范明明

（內(nèi)蒙古中電物流路港有限責(zé)任公司赤峰鐵路分公司，內(nèi)蒙 古赤峰 024000）

1 引言

軌道檢查車和鋼軌探傷車作為先進(jìn)的線路檢查設(shè)備，能夠有效提高線路檢查質(zhì)量和檢查效率，剔除人為因素干擾。如何有效運(yùn)用檢測數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析科學(xué)指導(dǎo)維修，成為智慧化鐵路設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修的重要課題。在各大企業(yè)均提倡控本增效的大環(huán)境下，發(fā)揮現(xiàn)代檢測監(jiān)測技術(shù)支持能力的同時，高效合理運(yùn)用先進(jìn)的線路檢查設(shè)備，實(shí)現(xiàn)安全質(zhì)量可控、作業(yè)效率提升、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益顯著也至關(guān)重要。

2 錦白鐵路軌道綜合檢測車設(shè)計理念

錦白鐵路北起內(nèi)蒙古錫林郭勒盟西烏旗白音華，南至遼寧省錦州市，鐵路正線全線長660.92 km，為國家電力投資集團(tuán)自有鐵路。全線以內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市境內(nèi)大木頭站為界，分為赤大白鐵路和錦赤鐵路。錦白鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：單線有縫線路，軌道結(jié)構(gòu)類型正線60 kg/m 的25 m 標(biāo)準(zhǔn)軌普通線路，配置1 680 根/km 混凝土軌枕；限制坡度上行6‰、下行12‰；采用站間自動閉塞；牽引種類內(nèi)燃。

結(jié)合錦白鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀，為有效推行工務(wù)檢養(yǎng)修分開制度，鐵路運(yùn)營單位與中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司（北京鐵科英邁技術(shù)有限公司）、金鷹重重型工程機(jī)械股份有限公司合作開發(fā)同時具備軌檢、探傷、定位、鋼軌輪廓等檢測功能的軌道綜合檢測車。此臺檢測車由兩節(jié)車固定編組，Ⅰ號車為生活車，Ⅱ號車為檢測車，采用雙動力系統(tǒng)、液力傳動方式，在120 km/h（探傷作業(yè)80 km/h）速度范圍內(nèi)進(jìn)行雙向行駛、雙向操縱、雙向檢測。整車既能自運(yùn)行，又能與我國現(xiàn)有機(jī)車車輛連掛。

同時，為適應(yīng)錦白鐵路北段氣溫低和風(fēng)沙、雪害多發(fā)的環(huán)境特點(diǎn)，車輛及檢測系統(tǒng)都采用了多種防寒、防沙和防雪措施，確保其能夠在-40 ℃低溫環(huán)境及風(fēng)沙、雪害天氣正常作業(yè)。針對GJ-6D 型軌道檢測系統(tǒng)非接觸測量系統(tǒng)特性，通過CAN總線按照每25 cm 發(fā)送一次采樣頻率觸發(fā)信號，存在激光攝像系統(tǒng)攝取鋼軌斷面圖像為軌縫處，造成無效數(shù)據(jù)多發(fā)，人工校驗(yàn)工作量驟增情況，加之沙害、雪害掩埋軌頂面，極大地影響了檢測數(shù)據(jù)精度等問題，通過優(yōu)化數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)修正補(bǔ)償算法和加裝光電位移計的方式得到了有效解決[1]。

該車作為國家電投系統(tǒng)內(nèi)首列自主運(yùn)用管理的大型鐵路檢查設(shè)備，將軌道檢測與鋼軌探傷等功能集中融合于一個平臺，利用光電編碼器、電子標(biāo)簽、GNSS 單元相結(jié)合的里程定位手段，能精確定位線路病害位置，便于復(fù)核維修。

3 錦白鐵路軌道綜合檢測車的人員配備與運(yùn)行管理組織

錦白鐵路軌道綜合檢測車配備作業(yè)人員共計8 人，包括車長1 人，司機(jī)2 人，軌檢2 人，探傷3 人。機(jī)械、電氣維修和防護(hù)等工作均由上述人員兼任。

