高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施綜合檢測監(jiān)測技術(shù)探討

姚 冬，陳東生，陶 凱，楊 飛，王燕國

(1.中國國家鐵路集團有限公司工電部，北京 100844；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司基礎(chǔ)設(shè)施檢測研究所，北京 100081)

引言

自2008年中國進入高鐵時代至今已11年，過去五年新增鐵路營業(yè)里程和投產(chǎn)高鐵里程均創(chuàng)歷史最高紀錄，截至2019年底全國鐵路運營里程13.9萬km，其中高鐵3.5萬km。從規(guī)模質(zhì)量上看，我國擁有世界上發(fā)達的鐵路網(wǎng)和高鐵網(wǎng)；從技術(shù)水平上看，運用了先進的工電技術(shù)；從設(shè)備維護上看，初步構(gòu)建了科學有效的維護管理體系。

近年來，面對路網(wǎng)規(guī)模擴大、維修支出增加、經(jīng)營壓力加大的挑戰(zhàn)，維修部門越來越重視科學維護和降本增效，努力提高維修養(yǎng)護的效率和經(jīng)營管理效益，開始積極推行機械化維修和集中修，生產(chǎn)管理模式由粗放式向精細化、集約化發(fā)展。但是“提質(zhì)增效”仍然是維修管理中最薄弱的環(huán)節(jié)，維修部門還未按照“市場意識、競爭意識、效益意識、成本意識”考察投入產(chǎn)出比和投資回報率；設(shè)備等級管理、等級差異化維修還處于摸索階段。鑒于上述情況，隨著鐵路國鐵集團推進高鐵綜合維修生產(chǎn)一體化改革，有必要按照“資源集中，統(tǒng)一管理調(diào)配使用”原則，從系統(tǒng)融合角度探討高鐵基礎(chǔ)設(shè)施綜合維修管理技術(shù)發(fā)展。

1 鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測監(jiān)測技術(shù)概況[1-10]

1.1 國外鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測監(jiān)測技術(shù)

鐵路發(fā)達國家積極探索利用高新技術(shù)提高基礎(chǔ)設(shè)施檢測能力和效率，研制開發(fā)具有綜合性、高精度、高速度、高智能、高可靠性的檢測設(shè)備，檢測和維修管理技術(shù)實現(xiàn)了重大飛躍。

1.1.1 日本

日本新干線除采用East-i綜合檢測車對線路進行綜合檢測外，還在綜合檢測車前方和地板下部安裝攝像裝置，結(jié)合定期的軌道檢測數(shù)據(jù)，進行垂直和斜向拍攝，采集扣件、夾板螺栓和鋼軌圖像，將數(shù)據(jù)傳送到維護工區(qū)的數(shù)據(jù)庫，利用專用圖像生成軟件，檢查軌道部件狀態(tài)。此外，日本利用隧道檢查設(shè)備對隧道內(nèi)部缺陷進行探測，對隧道表面裂紋、損傷等進行拍攝檢查。

新干線維修保養(yǎng)工作是在COSMOS系統(tǒng)(計算機綜合管理系統(tǒng))的統(tǒng)一管理下進行的。維護作業(yè)管理系統(tǒng)是COSMOS系統(tǒng)的子系統(tǒng)之一，是綜合維修體制的重要體現(xiàn)和支撐系統(tǒng)。檢測數(shù)據(jù)上傳到中央計算機，在此進行數(shù)據(jù)處理分析，生成維修計劃。然后將處理數(shù)據(jù)傳輸給維修工區(qū)計算機終端，并將檢測數(shù)據(jù)輸出成圖表來指導維修作業(yè)。同時，維修工區(qū)會將復(fù)測數(shù)據(jù)反饋給運行本部。

