym: w kilometrze 72,000 73,000 są zlokalizowane trzy rozjazdy; w dwóch spośród trzech omawianych przypadków estymatorem jest szerokość toru, a więc parametr, którego korekta w trakcie naprawy bieżącej jest utrudniona. Podobnie jest w przykładzie z tabeli 6.4 kilometr 13,000 14,000, na którego długości znajdują się trzy rozjazdy decyduje o wyborze cyklu c 2 zamiast bardziej w tym wypadku racjonalnego cyklu c 3. Ponownie widać, jak bardzo pożądane jest oddzielenie w plikach pomiarowych usterek położonych w torze i usterek położonych w rozjazdach, tym bardziej że w książce [15] dla obliczania cykli diagnozowania rozjazdów przedstawiono odrębny algorytm. Oczywiście przedstawione tu problemy powiększą się, gdy postanowimy zastosować tę metodę w skali adekwatnej do zasięgu pomiarów wykonywanych drezyną EM-120, a więc dla całych linii. Przedstawione przykłady pokazują, że automatyczne stosowanie dla całej linii cyklu obliczonego dla odcinka krytycznego (a więc cyklu najkrótszego) jest niewskazane. Bardziej racjonalne byłoby wybranie cyklu dłuższego z przeprowadzeniem na odcinkach krytycznych badań za pomocą innych urządzeń pomiarowych, np. toromierzy elektronicznych. W tym miejscu widać, że bardzo racjonalne byłoby wprowadzenie na PKP urządzenia pomiarowego o charakterze pośrednim, np. takiego jak przedstawiono w pracach [53, 54, 61].

184 Rozdział 6. Interwały czasowe między kolejnymi pomiarami Tabela 6.5. Długość cyklu podstawowego dla wybranych linii kolejowych obliczona dla danych o szybkości maksymalnej oraz obciążeniu z roku 2002 Nr linii V max q max ϑ(v ) ϖ(q) T ϑ(v ) ϖ(q) c 0 [Tg/rok] [miesiące] 3 160 20,0 1,40 1,62 10 2,26 4 4 160 10,0 1,40 1,09 10 1,52 7 9 120 20,0 1,16 1,62 10 1,89 5 Powróćmy do elementu pominiętego w przykładach przedstawionych w tabelach 6.3 i 6.4 do obliczania długości cyklu podstawowego. Długości cykli podstawowych obliczone dla całych badanych linii na podstawie posiadanych danych o ich obciążeniu w 2002 r. przedstawiono w tabeli 6.5. W obliczeniach przyjęto, że obciążenie linii jest równe obciążeniu najbardziej na niej obciążonego szlaku zaokrąglonemu w górę do wielokrotności 5 Tg/rok. Przy tak przyjętych danych widać, że dla linii nr 3 oraz 4 (przeznaczonych dla dużych prędkości oraz dobrze utrzymanych) długość cyklu podstawowego jest dłuższa od obowiązującego obecnie, natomiast w przypadku linii nr 9 o ok. 15% mniejsza. Są to jednak wartości nie uwzględniające bardzo dużego niekiedy zróżnicowania natężenia ruchu na poszczególnych odcinkach każdej z tych linii. Przykład rzeczywistego rozkładu tych obciążeń przedstawiono na rysunkach 6.6, 6.7 i 6.8. Po uwzględnieniu tego faktu obliczenia wartości c 0 będą wyglądały zupełnie Rysunek 6.6. Rozkład obciążenia linii na jej długości w roku 2002. Linia nr 3 Warszawa Zachodnia Kunowice, tor 1.

6.4. Zmienne cykle diagnozowania nawierzchni... 185 Rysunek 6.7. Rozkład obciążenia linii na jej długości w roku 2002. Linia nr 4 Warszawa Zachodnia Kunowice, tor 1. Rysunek 6.8. Rozkład obciążenia linii na jej długości w roku 2002. Linia nr 9 Warszawa Zachodnia Kunowice, tor 1.

186 Rozdział 6. Interwały czasowe między kolejnymi pomiarami inaczej (tabele 6.6, 6.7 i 6.8). W obliczeniach wartość q przyjęto jako obciążenie większe z obciążeń dla toru nr 1 oraz 2 zaokrąglone w górę do najbliższej wielokrotności 5 Tg/rok, a więc zgodnie z zasadami przyjętymi przy uwzględnianiu wpływu natężenia przewozów przy obliczaniu maksymalnej przechyłki w ruchu pociągów towarowych. Wyniki uzyskane dla linii nr 3 Warszawa Zachodnia Kunowice nie budzą większych wątpliwości cykl podstawowy dla tej linii powinien wynosić c 0 = 4 miesiące. Podobnie, chociaż z pewnym żalem, dla linii nr 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie należałoby przyjąć c 0 = 7 miesięcy. Wartość ta jest implikowana przez odcinki Włoszczowa Północ Knapówka Podgórska Psary o łącznej długości 16,019 km, na których natężenie przewozów jest dwukrotnie większe niż na pozostałej części linii. Obliczona w ten sposób długość cyklu podstawowego jest i tak przeszło dwukrotnie większa od cyklu obowiązującego obecnie na podstawie instrukcji [39]. Inaczej rzecz wygląda w przypadku linii nr 9 Warszawa Wschodnia Gdańsk Główny. Na jej końcowej części o długości ok. 21 km obciążenie zdecydowanie przewyższa wartości występujące na pozostałej części linii. W tym konkretnym wypadku należałoby przyjąć c 0 = 6 miesięcy, zalecając częstsze pomiary diagnostyczne innymi przyrządami na końcowej części linii. W takich wypadkach pamiętać jednak należy, żeby w celu uzyskania danych miarodajnych do porównań pierwszy pomiar toromierzem elektronicznym wykonać zaraz po objeździe toru drezyną EM-120. Należy przy tym zauważyć, że wpływ odcinków krytycznych (o największym obciążeniu) byłby jeszcze większy, gdyby przyjąć zaokrąglanie q do górnej granicy odpowiedniego przedziału wynikającego z warunków klasyfikacji torów kolejowych przyjętych w rozporządzeniu [72]. Wówczas np. na linii nr 4 cykl c 0 dla odcinka Włoszczowa Północ Knapówka Podgórska wyniósłby 8 miesięcy, a dla odcinka z Knapówki Podgórskiej do Psar 5 miesięcy. Wydaje się jednak, że takie zaokrąglanie zbyt mocno odbiega od obciążenia faktycznego i w sposób nieuzasadniony obniża obliczaną długość cyklu podstawowego. Reasumując, po uwzględnieniu najbardziej niekorzystnych założeń, tj. przyjęciu długości cykli c 0 wynikających z tabeli 6.5 oraz przyjmując jako reprezentacyjne dla całych linii najkrótsze cykle z tabel 6.6 6.8, otrzymamy dla badanych linii następujące minimalne wartości cykli pomiarowych: dla linii nr 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie c 2 = 1 2 7 12 miesięcy (6.13) 3 dla linii nr 9 Warszawa Wschodnia Gdańsk Główny c 1 = 1 1 5 7 miesięcy (6.14) 3

6.4. Zmienne cykle diagnozowania nawierzchni... 187 Tabela 6.6. Obliczenia długości cyklu podstawowego dla linii nr 3 Warszawa Zachodnia Kunowice uwzględniające zróżnicowane obciążenie poszczególnych odcinków linii według danych z roku 2002. Wartości q zaokrąglono w górę do wielokrotności 5 Tg/rok. Odc. Nazwa odcinka Km.pocz. Km.kon. Długość q Vmax ϑ(v ) ϖ(q) ϑ ϖ T c0 1 Warsz. Zach. Warsz. Wł. Podg. 2,515 6,804 4,289 5,0 160 1,376 0,758 1,042 10 10 3 Warsz. Wł. Podg. Warsz. Gołąbki 6,804 10,719 3,915 15,0 160 1,376 1,378 1,895 10 5 5 Warsz. Gołąbki Błonie 10,719 28,684 17,965 20,0 160 1,376 1,620 2,229 10 4 7 Błonie Sochaczew 28,684 54,315 25,631 20,0 160 1,376 1,620 2,229 10 4 9 Sochaczew Bednary 54,315 72,327 18,012 15,0 160 1,376 1,378 1,895 10 5 11 Bednary Łowicz Główny 72,327 80,649 8,322 15,0 160 1,376 1,378 1,895 10 5 13 Łowicz Główny Kutno 80,649 125,903 45,254 20,0 160 1,376 1,620 2,229 10 4 15 Kutno Kłodawa 125,903 157,620 31,717 20,0 160 1,376 1,620 2,229 10 4 17 Kłodawa Zamków 157,620 163,832 6,212 20,0 160 1,376 1,620 2,229 10 4 19 Zamków Gr. Iz Warszawa 163,832 164,200 0,368 15,0 160 1,376 1,378 1,895 10 5 21 Gr. Iz Poznań Barłogi 164,200 166,107 1,907 15,0 160 1,376 1,378 1,895 10 5 23 Barłogi Koło 166,107 175,657 9,550 15,0 160 1,376 1,378 1,895 10 5 25 Koło Konin 175,657 204,496 28,839 15,0 160 1,376 1,378 1,895 10 5 27 Konin Strzałkowo 204,496 236,869 32,373 20,0 160 1,376 1,620 2,229 10 4 29 Strzałkowo Sokołowo Wrzes. 236,869 253,293 16,424 20,0 160 1,376 1,620 2,229 10 4 31 Sokołowo Wrzes. Podstolice 253,293 262,729 9,436 15,0 160 1,376 1,181 1,895 10 5 33 Podstolice Swarzędz 262,729 291,618 28,889 20,0 160 1,376 1,620 2,229 10 4 35 Swarzędz Poznań Ant. 291,618 294,112 2,494 10,0 160 1,376 1,090 1,500 10 7 37 Poznań Ant. Poznań Wsch. 294,112 298,997 4,885 15,0 160 1,376 1,378 1,895 10 5 39 Poznań Wsch. Poznań Garbary 298,997 301,577 2,580 20,0 160 1,376 1,620 2,229 10 4 41 Poznań Garbary Poznań Gł. 301,577 304,656 3,079 20,0 160 1,376 1,620 2,229 10 4 43 Poznań Gł. Poznań Górczyn 304,656 309,197 4,541 5,0 160 1,376 0,758 1,042 10 10 45 Poznań Górczyn Opalenica 309,197 343,376 34,179 20,0 160 1,376 1,620 2,229 10 4 47 Opalenica Gr. Iz Poznań 343,376 373,100 29,724 20,0 160 1,376 1,620 2,229 10 4 49 Gr. Iz Zielona Góra Zbąszyń 373,100 379,335 6,235 20,0 160 1,376 1,620 2,229 10 4 51 Zbąszyń Chlastawa 379,335 382,754 3,419 20,0 160 1,376 1,620 2,229 10 4 53 Chlastawa Zbąszynek 382,754 385,628 2,874 10,0 160 1,376 1,090 1,500 10 7 55 Zbąszynek Dąbrówka Zb. 385,628 387,742 2,114 5,0 160 1,376 0,758 1,042 10 10 57 Dąbrówka Zb. Świebodzin 387,742 407,344 19,602 15,0 160 1,376 1,378 1,895 10 5 59 Świebodzin Toporów 407,344 427,562 20,218 15,0 160 1,376 1,378 1,895 10 5 61 Toporów Rzepin 427,562 460,781 33,219 15,0 160 1,376 1,378 1,895 10 5 63 Rzepin Kunowice 460,781 472,792 12,011 15,0 160 1,376 1,378 1,895 10 5 65 Kunowice Kunowice Gr. 472,792 478,098 5,306 15,0 160 1,376 1,378 1,895 10 5

188 Rozdział 6. Interwały czasowe między kolejnymi pomiarami Tabela 6.7. Obliczenia długości cyklu podstawowego dla linii nr 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie uwzględniające zróżnicowane obciążenie poszczególnych odcinków linii według danych z roku 2002. Wartości q zaokrąglono w górę do wielokrotności 5 Tg/rok. Odc. Nazwa odcinka Km.pocz. Km.kon. Długość q Vmax ϑ(v ) ϖ(q) ϑ ϖ T c0 1 Grodzisk Maz. Gr. Iz Warszawa 1,056 3,200 2,144 5,0 160 1,376 0,758 1,042 10 10 3 Gr. Iz Skarżysko Kam. Idzikowice 3,200 80,608 77,408 5,0 160 1,376 0,758 1,042 10 10 5 Idzikowice Gr. Iz Skarżysko Kam. 80,608 123,200 42,592 5,0 160 1,376 0,758 1,042 10 10 7 Gr. Iz Kielce Włoszczowa Pn 123,200 154,390 31,190 5,0 160 1,376 0,758 1,042 10 10 9 Włoszczowa Pn Knapówka Podg 154,390 160,588 6,198 10,0 160 1,376 1,090 1,500 10 7 11 Knapówka Podg Psary 160,588 170,479 9,891 10,0 160 1,376 1,090 1,500 10 7 13 Psary Gr. Iz Kielce 170,479 212,200 41,721 5,0 160 1,376 0,758 1,042 10 10 15 Gr. Iz Częstochowa Zawiercie 212,200 224,889 12,689 5,0 160 1,376 0,758 1,042 10 10

