铁路工务基础设施原位检测监测技术现状与展望

铁路工务基础设施原位检测监测技术现状与展望

郭鹏

国家能源包神铁路集团神朔铁路分公司， 陕西 神木 719300

摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，铁路工务基础设施是保障铁路安全运营的重要因素，随着我国铁路行业的高速发展，铁路基础设施运维被赋予了更高要求。对现有铁路工务基础设施原位检测监测技术与系统进行分析，介绍相关的典型检测监测技术与评估系统，包括路基、桥梁、隧道、轨道和站房等专业，以及基于遥感和卫星定位技术的检测监测技术，并对铁路工务基础设施检测监测技术进行展望。研究表明：以信息技术为支撑的智能养护维修和多属性多角度的综合探测技术是铁路工务基础设施原位检测监测技术未来的发展方向。

关键词：铁路工务；基础设施；检测监测

引言

随着信息技术的飞速发展与业务数据的不断积累，国内外各行各业在数据应用之前都面临着对数据进行综合治理的实际问题。近年来，数据成为一种无形资产的概念逐渐深入人心，数据综合治理和数据资产管理的重要性也愈发凸显。

1概述

基础设施是保障铁路运输的基础，是决定运输能力、质量、效率水平的关键因素，为满足列车高速运行和繁重的运输任务，必须采用先进的管理理念和技术手段加强检测监测和养护维修工作，以全面掌握基础设施运用状态和变化规律。多年来，我国基础设施检测监测工作对掌握设备变化规律、及时消除病害、指导维修生产起到了极其重要的作用，但面对新形势下铁路高质量、高水平发展和提质降本增效要求，在检测监测智能化、状态评价方法、大数据分析、信息化、专业化等方面仍存在若干制约铁路基础设施检测监测可持续发展的瓶颈。随着我国高速铁路服役时间的增加，出现无砟轨道基础变形、轨道板上拱、隧道空洞掉块、路基沉降、弹条连续折断、钢轨折断、道岔转换故障、信号电路设计隐患、接触网零部件松脱等突出问题，养护维修工作量持续增长。

2铁路工务基础设施原位检测监测技术现状与展望

2.1构建检测监测大数据平台

按照国铁集团大数据总体规划，依托中国铁路主数据中心构建全路共享通用的基础设施检测监测数据管理和智能化分析平台。一是丰富平台数据资源，由国铁集团检测中心组织归集检测监测数据、维修数据、病害样本数据、基础设施台账数据、环境气候数据等，形成区块链接、互联互通的数据信息传输网络，实现国铁集团、铁路局集团公司、站段三级管理架构的数据平台，破除数据壁垒，化解信息孤岛，提高数据资源共享程度，提升数据管理的信息化水平。二是强化数据治理，规范基础设施全生命周期检测监测数据采集、传输、存储、共享机制，统一数据接口规范和管理标准，实现重点病害整治等信息跟踪和分析结果的推送服务。三是规范三专业故障分级分类描述定义，开展建立各类伤损病害知识图谱库，在数据平台中融入大数据集成分析算法库和人工智能等技术手段，深度挖掘检测数据价值，提升数据运用智能化程度，实现设备故障诊断和预判预警，为基础设施设备全寿命健康管理提供数据支撑和维修决策支持。

2.2数据完整性评估

数据完整性通常指归集存储的检测数据的所有数据值均应处于完整的状态，如果数据中缺少了某些数据值，例如检测系统在死机重启后部分数据未正常采集，则该数据集丧失了部分完整性。由于铁路基础设施检测数据通常以一定的时间或空间采样频率进行采样，例如：轨道几何和接触网几何检测数据的空间采样频率通常为0.25m，可结合线路的台账信息，估算出检测数据文件的样本数量，再与实际检测数据的样本量进行比较，定义阈值ε，一旦比较结果超过定义的阈值，则认为检测数据完整性缺失，并可量化评估检测数据的完整性。

