轨道交通检测监测设备行业主要应用及主要技术

1、轨道交通运营维护行业主要技术

近年来，在原铁道部和中国铁路总公司的统一规划下，我国铁路领域牵引供电与工务工程的检测监测技术与应用取得重大进步，已成为保障我国轨道交通运营安全的重要手段。基于机器视觉的设备缺陷智能识别和定位等新技术、新方法不断投入应用并取得良好效果，但仍然无法满足我国电气化铁路和高速铁路的维护要求，许多供电段、工务段尚未配备先进的牵引供电与工务工程检测监测设备，未来相关检测监测设备更新改造空间很大。

在我国铁路投运初期，牵引供电系统的检测监测主要采用人工巡视、非信息化检测检查等传统手段，具体情况如下：

资料来源：公开资料整理

总体而言，上述传统检测监测手段严重依赖人工干预，自动化程度低、耗时长、效率低，极易漏检而留下安全隐患。

随着我国高速铁路和电气化铁路的快速发展和运营要求的提高，为了全面提升接触网和受电弓的检测监测手段，实现对接触网和受电弓的全覆盖检查，提升检测效率并保证安全性，铁道部于2012年印发《高速铁路供电安全检测监测系统（6C系统）总体技术规范》，要求构建高速铁路供电安全检测监测系统（6C系统），进行接触网及变电设备的巡视、检测、监测和检查，进而指导供电维修。6C系统分为上下两层，底层由高速弓网综合检测装置（1C装置）、接触网安全巡检装置（2C装置）、车载接触网运行状态检测装置（3C装置）、接触网悬挂状态检测监测装置（4C装置）、受电弓滑板监测装置（5C装置）、接触网及供电设备地面监测装置（6C装置）六个独立装置构成，顶层为数据中心，各装置与数据处理中心之间采用专用数据网络进行信息交换。高速铁路供电安全检测监测系统（6C系统）简介如下：

1C装置是在检测车、作业车上安装的车载式接触网检测设备，随着检测车、作业车在铁路上巡回检测运行，对接触网的参数和状态、高速弓网关系进行综合性检测，其检测结果是我国高铁、客运专线及普速线路验收和运营检修的主要依据。

2C装置是人工添乘安装在运营车辆司机室内，对接触网设备运行状态及周边环境进行视频记录，统计分析接触悬挂部件技术状态及周边环境，主要是针对明显变化情况的巡检，例如接触悬挂显著异常、树害、鸟害等，是对目前添乘和步巡检查的有力补充。

3C装置是在运营车辆上加装车载接触网运行状态检测装置，随着车辆的运行对接触网几何参数及弓网相互作用动态参数进行检测，主要强调全覆盖、全天候的动态检测理念，提高弓网运行状态检测频率，为状态修提供依据。

4C装置安装在作业车和检测车上，在一定运行速度下对接触网悬挂装置的零部件实施成像，并对接触线的静态几何参数进行测量，主要侧重于零部件松、脱、断、裂等机械故障的检测以及几何参数的高精度静态检测，为接触网悬挂维修维护提供重要依据。

5C装置是在车站咽喉区、动车段出入库处等监测运营列车受电弓滑板的状态，监测内容包括滑板残缺、裂纹、有异物等，主要目的是定位弓网事故发生区段，以实现弓网故障发生地点的快速排查，及时维修。

6C装置是在特殊断面（如定位点、隧道出入口）及变电所设置的监测设备，监测接触网张力、振动、抬升量、线索温度、补偿位移以及供电设备的绝缘状态、电缆头温度等参数，通过对所关注对象进行全天候监测实现故障的实时预警，对几乎所有可能危及供电安全的事故隐患做到预先处理，以防患于未然。

6C数据中心是将各个装置采集的数据进行汇总，集中分析、集中监控、集中管理，实现“中国铁路总公司-铁路局-供电段”三级数据处理中心的职能划分，其中中国铁路总公司负责全路范围内的业务指导，铁路局负责全局范围内的业务监管，供电段负责段级范围内的业务执行。