6.4. Zmienne cykle diagnozowania nawierzchni... 189 Tabela 6.8. Obliczenia długości cyklu podstawowego dla linii nr 9 Warszawa Wsch. Gdańsk Gł. uwzględniające zróżnicowane obciążenie poszczególnych odcinków linii według danych z roku 2002. Wartości q zaokrąglono w górę do wielokrotności 5 Tg/rok. Odc. Nazwa odcinka Km.pocz. Km.kon. Długość q Vmax ϑ(v ) ϖ(q) ϑ ϖ T c0 1 Warszawa Wsch. Michałów Pod. 4,407 7,094 2,687 5,0 120 1,144 0,758 0,867 10 12 3 Michałów Pod. Targówek 7,094 8,405 1,311 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 5 Targówek Warszawa Praga 8,405 9,900 1,495 15,0 120 1,144 1,378 1,576 10 6 7 Warszawa Praga Legionowo 9,900 25,118 15,218 15,0 120 1,144 1,378 1,576 10 6 9 Legionowo Chotomów Podg 25,118 29,412 4,294 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 11 Chotomów Podg Nasielsk 29,412 60,153 30,741 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 13 Nasielsk Gr. Iz Warszawa 60,153 62,500 2,347 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 15 Gr. Iz Olsztyn Świercze 62,500 71,449 8,949 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 17 Świercze Gąsocin 71,449 79,669 8,220 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 19 Gąsocin Ciechanów 79,669 98,060 18,391 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 21 Ciechanów Konopki 98,060 113,859 15,799 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 23 Konopki Mława 113,859 130,388 16,529 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 25 Mława Iłowo 130,388 136,465 6,077 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 27 Iłowo Działdowo 136,465 148,226 11,761 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 29 Działdowo Turza Wielka 148,226 157,948 9,722 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 31 Turza Wielka Gralewo 157,948 162,037 4,089 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 33 Gralewo Rybno Pomorskie 162,037 173,055 11,018 5,0 120 1,144 0,758 0,867 10 12 35 Rybno Pomorskie Montowo 173,055 183,728 10,673 5,0 120 1,144 0,758 0,867 10 12 37 Montowo Zajączkowo Lub. 183,728 189,504 5,776 5,0 120 1,144 0,758 0,867 10 12 39 Zajączkowo Lub. Rakowice 189,504 195,801 6,297 5,0 120 1,144 0,758 0,867 10 12 41 Rakowice Iława Główna 195,801 208,976 13,175 5,0 120 1,144 0,758 0,867 10 12 43 Iława Główna Ząbrowo 208,976 219,236 10,260 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 45 Ząbrowo Redaki 219,236 225,114 5,878 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 47 Redaki Susz 225,114 232,428 7,314 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 49 Susz Gr. Iz Olsztyn 232,428 236,920 4,492 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 51 Gr. Iz Gdańsk Prabuty 236,920 242,297 5,377 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 53 Prabuty Mikołajki Pomorskie 242,297 253,567 11,270 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 55 Mikołajki Pomorskie Mleczewo 253,567 262,468 8,901 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 57 Mleczewo Dąbrówka Malborska 262,468 268,987 6,519 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 59 Dąbrówka Malborska Malbork 268,987 277,888 8,901 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 61 Malbork Szymankowo 277,888 286,748 8,860 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 63 Szymankowo Lisewo 286,748 293,825 7,077 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 65 Lisewo Tczew 293,825 296,249 2,424 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 67 Tczew Pszczółki 296,249 306,646 10,397 10,0 120 1,144 1,090 1,247 10 8 69 Pszczółki Pruszcz Gdański 306,646 317,123 10,477 20,0 120 1,14 1,620 1,853 10 5 71 Pruszcz Gdański Gdańsk Pd 317,123 325,848 8,725 20,0 120 1,14 1,620 1,853 10 5 73 Gdańsk Pd Gdańsk Główny 325,848 327,742 1,894 20,0 120 1,14 1,620 1,853 10 5

190 Rozdział 6. Interwały czasowe między kolejnymi pomiarami Należy zwrócić uwagę na fakt, że o ile na linii nr 9, na dwudziestojednoletniej nawierzchni obliczony cykl pomiarowy nie odbiega zasadniczo od wartości obowiązującej obecnie, to na linii nr 4, o stosunkowo nowej (w roku 2002 minęły 4 lata od jej wbudowania) i bardzo dobrze utrzymanej nawierzchni obliczony interwał między kolejnymi pomiarami jest czterokrotnie dłuższy od obowiązującego. Jest to kolejne potwierdzenie tezy, że obecne przepisy prowadzą często do marnotrawienia potencjału diagnostycznego. Na koniec rozważań o zmiennych cyklach diagnostycznych należałoby odnieść się do interwałów czasowych pomiędzy pomiarami drezyną EM-120 przedstawionych w pracy [24] dla linii towarowych klas T80 oraz T120. Przy czysto teoretycznym założeniu, że ich obciążenie osiągnie 40 Tg/rok, długości cykli podstawowych wyniosą dla nich odpowiednio dla linii klasy T80 oraz (80, 40) c 0 = (120, 40) c 0 = 10 0, 8 2, 14 10 1, 16 2, 14 6 miesięcy (6.15) 4 miesiące (6.16) Proponowany dla linii standardu T120 12-miesięczny cykl pomiarowy odpowiada wartości c 4 = 3c 0, zatem jego osiągnięcie będzie wymagało wysokiej jakości robót oraz bardzo dobrego utrzymania nawierzchni. Natomiast cykl 24- -miesięczny zaproponowany dla linii T80 jest w świetle przedstawionych w tym rozdziale rozważań stanowczo zbyt długi (w porównaniu z wynikającym z cyklu c 4 interwału o długości 3 6 = 18 miesięcy). Jeżeli jednak przyjmiemy bardziej realne obecnie założenie, że obciążenie linii T80 ruchem będzie wynosić 20 Tg/rok, to okaże się, że (80, 20) c 0 = 10 0, 8 1, 62 8 miesięcy, (6.17) co przy założeniu bardzo dobrego wykonania i utrzymania linii, uzasadniającego przyjęcie cyklu wydłużonego c 4, pozwoli na przyjęcie zakładanego we wspomnianej pracy cyklu o długości 24 miesięcy. Problem zbyt dużej częstotliwości pomiarów na linii nr 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie był w przeszłości podnoszony wielokrotnie, m.in. w pracy [22]. Jedynym praktycznie wyciągniętym z niej wnioskiem było wydłużenie cyklu diagnostycznego na tej linii z 2 do 3 miesięcy.

Rozdział 7 Analiza trendu zmian usterek 7.1. Uwagi wstępne Jedną z ważnych przesłanek inspirujących podjęcie prac nad systemem diagnostycznym w utrzymaniu dróg kolejowych było spostrzeżenie losowego charakteru powstawania usterek w geometrii oraz ich koncentracji na niewielkich długościach toru [21, 23]. W rzeczywistości potrzeba regulacji linii na całej długości występuje sporadycznie. W jednym z przykładów zawartych w pracy [23] przedstawiono przypadek odcinka o długości 66,060 km położonego na linii pierwszorzędnej, na którym do utrzymania zadanej prędkości wystarczająca byłaby regulacja toru na długości 4,299 km. Tego rodzaju analizy wymagają nie tylko określenia lokalizacji istniejących w torze usterek, ale także określenia trendu ich narastania. Takie próby prowadzono już przeszło 10 lat temu, były one jednak bardzo ograniczone i utrudnione z uwagi na fakt, że materiał badawczy stanowiły wówczas jedynie wykresy z drezyny pomiarowej EM-120 oraz tabulogramy, które zawierały dokładną informację zaledwie o usterkach klasy C, a więc teoretycznie przeznaczonych do natychmiastowej naprawy. Dla badania trendu zmian szczególnie dotkliwy był brak informacji o rozwoju usterek zaliczanych do klas A oraz B. Badania zmian parametrów geometrycznych toru można prowadzić analizując zmiany parametrów syntetycznych opisujących jego stan. Bardziej szczegółowe i wygodne możliwości pojawiły się wraz z powstaniem systemu GeoTec. Wchodzący w jego skład program GeoTec Visual ma opcję graficznej prezentacji trendu zmian usterek we wskazanej lokalizacji (rysunek 7.1). Opcja ta umożliwia otrzymanie wykresu zmian pojedynczej usterki na podstawie wartości poszczególnych serii we wskazanym punkcie, lub na podstawie wartości uśrednionych dla tychże serii we wskazanym przedziale (ta druga możliwość ma na celu wyeliminowanie wpływu ewentualnych błędów synchronizacji poszczególnych serii pomiarowych). Ta funkcjonalność programu daje nadzie- Tabulogramy zawierają lokalizacje i wielkość jedynie usterek klasy C. Dla usterek klas A i B dla każdego sektora pomiarowego sporządzana jest jedynie ich statystyka ilościowa. Przybliżoną lokalizację tych usterek można co prawda odczytać z wykresu, jednak zarówno wykres jak i tabulogram nie dostarczają jakichkolwiek danych na temat ich wartości.

192 Rozdział 7. Analiza trendu zmian usterek Rysunek 7.1. Graficzna prezentacja trendu zmian usterek przez program GeoTec Visual. Przykład pochodzi z km 116,677 toru nr 2 linii 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie. ję na szczegółowe badanie historii powstawania poszczególnych usterek, a więc także przy odpowiednio dużej liczbie serii pomiarowych na prognozowanie terminu koniecznej interwencji w torze. 7.2. Analiza trendu zmian usterek w ujęciu syntetycznym Najczęściej stosowaną w statystyce klasyczną miarą zmienności jest odchylenie standardowe [50, 58, 76]. Na podstawie wartości standardowych odchyleń poszczególnych parametrów geometrycznych mierzonych przez drezynę EM-120 obliczany jest także syntetyczny wskaźnik jakości toru (zobacz wzór 3.5 na stronie 62). Szukając sposobu na syntetyczną analizę trendu zmian usterek w geometrii toru postanowiono zbadać zmienność odchyleń standardowych poszczególnych parametrów geometrycznych mierzonych przez drezynę EM-120 w kolejnych jazdach pomiarowych, wykonywanych na tych samych odcinkach linii kolejowych. Ponieważ jak wspomniano w rozdziale 4 badania ograniczono do prostych odcinków toru, analizie poddano jedynie: nierówności pionowe w lewym toku szynowym; nierówności poziome w lewym toku szynowym;

