文章标题：Rail Maintenance, Sensor Systems and Digitalization: A Comprehensive Review

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期刊名：Future Transportation

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1 引言

在过去的两个世纪里，铁路一直是运送人员和货物的最重要的手段之一，它彻底改变了人员和货物的运输方式，使商业和工业的速度和效率更高。此外，铁路还具有重要的社会和文化影响，因为它缩短了城市之间的距离，促进了不同地区之间思想和习俗的交流。

世界上第一条铁路线于1825年在英国建成，连接斯托克顿和达灵顿。公司创始人爱德华·皮斯任命乔治·斯蒂芬森为总工程师。1830年，同样在英格兰的利物浦和曼彻斯特之间的客运铁路的建设继续取得进展，进一步巩固了这种运输方式。这条线路被其他线路效仿，如英国的伦敦-沃尔弗顿和比利时的利 -那慕尔。多年来，铁路线路已经扩展到欧洲和美国的大部分地区。

从一开始到现在，大量的铁路基础设施已经在各大洲开发和运营。铁路在车辆和基础设施方面都经历了一个不断改进和技术创新的过程。值得注意的里程碑包括煤气灯照明 (1858年)，餐车的引入 (1863年)，第一条地下铁路 (1863年)，线路电气化 (1885年)，以及日本第一列高速列车新干线 (1964年) 的发展。

这篇科学综述的重点是用于铁路基础设施检查的技术手段和方法，特别是针对接触网、轨道及其相关部件。确保可接近的工作，范围不包括检查隧道，桥梁或斜坡等方面。第2部分概述了由于基础设施的老化和运营使用而出现的各种疾病和维护挑战，特别是关于接触网和轨道。第3节着重于检测系统的物理原理。第4节展示了用于检查任务的现有商业技术。最后，第5节提出了高速铁路听诊技术的未来发展趋势，第6节阐述了本研究的主要结论。

2 研究内容

铁路轨道基础设施由几个关键部件组成，由于运行应力、环境因素和材料老化，这些部件很容易变质。了解影响每个组件的特定降解机制对于有效维护和操作安全至关重要。尽管退化影响了许多基础设施组件 (图1)，但根据作者的专业知识，他们将重点放在以下安全关键组件上：轨道、轨枕、压载物、轨道几何形状和悬链线系统。

图1. 铁路劣化的例子：轨枕上的压舱物过多 (左上)，混凝土轨枕上的裂缝导致断裂 (上中)，由螺钉应力引起的裂缝 (右上)，铁路上的沙子导致轨道轮磨损 (左下)，以及由于螺钉拧紧不足而转动的夹子 (右下)。红圈：这是铁路内沙子的一个例子。

图2显示了压舱物降解和污染的方案。

图2. 压载物降解方案。包括地表渗透 (煤和细颗粒)，压舱物因磨蚀而破碎，以及压舱物下层和路基的细颗粒向上迁移

图3显示了悬链线恶化的方案。

图3. 悬链线退化方案。

实验室列车设计用于轨道和悬链线的动态和几何检测，以及ASFA (信号公告和自动制动)、ERTMS (欧洲轨道交通管理系统) 和GSM-R (全球移动通信系统-铁路) 的测试和监督。他们还配备了高速列车通过隧道时发生的空气动力学现象的真实测试，商业运行模拟，以及验证新基础设施设备的所有必要测试，允许分析其对铁路车辆流通的影响。使用高速，允许与传统铁路操作同步。它们的组成通常由两端的两个机车组成，以方便双向行驶，两个实验室车厢，其中集成了用于轨道检查的传感器，第三个车厢用于运输人员。与航空领域的实验飞机一样，铁路领域的实验列车是传统的高速列车模型，根据要检测的缺陷类型，适合于测量和数据处理元素的集成。西班牙的ADIF Seneca、日本的Dr. Yellow和法国的TGV Iris 320都是铁路管理者运营的实验室列车的例子 (图4)。

图4. 实验室列车的例子：Seneca (左)，Dr. Yellow (中) 和Iris 320 (右)。

图5显示了两个draisines示例。

图5. 例如：Plasser DIC 62N (左) 和Plasser DIC 40 (右)。

图6显示了铁路基础设施上物联网传感器的示例。

图6. 铁路基础设施上的物联网传感器示例

图7显示了一个车载传感器的示例。

图7. 机车车辆上的摄像头传感器

图8显示了一个可用于铁路检查的自主机器人示例。

图8. 自主机器人：空中机器人（左）[125]，轨道机器人（右）[126]。

3 研究总结

该研究展示了用于轨道检查的各种移动平台，从复杂的实验室列车到更简单的水车和轨道电车。此外，还提供了用于检查各种病状的商业设备的例子，强调了与商业列车操作同步的必要性。

作者对高速铁路检查的未来趋势提出了前瞻性的观点。他们强调了物联网传感器、运营列车内的集成传感器、自主机器人、先进数据智能和地理空间技术的潜力。未来几十年的愿景包括在基础设施和铁路车辆中显著增加传感器集成，不仅旨在确保铁路车辆的安全，还旨在检测潜在的长期基础设施故障，以促进更有效的维护。作者主张加强机车车辆的传感器化，将重点放在基础设施维护和自身维护上。这种综合方法将使铁路车辆和基础设施能够凝聚力地发挥作用，相互维护和保护。