铁道建筑 2015年第10期 Railway engineering 文章编号:1003-1995(2015)10-0001-06 高速铁路基础设施服役状态检测技术 赵有明 (中国铁道科学研究院,北京100081) 摘要:高速铁路基础设施服役状态检测技术的硏究是提髙我囯高速铁路服役品质和基础设施养护维修 水平的基础,对我国高速铁路发展和长期安全运营具有重要意义。本文系统地介绍了我囯高速铁路基 础设施服役状态检测技术的最新研究成果及试验应用情况,包括高速铁路线上线下设施、牵引变电设 备、接触网等基础设施服役状态监测与检测技术和装备,数据接入网技术和综合分析评估系统。此外 归纳了研究取得的基于超声导波的钢轨绝对应力及完整性监测评估技术等关键技术突破和基于多源数 据整合的高速铁路检测与监测系统等主要创新点。建议进一步探讨髙速铁路基础设施检测与监测系统 的推广应用及在我国高速铁路大范围应用的模式。 关键词:高速铁路线上设施线下设施牵引变电接入网系统集成 中图分类号:U238;U216.3;U226.5文献标识码:ADO1:10.3969/j.isn.1003-1995.2015.10.01 高速铁路始于1964年开通的日本东海道新干线,研究,列入国家高技术研究发展计划(863计划)现代 此后法国、德国、意大利、西班牙、瑞典、韩国、荷兰等国交通技术领域高速铁路重大关键技术及装备研制重大 也相继建成了高速铁路。中国的高速铁路建设正处于项目中。该课题由中国铁道科学硏究院牵头,联合北 快速发展阶段,预计到2015年底,中国高铁总里程将京交通大学、中铁电气化局集团有限公司、西南交通大 达到19000km,运营里程约占世界高铁运营里程的学、浙江大学、天津凯发电气股份有限公司等单位历时 50%。中国已经拥有全世界最大规模以及最高运营速3年共同完成。本文介绍该课题取得的主要研究 度的高速铁路网 成果 目前高速铁路轨道形式分为有砟轨道和无砟轨道 两大类。无砟轨道结构具有变形小、结构可靠度高、承 1高速铁路基础设施服役状态检测体系 载能力强、日常维修量少、使用寿命长等特点,逐渐成 图1是我国高速铁路基础设施服役状态检测的体 为高速铁路的发展趋势。在高速铁路检测与养护维修系架构。高速铁路基础设施的检测主要包括了动态检 方面,国外采用以车载检查和地面监测相结合的方式,测、固定监测和人工静态检査3种形式。现场数据被 我国高速铁路主要采用动态综合检测列车对基础设施传输到地面数据分析处理中心,中心对基础设施状态 进行周期性检测凹。 的检测数据进行状态评判、趋势预测并给出维护策略, 高速铁路露天服役、运营速度高、天窗时间短、受为总公司、路局、站段用户提供服务。图1中白色部分 周期疲劳荷载作用等突出特点,决定了高速铁路服役为我国已经开展研究的部分,灰色的部分是本课题和 行为的特殊性以及确保高速铁路百年使用寿命的困难今后需要进一步硏究的内容,如线路的钢轨应力、完整 性。我国高速铁路建设速度快、结构形式多样、运营时性、磨耗、轨道刚度、线路异物、沉降、边坡稳定性、及牵 间较短,基础设施服役状态的地面监测技术和装备无引供电设备的状态检测等。本课题的研究成果可完善 法满足高速铁路快速发展需求。为实现高速铁路全寿我国高速铁路基础设施服役状态检测体系口 命周期内安全运营的目标,系统地开展高速铁路基础 设施服役状态检测技术的研究十分必要。2011年2线上基础设施服役状态检测技术 科技部立项开展高速铁路基础设施服役状态检测技术2.1钢轨纵向应力在线监测技术 在研究半解析有限元的原理和方法的基础上,对 收稿日期 修回日期:2015-09-20 钢轨的多种模态进行了分析,利用超声导波实现了对 基金项目国家高技术研究发展计划(863计划)课题(2011 AAlIAI02)无缝线路钢轨纵向应力的监测,取得了如下成果 作者简介:赵有明(1965—),男,研究员,硕士 1)应用了二维有限元离散的半解析有限元技术
书 2015 年第 10 期 铁 道 建 筑 Railway Engineering 文章编号: 1003-1995( 2015) 10-0001-06 高速铁路基础设施服役状态检测技术 赵有明 ( 中国铁道科学研究院，北京 100081) 摘要: 高速铁路基础设施服役状态检测技术的研究是提高我国高速铁路服役品质和基础设施养护维修 水平的基础，对我国高速铁路发展和长期安全运营具有重要意义。本文系统地介绍了我国高速铁路基 础设施服役状态检测技术的最新研究成果及试验应用情况，包括高速铁路线上线下设施、牵引变电设 备、接触网等基础设施服役状态监测与检测技术和装备，数据接入网技术和综合分析评估系统。此外， 归纳了研究取得的基于超声导波的钢轨绝对应力及完整性监测评估技术等关键技术突破和基于多源数 据整合的高速铁路检测与监测系统等主要创新点。建议进一步探讨高速铁路基础设施检测与监测系统 的推广应用及在我国高速铁路大范围应用的模式。 关键词: 高速铁路 线上设施 线下设施 牵引变电 接入网 系统集成 中图分类号: U238; U216． 3; U226． 5 文献标识码: A DOI: 10． 3969 /j． issn． 1003-1995． 2015． 10． 01 收稿日期: 2015-09-10; 修回日期: 2015-09-20 基金项目: 国家高技术研究发展计划( 863 计划) 课题( 2011AA11A102) 作者简介: 赵有明( 1965— ) ，男，研究员，硕士。 高速铁路始于 1964 年开通的日本东海道新干线， 此后法国、德国、意大利、西班牙、瑞典、韩国、荷兰等国 也相继建成了高速铁路。中国的高速铁路建设正处于 快速发展阶段，预计到 2015 年底，中国高铁总里程将 达到 19 000 km，运营里程约占世界高铁运营里程的 50% 。中国已经拥有全世界最大规模以及最高运营速 度的高速铁路网［1］。 目前高速铁路轨道形式分为有砟轨道和无砟轨道 两大类。无砟轨道结构具有变形小、结构可靠度高、承 载能力强、日常维修量少、使用寿命长等特点，逐渐成 为高速铁路的发展趋势。在高速铁路检测与养护维修 方面，国外采用以车载检查和地面监测相结合的方式， 我国高速铁路主要采用动态综合检测列车对基础设施 进行周期性检测［2］。 高速铁路露天服役、运营速度高、天窗时间短、受 周期疲劳荷载作用等突出特点，决定了高速铁路服役 行为的特殊性以及确保高速铁路百年使用寿命的困难 性。我国高速铁路建设速度快、结构形式多样、运营时 间较短，基础设施服役状态的地面监测技术和装备无 法满足高速铁路快速发展需求。为实现高速铁路全寿 命周期内安全运营的目标，系统地开展高速铁路基础 设施服役状态检测技术的研究十分必要［3］。