7.2. Analiza trendu zmian usterek w ujęciu... 193 wichrowatość. Takie możliwości badawcze wynikają także z omówionych w rozdziale 4.7 ograniczeń programu GeoTec Visual w zakresie eksportu danych do formatu tekstowego. Wartości odchyleń standardowych wyznaczono dla wprowadzonych do bazy GeoTec fragmentów toru w dwóch wariantach: dla odcinków uwzględniających informację o konstrukcji nawierzchni i terminie jej ułożenia w torze, a więc dla odcinków wymienionych w tabeli 4.27 na stronie 137; dla odcinków uzyskanych przed uwzględnieniem informacji o konstrukcji i czasie pracy nawierzchni, a więc dla odcinków przedstawionych w tabeli 4.26 na stronie 135. Komplet danych, na podstawie których przeprowadzono badania, umieszczono w załączniku D. Próba znalezienia zależności między tempem narastania usterek a rodzajem nawierzchni oraz czasem jej pracy w torze zakończyła się niepowodzeniem. Powodem stało się uzyskanie zbyt małej liczby danych o konstrukcji nawierzchni na analizowanych odcinkach, a także zbyt mała różnorodność nawierzchni na wyselekcjonowanych odcinkach. W praktyce uzyskano tylko jeden odcinek toru, na którym występuje ten sam rodzaj nawierzchni, ale ułożonej w dwóch kolejnych latach. Jest to odcinek położony w kilometrze 164,900 179,000 toru nr 1 linii 3 Warszawa Zachodnia Kunowice, na którym występuje nawierzchnia wykonana z szyn UIC60, ułożonych na podkładach betonowych z przytwierdzeniem SB3, przy czym: nawierzchnię w km 166,200 174,650 wbudowano w roku 1992; nawierzchnię w km 176,003 179,000 wbudowano w roku 1993. Wykres zmian odchyleń standardowych w trakcie eksploatacji nawierzchni przedstawiono na rysunkach 7.2, 7.3 oraz 7.4. Dla porównania na rysunkach tych zamieszczono także przebieg zmian wartości odchyleń standardowych dla całego odcinka, bez podziału na rodzaj i czas ułożenia nawierzchni. Jak widać, charakter poszczególnych wykresów jest podobny, natomiast ich przesunięcie w pionie bardzo niewielkie. Pozwala to na stwierdzenie, że w dobrze utrzymanym torze zmiany w jego geometrii postępują powoli. Kolejny etap analizy polegał na sprawdzeniu trendu zmian odchyleń standardowych w omawianych trzech parametrach geometrycznych wyznaczonych na podstawie badań przeprowadzonych na tym samym odcinku toru o tej samej porze roku. Przyjęto zatem za [15], że tylko badania przeprowadzone o jednej porze roku można uznać za miarodajne do porównań. Do analizy wybrano odcinki toru zestawione w tabeli 4.26 ze strony 135. Zakładając, że warunkiem zakwalifikowania odcinka do analizy jest posiadanie

194 Rozdział 7. Analiza trendu zmian usterek Odchylenie standardowe [mm] 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 166,200-174,650 176,003-179,000 164,900-179,000 1999-05-01 1999-09-01 2000-01-01 2000-05-01 2000-09-01 2001-01-01 2001-05-01 2001-09-01 2002-01-01 2002-05-01 Daty pomiarów Rysunek 7.2. Zmiany wartości odchylenia standardowego nierówności pionowych dla nawierzchni ułożonej w dwóch różnych latach na linii 3 Warszawa Zachodnia Kunowice, tor nr 1. Km 166,200 174,650 nawierzchnia z roku 1992; km 176,003 179,000 nawierzchnia z roku 1993; km 164,900 179,000 całość odcinka. Odchylenie standardowe [mm] 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 1999-05-01 1999-09-01 2000-01-01 2000-05-01 2000-09-01 2001-01-01 2001-05-01 2001-09-01 2002-01-01 2002-05-01 166,200-174,650 176,003-179,000 164,900-179,000 Daty pomiarów Rysunek 7.3. Zmiany wartości odchylenia standardowego nierówności poziomych dla nawierzchni ułożonej w dwóch różnych latach na linii 3 Warszawa Zachodnia Kunowice, tor nr 1. Km 166,200 174,650 nawierzchnia z roku 1992; km 176,003 179,000 nawierzchnia z roku 1993; km 164,900 179,000 całość odcinka.

7.2. Analiza trendu zmian usterek w ujęciu... 195 Odchylenie standardowe [mm] 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 166,200-174,650 176,003-179,000 164,900-179,000 1999-05-01 1999-09-01 2000-01-01 2000-05-01 2000-09-01 2001-01-01 2001-05-01 2001-09-01 2002-01-01 2002-05-01 Daty pomiarów Rysunek 7.4. Zmiany wartości odchylenia standardowego wichrowatości dla nawierzchni ułożonych w dwóch różnych latach na linii 3 Warszawa Zachodnia Kunowice, tor nr 1. Km 166,200 174,650 nawierzchnia z roku 1992; km 176,003 179,000 nawierzchnia z roku 1993; km 164,900 179,000 całość odcinka. dla niego co najmniej trzech pomiarów wykonanych o tej samej porze roku, spośród dziewięciu wprowadzonych do bazy GeoTec odcinków do dalszych porównań uzyskano: siedem odcinków z pomiarami wiosennymi; trzy odcinki z pomiarami letnimi; jeden odcinek z pomiarami wykonanymi jesienią. Szczegółowe zestawienie zbadanych odcinków umieszczono w tabeli 7.1. Wynika z niej m.in., że najbardziej wartościowe dla badania trendu zmian są pomiary wykonane wiosną z uwagi na największą liczbę serii pomiarowych zgromadzonych na poszczególnych odcinkach. Za dyskusyjne można uznać zaliczenie do pomiarów wiosennych objazdów wykonanych na linii 3 w dniach 1999-05-27 i 1999-05-28. Przy pomiarach wykonywanych w terminach zbliżonych do granic pór roku należy zawsze brać pod uwagę rzeczywiste warunki atmosferyczne panujące podczas ich prowadzenia. Ponieważ jednak takich danych nie posiadano, posłużono się kryterium kalendarzowym. Wykresy zmian odchyleń standardowych dla wszystkich badanych odcinków i rodzajów usterek wraz z liniami trendu zmian zamieszczono w załączniku D. Otrzymane wyniki jednoznacznie wskazują, że badania trendu zmian usterek w dobrze utrzymanym torze nie dają podstaw do prognozowania tempa narastania deformacji oraz do wyznaczenia terminu remontu nawierzchni. Nawet

196 Rozdział 7. Analiza trendu zmian usterek Tabela 7.1. Odcinki, dla których badano zależności między odchyleniami standardowymi z pomiarów wykonanych w okresie wiosennym Pora pomiarów Lp Linia Tor Km. pocz. Km. końc. Liczba pomiarów 1 3 1 164,900 179,000 4 2 3 1 194,200 209,200 3 3 3 2 149,100 163,600 5 Wiosna 4 3 2 367,000 382,000 3 5 4 2 109,400 121,600 4 6 4 2 138,300 152,700 3 7 9 1 62,600 71,900 4 1 3 2 149,100 163,600 3 Lato 2 3 2 367,000 382,000 3 3 4 1 3,300 17,740 3 Jesień 1 9 1 62,600 71,900 3 w długo pracującej nawierzchni w km 62,600 71,900 toru nr 1 linii Warszawa Wschodnia Gdańsk Główny zanotowany przyrost odchylenia standardowego w nierównościach pionowych wyniósł 0,65 mm w ciągu 3 lat, a dla wichrowatości 0,62 mm. Jest to kolejne potwierdzenie tezy o losowym i lokalnym charakterze rozwoju usterek w geometrii toru kolejowego, przedstawionej m.in. w pracach zacytowanych na początku niniejszego rozdziału. Ten sam wydźwięk mają również wyniki obliczeń współczynników korelacji między czasem, jaki upłynął od pierwszego do bieżącego pomiaru, a zmianami jakie w tym czasie zaszły miedzy odchyleniami standardowymi poszczególnych parametrów geometrycznych. Obliczenia te przeprowadzono dla czterech odcinków, w których zgromadzono wyniki 4 5 pomiarów wiosennych (porównaj tabelę 7.1). Wyniki obliczeń znajdują się także w załączniku D. Pomijając przypadki, w których współczynnik korelacji miał wartość ujemną, uzyskane wartości wskazują z jednym wyjątkiem na korelację słabą lub przeciętną. Ujemne wartości współczynnika korelacji wynikać mogą z dokładności pomiaru albo świadczyć o wykonywaniu prac remontowych w torze w okresie między kolejnymi pomiarami. Takie wątpliwości może wyjaśnić np. analiza zmian rozstępu badanego parametru geometrycznego. Rysunek 7.5 przedstawia sytuację, w której zmiany rozstępu wskazują, że przyczyną malejącego trendu odchylenia standardowego nierówności pionowych jest wykonanie w torze prac remontowych. Nawierzchnię na tym odcinku wybudowano w 1981 r, a pierwszy zarejestrowany w bazie GeoTec pomiar pochodzi z listopada 1997 r. Widoczna na rysunku 7.5(b) zmiana wartości rozstępu może być wynikiem podbicia w torze nawet pojedynczego podkładu.

7.2. Analiza trendu zmian usterek w ujęciu... 197 2,5 Odch. std nierówności pionowych lewych [mm] 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 2000-03-01 2000-05-01 2000-07-01 2000-09-01 2000-11-01 2001-01-01 2001-03-01 2001-05-01 2001-07-01 2001-09-01 2001-11-01 2002-01-01 2002-03-01 (a) Zmiany wartości odchylenia standardowego nierówności pionowych w lewym toku szynowym. Czerwona linia ilustruje obliczony trend liniowy. 40,0 Rozstęp nierówności pionowych lewych [mm] 30,0 20,0 10,0 0,0 2000-03-01 2000-05-01 2000-07-01 2000-09-01 2000-11-01 2001-01-01 2001-03-01 2001-05-01 2001-07-01 2001-09-01 2001-11-01 2002-01-01 2002-03-01 (b) Zmiany wartości rozstępu nierówności pionowych w lewym toku szynowym Rysunek 7.5. Porównanie trendu zmian odchylenia standardowego nierówności pionowych ze zmianami ich rozstępu. Wykresy sporządzono na podstawie pomiarów wiosennych wykonanych w torze nr 2 linii 3 Warszawa Zachodnia Kunowice, km 367,000 382,000.

198 Rozdział 7. Analiza trendu zmian usterek 7.3. Ocena możliwości wykorzystania systemu GeoTec do analizy trendu zmian pojedynczych usterek Aby analiza trendu zmian pojedynczych usterek w geometrii toru stała się użytecznym narzędziem pozwalającym wyznaczyć termin niezbędnej interwencji w torze lub datę kolejnego pomiaru diagnostycznego, musi być spełnionych wiele czynników. Jednym z warunków koniecznych do zapewnienia prawidłowości badań trendu narastania usterek jest poprawna synchronizacja kolejnych serii pomiarowych na długości toru. Problemy z tym związane przedstawiono wcześniej w rozdziale 5. Jeszcze dobitniej ilustruje to przykład nierówności pionowej zaobserwowanej na linii nr 4, w torze 2, w kilometrze 109,700 109,800. Na temat trendu zmian usterki na podstawie rysunku 7.6a trudno cokolwiek wnioskować. Dopiero po wykonaniu synchronizacji, podczas której poszczególne wykresy trzeba było przesuwać względem siebie o 2,25 10,75 m, zauważalna staje się narastająca w czasie nierówność pionowa (rysunek 7.6b). Kolejny warunek to właściwe przyjęcie poziomu zerowego każdego parametru w poszczególnych seriach pomiarowych. Drezyna EM-120 jak większość przyrządów pomiarowych może podczas pomiarów przekłamać poziom odniesienia (poziom zerowy). Przykład takiej sytuacji pokazano na rysunku 7.7a. Widać na nim, że na wykresie nierówności pionowych pomiar oznaczony kolorem czerwonym jest położony zbyt wysoko. Przed analizą trendu zmian nierówności Rysunek 7.6. Wpływ synchronizacji serii pomiarowych na możliwości badania trendu zmian usterek na przykładzie dołka w km 109,700 109,800 linii nr 4 tor 2. a) widok przed synchronizacją, b) widok po synchronizacji.

7.3. Ocena możliwości wykorzystania systemu... 199 Rysunek 7.7. Przykład konieczności przeprowadzenia zerowania serii pomiarowej przy analizie nierówności pionowych. Linia nr 3 Warszawa Zachodnia Kunowice, tor 1, km 202,800 202,900. a) stan bez zerowania b) stan po zerowaniu oznaczonej kolorem czerwonym serii pomiarowej pochodzącej z dnia 2000-10-25 (korekta o 2 mm). widocznej na tym rysunku konieczne jest wprowadzenie poprawki dla tego pomiaru przez dodanie do wszystkich wyników serii odpowiedniej stałej, powodującej przesunięcie całego wykresu serii w pionie (rysunek 7.7b). W systemie GeoTec zerowanie parametrów jest możliwe jedynie podczas ich wprowadzania do bazy danych za pomocą programu GeoTec Writer. Doświadczenia wskazują, że jest to rozwiązanie niewystarczające, gdyż: podczas wprowadzania danych operator jest zbyt pochłonięty wyrównywaniem położenia serii pomiarowych i może nie zwrócić uwagi na konieczność zerowania jednego lub kilku wykresów; błędy w wyznaczaniu poziomu zerowego mają często charakter lokalny, tzn. nie występują na całej długości pomiaru pojawiają się np. w trakcie przejazdu drezyny przez źle utrzymany rozjazd i po kilku kilkunastu kilometrach są usuwane przez obsługę pojazdu, lub zanikają samoistnie, np. na skutek wstrząsów drezyny podczas jazdy. Prezentacja trendu zmian usterek oferowana obecnie przez program GeoTec Visual jest bardzo ograniczona przez możliwość równoczesnej analizy maksymalnie 6. serii pomiarowych. Ta bariera radykalnie zmniejsza użyteczność omawianej funkcji programu. Analiza trendu (a zwłaszcza prognozowanie na jej podstawie dalszego przebiegu zmian) jest bowiem tym pewniejsza, im więcej danych możemy jej poddać.

