浅析智能巡检系统在城市轨道状态巡检的应用

摘要：智能巡检系统被誉为城市安全的智能卫士，其是应用了人工智能技术，来解决智慧城市中遇到的问题。尤其是在城市轨道交通中，其可以直面轨道巡检的痛点，高精度对故障进行诊断和定位、结合3D融合成像等方式，对钢轨、扣件、道床等部件可视病害进行检查。与传统的人工巡检工作相比，其工作效率大大提高，重大病害检出率达100%，因此，本文基于此，就来对智能巡检系统在城市轨道状态巡检的应用进行深入的研究和探讨，以期为智慧城市的发展提供参考。

关键词：智能巡检；城市轨道；状态巡检

随着城市轨道交通的快速发展，线路和车辆的维护工作变得越来越重要，传统的巡检方式依赖于人工，不仅效率低下，而且存在安全隐患，智能巡检系统应运而生。其是一种基于人工智能技术的智能安防系统，它通过实时监控城市轨道中的各种设施和区域，利用图像识别、机器学习等技术对监控画面进行智能分析，从而实现对异常情况的及时发现、报警和处理。该系统的应用能够实现对轨道交通线路和车辆的全面、精确检测，及时发现并处理安全隐患，保障轨道交通的安全运行。

一、智能巡检系统的基本概述

智能巡检系统是一种结合了物联网（IoT）、人工智能（AI）、大数据等先进技术的自动化工具，用于替代或辅助人工完成对特定区域或设备的定期检查任务。该系统广泛应用于电力、化工、制造、交通等多个行业领域，以提高巡检的效率和准确性，降低人力成本，保障生产安全。在城市轨道交通中，智能巡检系统以多个NVIDIA Jetson嵌入式模组作为计算单元，安装在综合检测的彻底，对行驶的车辆进行检测，检测的内容包括轨道表面、路线、轨道表面一些紧固件等，并利用边缘嵌入式GPU设备来进行实时的检测，检测结果也会实施的反馈到车内系统屏幕上，由专门的分析人员来确定最终的缺陷结构，最后生成缺陷报表。

二、轨道智能巡检系统的的构成

轨道智能巡检系统采用了多路高清线阵扫描成像及光源同步技术、海量图像实时压缩及显示加速技术、以及深度学习缺陷损伤的智能识别技术、精确的定位技术（精度可达到0.3m）来对轨道交通进行360度全覆盖检测。其可以在动态条件≤15 km/h对轨道交通的缺陷进行精准的定位、智能识别缺陷，以维护轨道交通的安全和运行。根据城市轨道交通的检查项目，如线路巡检、钢轨探伤和焊缝探伤，其系统架构一般需要包括三大模块，即图像采集模块（拍摄系统）、数据采集存储和控制模块（图像存储传感器、定位控制）、数据分析模块（融合中心、主服务器、图像分析软件）。

图像采集模块：轨道巡检装置分为左右两个部分，每一个部分都是由线阵相机来进行图像的采集，线阵相机可以对重叠区进行连续的图像采集，采集的画面包括轨面、内轨、外轨。图像分辨率达到了0.3mm/pixel，该系统的图像分辨率是根据公式计算得出的，其中PL为图像分辨率，VO为设备的运行速率，VC为线扫描速率。

数据采集存储和控制单元：轨道智能巡检系统配备了各种传感器，如高清摄像头、热成像仪、气体探测器、红外线传感器、温度湿度传感器等，用于感知周围环境和设备状态。这些传感器能够实时采集设备的温度、震动、声音、图像等信息，采集方式就是传感器通过非接触式或接触式的方式，将采集到的数据转换为电信号或数字信号，传输到车内缺陷展示与人工确认系统。在传输过程中，巡检机器人或传感器采集到的数据需要通过通信模块实时传输给上位管理系统，通信模块通常采用有线或无线的方式，如5G网络，以确保数据的实时性和准确性。为了实现数据的可靠传输，系统通常采用各种数据传输协议，如TCP/IP、MQTT等，以确保数据在传输过程中的完整性和安全性。