1.1.2 法國

法國利用綜合檢測列車(IRIS 320型)對高速鐵路的軌道、通信信號、接觸網(wǎng)等進行等速綜合檢測；利用檢測車(Mauzin型)進行鐵路線路軌道幾何狀態(tài)的檢測；利用檢測車(Mélusine型)在300km時速下定期對TVM軌道電路特性、軌道對列車的無線電系統(tǒng)、軌道幾何狀態(tài)、受電弓及接觸網(wǎng)的工作狀態(tài)等進行檢測。利用接觸網(wǎng)檢測車(VZC172型)定期進行接觸網(wǎng)靜態(tài)特征記錄工作(運行速度為160 km/h，檢測速度為50 km/h)，可以實現(xiàn)自動測量接觸線厚度、記錄接觸網(wǎng)動態(tài)性能(偏移及接觸線高度)、受電質(zhì)量(自動探測電弧)，以及可能出現(xiàn)的障礙和受電弓在接近最高限速時的異常沖擊等。利用通信信號檢測車(HELENE型)以200 km時速進行巡回檢測信號和通信系統(tǒng)，包括UM71軌道電路的特性、檢測補償裝置、電氣絕緣節(jié)的質(zhì)量(縱向和橫向干擾)、牽引回流失衡、信息定時發(fā)送器、地對車無線通訊設(shè)備。此外，還利用不同超聲波器材定期檢測軌道內(nèi)部問題；部署固定監(jiān)測裝置對高速鐵路沿線的固定設(shè)施、移動設(shè)備、自然災(zāi)害和侵入限界等進行監(jiān)測；根據(jù)任務(wù)需要，利用搭載高清相機、3D激光等傳感器的無人機采集沿線細節(jié)信息，并采用專業(yè)軟件進行數(shù)據(jù)處理和綜合分析。

法國高速鐵路的遠程監(jiān)測和輔助診斷系統(tǒng)能連續(xù)監(jiān)測基礎(chǔ)設(shè)施的運轉(zhuǎn)并能定期進行數(shù)據(jù)分析，以便監(jiān)測運轉(zhuǎn)異常并發(fā)出實施相應(yīng)預(yù)防性維修的工作指示，可以大大減少事故處理時間。如法國高速鐵路道岔安裝的道岔監(jiān)測裝置，可以監(jiān)測道岔的最小輪緣槽、密貼間隙、轉(zhuǎn)換力、動作桿位移、基本軌和轍叉心磨耗、鋼軌溫度等各種數(shù)據(jù)和道岔環(huán)境數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場采集的這些道岔信息通過網(wǎng)絡(luò)傳送到維修中心，進行數(shù)據(jù)處理和儲存，為高速道岔維護和使用提供數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)對道岔設(shè)備的狀態(tài)修。

法鐵利用Timon系統(tǒng)對基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)進行分析，不斷累積數(shù)據(jù)，目前Timon已經(jīng)累積了30多年的基礎(chǔ)設(shè)施檢測及養(yǎng)護維修數(shù)據(jù)。基于上述數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘理論及數(shù)據(jù)綜合分析方法，分析線路狀態(tài)，預(yù)測基礎(chǔ)設(shè)施演變規(guī)律，并將分析及預(yù)測結(jié)果作為養(yǎng)護維修的基礎(chǔ)。

1.1.3 德國

德國鐵路利用軌道檢查車、鋼軌探傷車、接觸網(wǎng)檢測車等專業(yè)檢測裝備對軌道幾何、鋼軌傷損與磨耗、接觸網(wǎng)、限界等進行檢測。德國鐵路在基礎(chǔ)設(shè)施管理的合理化和現(xiàn)代化方面投入大量資金，建立了一個統(tǒng)一的組織化的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)DB-GIS。通過DB-GIS，基礎(chǔ)設(shè)施管理機構(gòu)以及外部承包商可以更快捷地存取基礎(chǔ)設(shè)施的詳細信息、大量技術(shù)和圖像信息，簡化了基礎(chǔ)設(shè)施的維護和管理。Geo系統(tǒng)就是基礎(chǔ)設(shè)施大地測量數(shù)據(jù)系統(tǒng)，包括線路地理信息系統(tǒng)(GIS)、地圖形式GIS、德國鐵路GIS和限界數(shù)據(jù)系統(tǒng)(LIRA)。