200 Rozdział 7. Analiza trendu zmian usterek 0,00-1,00 1998-04-01 1998-08-01 1998-12-01 1999-04-01 1999-08-01 1999-12-01 2000-04-01 2000-08-01 2000-12-01 2001-04-01 2001-08-01 2001-12-01-2,00-3,00-4,00-5,00-6,00 Rysunek 7.8. Wykres zmian wartości nierówności pionowej lewej na linii nr 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie w torze 2, km 116,67700. Uwzględniono siedem serii pomiarowych i odmienny niż zaproponowany w programie GeoTec Visual sposób przyjmowania wartości maksymalnych do wykresu. W przypadku przedstawionym na rysunku 7.6 dysponowano siedmioma seriami pomiarowymi. W celu równoczesnego przedstawienia ich na jednym wykresie należało wyeksportować dane do arkusza kalkulacyjnego. Dyskusyjny jest także sposób, w jaki w systemie GeoTec zaimplementowano neutralizowanie wpływu nie dających się w praktyce uniknąć przesunięć serii pomiarowych oraz zmian kształtu usterek rejestrowanych podczas poszczególnych pomiarów. Zamiast obliczania wartości średnich w odpowiednio wąskim, wskazanym przez operatora programu przedziale, bardziej właściwe wydaje się wybieranie do analizy wartości w tym przedziale maksymalnych. Na rysunku 7.8 przedstawiono dla porównania wykres zmian usterki przedstawionej wcześniej na rysunku 7.1, ale z uwzględnieniem wszystkich (tzn. siedmiu) zgromadzonych serii pomiarowych. Wartości usterki w kolejnych seriach przyjęto według tabeli 7.2 jako reprezentujące maksymalne wartości w przedziale ±1, 00 m od lokalizacji podanej na rysunku 7.1. Należy zauważyć, że to poszukiwanie lokalnego ekstremum każdego wykresu jest niezbędne dla danych już wcześniej synchronizowanych w trakcie wprowadzania ich do bazy GeoTec. Jak zauważono w pracy [15], przy porównywaniu kolejnych pomiarów wykonanych drezyną EM-120, za miarodajne należy przyjmować pomiary wykonane o tej samej porze roku. Uwzględniając ten fakt przy analizie trendu zmian uster-

7.3. Ocena możliwości wykorzystania systemu... 201 Tabela 7.2. Punkty wybrane do wykresu trendu przedstawionego na rysunku 7.8 Położenie Wartość nierówności zarejestrowana podczas kolejnych pomiarów 98-04-16 99-12-03 00-03-17 00-10-04 01-04-03 01-06-12 02-03-08 116,67600-0,90-2,80-2,50-3,70-3,80-4,55-4,80 116,67625-1,25-2,95-2,70-4,05-4,15-4,80-4,95 116,67650-1,50-3,10-2,90-4,10-4,45-4,85-5,00 116,67675-1,60-3,15-2,95-4,20-4,65-4,75-4,85 116,67700-1,40-3,15-2,85-4,20-4,65-4,60-4,55 116,67725-1,15-3,00-2,95-4,10-4,45-4,25-4,15 116,67750-1,00-2,65-2,90-3,90-4,10-3,90-3,70 116,67775-0,80-2,35-2,95-3,60-3,70-3,45-3,25 116,67800-0,60-2,20-2,75-3,20-3,25-2,95-2,80 ki przedstawionej na rysunkach 7.1 i 7.8, należałoby analizować jedynie cztery z posiadanych pomiarów: wykonane w dniach 1998-04-16, 2000-03-17, 2001-04-03 oraz 2002-03-08. Wykres zmian miałby wówczas po wybraniu odpowiednich wartości z tabeli 7.2 postać przedstawioną na rysunku 7.9. Różnice w wykresach linii trendu (przy przyjęciu ich liniowego przebiegu) przedstawiono na rysunku 7.10. Zestawiając razem takie czynniki, jak: przedstawioną wyżej konieczność uznania za miarodajne pomiarów wykonanych o tej samej porze roku; omówiony w pracy [15] fakt, że zasięg ekstrapolacji funkcji opisującej zmiany poszczególnych parametrów geometrycznych nie powinien przekraczać 20% przedziału czasowego, z którego zgromadzono dane pomiarowe; zaproponowany w pracy [24] roczny interwał między kolejnymi pomiarami wykonywanymi drezyną EM-120 można łatwo obliczyć, że aby mieć możliwość prognozowania, czy dana usterka powinna podlegać regulacji przed terminem kolejnej jazdy pomiarowej, należy wcześniej zgromadzić wyniki pomiarów wykonywanych o tej samej porze roku w ciągu sześciu kolejnych lat. Zasadne jest zatem stwierdzenie, że aby oferowana przez program GeoTec Visual funkcja graficznej prezentacji trendu zmian usterek miała większą wartość użyteczną w planowaniu napraw, należy ją uzupełnić o: możliwość przeprowadzenia ekstrapolacji wyników pomiarów, z uwzględnieniem punktów pochodzących z wszystkich lub tylko wskazanych serii pomiarowych (w celu wyeliminowania wpływu sezonowości pomiarów); możliwość umieszczenia na wykresie linii oznaczającej dopuszczaną wartość usterki; możliwość wyświetlania daty, w której ekstrapolowana linia trendu przetnie się z linią oznaczającą dopuszczalną wartość usterki.

202 Rozdział 7. Analiza trendu zmian usterek 0,00-1,00 1998-04-01 1998-08-01 1998-12-01 1999-04-01 1999-08-01 1999-12-01 2000-04-01 2000-08-01 2000-12-01 2001-04-01 2001-08-01 2001-12-01-2,00-3,00-4,00-5,00-6,00 Rysunek 7.9. Wykres zmian wartości nierówności pionowej lewej na linii nr 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie, tor 2 km 116,67700 uwzględniający dane tylko z pomiarów wiosennych Bezdyskusyjna jest oczywiście konieczność usunięcia ograniczenia pozwalającego obecnie na równoczesną analizę maksymalnie sześciu serii pomiarowych. Wieloletnie gromadzenie wyników pomiarów wykonywanych za pomocą drezyny EM-120 i umieszczenie w bazie danych odpowiednio dużej liczby serii pomiarowych daje dodatkowo możliwość śledzenia skuteczności podejmowanych w torze prac naprawczych. Przykładowo, stwierdzenie odnawiania się usterki w tym samym miejscu mimo kilkakrotnie ponawianych napraw, może zwrócić uwagę na potrzebę zrewidowania opinii na temat źródła powstawania wady i wskazać konieczność głębszego sięgnięcia z naprawami poniżej warstwy podsypki, w podłoże kolejowe. Ilustrują to dwa kolejne rysunki: 7.11 i 7.12. Pierwszy przedstawia wykres nierówności pionowej zarejestrowanej podczas dwunastu pomiarów wykonanych w okresie od 1998-03-27 do 2002-06-04 na linii nr 3 w torze 2 w kilometrze 157,623 na stacji Kłodawa. Nieuważny obserwator, nie zwracając uwagi na kolejność serii pomiarowych mógłby dojść do błędnego wniosku, że na rysunku widać narastającą w czasie usterkę. Przeczy temu wykres trendu zmian przedstawiony na rysunku 7.12, z którego wynika, że w tym wypadku mamy do czynienia z ciągle odnawiającą się mimo wielokrotnych interwencji usterką. Do tego samego wniosku można dojść wybierając do analizy wyniki pomiarów wykonanych o tej samej porze roku na wiosnę.

7.3. Ocena możliwości wykorzystania systemu... 203 Rysunek 7.10. Liniowy trend narastania nierówności pionowej lewej na linii nr 4 Grodzisk Mazowiecki Zawiercie, tor 2 km 116,67700: a) uwzględniający wszystkie wyniki pomiarów; b) uwzględniający wyniki pomiarów wykonanych wiosną.

204 Rozdział 7. Analiza trendu zmian usterek 10,00 5,00 0,00-5,00-10,00 157,60000 157,60500 157,61000 157,61500 157,62000 157,62500 157,63000 157,63500 157,64000 157,64500 157,65000 157,65500 157,66000 1998-03-27 1998-11-03 1998-12-23 1999-05-28 1999-08-08 1999-12-21 2000-03-16 2000-10-27 2001-04-06 2001-06-09 2002-03-14 2002-06-04-15,00 Rysunek 7.11. Przykład dwunastu pomiarów nierówności pionowej w torze głównym zasadniczym nr 2 stacji Kłodawa położonej na linii nr 3 Warszawa Zachodnia Kunowice 0,00 Wielkość nierówności [mm] -2,00-4,00-6,00-8,00-10,00 1998-03-01 1998-06-01 1998-09-01 1998-12-01 1999-03-01 1999-06-01 1999-09-01 1999-12-01 2000-03-01 2000-06-01 2000-09-01 2000-12-01 2001-03-01 2001-06-01 2001-09-01 2001-12-01 2002-03-01 2002-06-01-12,00-14,00 Rysunek 7.12. Wykres zmian w czasie nierówności pionowej w torze głównym zasadniczym nr 2 stacji Kłodawa położonej na linii nr 3 Warszawa Zachodnia Kunowice

7.4. Podsumowanie 205 Widoczna w tym konkretnym wypadku nieskuteczność kolejnych podbić toru wskazuje raczej na konieczność wymiany i stabilizacji górnej warstwy podtorza. 7.4. Podsumowanie Analiza trendu zmian usterek w geometrii toru pozwala na sformułowanie kilku spostrzeżeń. W wyniku przeprowadzonych badań otrzymano potwierdzenie tezy o lokalnym charakterze powstawania i narastania deformacji toru. Nie istnieje zjawisko równomiernego narastania deformacji w geometrii toru na całej jego długości. Nie ma zatem uzasadnienia do organizowania remontów nawierzchni w formie napraw bieżących ciągłych. Konieczne jest natomiast precyzyjne określanie stosunkowo krótkich frontów robót, mających wyeliminować narastające lokalnie usterki. Bardzo ważne okazuje się utrzymanie wysokiej jakości prowadzonych w torze prac remontowych. W dobrze utrzymanym torze nierówności narastają bardzo powoli, dłuższy może być zatem okres między kolejnymi remontami nawierzchni. Trend deformacji geometrii toru jest możliwy do określenia tylko w pojedynczych przekrojach poprzecznych. Przy jego wyznaczaniu wyrównywanie położenia serii pomiarowych podczas ich wprowadzania do bazy GeoTec okazuje się niewystarczające. Konieczna jest kolejna lokalna synchronizacja, podczas której poszczególnym seriom pomiarowym należy umożliwić miejscowe przesunięcia na długości w zakresie ±1 m. Ponadto niezbędne jest zapewnienie możliwości lokalnej korekty poziomu odniesienia dla wykresów poszczególnych parametrów geometrycznych rejestrowanych przez drezynę EM-120.

