浅谈轨道巡检系统在城市轨道交通的应用

黄海军+张飞龙

摘 要：目前城市轨道交通行业的线路巡检主要依靠夜间天窗期人工巡道检查为主，此办法需要耗费大量的人力且效率较低，人工巡检过程中或因人为因素导致部分轨道缺陷不能及时发现，造成安全隐患。轨道巡检系统具有检测速度高，系统智能采集线路信息、识别线路缺陷，检测效率高，可在很大程度上代替人工巡检，提高线路巡检的总体效率。

关键词：城市轨道交通；线路检查；巡检系统

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.101

轨道巡检系统结合线路基础设施检测的应用需求，基于非接触式检查测量理念，以数字高清成像、视觉测量、图像处理、模式识别等技术，对轨道图像信息进行采集、分析和处理。系统采用先进的高分辨率、低噪声、小畸变的图像传感器，设计高速实时图像采集系统实现线路轨道设施（钢轨表面、扣件、弹条、轨道板表面、信号装置、道口、道岔、护轨区域、排水沟、道床表面和轨枕等）的高清连续成像，从而达到自动巡视检查道床、扣件、钢轨及线路环境的目的。

1 轨道巡检系统的组成及应用

1.1 轨道巡检系统的组成

轨道巡检系统主要由轨道巡查系统、轨道轮廓测量系统组成以实现完整的轨道基础设施检测功能。每个子系统都有独立的数据采集和处理设备。都含有一套智能识别系统用于对图像或测量数据的自动识别和判断。通过图像处理的方式对系统所采集的数据进行测量、分析和识别等。

1.2 轨道巡检系统的安装

该系统主要安装于检测车上，可以单独安装在检测车上作为独立的线路巡检车，也可以和其他系统如轨检系统、接触网检测系统、限界检测系统等组合安装于检测车作为综合检测车。线路巡检系统最高检测速度可达160Km/h及以上，符合城市轨道交通工程车辆正线运行速度要求，同等条件下可以大幅度提高线路巡检效率。线路巡检系统能够自动完成对线路基础设施的图像采集、分析和数据测量且识别精度和效果好，可以在很大程度上替代人工巡道检查，从而减少线路巡道工作的大量人力和物力投入。

1.3 轨道巡检系统的应用

据调查统计巡检系统巡道检查与人工巡道檢查对比如下表：

巡检系统按照55km/h检测速度计算，工作时长3小时，巡检车辆整备和收车时间约1小时，在相同时间内，巡检系统里程和扣件检查为人工巡检的16-20倍。更突出特点是巡检系统能将各种病害统计分析，可以节省大量的人力进行专门的统计和分析工作，巡检人员只需要对检测出的线路缺陷进行复核确认，发生细微变化时能及时发现处理，将问题病害隐患消除，确保设备安全可靠。巡检系统大大缩短检测时间，提高缺陷识别能力、统计分析及优化养护作业方案，弥补人工巡检的不足。

线路基础设施的缺陷可以通过巡检系统软件自动判定，并通过友好的人机界面显示给检测人员，包括缺陷的类型和缺陷的位置等信息。巡检人员通过辨别缺陷的图像和缺陷的测量信息确认是否为真实缺陷。巡检系统能为检测人员提供便捷的判定手段和清晰的显示界面显示缺陷的类型和信息。巡检系统能够输出表格和图像两种缺陷报告，包括检测的时间、缺陷的类型、缺陷的里程信息、操作者的备注信息、缺陷的图像信息、缺陷的测量信息以及其它线路信息。

2 线路巡检系统主要检测功能

2.1 钢轨轨头缺陷检测

（1）可检测有碴和无碴线路钢轨轨头表面异常，如钢轨头表面烧伤，砟印，起皮，压溃和波磨等缺陷。（2）可检测断轨和轨顶线性病害检测，对钢轨断轨和钢轨轨顶扩展至整个轨头的横向裂纹进行检测并显示。（3）对轨缝大小进行检测，轨缝通过光学对比其标准尺寸自动检测，系统可诊断轨缝不足或太大用于指导维修。（4）可检测钢轨表面擦伤和剥离等缺陷。

2.2 扣件区域检测

（1）检测有碴和无碴线路安装在钢轨两侧的所有扣件异常，如扣件丢失，松动，弹条歪斜，螺栓丢失；（2）可以检测垫板螺栓丢失和其表面裂纹病害，检测轨道垫，夹轨器和绝缘片的异常情况；（3）可自动检测扣件丢失或脱落以及扣件相对与钢轨轨底的位置是否正确。（4）可自动对弹条脱落、歪斜或变形进行检测。扣件和弹条状态识别通过与系统内设置的标准模型对比实现，系统预先设置扣件模型，若所检测的扣件与其不同则会报告扣件或弹条异常信息。

2.3 轨枕与道床区域检测

（1）可以检测轨枕异常，如裂缝，剥落，歪斜，高度等。（2）可对轨枕类别进行分类检测，将轨枕类型具体分为水泥轨枕、枕木铁枕等。（3）也可对道床区域缺陷进行检测。（4）可对碎石道床和整体道床下的轨枕进行检测，检测水泥轨枕从扣件处向外的裂纹等缺陷，可以根据厚度和长度尺寸设置检测灵敏度。当系统进行中央轨枕检测时可自动检测并分析裂纹。系统检测出裂纹后对其长度、平均厚度、及位置等信息进行分析。检测裂纹的最小厚度和长度可调。（5）可对无砟轨道道床裂纹进行检测。

2.4 轨道区域检测

（1）检测轨道线路区域溢出或缺失道砟，干浆区，轨枕空吊和植物超限，异物干扰等。（2）检测信号装置如应答器和计轴器。（3）自动检测道砟超限，道砟高度检测参考轨底高度，道砟高度超高或缺失根据买方，定义的离轨底距离标准判定。道砟高度判定可根据道砟参考轨枕顶面平均高度之间距离。将其与预先设置做比较可判定其超高或缺少。（4）对轨道中央信号装置和线路中心其他装置进行检测。（5）对轨道外侧信号装置和其他装置进行检测。（6）对接近钢轨的异物进行识别和检测，所检测异物的尺寸和大小可根据要求进行设定。（7）可自动识别和检测道岔和护轨区域以及道口等线路设施。（8）可检测排水沟及其他异物情况。

目前城市轨道交通的线路巡视检查工作仍以人工巡道检查为主，对轨道的智能巡检还出在起步阶段。随着近年国内城市轨道交通的快速发展，投入运营的线路将会越来越多，需要检查的轨道基础设施将会越来越多，人工巡检的方式将难以满足浩繁的轨道设施检查需要，高效智能化车载轨道巡检系统的应用将势在必行。

参考文献：

[1]许贵阳，史天运，任盛伟，韩强，王登阳.基于计算机视觉的车载轨道巡检系统研制[J].2013，34（01）：139-144.endprint