2011 年 科技部立项开展高速铁路基础设施服役状态检测技术 研究，列入国家高技术研究发展计划( 863 计划) 现代 交通技术领域高速铁路重大关键技术及装备研制重大 项目中。该课题由中国铁道科学研究院牵头，联合北 京交通大学、中铁电气化局集团有限公司、西南交通大 学、浙江大学、天津凯发电气股份有限公司等单位历时 3 年 共 同 完 成。 本 文 介 绍 该 课 题 取 得 的 主 要 研 究 成果。 1 高速铁路基础设施服役状态检测体系 图 1 是我国高速铁路基础设施服役状态检测的体 系架构。高速铁路基础设施的检测主要包括了动态检 测、固定监测和人工静态检查 3 种形式。现场数据被 传输到地面数据分析处理中心，中心对基础设施状态 的检测数据进行状态评判、趋势预测并给出维护策略， 为总公司、路局、站段用户提供服务。图 1 中白色部分 为我国已经开展研究的部分，灰色的部分是本课题和 今后需要进一步研究的内容，如线路的钢轨应力、完整 性、磨耗、轨道刚度、线路异物、沉降、边坡稳定性、及牵 引供电设备的状态检测等。本课题的研究成果可完善 我国高速铁路基础设施服役状态检测体系［4］。 2 线上基础设施服役状态检测技术 2. 1 钢轨纵向应力在线监测技术 在研究半解析有限元的原理和方法的基础上，对 钢轨的多种模态进行了分析，利用超声导波实现了对 无缝线路钢轨纵向应力的监测，取得了如下成果: 1) 应用了二维有限元离散的半解析有限元技术。 1
铁道建筑 October 2015 轨道检测系统 轮轨力检测系统 钢轨探伤系统 地面数据分析处理中心 隧道检测系统 〔轨道几何安全性和区段质量评判 线路限界检测系统 高速弓网综合检测系统 钢轨伤损评判 接触网几何状态评判 轨道综合刚度检测系 执道几何对舒适性的影响评 轨道巡检系统 轨道质量动态综合评价 接触网安全巡检系统 综合刚度评价 钢轨应力位移监测系统 度 状态评判 总公司 钢轨光带评判 钢轨焊缝裂纹监测系统 趋势预测 铁路局 固道岔和伸缩调节器监测系统 钢轨应力位移分析评判 路基沉降边坡稳定性监测系统 道岔和伸缩调节器状态评价 测[线路净空与异物侵入监测系统 轨道结构部件状态评判 维修策略 接触网及供电设备地面检测 触网动态运行质量综合评价 接触网与受电弓滑板监测 轨道状态变化趋势 接触网状态监测 轨道部件状态变化趋势 值偏差和区段整治策略 基于轨道状态预测的计划性维修方案 静态检查 轨道检查仪 钢轨打磨策略 〔轨下基础轨道结构等专项整治策略〕 图1高速铁路基础设施服役状态检测体系框架 通过该方法首次求解得到了我国高速铁路普遍采用的 5)掌握了超声导波群速度与温度及应力间的变 CHN60钢轨中超声导波的频散曲线,并通过半解析有化关系。通过在环行铁道进行的大量现场试验,掌握 限元方法实现了超声导波应力敏感度分析、激励响应了超声导波群速度与环境温度之间的对应关系,基于 分析。这些理论分析及求解的实现,为进一步研究大型钢轨拉压试验平台,获取了不同应力作用下导波 CHN60钢轨中超声导波的特性并将之应用于应力检群速度的变化规律。以上数据的获取,为继续研究我 测系统奠定了理论基础 国无缝线路所有型号钢轨内部温度应力与导波群速度 2)得到适合应力检测的最优模态。通过半解析的对应关系,建立完整的样本数据库奠定了理论基础。 有限元方法得到的多个理论分析结果,基于频率、应力2.2钢轨位移与爬行在线监测技术 敏感度、振型、激励位置偏离度、模态辨识度这5个因 考虑到现场复杂测量条件,研发了基于非接触测 子,提出了选取最优导波模态的指标模型。通过该模量技术的钢轨位移爬行在线监测系统和装备,建立了 型可以快速选取最适于我国高速铁路无缝线路应力检消除钢轨温度变化影响的温度补偿算法,实现了钢轨 测的超声导波模态,从而实现了理论分析到工程应用位移绝对值测量,并在室内进行验证,在大西高铁进行 的技术转化。 了现场监测应用。主要成果如下 3)超声导波群速度精确测量算法。主要包括激 1)基于现场测量条件,提出了基于非接触测量技 励波形控制算法、信号检测及处理算法、互相关等群速术的钢轨位移爬行在线监测系统的整体方案。采用非 度测量算法,实现了导波信号的接收、处理和超声导波接触式测量技术,该装置的测量单元主体利用磁致扭 群速度的精确测量 转波作为信号传输媒质,且波检测器只对旋转波特别 4)设计了导波激励和信号处理系统。根据半解灵敏,抗干扰性强,能在铁路现场长期工作。 析有限元得出的频散曲线和选取出的最优模态,设计 2)实现了钢轨位移绝对值测量。测量单元主体 了超声导波高压激励模块、信号处理和接收模块、无线接通电源后,即可确定位置磁铁的位置,工务部门维修 传输模块、数据存储模块,实现了导波信号的激励与接铁路、断电对测量精度不造成任何影响。因此,本装置 收、导波速度测量、数据的无线传输和存储,实现了对可以方便、稳定、有效地安装在铁路沿线,长期监测钢 无缝线路钢轨的应力检测 轨纵向位移量,进行钢轨纵向应力分析,从而避免胀轨
铁 道 建 筑 October，2015 图 1 高速铁路基础设施服役状态检测体系框架 通过该方法首次求解得到了我国高速铁路普遍采用的 CHN60 钢轨中超声导波的频散曲线，并通过半解析有 限元方法实现了超声导波应力敏感度分析、激励响应 分析。这些 理 论 分 析 及 求 解 的 实 现，为 进 一 步 研 究 CHN60 钢轨中超声导波的特性并将之应用于应力检 测系统奠定了理论基础。 2) 得到适合应力检测的最优模态。通过半解析 有限元方法得到的多个理论分析结果，基于频率、应力 敏感度、振型、激励位置偏离度、模态辨识度这 5 个因 子，提出了选取最优导波模态的指标模型。通过该模 型可以快速选取最适于我国高速铁路无缝线路应力检 测的超声导波模态，从而实现了理论分析到工程应用 的技术转化。 3) 超声导波群速度精确测量算法。主要包括激 励波形控制算法、信号检测及处理算法、互相关等群速 度测量算法，实现了导波信号的接收、处理和超声导波 群速度的精确测量。 4) 设计了导波激励和信号处理系统。根据半解 析有限元得出的频散曲线和选取出的最优模态，设计 了超声导波高压激励模块、信号处理和接收模块、无线 传输模块、数据存储模块，实现了导波信号的激励与接 收、导波速度测量、数据的无线传输和存储，实现了对 无缝线路钢轨的应力检测。 5) 掌握了超声导波群速度与温度及应力间的变 化关系。通过在环行铁道进行的大量现场试验，掌握 了超声导波群速度与环境温度之间的对应关系，基于 大型钢轨拉压试验平台，获取了不同应力作用下导波 群速度的变化规律。以上数据的获取，为继续研究我 国无缝线路所有型号钢轨内部温度应力与导波群速度 的对应关系，建立完整的样本数据库奠定了理论基础。 2. 2 钢轨位移与爬行在线监测技术 考虑到现场复杂测量条件，研发了基于非接触测 量技术的钢轨位移爬行在线监测系统和装备，建立了 消除钢轨温度变化影响的温度补偿算法，实现了钢轨 位移绝对值测量，并在室内进行验证，在大西高铁进行 了现场监测应用。主要成果如下: 1) 基于现场测量条件，提出了基于非接触测量技 术的钢轨位移爬行在线监测系统的整体方案。采用非 接触式测量技术，该装置的测量单元主体利用磁致扭 转波作为信号传输媒质，且波检测器只对旋转波特别 灵敏，抗干扰性强，能在铁路现场长期工作。 2) 实现了钢轨位移绝对值测量。测量单元主体 接通电源后，即可确定位置磁铁的位置，工务部门维修 铁路、断电对测量精度不造成任何影响。因此，本装置 可以方便、稳定、有效地安装在铁路沿线，长期监测钢 轨纵向位移量，进行钢轨纵向应力分析，从而避免胀轨 2