Rozdział 8 Wnioski Wokresie zmian w sposobie finansowania działalności kolei, przeprowadzania zmian strukturalnych przedsiębiorstwa oraz w warunkach trwałego deficytu potencjału naprawczego, właściwe planowanie napraw staje się na PKP zagadnieniem kluczowym dla zachowania sprawności systemu transportu kolejowego. Przeprowadzenie napraw w niewłaściwych lokalizacjach oznacza nie tylko nieefektywnie poniesione koszty. Oznacza także wprowadzenie zagrożenia dla bezpieczeństwa ruchu, a więc dla ludzkiego życia. Powszechny dostęp do techniki komputerowej stwarza szansę na opracowanie i upowszechnienie programów wspomagających podejmowanie decyzji także w dziedzinie planowania napraw bieżących nawierzchni kolejowej. Zadanie to jest dodatkowo ułatwione dzięki wykorzystywaniu na kolei skomputeryzowanych systemów mierzących i gromadzących wyniki pomiarów geometrii toru na PKP są to drezyny pomiarowe EM-120. Kolejnym katalizatorem jest opracowanie koncepcji oraz praktyczne wdrażanie diagnostycznego systemu utrzymania nawierzchni. Dla prawidłowego funkcjonowania komputerowo wspomaganego planowania napraw bieżących podstawowe znaczenie ma istnienie bazy danych o stanie geometrii torów. Baza ta musi zawierać nie tylko informacje o stanie bieżącym, ale przechowywać także dane historyczne, uzyskane podczas pomiarów wykonanych w przeszłości, a także dane o wszystkich prowadzonych w torze pracach remontowych. Próba tworzenia systemu wspomagania bez istnienia wiarygodnej bazy danych jest budowaniem zamków na piasku. W Polsce istnieją sprawdzone przyrządy do mierzenia stanu geometrii toru w skali całych linii kolejowych. Są to drezyny pomiarowe EM-120. Istnieją archiwa, w których od wielu lat gromadzone są wyniki przeprowadzanych za ich pomocą pomiarów. Opracowany też został komputerowy system baz danych umożliwiający gromadzenie i przetwarzanie tych danych dla potrzeb diagnostycznych. Nie jest to jednak jednoznaczne co wykazano w niniejszej pracy z istnieniem wiarygodnej bazy danych. Aby możliwe było niezbędne przy badaniu tempa degradacji geometrii nawierzchni kolejowej porównywanie wyników kolejnych pomiarów wykonywanych na tym samym fragmencie toru, konieczne jest wyrównywanie położenia kolejnych serii pomiarowych. Pliki danych otrzymywane z drezyny pomiarowej nie zawierają obecnie informacji o lokalizacji granic sektorów pomiarowych. Wo-

208 Rozdział 8. Wnioski bec tego automatyczne dopasowanie do siebie wyników kolejnych pomiarów jest niemożliwe. Ręczna synchronizacja położenia wyników pomiarów w drodze ich optycznego porównywania jest procesem żmudnym i czasochłonnym, a jakość dopasowania w istotnym stopniu zależy od jakości toru, a zwłaszcza stabilności jego prześwitu w czasie eksploatacji. Prowadzi to do sytuacji, w której najmniej dokładnych wyników synchronizacji możemy oczekiwać wtedy, gdy najbardziej nam zależy na wiarygodności danych i prawidłowości wyboru odcinków przeznaczonych do regulacji, a więc w torze źle utrzymującym w czasie parametry geometryczne. Przedstawiono koncepcję rozwiązania tego problemu w postaci wprowadzenia do sygnału pomiarowego otrzymywanego z drezyny EM-120 dodatkowego sygnału, generowanego przez zainstalowany na niej system nawigacji satelitarnej. Sygnał ten byłby w istocie generatorem brakujących obecnie znaczników, umożliwiającym automatyczną synchronizację serii pomiarowych. Z założeń uruchamianego aktualnie na terenie Polski systemu ASG/EUPOS wynika, że dokładność realizowanych za jego pomocą pomiarów dostarczających współrzędnych geograficznych w czasie rzeczywistym jest o rząd wielkości większa od kroku pomiarowego drezyny EM-120. Zatem precyzja pomiaru drogi za pomocą tego systemu powinna być wystarczająca na potrzeby synchronizacji serii pomiarowych. Podkreślić jednak należy, że wymaga to przeprowadzenia dodatkowych badań wykonywanych w warunkach już działających naziemnych stacji referencyjnych systemu ASG/EUPOS. Kwestią, na którą zwrócono uwagę już na początku lat 90. ubiegłego wieku (a więc w czasie wdrażania na PKP systemu KOMPLAN) jest sposób oznaczania w plikach z wynikami pomiarów z drezyny EM-120 lokalizacji w torze tzw. punktów stałych semaforów, przejazdów, mostów, a przede wszystkim rozjazdów. Od tego czasu do chwili obecnej w tej dziedzinie nic się nie zmieniło informacje o lokalizacji tych obiektów nadal są do wyników pomiarów dodawane ręcznie. Jak wykazano, wiarygodność tych danych jest absolutnie niewystarczająca. Jest to mankament szczególnie dotkliwy w przypadku oznaczania rozjazdów, z uwagi na rozmiar zaburzeń wprowadzanych przez nie w wykresach parametrów geometrycznych, ich wpływ na wartości wskaźników syntetycznych oraz fakt, że usterki w rozjazdach są usuwane za pomocą innych maszyn niż usterki położone w torze. Obecnie panuje powszechnie pogląd, że problem ten można rozwiązać przez umieszczenie w rozjazdach znaczników, których sygnały mogły by być odbierane i rejestrowane przez drezynę EM-120 podczas jazdy pomiarowej. Należy jednak zwrócić uwagę na fakt, że rozjazdy pozostawiają na wykresie szerokości toru ślad na tyle charakterystyczny, że może on zostać wykorzystany bezpośrednio do lokalizowania w plikach wynikowych stref rozjazdowych za pomocą znanych i wykorzystywanych w innych dziedzinach komputerowych metod rozpoznawania obrazu. Typowy schemat postępowania polegać powinien na wstępnym przetworzeniu sygnału wejściowego za pomocą analizy widmowej do postaci łatwiejszej

209 w dalszej obróbce, a następnie na stwierdzeniu, czy dane pasują do wzorca za pomocą sieci neuronowej wstępnie nauczonej na odpowiednio dużej bazie przypadków. Ewentualne wprowadzenie tej metody wymaga przetworzenia sygnałów z odpowiednio dużej liczby rozjazdów (z uwzględnieniem ich typu, stanu utrzymania i orientacji względem kierunku jazdy drezyny pomiarowej), a przede wszystkim zaimplementowaniu procedur rozpoznawczych bezpośrednio w oprogramowaniu zainstalowanym na drezynie EM-120. Trzeba jednak zdawać sobie sprawę z tego, że proponowana metoda lokalizacji rozjazdów na podstawie graficznej analizy obrazu nie będzie prawdopodobnie funkcjonowała w przypadku rozjazdów z ruchomymi dziobami krzyżownic. Wątpliwości budzi również obowiązująca częstotliwość jazd pomiarowych wykonywanych za pomocą drezyn EM-120. Jest tu widoczny szczególny dysonans między postępem w metodyce prowadzenia napraw nawierzchni, a brakiem postępu w jej diagnozowaniu. O ile w pierwszej dziedzinie widać już wyraźnie elementy metody diagnostycznej, a tyle w dziedzinie drugiej nadal obowiązują obligatoryjnie zdefiniowane sztywne interwały czasowe między kolejnymi jazdami pomiarowymi, uzależnione wyłącznie od kategorii badanej linii relikt epoki napraw planowo zapobiegawczych. Prowadzi to ponownie do paradoksalnej sytuacji, w której najczęściej mierzone są tory najlepiej utrzymane, natomiast na torach najbardziej tych badań potrzebujących drezyny pomiarowe praktycznie nie pojawiają się wcale. W analizie możliwości wydłużenia cykli między kolejnymi pomiarami posłużono się metodą zmiennych cykli diagnostycznych. Wyniki przeprowadzonych badań dowodzą, że interwały czasowe między kolejnymi pomiarami wykonywanymi za pomocą drezyn EM-120 można znacznie wydłużyć, przy czym wydłużenie może być większe na liniach o nowej nawierzchni. Równocześnie wskazano na problemy z oznaczaniem obciążenia linii, niezbędnego do obliczenia długości cyklu podstawowego. Także w tym zagadnieniu zwrócono uwagę na wpływ położonych w torze rozjazdów i wiarygodności oznaczenia ich lokalizacji na wyniki obliczeń. Problemem niezwykle ważnym przy planowaniu terminu wykonania w torze naprawy bieżącej podobnie jak przy wyznaczaniu terminu następnych w stosunku do bieżących pomiarów jest analiza trendu narastania usterek w geometrii toru. W mikroskali, ekstrapolując wyniki kolejnych miarodajnych pomiarów rozwijającej się w torze usterki można z wyprzedzeniem wyznaczyć termin, w której jej wartość przekroczy granicę dopuszczalną w torze danej klasy, a więc wyznaczyć ostateczny termin regulacji toru. Jednak przeprowadzenie podobnej analizy w makroskali, przez ekstrapolowanie wartości odchyleń standardowych, jest wysoce problematyczne. Ponadto takie obliczenia wymagają posiadania wyników pomiarów z wielu kolejnych lat oraz w torze źle utrzymanym. Niestety, wynikami wieloletnich pomiarów wykonanych w torach źle utrzymanych nie dysponowano. Przy badaniu trendu narastania usterek ponownie znaczącą przeszkodą stały

210 Rozdział 8. Wnioski się trudności w synchronizowaniu serii pomiarowych. Dodatkowo stwierdzono problem oznaczania poziomu zerowego przy niektórych typach pomiarów, związany przede wszystkim z pojawiającymi się w wynikach pomiarów skokowymi zmianami tego poziomu na długości pomiaru. Tego typu zakłócenia są niemożliwe do uniknięcia przy obecnie stosowanym w drezynach EM-120 kontaktowym sposobie pomiaru nierówności toru. Dlatego za szczególny mankament należy uznać brak możliwości wykonania takiej korekty w sposób programowy, w systemie analizującym wyniki pomiarów. Jednak ostatecznym rozwiązaniem tego problemu byłoby zastosowanie w drezynie EM-120 bezkontaktowego systemu pomiaru geometrii toru, np. na wzór systemu TGMS stosowanego w USA. Podczas przygotowywania danych na potrzeby prowadzonych badań, z konieczności trzeba było posługiwać się specjalistycznym oprogramowaniem. Powstała zatem możliwość praktycznego sprawdzenia jego działania i funkcjonalności, oraz wykrycia i zwrócenia uwagi na jego największe mankamenty, do których zaliczyć przede wszystkim należy: wprowadzenie limitu liczby analizowanych równocześnie serii pomiarowych do 6-ciu, co ogranicza m.in. możliwości analizowania trendu narastania deformacji w torze; brak możliwości ręcznego maskowania w wynikach pomiarów stref rozjazdowych; zdecydowanie niewystarczające możliwości modułu prezentującego graficznie proces narastania usterek w wybranych miejscach toru, a szczególnie brak możliwości oznaczania bezpośrednio na wykresie pomiarów uznanych za miarodajne i obliczania oraz prezentowania dla nich linii trendu i jej przecięcia z linią oznaczającą maksymalną dopuszczalną wartość usterki (wraz z podaniem przewidywanej daty tego wydarzenia); niską wydajność, dającą się zwłaszcza odczuć przy większej długości analizowanych odcinków, nawet na bardzo dobrze wyposażonym komputerze. Na zakończenie trzeba stwierdzić, że opisane badania stały się inspiracją do dalszej pracy badawczej. Wśród tematów, które w tej dziedzinie wiedzy wymagają jak się zdaje dokładniejszej analizy, wymienić przede wszystkim należy sprawdzenie możliwości wykorzystania sieci neuronowych do automatycznego oznaczania stref rozjazdowych w plikach z danymi pomiarowymi otrzymywanymi z drezyny EM-120 oraz zbadanie możliwości wykorzystania nowoczesnych systemów nawigacji satelitarnej do wyrównywania położenia serii pomiarów podczas ich wprowadzania do bazy danych o zmianach stanu geometrii toru kolejowego.

