СИСТЕМА ОПРДЕЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ РЕЛЬСОВОГО ПОЛОТНА ТРАНСПОРТНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ

АННОТАЦИЯ

В статье представлена разработка системы мониторинга рельсового полотна, объединяющая аппаратную платформу Arduino для сбора данных и мобильное приложение на языке Kotlin для их отображения. Рассматривается принцип построения архитектуры системы, подключение сенсоров, организация передачи данных через Wi-Fi, а также особенности проектирования мобильного интерфейса. Подчёркивается практическая значимость разработки для повышения безопасности и надёжности транспортной инфраструктуры.

Ключевые слова: Arduino, Kotlin, мониторинг дефектов, рельсовое полотно, транспортная безопасность, мобильное приложение, Wi-Fi.

В современном железнодорожном транспорте безопасность движения напрямую зависит от состояния рельсового полотна. Нарастающие нагрузки и интенсивность перевозок диктуют необходимость постоянного мониторинга технического состояния путей. Решение этой задачи требует внедрения технологий, способных обеспечивать регулярный сбор данных, их оперативную обработку и удобное отображение результатов для специалистов.

В рамках разработки была предложена система, в которой сочетаются доступные аппаратные и программные средства. Аппаратная часть решения базируется на плате Arduino Uno, известной своей надёжностью и простотой в использовании. Программирование микроконтроллера осуществляется через Arduino IDE — интегрированную среду разработки, обеспечивающую удобный процесс написания, редактирования и загрузки кода.

В состав аппаратной платформы входят два ключевых сенсора. Датчик расстояния HC-SR04 предназначен для измерения дистанции до рельсового полотна в диапазоне от 2 см до 4 метров с высокой точностью ±3 мм. Его задача — выявлять деформации и смещения рельсов, которые могут указывать на потенциальные дефекты. Датчик вибраций SW-420 позволяет фиксировать механические колебания, возникающие при нагрузках на рельсы. Благодаря высокой чувствительности и компактности, данный сенсор легко интегрируется в конструкцию системы и оперативно сигнализирует о возможных проблемах.

Для беспроводной передачи собранных данных используется Wi-Fi модуль ESP8266, который обеспечивает стабильное соединение с сервером. Модуль поддерживает основные протоколы TCP/IP, что делает его универсальным инструментом для интеграции в любые современные сети. Вся передача данных организована через сокет-соединение TCP, позволяющее поддерживать постоянную, двустороннюю связь между устройствами.

Передача данных осуществляется в формате JSON — лёгком и универсальном формате обмена информацией, который одинаково хорошо обрабатывается как людьми, так и машинами.

Особое внимание уделено экономии электроэнергии. Работа сенсоров организована с оптимизированным расписанием: данные от датчика расстояния отправляются раз в 8 часов, тогда как данные от датчика вибраций — каждые 30 секунд. Такой подход значительно увеличивает время автономной работы системы.

Важной частью решения стало создание удобного и эффективного мобильного приложения, разработанного на языке программирования Kotlin, который отличается лаконичным синтаксисом и высокой безопасностью типизации. Kotlin был выбран как основной язык разработки благодаря своей полной совместимости с платформой Android и поддержке современных архитектурных подходов.

Приложение построено с использованием архитектурного паттерна MVVM (Model-View-ViewModel). Этот подход позволяет чётко разделить визуальную часть интерфейса, бизнес-логику и управление данными, что значительно упрощает как тестирование, так и дальнейшую доработку системы. Например, любые изменения в логике отображения данных не затрагивают код модели, а серверные изменения не требуют переписывания пользовательского интерфейса.

Пользователь сразу после запуска приложения попадает на главный экран, где представлены основные категории дефектов: «Вибрации» и «Расстояние». Кнопки с иконками позволяют быстро перейти к деталям, таким как дата и время измерения и числовой показатель. Внизу — навигационная панель, с которой можно перейти в список уведомлений или категории дефектов.

Каждое уведомление содержит дату обнаружения дефекта, тип дефекта и числовой показатель — например, превышенное значение вибрации. Это позволяет пользователю, быстро оценить ситуацию и принять меры. Поиск и фильтрация реализованы через понятный текстовый ввод и выпадающие списки.

Большим плюсом является настройка уведомлений: пользователь может выбрать, какие категории дефектов отслеживать, включить только критические события или полностью отключить уведомления.

Приложение не требует высокой производительности устройства, а интерфейс адаптирован под различные диагонали экранов. За счёт асинхронной обработки данных и лёгкой архитектуры оно работает плавно и стабильно даже при нестабильном соединении.

Таким образом, мобильное приложение в системе играет не просто роль визуализации — оно становится инструментом принятия решений.

Созданная система демонстрирует высокую эффективность в решении задачи мониторинга состояния рельсового полотна. Её основные преимущества — мобильность, автономность, простота установки и эксплуатации. Автоматизация процессов диагностики позволяет не только повысить скорость выявления дефектов, но и существенно сократить расходы на технические осмотры и ремонтные работы.

Таким образом, предложенная разработка открывает широкие перспективы для повышения безопасности железнодорожного транспорта, а также для дальнейшего развития цифровых решений в области управления транспортной инфраструктурой.

Список литературы:

1. Колесников А.В., Петров С.Н. Микроконтроллеры Arduino в практике разработчика: учеб. пособие. М.: ДМК Пресс, 2020. — 256 с.
2. Бондаренко А.И. Основы программирования на Kotlin: учеб. пособие. СПб.: Питер, 2021. — 304 с.
3. Иванов С.П. Применение JSON формата в мобильных и сетевых приложениях // Программные продукты и системы. — 2020. — № 1. — С. 31–36.