1.1.4 美國

美國鐵路采用智能技術(shù)措施進行固定設(shè)備安全管理。美國鐵路每年投入約250億美元，通過新技術(shù)全面監(jiān)控鐵路機車、車輛及線路等系統(tǒng)工作狀態(tài)，覆蓋2.8萬輛機車、140萬車輛，采用的技術(shù)從路基探測雷達涵蓋到各類工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器。在移動設(shè)備及固定設(shè)備安全監(jiān)測與管理方面，普遍采用無人機、超聲波、激光、紅外、聲學等智能傳感及動態(tài)監(jiān)測技術(shù)，對機車、車輛、鋼軌、線路(路基、道床)、橋梁等設(shè)備及其關(guān)鍵部件技術(shù)狀態(tài)進行監(jiān)測，將安全監(jiān)測數(shù)據(jù)與設(shè)備運用、維修、養(yǎng)護及基礎(chǔ)信息進行融合處理、分析，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的安全隱患，依據(jù)設(shè)備技術(shù)狀態(tài)進行預(yù)防式維修養(yǎng)護，既節(jié)約維修成本，又可避免事故發(fā)生。此外，采用無人機檢測手段進行鐵路橋梁健康監(jiān)測與管理，可對采集圖形進行智能識別，提高檢測效率；采用超聲波技術(shù)檢測軌道，實時采集氣象環(huán)境信息；所有信息通過IOT平臺進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，為后期的預(yù)測分析奠定基礎(chǔ)。

美國聯(lián)邦鐵路局FRA與各鐵路公司共享數(shù)據(jù)，雙方擁有獨立的檢測設(shè)備，數(shù)據(jù)中心可以協(xié)調(diào)各公司以獲得最佳運輸模式與線路安排。AAR收集的各類數(shù)據(jù)包括列車運行檢修情況、貨物運輸情況、列車徑路安排、檢測記錄的缺陷及故障處理、鋼軌磨損情況、鋼軌損失和運輸調(diào)度計劃等信息。AAR有專門的IT人員負責對收集的大數(shù)據(jù)進行分析處理，從而實現(xiàn)預(yù)測設(shè)備剩余壽命、優(yōu)化線路設(shè)計方案；線路故障情況下自動設(shè)計列車迂回線路、制定設(shè)備主動維修策略、自動提醒第三方廠商保養(yǎng)維修機車車輛。當前AAR主推的大數(shù)據(jù)和信息化的一個典型案例就是AHSI系統(tǒng)。AHSI以減少機車車輛故障、提高檢測檢修質(zhì)量、提升運輸效率為目標，這些目標通過固定資產(chǎn)信息管理、E-train、檢測檢修質(zhì)量控制、MRR(鐵路維修機械管理)等幾個子系統(tǒng)實現(xiàn)。AHSI最終目的旨在實現(xiàn)對列車運行的全過程實時追蹤，以實現(xiàn)對列車和線路安全風險的全方位防控。

綜上所述：世界鐵路發(fā)達國家均采用綜合檢測車、專業(yè)檢查車對高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施進行全面、周期檢測；同時在沿線部署固定在線監(jiān)測裝置，實現(xiàn)固定設(shè)施、移動設(shè)備、自然災(zāi)害和侵入限界等的安全監(jiān)測；還積極利用無人機、超聲波、激光、紅外、聲學等智能傳感及動態(tài)監(jiān)測技術(shù)，對基礎(chǔ)設(shè)施及其關(guān)鍵部件技術(shù)狀態(tài)進行檢測監(jiān)測。

與此同時，世界鐵路發(fā)達國家搭建統(tǒng)一的綜合信息管理分析平臺，匯集所有檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行處理分析用于指導養(yǎng)護維修，以及提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備運用存在的安全隱患，依據(jù)設(shè)備技術(shù)狀態(tài)進行預(yù)防式維修養(yǎng)護，既節(jié)約維修成本，又可避免事故發(fā)生。除此之外，基于上述數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘理論及數(shù)據(jù)融合分析方法，分析線路狀態(tài)，預(yù)測基礎(chǔ)設(shè)施演變規(guī)律，并將分析及預(yù)測結(jié)果作為養(yǎng)護維修的基礎(chǔ)。

1.2 國內(nèi)鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測監(jiān)測技術(shù)