②工务工程的检测监测

我国轨道交通工务工程（线路、隧道、桥梁）的传统检查方法主要包括添乘列车巡视和静态检查两种。添乘列车巡视是主要运用轨距尺、弦线、磨耗尺等量具对轨距、高低、轨向等进行全面检查和记录，同时对钢轨、扣件、夹板等关键部件进行查看。桥梁墩台裂纹、隧道的水害、裂纹、掉块等主要依赖人员的徒步巡视。静态检查是针对线路、隧道、桥梁薄弱处所、关键部位、病害地段等进行检查，采用手段主要为人工巡查。与发达国家相比，我国轨道交通工务工程养护团队技术能力普遍偏低。

近年来，中国铁路总公司提出“检、养、运”组织管理模式，加强工务工程的线路检测管理，提高设备检查质量，推广使用先进的电子检测设备，利用科学的检测手段和合理的检测周期指导工务维修。目前我国工务工程领域较为先进的检测方法简介如下：

A、轨道检测

采用综合轨检车对轨距、轨向、高低、水平、三角坑等轨道几何参数进行周期性的动态检测，通过几何参数的峰值管理，查找危及行车安全的轨道病害，通过TQI值（一套评价轨道质量状态的先进技术标准）实现对轨道的评价并促进大型养路机械设备应用水平的提升。针对轨头磨耗、波浪磨耗、擦伤、肥边、剥离掉块、鱼鳞状裂纹、扣件异常等典型轨道病害，采用相机对轨道进行成像，然后利用图像处理与模式识别技术对典型缺陷进行自动检测。针对道床路基检测，采用探地雷达探测道床路基的内部结构和质量，评定道床脏污、道床厚度、道床底面平整度和道床底面含水四项指标，从而指导线路养护和中、大修，并根据对比清筛前后道床脏污和结构分层结果，评价清筛施工的质量。

B、隧道检测

目前主要采用探地雷达或红外热成像法。其中探地雷达通过获得的图谱判断隧道内部结构情况，通过相机和图像处理技术获取隧道表面的裂缝情况。此外，隧道的设备限界也是影响行车安全的重要因素，激光雷达和机器视觉技术被应用在解决设备限界的测量上。

C、桥梁检测

目前主要采用图像检测技术，通过特定的机器人手臂可将相机送至桥梁底部，实现桥梁底板裂缝的识别。

2、城市轨道交通领域牵引供电与工务工程的检测监测

与铁路领域相比，我国城市轨道交通领域牵引供电与工务工程的检测监测水平总体较为落后，主要是因为：①城市轨道交通领域牵引供电与工务工程检测监测的建设和运营时间尚短，运营维护人员对检测监测技术的认识不够，也没有成熟的技术标准可以借鉴，限制了技术的发展和应用；②铁路领域由中国铁路总公司统一经营和管理，包括牵引供电与工务工程检测监测在内的运营维护的统一技术要求等能够在全国范围内推广和实施，有利于运营维护经验积累和水平提升，而城市轨道交通一般为各大城市分别独立运营，甚至同一城市有多家公司运营，运营维护技术标准各异，运营维护水平参差不齐。

因此，近年来我国各大城市地铁公司也纷纷借鉴中国铁路总公司对铁路牵引供电系统和工务工程的检修方法，采用接触网检测装置、接触悬挂巡视装置、弓网燃弧检测装置等装备进行接触网或接触轨的检测和维修指导。与铁路领域相比，我国城市轨道交通领域牵引供电与工务工程检测监测的基础更为薄弱，技术提升空间大，市场需求旺盛。

总体而言，我国轨道交通牵引供电与工务工程检测监测技术水平需要不断提高，以适应我国铁路和城市轨道交通快速发展的要求，大力发展相关检测监测技术对保障轨道交通基础设施的良好服役及运营维护具有重要意义，从而更好地实现我国交通强国国家战略。

