张亚军，苟云涛

（1.金鹰重型工程机械有限公司，湖北襄阳 441000；2.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）

0 引言

目前，铁路工、电、供各系统使用的检测车功能较为单一，如轨检车、接触网检测车等，工、电、供系统检测都是分开的，由于受到天窗点时间限制，各系统分开检测，耗时长，作业效率低，不能满足现场检测要求，也不能满足铁路部门工、电、供三大专业融合管理需求［1-3］。

因此，急需研制一种能同时进行工、电、供检测的多功能综合巡检车，能够在160 km/h运行状态下同时对工、电、供的主体设备进行综合检测，以提高检测效率［4-5］。2015年金鹰重型工程机械有限公司（简称金鹰重工）和中国铁道科学研究院集团有限公司（简称铁科院集团公司）基于《国家发展改革委关于中国标准高速动车组及高铁关键装备研发试验工程项目可行性研究报告的批复》（发改产业〔2014〕1373号），结合我国高速铁路基础设施巡检需求，联合研制了高速铁路综合巡检车，成功解决了功能单一的检测车作业效率低、天窗点内无法完成三大专业设备检测的问题。

1 国内外发展现状

综合巡检车由于检测项目全面、检测效率高、数据分析管理综合性强等特点，在国内外已经为铁路运维部门所接受。其中较具代表性的有日本、德国、法国、美国等国家。

1.1 国外现状

日本是世界上最早开通高速铁路的国家之一，其于1964年开通了东京—大阪的新干线。截至目前，其新干线运营里程约3 000 km，在建线路里程超过400 km，规划线路里程为200 km左右。日本高速铁路检测包括轨道检测、钢轨探伤、隧道检测、接触网检测、通信信号检测等，上述项目主要通过高速综合检测列车（见图1）、钢轨探伤车、隧道检查车等进行。

图1 日本“黄色医生”综合检测列车

德国铁路运营里程约42 000 km，其中电气化里程20 500 km，高速铁路里程1 500 km。此外，通过既有线升级改造，时速在200 km左右的线路里程约1 500 km。德国包括高铁线路在内的铁路线路多采用客货共线模式，基础设施检测多侧重于工务专业。德国没有配备专业的综合检测列车，工务、电务、供电专业的检测主要采用专业检测车完成（见图2）。

图2 德国OMWE轨道检测车

法国铁路运营里程约29 500 km，其中电气化里程15 000 km，高速铁路里程超过3 000 km。法国铁路检测主要包括轨道状态、钢轨探伤、隧道衬砌、接触网、通信信号等项目。2006年，法国铁路通过对一列TGV动车组的改造，研制成功了IRIS320综合检测列车（见图3），该车能以320 km/h的最高设计速度在线路上进行检测。

图3 法国IRIS320综合检测列车

1.2 我国现状

我国铁路基础设施综合检测经过多年发展，也形成了“三检一平台”的检测装备体系。最具代表性的综合性检测装备是高速铁路综合检测车［6-8］。伴随着我国高铁发展，铁科院集团公司与中国中车联手，相继成功研发出时速350 km的CRH2-061C、068C、150C高速综合检测列车和时速380～400 km的高速综合检测列车。

纵观国内外现状，目前综合检测列车均适合高铁线路开通前的联调联试综合检测，运行速度均在300～400 km/h，不适合线路区间、天窗点日常检测作业；日常检测作业均采用功能单一的检测作业车，时速小于120 km，检测功能单一、速度慢、检测效率低，不能满足线路检测要求。

2 综合巡检车总体布局及组成

2.1 总体布局

综合巡检车（见图4）高度集成工、电、供专业巡检系统，替代人工上线，减少安全风险，为铁路基础设施智能运维提供数据支撑。可灵活机动地对区间、天窗点等线路进行检测。为解决目前轨道车不能单机在高铁线路上运行、长大坡道“跑不动、刹不住”等问题，综合巡检车采用液力传动，双动力系统，最高运行速度160 km/h，25‰坡道上速度可达95 km/h，基础制动采用盘形制动器，能够适用于高铁长大坡道制动控速。

图4 综合巡检车

综合巡检车主要由车体、转向架、动力传动系统、电气系统、制动系统、液压系统、车钩缓冲装置、检测装置等部分组成。检测装置包括工务巡检系统、接触网巡检系统、电务轨旁设备巡检系统、定位同步系统，能够实现对高速铁路工、电、供三大专业主要设备外观状态全方位综合巡检，为高速铁路养护维修提供技术支撑。

综合巡检车车内设有前后司机室、检测间、软包间、电气间与卫生间，能够满足车辆处于不同工况状态对车内平面布置的要求，同时可根据用户需求进行设计。综合巡检车总体布局见图5。