綜合巡檢車已經(jīng)具備軌道外觀、接觸網(wǎng)部件、電務(wù)軌旁設(shè)備和線路限界的綜合巡檢。定期將單節(jié)的軌道檢查車、接觸網(wǎng)檢測車和電務(wù)檢測車掛在旅客列車后，可以對基礎(chǔ)設(shè)施進行動態(tài)檢測。為進一步提升檢測效率，鐵路局每季度將軌道檢查車、接觸網(wǎng)檢測車、電務(wù)檢測車等專業(yè)檢測車聯(lián)掛檢測。在運營動車組或電力機車上搭載的檢測裝置包括車載式線路檢查儀、接觸網(wǎng)運行狀態(tài)檢測裝置(3C)等。此外，還有便攜式線路檢查儀、接觸網(wǎng)安全巡檢裝置(2C)、工務(wù)添乘作業(yè)保障系統(tǒng)等添乘檢查輔助裝置。固定在線監(jiān)測裝置面向周邊環(huán)境、防災(zāi)、防斷等安全監(jiān)控需求，比如在鐵路沿線部署的防災(zāi)在線監(jiān)測和綜合視頻裝置，能夠監(jiān)測異物侵限、山體滑坡、泥石流、地震等地質(zhì)災(zāi)害。當前固定在線監(jiān)測系統(tǒng)按專業(yè)隔離，發(fā)現(xiàn)的問題處置管理也分散在各個信息系統(tǒng)內(nèi)，缺少統(tǒng)一平臺實施安全監(jiān)管；有必要整合各專業(yè)檢測監(jiān)測需求，統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)，規(guī)范數(shù)據(jù)發(fā)布內(nèi)容和格式，建立統(tǒng)一共享的數(shù)據(jù)管理平臺。現(xiàn)場人工利用小型儀器檢查或人工觀測工作量大、分散，機械化和電子化程度低，占用人工較多。在站線、支線等動態(tài)檢測車輛不便全覆蓋的檢測線路，應(yīng)以綜合性的地面檢測小車為主要檢測工具，作為動態(tài)檢測車輛的必要補充，并作為現(xiàn)場復(fù)核的重要工具。綜合性地面小型檢測儀器應(yīng)集成里程定位設(shè)備，并實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的電子存儲、數(shù)據(jù)導出等功能。此外，地面小型檢測儀器的生產(chǎn)制造商多元，存在產(chǎn)品質(zhì)量和規(guī)格差異；儀器日常維護和檢定不到位，工作狀態(tài)難以保證；檢測數(shù)據(jù)發(fā)布內(nèi)容和格式不一致，雖然符合技術(shù)條件規(guī)定，但與現(xiàn)場需求還有差距。

當前，鐵路信息化基礎(chǔ)設(shè)施相對落后。如果把“網(wǎng)絡(luò)”比作發(fā)展實體經(jīng)濟的“高速公路”，那么要發(fā)展信息化、促進兩化融合，必須加強、加快鐵路信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。鐵路局工務(wù)、供電、電務(wù)專業(yè)的信息化基礎(chǔ)設(shè)施，如機房、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲需要集中規(guī)劃和建設(shè)。工務(wù)專業(yè)以“鐵路工務(wù)安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)”為頂層架構(gòu)，逐步推進工務(wù)專業(yè)數(shù)據(jù)管理的規(guī)范化和統(tǒng)一化；供電專業(yè)以6C數(shù)據(jù)中心為頂層架構(gòu)，實現(xiàn)對6C系統(tǒng)各裝置檢測數(shù)據(jù)的集中匯集處理，但目前部分站段還處于建設(shè)階段；電務(wù)、房建專業(yè)缺少統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。同時，各專業(yè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)還與生產(chǎn)指揮系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)等存在信息隔離的問題，形成了信息孤島。大數(shù)據(jù)時代已經(jīng)到來，數(shù)據(jù)已經(jīng)成為重要的生產(chǎn)因素。目前，各專業(yè)檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)還處于人工匯總、統(tǒng)計分析、分類展示的初級數(shù)據(jù)分析階段。各專業(yè)檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)分析人員還缺乏大數(shù)據(jù)分析意識，各數(shù)據(jù)分析平臺缺少大數(shù)據(jù)分析架構(gòu)設(shè)計，各專業(yè)缺少對大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用探索，不能有效提煉出海量的檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)中的寶貴價值[11-12]。

2 鐵路綜合檢測監(jiān)測技術(shù)體系創(chuàng)新

2.1 綜合檢測監(jiān)測技術(shù)