運(yùn)行管理組織根據(jù)錦白鐵路現(xiàn)有運(yùn)營情況進(jìn)行設(shè)計?？紤]錦白鐵路為單線貨運(yùn)鐵路，結(jié)合綜合檢測車雙向檢測與軌檢、探傷功能兼?zhèn)涞奶匦裕扇コ踢M(jìn)行軌檢，返程進(jìn)行探傷，在一個運(yùn)行周期內(nèi)完成線路設(shè)備檢查工作，避免空車無作業(yè)運(yùn)行成本發(fā)生；同時，錦白鐵路是白音華煤田北煤南運(yùn)的主要通道，承擔(dān)周邊城市冬季供暖保障的重要社會責(zé)任，冬季鐵路運(yùn)量大幅增加。因此，在完成冬季加密檢測工作的前提下，為降低對鐵路運(yùn)輸?shù)挠绊?，可在加密檢測時以80 km/h的運(yùn)行速度同時開展軌檢和探傷作業(yè)，實(shí)現(xiàn)在一個運(yùn)行周期內(nèi)完成2 次線路設(shè)備檢查工作，大幅提升檢測效率，降低運(yùn)行成本[2]。

4 大數(shù)據(jù)分析、人工智能檢測，科學(xué)指導(dǎo)鋼軌維修養(yǎng)護(hù)

目前，軌道檢測系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集和分析方面發(fā)展已經(jīng)較為成熟，但考慮錦白鐵路軌道綜合檢測車目前以每月1 次的檢測頻次對全線660.92 km 線路鋼軌展開鋼軌探傷工作，按照業(yè)務(wù)設(shè)定與要求，當(dāng)周收集的數(shù)據(jù)需要在當(dāng)周完成數(shù)據(jù)的分析工作，才可以保障對鋼軌傷損從發(fā)現(xiàn)到處理的快速反應(yīng)。但是，海量數(shù)據(jù)的檢測帶給工作人員的是大量的數(shù)據(jù)回放工作，從作業(yè)人員的生理角度上進(jìn)行觀察，可能存在因個體視覺疲勞所造成的工作效率低下的問題，從崗位職責(zé)的角度上進(jìn)行評估，可能存在因個體瀆職所造成的回放質(zhì)量低、漏檢等風(fēng)險，同時大量歷史數(shù)據(jù)的價值不能被充分利用與挖掘，產(chǎn)生了資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。

為了解決、降低人工傳統(tǒng)探傷回放分析方式所帶來的管理及業(yè)務(wù)上的問題與風(fēng)險，可以引入大數(shù)據(jù)+人工智能技術(shù)對現(xiàn)有的探傷數(shù)據(jù)回放工作進(jìn)行優(yōu)化與改良。

1）通過基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能分析算法對鋼軌疑似傷損進(jìn)行匹配，可有效地檢出疑似傷損，最大程度上避免由于作業(yè)人員不盡責(zé)、個體專業(yè)技能不足等因素，所導(dǎo)致的傷損漏判問題；通過對海量數(shù)據(jù)的智能過濾、篩選，可以大幅度減少非缺陷數(shù)據(jù)二次人工篩選所產(chǎn)生的工作量，從而提高探傷回放效率，解決由于短時間內(nèi)作業(yè)量大而帶來的作業(yè)人員生理疲勞問題；搭建大數(shù)據(jù)云平臺，將作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、分類、集成，形成針對錦白鐵路660.92 km 線路環(huán)境下特有的鋼軌傷損庫，并可通過不斷增長的作業(yè)數(shù)據(jù)來優(yōu)化、反哺傷損模型。在提高算法精度的同時，所建立的傷損庫可以為公司探傷從業(yè)人員在探傷方向的內(nèi)部培訓(xùn)和學(xué)習(xí)分享活動提供具備線路環(huán)境特色的探傷教學(xué)指導(dǎo)依據(jù)[3]。