015年第10期 赵有明:高速铁路基础设施服役状态检测技术 断轨的发生。 2)轨道结构动力性能及安全性检测技术。根据 3)完成了传感器的温度性能、振动性能和电磁干轨道动力学性能与安全参数测试的特点,研制了监测 扰的测试,设计了基于卡尔曼滤波和“温度一位移 系统,开发了配套的自动处理软件。该系统具备长期 维补偿曲面的温度补偿算法,实现温度补偿和位移修监测列车通过时的轮轨水平力、垂直力、脱轨系数、轮 正;设计了优化的传感器钢轨夹来减小振动的影响。 重减载率,并具备统计评估、现场存储、査询、无线数据 2.3钢轨完整性在线监测技术 传输、服务器存储等功能。 研究了基于超声导波技术的钢轨完整性实时监测 3)检测信息管理和轨道状态评估系统。编制了 技术。采用超声导波作为敏感信号,通过导波信号的服务器信息管理软件,并搭建了服务器;确定了轨道设 有无来判断钢轨是否完全断裂,通过导波信号的非正备稳定性及钢轨纵向力评定标准;确定了动力安全参 常衰减来判断钢轨裂缝等缺陷的发生。在理论研究的数的评定标准;建立了动力学与安全参数评估模型。 基础上研制了35kHz超声导波探头,在远端接收信号 4)道岔和调节器稳定性检测系统现场测试及检 时,能够提取微小信号并进行断轨判断。对信号发送测数据统计分析。选取长春西站62号大号码道岔和 与接收方式进行了创新性的设计,从而保证了系统的郑西高铁350km/h双向调节器作为特征地段,安装了 稳定性与准确性。进行了实验室条件以及现场条件下课题硏制的监测系统,并进行了为期至少12个月的长 2km区间的功能测试及稳定性测试。试验证明,该系期监测,取得了大量的测试数据,分析了监测数据所表 统能够稳定地运行,准确地检测发射端的稳定信号,并征的轨温、钢轨纵向力和连续梁梁缝变化等特性。 能够分辨不同发射端的信号。 2.6轨道综合刚度检测及评估技术 2.4钢轨外观状态巡检技术 基于移动式线路动态加载试验车,通过理论建模、 钢轨外观状态巡检主要包括轨面伤损和钢轨轮廓仿真计算、算法研究、系统搭建、试验验证、系统完善等 检测。轨面伤损检测方面,采用线阵CCD相机等间距取得了以下成果 运动扫描拍摄钢轨图像,提出了钢轨表面擦伤区域检 1)研究提出了移动加载跟随技术方案,采用软模 测算法、基于傅里叶变换的钢轨波磨检测算法、钢轨光式作动器并应用曲线通过算法,实现了60km/h以内 带区域检测算法。钢轨廓形测量方面,采用激光摄像移动加载时加载精度优于20kN 技术、模式识别等技术,获取钢轨轮廓图像,实现了对2)利用研究提出的双弦测方法,采用激光三角法 钢轨垂磨、侧磨、轨底坡的测量。研制了车载动态钢轨实现了钢轨变形的车载检测; 外观状态巡检系统,为高速铁路钢轨外观状态的普查 3)在分析试验数据的基础上,提出了适用于加载 提供了自动化检测装备及智能化的技术分析手段。其车的测力轮对系统方案,采用CAN接口实现了测力轮 作业效率大约为人工巡査的25倍,采用机器模式识别对系统与刚度检测系统、液压加载系统的集成 分析的方式在检出率和重复性上均优于人工检查。 4)在不同轨道结构处,试验测试了加载车的定点 2.5高速铁路大号码道岔和伸缩调节器服役状态在加载能力 线监测技术 5)在仿真和试验分析的基础上提出了优化的加 在道岔和调节器状态监测方面,研制了基于光纤载模式,并试验验证了采用移动检测结合定点加载来 光栅传感技术的监测系统。选用了高灵敏度、高稳定实现高速铁路轨道综合刚度检测技术和薄弱轨道结构 性的光栅传感器作为无缝道岔钢轨温度力、钢轨温度识别技术。 和桥梁伸缩位移测试传感器,解决了以往采用电阻应2.7线路异物在线监测技术 变计无法长期测试温度力和累积位移的难题。 在线路异物在线监测方面,采用星光级相机实现 1)道岔和调节器稳定性长期监测技术。分析确了不同天气及光线条件下清晰图像的获取。通过开发 定了高速铁路无缝线路稳定性理论,建立了稳定性计去抖和去阴影算法实现了基于单目图像的异物准确检 算模型,并提出高速铁路无缝线路稳定性定量计算方测;通过开发异物识别与分类算法实现了侵入异物的 法;研制了无缝线路实际锁定轨温检测系统NS,并进分类和行为分析;通过单双目和激光与红外相机的多 行了标定试验;根据野外恶劣工况及复杂多变的现场源信息融合实现了各种复杂天气及光线条件下异物侵 环境,对长期检测所需的传感器、数据采集设备、数据人的准确检测。该方法可以直接应用于高速铁路线路 处理、信息管理和网络传输、服务器管理等进行了试验净空安全监测领域。与目前既有视频监控系统采用人 和标定,研制了重载铁路轨道及道岔稳定性长期监测工分析相比,该方法能够自动检测侵入异物、自动对异 系统 物进行分类识别和报警,能为高速铁路异物自动识别
2015 年第 10 期 赵有明: 高速铁路基础设施服役状态检测技术 断轨的发生。 3) 完成了传感器的温度性能、振动性能和电磁干 扰的测试，设计了基于卡尔曼滤波和“温度—位移”二 维补偿曲面的温度补偿算法，实现温度补偿和位移修 正; 设计了优化的传感器钢轨夹来减小振动的影响。 2. 3 钢轨完整性在线监测技术 研究了基于超声导波技术的钢轨完整性实时监测 技术。采用超声导波作为敏感信号，通过导波信号的 有无来判断钢轨是否完全断裂，通过导波信号的非正 常衰减来判断钢轨裂缝等缺陷的发生。在理论研究的 基础上研制了 35 kHz 超声导波探头，在远端接收信号 时，能够提取微小信号并进行断轨判断。对信号发送 与接收方式进行了创新性的设计，从而保证了系统的 稳定性与准确性。进行了实验室条件以及现场条件下 2 km 区间的功能测试及稳定性测试。试验证明，该系 统能够稳定地运行，准确地检测发射端的稳定信号，并 能够分辨不同发射端的信号。 2. 4 钢轨外观状态巡检技术 钢轨外观状态巡检主要包括轨面伤损和钢轨轮廓 检测。