隨著工電供專業(yè)檢測融合發(fā)展，檢測設(shè)備研發(fā)機構(gòu)需要進一步整合檢測監(jiān)測設(shè)備搭載平臺，持續(xù)提升檢測設(shè)備集成化和標準化水平。我國鐵路基礎(chǔ)設(shè)施綜合檢測技術(shù)裝備包括綜合檢測列車(350 km/h級和250 km/h級)、綜合巡檢車、專業(yè)檢查車、搭載式檢測裝置、固定監(jiān)測裝置、小型檢查儀器和添乘輔助裝置。見圖1。

圖1 鐵路基礎(chǔ)設(shè)施綜合檢測技術(shù)裝備裝置

2.1.1 綜合檢測車[13-14]

綜合檢測車車載基礎(chǔ)設(shè)施檢測系統(tǒng)改進方向如下：①應(yīng)遵循標準化、模塊化、集約化、小型化等設(shè)計原則，提高車載基礎(chǔ)設(shè)施檢測系統(tǒng)的集成度、可靠性和可維護性。②提高車載基礎(chǔ)設(shè)施檢測系統(tǒng)對惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力；滿足高寒運用要求，具備短期高海拔運用能力，滿足長期振動環(huán)境使用需求。③提高車載基礎(chǔ)設(shè)施檢測系統(tǒng)的抗電磁干擾能力。④采用高性能存儲設(shè)備、數(shù)據(jù)冗余備份機制、無線傳輸加密等方法，提高車載基礎(chǔ)設(shè)施檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全。⑤提高車載基礎(chǔ)設(shè)施檢測系統(tǒng)的人機交互體驗。

2.1.2 綜合巡檢車

基于自輪運轉(zhuǎn)車輛平臺，集成融合軌道、接觸網(wǎng)和電務(wù)軌旁主體設(shè)備外觀狀態(tài)巡檢，軌道、接觸網(wǎng)幾何參數(shù)和電務(wù)設(shè)備電氣特性參數(shù)檢測的綜合巡檢車，滿足站段的檢修需求。立足于工電供一體化綜合維修需求，綜合巡檢車配屬維修站段運用。車間設(shè)巡檢管理分析員專崗，負責完成全部項目巡檢數(shù)據(jù)分析與回放；站段對應(yīng)設(shè)巡檢管理分析主管工程師，負責完成全段關(guān)鍵項目的巡檢數(shù)據(jù)分析，指導和監(jiān)督車間數(shù)據(jù)分析員工作。考慮站段運用和日常檢修需求，宜選擇安全經(jīng)濟、成熟可靠的車輛平臺。

2.1.3 專業(yè)檢查車

考慮既有鐵路局設(shè)置檢查天窗，25T時速160 km各專業(yè)檢查車(軌道檢查車、電務(wù)檢測車、接觸網(wǎng)檢測車)聯(lián)掛組成專業(yè)檢查車，用于鐵路局對管內(nèi)線路養(yǎng)護維修質(zhì)量的檢測、考核和評價。與此同時，檢測設(shè)備研發(fā)機構(gòu)有必要研究網(wǎng)軌檢測車，在單節(jié)檢測車平臺上實現(xiàn)軌道檢測和接觸網(wǎng)檢測的功能融合集成。此外，檢測設(shè)備研發(fā)機構(gòu)需要統(tǒng)一考慮檢測定位問題，融合利用射頻標簽、北斗、車載監(jiān)測系統(tǒng)中的DMS或EOAS系統(tǒng)(電務(wù)專業(yè))、車輛列控LKJ等技術(shù)為各個檢測系統(tǒng)定位，進一步提高定位精度。未來專業(yè)檢查車或?qū)⒅鸩奖黄账倬C合檢測列車(160 km/h級)替代。

2.1.4 搭載式檢測裝置

目前各專業(yè)已有車載式線路檢查儀、接觸網(wǎng)2C裝置、3C裝置、搭載式軌道檢測裝置等，安裝于運營動車組或電力機車上。搭載式檢測設(shè)備是綜合一體化檢測監(jiān)測體系不可缺少的部分，是周期性檢測的重要補充，后續(xù)可進一步將其與動車組整合設(shè)計。建議對車載視頻檢測監(jiān)測設(shè)備和LKJ設(shè)備&機車信號監(jiān)測管理系統(tǒng)進行融合。

