基于综合检测技术的铁路安全巡检车开发

摘要：为了保障铁路线路安全，通过融合多种先进检测技术，将其集成于自主研发的铁路安全巡检车平台，开发具备多维度检测能力的铁路安全巡检车，显著提高铁路安全检测的效率与准确性，为铁路安全运营提供强有力的技术支持。

关键词：综合检测技术；铁路安全；巡检车

前言

铁路作为国家重要的基础设施，在我国经济社会发展中具有重要作用。铁路安全巡检是保障铁路运输安全的关键环节，及时发现并排除铁路线路中的安全隐患，能够有效避免事故的发生。传统的铁路安全巡检方式主要为人工巡检，存在诸多局限性，而现有的简单巡检车检测功能相对单一，难以对铁路的各种安全隐患进行全面检测。基于此，通过集成多种先进的检测手段，开发基于综合检测技术的铁路安全巡检车，实现对铁路线路的全方位、自动化检测，及时发现潜在的安全隐患，为铁路的安全运行提供有力保障。

1 基于综合检测技术的铁路安全巡检车开发

铁路安全巡检车的构成包括封闭式车体、底盘和四驱动力装置等，封闭式车体为检测设备、操作人员提供稳定、安全的空间，底盘作为巡检车基础支撑结构，有着较高的稳定性，可以适应不同路况，四驱动力装置则赋予巡检车强大动力，可以在复杂地形下顺利行驶。

1.1 图像采集装置设计

第一图像采集装置的组成部分包括伸缩驱动电机、伸缩式支撑架、相机固定架、第一光源和第一工业相机，伸缩驱动电机控制伸缩式支撑架的伸缩长度，以便第一工业相机结合实际需求，对拍摄位置和高度进行调整。第二图像采集装置包括透明挡雨罩、第二光源和第二工业相机，在第一光源和第二光源的配合使用下，提高图像的清晰度和质量，第二工业相机与第一工业相机相互配合，从不同角度、位置采集铁路图像，实现图像全方位采集。

1.2 检测单元设计

（1）轨道几何测量单元

轨道几何测量单元主要是对轨道的轨距、水平、超高、轨向等几何参数进行实时测量，其工作原理是利用高精度的传感器感知轨道的物理特征，将其转化为电信号，经过处理分析，得到准确的测量结果[1]。

（2）车体振动加速度测量单元

该单元主要是监测巡检车在行驶过程中的振动情况，在车体关键部位，安装加速度传感器，对车体振动加速度进行实时测量，依据测量数据，反映轨道的平顺性以及列车运行的稳定性。

（3）GPS里程自动修正单元

该单元是利用GPS获取巡检车的位置信息，通过实时分析和处理GPS数据，消除GPS信号误差，然后结合高精度的地图数据和里程计算算法，对巡检车行驶的里程进行自动修正。

1.3 控制单元设计

（1）微控制器

微控制器作为巡检车的核心控制部件，接收来自各个检测单元和传感器的数据，然后根据预设的程序、算法，对数据进行处理和分析，有效协调和控制巡检车各个系统的运行[2]。同时，依据分析结果发出控制指令，对巡检车的行驶速度、图像采集、检测设备的启停操作等进行精确控制。

（2）存储模块

存储模块具有大容量和高可靠性的特点，主要存储巡检车在巡检过程中采集到的图像信息、检测数据等各种数据，作为后续分析和处理的重要依据，对铁路安全隐患和铁路运行状况进行评估。

（3）无线通信模块

该模块是在无线通信技术的运用下，将采集到的数据实时传输到云存储平台，以便管理人员进行远程监控和数据分析，并通过云存储平台向巡检车发送指令，实现远程管控。

（4）传感器组

传感器组包含多种传感器，如仓内温湿度传感器，用于监测巡检车内部的温湿度环境；气象传感器，实时获取风速、风向、气温等外界气象信息；气压海拔传感器，测量巡检车所处位置的气压和海拔。

（5）A/D转换模块和数据压缩模块

A/D转换模块通过将模拟信号转换为数字信号，以便微控制器能对传感器采集到的模拟数据进行处理和分析；数据压缩模块是对采集到的大量数据进行压缩处理，减少数据的存储空间和传输带宽。在这两个模块的协同工作下，有效提高数据处理的效率和速度[3]。

2 实验分析

2.1 实验设计

为了全面评估铁路安全巡检车的性能，对其检测精度、巡检效率的优势验证，实验选取一段具有代表性的铁路线路，涵盖不同的地形、轨道状况和气候条件。实验对象为新开发的铁路安全巡检车，与传统人工巡检、现有简单巡检车进行对比。在实验过程中，覆盖晴天、雨雪、夜间三种工况，对巡检车进行多次测试，记录轨道几何参数检测精度、缺陷检测精度、巡检时间和覆盖范围等数据。

2.2 结果分析

如表1所示，为轨道几何参数检测精度。从实验数据可以看出，巡检车对轨距、水平、超高的检测精度较高，误差率较小，轨向检测误差率相对较大，但仍在可接受的范围内。实验表明，巡检车能够较为准确地检测轨道几何参数。

如表2所示，缺陷检测精度。从表中数据可以看出，巡检车对钢轨表面伤损的检测精度较高，漏检率较低；扣件异常的检测精度相对较低，存在一定的漏检和误检情况，可能是扣件的安装位置和环境较为复杂，对检测准确性产生一定的影响。后续可进一步优化检测算法和传感器性能，以提高缺陷的检测精度。

如表3所示，为人工巡检与巡检车在多场景缺陷下的检测率，巡检车检出率远超人工巡检，并且误报率较低。

如表4所示，为巡检车与其他巡检方式的效率对比。从实验结果可知，新开发的巡检车巡检效率最高，并且在较短时间内可以覆盖更大的范围。

结语：在综合检测技术基础上，铁路安全巡检车开发有效解决传统巡检方式效率低、准确性差等问题，通过集成多种检测技术，对铁路线路进行全方位、自动化的检测，精准识别各类安全隐患，在检测精度和巡检效率上远超传统方式，巡检车的智能化水平和适应性得到极大提升。

参考文献：

[1]魏念龙.高速铁路轨旁设备安全巡检装置研究与设计[J].电气时代，2021（06）：66-67+75.

[2]曹峰，崔少华，荆治家，等.面向巡检车与无人机协同电力巡检的车辆路径规划方法[J].交通运输工程与信息学报，2022（02）：95-104.

[3]宋浩然，田新宇，戴鹏，等.高速铁路综合巡检车研制[J].中国铁路，2021（06）：28-34.

基金：本文系2024年黑龙江省创新训练项目《铁路安全隐患综合排查车》（项目编号：X202413300246）的阶段性成果。