轨面伤损检测方面，采用线阵 CCD 相机等间距 运动扫描拍摄钢轨图像，提出了钢轨表面擦伤区域检 测算法、基于傅里叶变换的钢轨波磨检测算法、钢轨光 带区域检测算法。钢轨廓形测量方面，采用激光摄像 技术、模式识别等技术，获取钢轨轮廓图像，实现了对 钢轨垂磨、侧磨、轨底坡的测量。研制了车载动态钢轨 外观状态巡检系统，为高速铁路钢轨外观状态的普查 提供了自动化检测装备及智能化的技术分析手段。其 作业效率大约为人工巡查的 25 倍，采用机器模式识别 分析的方式在检出率和重复性上均优于人工检查。 2. 5 高速铁路大号码道岔和伸缩调节器服役状态在 线监测技术 在道岔和调节器状态监测方面，研制了基于光纤 光栅传感技术的监测系统。选用了高灵敏度、高稳定 性的光栅传感器作为无缝道岔钢轨温度力、钢轨温度 和桥梁伸缩位移测试传感器，解决了以往采用电阻应 变计无法长期测试温度力和累积位移的难题。 1) 道岔和调节器稳定性长期监测技术。分析确 定了高速铁路无缝线路稳定性理论，建立了稳定性计 算模型，并提出高速铁路无缝线路稳定性定量计算方 法; 研制了无缝线路实际锁定轨温检测系统 NTS，并进 行了标定试验; 根据野外恶劣工况及复杂多变的现场 环境，对长期检测所需的传感器、数据采集设备、数据 处理、信息管理和网络传输、服务器管理等进行了试验 和标定，研制了重载铁路轨道及道岔稳定性长期监测 系统。 2) 轨道结构动力性能及安全性检测技术。根据 轨道动力学性能与安全参数测试的特点，研制了监测 系统，开发了配套的自动处理软件。该系统具备长期 监测列车通过时的轮轨水平力、垂直力、脱轨系数、轮 重减载率，并具备统计评估、现场存储、查询、无线数据 传输、服务器存储等功能。 3) 检测信息管理和轨道状态评估系统。编制了 服务器信息管理软件，并搭建了服务器; 确定了轨道设 备稳定性及钢轨纵向力评定标准; 确定了动力安全参 数的评定标准; 建立了动力学与安全参数评估模型。 4) 道岔和调节器稳定性检测系统现场测试及检 测数据统计分析。选取长春西站 62 号大号码道岔和 郑西高铁 350 km / h 双向调节器作为特征地段，安装了 课题研制的监测系统，并进行了为期至少 12 个月的长 期监测，取得了大量的测试数据，分析了监测数据所表 征的轨温、钢轨纵向力和连续梁梁缝变化等特性。 2. 6 轨道综合刚度检测及评估技术 基于移动式线路动态加载试验车，通过理论建模、 仿真计算、算法研究、系统搭建、试验验证、系统完善等 取得了以下成果: 1) 研究提出了移动加载跟随技术方案，采用软模 式作动器并应用曲线通过算法，实现了 60 km / h 以内 移动加载时加载精度优于 20 kN; 2) 利用研究提出的双弦测方法，采用激光三角法 实现了钢轨变形的车载检测; 3) 在分析试验数据的基础上，提出了适用于加载 车的测力轮对系统方案，采用 CAN 接口实现了测力轮 对系统与刚度检测系统、液压加载系统的集成; 4) 在不同轨道结构处，试验测试了加载车的定点 加载能力; 5) 在仿真和试验分析的基础上提出了优化的加 载模式，并试验验证了采用移动检测结合定点加载来 实现高速铁路轨道综合刚度检测技术和薄弱轨道结构 识别技术。 2. 7 线路异物在线监测技术 在线路异物在线监测方面，采用星光级相机实现 了不同天气及光线条件下清晰图像的获取。通过开发 去抖和去阴影算法实现了基于单目图像的异物准确检 测; 通过开发异物识别与分类算法实现了侵入异物的 分类和行为分析; 通过单双目和激光与红外相机的多 源信息融合实现了各种复杂天气及光线条件下异物侵 入的准确检测。该方法可以直接应用于高速铁路线路 净空安全监测领域。与目前既有视频监控系统采用人 工分析相比，该方法能够自动检测侵入异物、自动对异 物进行分类识别和报警，能为高速铁路异物自动识别、 3
铁道建筑 October 2015 自然灾害报警、铁路设备形位异常和反恐防暴等重大 4)形成了基于光纤传感和阵列式位移传感技术 需求提供技术支持和条件保障,对提高高速铁路安全的铁路边坡滑坡监测技术,为重点边坡的实时监测提 水平具有重要意义 供了技术支撑。 3线下基础设施服役状态检测技术 5)研究了将数据库管理系统技术与智能分析相 结合的铁路边坡评估报警系统,可提升铁路工务设备 3.1沉降变形监测技术 信息化管理水平和养护维修科学决策水平 在高速铁路路基工后沉降方面,研制了基于自动 全站测量的智能移站沉降变形监测系统,实现了针对 牵引变电关键设备和接触网在线监测技术 高速铁路的全站测量、站间走行、动力及电源供给、观4.1铁路供电系统运行安全及在线监测系统 测标的合理设置、远程控制和远程数据传输功能;完善 研究了牵引供电的接触网、变压器设备的热过负 了沉降变形的评估方法,提岀了适合运营高铁的沉降荷等效数学模型,报警机制的参数分析计算和整定方 评估方法;开发了高速铁路沉降变形评估系统,形成系法;研究了铁路变电所的智能预警及在线监测技术,实 统的高速铁路路基沉降变形分析、监测、评估技术现了变电站“数据集成、业务协同、管理集中、资源共 体系。 享”的管理要求,实现了信息的集中采集、集中传输、 1)获得了高速铁路工后沉降变形特征,发现其具集中分析、集中应用,实现了与其它系统的交互应用。 有总沉降量小,将测量精度要求高的特点。这为检测 1)热过负荷模型研究。分析了变压器、接触网的 与监测设备的选型和研发提供了理论依据和技术热过负荷特性,分析了热过负荷的影响参数、报警机制 支撑 及整定方法,形成了热过负荷保护模型并研制了相应 2)研发了基于全站测量模式的智能移站沉降变保护装置,能够有效反映变压器绕组、接触网馈线的温 形测量系统。该系统能够实现高速铁路线下基础设施度变化情况,防止其因长期过热而导致稳定性下降 沉降变形智能监测,更加适应一维方向超长距离分布、 2)变电站智能预警及在线监测技术研究。分析 周期长、精度要求高的高速铁路沉降变形监测,从根本了变电站运行、维护及管理现状:硏究了传统电气开关 上实现了工后沉降监测的自动化、智能化、高效化和低设备的智能化组件,集在线监视、智能控制、数字化接 成本化。 口和断路器的电子操作等一系列的高智能化功能于 3)提出了高速铁路路基单点沉降和线路纵向多体;研究了变电站监测信号、控制命令、保护跳闸命令 点差异沉降的综合评估模式,完善了工后沉降变形监的数字化采集、传输、处理和数据共享的技术,实现了 测技术体系,为高速铁路路基确定合理的运行维护模采用IEC61850标准定义的,分为过程层、间隔层和站 式提供了理论指导。 控层的系统样机架构。能够根据智能一次设备状态监 3.2高陡边坡稳定状态监测技术 测和变电所环境在线监测的海量数据,采用数据挖掘 在高陡边坡多因素稳定性影响分析的基础上,构的方式提取有效信息,针对潜在的可能影响到供电安 建了高陡边坡的综合监测体系,研发了高陡边坡的监全的异常事件给出报警信息。 