无线传感器网络如何为英国即将到来的铁路建设带来好处？
这个发明了蒸汽机的国家即将在铁路发展方面重新走上正轨。随着英国准备进行近年来最大的基础设施投资之一，数字技术可以帮助英国站在铁路创新的最前沿。在当前和未来的网络铁路控制期的维护、更新和改进支出的基础上，加上对Crossrail1号和2号项目的持续投资，未来十年将看到现金涌入Northern Powerhouse，连接北方的城市。
但铁路皇冠上的宝石是高速2号（HS2），它将成为英国最大的单一基础设施项目，因为它缩短了伦敦、伯明翰、曼彻斯特、东米德兰和利兹之间的旅行时间。会计师事务所BDO在其2019年3月的英国铁路基础设施概述中估计，这些项目将在未来十年增加2000亿英镑的投资，比过去10年的800亿英镑增加一倍以上。
当然，那是在COVID-19给英国经济的前景蒙上阴影之前。但有迹象表明，英国政府仍将尽可能地推进其铁路现代化计划。例如，9月，HS2项目高调开工，政府称该项目将创造22000个就业机会。由于公共财政受到COVID-19和英国脱欧的打击，这些项目按时按预算完成将比以往任何时候都更重要。
避免失败和事故
而这正是数字技术可以发挥重要作用的地方。任何重大基础设施项目的最大挑战之一是确保故障和事故不会使进展偏离方向。在长达数百英里的铁路上，了解轨道下的地面状况在这方面是至关重要的。地面运动和滑坡可以使项目脱轨，造成重大延误和成本。
为了解决这一问题，项目经理需要依靠岩土工程来解决，因为岩土工程结合了土壤和岩石力学，可以提供地下条件和材料的情况。这门学科在铁路项目中的重要性不容低估。例如，根据这项研究"了解地层及其带来的特定岩土工程风险对于成功交付 Crossrail 项目至关重要，该项目耗资 140-80 亿英镑，将建造横跨英国伦敦的伊丽莎白线东西向铁路。
如果项目开发商拥有充足和及时的地面条件数据，岩土工程风险就很容易控制。但由于一些原因，获得这些数据是具有挑战性的。
- 传感器的硬件和软件必须能够覆盖长距离的轨道和车站、隧道和关键区域的高密度传感器。
- 监测不会受到环境条件变化的影响，如植被生长或附近的建筑。
- 传感器系统需要能够在可能难以到达的地方操作，并受到高度振动的影响。
- 仅仅监测一个变量是不够的；轨道安全取决于一系列的参数。
- 在一些地区，监测系统可能无法获得外部电源。
- 维护费用很高，而且进入现场并不容易，所以必须将其减少到最低限度。
追踪一系列广泛的措施
通常情况下，铁路传感器系统采集地面运动，以确保轨道的稳定性和几何形状，发现地下故障，并检查周围结构的危险性，如堤坝、挡土墙和隧道。但是，传感器网络也可以用来跟踪一系列其他措施，如温度和湿度。而新一代的传感器网络技术正在将更多的好处加入到这个组合中。
长距离（LoRa）设备和网络系统可与各种传感器协议和技术集成，并配有易于使用的管理软件。用户界面允许工程师一次配置、监测和跟踪多个设备。这些系统是无线的、可靠的，其设备已通过国家铁路公司的认证，并具有内部天线的坚固设计。数据安全从设备一直延伸到云层。
它们在野外使用单个电池也可以持续10年，或者可以通过风力或太阳能套件供电。边缘和云计算连接管理选项也可使用，取决于与数据存储的首选距离。这种简单性、可扩展性和可靠性使LoRa成为工程服务供应商的首选技术，与人工监测或基于电缆的系统相比，可以大大节省费用。
工程公司正在意识到这些好处，并越来越多地以LoRa端到端系统的能力为基础赢得竞标。而LoRa传感器网络的价值并没有在铁路线进入运营后停止。可能影响建设项目的问题，如岩石坠落或缺乏垂直轨道排列，当它们发生在运营的铁路上时，可能更加严重。
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改善乘客安全
2020年8月，当一列火车在阿伯丁郡撞上大雨造成的山体滑坡后出轨时，这一事实被悲惨地带回了家。在这次事故中，有三人死亡。好消息是，如果LoRa网络在HS2等新铁路建设期间沿轨道安装，那么它们可以成为早期预警系统的基础，在铁路服务投入运营后改善乘客安全。
例如，在未来，这种系统可能会提醒列车操作员注意轨道条件的变化，这可能表明轨道上存在危险。它们还可以帮助维护团队确定可能有故障危险的轨道区域，从而在事故发生之前就可以进行预防性维护。
除了改善乘客的安全，这些系统还可以大大改善铁路的效率，同时降低成本。例如，基于传感器的状态和故障监测，可以使工程团队只关注真正需要关注的轨道部分，而不必为可能不需要的常规维护而减少服务。
适应多种多样的传感器
状态监测系统可以每30分钟左右收集一次轨道数据，并提供物理问题的早期预警，如轨道上的碎片通信干扰问题，如设备上的天线损坏。传感器系统可以测量轨道上的倾斜度（内轨和外轨之间的高差）和扭曲度（一段铁路上的倾斜度），这可能表明危险的不稳定性、落石、裂缝、沉降或孔隙水压力变化。
LoRa 网络平台（如 Worldsensing 的无线监控系统）完全可以提供此类服务，因为它们可以容纳越来越多的传感器类型和技术。此外，LoRa 是一项成熟的行业标准，预计在未来仍将长期存在。
在全球范围内，Worldsensing 平台已被用于奥地利的 Hieflau 隧道、德国的 U5 地铁线、瑞典的 Roslagsbanan 铁路、美国的紫线铁路以及新西兰的奥克兰城市铁路等大型项目。在英国，它帮助提高了 HS1 和 Crossrail 等项目的安全性。它还通过了用于 HS2 项目的认证。现在只需将传感器安装在地面上即可。
