CN105501248B - 一种铁路线路巡检系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路线路巡检系统，包括来往列车信息获取、数据及故障处理、飞行控制和数据采集子系统。来往列车信息获取子系统确定铁路线路的来往列车信息，并将来往列车信息发送至数据及故障处理子系统。飞行控制子系统对无人机的飞行轨迹、飞行姿态，以及避让来往列车动作进行控制。数据采集子系统设置在无人机上，采集铁路线路的现场数据，并将现场数据发送至数据及故障处理子系统进行处理，现场数据包括铁路线路的雷达扫描数据和现场图像数据。数据及故障处理子系统接收并分析铁路线路的现场数据，确定故障类型及发生位置。本发明能够解决现有铁路线路巡检方式手段单一、可靠性低、影响正常行车，不能满足高速铁路运营安全要求的技术问题。

Description

一种铁路线路巡检系统

技术领域

本发明涉及铁路工程领域，尤其是涉及一种应用于铁路线路的智能化巡检系统。

背景技术

截至2015年，国内铁路总里程突破12万公里，全球铁路运营线路达160万公里，同时高速电气化铁路的运营里程占比日益提高，因此如何保障铁路高效安全运营是个非常突出的问题。巡道工是铁路工务系统保障铁路安全运营最基层的工种之一，承担着铁路巡护任务。长期以来，传统铁路线路巡检完全依靠人力，线路检查主要采用目视检查方法来断定轨道是否存在缺陷，这种方式需要人员多、劳动强度大、巡道时间长、效率低，其检查效果与巡查人员的经验和责任心直接相关，不能满足高速铁路运营安全的要求。

在现有技术中，还提出了另外三种铁路线路巡检装置。其中，现有技术1为四川西南交大铁路发展有限公司于2012年02月27日申请，并于2012年09月26日公告，公告号为CN202453300U的中国实用新型专利《一种高速铁路轨道检测装置》。该实用新型专利公开的高速铁路轨道检测装置主要由移动载体及设置在移动载体上的电源、照明装置、图像采集装置及与图像采集装置连接的图像处理系统构成。现有技术2为上海铁路局科学技术研究所于2013年01月30日申请，并于2013年08月28日公告，公告号为CN203165044U的中国实用新型专利《一种车载智能轨道巡检系统》。该实用新型专利公开的车载智能轨道巡检系统包括感知模块、数据采集和存储模块、数据分析模块和电源模块，数据采集和存储模块连接并控制感知模块采集数据，数据分析模块连接并接收数据采集和储存模块内的数据。现有技术3为昆明铁路局、郑州铁路局科学技术研究所、西南交通大学于2012年10月12日申请，并于2013年04月03日公告，公告号为CN202854908U的中国实用新型专利《一种铁路线路智能巡检系统》。该实用新型专利公开的铁路线路智能巡检系统包括设置于车辆内部的计算机控制处理中心和车辆定位系统，以及设置于车辆端部和下部的n个摄像装置、辅助光源。

以上三种现有技术中都提出在车辆下面安装摄像装置获取轨道图像，并通过设置在车辆内部的计算机对图像进行处理，完成对轨道巡检。但是，三种专利所提出的技术方案都具有如下明显的缺陷：

(1)现有技术以轨道车或者铁路运转车辆为载体，在运营线上进行检测，会严重影响正常行车。同时，上下道手续繁杂，不方便，当遇到线路两边塌方，超限障碍物，路基塌陷等情况时，轨道车辆为载体巡检系统就无法进行工作。而且系统本身的成本非常高，检测成本也很高。

(2)现有技术检测手段单一，依靠单一的视觉检测手段，可靠性不高，且视觉检测受环境影响较大。同时，检测项目少，对于超限障碍物、塌方、道钉脱落、轨道弯曲、轨道扣件脱落、歪斜；钢轨表面伤损；钢轨表面光带分布异常；道床翻浆冒泥以及轨道板上的遗留物；轨道板裂纹；接触网安全检测及接触网悬挂状态检测；铁路桥梁、涵洞安全隐患等情况均不能进行巡检。

综上，随着人力成本、铁路总里程，以及铁路运营速度的不断提高，研发一种全智能化的无人巡检设备替代传统人力巡道显得尤为必要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铁路线路巡检系统，能够解决现有铁路线路巡检方式手段单一、可靠性低、影响正常行车，不能满足高速铁路运营安全要求的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种铁路线路巡检系统的技术实现方案，一种铁路线路巡检系统，包括：来往列车信息获取子系统、数据及故障处理子系统、飞行控制子系统和数据采集子系统。