测技术及评估体系,并进行了工程验证。主要成果4.2接触网安全状态实时检测技术研究 如下: 针对接触网结构复杂、无备用、运行环境恶劣和故 1)构建了边坡监测体系。基于三维激光扫描技障率高的特点,合理选择表征接触网运行状态的特征 术对全线边坡进行初步普査,并结合工程地质和水文量,重点对接触网温度、张力的监测方法进行了研究。 地质条件,将铁路沿线边坡分为重点边坡和一般边坡,实现了基于位移、加速度、铂电阻测温与图像压缩等技 系统分析了边坡可能存在的安全隐患和监测重点。对术的接触网综合安全状态参数(张力、抬升量、温度) 般边坡采用车地应答模式的定期监测方式;对于重的实时监测与辨识。 点边坡,可采用基于光纤光栅和阵列式位移深部土体 1)研究了基于坠砣高度、接触线张力、棘轮位置 监测的实时监测方式。 与滑轮偏转角等监测量的接触线断线及隐患检测技 2)研发了边坡车载激光扫描系统及数据的三维术。通过对这些特征量的研究与监测,掌握了接触网 可视化技术,为铁路沿线边坡的普査提供了重要的技的安全运行特征,实现接触网断线状态实时检测 术手段。 2)研究了基于红外及铂电阻传感测温等技术的 3)实现了边坡变形信息的交互式信息采集技术,接触网温度检测方法和基于高精度、强抗干扰的接触 为一般铁路边坡监测提供了技术支撑。 网应变检测技术。通过温度和应变的监测,使得接触
铁 道 建 筑 October，2015 自然灾害报警、铁路设备形位异常和反恐防暴等重大 需求提供技术支持和条件保障，对提高高速铁路安全 水平具有重要意义。 3 线下基础设施服役状态检测技术 3. 1 沉降变形监测技术 在高速铁路路基工后沉降方面，研制了基于自动 全站测量的智能移站沉降变形监测系统，实现了针对 高速铁路的全站测量、站间走行、动力及电源供给、观 测标的合理设置、远程控制和远程数据传输功能; 完善 了沉降变形的评估方法，提出了适合运营高铁的沉降 评估方法; 开发了高速铁路沉降变形评估系统，形成系 统的高 速 铁 路 路 基 沉 降 变 形 分 析、监 测、评 估 技 术 体系。 1) 获得了高速铁路工后沉降变形特征，发现其具 有总沉降量小，将测量精度要求高的特点。这为检测 与监测 设 备 的 选 型 和 研 发 提 供 了 理 论 依 据 和 技 术 支撑。 2) 研发了基于全站测量模式的智能移站沉降变 形测量系统。该系统能够实现高速铁路线下基础设施 沉降变形智能监测，更加适应一维方向超长距离分布、 周期长、精度要求高的高速铁路沉降变形监测，从根本 上实现了工后沉降监测的自动化、智能化、高效化和低 成本化。 3) 提出了高速铁路路基单点沉降和线路纵向多 点差异沉降的综合评估模式，完善了工后沉降变形监 测技术体系，为高速铁路路基确定合理的运行维护模 式提供了理论指导。 3. 2 高陡边坡稳定状态监测技术 在高陡边坡多因素稳定性影响分析的基础上，构 建了高陡边坡的综合监测体系，研发了高陡边坡的监 测技术及 评 估 体 系，并 进 行 了 工 程 验 证。主 要 成 果 如下: 1) 构建了边坡监测体系。基于三维激光扫描技 术对全线边坡进行初步普查，并结合工程地质和水文 地质条件，将铁路沿线边坡分为重点边坡和一般边坡， 系统分析了边坡可能存在的安全隐患和监测重点。对 一般边坡采用车地应答模式的定期监测方式; 对于重 点边坡，可采用基于光纤光栅和阵列式位移深部土体 监测的实时监测方式。 2) 研发了边坡车载激光扫描系统及数据的三维 可视化技术，为铁路沿线边坡的普查提供了重要的技 术手段。 3) 实现了边坡变形信息的交互式信息采集技术， 为一般铁路边坡监测提供了技术支撑。 4) 形成了基于光纤传感和阵列式位移传感技术 的铁路边坡滑坡监测技术，为重点边坡的实时监测提 供了技术支撑。 5) 研究了将数据库管理系统技术与智能分析相 结合的铁路边坡评估报警系统，可提升铁路工务设备 信息化管理水平和养护维修科学决策水平。 4 牵引变电关键设备和接触网在线监测技术 4. 1 铁路供电系统运行安全及在线监测系统 研究了牵引供电的接触网、变压器设备的热过负 荷等效数学模型，报警机制的参数分析计算和整定方 法; 研究了铁路变电所的智能预警及在线监测技术，实 现了变电站“数据集成、业务协同、管理集中、资源共 享”的管理要求，实现了信息的集中采集、集中传输、 集中分析、集中应用，实现了与其它系统的交互应用。 1) 热过负荷模型研究。分析了变压器、接触网的 热过负荷特性，分析了热过负荷的影响参数、报警机制 及整定方法，形成了热过负荷保护模型并研制了相应 保护装置，能够有效反映变压器绕组、接触网馈线的温 度变化情况，防止其因长期过热而导致稳定性下降。 2) 变电站智能预警及在线监测技术研究。分析 了变电站运行、维护及管理现状; 研究了传统电气开关 设备的智能化组件，集在线监视、智能控制、数字化接 口和断路器的电子操作等一系列的高智能化功能于一 体; 研究了变电站监测信号、控制命令、保护跳闸命令 的数字化采集、传输、处理和数据共享的技术，实现了 采用 IEC61850 标准定义的，分为过程层、间隔层和站 控层的系统样机架构。能够根据智能一次设备状态监 测和变电所环境在线监测的海量数据，采用数据挖掘 的方式提取有效信息，针对潜在的可能影响到供电安 全的异常事件给出报警信息。 4. 2 接触网安全状态实时检测技术研究 针对接触网结构复杂、无备用、运行环境恶劣和故 障率高的特点，合理选择表征接触网运行状态的特征 量，重点对接触网温度、张力的监测方法进行了研究。 实现了基于位移、加速度、铂电阻测温与图像压缩等技 术的接触网综合安全状态参数( 张力、抬升量、温度) 的实时监测与辨识。 1) 研究了基于坠砣高度、接触线张力、棘轮位置 与滑轮偏转角等监测量的接触线断线及隐患检测技 术。通过对这些特征量的研究与监测，掌握了接触网 的安全运行特征，实现接触网断线状态实时检测。 2) 研究了基于红外及铂电阻传感测温等技术的 接触网温度检测方法和基于高精度、强抗干扰的接触 网应变检测技术。通过温度和应变的监测，使得接触 4