图5 综合巡检车总图布局

2.2 主要组成

2.2.1 车体

综合巡检车为满足列尾附挂要求和检测设备安装，车体采用整体承载框架式结构，由车棚和底架组成，为全钢焊接结构。为满足160 km/h检测速度要求，车体采用流线型设计，以减小运行风阻。车棚骨架采用冷弯型钢、几字形杆件焊接结构，车体外蒙板采用整板张拉电磁调平工艺以保证外表面平整度。底架由边梁（型钢）、端梁（钢板）、牵引梁（钢板）拼焊而成。

为保证整车的密封效果，进入车体内部的管线以快速软管接头进行密封。车内地板采用多层结构，最底层为铁地板，铁地板上喷涂阻尼胶，铁地板上为木地板（经防腐和阻燃处理），铁地板和木地板之间填充隔热材料，木地板表面粘贴阻燃地板革。车体外蒙板内侧喷涂阻尼胶，墙板、顶板、地板处填充隔热材料。经过上述综合处理，整车具有较好的隔热、隔音、阻燃性能。

2.2.2 转向架

转向架由构架、轮对、轴箱、支承装置、牵引装置、盘形制动单元等组成。采用成熟的160 km/h技术平台进行研发制造，保障整车安全性与可靠性。转向架满足整车速度160 km/h的运行要求。采用单拉杆牵引并设置横向、纵向、垂向减振器，二系安装高圆簧，以改善车辆运行品质，提高稳定性与乘坐舒适度。基础制动采用盘形制动器，能够满足长大坡道制动要求。转向架的结构示意见图6。

图6 综合巡检车转向架结构示意图

2.2.3 制动系统

制动系统参照和谐型机车，采用DK-1G型电空制动系统，包括空气制动系统、基础制动装置。空气制动系统由DK-1G型电空制动机、空气压缩机、空气净化装置等组成。空气压缩机集成在发动机上，打风速度快。基础制动采用盘形制动器，可靠性高，并带有驻车制动功能。适用于高铁长大坡道车辆控速要求。

2.2.4 动力传动系统

为了提高乘坐舒适性，综合巡检车采用动力下沉布置，2套动力单元且互为备用，动力单元模块集成了发动机、液力传动箱、进排气系统、散热系统、蓄电池箱等辅助系统。为了满足高铁长大坡道运行要求，经过反复计算，发动机单机功率388 kW，排放满足欧Ⅲ标准，单套动力驱动最高运行速度120 km/h，2套动力驱动最高运行速度160 km/h。

液力传动具有平稳无冲击、换挡控制方便、维修工作量小等优势，通过调研，比较国内外多种液力传动箱的性能和运用情况，选用卧式液力传动箱，传动箱长距离无火回送时不需拆卸传动轴。动力传动系统示意见图7。

2.2.5 电气系统

电气系统包括DC 24 V控制系统和交流系统。DC 24 V控制系统主要由柴油机启动控制、液力传动箱换向和换挡控制、仪表监视、轴温报警装置、照明及刮水器等辅助装置控制等组成。交流系统由车下安装的AC 380 V、58 kW发电机组提供电源，为集便器控制、空调控制、检测装置及车内生活设施等供电。

图7 动力传动系统示意图

3 巡检系统

综合巡检车主要用于高速铁路综合巡检，实现对工、电、供三大专业主要设备外观状态检查及部分几何参数的检测。其中检测系统包括外观状态检测、几何形位检测、视频监测和综合平台。巡检系统架构见图8。

图8 巡检系统架构

3.1 工务检测

3.1.1 轨道状态巡检系统

轨道状态巡检系统运用计算机视觉技术，采用先进的激光源成像组件，通过精确定位的空间采样，实现轨道表面和钢轨扣件的连续拍摄，提供智能分析功能，可对钢轨表面擦伤、扣件异常进行自动识别。轨道巡检结构示意见图9。

3.1.2 轨道几何参数及钢轨廓形检测系统

轨道几何参数及钢轨轮廓检测系统可以完成对轨道几何不平顺、钢轨廓形、磨耗等参数的动态测量。轨道几何参数及钢轨廓形检测结构示意见图10。

3.1.3 限界检测系统

采用激光扫描技术获取线路周边建筑物、设备断面轮廓，检测桥隧、线路设备、轨旁设备等的限界数据，并对数据进行三维立体建模管理（见图11），形象直观地展示建筑物和设备的限界状态。

图9 轨道巡检结构示意图

图10 轨道几何参数及钢轨廓形检测结构示意图

3.2 电务检测

3.2.1 轨旁信号设备外观巡检系统

通过图像可检查应答器、应答器尾缆（含表面破损）、轨间补偿电容、轨间轨道接续线（含表面破损）、轨腰外侧塞钉、电务轨旁箱盒等轨旁信号设备的可视外观状态。轨旁信号设备外观巡检系统结构示意见图12。