Załącznik A Kody źródłowe programów pomocniczych Listing A.1. Program do wyznaczania odcinków torów o zadanej długości, dla których istnieje zdefiniowana minimalna liczba serii pomiarowych (wykorzystano algorytm przedstawiony w [57]) { Program: kol Przeznaczenie: Wyznaczenie odcinków toru pokrytych określoną ilością pomiarów (5 lub 6), nie krótszych niż zadano (15 km). Wejście: Pierwszy wiersz wejścia zawiera słowo UP lub DOWN, wielkość liter nieistotna. Dalej plik zawiera n wierszy danych, po jednym na pomiar. Pomiar dany jest w postaci listy odcinków rozdzielonych średnikami. Odcinek dany jest w postaci punktów granicznych rozdzielonych myślnikiem. Punkt graniczny to liczba rzeczywista formatu 3.5. Niedopuszczalne sa spacje ani puste wiersze. W zależności tego, co napotkano w pierwszym wierszu spodziewane jest określone uporządkowanie podanych odcinków i ich punktów granicznych: UP: pomiar wykonany w kierunku rosnącego kilometrażu. DOWN: pomiar wykonany w kierunku malejącego kilometrażu. Program skoryguje błędną kolejność punktów granicznych odcinka i powiadomi o tym użytkownika. Program nie jest przygotowany na błędną kolejność odcinków. Wyjście: Wyjście składa się z grup rozdzielonych pustymi wierszami. Grupy odpowiadają kombinacjom określonej ilości pomiarów. Grupa składa

212 Załącznik A. Kody źródłowe programów pomocniczych się wierszy, po jednym na każdy interesujący odcinek. Wiersz składa się z odcinka i listy pokrywających go pomiarów. Odcinek oddzielony jest od listy pomiarów tabulatorem. Punkty graniczne odcinka są wyrównywane dla poprawienia estetyki zapisu. Lista pomiarów składa się z ich pomiarów rozdzielonych przecinkami. Odcinek może się pojawiać w różnych grupach. Algorytmy: Generator kombinacji: A.Lipski "Kombinatoryka dla programistów" Sprawdzanie pokrycia pomiarami: algorytm autorski. Uwaga 1: Program powinien być kompilowany FreePascalem. TurboPascal tego NIE SKOMPILUJE. Uwaga 2: Uruchomienie programu na własną odpowiedzialność. } program kol; {$MODE DELPHI} {$H+} uses cmem, sysutils ; const { Maksymalna liczność sprawdzanej grupy pomiarów } cmaxpermlen = 6; type TOdcinek = record pocz, kon: extended; end; TPomiar = array of TOdcinek; TPomiary = array of TPomiar; TDane = record pomiary: TPomiary; UP: boolean; { Czy pierwszy wiersz wejścia zawierał UP? } end;

213 { Sprawdzana permutacja pomiarów } TPerm = array[1..cmaxpermlen] of integer; { Procedura awaryjna "zakończenie z błędem wykonania": Wartość wiersz= 1 oznacza coś poważniejszego niż błąd danych. } procedure die(n_wiersza: integer; const s: string; gdzie: integer); begin if wiersz <> 1 then begin writeln(stderr, wiersz, n_wiersza, : nieprawidłowy format ); writeln(stderr, s ); while gdzie > 1 do begin write(stderr, ); dec(gdzie); end; writeln(stderr, ^ ); halt (1); end else { if n wiersza = 1 } begin write (stderr, krytyczny błąd #, gdzie) writeln(stderr, w procedurze, s, ()! ); halt(255); end; end; { Normalizacja formatu wypisywanej liczby: Zastąpienie przecinka kropką i dopisanie odpowiedniej ilości zer wiodących/znaczących. } procedure normalize_num(var num: string); var i : integer; begin for i := 1 to length(num) do if num[i] =, then num[i] :=. ; if pos(., num) = 0 then num := num +.00000 ; while pos(., num) < 4 do num := 0 + num; while length(num) < 9 do num := num + 0 ;

214 Załącznik A. Kody źródłowe programów pomocniczych end; { Parsowanie jednego odcinka. Funkcja zwraca false w razie błędu. } function parsuj_odcinek(n_wiersza: integer; const odc: string; UP: boolean; var odcinek: TOdcinek): boolean; var s, num: string; t: extended; begin result := true; s := trim(odc); num := ; { druga liczba będzie w num } while (s <> ) and (s[length(s)] <> ) do begin num := s[length(s)] + num; setlength(s, length(s) 1); end; { pierwszą liczbę zostawimy w s } if (s <> ) then begin if s[length(s )] <> then die( 1, parsuj_odcinek, 1) else setlength(s, length(s) 1); end; { normalizacja do wspólnej postaci } normalize_num(num); normalize_num(s); with odcinek do begin try pocz := strtofloat (s ); kon := strtofloat (num); except result := false; exit ; end; if pocz < 0 then die( 1, parsuj_odcinek, 2)

215 else if kon < 0 then die( 1, parsuj_odcinek, 3); { Jeśli nie UP lub pomyłka to liczby mogą być nie po kolei. } if pocz > kon then begin if UP then writeln(stderr, uwaga: wiersz, n_wiersza, wymagał korekty ); t := pocz; pocz := kon; kon := t; end else if not UP then writeln(stderr, uwaga: wiersz, n_wiersza, wymagał korekty ); end; end; { Parsowanie linii wejściowej pomiaru na odcinki: } procedure parsuj_pomiar(n_wiersza: integer; const line: string; UP: boolean; var pomiar: TPomiar); var s, odc: string ; begin s := trim(line ); while s <> do begin try setlength(pomiar, length(pomiar)+1); except die( 1, parsuj_pomiar, 1); end; odc := ; if not UP then begin while (s <> ) and (s[length(s)] <> ; ) do begin odc := s[length(s )] + odc; setlength(s, length(s) 1); end; if (s <> ) then begin if s[length(s )] <> ; then die( 1, parsuj_pomiar, 2) else setlength(s, length(s) 1);

216 Załącznik A. Kody źródłowe programów pomocniczych end; end else { if UP } begin while (s <> ) and (s[1] <> ; ) do begin odc := odc + s[1]; delete(s, 1, 1); end; if (s <> ) then begin if s [1] <> ; then die( 1, parsuj_pomiar, 3) else delete(s, 1, 1); end; end; { jeśli odcinek błędny } if (odc = ) or not parsuj_odcinek(n_wiersza, odc, UP, pomiar[high(pomiar)]) then begin if UP then die(n_wiersza, line, length( line ) (length(s)+length(odc))) else die(n_wiersza, line, length( line ) length(s)); end; end; end; { Sprawdzenie, czy dwa odcinki mają część wspólną: } function jest_cz_wspolna(a, b: TOdcinek): boolean; begin result := not ((a.kon <= b.pocz) or (a.pocz >= b.kon)); {$IFDEF VERBOSE} if result then begin writeln; writeln( cz_wspolna:, a.pocz:9:5,, a.kon:9:5, #9, b.pocz:9:5,, b.kon :9:5); end; {$ENDIF} end; {

217 Usunięcie odcinka nr. index z pomiaru: } procedure usun_odcinek(var pomiar: TPomiar; index: integer); var i : integer; begin if index > high(pomiar) then die( 1, usun_odcinek, 1) else if index < 0 then die( 1, usun_odcinek, 2) else if index <> high(pomiar) then //Można by użyć move() for i := index to high(pomiar) 1 do pomiar[i] := pomiar[i+1]; setlength(pomiar, length(pomiar) 1) end; { Łączenie kolejnych zachodzących na siebie lub stykających się odcinków, nie zadziała, jeśli nie będzie zachowana ich kolejność! } procedure sklej_zachodzace(wiersz: integer; var pomiar: TPomiar); var i : integer; begin i := 0; while i < high(pomiar) do begin if jest_cz_wspolna(pomiar[i], pomiar[i+1]) then begin writeln(stderr, uwaga: wiersz, wiersz, wymagał korekty ); if pomiar[i ]. pocz > pomiar[i+1].pocz then pomiar[i ]. pocz := pomiar[i+1].pocz; if pomiar[i ]. kon < pomiar[i+1].kon then pomiar[i ]. kon := pomiar[i+1].kon; usun_odcinek(pomiar, i+1); end else inc(i ); end; end;

218 Załącznik A. Kody źródłowe programów pomocniczych { Wczytywanie pomiarów. Przypomnienie ze specyfikacji wejścia: Pierwszy wiersz: UP, DOWN (wielkość liter nieistotna). Każdy następny wiersz to jeden pomiar. Pomiar składa się z odcinków porozdzielanych średnikami. Odcinek składa się z dwóch liczb rozdzielonych myślnikiem. Liczba ma 3 miejsca dziesiętne przed kropką i 5 po. Dopuszczalne liczby w postaci nieestetycznej. } procedure wczytaj(var dane: TDane); var s, s2: string ; linenum: integer; begin linenum := 1; with dane do begin { wczytaj nagłówek } readln(s); s2 := AnsiUpperCase(trim(s)); if s2 = UP then UP := true else if s2 = DOWN then UP := false else die(1, s, 1); { wczytaj kolejne pomiary } while not eof do begin try setlength(pomiary, length(pomiary)+1); except die( 1, wczytaj, 1); end; readln(s); inc(linenum); parsuj_pomiar(linenum, s, UP, pomiary[high(pomiary)]); sklej_zachodzace(linenum, pomiary[high(pomiary)]); end; end; end;

219 { Dzielenie odcinka pomiarowego na dwie części: } procedure dziel_odcinek(var pomiar: TPomiar; index: integer; podzial: extended); var i : integer; begin if index > high(pomiar)+1 then die( 1, dziel_odcinek, 1) else if index < 0 then die( 1, dziel_odcinek, 2) else if pomiar[index].kon < podzial then die( 1, dziel_odcinek, 3) else if pomiar[index].pocz > podzial then die( 1, dziel_odcinek, 4); try setlength(pomiar, length(pomiar)+1); except die( 1, dziel_odcinek, 3); end; if index <> high(pomiar) then for i := high(pomiar) downto index+2 do pomiar[i] := pomiar[i 1]; pomiar[index+1].kon := pomiar[index].kon; pomiar[index+1].pocz := podzial; pomiar[index].kon := podzial; end; { Dane są dwa pomiary: wspolne i nowe. Odcinki we wspolne należy tak pokroić, aby każdy fragment (nowy odcinek) był albo całkowicie pokryty przez któryś odcinek z pomiaru nowe, albo żeby nie był pokryty wcale. Odcinki niepokryte zostaną potem wyrzucone w usun_nieuzywane. W ten sposób wspolne zawiera coraz drobniej posiekane części, o których wiadomo, że każda była do tej pory całkowicie pokryta przez wszystkie poprzednie pomiary. }

220 Załącznik A. Kody źródłowe programów pomocniczych procedure podziel_zachodzace(const nowe: TPomiar; var wspolne: TPomiar); var i, j : integer; begin i := 0; j := 0; if length(wspolne) = 0 then exit else if length(nowe) = 0 then die( 1, podziel_zachodzace, 1); while (i <= high(wspolne)) and (j <= high(nowe)) do begin if jest_cz_wspolna(wspolne[i], nowe[j]) then begin if (wspolne[i ]. pocz >= nowe[j].pocz) and (wspolne[i ]. kon <= nowe[j].kon) then inc(i) else if (wspolne[i ]. kon > nowe[j].pocz) and (wspolne[i ]. kon <= nowe[j].kon) then begin dziel_odcinek(wspolne, i, nowe[j ]. pocz); inc(i, 2); end else if (wspolne[i ]. pocz >= nowe[j].pocz) and (wspolne[i ]. pocz < nowe[j].kon) then begin dziel_odcinek(wspolne, i, nowe[j ]. kon); inc(i ); inc(j ); end else if (wspolne[i ]. pocz < nowe[j].pocz) and (wspolne[i ]. kon > nowe[j].kon) then begin dziel_odcinek(wspolne, i, nowe[j ]. pocz); inc(i ); //Tu było grzebane z okazji odpluskwiania //dziel_odcinek(wspolne, i, nowe[j ]. kon); //inc(i ); //inc(j ); end

221 else die( 1, podziel_zachodzace, 2); end else if wspolne[i ]. kon <= nowe[j].pocz then inc(i) else if wspolne[i ]. pocz >= nowe[j].kon then inc(j) else die( 1, podziel_zachodzace, 3); end; end; { Usunięcie z wspolne odcinków nie pokrytych żadnym nowym: } procedure usun_nieuzywane(const nowe: TPomiar; var wspolne: TPomiar); var i, j : integer; begin i := 0; j := 0; if length(wspolne) = 0 then exit else if length(nowe) = 0 then die( 1, usun_nieuzywane, 1); while i <= high(wspolne) do begin if j > high(nowe) then setlength(wspolne, i) else if jest_cz_wspolna(wspolne[i], nowe[j]) then inc(i) else if wspolne[i ]. kon <= nowe[j].pocz then usun_odcinek(wspolne, i) else if wspolne[i ]. pocz >= nowe[j].kon then inc(j) else die( 1, usun_nieuzywane, 2); end; end; { Łączę dwie poprzednie procedury, aby uwzględnić kolejny pomiar: } procedure wspolne_podprzedzialy(const nowe: TPomiar; var wspolne: TPomiar); begin podziel_zachodzace(nowe, wspolne); usun_nieuzywane(nowe, wspolne); end;