015年第10期 赵有明:高速铁路基础设施服役状态检测技术 线温度和应变值均在一个合理的阈值范围内,保证接 触线运行状态良好,确保列车运行的安全稳定。 5系统集成和工程验证 3)整体完成了补偿装置的张力监测系统,对系统5.1多源检测数据整合与存储 各信号的采集、通信方式、系统供电方式等关键技术进 通过深入分析高速铁路基础设施服役状态检测与 行了研究,设计完成了监测系统的原型样机,并在测试监测数据的内容和特征,提出了高速铁路基础设施服 平台上进行了模拟测试,对测试中反映出来的问题进役状态检测与监测数据整合与存储技术,即将检测与 行了分析并对监测系统进行了改进。同时,考虑到现监测数据归一到“设备一地理一时间”三维数据空间 场安装条件及工作环境,深入研究了可行的安装及工内。数据存储采用文件服务器和 Oracle数据库相结 作方式,在节能、安全、可靠三方面对监测系统进行了合的方式,数据存储和处理能力可达到10TB以上。 改进。 系统集成的数据管理遵循编码统一原则,使用了 4.3接触网状态在线检测设备及关键技术研究 数据仓库技术。系统结构设计采用了服务总线、SOA、 针对弓网电弧和接触网关键悬挂参数在线检测开模块化技术。通过数据抽取和推送技术实现了工务 展了大量研究,分述如下 段一铁路局一总公司系统间的数据接口 1)弓网电弧在线监测装置标定方法研究。研究 建立了高速铁路基础设施服役状态检测与监测系 弓网电弧光谱辐射特性和电弧特征光提取技术,建立统,实现了oTP系统架构,规范了数据接口的多源接 光谱响应度标定平台,以弓网电弧在线检测装置为出人。实现了工务基础设施台账、检测与监测数据的统 发点,提出一套基于弓网电弧在线检测装置的标定方 管理,接入牵引变电基础设施检测与监测数据,实现 法,获取弓网电弧在线检测装置的灵敏度曲线,从而解丁牵引变电基础设施检测与监测数据的综合显示 决了弓网电弧不能定量描述的关键技术问题。 5.2高速铁路基础设施服役状态综合分析评估 2)基于牵引电流与弓网电弧的弓网受流质量技 提出了适用于我国高速铁路运营特点和设备技术 术研究。研究牵引电流与弓网电弧的内在关系,提出现状的基础设施服役状态检测与监测总体框架体系, 为我国高速铁路基础设施服役状态的检查监控模式、 了一种由于弓网电弧引起的牵引电流暂态变化评估指 检测与监测设备配置及检修管理提供技术支持,有力 标——牵引电流扰动量(其值能够反映电流的稳定情 地保障了高速铁路安全、经济、有序运营。 况),定量描述牵引电流的扰动程度。 在高速铁路基础设施服役状态检测与监测系统中 3)载体振动补偿技术研究。研究车体振动系统实现了对高速铁路基础设施服役状态检测与监测数据 产生机理和特征,分析车体振动后表现出的运行特征,的趋势分析、重复分析和关联分析,提出了轨道几何和 研究基于机器视觉技术的摄像检测方法。以典型的接 钢轨伤损状态综合评估模型,提出了轨道几何状态安 触网综合车为例,建立了一种车载振动补偿计算模型 全态势预测方法 解决了由于车体自由摆动带来的检测精度误差,提高5.3工程验证 了检测精度,达到接触网“精检细修”的目的。 在环行铁道动车试验线对无缝线路钢轨纵向应 4.4基于受电弓图像识别技术的接触网状态监测及力、位移、完整性监测系统进行了试验验证:在沪杭高 装置研制 铁对异物侵限系统进行了试验验证;在昆明局威红线 研究了基于受电弓图像识别技术的接触网状态监对高陡边坡稳定监测系统进行了验证:对其余各系统也 测技术,主要包含受电弓图像采集及传输技术、受电弓分别开展了验证试验。通过验证试验全面考核系统的 图像预处理技术受电弓图像特征提取技术等。研制功能和性能。验证结果表明,监测系统样机达到了“具 了视频编码装置、音响报警装置及受电弓图像分析服备完整功能的最小系统”的要求。 状态监测系统。该系统通过架设在固定位置的照相机6关键技术突破与创新点 拍摄到来列车的受电弓图像,通过对受电弓图像的分6.1关键技术突破 析间接判断接触网状态。该系统是一种非接触式弓网 在线路基础设施方面取得了5项关键技术突破 关系在线监测系统,可在不影响列车正常运行的情况下①基于超声导波的钢轨绝对应力及完整性监测评估技 对列车受电弓、接触网进行监测,是现有弓网关系监测术;②基于移动加载车的轨道结构综合刚度检测及状 系统的有效补充,具有安装维护方便、便于功能扩展等态评估技术;③基于立体视觉和微波雷达的线路异物 优点,具有很好的应用前景。 侵人自动检测技术;④基于自动全站测量的智能移站
2015 年第 10 期 赵有明: 高速铁路基础设施服役状态检测技术 线温度和应变值均在一个合理的阈值范围内，保证接 触线运行状态良好，确保列车运行的安全稳定。 3) 整体完成了补偿装置的张力监测系统，对系统 各信号的采集、通信方式、系统供电方式等关键技术进 行了研究，设计完成了监测系统的原型样机，并在测试 平台上进行了模拟测试，对测试中反映出来的问题进 行了分析并对监测系统进行了改进。同时，考虑到现 场安装条件及工作环境，深入研究了可行的安装及工 作方式，在节能、安全、可靠三方面对监测系统进行了 改进。 4. 3 接触网状态在线检测设备及关键技术研究 针对弓网电弧和接触网关键悬挂参数在线检测开 展了大量研究，分述如下: 1) 弓网电弧在线监测装置标定方法研究。研究 弓网电弧光谱辐射特性和电弧特征光提取技术，建立 光谱响应度标定平台，以弓网电弧在线检测装置为出 发点，提出一套基于弓网电弧在线检测装置的标定方 法，获取弓网电弧在线检测装置的灵敏度曲线，从而解 决了弓网电弧不能定量描述的关键技术问题。 2) 基于牵引电流与弓网电弧的弓网受流质量技 术研究。研究牵引电流与弓网电弧的内在关系，提出 了一种由于弓网电弧引起的牵引电流暂态变化评估指 标———牵引电流扰动量( 其值能够反映电流的稳定情 况) ，定量描述牵引电流的扰动程度。 3) 载体振动补偿技术研究。研究车体振动系统 产生机理和特征，分析车体振动后表现出的运行特征， 研究基于机器视觉技术的摄像检测方法。以典型的接 触网综合车为例，建立了一种车载振动补偿计算模型， 解决了由于车体自由摆动带来的检测精度误差，提高 了检测精度，达到接触网“精检细修”的目的。 4. 4 基于受电弓图像识别技术的接触网状态监测及 装置研制 研究了基于受电弓图像识别技术的接触网状态监 测技术，主要包含受电弓图像采集及传输技术、受电弓 图像预处理技术、受电弓图像特征提取技术等。研制 了视频编码装置、音响报警装置及受电弓图像分析服 务器软件，形成了基于受电弓图像识别技术的接触网 状态监测系统。该系统通过架设在固定位置的照相机 拍摄到来列车的受电弓图像，通过对受电弓图像的分 析间接判断接触网状态。该系统是一种非接触式弓网 关系在线监测系统，可在不影响列车正常运行的情况下 对列车受电弓、接触网进行监测，是现有弓网关系监测 系统的有效补充，具有安装维护方便、便于功能扩展等 优点，具有很好的应用前景。 5 系统集成和工程验证 5. 1 多源检测数据整合与存储 通过深入分析高速铁路基础设施服役状态检测与 监测数据的内容和特征，提出了高速铁路基础设施服 役状态检测与监测数据整合与存储技术，即将检测与 监测数据归一到“设备—地理—时间”三维数据空间 内。数据存储采用文件服务器和 Oracle 数据库相结 合的方式，数据存储和处理能力可达到 10 TB 以上。 