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“千里眼”为高铁轨道“诊病” 测量精准达毫米级

来源:湖北日报 时间:2021-01-08 10:05

湖北日报全媒记者 左晨 通讯员 刘新红

轨道是保障列车安全、平稳运行的核心要件之一。我国高铁行车密度大、作业天窗时间短,如何实时准确掌握轨道设备运营状态,有计划、有针对性地制定养护维修方案,进一步提高养护维修效率?

如今,中铁第四勘察设计院自主研发的“基于光纤传感和视觉测量技术轨道综合监测系统”,如同给轨道装上“千里眼”,实现了高铁轨道毫米级变形识别和多源数据全天候采集传输。

足不出户,实时监测轨道状态

铁四院大楼,一块高速铁路轨道安全服役预警监测大屏上,每当有高铁列车经过,轨道状态曲线就会像心电图一样波动,并自动生成温度、位移等数据报表。

“前端由光栅传感器或视频采集的轨道信息,回传到智能监测平台后,管理人员通过电脑或手机,足不出户,就能掌握轨道动态了。”铁四院轨道健康监测系统的技术负责人林超说。

林超介绍,传统的高铁轨道检测有两种主要方式,依靠轨道检测车动态检测和天窗时间(一般在凌晨0点到4点)人工测量。尽管辅之以相应的检测设备,但很难做到对轨道特别是重点轨道区段实时、全天候监控,而大跨桥要实现350公里时速安全通过,轨道平顺度必须时刻保持在“±1毫米”精度内。

2009年,铁四院首次将光纤传感技术引入轨道监测,通过在轨道上安装光纤传感器,实时采集轨道结构的位移、应变、温度等数据,其位移测量精度可达0.05毫米。

“接触式监测方法要在轨道上安装传感器,长期监测对列车安全运行存在一定的隐患,是否还有其他方式检测轨道状态?”铁四院研究团队不断提问,对技术和质量精益求精。

2016年,铁四院针对高速铁路轨道特殊部件(钢轨伸缩调节器)开展视觉检测研究,利用位移标识牌+视频监控系统便能对钢轨伸缩调节器的基本轨伸缩位移、轨枕间距、剪刀叉变形、桥梁梁缝值等实时监测,其测量精度能达到±1毫米。

林超称,经过11年的技术攻关,“基于光纤传感和视觉测量技术轨道综合监测系统”已趋成熟,铁四院已建立包括无砟轨道、钢轨伸缩调节器、道岔和小半径曲线共4个服役状态数据集。

覆盖全国92%高铁轨道监测站点

在铁四院重点实验室,一条13米长的轨道结构,便是林超和团队的实验平台。

“从接触式监测到非接触式监测,看起来简单,实际上在研发、设计、安装每个阶段都投入了大量的精力。”林超说,以视觉测量技术为例,位移标识牌的形式、数量,摄像头安装角度、高度,都要经过反复实验。一组钢轨伸缩调节器附近要安装4个枪机摄像机和6个球机摄像机,确定摄像机的高度和角度就用了3至4个月。

“从最南端的广深港高速铁路,到最北端的哈齐高铁,都安装了我们的轨道监测系统。”林超自豪地说,目前该技术已应用于全国高铁轨道监测站点总数的92%,为高铁轨道全寿命周期安全服役保驾护航。

“本成果为保障高速铁路轨道结构正常服役提供了技术支撑,研究成果总体达到国际先进水平。”2019年5月26日,以中国工程院院士何华武、中国科学院院士翟婉明为组长的专家组作出评价。

2020年,该项目获评第七届湖北省职工技术创新成果特等奖,作为项目第一完成人,林超被授予“湖北五一劳动奖章”。

未来将运用于城市轨道交通

据了解,截至2019年末,全国铁路营业里程超过13.9万公里,其中高铁3.5万公里。我国地质地形、气候条件复杂多样,高铁面临极端气候和复杂线下基础的双重挑战。

“千里眼”代替“人眼”监测高铁轨道,无疑将提升检测精度、节省人力成本和提高维修效率。如何由点到面逐渐推广这一技术?

“应用该系统必须要有电和网,电和网在高铁沿线是很难解决的问题。”林超称,目前,在铁路设计阶段,铁四院团队便规划预留电网基础设施,为接入各种设备提供必要条件。

下一步,他们将实现对轨道全线全域监测,为了顺应智慧城轨的发展,也在积极调整技术方案,希望能够将该技术应用到以地铁为代表的城市轨道交通中,保障城市轨道交通的监测需求。



编辑:但堂丹

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