所述来往列车信息获取子系统确定铁路线路上的来往列车信息，并将所述来往列车信息发送至所述数据及故障处理子系统；

所述飞行控制子系统对无人机的飞行轨迹、飞行姿态，以及避让来往列车动作进行控制；

所述数据采集子系统设置在所述无人机上，采集所述铁路线路的现场数据，并将所述现场数据发送至所述数据及故障处理子系统进行处理，所述现场数据包括所述铁路线路的雷达扫描数据和现场图像数据；

所述数据及故障处理子系统接收并分析所述铁路线路的现场数据，确定故障的类型及发生位置。

优选的，所述数据及故障处理子系统包括无线数据传输模块和计算机，由所述数据采集子系统采集的所述铁路线路的现场数据通过所述无线数据传输模块传输至所述计算机，由所述计算机对采集的所述铁路线路的现场数据进行分析处理，找出所述铁路线路上的故障类型及发生位置。

优选的，所述数据及故障处理子系统还包括手持式故障接收终端，所述计算机处理所述铁路线路的现场数据，分析并找出所述铁路线路上的故障类型及发生位置，将故障的发生位置和现场图片发送至所述手持式故障接收终端上，由工作人员携带手持式故障接收终端上道进行维修。

优选的，所述数据及故障处理子系统的无线数据传输模块和计算机设置在包括线路车间或移动巡检车或轨道车或沿所述铁路线路行驶的移动式车辆在内的载体上。

优选的，所述数据采集子系统包括雷达，所述雷达对所述铁路线路的轨道进行扫描，能判断所述轨道的地基是否存在下沉、超限侵入、坍塌，以及对轨道板上的遗留物进行检测。所述数据采集子系统的存储器对所述雷达的扫描数据进行存储，并通过无线通信模块将扫描数据传输至所述数据及故障处理子系统。

优选的，所述数据采集子系统还包括相机，所述相机连续获取所述铁路线路的现场图像数据，能完成对包括轨道扣件脱落、轨道扣件歪斜、钢轨表面伤损、钢轨表面光带分布异常、道床翻浆冒泥、轨道板上的遗留物、轨道板裂纹、轨道形变、接触网安全状态、接触网悬挂状态、铁路桥梁、涵洞安全隐患在内的故障进行检测。所述数据采集子系统的存储器对所述相机获取的现场图像数据进行存储，并通过无线通信模块将现场图像数据传输至所述数据及故障处理子系统。

优选的，所述来往列车信息获取子系统设置在线路车间，所述铁路线路巡检系统还包括振动传感器，所述来往列车信息获取子系统通过所述振动传感器获取来往列车信息，并将来往列车信息发送至所述数据及故障处理子系统或所述飞行控制子系统进行处理，由所述数据及故障处理子系统通过所述飞行控制子系统，或直接通过所述飞行控制子系统控制所述无人机避让来往列车。

优选的，所述飞行控制子系统通过设置在所述无人机上包括激光测距传感器、陀螺仪、GPS导航仪在内的设备获取无人机飞行数据，并完成对所述无人机的飞行轨迹、飞行姿态及飞行高度的控制。

优选的，所述数据及故障处理子系统对接收到的雷达扫描数据和现场图像数据进行存储以实现所述雷达扫描数据和现场图像数据的回放；

所述数据及故障处理子系统对接收到的雷达扫描数据和现场图像数据进行人工识别或计算机自动识别处理，对所述铁路线路的故障类型进行分类，以指导工作人员作业；

所述数据及故障处理子系统将无人机上下道或列车避让动作指令传输至所述飞行控制子系统，由工作人员通过所述飞行控制子系统，或直接由所述飞行控制子系统控制所述无人机执行上下道或列车避让动作。

优选的，所述数据采集子系统的雷达进一步采用线扫激光雷达或超声波雷达或毫米波雷达。所述无人机进一步采用固定翼无人机或多悬翼无人机或无人直升机。

通过实施上述本发明提供的铁路线路巡检系统的技术方案，具有如下有益效果：

(1)本发明以无人机为平台，成本低、灵活性大，检测时间不受限制，上道检测方便，能够及时自主避让或者以遥控方式避让来往列车，同时不影响正常行车；

(2)本发明在采用相机进行现场图像采集的基础上，增加雷达设备对路面信息进行扫描，大幅提高了检测的可靠性，同时还可以增加对轨道地基下沉、超限侵入，坍塌等线路故障进行检测的功能；