222 Załącznik A. Kody źródłowe programów pomocniczych { Analiza konkretnego przypadku w danych wejściowych... } procedure analizuj_przypadek(k: integer; const perm: TPerm; const dane: TDane); var i, j : integer; wspolne: TPomiar; begin with dane do begin { znajdź wspólne podprzedziały } wspolne := copy(pomiary[perm[1] 1], 1, length(pomiary[perm[1] 1])); for i := 2 to k do begin wspolne_podprzedzialy(pomiary[perm[i] 1], wspolne); if length(wspolne) = 0 then exit; end; { wypisz wspólne podprzedziały } if UP then begin for i := 0 to high(wspolne) do begin write(wspolne[i].pocz:9:5,, wspolne[i ]. kon:9:5, #9); for j := 1 to k 1 do write(perm[j],, ); write(perm[k], #9); writeln(abs(wspolne[i].kon wspolne[i].pocz ):9:5); end; end else { if not UP } begin for i := high(wspolne) downto 0 do begin write(wspolne[i].kon:9:5,, wspolne[i ]. pocz:9:5, #9); for j := 1 to k 1 do write(perm[j],, ); write(perm[k], #9); writeln(abs(wspolne[i].kon wspolne[i].pocz ):9:5); end; end; writeln; end;

223 end; { Z wczytanych przedziałów wypisz części wspólne dla k linii : Krótki i skuteczny algorytm generowania kombinacji zaczerpnięty z książki "Kombinatoryka dla programistów". } procedure badaj(k: integer; var dane: TDane); var A: TPerm; {badany podzbiór pomiarów} n, i, p: integer; begin with dane do begin n := length(pomiary); if k >= n then begin writeln(stderr, niespodziewany koniec danych wejściowych! ); halt (1); end else begin for i := 1 to k do A[i] := i ; {pierwszy podzbiór} p := k; while p >= 1 do begin analizuj_przypadek(k, A, dane); if A[k] = n then dec(p) else p := k; if p >= 1 then for i := k downto p do A[i] := A[p]+i p+1; end; end; end; end; { Wypisz mniej więcej to, co wczytałeś... Procedura używana wyłącznie w celach diagnostycznych. } procedure pisz(var dane: TDane); var i, j : integer;

224 Załącznik A. Kody źródłowe programów pomocniczych begin with dane do begin if UP then begin writeln( UP ); for i := 0 to high(pomiary) do begin for j := 0 to high(pomiary[i]) do write(pomiary[i, j ]. pocz:9:5,, pomiary[i, j ]. kon:9:5, ; ); writeln; end; end else { if not UP } begin writeln( DOWN ); for i := 0 to high(pomiary) do begin for j := high(pomiary[i]) downto 0 do write(pomiary[i, j ]. kon:9:5,, pomiary[i, j ]. pocz:9:5, ; ); writeln; end; end; end; end; { } var dane: TDane; begin wczytaj(dane); badaj(5, dane); badaj(6, dane); { pisz(dane); } end.

225 Listing A.2. Kod źródłowy programu do łączenia kilku plików zawierających informację o jednym rodzaju usterek w jeden plik z informacją o wszystkich usterkach { Program: kilomerge Przeznaczenie: Sklejenie danych z kilku przebiegów pomiarowych w jeden plik. Wejście: Pliki tekstowe opisujące pomiar zawierają dane w dwóch kolumnach liczb, pierwszy wiersz zawiera nagłówki kolumn. Do formatowania danych w kolumny używane są spacje i znaki tabulacji. Części ułamkowa i całkowita liczb są rozdzielone przecinkami. Wyjście: Zakładając, że we wszystkich plikach wiersze o tych samych numerach mają identyczny kilometraż, w pliku wynikowym każdy wiersz ma zawierać kilometraż i odpowiadające mu dane z poszczególnych plików, wypisane w określonej kolejności. Użycie:./kilomerge plik1 [ plik2...] > plik_wyjściowy Uwaga 1: Nagłówki kolumn z poszczególnych plików są pomijane. Uwaga 2: Program powinien być kompilowany FreePascalem. TurboPascal tego NIE SKOMPILUJE. Uwaga 3: Uruchomienie programu na własną odpowiedzialność. } {$MODE DELPHI} program kilomerge; uses cmem; type TDataRec = array of string; TData = array of TDataRec;

226 Załącznik A. Kody źródłowe programów pomocniczych { } procedure SplitLine(s: string; var s_out_1, s_out_2: string); var i, n: integer; begin s_out_1 := ; s_out_2 := ; n := 1; while s[1] in [#09, #32] do delete(s, 1, 1); for i := 1 to length(s) do begin if s[ i ] in [#09, #32] then begin if n <> 2 then n := 2; end else begin if n = 1 then s_out_1 := s_out_1 + s[i] else s_out_2 := s_out_2 + s[i]; end; end; if s_out_1 = then exit; if s_out_1[2] =, then s_out_1 := + s_out_1; end; { } procedure ReadData(const DataFileName: string; var Data: TData); var DataFile: text; i : integer; s, s2: string ; begin assign(datafile, DataFileName); reset(datafile); readln(datafile); //pomijam pierwszy wiersz if length(data) = 0 then begin //dopiero tworzę strukturę danych while not eof(datafile) do begin

227 SetLength(Data, length(data)+1); SetLength(Data[high(Data)], 2); readln(datafile, s); SplitLine(s, Data[high(Data), 0], Data[high(Data), 1]); end; end else begin //dopisuję dane do już istniejącej struktury for i := 0 to high(data) do begin SetLength(Data[i], length(data[i])+1); readln(datafile, s); SplitLine(s, s2, Data[i, high(data[i ])]); if s2 <> Data[i, 0] then begin write(stderr, Błąd w pliku, DataFileName); writeln( w wierszu, i+2, : ); writeln(stderr, s ); close(datafile); halt(127); end; end; end; close(datafile); end; { } procedure WriteData(const Data: TData); var i, j : integer; begin for i := 0 to high(data) do begin write(data[i, 0]); for j := 1 to high(data[i]) do write(#09, data[i, j ]); writeln; end; end; { }

228 Załącznik A. Kody źródłowe programów pomocniczych var i : integer; Data: TData; begin SetLength(Data, 0); if ParamCount = 0 then begin writeln(stderr, Składnia:, ParamStr(0), plik [ pliki...] ); writeln(stderr, Zakładając, że we wszystkich plikach wiersze ); writeln(stderr, o tych samych numerach mają identyczny ); writeln(stderr, kilometraż, w pliku wynikowym każdy wiersz ); writeln(stderr, ma zawierać kilometraż i odpowiadające mu ); writeln(stderr, dane z poszczególnych plików, wypisane ); writeln(stderr, w kolejności podanych plików. ); end else begin for i := 1 to ParamCount do ReadData(ParamStr(i), Data); WriteData(Data); end; end.

Załącznik B Badanie wpływu podobieństwa wykresów szerokości toru na wyrównywanie serii pomiarowych B.1. Badanie odcinka położonego w km 166,200 174,650 toru nr 1 linii 3 B.1.1. Weryfikacja hipotezy o normalności rozkładu usterek

230 Załącznik B. Badanie wpływu podobieństwa wykresów szerokości... Hipoteza o normalności rozkładu badanych zmiennych została zweryfikowana pozytywnie. B.1.2. Test t-studenta istotności różnic dla prób zależnych Data Śred. Od. N Różnica Od.std. t df p pomiaru std. średnich różnic 1999-05-27-0,59 1,39 1999-12-20-0,08 1,39 30762-0,52 0,30-297,91 30761 0,00 1999-05-27-0,59 1,39 2000-03-15 0,09 1,36 30762-0,69 0,40-298,01 30761 0,00 1999-05-27-0,59 1,39 2000-10-25 0,40 1,55 30762-1,00 0,94-186,15 30761 0,00 1999-05-27-0,59 1,39 2001-04-05 0,22 1,31 30762-0,82 0,34-426,61 30761 0,00 1999-05-27-0,59 1,39 2001-06-08 0,01 1,38 30762-0,60 0,55-192,42 30761 0,00 1999-05-27-0,59 1,39 2002-03-12 0,13 1,23 30762-0,72 0,45-282,84 30761 0,00 1999-05-27-0,59 1,39 2002-06-03 0,05 1,28 30762-0,65 0,37-305,05 30761 0,00

B.1. Badanie odcinka położonego w km 166,200 174,650 toru nr 1 linii 3 231 Dla każdej z par pomiarów odrzucamy hipotezę zerową o równości średnich usterek w szerokości toru. Kolejne pomiary różnią się statystycznie od siebie. B.1.3. Korelacje między pomiarami szerokości toru Pomiędzy pomiarem szerokości przyjętym jako bazowy a kolejnymi pomiarami szerokości toru uzyskano poniższe wartości współczynników korelacji liniowej Pearsona. Kolejne pomiary Pomiar bazowy z dnia 1999-05-27 1999-12-20 0,98 2000-03-15 0,96 2000-10-25 0,80 2001-04-05 0,97 2001-06-08 0,92 2002-03-12 0,95 2002-06-03 0,96 Między pomiarami wykonanymi w dniach 1999-05-27 a 2000-10-25 zachodzi korelacja wysoka. W pozostałych wypadkach występuje korelacja prawie pełna. B.1.4. Korelacja między współczynnikami korelacji w szerokości toru a korektą długości odcinka wprowadzoną podczas wyrównywania pomiarów Obliczenia przeprowadzono dla poniższych wartości współczynników korelacji liniowej Pearsona dla pomiarów szerokości toru oraz przesunięć znacznika sektora końcowego. Pomiar bazowy przeprowadzono dnia 1999-05-27 Data pomiaru Wsp. korelacji Pearsona Korekta długości [m] [KS] [KD] 1999-12-20 0,98 0,25 2000-03-15 0,96 0,50 2000-10-25 0,80 3,00 2001-04-05 0,97 0,25 2001-06-08 0,92 1,00 2002-03-12 0,95 1,00 2002-06-03 0,96 0,50 Szczegółowa tablica wyników obliczeń współczynnika korelacji liniowej Pearsona dla tych danych, przedstawia się w następujący sposób:

232 Załącznik B. Badanie wpływu podobieństwa wykresów szerokości... Śred. Od. r(x,y) r t p N Stała Nach. Stała Nach. std zal:y zal:y zal:x zal:x KS 0,93 0,06 KD 0,93 0,97-0,99 0,98-13,97 0,00003 7 15,26-15,34 0,99-0,06 Uzyskany wykres rozrzutu danych ma następującą postać:

B.2. Badanie odcinka położonego w km 149,100 163,600 toru nr 2 linii 3 233 B.2. Badanie odcinka położonego w km 149,100 163,600 toru nr 2 linii 3 B.2.1. Weryfikacja hipotezy o normalności rozkładu usterek

234 Załącznik B. Badanie wpływu podobieństwa wykresów szerokości... Hipoteza o normalności rozkładu badanych zmiennych została zweryfikowana pozytywnie.

B.2. Badanie odcinka położonego w km 149,100 163,600 toru nr 2 linii 3 235 B.2.2. Test t-studenta istotności różnic dla prób zależnych Data Śred. Od. N Różnica Od.std. t df p pomiaru std. średnich różnic 1998-03-27 0,28 1,24 1998-11-03-0,76 1,55 46013 1,04 0,71 314,82 46012 0,00 1998-03-27 0,28 1,24 1998-12-29-0,23 1,39 46013 0,51 0,58 189,01 46012 0,00 1998-03-27 0,28 1,24 1999-05-28 0,88 1,45 46013-0,60 0,56-230,97 46012 0,00 1998-03-27 0,28 1,24 1999-08-27 0,62 1,45 46013-0,34 0,67-108,89 46012 0,00 1998-03-27 0,28 1,24 1999-12-21 0,74 1,39 46013-0,45 0,66-148,63 46012 0,00 1998-03-27 0,28 1,24 2000-03-16 1,85 1,10 46013-1,57 0,53-632,17 46012 0,00 1998-03-27 0,28 1,24 2000-10-27 0,14 1,10 46013 0,14 0,52 59,40 46012 0,00 1998-03-27 0,28 1,24 2001-04-06 0,80 1,25 46013-0,51 0,49-222,48 46012 0,00 1998-03-27 0,28 1,24 2001-06-09 0,67 1,27 46013-0,39 0,50-165,50 46012 0,00 1998-03-27 0,28 1,24 2002-03-14 2,17 1,28 46013-1,89 0,52-775,91 46012 0,00 1998-03-27 0,28 1,24 2002-06-04 0,85 1,44 46013-0,57 0,84-145,05 46012 0,00 Dla każdej z par pomiarów odrzucamy hipotezę zerową o równości średnich usterek w szerokości toru. Kolejne pomiary różnią się statystycznie od siebie. B.2.3. Korelacje między pomiarami szerokości toru Pomiędzy pomiarem szerokości przyjętym jako bazowy a kolejnymi pomiarami szerokości toru uzyskano poniższe wartości współczynników korelacji liniowej Pearsona.

