高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)監(jiān)測(cè)體系框架研究

牛道安， 柯在田， 劉維楨， 李紅艷， 趙鋼， 劉秀波

（1.中國國家鐵路集團(tuán)有限公司 鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)中心，北京 100081；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，北京 100081；3.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)研究所，北京 100081）

1 概述

至2019年底，我國鐵路營業(yè)里程已達(dá)13.9萬km，其中高鐵3.5萬km。為確保高速鐵路穩(wěn)定可靠，滿足列車高速運(yùn)行和繁重運(yùn)輸任務(wù)要求，必須采用先進(jìn)的管理理念和技術(shù)手段加強(qiáng)鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)監(jiān)測(cè)工作，以全面動(dòng)態(tài)掌握基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)用狀態(tài)和變化規(guī)律，為科學(xué)養(yǎng)護(hù)維修提供技術(shù)支撐。

近年來，在“強(qiáng)基達(dá)標(biāo)、提質(zhì)增效”背景下，中國國家鐵路集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱國鐵集團(tuán)）在高鐵養(yǎng)護(hù)維修方面提出了高鐵綜合維修生產(chǎn)一體化和工電設(shè)備修程修制改革，對(duì)設(shè)備運(yùn)用狀態(tài)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)、高鐵變化規(guī)律趨勢(shì)分析和安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警能力提出了更高標(biāo)準(zhǔn)。鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)監(jiān)測(cè)工作是實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)全面感知安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、設(shè)備狀態(tài)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)、故障診斷預(yù)測(cè)、趨勢(shì)變化分析，推進(jìn)實(shí)施精準(zhǔn)維修和預(yù)防性狀態(tài)修，以及提高維修效率、降低維修成本的重要手段，是確保鐵路持續(xù)安全運(yùn)營的重要技防保障。多年來為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，工務(wù)、電務(wù)、供電（簡(jiǎn)稱工電供）分別建立了專業(yè)檢測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為保障鐵路持續(xù)安全運(yùn)營發(fā)揮了重要作用。但隨著高鐵近年來出現(xiàn)的新情況、新問題，以及鐵路高質(zhì)量發(fā)展要求，現(xiàn)有的各專業(yè)檢測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已不能完全滿足高鐵發(fā)展的要求。高速鐵路運(yùn)營十多年來，出現(xiàn)無砟軌道基礎(chǔ)變形、軌道板上拱、隧道空洞掉塊、鋼軌折斷、道岔轉(zhuǎn)換故障、信號(hào)電路設(shè)計(jì)隱患、接觸網(wǎng)零部件松脫等突出問題，加之極端惡劣天氣和地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，鐵路運(yùn)營安全風(fēng)險(xiǎn)和不確定性逐漸增加，特別是未來一段時(shí)期，我國鐵路建設(shè)重點(diǎn)由東部沿海地區(qū)向中西部地區(qū)轉(zhuǎn)移，新建鐵路將面臨更多復(fù)雜地質(zhì)、氣候、自然環(huán)境的考驗(yàn)。為適應(yīng)高速鐵路改革，提高檢測(cè)裝備智能化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率，迫切需要研究明確高速鐵路檢測(cè)監(jiān)測(cè)體系頂層設(shè)計(jì)，為高鐵檢測(cè)監(jiān)測(cè)后續(xù)工作規(guī)劃和實(shí)施提供指導(dǎo)。結(jié)合新形勢(shì)下高速鐵路高質(zhì)量發(fā)展要求和工電設(shè)備修程修制改革，研究提出高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)監(jiān)測(cè)體系框架，并對(duì)該體系功能應(yīng)用和主要發(fā)展方向提出探討和展望。