2）另一方面，大數(shù)據(jù)分析會綜合考慮鋼軌傷損基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（如傷損、垂磨），鋼軌屬性（材質(zhì)特性、生產(chǎn)源）、線路特征（半徑、橋隧、坡度、股別）及軌道使用情況（服役年限、通過總重、載荷分布），結(jié)合鋼軌焊接數(shù)據(jù)、廓形打磨數(shù)據(jù)、維修與養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)、外部環(huán)境數(shù)據(jù)，分析變量之間的依存、因果關(guān)系，建立鋼軌狀態(tài)全數(shù)字模型，打造基于故障預(yù)測與健康管理（Prognostics and Health Management，PHM）理念的鋼軌全生命周期管理系統(tǒng)，通過分析鋼軌傷損發(fā)展規(guī)律（供應(yīng)鏈、季節(jié)性、趨勢性、周期性），為換軌、大修、養(yǎng)護(hù)等作業(yè)計劃的設(shè)定，作業(yè)人員組織結(jié)構(gòu)的調(diào)整和鋼軌供應(yīng)鏈的質(zhì)量監(jiān)督，提供輔助決策支撐，將鋼軌養(yǎng)護(hù)、維修方式逐步從以往的計劃修，過渡到更靈活、更具時代需要的狀態(tài)修。

5 運(yùn)用情況分析

錦白鐵路軌道綜合檢測車自2021 年4 月上線運(yùn)行，現(xiàn)已完成檢測任務(wù)5 次。全線軌道檢測數(shù)據(jù)由平均每千米扣分19.75%，優(yōu)良率98.65，提升至平均每千米扣分8.58，優(yōu)良率99.54%；每千米平均TQI（軌道不平順質(zhì)量指標(biāo)）10.49，均衡率87.54%，提升至每千峭平均TQI 10.46，均衡率89.33%。

經(jīng)分析，通過軌道綜合檢測車動態(tài)檢測指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)維修取得了一定的成果，尤其是局部峰值管理效果明顯，能夠起到精準(zhǔn)定位設(shè)備病害和幾何尺寸超限的作用，確保維修及時有效，為錦白鐵路工務(wù)設(shè)備修理實(shí)行檢養(yǎng)修分開制度，落實(shí)獨(dú)立檢查及專業(yè)化、機(jī)械化集中修理提供技術(shù)支持。

錦白鐵路軌道綜合檢測車探傷系統(tǒng)經(jīng)人工傷損線動態(tài)測試傷損平均檢出率為95.78%，系統(tǒng)平均誤報率為13.9%。在錦白鐵路有縫線路、重載造成魚鱗傷多發(fā)等實(shí)際環(huán)境下，傷損平均檢出率得到了保障，但系統(tǒng)平均誤報率上升明顯，給數(shù)據(jù)回放增加了不小的工作量，這也成為錦白鐵路人不斷推進(jìn)大數(shù)據(jù)分析、人工智能檢測研究的動力。

通過統(tǒng)計錦白鐵路軌道綜合檢測車出乘平均燃油消耗為80 L/100 km，一個檢測周期的燃油消耗約為52 873.6 L，完成了660 千峭的軌道檢測和鋼軌探傷工作。經(jīng)分析，較軌道檢查車與探傷車獨(dú)立運(yùn)行節(jié)省燃油約26 000 L，在節(jié)省成本支出的同時，大大降低了綜合能源消費(fèi)量及碳排放量，為公司能耗雙控和實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)做出了一定的貢獻(xiàn)。

按照TG/GW 102—2019《普速鐵路線路修理規(guī)則》的規(guī)定，軌道檢查車未檢查的月份，線路軌道結(jié)構(gòu)及幾何狀態(tài)當(dāng)月檢查不少于1 次。錦白鐵路軌道綜合檢測車的投入使用，改變了既有的軌道設(shè)備檢測修程修制，由每月2 次線路設(shè)備周期性靜態(tài)檢查減少為1 次，在保障線路設(shè)備檢查實(shí)效的基礎(chǔ)上，人工和機(jī)具的成本投入成倍數(shù)遞減，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

6 結(jié)語

綜上所述，融合最新一代GJ-6D 型軌道檢測系統(tǒng)和鋼軌探傷系統(tǒng)等功能的軌道綜合檢測車，在單線有縫線路設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修中，結(jié)合大數(shù)據(jù)與人工智能的配合分析，能夠科學(xué)指導(dǎo)修理工作。同時，將軌檢和探傷系統(tǒng)裝備于同一車輛平臺的設(shè)計方式，能夠在普速單線鐵路線路設(shè)備檢查運(yùn)用中實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益雙豐收。