数据的分析单元：该单元主要是对接收到的数据进行预处理，即清洗、去噪、滤波，然后对采集到的数据进行特征提取和模式识别，该系统能够实现对管线、设备等的监测、预测和诊断。上位管理系统通常配备有直观的人机交互界面，用于展示巡检结果、报警信息以及设备状态等信息。工作人员可以通过该界面实时了解巡检情况，并作出相应的决策和响应。该模块还可以提供决策支持功能，如自动生成巡检报告、提供设备维护建议等，以帮助工作人员更好地管理设备和保障轨道交通的安全运行。

三、轨道智能巡检系统检测的内容

智能巡检系统能够对轨道交通线路和车辆进行全面、精确的检测，避免了人为因素带来的误差。检查内容包括线路，具体检查轨行区异物的侵入限界情况。钢轨，外观、表面掉块、插伤、裂纹、异常锈蚀、折断、原本标记的伤损变化情况。联结零件，缺损、松动。道岔，尖轨与基本轨的秘贴性，尖轨轧伤和异常磨损情况、滑床板断裂、脱焊等异常情况。道床，裂纹、积水、变形、翻浆冒泥、侧沟排水等。道口，轮缘槽内杂物、道口板及设备侵限、道口平稳性和紧固。轨枕，偏斜、破损、开裂、松动、联结套管失效等。通过自动化巡检，大大的减少了人力物力的投入，提高了巡检效率。并且通过实时监控轨道交通线路和车辆的运行状态，及时的发现问题并报警，减少了不必要的维护工作，降低了维护成本。

四、智能巡检系统在城市轨道状态巡检中实际应用案例

某城市对铁线路长度超过300公里，共有1000多辆，为了提高地铁的安全性和运行效率，引入了智能巡检系统。该系统的数据分析和处理流程就是首先对对路图像进行拼接处理。投影法确定剪裁区间，左右2路相机当前帧剪裁拼接（1000*1000），左右4路相机、前后帧剪裁拼接（2000*2000），然后将这些拼接好的图片传入第一轮的目标检测模型进行预处理，即对关键部件和缺陷特征进行识别，得出缺陷类型，双耳双螺栓、双耳单螺栓、单耳单若山、禁锢螺栓、弹条耳廓、枕木裂缝、轨面掉快、鱼尾夹板。然后将这些缺陷类型进行第二轮的分类器过滤，得出最终的缺陷，即螺栓缺失、弹条丢失、弹条破损、扣位移位、枕木裂缝、轨道异常。经过检测螺栓缺失12/753 提升至 12/39。弹条破损5/691提升至 3/12。弹条缺失32/1001 提升至 29/73。枕木裂缝 35/155 提升至 32 /67，有效的保证了地铁运行安全。

结束语

综上所述，智能巡检系统在城市轨道状态巡检中的应用具有广阔的前景和重要的意义。通过引入智能化技术，可以提高巡检效率、准确性和安全性，降低维护成本。然而，在实际应用中仍面临一些挑战，需要不断研究和改进。未来，随着传感器技术、通信技术、数据处理技术和算法的不断发展，城市轨道交通智能巡检系统将更加智能化、高效化，为城市轨道交通的安全运行提供有力保障。

参考文献

[1]崔宪伟，杨翎，赵勤坤，等.基于计算机视觉的车载轨道缺陷智能巡检系统设计[J].自动化技术与应用，2024，43（07）：35-38.

[2]彭东亮.一种新型车载式智能轨道状态巡检系统设计及工程应用[J].今日制造与升级，2024，（04）：94-96.

[3]王春茶，黄继辉.智能巡检系统在城市轨道状态巡检的应用[J].武夷学院学报，2023，42（12）：58-63.

[4]杨帆，郭姝娟，王可欣.轨道式机器人智能巡检系统在热力管网中的应用[J].区域供热，2020，（04）：1-8.

[5]马臣希，张二永，方玥，等.车载轨道状态巡检技术发展及应用[J].中国铁路，2017，（10）：91-95.