铁路工务、电务、供电检测装备发展现状综述_杨飞.pdf

第 卷第期 年月交 通 运 输 工 程 学 报 收稿日期：基金项目：国家自然科学基金项目（）；中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划（）作者简介：杨飞（），男，山东枣庄人，中国铁道科学研究院集团有限公司副研究员，从事铁路基础设施检测与评估技术研究。通讯作者：涂文靖（），男，江西南昌人，中国国家铁路集团有限公司高级工程师。引用格式：杨飞，涂文靖，魏子龙，等铁路工务、电务、供电检测装备发展现状综述交通运输工程学报，（）：，（）：文章编号：（）铁路工务、电务、供电检测装备发展现状综述杨飞，涂文靖，魏子龙，柯在田，刘秀波，杨爱红，王石磊（中国铁道科学研究院集团有限公司 基础设施检测研究所，北京 ；中国国家铁路集团有限公司工电部，北京 ；中国国家铁路集团有限公司 铁路基础设施检测中心，北京 ）摘要：从铁路工务、电务、供电检测装备的类型、检测对象等角度，梳理了各国检测装备的发展概况，分析了综合检测车、专业检测车、搭载式检测装置的发展历史、技术特点与应用情况，比较了国内外同类型检测装备在设计理念、功能集成、运用维护等方面的差异，分析了中国检测装备存在的不足；在此基础上，借鉴国外先进经验并结合中国实际情况，凝练了中国检测装备的发展趋势。研究结果表明：中国铁路工务、电务、供电检测技术取得了长足进步，部分领域达到或接近世界先进水平；但与实际运营需求相比还存在一定差距，主要表现在检测项目不充足，检测设备自动化和智能化水平较低，检测数据利用不充分，检测成本较高等；针对上述问题，检测装备的发展应朝着检测功能综合化、检测装备小型化与模块化、检测过程智能化与无人化的方向发展，形成可靠性高、检测项目齐全、检测数据精准的现代化检测装备体系，以期实现对铁路基础设施的状态维修和全生命周期管理。关键词：铁道工程；铁路工务；铁路电务；铁路供电；检测装备；发展现状中图分类号：文献标志码：，（，；，；，）：，交通运输工程学报 年 ，：；：（），；（），：（）；，（）引言铁路是国民经济大动脉、关键基础设施和重大民生工程。截至 年底，全国铁路营业里程达到 万公里，其中高铁 万公里。根据中国铁路中长期发展规划，预计到 年，中国铁路网规模将达到 万公里，到 年达到 万公里，其中高铁里程将达到 万公里。随着大规模新建铁路的开通运营和既有线提质改造，工务、电务和供电设备数量持续增加，在国民经济持续增长、全路客货运量不断增长的大背景下，对及时准确掌握工务、电务、供电装备状态变化规律，提升工务、电务、供电装备运维的质量与效益提出了更高要求。为适应新时代铁路发展形势，推动铁路高水平发展，本文深入调研了国内外铁路工务、电务和供电检测装备的发展现状，对比分析现阶段中国工务、电务、供电检测装备存在的问题，借鉴国外检测装备的改造升级实践和技术经验，结合新时代铁路固定基础设施的发展要求，总结分析当前以及今后一段时期中国检测装备发展方向，为铁路检测与维修提供有力支撑。工务、电务、供电检测装备的类型及特点国内外铁路发达国家基于自身的线路里程、运营特点形成了综合检测车、专业检测车、搭载式检测装置等相结合的工务、电务、供电检测装备体系，进而对铁路基础设施服役状态进行全面、周期性地检测。图总结了铁路工务、电务、供电基础设施检测装备的类型。综合检测车综合检测车是检测铁路基础设施状态的大型综合检测装备，通常以完整编组的运营列车作为载体，安装各专业检测设备，包括轨道、接触网、通信、信号、车辆加速度、轮轨力等检测系统，以及同步定位等支持系统。综合检测车自带动力，是目前唯一能够以线路运营速度对高速铁路进行等速检测的大型装备。目前，世界上研发和运用综合检测车的国家主要有中国、日本、法国、英国与意大利等国。专业检测车专业检测车是检测铁路基础设施状态的特种车辆。与综合检测车相比，专业检测车仅能针对特定的工务、电务或供电设备开展检测作业。