2.1.5 地面固定監(jiān)測裝置

對于各專業(yè)既有線路障礙監(jiān)測和危巖落石監(jiān)測、鋼軌鎖定軌溫監(jiān)測和無縫道岔位移監(jiān)測、受電弓滑板狀態(tài)檢測裝置(5C)、接觸網(wǎng)及供電設(shè)備地面監(jiān)測裝置(6C)、綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，建議開展監(jiān)測設(shè)備統(tǒng)型和融合工作。①監(jiān)測設(shè)備統(tǒng)型。積極推進新技術(shù)在監(jiān)測設(shè)備中的應(yīng)用，對于各專業(yè)成熟的專項監(jiān)測設(shè)備，盡快開展統(tǒng)型工作，明確以下內(nèi)容：設(shè)備技術(shù)要求、檢驗檢查方法、數(shù)據(jù)內(nèi)容格式、上傳接口協(xié)議。通過前端設(shè)備的統(tǒng)型工作，提高設(shè)備質(zhì)量，規(guī)范數(shù)據(jù)發(fā)布接口格式，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸通道和后臺接收終端、數(shù)據(jù)管理分析平臺，為實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和融合分析奠定基礎(chǔ)。②監(jiān)測設(shè)備融合。對于功能相似、位置相近的前端監(jiān)測設(shè)備，研究其信息共用和設(shè)備融合的可行性。如道岔綜合監(jiān)測(工務(wù)電務(wù)綜合監(jiān)測)，道岔設(shè)備對于工務(wù)、電務(wù)專業(yè)都是關(guān)鍵設(shè)備和薄弱環(huán)節(jié)，兩專業(yè)分別有道岔監(jiān)測設(shè)備，只是關(guān)注點、側(cè)重點不同。應(yīng)探討進行綜合監(jiān)測的可行性。

2.1.6 小型專業(yè)檢測儀器

靜態(tài)小型專業(yè)檢查儀器主要由工區(qū)使用，如軌道檢查儀、鋼軌探傷儀、鋼軌廓形、波磨、平直度儀器、站臺限界檢測儀、激光接觸網(wǎng)檢測儀、便攜式無線場強測試儀等，作為動態(tài)檢測裝備的必要補充，并作為現(xiàn)場復(fù)核的重要工具。建議后續(xù)編制或修訂檢測裝置的技術(shù)條件，統(tǒng)一數(shù)據(jù)發(fā)布接口格式，規(guī)范檢測裝置安裝接口。同時，建議研究統(tǒng)一的自走行檢測平臺，支持嵌入鋼軌探傷、軌道幾何、鋼軌廓形與波磨、站臺限界、接觸網(wǎng)測量、無線場強測試等檢查模塊。

2.1.7 添乘輔助裝置

攜帶可采集接觸網(wǎng)、軌道外觀和周邊環(huán)境的高清視頻，能夠?qū)崟r快捷記錄觀測問題的便攜裝置完成周期檢查和應(yīng)急檢查。

2.2 數(shù)據(jù)分析應(yīng)用技術(shù)

2.2.1 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)[15]

鐵路基礎(chǔ)設(shè)施故障預(yù)測與健康管理(PHM)流程一般包括四部分，檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與處理、狀態(tài)檢測監(jiān)測與故障診斷、狀態(tài)評價與發(fā)展預(yù)測、養(yǎng)護維修智能決策。其中數(shù)據(jù)傳輸是否流暢是智能決策的關(guān)鍵基礎(chǔ)，但是既有的網(wǎng)絡(luò)通道不能滿足數(shù)據(jù)匯聚和處理分析的需求。目前通信數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、區(qū)間傳輸光纜及區(qū)間電源均歸電務(wù)專業(yè)管理，供電專業(yè)在鐵路沿線安裝的5C和6C設(shè)備目前均使用3G/4G公共網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)的傳輸，數(shù)據(jù)傳輸成本高；通過有線的方式對供電的圖像和視頻數(shù)據(jù)進行傳輸，既能降低成本又能增加傳輸通道保障。整合各專業(yè)信息化基礎(chǔ)設(shè)施資源，包括光纜、機房、網(wǎng)絡(luò)、電源、服務(wù)器、存儲等，建立檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸專網(wǎng)，統(tǒng)一設(shè)計、建設(shè)和運維很有必要。見圖2。

圖2 鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測數(shù)據(jù)分布式管理架構(gòu)

2.2.2 匯聚管理數(shù)據(jù)[16-17]