3、牵引供电信息化管理

在铁路领域，过去我国铁路牵引供电领域由于没有统一的信息化平台、信息化实现技术手段落后等原因，已无法满足铁路快速发展的需要。铁路牵引供电领域如设备履历、作业管理、应急指挥等诸多与供电生产管理相关的信息系统均存在诸多公用数据。由于各系统的建设缺乏统筹规划，系统间公用的基础数据重复配置、数据描述不一致且不能共享，在使用过程中需要投入大量的人力资源对各系统的基础数据进行手工整理、对比与修正。此外，由于基础数据的标准不统一，导致各系统难以实现动态过程数据在不同系统间的流转、共享与复用，难以实现业务的互联互通和综合应用，系统的整体效益和运营维护的工作效率都较低。随着虚拟化、云计算和大数据分析等技术的不断发展，建立铁路供电运行及检修管理平台，实现铁路供电系统各种动静态数据的高效整合和流转共享，为设备检修、故障诊断和决策指挥等业务提供服务，从而提升铁路供电系统的运营管理水平具有十分重要的意义。

在城市轨道交通领域，近年来虽然多种调度指挥和安全监控系统广泛应用于各条交通线路，为线路的运营提供了保障，但是这类系统主要偏重于综合监控和自动控制，对于运营过程中的维护管理缺少统一规划和系统设计。城市轨道交通运营维护管理过程中会产生大量的检测监测数据、设备维修信息、人工作业信息和日常运营数据，如能对这些运营维护数据进行统一的管理并综合分析，寻找其内在的关联关系并对牵引供电系统的运行质量进行评估、预测、预警，将对指导运营维护起到非常重要的作用。因此，运用云计算、大数据分析及其他信息化技术打造城市轨道交通牵引供电信息管理系统平台，采用信息化手段对城市轨道交通的运营维护进行有效的管理和分析已经成为行业的发展趋势。

4、铁路领域

①铁路建设投资和运营里程的不断增加，将持续产生对牵引供电和工务工程

检测监测设备的旺盛需求铁路是国民经济大动脉、关键基础设施和重大民生工程，是综合交通运输体系的骨干和主要交通方式之一，在我国经济社会发展中的地位和作用至关重要。随着我国国民经济及铁路事业的不断发展，我国铁路运营里程不断增长。

2010-2018年全国铁路营业里程数、电气化铁路里程、电气化率、高速铁路里程情况如下：

注：上述数据为经国家铁路局铁道统计公报整理。

2008年，国务院发布《中长期铁路网规划》，规划2020年形成“四纵四横”城际客运网，到2020年全国铁路营业里程达到12万公里以上，建设高铁1.6万公里以上。至2015年底，我国铁路营业里程达到12.1万公里，“四纵四横”客运专线网基本建成，高速铁路网营业里程达到1.9万公里，提前5年实现中长期铁路网2020年目标。2015年，国家启动了《中长期铁路网规划》修编，提出到2025年我国铁路网规模达到17.5万公里，其中高速铁路3.8万公里，在“四纵四横”高速铁路的基础上，形成“八纵八横”高速铁路主通道。按照《中长期铁路网规划》，到2030年，全国铁路网运营里程将达到20万公里左右，其中高速铁路4.5万公里左右，全国铁路网将连接起20万人口以上的城市，高速铁路网基本连接起省会城市和其他50万人口以上大中城市，实现相邻大中城市之间1～4小时交通圈。在铁路领域，公司产品主要应用于电气化铁路和高速铁路领域，通常在电气化铁路和高速铁路建设过程中及建成投入运营后铁路局开始配备牵引供电和工务工程检测监测系统，传统普通铁路完成电气化改造后也需要进行牵引供电和工务工程检测监测系统的配备。从我国铁路行业投资情况来看，尽管近年来铁路总投资规模增速下降，但高速铁路里程、电气化铁路里程（包括新建电气化铁路和传统铁路的电气化改造）都保持稳定增长，按照国家相关铁路规划，到2030年国内将新建铁路里程约6.9万公里，该等铁路建成后的运营维护将持续产生对牵引供电和工务工程检测监测设备的旺盛需求。例如，2018年10月10日，中央财经委员会第三次会议确定全面启动川藏铁路规划建设，川藏铁路全线总长1,838公里，全线电气化，由于川藏铁路工程需要面对地形高差、地震频发、复杂地质、季节冻土、山地灾害、高原缺氧以及生态环保等建设难题，被称为最难建的铁路，也对建成后铁路的运营维护提出更高要求，川藏铁路对牵引供电及工务工程相关的检测监测和信息化系统需求将远高于其他铁路。