2 國內(nèi)外現(xiàn)狀

日本、德國和法國等發(fā)達(dá)國家，在高速鐵路的運(yùn)營維護(hù)方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高鐵檢測(cè)監(jiān)測(cè)非常重視，普遍采用高速綜合檢測(cè)列車、專業(yè)檢測(cè)車和運(yùn)營列車搭載式檢測(cè)設(shè)備，檢測(cè)監(jiān)測(cè)設(shè)備向綜合、在線、智能方向發(fā)展。日本、英國、意大利、法國相繼研發(fā)了綜合檢測(cè)列車，普遍實(shí)現(xiàn)了對(duì)軌道、接觸網(wǎng)、通信和信號(hào)等基礎(chǔ)設(shè)施的等速檢測(cè)，同時(shí)還采用了巡檢車、鋼軌探傷車、隧道路基地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)車等進(jìn)行專項(xiàng)檢測(cè)［1-2］。目前，日本、德國、英國都在嘗試推進(jìn)運(yùn)營列車搭載式無人值守檢測(cè)裝備發(fā)展，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施高頻檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患［3］。維修管理模式方面，日本實(shí)行管、檢、修嚴(yán)格分離模式，德國和法國實(shí)行管、檢、修部分分離模式，檢修作業(yè)采用專業(yè)化隊(duì)伍和外委方式，并引入全生命周期管理理念。

我國工電供檢測(cè)監(jiān)測(cè)技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，自主研發(fā)能力不斷增強(qiáng)，部分領(lǐng)域達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平。成功研制應(yīng)用了高速綜合檢測(cè)列車、綜合巡檢車、專業(yè)檢查車和運(yùn)營列車在線檢測(cè)等裝備，通信各子系統(tǒng)網(wǎng)管、信號(hào)集中監(jiān)測(cè)、風(fēng)雨雪等氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)和地震預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)也取得了較大進(jìn)步，初步建立了工務(wù)8M、供電6C、通信各子系統(tǒng)網(wǎng)管、信號(hào)集中監(jiān)測(cè)等專業(yè)檢測(cè)監(jiān)測(cè)體系，形成了一套行之有效的檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析和結(jié)果應(yīng)用制度、辦法和措施，有效保障了客貨列車安全運(yùn)營［4-8］。雖然各專業(yè)體系正在逐步完善，但與目前實(shí)際運(yùn)營需求相比還存在一定差距，主要表現(xiàn)在：高鐵綜合檢測(cè)缺少350 km/h及以上速度檢測(cè)平臺(tái)；綜合巡檢車智能化水平不高；基于運(yùn)營列車的工電供在線監(jiān)測(cè)技術(shù)仍需進(jìn)一步提升，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目覆蓋范圍及集成度、配備模式仍需不斷完善；車間和工區(qū)檢查技術(shù)水平較低、結(jié)構(gòu)檢查還需依靠人工視檢，效率低、占用天窗多，缺少快捷高效的檢測(cè)裝備；鋼軌探傷、路基隧道、地質(zhì)雷達(dá)等無損檢測(cè)設(shè)備智能化水平不高，需要大量人工判讀，效率不高。工電供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備系統(tǒng)性和可靠性差、標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目覆蓋不全，缺乏有效的道岔、特殊結(jié)構(gòu)和不良地質(zhì)環(huán)境下路基、橋梁、隧道等設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備；地震預(yù)警監(jiān)測(cè)裝備缺少投入，異物侵限監(jiān)測(cè)和風(fēng)雨雪等氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)及視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)需要進(jìn)一步完善；缺少鐵路周邊環(huán)境的快速監(jiān)測(cè)手段和設(shè)備；變電試驗(yàn)設(shè)備配置與鐵路技術(shù)發(fā)展需求不匹配，適應(yīng)性有待提高；部分通信子系統(tǒng)網(wǎng)管、信號(hào)集中監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理分析能力弱；缺乏與運(yùn)營列車在線檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和集成分析機(jī)制［9］。檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)能力不足，跨專業(yè)信息不能共享，數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象嚴(yán)重；數(shù)據(jù)分析、深度挖掘和應(yīng)用不足，決策分析手段單一，不能適應(yīng)工電供設(shè)備的預(yù)防性狀態(tài)修和精準(zhǔn)維修發(fā)展方向。

