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