摘要:随着高速铁路的快速发展,对铁路沿线各类设备的安全性和环境状况提出了更高的要求。而高速铁路工务基础设施检测监测系统的检测监测点分散于车载和地面,点多面广,需构建一个基于物联网的高速铁路工务基础设施状态检测监测系统(简称工务检测监测系统),通过分散检测、集中报警、网络监测、信息共享的工务检测监测数据集成平台,实现工务基础设施各类设备状态的自动收集和集中管理,为工务管理决策部门和作业、维修部门提供电子化安全监测与管理信息服务。
关键词:高速铁路;基础设施状态;检测与监测;
为保证工务设备及施工作业的安全,应构建能够及时发现并早期预警线路设备故障及沿线环境影响的高速铁路工务基础设施状态检测与监测系统。该系统可对轨道、钢轨、路基和重点桥隧的状态进行检测与监测,对道口、环境灾害、工务机械车运行和施工作业安全加以监控,并利用数据集成平台对数据集中管理、共享和综合分析,为工务设备安全监测与管理提供信息服务。论述了该系统的内容、功能及可行性。
一、系统组成与总体功能
高速铁路工务基础设施状态检测与监测系统组成如图1所示。该系统是在前期各种检测设备运行基础上,通过完善功能、技术集成,形成完整的平台化的系统。其目的是对高速铁路的工务基础设施状态进行全方位、全覆盖、全天候的检测、监测和数据综合运用,具备了检测、监测、数据交互、数据存储、综合分析、数据发布等功能。高速铁路工务基础设施检测与监测系统既包括车载系统又包括地面分散系统,点多面广,因此需要建设检测与监测信息网络来实现工务基础设施各类设备状态的自动收集和集中管理,建成分散检测、集中报警、网络监测、信息共享的工务检测与监测数据集成平台。各类设备必须遵照统一的接口、数据格式和通信协议,实现与数据集成平台的数据交互。集成平台对各系统数据进行集成、综合分析、信息共享,为工务管理决策部门和维修部门服务。
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图1高速铁路工务基础设施状态检测与监测系统组成
二、网络组成
工务检测与监测网络应纳入铁路信息网络,并符合铁路信息网络安全有关规定,总公司、铁路局信息网络局域网由外部服务网、内部服务网和安全生产网组成,工务段信息网络局域网由内部服务网和安全生产网组成。工务检测与监测网络应包括总公司、铁路局、工务段检测与监测中心局域网、检测与监测中心广域网接入、网络安全、网络布线等内容。
三、单项设备组成与功能
1.轨道状态检测与监测设备。①在轨道检查车、高速综合检测列车上安装轨道几何状态检测设备、轮轨动力学检测设备和车辆动态响应检测设备来对轨道几何状态、车辆动态响应等进行动态检测;②在轨道加载检测车上安装轨道刚度检测设备对轨道刚度、结构变形等进行动态检测;③在运营车辆上安装车载式线路检查仪,或添乘人员携带便携式线路检查仪,对车体加速度进行动态检测;④采用地面监测设备对特殊区段无缝线路锁定状态、道岔和伸缩调节器状态、轨道结构变形等进行在线监测。
2.钢轨状态检测与监测设备。①采用巡检车和探伤车上的轨道巡检设备对钢轨的表面状态、钢轨轮廓等进行动态检测;②采用钢轨探伤车、探伤仪对钢轨内部伤损进行检测;③采用钢轨探伤车、探伤仪对钢轨顶面裂纹进行检测;④在探伤车、轨检车上安装钢轨波浪磨耗检测设备对钢轨波浪磨耗进行动态检测;⑤采用钢轨断轨监测设备对钢轨完整性进行监测,实现钢轨折断的实时预警和报警。
3.路基状态检测与监测设备。①采用探地雷达探测设备对道床路基厚度、密实度、含水异常、翻浆冒泥、道砟囊、道床脏污、基床下沉等病害进行检测;②路基沉降监测设备的主要功能是监测路基的沉降处所和沉降量;③边坡稳定性监测设备主要监测路堑边坡、崩塌落石、护墙开裂、危岩坍塌、隧道进出口仰坡等危险处所。
4.工务机械车运行监测设备。①防火监测设备主要用于监测工务机械车的司机室、操作室、发动机间等关键位置的工作环境温度,防止发生火灾;②视频检测设备实时视频监视和记录工务机械车的车前车后端、司机室、操作室、动力间和主要作业机械部位的工作状态;③轴温监测设备通过安装在车轴不宜打开检查的轴箱的温度传感器,监测并记录轴箱温度;④防撞监测设备分为两类:工作装置防撞监测是采用激光测距、无线测距、限位传感器等手段,测量铁路设施与工务机械车工作装置的相对位置,监测工作装置的作业限界,判断是否会发生碰撞;车与车间防撞监测是通过测量工务机械车之间的距离,结合车辆行驶的速度,判断是否会发生碰撞;⑤超速监控设备通过实时监控车辆运行的速度、车况、地面轨道信号灯等信息判断车辆是否超速行驶。
5.施工作业安全监控设备。①借助先进成熟的地理信息系统、全球定位系统和移动通信技术,实现工务作业的定位跟踪和数据回传,可为安全生产管理和应急故障处理等提供技术支持;②使用具备摄像功能的移动终端,综合移动通信、终端软件远程控制等技术,实现对路外施工、防洪区段、现场作业等现场环境的实时监控,可为安全生产管理、应急故障处理等提供实时可视化支持;③借助远距离无线通信技术获取列车位置信息,为工务现场作业防护提供信息预警;④利用二维码图像扫描识别技术在上道作业和作业结束下道前点验人员、机具和主要材料,加强上线作业安全管理,避免机具和材料遗漏。
四、工务检测与监测数据集成平台
工务检测与监测数据集成平台负责高速铁路工务基础设施的检测与监测数据集中存储、处理、发布展示,为工务生产提供决策支持。工务检测与监测数据集成平台分为总公司—路局—工务段三级架构,工务段级集成平台负责收集各类生产检测与监测数据,并向局级集成平台和总公司集成平台上报各类汇总数据;局级集成平台接收总公司集成平台下达的各类信息,并转发给相关段级集成平台;总公司集成平台汇集全路上传的各类报警、设备故障、处理等信息,集中存储。集成平台存储和处理的数据类型多、结构复杂,系统用户专业多样化、需求复杂,需要有高可扩展性、易用性、高性能、稳定性。系统采用B/S架构,总公司集成平台系统由数据库、WEB服务器、网络设备和监控终端构成;局级集成平台由检测数据录入设备、数据库、WEB服务器、网络设备和监控终端构成;段级集成平台由设置在段管内线路上的若干现场监测点上的各类固定监测设备、数据传输单元、数据库和WEB服务器组成。在铁路总公司、铁路局、各基层站段及车间设立用户终端,工务管理、检修人员通过终端上传、下载、浏览各类检测与监测数据,以满足不同部门对设备进行管理维修的需求。
总之,为了保障高速铁路运行安全,预防和避免工务设备故障和沿线环境事故发生,以及把控施工作业安全,需要建立集检测与监测、控制和管理于一体的网络化、智能化高速铁路工务基础设施检测与监测系统。
参考文献:
［1］康海浪．高速综合检测列车关键技术研究．2018．
［2］王守刚．高速铁路工务地面监测与信息管理的若干思考．2019.