3 體系框架

高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)監(jiān)測(cè)體系，應(yīng)以安全和運(yùn)維需求為導(dǎo)向，面向基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)監(jiān)測(cè)對(duì)象，在既有專業(yè)檢測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上與時(shí)俱進(jìn)、繼承創(chuàng)新，符合系統(tǒng)性、專業(yè)化、適用性、經(jīng)濟(jì)性等原則，研究提出以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、定期檢測(cè)為主導(dǎo)的高鐵基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)監(jiān)測(cè)體系框架。系統(tǒng)性方面，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，堅(jiān)持工電供三專業(yè)統(tǒng)籌規(guī)劃、整體部署、全面覆蓋、深度融合，充分利用多種檢測(cè)監(jiān)測(cè)手段的組合優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮整體效應(yīng)。專業(yè)化方面，加強(qiáng)專業(yè)檢測(cè)隊(duì)伍和專業(yè)數(shù)據(jù)分析隊(duì)伍建設(shè)，加強(qiáng)集約化管理，提高檢測(cè)質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。適用性方面，依托檢測(cè)監(jiān)測(cè)、運(yùn)營維護(hù)、外部環(huán)境等全方位數(shù)據(jù)，按照基礎(chǔ)設(shè)施分級(jí)分類管理要求，考慮設(shè)備等級(jí)和運(yùn)用環(huán)境差異，制定差異化檢測(cè)監(jiān)測(cè)模式，為推進(jìn)實(shí)施預(yù)防性狀態(tài)修、精細(xì)化管理和精準(zhǔn)維修提供技術(shù)支撐。經(jīng)濟(jì)性方面，立足自主創(chuàng)新，運(yùn)用現(xiàn)代化信息技術(shù)，推進(jìn)檢測(cè)監(jiān)測(cè)設(shè)備統(tǒng)型和功能融合共享，提高檢測(cè)監(jiān)測(cè)裝備集成度和智能化水平，合理規(guī)劃檢測(cè)監(jiān)測(cè)設(shè)備部署和運(yùn)用，減少重復(fù)投入，提高體系運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

3.1 體系框架設(shè)計(jì)

高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施主要包括軌道、路基、橋涵、隧道、接觸網(wǎng)、變電所、通信、信號(hào)等基礎(chǔ)設(shè)施本體及其附屬物，根據(jù)檢測(cè)監(jiān)測(cè)對(duì)象的物理特性、變化規(guī)律、病害故障特點(diǎn)、安全預(yù)警和維修數(shù)據(jù)需求，高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)監(jiān)測(cè)體系框架包括感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)資源層、大數(shù)據(jù)平臺(tái)層、應(yīng)用層，其中規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和三級(jí)管理構(gòu)架貫穿其中（見圖1）。

圖1 高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)監(jiān)測(cè)體系框架

3.1.1 感知層

鐵路基礎(chǔ)設(shè)施由于列車動(dòng)力、運(yùn)行、電力等動(dòng)態(tài)往復(fù)荷載作用，以及嚴(yán)寒、風(fēng)沙、雨雪、凍融、腐蝕等惡劣自然環(huán)境與復(fù)雜地質(zhì)條件的共同作用，造成其運(yùn)行狀態(tài)不斷發(fā)生變化?？仗燔嚨匾惑w感知是實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施全面感知、實(shí)時(shí)診斷、智能分析、安全預(yù)警、精準(zhǔn)研判的重要手段，主要功能是獲取基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)下實(shí)際物理參數(shù)（力、振動(dòng)、電流、電壓等）、幾何尺寸和圖像數(shù)據(jù)等。感知層按類型可分為移動(dòng)檢測(cè)、地面固定監(jiān)測(cè)、空天遙測(cè)和人工檢查四大類（見圖2），按檢測(cè)監(jiān)測(cè)方式可分為高速綜合檢測(cè)、綜合巡檢、專業(yè)檢測(cè)、搭載式監(jiān)測(cè)、固定點(diǎn)監(jiān)測(cè)、自感知、衛(wèi)星遙感、機(jī)載檢測(cè)、專項(xiàng)檢測(cè)和常規(guī)檢查等10種方式。

圖2 高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施感知層示意圖

3.1.2 傳輸層

傳輸層是聯(lián)結(jié)感知層、數(shù)據(jù)資源層和大數(shù)據(jù)平臺(tái)層的紐帶，其功能是將感知層獲取的數(shù)據(jù)信息，通過鐵路專業(yè)通信網(wǎng)（GSM-R）、移動(dòng)通信網(wǎng)（4G、5G）、衛(wèi)星通信等無線和有線傳輸方式，及時(shí)安全傳輸至各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，為大數(shù)據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)歸集共享奠定基礎(chǔ)（見圖3）。

