IN THE FIELD  
Maintenance Magazine 138 – december 2017

WCM Awards for the best PhD-thesis 2017 

Mobiliseer de power van ‘crowd’ voor maintenance

“Het gebruik van de smartphone voor metingen wordt gigantisch”, verwacht Henk Akkermans, voorzitter van World Class Maintenance en lid van de jury die eind oktober de ‘WCM Award for the best PhD-thesis 2017’ toewees aan dr.ing. Fatjon Seraj. (*)

Eind juni verdedigde de 40-jarige Albanese computerwetenschapper zijn doctoraatsthesis aan de Universiteit van Twente: “Rolling Vibes, continuous transport infrastructure monitoring”. Daarin ontwikkelde hij een concept van ‘crowd sensing’ dat gebruik maakt van smartphones als sensoren om falen in infrastructuren (wegen, spoorwegen, fiets- en voetpaden,…) op te sporen. Maar je kan er ook gevaarlijke toestanden mee detecteren door het rijgedrag van chauffeurs te meten en te analyseren.

De sensoren en rekenkracht van smartphones

Moderne smartphones zijn voorzien van diverse sensoren, zoals trillingssensoren, gyroscopen, microfoon en GPS. Ze hebben niet alleen de sensoren maar ook de rekenkracht die de ruwe sensordata kan verwerken tot compacte stukken informatie vooraleer die voor nadere analyse elders gebruikt kunnen worden. “Op die manier verminderen we in hoge mate de data volumes en het energieverbruik.” En daarmee tegelijk de factuur die aan Amazon of Google moet betaald worden voor de data-opslag.

Er zijn diverse soorten meetsystemen om de conditie van infrastructuur te bepalen. Voor wegen is dat bijvoorbeeld de zogenaamde ARAN (Automatic Road Analyzer). Dat is een kleine vrachtwagen vol met meetapparatuur die de kwaliteit van het wegdek kan meten. “Een wegbeheerder stuurt dergelijke meetsystemen over geselecteerde wegdelen om te bepalen of die onderhoud nodig hebben. Meestal gebeurt dat slechts één keer per jaar. Doorgaans is dat echter al wanneer de baan flink beschadigd is, zoals bijvoorbeeld na een strenge winter. Met onze oplossing gebruiken we een normale smartphone met een speciale app die de conditie van de weg kan meten terwijl de gebruiker gewoon in zijn auto rijdt. Door vele metingen van enkele ritjes over een traject op een slimme manier te combineren, is het mogelijk om de toestand van de weg voortdurend te bepalen zodat je het wegdek kan herstellen nog voor de schade uitgelopen is.” Stel je voor dat een taxibedrijf in de stad de smartphones van zijn chauffeurs kan gebruiken voor dergelijke metingen. Zo heeft de stad een ‘live’-beeld van de toestand op zowat alle wegen in het gebied.

Innovatief ‘crowd sensing’ concept spoort falen in infrastructuren op met smartphones

Data meten op het spoor

Naast wegen kan de app ook andere soorten infrastructuur meten, zoals het treinspoor. EURailscout is het state-of-the-art systeem om de geometrie van de sporen te monitoren. Deze meettrein rijdt midden in de nacht over spoortrajecten en bepaalt met een uitgekiende en specialistische set van sensoren de kwaliteit van het treinspoor. “Maar meestal heb je die precisie niet nodig om te weten dat er op een bepaalde plek iets niet helemaal in orde is”, zegt Seraj, “Het tijdig kunnen detecteren van ‘veranderingen’ in de kwaliteit is eigenlijk veel belangrijker. Dat kan sneller en goedkoper door gebruik te maken van de telefoons van de gewone reizigers op het spoor.”

Op het spoor kunnen veel componenten falen: de wielen, de rollagers van de wagon, de rails, dwarsliggers, de bovenleidingen,… “Het detecteren van verschillende schades is niet eenvoudig. De smartphone pikt bovendien veel ‘ruis’ op, trillingen, elke beweging in iedere richting,… Het signaal moet eerst gefilterd worden. De ruis moet er uit.” Dat gebeurt allemaal in de smartphone zelf. “Centraal zou je de massa ruwe data niet eens kunnen behappen”, aldus Seraj.

Bovendien kan jou smartphone ook de smartphones van andere passagiers ‘aanvoelen’ en ermee communiceren via ‘opportunistic beacon networking’. “Samen kunnen die toestellen nog beter beslissen of er op een bepaalde plek al dan niet een anomalie was. Samen verminderen ze de onzekerheid van een meting en trekken ze de precisie op. Die ‘opgekuiste’ data worden dan naar een centrale computer gestuurd.”

Dynamic maintenance

De idee ontstond in Albanië toen hij dagelijks naar de hoofdstad pendelde en zich ergerde aan de lamentabele staat van de wegen. “Waarom onderhouden ze die niet beter, vroeg ik me af. Toen kreeg ik het idee. Als ik het kan voelen, dan mijn smart-phone ook.” Zes jaar geleden kwam hij naar Nederland aan de Universiteit van Twente. “Met deze techniek kan eenieder een monitoringsysteem op de smartphone ontplooien”, zegt Seraj. De grote uitdaging? “Je moet de correlatie maken tussen de smart-phone en de specifieke fenomenen die je wilt meten.”

Met advanced signal processing en machine learning wist hij de onnauwkeurigheid van de metingen weg te werken om vrij accuraat de kwaliteit en schade van weg en spoor te bepalen. De informatie van de sensoren van de smartphone wordt eerst lokaal verwerkt via wavelet decomposition methodes, het berekenen van de nuttige features en clusteren. Een en ander wordt op verschillende manieren nog gecompenseerd. “Het algoritme spoort ook nog eens automatisch op welk transportmiddel je gebruikt. Het is uiteindelijk wel een redelijk complex product, met vele modules… maar het werkt goed.”

Hiermee belandde Seraj, die deel is van de Pervasive Systems research group aan de Universiteit van Twente, uiteindelijk in ‘dynamic maintenance’. Momenteel sleutelt hij aan verschillende projecten. Voor de provincie Noord-Holland werkt hij aan een oplossing om met zijn technologie ‘gevaarlijke situaties’ op de weg aan te wijzen. Hij werkt ook samen met het bouw- en spoorbedrijf Strukton om de kwaliteit van de spoorwegen met deze alternatieve methode in real-time te kunnen meten.<<

door Luc De Smet

(*) World Class Maintenance wees als ex aequo PhD Minou Olde Keizer aan met haar proefschrift voor de Rijksuniversiteit Groningen: “Condition-based maintenance for complex systems. Coordinating maintenance and logistics planning for the process industries.”