(3)本发明检测范围广，不但增加了对轨道地基下沉、超限侵入、坍塌等线路故障进行检测的能力，还能对接触网安全检测，以及接触网悬挂状态及参数进行检测，甚至还可以对铁路桥梁、涵洞安全隐患进行检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1是本发明铁路线路巡检系统一种具体实施方式的结构原理示意图；

图2是本发明铁路线路巡检系统一种具体实施方式的结构组成框图；

图3是本发明铁路线路巡检系统一种具体实施方式的数据采集过程示意图；

图4是本发明铁路线路巡检系统一种具体实施方式中数据及故障处理的结构组成示意图；

图5是本发明铁路线路巡检系统一种具体实施方式的功能组成示意图；

图中：1-来往列车信息获取子系统，2-飞行控制子系统，3-数据采集子系统，4-数据及故障处理子系统，5-无人机，6-铁路线路，7-手持式故障接收终端，8-无线数据传输模块，9-计算机，10-铁路线路巡检系统，11-线路车间，12-振动传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1至附图5所示，给出了本发明铁路线路巡检系统的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如附图1和附图2所示，一种铁路线路巡检系统的具体实施例，包括：来往列车信息获取子系统1、数据及故障处理子系统4、飞行控制子系统2和数据采集子系统3。

来往列车信息获取子系统1确定铁路线路6上的来往列车信息，并将来往列车信息发送至数据及故障处理子系统4；

飞行控制子系统2对无人机5的飞行轨迹、飞行姿态，以及避让来往列车动作进行控制，以保证无人机平台的安全稳定飞行；

数据采集子系统3设置在无人机5上，采集铁路线路6的现场数据，并将现场数据发送至数据及故障处理子系统4进行处理，现场数据包括铁路线路6的雷达扫描数据和现场图像数据；

数据及故障处理子系统4接收并分析铁路线路6的现场数据，确定故障类型及发生位置，对安全隐患(故障类型)进行分类，然后输出用户需要的用于指导线路养护的各种报表，并根据报表派出工作人员及时处理。

本发明具体实施例描述的铁路线路巡检系统以无人机5为平台，通过(线扫激光)雷达、机器视觉等技术采集铁路线路6的现场数据，通过无线通信实时将数据发送至数据及故障处理子系统4，由数据及故障处理子系统4的计算机对数据进行分析处理，找出铁路线路6上的故障及对应的里程位置，并对故障进行分类归档，然后指导工作人员进行维修。

如附图4所示，数据及故障处理子系统4包括无线数据传输模块8和计算机9，由数据采集子系统3采集的铁路线路6的现场数据通过无线数据传输模块8传输至计算机9，由计算机9对采集的铁路线路6的现场数据进行分析处理，找出铁路线路6上的故障类型及发生位置。

数据及故障处理子系统4还包括手持式故障接收终端7，计算机9处理铁路线路6的现场数据，分析并找出铁路线路6上的故障类型及发生位置，将故障的发生位置和现场图片发送至手持式故障接收终端7上，由工作人员携带手持式故障接收终端7上道进行维修。

数据及故障处理子系统4的无线数据传输模块8和计算机9设置在包括线路车间11或移动巡检车或轨道车或沿铁路线路6行驶的移动式车辆在内的载体上。

如附图3所示，数据采集子系统3进一步包括雷达，雷达对铁路线路6的轨道进行扫描，能判断轨道的地基是否存在下沉、超限侵入、坍塌，以及对轨道板上的遗留物进行检测。数据采集子系统3的存储器对雷达的扫描数据进行存储，并通过无线通信模块将扫描数据传输至数据及故障处理子系统4。

数据采集子系统3还包括相机，相机连续获取铁路线路6的现场图像数据，能完成对包括轨道扣件脱落、轨道扣件歪斜、钢轨表面伤损、钢轨表面光带分布异常、道床翻浆冒泥、轨道板上的遗留物、轨道板裂纹、轨道形变、接触网安全状态、接触网悬挂状态、铁路桥梁、涵洞安全隐患在内的故障进行检测。数据采集子系统3的存储器对相机获取的现场图像数据进行存储，并通过无线通信模块将现场图像数据传输至数据及故障处理子系统4。

来往列车信息获取子系统1设置在线路车间11，铁路线路巡检系统10还包括振动传感器12，来往列车信息获取子系统1通过振动传感器12获取来往列车信息，并将来往列车信息发送至数据及故障处理子系统4或飞行控制子系统2进行处理，由数据及故障处理子系统4通过飞行控制子系统2，或直接通过飞行控制子系统2控制所述无人机5避让来往列车。