圖3 檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸示意圖

3.1.3 數(shù)據(jù)資源層

數(shù)據(jù)資源層主要?dú)w集、存儲(chǔ)、管理時(shí)序數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)等，主要包括各類檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)設(shè)施臺(tái)賬數(shù)據(jù)、病害樣本數(shù)據(jù)、外部數(shù)據(jù)（維修、運(yùn)輸和環(huán)境數(shù)據(jù)等）等。通過傳輸層，將檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)信息數(shù)據(jù)和外部相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集、存儲(chǔ)、治理和有效組織，為大數(shù)據(jù)平臺(tái)分析應(yīng)用提供數(shù)據(jù)源（見圖4）。

圖4 數(shù)據(jù)資源層示意圖

3.1.4 大數(shù)據(jù)平臺(tái)層

大數(shù)據(jù)平臺(tái)具備數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)挖掘分析等功能，主要是將數(shù)據(jù)資源層中的多源數(shù)據(jù)通過統(tǒng)計(jì)查詢和人工智能分析，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為知識(shí)，為維修決策提供支持。依托海量檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，建立機(jī)理模型、算法模型和機(jī)器學(xué)習(xí)、聚類分析等算法庫，對(duì)檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析、趨勢(shì)分析、關(guān)聯(lián)分析，將海量數(shù)據(jù)信息化、知識(shí)化、可視化，輸出故障診斷、故障預(yù)測(cè)、健康評(píng)估和演變規(guī)律等客觀準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，為養(yǎng)護(hù)維修決策提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐（見圖5）。

3.1.5 應(yīng)用層

應(yīng)用層主要為安全評(píng)估和維修決策提供支持，包括安全預(yù)警、趨勢(shì)分析、狀態(tài)評(píng)價(jià)、維修決策等。應(yīng)用層以提升基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)維修效率效益為目的，充分運(yùn)用檢測(cè)監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)分析，將檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備維護(hù)、設(shè)備管理充分關(guān)聯(lián)起來，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)掌握各條高鐵線路狀態(tài)變化，掌握設(shè)備運(yùn)行變化規(guī)律和未來健康狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施隱患的精確定位及劣化趨勢(shì)的超前預(yù)警，提高安全風(fēng)險(xiǎn)趨勢(shì)預(yù)警能力，推進(jìn)鐵路基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期管理，切實(shí)發(fā)揮檢測(cè)監(jiān)測(cè)體系準(zhǔn)確診斷故障、指導(dǎo)精準(zhǔn)維修、服務(wù)高效的作用，為工電設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修提供決策支持和數(shù)據(jù)支持。

3.1.6 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

檢測(cè)監(jiān)測(cè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)是高質(zhì)量開展檢測(cè)工作的基礎(chǔ)和保障，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)主要包括行業(yè)法規(guī)制度、基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)維修規(guī)則、基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)歸集管理、接口規(guī)范、檢測(cè)監(jiān)測(cè)設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)用管理及評(píng)定管理辦法。

圖5 大數(shù)據(jù)平臺(tái)示意圖

3.1.7 管理構(gòu)架

根據(jù)高速鐵路綜合維修生產(chǎn)一體化改革指導(dǎo)意見，提出建立“中國國家鐵路集團(tuán)有限公司鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)中心（簡(jiǎn)稱國鐵集團(tuán)檢測(cè)中心）、中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)研究所（簡(jiǎn)稱鐵科院基礎(chǔ)所）/鐵路局集團(tuán)公司工電檢測(cè)所（簡(jiǎn)稱鐵路局工電檢測(cè)所）、站段檢測(cè)機(jī)構(gòu)”的三級(jí)檢測(cè)管理架構(gòu)，負(fù)責(zé)基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析及其應(yīng)用（見圖6）。