系统集成的数据管理遵循编码统一原则，使用了 数据仓库技术。系统结构设计采用了服务总线、SOA、 模块化技术。通过数据抽取和推送技术实现了工务 段—铁路局—总公司系统间的数据接口。 建立了高速铁路基础设施服役状态检测与监测系 统，实现了 OTP 系统架构，规范了数据接口的多源接 入。实现了工务基础设施台账、检测与监测数据的统 一管理，接入牵引变电基础设施检测与监测数据，实现 了牵引变电基础设施检测与监测数据的综合显示。 5. 2 高速铁路基础设施服役状态综合分析评估 提出了适用于我国高速铁路运营特点和设备技术 现状的基础设施服役状态检测与监测总体框架体系， 为我国高速铁路基础设施服役状态的检查监控模式、 检测与监测设备配置及检修管理提供技术支持，有力 地保障了高速铁路安全、经济、有序运营。 在高速铁路基础设施服役状态检测与监测系统中 实现了对高速铁路基础设施服役状态检测与监测数据 的趋势分析、重复分析和关联分析，提出了轨道几何和 钢轨伤损状态综合评估模型，提出了轨道几何状态安 全态势预测方法。 5. 3 工程验证 在环行铁道动车试验线对无缝线路钢轨纵向应 力、位移、完整性监测系统进行了试验验证; 在沪杭高 铁对异物侵限系统进行了试验验证; 在昆明局威红线 对高陡边坡稳定监测系统进行了验证; 对其余各系统也 分别开展了验证试验。通过验证试验全面考核系统的 功能和性能。验证结果表明，监测系统样机达到了“具 备完整功能的最小系统”的要求。 6 关键技术突破与创新点 6. 1 关键技术突破 在线路基础设施方面取得了 5 项关键技术突破: ①基于超声导波的钢轨绝对应力及完整性监测评估技 术; ②基于移动加载车的轨道结构综合刚度检测及状 态评估技术; ③基于立体视觉和微波雷达的线路异物 侵入自动检测技术; ④基于自动全站测量的智能移站 5
铁道建筑 October 2015 沉降变形监测技术:⑤基于微电子机械系统的边坡状7结语 态监测技术。 在牵引供电方面关键技术突破有:①考虑环境因 通过高速铁路基础设施服役状态检测技术的研 素影响的变压器、接触网热过负荷计算模型;②基于位究,构建了基础设施服役状态检测与数据分析系统,形 移、加速度、铂电阻测温的接触网状态检测技术;③接成了基础设施服役状态检测与监测技术体系,既保障 触网张力在线传感技术、振动监测技术;④弓网电弧在了基础设施的长期运营安全及服役品质,提高了维护 线检测装置标定及检测系统车体动态补偿技术;⑤消水平,又推动了高铁技术进步,带动了技术创新。此 除环境影响的图像信息预处理和图像特征提取方法:外,培养了一批高端技术人才。研究成果对我国高速 ⑥数据传输及系统集成方面,研发了传感网络动态组铁路发展和长期安全运营具有重要的意义 网和异构特征融合技术、以及多源数据整合与存储 建议:①进一步加大检测与监测系统试验验证范 技术。 围:②进一步提升检测与监测系统的耐久性以及抵抗 6.2主要创新点 恶劣气候的能力;③进一步加强检测与监测系统的推 ①基于超声导波的钢轨完整性监测技术;②车辆广应用;④随着检测与监测数据的积累,需深入研究数 移动状态下高精度加载技术和钢轨位移双弦检测技据分析、挖掘和应用技术。 术:③单目与双目视觉相结合的铁路异物检测方式 参考文献 ④基于全站测量模式的智能移站沉降变形测量系统; ⑤基于车地交互模式和实时在线的边坡监测系统 [1]卢春房.提高铁路科技创新能力促进铁路科学发展[].中 ⑥牵引供电系统设备热过负荷等效数学模型;⑦接触 国铁路,2013(2):17-22 [2]何华武高速铁路运行安全检测监测与监控技术[J].中国 网综合安全状态多参数实时传感与辨识技术;⑧弓网 铁路,2013( 电弧检测装置的标定方法和车体动态补偿技术;⑨利(3]盛光祖党的十八大对铁路改革发展提出的新任务新要求 用色彩信息和pile算法的受电弓图像定位方法; [J].中国铁路,2013(2):4→ ⑩传感网络动态组网和异构特征融合技术;①基于多[4]中国铁道科学研究院高速铁路基础设施服役状态检测技 源数据整合的高速铁路基础设施检测与监测系统。 术[R].北京:中国铁道科学研究院,2014 Detection technology of service state of high speed railway infrastructure ZHAO Youming China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China) Abstract: Detection techno logy of serv ice state of high speed railw ay infrastructure in our country is an im portant foundation for im proving the high speed railw ay serv ice quality and infrastructure maintenance level, which has im portant significance to C hina high speed railw ay development and long term safe operation. This paper introduced the latest research results and test application of high speed railw ay infrastructure serv ice state detection technolog. including high speed railw ay online and off line facilities, traction substation equipment and contact net, data access network technology and the com prehensive analy sis and evaluation sy stem. This paper also concluded key technology such as the rail absolute stress based on ultrasonic guided w ave and the integrity monitoring and evaluation technolo gy, and main Innovation on points including high speed railw ay detection and monitoring sy stem based on multi source data integration, w hich suggests that further exploration should be made for the w id application pattern of detection and monitoring system in China high speed railw ay Key words: High speed railw ay: Online facilities: O ff line facilities: Traction substation: Access netw ork; System Integration 贲任审编李付军)
