之前，小編曾在文章《這條“寶藏賽道”麻煩激光企業多重視……》中，呼吁大家關注激光檢測這條潛藏著萬億級市場空間的賽道。今天，咱們再深入聊聊激光檢測細分應用領域中的“重頭戲”——激光檢測在軌道安全中的應用。
列車、高鐵、地鐵如今已成為現代交通運輸體系的重要支柱，憑借快速、便捷、安全等顯著優勢，不僅極大地改變了人們的出行方式，更重塑了經濟發展的格局。然而，軌道在長期承受列車巨大荷載，以及復雜多變環境因素的“雙重夾擊”下，自身狀態會悄然發生變化。磨損、變形、裂紋等問題如同隱藏的“定時炸彈”，一旦沒有及時發現和處理，極有可能引發嚴重的安全事故，對乘客生命財產安全和鐵路運輸正常秩序構成巨大威脅。因此，高效、精準地對軌道進行健康檢測，成為保障軌道交通安全運行的關鍵所在。
GTS系列激光跟蹤儀
激光檢測技術憑借高精度、非接觸、快速測量等一系列“硬核”優點，在軌道安全檢測領域迅速站穩腳跟，成為現代軌道交通安全檢測體系中不可或缺的關鍵一環，為軌道安全運行提供了堅實有力的技術支撐。毫不夸張地說，在軌道安全檢測領域，激光檢測技術就是不可或缺的“剛需”！
這還是一個規模超乎想象的激光檢測應用市場。根據國家“十四五”規劃，到2025年，全國鐵路總里程目標設定為16.5萬公里，其中高鐵里程達5萬公里。放眼全球，鐵路總里程數更是驚人，國際鐵路聯盟近年數據顯示，全球鐵路總里程（涵蓋干線鐵路、支線鐵路、地鐵、輕軌等各類鐵路）約在130萬至150萬公里之間。面對如此龐大的應用市場，激光企業難道不應該將其列為重點關注領域嗎？
激光檢測技術原理與具體應用
激光是一種具有高亮度、高單色性、高相干性和高方向性的特殊光源。激光檢測技術主要基于激光與被測物體相互作用后產生的各種光學效應來獲取物體的信息。
激光軌道檢測系統通常由激光發射器、接收器和數據處理單元共同協作。激光發射器發射出的激光束精準地照射到軌道表面，接收器隨即“上陣”，捕捉并分析反射回來的激光信號。通過對這些反射激光的偏移角度等數據進行深度分析，系統就能精確計算出軌距、水平、高低等軌道幾何參數，為列車安全、穩定運行保駕護航。
激光軌道檢測系統工作原理
在軌道檢測工作中，激光測距、激光掃描和激光干涉等技術都是“得力干將”。
激光測距技術的工作原理有點像給軌道“量身高”。它通過測量激光從發射出去，到被物體反射回來接收所經歷的時間，再結合光速，就能計算出測量儀器與被測物體表面之間的距離。以脈沖激光測距儀為例，它發射出短脈沖激光，當激光碰到軌道表面，部分激光被反射回來，儀器記錄下激光往返的時間，距離值就輕松得出了。這項技術主要用于測量軌道幾何參數，在軌距測量、軌道水平測量等工作中發揮著重要作用。
激光掃描技術則更像是給軌道“做3D建模”。它利用激光束在一定范圍內進行掃描，獲取物體表面多個點的距離信息，從而構建出物體的三維輪廓。憑借這一能力，它可以快速獲取大面積的軌道表面數據，無論是檢測軌道的整體形狀、磨損狀況，還是查看扣件狀態、高低不平順等問題，都能輕松勝任。
激光干涉技術的“本事”在于測量微小變化。它基于光的干涉原理，通過分析兩束或多束激光干涉條紋的變化，能夠精確測量物體的微小位移、變形等物理量。在軌道檢測中，它是檢測軌道部件微小變形和應力變化的“高手”，像軌道裂紋檢測（激光超聲檢測技術、激光全息干涉技術都是有效的裂紋檢測方法）、道床狀態檢測等工作，都少不了它的參與。
激光檢測在軌道安全中的應用優勢與挑戰
隨著軌道網絡規模不斷擴大，列車運行速度持續提升，對軌道安全檢測的實時性與精準性提出了更高要求。傳統軌道檢測車（TRV）方法雖然檢測結果較為精確，但檢測頻率低，通常每月才進行一次檢測，檢測周期長，很難及時捕捉到突發性的軌道退化問題，潛在安全隱患容易“漏網”。