圖6 三級(jí)檢測(cè)管理構(gòu)架圖

國鐵集團(tuán)檢測(cè)中心，受國鐵集團(tuán)工電部委托管理鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)業(yè)務(wù)，負(fù)責(zé)主要基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)任務(wù)和檢測(cè)資源的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)；組織實(shí)施國鐵基礎(chǔ)設(shè)施周期性和監(jiān)督性檢測(cè)；組織開展路網(wǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)歸集管理和分析評(píng)價(jià)，為國鐵集團(tuán)和鐵路運(yùn)輸企業(yè)提供工作建議；負(fù)責(zé)檢測(cè)機(jī)構(gòu)技術(shù)監(jiān)督、檢查、評(píng)價(jià)，主要包括動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)的校準(zhǔn)評(píng)定、鐵路橋梁檢定評(píng)估機(jī)構(gòu)技術(shù)等級(jí)評(píng)審、檢測(cè)人員培訓(xùn)及合格認(rèn)定等工作；組織開展基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)系統(tǒng)和裝備的技術(shù)創(chuàng)新、維護(hù)和升級(jí)改造等工作；提出鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)發(fā)展規(guī)劃和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建議等工作。

基礎(chǔ)所/工電檢測(cè)所，在國鐵集團(tuán)檢測(cè)中心和鐵路局集團(tuán)公司專業(yè)部門指導(dǎo)下，負(fù)責(zé)實(shí)施高速鐵路綜合檢測(cè)，統(tǒng)籌管理鐵路局集團(tuán)公司檢測(cè)資源，集中使用軌道、電務(wù)、接觸網(wǎng)專業(yè)檢測(cè)車等重要檢測(cè)系統(tǒng)/裝備，組織鐵路局集團(tuán)公司管內(nèi)一體化綜合檢測(cè)，提高檢測(cè)效率；分層級(jí)負(fù)責(zé)檢測(cè)數(shù)據(jù)歸集管理和基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)分析評(píng)價(jià)工作，為鐵路局集團(tuán)公司專業(yè)部門提出維修決策建議；負(fù)責(zé)鋼軌探傷管理工作；負(fù)責(zé)橋梁檢定評(píng)估和重點(diǎn)橋梁病害的分析指導(dǎo)；完成國鐵集團(tuán)檢測(cè)中心統(tǒng)籌安排的普速鐵路軌道、接觸網(wǎng)、通信、信號(hào)跨局檢測(cè)工作。

站段檢測(cè)機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)各級(jí)各類動(dòng)靜態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)綜合分析應(yīng)用；負(fù)責(zé)檢測(cè)問題復(fù)核和克缺；負(fù)責(zé)軌道、橋梁、隧道、路基等工務(wù)設(shè)備專項(xiàng)檢測(cè)和常規(guī)檢查，鋼軌傷損檢查；重點(diǎn)設(shè)施設(shè)備定點(diǎn)監(jiān)測(cè)；負(fù)責(zé)接觸網(wǎng)單項(xiàng)設(shè)備、電務(wù)地面設(shè)備的常規(guī)檢查等。

圖7 檢測(cè)監(jiān)測(cè)體系功能應(yīng)用

3.2 體系功能與應(yīng)用

檢測(cè)監(jiān)測(cè)體系框架實(shí)現(xiàn)應(yīng)充分利用多傳感、物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)，綜合考慮高速鐵路高質(zhì)量發(fā)展和智能高鐵發(fā)展要求，應(yīng)用高速綜合檢測(cè)列車、綜合巡檢車、運(yùn)營動(dòng)車組搭載等移動(dòng)檢測(cè)，關(guān)鍵設(shè)備固定監(jiān)測(cè)和空天遙測(cè)等手段，實(shí)現(xiàn)高鐵基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)的全覆蓋感知。構(gòu)建集多源數(shù)據(jù)融合、大數(shù)據(jù)智能分析算法庫、統(tǒng)計(jì)挖掘、綜合分析、隱患預(yù)知預(yù)判、趨勢(shì)預(yù)測(cè)和維修決策服務(wù)為一體的基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，為高鐵運(yùn)營提供安全預(yù)警和維修決策依據(jù)。

