摘 要：車載式地鐵軌道缺陷巡檢系統利用機器視覺技術在車輛運行過程中實時采集軌道道床空間全斷面高清晰圖像、精確檢測列車運行位置以及智能識別軌道缺陷，并及時將檢測出的缺陷信息和位置信息通過無線網絡實時發送至巡檢系統云服務器，利用云計算技術分析和處理檢測數據，以便于維修人員及時對缺陷進行評價及處理，從而保障列車安全運行。

　　關鍵詞：智能巡檢裝置;軌道缺陷處理;圖像識別;列車運行安全

　　作者：胡怡東

　　隨著城市規模快速擴大，軌道交通逐漸成為城市客運的一種主要交通工具[1-2]。修建軌道交通設施的城市大多人口眾多，對軌道交通依賴度較高，數分鐘的故障延誤，都將給人們的日常出行帶來極大的不便;同時軌道是關乎城市軌道交通運行安全的重要設備之一，一旦發生軌道故障，將會引發較為嚴重的行車事故，造成無可挽回的經濟代價和社會影響。因此，為保證運營安全，提高城市軌道交通的高可用性與安全性，必須加強對軌道狀態的及時檢查[3]。

　　日本于20世紀90年代中期試驗性地開發了軌道綜合巡檢設備，實現了對鋼軌裂紋、銹蝕和扣件狀態的檢查以及道床形狀尺寸的檢查等功能[4]。美國ENSCO公司也在20世紀90年代末研究開發了軌道視覺檢查系統(TVIS)，可檢查軌道有無影響行車安全的異常以及路基是否有影響行車安全的較大沉陷等[5]。德國Atlas Electronic公司研制的Rail Check系統可對鋼軌、扣件、軌枕和道床進行傷損檢測和分類處理[6]。澳大利亞開發了軌道掃描系統(RAILSCAN系統)用于軌道巡檢，采用高清數字成像和圖像處理技術，實現了軌道結構可見異常的自動檢測[7-9]。法國、意大利等國家也研制開發了巡檢設備，實現了鋼軌表面缺陷、扣件狀態、軌枕破損的自動檢查[10]。

　　目前國內對軌道狀態的巡檢主要以人工步行巡檢為主，需要消耗大量的人力資源，而且通過人眼觀察來進行缺陷識別，受人員素質和工作積極性的影響，具有一定的不確定性[11-12]。個別線路配備了安裝在工程車上的自動巡檢裝置，利用夜間檢修時間，在工程車輛的快速行走過程中，對軌道狀態進行快速自動檢查，但由于工程車輛上線運行，占用線路檢修時間，需要提前申請行車點，一般只能每隔一個月或者半個月對線路檢查一次，而軌道線路需要每天都進行巡視檢查，該方式只能作為當前人工巡檢方式的一個補充，不能達到代替人工巡檢的目的[13-15]。

　　本文提出的車載式地鐵軌道缺陷巡檢系統，通過先進的檢測手段及數據分析技術，及時發現軌道故障隱患并上報，提出對行車干擾小的方案對軌道設施進行經濟、高效的運營維護和檢修。

　　1 系統結構與功能指標

　　本文研制了一套車載式地鐵軌道缺陷巡檢系統，系統結構框圖如圖1所示，該系統主要由安裝在電客車底部的檢測梁、安裝在車輪軸頭上的速度傳感器、安裝在車內客室座位下的檢測機柜、部署在云服務器上的檢測數據處理服務器程序和安裝在終端監控計算機上的客戶端程序等組成。其中，檢測梁上安裝有高清成像組件、同步裝置以及電子標簽讀卡器;車內檢測機柜內包括檢測主機、3G/4G無線模塊、移動硬盤盒以及電源裝置等。

　　1.1系統功能

　　車載式地鐵軌道缺陷巡檢系統確保能在列車最高運行時速160km/h的運行情況下，實時采集軌道道床空間全斷面高清晰圖像、精確檢測列車運行位置，并能實時對軌道缺陷進行智能識別，將檢測出的缺陷信息和位置信息通過無線網絡實時發送至巡檢系統云服務器進行分析處理。

　　系統主要功能包括：

　　(1)在電客車走行過程中實時對軌道及道床進行高清圖像采集;

　　(2)對軌道狀態圖像進行智能缺陷識別，自動識別缺陷包括鋼軌裂紋及斷軌;鋼軌扣件斷裂、移位及缺失;軌枕裂紋及掉塊;道床空間異物入侵;感應板移位。

　　(3)巡檢位置檢測，測量地鐵當前走行的位置(公里標)，作為系統所記錄的鋼軌缺陷在線路上的坐標信息。

　　(4)鋼軌缺陷圖片缺陷類型、缺陷位置信息通過無線網絡發送至云服務器。

　　(5)線路上需要重點關注的位置，如道岔等位置的實時圖像也可通過無線網絡發送至云服務器，便于實時查看設備狀態。

　　(6)軌道缺陷信息及圖片保存至云服務器。

　　(7)安裝在終端監控計算機上的客戶端程序能查看缺陷信息，并進行匯總統計，對比分析，形成報表等。

　　1.2系統技術指標

　　巡檢系統主要技術指標如下：

　　(1)鋼軌扣件移位及缺失檢測。

　　彈條及螺栓缺失識別率≥99%;彈條松動檢出距離≥5mm。

　　(2)鋼軌及軌枕裂紋檢測。

　　檢出精度：裂紋寬度≥2mm，長度≥15mm。

　　(3)軌枕破損檢測。

　　檢出精度：破損面積≥100mm2。

　　(4)道床空間異物入侵檢測。

　　檢出精度：投影面積≥100mm2。

　　(5)感應板移位檢測。

　　測量精度：±1mm;

　　(6)鋼軌焊縫檢測。

　　識別率≥99%。

　　(7)里程檢測。

　　測量精度：±1m。

　　(8)檢測速度。

　　0～120km/h。

　　(9)關鍵位置圖像采集。

　　能實時上傳道岔等關鍵位置處的圖像，以便于及時掌握重要位置處的軌道設施工作狀態。

　　2系統硬件及軟件設計

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