匯聚管理鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)是開展故障預(yù)測與健康管理工作的前提。為此有必要統(tǒng)一移動檢測裝備、固定在線監(jiān)測裝置和小型專業(yè)檢測儀器的檢測數(shù)據(jù)發(fā)布格式，便于匯聚管理檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)。具體包括：①統(tǒng)一組織開發(fā)專業(yè)的檢測數(shù)據(jù)管理軟件，實現(xiàn)綜合檢測車、綜合巡檢車、專業(yè)檢查車等檢測列車各專業(yè)檢測數(shù)據(jù)的分布式統(tǒng)一管理；②積極利用5G和云技術(shù)實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)管理分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，使用車地無線傳輸系統(tǒng)發(fā)布檢測數(shù)據(jù)；③開展現(xiàn)場人工使用的小型檢測儀器的統(tǒng)型工作，編制或修訂技術(shù)條件，規(guī)范其檢測數(shù)據(jù)發(fā)布格式；④推廣現(xiàn)場檢查作業(yè)數(shù)據(jù)記錄的移動應(yīng)用，實現(xiàn)人工觀測記錄電子化。

2.2.3 集成處理分析

傳統(tǒng)的檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)處理分析、故障診斷和狀態(tài)評價預(yù)測由人機交互完成，隨著分析參數(shù)優(yōu)化、算法和模型的不斷完善，已經(jīng)具備由數(shù)據(jù)驅(qū)動智能決策的前提。因此，有必要研究搭建檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)處理分析平臺，實現(xiàn)檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)自動化預(yù)處理分析、歷次檢測數(shù)據(jù)趨勢分析、多專業(yè)關(guān)聯(lián)分析，以及相關(guān)聯(lián)檢測參數(shù)的綜合展示等。具體包括:①部署車載數(shù)據(jù)在線處理分析軟件，實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)里程校正、無效數(shù)據(jù)標識等在線處理功能。同時，也支持相關(guān)聯(lián)檢測參數(shù)的綜合展示，如綜合巡檢車的軌道幾何和接觸網(wǎng)幾何參數(shù)融合顯示。②在地面部署網(wǎng)絡(luò)化專業(yè)數(shù)據(jù)分析軟件，支持對歷次檢測數(shù)據(jù)的趨勢分析和多專業(yè)關(guān)聯(lián)分析應(yīng)用。如綜合檢測車的軸箱加速度檢測數(shù)據(jù)(可分析得出軌道沖擊指數(shù)和鋼軌波磨指數(shù))與綜合巡檢車鋼軌表面巡檢照片(鋼軌表面擦傷)的融合分析與展示；融合分析鋼軌探傷數(shù)據(jù)與線路運輸數(shù)據(jù)，為鋼軌檢查和大修提供決策依據(jù)。

2.2.4 開展大數(shù)據(jù)典型應(yīng)用研究[18-20]

大數(shù)據(jù)時代已經(jīng)到來，數(shù)據(jù)已經(jīng)成為重要的生產(chǎn)要素。有必要通過大數(shù)據(jù)技術(shù)在檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)分析中的典型應(yīng)用，開拓各專業(yè)大數(shù)據(jù)分析意識，增進大數(shù)據(jù)應(yīng)用需求，加快大數(shù)據(jù)技術(shù)在檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用。隨著鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)型和融合工作的深入開展，尤其是綜合巡檢車等綜合檢測裝備的廣泛應(yīng)用，必將獲取周期穩(wěn)定、項目齊全、質(zhì)量可靠的基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)檢測數(shù)據(jù)，為后續(xù)基礎(chǔ)設(shè)施全壽命健康管理和狀態(tài)修提供不可或缺的數(shù)據(jù)支撐，有力地推動鐵路基礎(chǔ)設(shè)施大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