為實(shí)現(xiàn)安全預(yù)警和指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)維修的目標(biāo)，檢測(cè)監(jiān)測(cè)體系功能應(yīng)用應(yīng)加強(qiáng)以下幾方面功能建設(shè)（見圖7），一是感知層應(yīng)著力提高檢測(cè)監(jiān)測(cè)設(shè)備智能化水平，加強(qiáng)檢測(cè)監(jiān)測(cè)設(shè)備校準(zhǔn)評(píng)定，統(tǒng)一檢測(cè)監(jiān)測(cè)設(shè)備技術(shù)門檻，確保上線設(shè)備具備較高的有效檢出率；提高專業(yè)化檢測(cè)隊(duì)伍集中度，減少小、散、弱現(xiàn)象，通過加大跨局區(qū)域化和鐵路局檢測(cè)力量配置，減少站段零散檢測(cè)工作量，提高檢測(cè)質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率；固定監(jiān)測(cè)由站段在檢測(cè)中心和鐵路局工電檢測(cè)所指導(dǎo)下實(shí)施；空天遙測(cè)應(yīng)結(jié)合智能高鐵建設(shè)逐步推進(jìn)。二是檢測(cè)監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)層具備數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)挖掘分析等功能，統(tǒng)一管理檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和維修信息，集成專業(yè)化分析算法，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的共享和智能分析。三是決策支持層主要為國鐵集團(tuán)、各鐵路局集團(tuán)公司和站段提供高質(zhì)量維修決策支持，建立專業(yè)化數(shù)據(jù)分析團(tuán)隊(duì)和專家團(tuán)隊(duì)，利用多數(shù)據(jù)源大數(shù)據(jù)分析方法，及時(shí)預(yù)測(cè)安全風(fēng)險(xiǎn)，精準(zhǔn)評(píng)估基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)，超前預(yù)測(cè)趨勢(shì)變化，有效發(fā)揮服務(wù)維修決策支持的作用。

4 深化研究方向

隨著新一輪科技革命如衛(wèi)星、無人機(jī)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、新材料、新能源等技術(shù)的快速發(fā)展，科技創(chuàng)新取得重大突破，高鐵檢測(cè)監(jiān)測(cè)技術(shù)必將產(chǎn)生新的變革。提高檢測(cè)監(jiān)測(cè)設(shè)備智能化水平，構(gòu)建檢測(cè)監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，完善基礎(chǔ)設(shè)施質(zhì)量狀態(tài)評(píng)估技術(shù)，進(jìn)一步認(rèn)知和掌握高鐵基礎(chǔ)設(shè)施變化規(guī)律，為提升養(yǎng)護(hù)維修的預(yù)見性、精準(zhǔn)性、經(jīng)濟(jì)性提供依據(jù)，是高鐵檢測(cè)監(jiān)測(cè)體系發(fā)展的重要方向。

4.1 智能檢測(cè)監(jiān)測(cè)技術(shù)

智能檢測(cè)監(jiān)測(cè)技術(shù)重點(diǎn)圍繞以下方面開展：一是開展第二代高速綜合檢測(cè)列車和短編組高速綜合檢測(cè)列車研制，豐富檢測(cè)功能，研發(fā)高精度時(shí)空同步、基于5G遠(yuǎn)程車-地交互和病害智能實(shí)時(shí)診斷的檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)一步提高集成度、安全性和智能化水平，具備檢測(cè)結(jié)果與設(shè)備管理單位的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)交互、在線診斷服務(wù)和安全預(yù)警等功能。二是深化工電供設(shè)備外觀狀態(tài)巡檢技術(shù)研究，擴(kuò)展檢測(cè)項(xiàng)目、提高檢測(cè)速度，建立缺陷樣本庫，利用人工智能技術(shù)提升智能巡檢水平，實(shí)現(xiàn)機(jī)器分析為主、人工確認(rèn)為輔的病害分析和診斷系統(tǒng)。三是研究搭載式檢測(cè)設(shè)備和運(yùn)營車輛的融合技術(shù)，突破檢測(cè)設(shè)備高可靠、易維護(hù)、檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)燃夹g(shù)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)高頻度安全監(jiān)測(cè)。四是加快推進(jìn)高鐵沿線風(fēng)、雨、雪、地震、滑坡和異物侵限等災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)，以及橋梁、隧道、道岔等特殊結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)技術(shù)研究和應(yīng)用，提升實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)性能，提高安全預(yù)警準(zhǔn)確性、時(shí)效性。最終通過檢測(cè)監(jiān)測(cè)設(shè)備統(tǒng)型、功能融合、關(guān)鍵技術(shù)突破、檢測(cè)模式創(chuàng)新等手段，增加提高勞動(dòng)效能的方法和手段，逐步減少人工檢查工作量。