2.3轨道状态长期监测技术

轨道状态长期监测基于地面检测监测设施和综合检测车的车地一体监测系统，可以较为全面的获取轨道基础设施服役状态。监测系统主要包括轨道安全性和稳定性在线监测子系统，其中安全性监测子系统可对列车通过监测地点时的脱轨系数、减载率和轮轴横向力等安全参数开展监测；稳定性监测子系统可对环境温度、轨温、轨道累积位移、长大梁梁缝和钢轨伸缩应力等参数监测。

2.4智能检测监测技术

智能检测监测技术重点围绕以下方面开展：一是开展第二代高速综合检测列车和短编组高速综合检测列车研制，丰富检测功能，研发高精度时空同步、基于5G远程车-地交互和病害智能实时诊断的检测系统，进一步提高集成度、安全性和智能化水平，具备检测结果与设备管理单位的远程实时交互、在线诊断服务和安全预警等功能。二是深化工电供设备外观状态巡检技术研究，扩展检测项目、提高检测速度，建立缺陷样本库，利用人工智能技术提升智能巡检水平，实现机器分析为主、人工确认为辅的病害分析和诊断系统。三是研究搭载式检测设备和运营车辆的融合技术，突破检测设备高可靠、易维护、检测数据实时传输等技术，实现基础设施状态高频度安全监测。四是加快推进高铁沿线风、雨、雪、地震、滑坡和异物侵限等灾害监测技术，以及桥梁、隧道、道岔等特殊结构基础设施监测技术研究和应用，提升实时监测系统技术性能，提高安全预警准确性、时效性。最终通过检测监测设备统型、功能融合、关键技术突破、检测模式创新等手段，增加提高劳动效能的方法和手段，逐步减少人工检查工作量。

2.5站房检测监测技术

车站站房服役能力评估主要包括日常巡查、周期检测和重点监测三大部分，构建站房检测监测数据管理平台和相应的智能评估系统。站房状态评估包括站房结构健康状态评估、雨棚结构振动响应评估、天桥结构振动响应评估、车体站台间隙检测监测评估等4项评估。通过深度分析站房、雨棚、天桥、车体站台间隙等现场检测监测数据，基于站房结构设计和维护理念，充分考虑列车风影响，掌握车站结构服役状态规律，对站房结构的安全性与正常使用功能进行评价与预警，向管理者、使用者及主要管理部门提供相关信息。

2.6规范标准

规范标准是推动检测监测体系高质量开展建设的基础，是确保检测监测体系能够持续高效运转的重要支撑条件，现有的部分高速铁路基础设施检测监测规章制度、专业维修规则、检测监测设备技术条件、设备状态评价标准、检测监测装备运用管理等规范标准多发布于我国高速铁路建设初期，未随着铁路改革及高速铁路技术的发展和进步更新或修订。

结语

交通强国，铁路先行，安全保障，科技先行。在新技术快速发展的推动下，铁路工务基础设施原位检测监测技术迈入快速发展的新阶段。为了保障铁路运营安全，预防和避免工务基础设施故障，需发展以信息技术为支撑的铁路工务基础设施服役状态的智能化原位检测监测技术体系。探索了多属性、多角度的综合探测技术在铁路工务基础设施检测监测中的应用，对铁路路基、桥梁、隧道、轨道和站房等基础设施的各项指标进行测试，通过统一的数据平台对各项数据进行汇总集中管理和综合分析评估，可掌握铁路工务基础设施的整体服役状态。同时，空天技术也将成为铁路基础设施监测的有力工具，通过各项技术的研究、发展、联合、融会贯通，最终形成“空-天-车-地”四位一体的铁路工务基础设施全方位、全时段检测监测技术体系，为推进我国工务基础设施的智能检养修提供了技术支撑。

参考文献

［1］交通运输部.2020年交通运输行业发展统计公报［N］.中国交通报，2021-05-19（002）.

［2］胡永新.铁路沿线设施无线监测系统的研究与设计［D］.兰州：兰州交通大学，2014.