2.3 檢測監(jiān)測技術(shù)體系

隨著檢測及數(shù)據(jù)分析技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，我國鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測監(jiān)測技術(shù)體系將持續(xù)融合，向綜合化發(fā)展，即逐步構(gòu)建鐵路基礎(chǔ)設(shè)施綜合一體化檢測體系，包括：①國鐵集團檢測中心統(tǒng)籌安排綜合檢測列車，每月2次覆蓋全部高速鐵路的等速綜合檢測；②國鐵集團檢測中心統(tǒng)籌全路專業(yè)檢查車，每月2次覆蓋干線普速鐵路專業(yè)檢查(加掛旅客列車)；③鐵路局補充安排本局專業(yè)檢查車(軌道檢查車、電務(wù)檢測車、接觸網(wǎng)檢測車，掛旅客列車，也可設(shè)置檢查天窗進行各專業(yè)檢測車的聯(lián)掛檢測)檢查轄內(nèi)其他線路；鐵路局安排鋼軌探傷車等其他專用檢查車按周期覆蓋檢測；④站段自主安排，每月1次覆蓋轄內(nèi)全部線路的時速120 km綜合巡檢車；⑤按照比例在運營動車組安裝搭載式檢測裝置，補充動態(tài)檢測設(shè)備檢測周期間隔期間的安全監(jiān)測；⑥小型專業(yè)檢測儀器，如軌道幾何檢查儀、鋼軌探傷儀、鋼軌廓形與波磨，主要應(yīng)用在站線、支線等動態(tài)檢測車輛不便覆蓋的線路，作為動態(tài)檢測裝備的必要補充。⑦添乘檢查輔助裝置。攜帶可采集接觸網(wǎng)、軌道外觀和周邊環(huán)境的高清視頻，能夠?qū)崟r快捷記錄觀測問題的便攜裝置完成周期檢查和應(yīng)急檢查。

面向高鐵工務(wù)、電務(wù)、供電綜合維修生產(chǎn)一體化需求，按照“資源集中、統(tǒng)一管理、綜合應(yīng)用”原則，建設(shè)面向綜合維修的地面固定監(jiān)測體系：①梳理既有高速鐵路和普速線路的接觸網(wǎng)6C、工務(wù)8M和電務(wù)專業(yè)固定監(jiān)測裝置，由通信專業(yè)牽頭整合監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院图皶r性，各專業(yè)配合建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理分析平臺。②對于新建線路，將綜合維修的地面固定監(jiān)測需求在設(shè)計階段統(tǒng)一考慮，建設(shè)階段統(tǒng)一部署，監(jiān)測數(shù)據(jù)接入統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理分析平臺。③加強新技術(shù)應(yīng)用和推廣，如在地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)采用InSAR技術(shù)監(jiān)測鐵路沿線區(qū)域的地形和地貌，識別地形、地貌以及表面的微小變化；在災(zāi)后利用無人機實施災(zāi)情檢查和評估工作等。

3 結(jié)論和建議

3.1 結(jié)論

本文調(diào)研國外鐵路發(fā)達國家和我國鐵路基礎(chǔ)設(shè)施綜合檢測監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀，針對我國現(xiàn)有檢測監(jiān)測體系，從綜合檢測監(jiān)測技術(shù)和數(shù)據(jù)分析應(yīng)用方面提出創(chuàng)新意見。

3.2 建議

從高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析應(yīng)用等方面探討中國高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施綜合檢測監(jiān)測技術(shù)發(fā)展方向，建議如下。

(1)面向高鐵工務(wù)、電務(wù)、供電綜合維修生產(chǎn)一體化需求，按照“資源集中、統(tǒng)一平臺、集約管理、綜合應(yīng)用”原則，融合發(fā)展綜合巡檢和搭載式檢測設(shè)備、統(tǒng)型固定在線監(jiān)測裝置和小型檢查儀器，構(gòu)建鐵路基礎(chǔ)設(shè)施綜合一體化檢測監(jiān)測體系。

(2)加強鐵路基礎(chǔ)設(shè)施運維管理信息系統(tǒng)建設(shè)。整合網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)資源，建立檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸專網(wǎng)；通過檢測監(jiān)測設(shè)備統(tǒng)型，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，分布式管理基礎(chǔ)設(shè)施檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)。搭建檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)集成處理分析平臺，自動處理、關(guān)聯(lián)分析和展示檢測數(shù)據(jù)及分析成果。利用數(shù)據(jù)處理、融合分析和挖掘技術(shù)，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備運用存在的安全隱患，分析掌握基礎(chǔ)設(shè)施演變規(guī)律和預(yù)測其變化趨勢，依據(jù)設(shè)備技術(shù)狀態(tài)進行預(yù)防式維修養(yǎng)護，既提供網(wǎng)絡(luò)共享平臺、節(jié)約維修成本，又可提質(zhì)增效及時消除安全隱患。