236 Załącznik B. Badanie wpływu podobieństwa wykresów szerokości... Kolejne pomiary Pomiar bazowy z dnia 1998-03-27 1998-11-03 0,90 1998-12-29 0,91 1999-05-28 0,93 1999-08-27 0,89 1999-12-21 0,88 2000-03-16 0,90 2000-10-27 0,91 2001-04-06 0,92 2001-06-09 0,92 2002-03-14 0,91 2002-06-04 0,81 Między pomiarem wykonanymi w dniu 1998-03-27 a każdym z następnych pomiarów zachodzi wysoka korelacja. B.2.4. Korelacja między współczynnikami korelacji w szerokości toru a korektą długości odcinka wprowadzoną podczas wyrównywania pomiarów Obliczenia przeprowadzono dla poniższych wartości współczynników korelacji liniowej Pearsona dla pomiarów szerokości toru oraz przesunięć znacznika sektora końcowego. Pomiar bazowy przeprowadzono dnia 1998-03-27 Data pomiaru Wsp. korelacji Pearsona Korekta długości [m] [KS] [KD] 1998-11-03 0,90 2,50 1998-12-29 0,91 2,50 1999-05-28 0,93 1,75 1999-08-27 0,89 3,50 1999-12-21 0,88 3,75 2000-03-16 0,90 2,25 2000-10-27 0,91 2,75 2001-04-06 0,92 2,00 2001-06-09 0,92 2,25 2002-03-14 0,91 2,25 2002-06-04 0,81 5,50

B.2. Badanie odcinka położonego w km 149,100 163,600 toru nr 2 linii 3 237 Szczegółowa tablica wyników obliczeń współczynnika korelacji liniowej Pearsona dla tych danych, przedstawia się w następujący sposób: Śred. Od. r(x,y) r t p N Stała Nach. Stała Nach. std zal:y zal:y zal:x zal:x KS 0,90 0,03 KD 2,82 1,07-0,96 0,93-10,86 0,0000 11 31,40-31,82 0,98-0,03 Uzyskany wykres rozrzutu danych ma następującą postać:

238 Załącznik B. Badanie wpływu podobieństwa wykresów szerokości... B.3. Badanie odcinka położonego w km 109,400 121,600 toru nr 2 linii 4 B.3.1. Weryfikacja hipotezy o normalności rozkładu usterek

B.3. Badanie odcinka położonego w km 109,400 121,600 toru nr 2 linii 4 239 Hipoteza o normalności rozkładu badanych zmiennych została zweryfikowana pozytywnie. B.3.2. Test t-studenta istotności różnic dla prób zależnych Data Śred. Od. N Różnica Od.std. t df p pomiaru std. średnich różnic 1998-04-16 2,83 0,88 1999-12-03 0,26 0,86 42403 2,57 0,57 922,71 42402 0,00 1998-04-16 2,83 0,88 2000-03-17 1,73 1,05 42403 1,10 0,88 259,16 42402 0,00 1998-04-16 2,83 0,88 2000-10-04 1,65 1,16 42403 1,18 1,08 223,99 42402 0,00 1998-04-16 2,83 0,88 2001-04-03 1,65 0,88 42403 1,19 0,75 325,28 42402 0,00 1998-04-16 2,83 0,88 2001-06-12 0,40 1,02 42403 2,43 0,76 654,80 42402 0,00 1998-04-16 2,83 0,88 2002-03-08 1,33 0,75 42403 1,50 0,58 534,43 42402 0,00 Dla każdej z par pomiarów odrzucamy hipotezę zerową o równości średnich usterek w szerokości toru. Kolejne pomiary różnią się statystycznie od siebie. B.3.3. Korelacje między pomiarami szerokości toru Pomiędzy pomiarem szerokości przyjętym jako bazowy a kolejnymi pomiarami szerokości toru uzyskano poniższe wartości współczynników korelacji liniowej Pearsona.

240 Załącznik B. Badanie wpływu podobieństwa wykresów szerokości... Kolejne pomiary Pomiar bazowy z dnia 1998-04-16 1999-12-03 0,78 2000-03-17 0,60 2000-10-04 0,46 2001-04-03 0,63 2001-06-12 0,69 2002-03-08 0,76 Między pomiarem wykonanymi w dniu 1998-04-16 a każdym z następnych pomiarów zachodzi wysoka korelacja. B.3.4. Korelacja między współczynnikami korelacji w szerokości toru a korektą długości odcinka wprowadzoną podczas wyrównywania pomiarów Obliczenia przeprowadzono dla poniższych wartości współczynników korelacji liniowej Pearsona dla pomiarów szerokości toru oraz przesunięć znacznika sektora końcowego. Pomiar bazowy przeprowadzono dnia 1998-04-16. Data pomiaru Wsp. korelacji Pearsona Korekta długości [m] [KS] [KD] 1999-12-03 0,78 3,00 2000-03-17 0,60 14,75 2000-10-04 0,46 18,75 2001-04-03 0,63 8,25 2001-06-12 0,69 5,00 2002-03-08 0,76 3,00 Szczegółowa tablica wyników obliczeń współczynnika korelacji liniowej Pearsona dla tych danych, przedstawia się w następujący sposób: Śred. Od. r(x,y) r t p N Stała Nach. Stała Nach. std zal:y zal:y zal:x zal:x KS 0,65 0,12 KD 8,79 6,58-0,96 0,92-6,78 0,0025 6 43,75-53,51 0,80-0,02

B.3. Badanie odcinka położonego w km 109,400 121,600 toru nr 2 linii 4 241 Uzyskany wykres rozrzutu danych ma następującą postać:

242 Załącznik B. Badanie wpływu podobieństwa wykresów szerokości... B.4. Badanie odcinka położonego w km 62,600 71,900 toru nr 1 linii 9 B.4.1. Weryfikacja hipotezy o normalności rozkładu usterek

B.4. Badanie odcinka położonego w km 62,600 71,900 toru nr 1 linii 9 243 Hipoteza o normalności rozkładu badanych zmiennych została zweryfikowana pozytywnie. B.4.2. Test t-studenta istotności różnic dla prób zależnych Data Śred. Od. N Różnica Od.std. t df p pomiaru std. średnich różnic 1997-11-13-3,57 1,50 1998-04-02-3,42 1,57 27609-0,15 1,13-22,09 27608 0,00 1997-11-13-3,57 1,50 1999-06-16-3,53 1,33 27609-0,04 0,83-7,04 27608 0,00 1997-11-13-3,57 1,50 1999-09-27-3,60 1,56 27609 0,03 0,98 5,83 27608 0,00 1997-11-13-3,57 1,50 2000-03-13-3,71 1,30 27609 0,14 0,92 24,64 27608 0,00 1997-11-13-3,57 1,50 2000-10-05-2,45 1,37 27609-1,12 1,01-184,85 27608 0,00 1997-11-13-3,57 1,50 2001-04-10-4,22 1,30 27609 0,65 0,77 139,00 27608 0,00 1997-11-13-3,57 1,50 2002-03-05-4,51 1,40 27609 0,94 0,81 193,67 27608 0,00 Dla każdej z par pomiarów odrzucamy hipotezę zerową o równości średnich usterek w szerokości toru. Kolejne pomiary różnią się statystycznie od siebie. B.4.3. Korelacje między pomiarami szerokości toru Pomiędzy pomiarem szerokości przyjętym jako bazowy a kolejnymi pomiarami szerokości toru uzyskano poniższe wartości współczynników korelacji liniowej Pearsona.

244 Załącznik B. Badanie wpływu podobieństwa wykresów szerokości... Kolejne pomiary Pomiar bazowy z dnia 1997-11-13 1998-04-02 0,73 1999-06-16 0,83 1999-09-27 0,80 2000-03-13 0,79 2000-10-05 0,76 2001-04-10 0,86 2002-03-05 0,85 Między pomiarem wykonanymi w dniu 1997-11-13 a każdym z następnych pomiarów zachodzi wysoka korelacja. B.4.4. Korelacja między współczynnikami korelacji w szerokości toru a korektą długości odcinka wprowadzoną podczas wyrównywania pomiarów Obliczenia przeprowadzono dla poniższych wartości współczynników korelacji liniowej Pearsona dla pomiarów szerokości toru oraz przesunięć znacznika sektora końcowego. Pomiar bazowy przeprowadzono dnia 1997-11-13 Data pomiaru Wsp. korelacji Pearsona Korekta długości [m] [KS] [KD] 1998-04-02 0,73 20,00 1999-06-16 0,83 10,25 1999-09-27 0,80 12,50 2000-03-13 0,79 15,00 2000-10-05 0,76 15,75 2001-04-10 0,86 5,00 2002-03-05 0,85 5,25 Szczegółowa macierz wyników obliczeń współczynnika korelacji liniowej Pearsona dla tych danych, przedstawia się w następujący sposób: Śred. Od. r(x,y) r t p N Stała Nach. Stała Nach. std zal:y zal:y zal:x zal:x KS 0,80 0,05 KD 11,96 5,55-0,98 0,96-10,73 0,0001 7 103,81-114,40 0,90-0,01

B.4. Badanie odcinka położonego w km 62,600 71,900 toru nr 1 linii 9 245 Uzyskany wykres rozrzutu danych ma następującą postać:

Załącznik C Badanie interwałów czasowych między kolejnymi pomiarami C.1. Analiza intensywności degradacji nawierzchni na wybranych odcinkach linii kolejowych C.1.1. Linia nr 3, tor 1, km 167,000 175,000 Charakterystyka odcinka Linia Warszawa Zachodnia Kunowice Szlak Barłogi Koło Prędkość maksymalna 160 km/h Szyny UIC60 Podkłady betonowe Przytwierdzenie SB3 Rok ułożenia 1992 Obciążenie linii ruchem: w roku 2001 13,7 Tg/rok w roku 2002 13,3 Tg/rok Zmiany wartości współczynnika J w poszczególnych pomiarach

248 Załącznik C. Badanie interwałów czasowych między kolejnymi pomiarami Intensywność degradacji między pomiarami wiosennymi wykonanymi w dniach 2001-04-05 i 2002-03-12 Kilometr J 2001 04 05 J 2002 03 12 Q J d [mm] [mm] [Tg] [mm] [mm/tg] 167,000 168,000 1,72 1,82 12,49 0,10 0,008 168,000 169,000 1,40 1,53 12,49 0,13 0,010 169,000 170,000 1,03 1,09 12,49 0,06 0,005 170,000 171,000 1,03 1,09 12,49 0,06 0,005 171,000 172,000 1,14 1,25 12,49 0,11 0,009 172,000 173,000 1,18 1,27 12,49 0,09 0,007 173,000 174,000 1,27 1,32 12,49 0,05 0,004 174,000 175,000 1,89 1,76 12,49-0,13-0,010

C.1. Analiza intensywności degradacji nawierzchni... 249 gdzie Q = 13, 7 12 9 + 13, 3 12 2 Intensywność degradacji między pomiarami letnimi wykonanymi w dniach 2001-06-08 i 2002-06-03 Kilometr J 2001 06 08 J 2002 06 03 Q J d [mm] [mm] [Tg] [mm] [mm/tg] 167,000 168,000 1,77 1,91 13,53 0,14 0,010 168,000 169,000 1,45 1,43 13,53-0,02-0,001 169,000 170,000 1,04 1,00 13,53-0,04-0,003 170,000 171,000 1,07 1,05 13,53-0,02-0,001 171,000 172,000 1,18 1,14 13,53-0,04-0,003 172,000 173,000 1,20 1,19 13,53-0,01-0,001 173,000 174,000 1,32 1,26 13,53-0,06-0,004 174,000 175,000 1,92 1,90 13,53-0,02-0,001 gdzie Q = 13, 7 12 7 + 13, 3 12 5 C.1.2. Linia nr 3, tor 1, km 195,000 204,000 Charakterystyka odcinka Linia Warszawa Zachodnia Kunowice Szlak Kołoi Konin Prędkość maksymalna 160 km/h Szyny UIC60 Podkłady betonowe Przytwierdzenie SB3 Rok ułożenia 1993 Obciążenie linii ruchem: w roku 2001 14,0 Tg/rok w roku 2002 13,6 Tg/rok

250 Załącznik C. Badanie interwałów czasowych między kolejnymi pomiarami Zmiany wartości współczynnika J w poszczególnych pomiarach