例如，轨道检测车用来检测轨道几何的平顺状态，隧道检测车用来检测隧道衬砌病害，接触网检测车则用于测量接触网的状态参数与几何参数。部分专业检测车以客车为载体，自身不带动力，也有部分检测车基于专用的轨道车平台开发，可以实现自主运行。搭载式检测装置搭载式检测装置通常布置在运营动车组和机车的指定位置，用于实时监测铁路基础设施状态。搭载式检测装置的运用可以大幅提高检测频率，是综第期杨飞，等：铁路工务、电务、供电检测装备发展现状综述图铁路工务、电务、供电检测装备 ，合检测车与专业检测车周期性检测的重要补充，也是综合一体化检测监测体系不可缺少的部分。站段现场小型仪器站段现场小型仪器，如轨道检测仪、钢轨探伤仪、钢轨波磨仪等，主要由现场站段使用。该类设备作为动态检测装备的必要补充与现场复核的重要工具，也能够应用在站线、支线等动态检测车辆不便覆盖的线路。上述检测装备测得的铁路基础设施状态数据大致可分为如下种类型。（）波形图：即检测参数随线路里程分布的一维数组，包括轨道几何、轴箱加速度、轮轨作用力等工务专业检测数据，接触网导高、拉出值、弓网接触力等供电专业检测数据，以及轨道电路感应电压等电务专业检测数据。（）梯度图：即检测参数随线路里程和检测介质深度分布的二维数组，如隧道衬砌雷达检测车和线路探地雷达车采集的线路结构状态数据。（）光学红外图像：即被检测对象各像素的检测参数灰度值的集合，包括轨道与接触网巡检系统采集的光学图像、红外热像仪采集的接触网温度等。（）文本数据：即记录里程、时间、发生事件的表格，如应答器、列车自动保护系统（，）、场强覆盖等电务专业检测数据。国外工务、电务、供电检测装备发展现状本节针对国外铁路工务、电务、供电检测装备发展现状的调研主要围绕日、德、法、美、英等铁路技术先进的国家开展，按照专业逐项进行梳理。综合检测车日本铁路先后配备了“黄色医生”高速综合检测车和“”高速综合检测车，用于对所辖范围新干线与普速线路的定期综合检查。第一辆“黄色医生”综合检测车（型号）于 年服役，随后又陆续服役了 型、型 号、型 号、型、型号、型 号等辆“黄色医生”检测车。目前，除 型在役、型 号作为备用车使用外，其余“黄色医生”均已除役。型综合检测车（图）于 年投入使用，主要用于东海道、山阳等新干线的动态检测，最高检测速度为 。该车以 系动车组为平台，为节编组，其中第节为电力、信号、通信设备检测车，第节为轨道检测车，第节为添乘人员使用的客车，在第、节的车顶布置测量受电弓，第、节则装有接触网光学检测装置。在各检测项目中，轨道检测采用刚性测量设备、钢轨位移光传感器等技术，能够在高速行车条件下对轨道不平顺进行高精度测量；接触网检测采用的激光传感器可对接触导线发射激光 次，从而能够检测出接触网出现的细微磨耗。图“黄色医生”高速综合检测车 “”“”高速综合检测车于 年交付使用（图），目前主要用于东北、上越、北陆等新干线的交通运输工程学报 年图“”高速综合检测车 “”动态检测。该车以 系电动车组为平台，采用节编组，其中节为轨道检测车，其余为通信信号和供电检测车，检测项目在“黄色医生”的基础上进一步扩展至轨道部件图像、隧道表面裂纹伤损、车下噪声等 项，检测速度可达 。该型车的各检测项目可在速度、时间和里程位置上保持同步，然而其数据管理平台的通用性和实时性相对较差，各检测模块的数据记录单元相互独立且需各自转储到数据技术中心分别处理，部分项目还依赖人工判别。法国国营铁路公司（，）于 年开始 采 用“”高速综合检测车（图）对高速铁路技术设施状态进行动态检测，最高检测速度为 。该列车采用 节编组，其中，第、节为动力机车；第节布置轨道几何、钢轨表面图像、空气压力、车辆动态响应与信号检测装置；第节布置信号、接触网检测装置；第节布置通信检测装置、整车同步定位系统与综合信息处理中心；第节为行政办公区域和会议室；第节布置车辆动态响应检测装置；第节为休息室；第节为餐车；第节布置车辆动态响应与信号检测装置。图“”高速综合检测车 “”“”可开展的检测项目如下。（）轨道检测：轨道几何、车体加速度、轴箱加速度、车辆噪声、钢轨表面图像。