②技术进步推动牵引供电和工务工程检测监测系统升级改造需求增加截至目前，我国铁路领域牵引供电和工务工程检测监测水平并不高，许多供电段和工务段的检测监测设备还较为落后，如全国铁路供电工区大部分已配备的早期型号接触网检测装置，功能相对单一，目前部分装备已在进行升级替代；根据中国铁路总公司要求，为了保障铁路提速背景下的安全运营，提高铁路运营维护效率，全路域都需要陆续配备现代化的牵引供电和工务工程检测监测设备；近期中国铁路总公司逐步列装的综合巡检车，可同时对接触网、轨道、轨旁设备等进行检测，将逐步替代既有的只能巡检单一对象的检测车，公司作为其核心部件供应商，主要为其提供接触网悬挂状态检测装置和车载式地面磁感应器检测装置等主要产品，未来该类产品需求较大。

③现有铁路尚未实现全域牵引供电和工务工程检测监测公司主要产品受电弓滑板监测装置具备实时监控受电弓滑板技术状态，及时发现受电弓滑板异常并报警等功能，主要安装于每条接触网供电线路的局界、段界和出入库等咽喉区域，目前全国绝大部分区域未配备该装置，未来市场空间较大。更新换代需求将带来牵引供电、工务工程检测监测及信息化系统的需求增长牵引供电、工务工程检测监测及信息化系统的更新换代周期大约为3-8年，部分装置随车辆一同大修更换升级。近年来，我国铁路已开始进行升级换代工作，早期装备的部分牵引供电、工务工程检测监测系统由于不能满足铁路提速、管理自动化等方面的要求开始更新换代。随着现有设备服役期的增长，设备升级换代的进度加快。

5、城市轨道交通领域

测监测系统的需求不断增长以地铁为代表的城市轨道交通作为满足人民群众基本出行需求的重要手段，受到政府的高度重视。近年来城市轨道交通建设得到长足发展，城市轨道交通呈现多种制式同步发展趋势。在“十二五”期间，我国城市轨道交通由单一的地铁发展到包括地铁、轻轨、单轨、市域快轨、磁悬浮、现代有轨电车和旅客捷运系统等7种制式，其中地铁是最主要的城市轨道交通制式。

我国已成为世界上最大的城市轨道交通建设市场。在城市轨道交通大规模建设之初的2000年，我国仅有4个城市共7条地铁，总里程146公里1。根据中国城市轨道交通协会统计的数据，截至2018年底，我国（不含港澳台）共有35个城市开通城市轨道交通运营线路185条2，运营线路总长度5,761.4公里，当年新增运营线路长度728.7公里。其中地铁运营线路4,354.3公里；2018年我国（不含港澳台）共完成城轨交通建设投资5,470.2亿元，同比增长14.9%，在建线路总长6,374公里，可研批复投资额累计42,688.5亿元，2018年城轨交通建设投资完成额占可研批复投资额的12.9%。截至2018年底，共有63个城市的城轨交通线网规划获批（含地方政府批复的19个城市）。其中，城轨交通线网建设规划在实施的城市共计61个，在实施的建设规划线路总长7,611公里（不含已开通运营线路）。随着城镇化进程的加快以及各大中心城市交通压力的增大，预计我国城市轨道交通的发展将继续保持较高的增速。城市轨道交通也需要配备牵引供电和工务工程检测监测设备，以保障交通安全运营。由于城市轨道交通与铁路同为轨道交通存在许多管理与技术共性，我国城市轨道交通建设与管理借鉴了许多铁路运营维护的管理模式和技术要求，借鉴中国铁路总公司对铁路牵引供电系统和工务工程的检修方法，采用接触网检测装置、接触悬挂巡视装置、弓网燃弧检测装置等装备进行接触网或接触轨的检测和维修指导。由于起步较晚，与铁路领域相比，我国城市轨道交通领域牵引供电与工务工程检测监测的基础更为薄弱，技术提升空间大，市场需求旺盛。因此公司在铁路领域积累的技术优势、项目经验和良好口碑有利于公司争取城市轨道交通领域的客户，未来该领域的营业收入有望进一步提升。