铁 道 建 筑 October，2015 沉降变形监测技术; ⑤基于微电子机械系统的边坡状 态监测技术。 在牵引供电方面关键技术突破有: ①考虑环境因 素影响的变压器、接触网热过负荷计算模型; ②基于位 移、加速度、铂电阻测温的接触网状态检测技术; ③接 触网张力在线传感技术、振动监测技术; ④弓网电弧在 线检测装置标定及检测系统车体动态补偿技术; ⑤消 除环境影响的图像信息预处理和图像特征提取方法; ⑥数据传输及系统集成方面，研发了传感网络动态组 网和异构特征融合技术、以及多源数据整合与 存 储 技术。 6. 2 主要创新点 ①基于超声导波的钢轨完整性监测技术; ②车辆 移动状态下高精度加载技术和钢轨位移双弦检测技 术; ③单目与双目视觉相结合的铁路异物检测方式; ④基于全站测量模式的智能移站沉降变形测量系统; ⑤基于车地 交 互 模 式 和 实 时 在 线 的 边 坡 监 测 系 统; ⑥牵引供电系统设备热过负荷等效数学模型; ⑦接触 网综合安全状态多参数实时传感与辨识技术; ⑧弓网 电弧检测装置的标定方法和车体动态补偿技术; ⑨利 用色 彩 信 息 和 p-tile 算 法 的 受 电 弓 图 像 定 位 方 法; ⑩传感网络动态组网和异构特征融合技术; 瑏瑡基于多 源数据整合的高速铁路基础设施检测与监测系统。 7 结语 通过高速铁路基础设施服役状态检测技术的研 究，构建了基础设施服役状态检测与数据分析系统，形 成了基础设施服役状态检测与监测技术体系，既保障 了基础设施的长期运营安全及服役品质，提高了维护 水平，又推动了高铁技术进步，带动了技术创新。此 外，培养了一批高端技术人才。研究成果对我国高速 铁路发展和长期安全运营具有重要的意义。 建议: ①进一步加大检测与监测系统试验验证范 围; ②进一步提升检测与监测系统的耐久性以及抵抗 恶劣气候的能力; ③进一步加强检测与监测系统的推 广应用; ④随着检测与监测数据的积累，需深入研究数 据分析、挖掘和应用技术。 参 考 文 献 ［1］卢春房． 提高铁路科技创新能力 促进铁路科学发展［J］． 中 国铁路，2013( 2) : 17-22． ［2］何华武． 高速铁路运行安全检测监测与监控技术［J］． 中国 铁路，2013( 3) : 1-7． ［3］盛光祖． 党的十八大对铁路改革发展提出的新任务新要求 ［J］． 中国铁路，2013( 2) : 4-9． ［4］中国铁道科学研究院． 高速铁路基础设施服役状态检测技 术［R］． 北京: 中国铁道科学研究院，2014． Detection technology of service state of high speed railway infrastructure ZHAO Youming ( China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China) Abstract: Detection technology of service state of high speed railw ay infrastructure in our country is an important foundation for improving the high speed railw ay service quality and infrastructure maintenance level，w hich has important significance to C hina high speed railw ay development and long-term safe operation． T his paper introduced the latest research results and test application of high speed railw ay infrastructure service state detection technology， including high speed railw ay online and off line facilities，traction substation equipment and contact net，data access netw ork technology and the comprehensive analysis and evaluation system ． T his paper also concluded key technology such as the rail absolute stress based on ultrasonic guided w ave and the integrity monitoring and evaluation technology，and main innovation points including high speed railw ay detection and monitoring system based on multi source data integration，w hich suggests that further exploration should be made for the w ide application pattern of detection and monitoring system in C hina high speed railw ay ． Key words: High speed railw ay ; O nline facilities; O ffline facilities; T raction substation; Access netw ork; System integration ( 责任审编 李付军) 6