牛道安1，2，柯在田1，刘维桢1，李红艳1，赵钢1，刘秀波3（1.中国国家铁路集团有限公司铁路基础设施检测中心，北京100081；
2.中国铁道科学研究院集团有限公司，北京100081；
3.中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所，北京100081）
摘要：高速铁路基础设施检测监测工作是实现基础设施状态全面感知安全风险预警、设备状如何扑灭初期火灾
态准确评价、故障诊断预测、趋势变化分析，推进实施精准维修和预防性状态修，以及提高维
靷修效率、降低维修成本的重要手段，是确保铁路持续安全运营的重要技防保障。在分析国内外
工务、电务、供电专业检测监测系统现状基础上，结合新形势下高速铁路高质量发展和工电设
备修程修制改革要求，研究提出高速铁路基础设施检测监测体系框架，并对该体系功能应用和
主要发展方向提出探讨和展望。
关键词：高速铁路；基础设施；检测监测；体系框架
中图分类号：U238；U298文献标识码：A文章编号：1001-683X（2020）10-0009-09 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2020.10.009
1概述
王力宏爱过李云迪吗至2019年底，我国铁路营业里程已达13.9万km，其中高铁3.5万km。为确保高速铁路稳定可靠，满足列车高速运行和繁重运输任务要求，必须采用先进的管理理念和技术手段加强铁路基础设施检测监测工作，以全面动态掌握基础设施运用状态和变化规律，为科学养护维修提供技术支撑。
近年来，在“强基达标、提质增效”背景下，中国国家铁路集团有限公司（简称国铁集团）在高铁养护维修方面提出了高铁综合维修生产一体化和工电设备修程修制改革，对设备运用状态准确评价、高铁变化规律趋势分析和安全风险预警能力提出了更高标准。铁路基础设施检测监测工作是实现基础设施状态全面感知安全风险预警、设备状态准确评价、故障诊断预测、趋势变化分析，推进实施精准维修和预防性状态
水果店加盟基金项目：中国铁路总公司科技研究开发计划项目（P2018G002）第一作者：牛道安（1965—），男，铁科院集团公司副总经理兼国铁集团检测中心主任，正高级工程师。
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修，以及提高维修效率、降低维修成本的重要手段，是确保铁路持续安全运营的重要技防保障。多年来为实现这一目标，工务、电务、供电（简称工电供）分别建立了专业检测监测系统，为保障铁路持续安全运营发挥了重要作用。但随着高铁近年来出现的新情况、新问题，以及铁路高质量发展要求，现有的各专业检测监测系统已不能完全满足高铁发展的要求。高速铁路运营十多年来，出现无砟轨道基础变形、轨道板上拱、隧道空洞掉块、钢轨折断、道岔转换故障、信号电路设计隐患、接触网零部件松脱等突出问题，加之极端恶劣天气和地质灾害频发，铁路运营安全风险和不确定性逐渐增加，特别是未来一段时期，我国铁路建设重点由东部沿海地区向中西部地区转移，新建铁路将面临更多复杂地质、气候、自然环境的考验。为适应高速铁路改革，提高检测装备智能化水平和劳动生产率，迫切需要研究明确高速铁路检测监测体系顶层设计，为高铁检测监测后续工作规划和实施提供指导。结合新形势下高速铁路高质量发展要求和工电设备修程修制改革，研究提出高速铁路基础设施检测监测体系框架，并对该体系功能应用和主要发展方向提出探讨和展望。
2国内外现状
日本、德国和法国等发达国家，在高速铁路的运营维护方面积累了大量经验，对高铁检测监测非常重视，普遍采用高速综合检测列车、专业检测车和运营列车搭载式检测设备，检测监测设备向综合、在
线、智能方向发展。日本、英国、意大利、法国相继研发了综合检测列车，普遍实现了对轨道、接触网、通信和信号等基础设施的等速检测，同时还采用了巡检车、钢轨探伤车、隧道路基地质雷达检测车等进行专项检测［1-2］。目前，日本、德国、英国都在尝试推进运营列车搭载式无人值守检测装备发展，实现基础设施高频检测，及时发现安全隐患［3］。维修管理模式方面，日本实行管、检、修严格分离模式，德国和法国实行管、检、修部分分离模式，检修作业采用专业化队伍和外委方式，并引入全生命周期管理理念。
我国工电供检测监测技术经过多年发展取得了长足进步，自主研发能力不断增强，部分领域达到或接近世界先进水平。成功研制应用了高速综合检测列车、综合巡检车、专业检查车和运营列车在线检测等装备，通信各子系统网管、信号集中监测、风雨雪等气象灾害监测和地震预警监测技术也取得了较大进步，初步建立了工务8M、供电6C、通信各子系统网管、信号集中监测等专业检测监测体系，形成了一套行之有效的检测监测数据分析和结果应用制度、办法和措施，有效保障了客货列车安全运营［4-8］。虽然各专业体系正在逐步完善，但与目前实际运营需求相比还存在一定差距，主要表现在：高铁综合检测缺少350km/h及以上速度检测平台；综合巡检车智能化水平不高；基于运营列车的工电供在线监测技术仍需进一步提升，监测项目覆盖范围及集成度、配备模式仍需不断完善；车间和工区检查技术水平较低、结构检查还需依靠人工视检，效率低、占用天窗多，缺少快捷高效的检测装备；钢轨探伤、路基隧道、地质雷达等无损检测设备智能化水平不高，需要大量人工判读，效率不高。工