（）接触网检测：受流状态（电弧、电压、电流）、接触网动态参数（冲击与硬点、垂向加速度、接触网高度和拉出值）与弓网图像。（）信号检测：机车信号传输参数、列车速度控制信标参数、应答器等。（）通信检测：车地通讯、无线覆盖等。（）其他：列车定位状态、气象条件、风速等。“”检测车搭载了统一的测速定位和时钟信息发布系统，各项检测数据可通过车上数据管理平台集中进行综合分析及对地数据交换。意大利先后研制了“阿基米德”高速综合检测车和“”高速综合检测车。“阿基米德”高速综合检测车（图）为节编组，包括节机车、节客车和节驱动尾车，最高检测速度为 。该车搭载了 个光传感器、个加速度计、台摄像机、高精度惯性测量装置，以及一系列强度、速度、位置、温 度 传 感 器；上述传感器通过传 输速度为 的光纤网络连接，并由数据处理能力达 的 台计算机进行分析处理，可同时检测表征轨道几何、接触网、通信信号状态的 项基本参数和 项导出参数。图“阿基米德”高速综合检测车 “”图“”高速综合检测车 “”意大利于第 届世界铁路研究大会期间展示了其研制的“”高速综合检测车（图），该车以双流制 系动车组为平台，采用 节编组（动拖），检测运行速度可达 。该车实现了多传感器数据的平台化集成，能够更大限度地发挥综合检测装备中多源数据融合分析的优势。例如，接触网检测系统可将接触导线几何检测第期杨飞，等：铁路工务、电务、供电检测装备发展现状综述参数和视频检测数据进行融合分析，进而为接触网状态评判提供更为准确、可靠的依据。英国铁 路 部 门 基 于 内 燃 动 车 组 平 台 开 发 出“”综合检测车（图），最高检测速度为 。该车采用节编组，其中，第、节为内燃牵引机车；第节为会议室；第节搭载轨道几何、接触网、车辆动态响应、钢轨表面擦伤、轨枕扣件状态检测装置以及轨道视频检测系统；第节搭载弓网动态作用、接触导线磨耗、定位器坡度检测装置；第、节为生活设施和配套车。“”综合检测车能够实时采集轨道、接触网、通信信号等基础设施状态数据，并且实现了里程定位系统、数据采集分析系统的高精度同步与多源检测数据的综合管理。图“”综合检测车 “”图“”轨道检测车 “”韩 国 铁 道 公 社（，）于 年采购意大利 公司研制的“”综合检测车（图），用于首尔至釜山高速铁路的检测。该车采用单节编组，自带动力，最高检测速度 ，可测量轨道几何、钢轨廓形、钢轨波磨、钢轨表面图像等工务设备状态参数以及接触网几何尺寸、导线磨损等供电设备状态参数。美国 公司研制的综合检测车（图）可对图“”综合检测车 “”图 公司的综合检测车 轨道几何和接触网状态进行检测，该车为自行式轨道车辆，安装有多种测量装置，包括加速度传感器、陀螺仪、激光廓形测量仪、摄像头等，可在 条件下检测轨道和接触网状态。专业检测车 轨道检测车德国联邦铁路公司（，）配备了基于惯性基准测量原理的“”轨道检测车（图），该车采用节编组，包括辆机车和辆普通客车，最高检测速度 。其搭载的检测系统能够检测轨道高低、轨向、轨距、水平、三角坑等轨道几何参数，能够输出的波长范围为 以下、和 ，并可对指定单元区段内的轨道几何不平顺进行加权评价。“”轨道检测车的主要技术特点如下。（）采用无接触检测技术，利用光学跟踪系统在交通运输工程学报 年列车运行过程中自动跟踪锁定轨距测量点和钢轨顶面中心线，以保证系统的检测精度。（）在车体上建立基于三轴陀螺的绝对惯性基准，利用多个位移计检测惯性平台与钢轨之间的相对位置，再通过空间坐标变换得到轨道在参考坐标系内的准确几何状态。（）安装在转向架上的激光传感器与轨道顶面的距离仅为，并与轮对尽量接近（图（），不仅有利于防止阳光干扰，也能更真实地表征轨道在动载荷作用下的实际几何状态。“”轨道检测车（图）是继“”之后德国铁路研制的新一代轨道检测车，两者采用相同的检测原理和系统设计，但“”的所有检测设备均集成在一辆车上，使整个系统更加紧凑，检测速度可达 。图“”轨道检测车 “”法国国营铁路公司配备了“”轨道检测车，如图 所示。该车可测量轨道高低、轨向、轨距、水平、