飞行控制子系统2通过设置在无人机5上包括激光测距传感器、陀螺仪、GPS导航仪在内的设备获取无人机飞行数据，并完成对无人机5的飞行轨迹、飞行姿态及飞行高度的控制。

数据及故障处理子系统4对接收到的雷达扫描数据和现场图像数据进行存储以实现雷达扫描数据和现场图像数据的回放。数据及故障处理子系统4对接收到的雷达扫描数据和现场图像数据进行人工识别或计算机自动识别处理，对铁路线路6的故障类型进行分类，以指导工作人员作业。数据及故障处理子系统4将无人机上下道或列车避让动作指令传输至飞行控制子系统2，由工作人员通过飞行控制子系统2，或直接由飞行控制子系统2控制无人机5执行上下道或列车避让动作。

如附图5所示，本发明铁路线路巡检系统的功能主要包括：

数据存储：将接收到的铁路线路图像和雷达数据存储起来。

数据显示及回放：对铁路线路图像和雷达数据进行显示和回放。

数据处理：对图像数据和激光雷达数据进行处理。接收铁路线路6的现场数据、分析数据、确定故障发生位置，并对安全隐患进行分类，然后输出用户需要的用于指导线路养护的各种报表，并根据报表派出相应的工作人员及时进行处理。

故障诊断及分类：对故障类型进行分类，指导工作人员作业。

无人机控制：控制无人机5的上下道及避让列车动作。

来往列车提速及警报：提示工作人员，操作无人机5避让来往列车，或直接通过飞行控制系统2控制无人机5避让来往列车。

作为本发明一种典型的具体实施例，数据采集子系统3的雷达进一步采用线扫激光雷达或超声波雷达或毫米波雷达。无人机5进一步采用固定翼无人机或多悬翼无人机或无人直升机。

本发明具体实施例描述的铁路线路巡检系统以无人机为平台，成本低、灵活性大，上下道检测时间可以不受限制。通过线扫激光雷达、机器视觉等技术采集铁路线路6的现场数据，完成对线路地面和轨道面的扫描，通过无线通信实时将数据发送至数据及故障处理子系统4的计算机控制处理中心，由计算机9对数据进行分析处理，找出铁路线路6上的故障，以及相应故障的里程位置。本发明具体实施例描述的铁路线路巡检系统能够对诸如：判断轨道地基是否下沉、超限障碍物、塌方、道钉脱落、轨道弯曲、轨道扣件脱落、歪斜；钢轨表面伤损；钢轨表面光带分布异常；道床翻浆冒泥以及轨道板上的遗留物；轨道板裂纹等；并对接触网安全检测及接触网悬挂状态检测；铁路桥梁、涵洞安全隐患在内的故障进行检测。再由计算机9将故障点位置和相应的图片发送到手持式故障接收终端7上，由工作人员携带手持式故障接收终端7上道进行维修。

通过实施本发明具体实施例描述的铁路线路巡检系统的技术方案，能够产生如下技术效果：

(1)本发明具体实施例描述的铁路线路巡检系统以无人机为平台，成本低、灵活性大，检测时间不受限制，上道检测方便，能够及时自主避让或者以遥控方式避让来往列车，同时不影响正常行车；

(2)本发明具体实施例描述的铁路线路巡检系统在采用相机进行现场图像采集的基础上，增加雷达设备对路面信息进行扫描，大幅提高了检测的可靠性，同时还可以增加对轨道地基下沉、超限侵入，坍塌等线路故障进行检测的功能；

(3)本发明具体实施例描述的铁路线路巡检系统检测范围广，不但增加了对轨道地基下沉、超限侵入、坍塌等线路故障进行检测的能力，还能对接触网安全检测，以及接触网悬挂状态及参数进行检测，甚至还可以对铁路桥梁、涵洞安全隐患进行检测。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (9)

1.一种铁路线路巡检系统，其特征在于，包括：来往列车信息获取子系统(1)、数据及故障处理子系统(4)、飞行控制子系统(2)和数据采集子系统(3)；

所述来往列车信息获取子系统(1)确定铁路线路(6)上的来往列车信息，并将所述来往列车信息发送至所述数据及故障处理子系统(4)；

所述飞行控制子系统(2)对无人机(5)的飞行轨迹、飞行姿态，以及避让来往列车动作进行控制；

所述数据采集子系统(3)设置在所述无人机(5)上，采集所述铁路线路(6)的现场数据，并将所述现场数据发送至所述数据及故障处理子系统(4)进行处理，所述现场数据包括所述铁路线路(6)的雷达扫描数据和现场图像数据；