电供实时监测设备系统性和可靠性差、标准不规范、监测项目覆盖不全，缺乏有效的道岔、特殊结构和不良地质环境下路基、桥梁、隧道等设备的状态监测设备；地震预警监测装备缺少投入，异物侵限监测和风雨雪等气象灾害监测及视频监测技术需要进一步完善；缺少铁路周边环境的快速监测手段和设备；变电试验设备配置与铁路技术发展需求不匹配，适应性有待提高；部分通信子系统网管、信号集中监测设备对系统数据的处理分析能力弱；缺乏与运营列车在线检测系统的数据共享和集成分析机制［9］。检测监测数据采集、传输、存储能力不足，跨专业信息不能共享，数据孤岛现象严重；数据分析、深度挖掘和应用不足，决策分析手段单一，不能适应工电供设备的预防性状态修和精准维修发展方向。
3体系框架
高速铁路基础设施检测监测体系，应以安全和运维需求为导向，面向基础设施检测监测对象，在既有专业检测监测系统基础上与时俱进、继承创新，符合系统性、专业化、适用性、经济性等原则，研究提出以实时监测、定期检测为主导的高铁基础设施检测监
测体系框架。系统性方面，加强顶层设计，坚持工电供三专业统筹规划、整体部署、全面覆盖、深度融合，充分利用多种检测监测手段的组合优势，发挥整体效应。专业化方面，加强专业检测队伍和专业数据分析队伍建设，加强集约化管理，提高检测质量和劳动生产率。适用性方面，依托检测监测、
运营维护、外部环境等全方位数据，按照基础设施分级分类管理要求，考虑设备等级和运用环境差异，制定差异化检测监测模式，为推进实施预防性状态修、精细化管理和精准维修提供技术支撑。经济性方面，立足自主创新，运用现代化信息技术，推进检测监测设备统型和功能融合共享，提高检测监测装备集成度和智能化水平，合理规划检测监测设备部署和运用，减少重复投入，提高体系运转效率。
3.1体系框架设计
高速铁路基础设施主要包括轨道、路基、桥涵、隧道、接触网、变电所、通信、信号等基础设施本体及其附属物，根据检测监测对象的物理特性、变化规律、病害故障特点、安全预警和维修数据需求，高速铁路基础设施检测监测体系框架包括感知层、传输层、数据资源层、大数据平台层、应用层，其中规范标准和三级管理构架贯穿其中（见图1）。
3.1.1感知层
铁路基础设施由于列车动力、运行、电力等动态往复荷载作用，以及严寒、风沙、雨雪、冻融、腐蚀等恶劣自然环境与复杂地质条件的共同作用，造成其运行状态不断发生变化。空天车地一体感知是实现基础设施全面感知、实时诊断、智能分析、安全预警、精准研判的重要手段，主要功能是获取基础设施服役状态下实际物理参数
（力、振动、电流、电压等）、
几何尺寸和图像数据等。感知层按类型可分为移动检
测、地面固定监测、空天遥测和人工检查四大类（见图1高速铁路基础设施检测监测体系框架天龙八部咫尺天涯
图2），按检测监测方式可分为高速综合检测、综合巡检、专业检测、搭载式监测、固定点监测、自感知、
卫星遥感、机载检测、专项检测和常规检查等10种方式。
3.1.2传输层传输层是联结感知层、数据资源层和大数据平台层的纽带，其功能是将感知层获取的数据信息，通过铁路专
业通信网（GSM-R ）、移动通信网（4G 、5G ）、卫星通信等无线和有线传输方式，及时安全传输至各业务数据管理
系统，为大数据平台数据归集共享奠定基础（见图3）
。
图2高速铁路基础设施感知层示意图
图3检测监测数据传输示意图
3.1.3数据资源层
数据资源层主要归集、存储、管理时序数据、图像数据、结构化数据等，主要包括各类检测监测数据和基础设施台账数据、病害样本数据、外部数据（维修、运输和环境数据等）等。通过传输层，将检测监测数据、业务信息数据和外部相关数据进行汇集、存储、治理和有效组织，为大数据平台分析应用提供数据源（见图4）。
3.1.4大数据平台层
大数据平台具备数据共享、数据挖掘分析等功能，主要是将数据资源层中的多源数据通过统计查询和人工智能分析，将数据转化为知识，为维修决策提供支持。依托海量检测监测数据和大数据技术，建立机理模型、算法模型和机器学习、聚类分析等算法库，对检测监测数据进行对比分析、趋势分析、关联分析，将海量数据信息化、知识化、可视化，输出故障诊断、故障预测、健康评估和演变规律等客观准确的数据分析结果，为养护维修决策提供科学的数据支撑（见图5）。
3.1.5应用层
应用层主要为安全评估和维修决策提供支持，包括安全预警、趋势分析、状态评价、维修决策等。应
用层以提升基础设施养护维修效率效益为目的，充分运用检测监测大数据分析，将检测监测数据与设备状态、设备维护、设备管理充分关联起来，动态实时掌握各条高铁线路状态变化，掌握设备运行变化规律和未来健康状态，实现对基础设施隐患的精确定位及劣化趋势的超前预警，提高安全风险趋势预警能力，推进铁路基础设施全生命周期管理，切实发挥检测监测体系准确诊断故障、指导精准维修、服务高效的作用，为工电设备养护维修提供决策支持和数据支持。
3.1.6规范标准
检测监测规范标准是高质量开展检测工作的基础和
保障，规范标准主要包括行业法规制度、基础设施设计什么是网上银行
标准、专业维修规则、基础设施状态评价标准、检测监
测数据标准、数据归集管理、接口规范、检测监测设备
技术标准、检测监测设备运用管理及评定管理办法。图4数据资源层示意图
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