3.2.2 轨旁通信设备外观巡检系统

轨旁通信设备外观巡检系统通过图像可检查隧道内通信漏缆、接触网杆上加装的摄像机等轨旁通信设备的可视外观状态。轨旁通信设备外观巡检系统结构示意见图13。

图11 限界检测数据管理

图12 轨旁信号设备外观巡检系统结构示意图

图13 轨旁通信设备外观巡检系统结构示意图

3.3 供电检测

3.3.1 接触网悬挂状态高清成像系统

接触网悬挂状态高清成像系统基于精确定位、触发抓拍、多相机同步采集等技术，对接触网检测区域进行图像采集，成像范围覆盖支持装置、接触悬挂（吊弦、线夹等）、附加悬挂、吊柱座区域，图像清晰度足够分辨支持装置及接触悬挂零部件的异常状态。接触网悬挂高清相机组件单元见图14。

图14 接触网悬挂高清相机组件单元

3.3.2 接触网几何参数检测系统

接触网几何参数检测系统基于双目视觉测量原理，融合高速同步线扫描摄像、高速接触线图像定位、图像连续后向追踪等技术，实现对接触线高度、拉出值的连续测量。基于视觉测量原理，使用高速高清摄像组件，对接触网视频进行高速、高清图像采集。融合高速图像处理、模式识别、机器学习等技术，实现对接触网定位器坡度的在线测量。接触网几何参数相机组件见图15。

图15 接触网几何参数相机组件

3.3.3 地磁通量检测系统

在车辆下部靠近转向架区域左右两侧对称安装2套地磁测量组件，行车中当地磁测量组件经过地面磁感应器时，会产生强度不等的电压信号，从而实现对自动过分相装置的地面磁感应器磁通量的测量，在线判断磁极磁感应强度异常、磁极脱落状态等超限。地磁通量检测系统结构示意见图16。

图16 地磁通量检测系统结构示意图

3.4 综合平台

3.4.1 定位同步及环境视频监测系统

定位同步及环境视频监测系统将安装在轴头的光电编码器产生的距离脉冲信号分配给分布在全车的各检测系统，并具有主备光电编码器热备功能。同时结合光电编码器、高速电子标签RFID及GNSS等定位手段，作为里程定位数据源，并将这些定位信息融合，获取并计算实时里程数据，可为各车载检测系统提供精确、可靠、连续的实时线路里程信息，可极大提高现场查找病害的效率。

3.4.2 检测数据存储管理系统

检测数据存储管理系统管理综合巡检车上的检测数据，汇聚各检测项目的原始检测数据和分析数据，按照统一规范集中存储与管理，为后续检测数据应用提供支撑。检测数据存储管理系统架构见图17。

4 试验及运用

160 km/h液力传动综合巡检车于2017年3月顺利通过中铁检验认证中心有限公司组织的型式试验，各项技术指标全部合格，满足型式试验大纲要求，动力学试验结果达到优级水平，取得型式试验报告；2017年5月—2018年9月，在中国铁路太原局集团有限公司大西高铁线（北段试验线、南段运营线）完成车辆和检测系统性能运用考核相关内容，考核合格，获得运用考核及解体检查报告；2018年11月，综合巡检车通过原中国铁路总公司科技和信息化部组织的技术评审，整车技术指标达到国际领先水平，获得技术评审证书；2018年12月，获得国家铁路局颁发的型号许可证书；2018年12月底，获得原中国铁路总公司8台车的采购订单，该批车于2019年2月陆续交付沈阳、北京、武汉等8个铁路局集团公司正式使用。

图17 检测数据存储管理系统架构

5 结束语

综合巡检车是基于视觉检测技术对铁路工、电、供三大专业固定设施进行综合巡检的大型检测装备，可满足最高160 km/h速度条件下的铁路固定设施图像及视频数据的采集工作，实现了对固定设施外观状态的综合集中管理；可对固定设施图像中的典型异常进行智能识别，包括钢轨表面伤损、扣件异常、接触网悬挂装置零部件结构异常、轨腰塞钉外观异常、应答器外观异常等缺陷。综合巡检车的投入使用显著提升了线路巡检作业效率，提升了我国高铁线路设施维护水平。

综合巡检车成功解决了工、电、供三大专业各自为政、检测监测资源分散、作业天窗利用率低等问题。不同专业检测车按各自不同检测周期进行检测，不仅影响正常运输生产，而且检测信息不能共享，难以同步进行综合评价，效率低下，不能满足现场检测需求等问题。利用大数据、人工智能、北斗定位等先进技术，为高速铁路一体化运维、检测技术融合发展起到了促进作用，提高了检测效率，检测作业安全性也得到进一步提高。