所述数据及故障处理子系统(4)接收并分析所述铁路线路(6)的现场数据，确定故障的类型及发生位置；

所述数据采集子系统(3)包括雷达，所述雷达对所述铁路线路(6)的轨道进行扫描，能判断所述轨道的地基是否存在下沉、超限侵入、坍塌，以及对轨道板上的遗留物进行检测；所述数据采集子系统(3)的存储器对所述雷达的扫描数据进行存储，并通过无线通信模块将扫描数据传输至所述数据及故障处理子系统(4)。

2.根据权利要求1所述的铁路线路巡检系统，其特征在于：所述数据及故障处理子系统(4)包括无线数据传输模块(8)和计算机(9)，由所述数据采集子系统(3)采集的所述铁路线路(6)的现场数据通过所述无线数据传输模块(8)传输至所述计算机(9)，由所述计算机(9)对采集的所述铁路线路(6)的现场数据进行分析处理，找出所述铁路线路(6)上的故障类型及发生位置。

3.根据权利要求2所述的铁路线路巡检系统，其特征在于：所述数据及故障处理子系统(4)还包括手持式故障接收终端(7)，所述计算机(9)处理所述铁路线路(6)的现场数据，分析并找出所述铁路线路(6)上的故障类型及发生位置，将故障的发生位置和现场图片发送至所述手持式故障接收终端(7)上，由工作人员携带手持式故障接收终端(7)上道进行维修。

4.根据权利要求3所述的铁路线路巡检系统，其特征在于：所述数据及故障处理子系统(4)的无线数据传输模块(8)和计算机(9)设置在包括线路车间(11)或移动巡检车或轨道车或沿所述铁路线路(6)行驶的移动式车辆在内的载体上。

5.根据权利要求1至4任一项所述的铁路线路巡检系统，其特征在于：所述数据采集子系统(3)还包括相机，所述相机连续获取所述铁路线路(6)的现场图像数据，能完成对包括轨道扣件脱落、轨道扣件歪斜、钢轨表面伤损、钢轨表面光带分布异常、道床翻浆冒泥、轨道板上的遗留物、轨道板裂纹、轨道形变、接触网安全状态、接触网悬挂状态、铁路桥梁、涵洞安全隐患在内的故障进行检测；所述数据采集子系统(3)的存储器对所述相机获取的现场图像数据进行存储，并通过无线通信模块将现场图像数据传输至所述数据及故障处理子系统(4)。

6.根据权利要求5所述的铁路线路巡检系统，其特征在于：所述来往列车信息获取子系统(1)设置在线路车间(11)，所述铁路线路巡检系统(10)还包括振动传感器(12)，所述来往列车信息获取子系统(1)通过所述振动传感器(12)获取来往列车信息，并将来往列车信息发送至所述数据及故障处理子系统(4)或所述飞行控制子系统(2)进行处理，由所述数据及故障处理子系统(4)通过所述飞行控制子系统(2)，或直接通过所述飞行控制子系统(2)控制所述无人机(5)避让来往列车。

7.根据权利要求1、2、3、4或6任一项所述的铁路线路巡检系统，其特征在于：所述飞行控制子系统(2)通过设置在所述无人机(5)上包括激光测距传感器、陀螺仪、GPS导航仪在内的设备获取无人机飞行数据，并完成对所述无人机(5)的飞行轨迹、飞行姿态及飞行高度的控制。

8.根据权利要求7所述的铁路线路巡检系统，其特征在于：

所述数据及故障处理子系统(4)对接收到的雷达扫描数据和现场图像数据进行存储以实现所述雷达扫描数据和现场图像数据的回放；

所述数据及故障处理子系统(4)对接收到的雷达扫描数据和现场图像数据进行人工识别或计算机自动识别处理，对所述铁路线路(6)的故障类型进行分类，以指导工作人员作业；

所述数据及故障处理子系统(4)将无人机上下道或列车避让动作指令传输至所述飞行控制子系统(2)，由工作人员通过所述飞行控制子系统(2)，或直接由所述飞行控制子系统(2)控制所述无人机(5)执行上下道或列车避让动作。

9.根据权利要求1、2、3、4、6或8任一项所述的铁路线路巡检系统，其特征在于：所述数据采集子系统(3)的雷达进一步采用线扫激光雷达或超声波雷达或毫米波雷达；所述无人机(5)进一步采用固定翼无人机或多悬翼无人机或无人直升机。