4.2 構(gòu)建檢測(cè)監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)

按照國鐵集團(tuán)大數(shù)據(jù)總體規(guī)劃，依托中國鐵路主數(shù)據(jù)中心構(gòu)建全路共享通用的基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理和智能化分析平臺(tái)。一是豐富平臺(tái)數(shù)據(jù)資源，由國鐵集團(tuán)檢測(cè)中心組織歸集檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、維修數(shù)據(jù)、病害樣本數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)設(shè)施臺(tái)賬數(shù)據(jù)、環(huán)境氣候數(shù)據(jù)等，形成區(qū)塊鏈接、互聯(lián)互通的數(shù)據(jù)信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)國鐵集團(tuán)、鐵路局集團(tuán)公司、站段三級(jí)管理架構(gòu)的數(shù)據(jù)平臺(tái)，破除數(shù)據(jù)壁壘，化解信息孤島，提高數(shù)據(jù)資源共享程度，提升數(shù)據(jù)管理的信息化水平。二是強(qiáng)化數(shù)據(jù)治理，規(guī)范基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)、共享機(jī)制，統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口規(guī)范和管理標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)病害整治等信息跟蹤和分析結(jié)果的推送服務(wù)。三是規(guī)范三專業(yè)故障分級(jí)分類描述定義，開展建立各類傷損病害知識(shí)圖譜庫，在數(shù)據(jù)平臺(tái)中融入大數(shù)據(jù)集成分析算法庫和人工智能等技術(shù)手段，深度挖掘檢測(cè)數(shù)據(jù)價(jià)值，提升數(shù)據(jù)運(yùn)用智能化程度，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障診斷和預(yù)判預(yù)警，為基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備全壽命健康管理提供數(shù)據(jù)支撐和維修決策支持。

4.3 基礎(chǔ)設(shè)施質(zhì)量狀態(tài)評(píng)價(jià)技術(shù)

分級(jí)分類建立設(shè)備質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，充分運(yùn)用高鐵運(yùn)營十年來積累的檢測(cè)監(jiān)測(cè)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，加強(qiáng)多源數(shù)據(jù)融合分析和深度挖掘分析技術(shù)研究，不斷豐富數(shù)據(jù)分析方法、評(píng)判方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建完善的高鐵基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)評(píng)價(jià)體系，支撐鐵路設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修向低成本、精細(xì)化、狀態(tài)修發(fā)展。針對(duì)高速鐵路的特點(diǎn)，開展工電供綜合評(píng)價(jià)技術(shù)指標(biāo)研究，優(yōu)化檢測(cè)監(jiān)測(cè)裝備的指標(biāo)、閾值，使其更加準(zhǔn)確地反映設(shè)備運(yùn)用狀態(tài)。通過不斷豐富設(shè)備質(zhì)量狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)，全面準(zhǔn)確評(píng)價(jià)高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)、掌握關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)變化規(guī)律，指導(dǎo)基礎(chǔ)設(shè)施精準(zhǔn)維修和預(yù)防性狀態(tài)修，提升基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)質(zhì)量和效率。

5 結(jié)束語

隨著高鐵服役周期的增加和智能檢測(cè)監(jiān)測(cè)［10］的提出，以及“檢、養(yǎng)、修”分開［11］和精準(zhǔn)修、狀態(tài)修運(yùn)用模式的逐漸推進(jìn)，要求檢測(cè)監(jiān)測(cè)工作的專業(yè)化程度、檢測(cè)質(zhì)量和數(shù)據(jù)分析質(zhì)量越來越高。因此，加強(qiáng)高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)監(jiān)測(cè)體系建設(shè)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)象全覆蓋智能感知，構(gòu)建互聯(lián)互通檢測(cè)監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，通過加強(qiáng)檢測(cè)監(jiān)測(cè)和運(yùn)營維護(hù)等數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析、深度分析和智能分析，動(dòng)態(tài)掌握設(shè)備狀態(tài)和演變規(guī)律，提高安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警能力，提供設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修科學(xué)決策支持，提高養(yǎng)護(hù)維修效率和降低養(yǎng)護(hù)維修成本，保障高鐵持續(xù)安全運(yùn)營是檢測(cè)監(jiān)測(cè)體系構(gòu)建的關(guān)鍵。