车载式地铁轨道缺陷巡检系统设计

　　摘 要：车载式地铁轨道缺陷巡检系统利用机器视觉技术在车辆运行过程中实时采集轨道道床空间全断面高清晰图像、精确检测列车运行位置以及智能识别轨道缺陷，并及时将检测出的缺陷信息和位置信息通过无线网络实时发送至巡检系统云服务器，利用云计算技术分析和处理检测数据，以便于维修人员及时对缺陷进行评价及处理，从而保障列车安全运行。

　　关键词：智能巡检装置;轨道缺陷处理;图像识别;列车运行安全

　　作者：胡怡东

　　随着城市规模快速扩大，轨道交通逐渐成为城市客运的一种主要交通工具[1-2]。修建轨道交通设施的城市大多人口众多，对轨道交通依赖度较高，数分钟的故障延误，都将给人们的日常出行带来极大的不便;同时轨道是关乎城市轨道交通运行安全的重要设备之一，一旦发生轨道故障，将会引发较为严重的行车事故，造成无可挽回的经济代价和社会影响。因此，为保证运营安全，提高城市轨道交通的高可用性与安全性，必须加强对轨道状态的及时检查[3]。

　　日本于20世纪90年代中期试验性地开发了轨道综合巡检设备，实现了对钢轨裂纹、锈蚀和扣件状态的检查以及道床形状尺寸的检查等功能[4]。美国ENSCO公司也在20世纪90年代末研究开发了轨道视觉检查系统(TVIS)，可检查轨道有无影响行车安全的异常以及路基是否有影响行车安全的较大沉陷等[5]。德国Atlas Electronic公司研制的Rail Check系统可对钢轨、扣件、轨枕和道床进行伤损检测和分类处理[6]。澳大利亚开发了轨道扫描系统(RAILSCAN系统)用于轨道巡检，采用高清数字成像和图像处理技术，实现了轨道结构可见异常的自动检测[7-9]。法国、意大利等国家也研制开发了巡检设备，实现了钢轨表面缺陷、扣件状态、轨枕破损的自动检查[10]。

　　目前国内对轨道状态的巡检主要以人工步行巡检为主，需要消耗大量的人力资源，而且通过人眼观察来进行缺陷识别，受人员素质和工作积极性的影响，具有一定的不确定性[11-12]。个别线路配备了安装在工程车上的自动巡检装置，利用夜间检修时间，在工程车辆的快速行走过程中，对轨道状态进行快速自动检查，但由于工程车辆上线运行，占用线路检修时间，需要提前申请行车点，一般只能每隔一个月或者半个月对线路检查一次，而轨道线路需要每天都进行巡视检查，该方式只能作为当前人工巡检方式的一个补充，不能达到代替人工巡检的目的[13-15]。

　　本文提出的车载式地铁轨道缺陷巡检系统，通过先进的检测手段及数据分析技术，及时发现轨道故障隐患并上报，提出对行车干扰小的方案对轨道设施进行经济、高效的运营维护和检修。

　　1 系统结构与功能指标

　　本文研制了一套车载式地铁轨道缺陷巡检系统，系统结构框图如图1所示，该系统主要由安装在电客车底部的检测梁、安装在车轮轴头上的速度传感器、安装在车内客室座位下的检测机柜、部署在云服务器上的检测数据处理服务器程序和安装在终端监控计算机上的客户端程序等组成。其中，检测梁上安装有高清成像组件、同步装置以及电子标签读卡器;车内检测机柜内包括检测主机、3G/4G无线模块、移动硬盘盒以及电源装置等。

　　1.1系统功能

　　车载式地铁轨道缺陷巡检系统确保能在列车最高运行时速160km/h的运行情况下，实时采集轨道道床空间全断面高清晰图像、精确检测列车运行位置，并能实时对轨道缺陷进行智能识别，将检测出的缺陷信息和位置信息通过无线网络实时发送至巡检系统云服务器进行分析处理。

　　系统主要功能包括：

　　(1)在电客车走行过程中实时对轨道及道床进行高清图像采集;

　　(2)对轨道状態图像进行智能缺陷识别，自动识别缺陷包括钢轨裂纹及断轨;钢轨扣件断裂、移位及缺失;轨枕裂纹及掉块;道床空间异物入侵;感应板移位。

　　(3)巡检位置检测，测量地铁当前走行的位置(公里标)，作为系统所记录的钢轨缺陷在线路上的坐标信息。

　　(4)钢轨缺陷图片缺陷类型、缺陷位置信息通过无线网络发送至云服务器。

　　(5)线路上需要重点关注的位置，如道岔等位置的实时图像也可通过无线网络发送至云服务器，便于实时查看设备状态。

　　(6)轨道缺陷信息及图片保存至云服务器。

　　(7)安装在终端监控计算机上的客户端程序能查看缺陷信息，并进行汇总统计，对比分析，形成报表等。

　　1.2系统技术指标

　　巡检系统主要技术指标如下：

　　(1)钢轨扣件移位及缺失检测。

　　弹条及螺栓缺失识别率≥99%;弹条松动检出距离≥5mm。

　　(2)钢轨及轨枕裂纹检测。

　　检出精度：裂纹宽度≥2mm，长度≥15mm。

　　(3)轨枕破损检测。

　　检出精度：破损面积≥100mm2。

　　(4)道床空间异物入侵检测。

　　检出精度：投影面积≥100mm2。

　　(5)感应板移位检测。

　　测量精度：±1mm;

　　(6)钢轨焊缝检测。

　　识别率≥99%。

　　(7)里程检测。

　　测量精度：±1m。

　　(8)检测速度。

　　0～120km/h。

　　(9)关键位置图像采集。

　　能实时上传道岔等关键位置处的图像，以便于及时掌握重要位置处的轨道设施工作状态。

　　2系统硬件及软件设计

　　推荐阅读：城市轨道交通交通类期刊投稿

期刊VIP网，您身边的高端学术顾问

文章名称： 车载式地铁轨道缺陷巡检系统设计

文章地址： http://www.qikanvip.com/luqiaojianshe/52000.html