相比之下，激光檢測技術憑借五大“獨家優勢”，一躍成為軌道安全檢測的“剛需”技術。
優勢一：高精度測量
激光檢測技術的測量精度堪稱“一絕”，能夠達到毫米甚至亞毫米級。憑借如此高的精度，它可以準確獲取軌道的各種幾何參數和表面缺陷信息，為軌道的精細化維護提供可靠的數據支持，讓軌道維護工作做到“心中有數”。
優勢二：非接觸式檢測
激光檢測無需與被測物體直接接觸，這就避免了傳統接觸式檢測方法可能對軌道造成的損傷。而且，它不受軌道表面油污、灰塵等雜質的影響，即使軌道表面“臟兮兮”，也不影響檢測的準確性和可靠性。
軌道交通激光檢測
優勢三：快速高效
激光檢測系統的工作效率非常高，它可以在列車運行過程中“見縫插針”，快速完成對軌道的檢測工作。一些先進的激光檢測設備更是“給力”，能在短時間內對數公里甚至數十公里的軌道進行全面檢測，及時揪出潛在問題，大大提高了軌道檢測的效率。
優勢四：數據豐富且直觀
激光檢測技術就像一個“數據收集大師”，能夠獲取大量的軌道檢測數據。這些數據經過計算機軟件處理和分析后，會生成直觀的圖表、圖像和報告。對于軌道維護人員來說，這些可視化的數據結果就像“說明書”，便于他們理解和分析軌道狀態，從而制定出合理的維護計劃。
優勢五：實時監測
激光檢測技術還能實時“盯著”軌道狀態，及時發現軌道的動態變化情況。當它與列車運行控制系統“聯手”時，一旦軌道出現異常，就能迅速發出警報，為保障列車運行安全爭取到寶貴的反應時間。
不過，激光檢測技術在軌道安全檢測應用中也并非一帆風順，還面臨著諸多挑戰。軌道所處的環境復雜多變，強風、暴雨、沙塵等惡劣天氣，以及周圍的電磁干擾等，都可能對激光檢測信號產生影響，導致檢測精度和可靠性下降。而且，激光檢測設備價格普遍昂貴，設備的維護和校準不僅需要專業技術人員，還得配備特定的設備，這無疑增加了檢測成本與維護成本。如何降低設備成本，提高設備的穩定性和使用壽命，成為推廣激光檢測技術必須攻克的難題。另外，面對海量的檢測數據，如何開發出能夠快速、準確處理和分析數據，并提取有價值信息的激光檢測系統，也是一個極具挑戰性的任務。
更關鍵的是，目前針對激光檢測技術在軌道安全檢測中的應用，相關的行業標準和規范還不夠完善。不同廠家的檢測設備和方法存在差異，導致檢測結果缺乏可比性。因此，建立統一、科學的標準和規范，對于保障激光檢測技術的正確應用和檢測結果的可靠性至關重要。
激光檢測在軌道安全檢測中的未來趨勢
目前，國內已經有一些激光企業“快人一步”，通過艱苦研發推出了解決方案或相關產品，并在市場上占據了一定份額。
無錫亮源激光早在2011年，就與鐵路行業的高科技企業開展了列車在線檢測項目合作。經過與合作伙伴三年的艱苦研發和反復試驗，他們確立了一套列車在線檢測的行業標準。這套標準不僅為我國鐵路安全運行提供了一種高效、穩定的檢測方法，也奠定了公司在鐵路檢測領域的產品技術優勢地位。
凱普林推出的單管半導體激光器-空間光產品系列（包括K915FD2WN-12.00WN0N和K808FD2WN-10.00WN0N等型號），為激光軌道檢測系統提供了高效、穩定的激光光源。有了這個“光源利器”，軌道幾何參數的無接觸高效精準測量得以實現，就像是為軌道交通裝上了一雙敏銳的“超級眼”，擁有超遠的視野和強大的數據捕捉能力，成為維護軌道交通安全的得力助手……
但面對未來的挑戰，激光檢測技術還有很大的提升空間。小編推測，未來的激光檢測技術將向著多技術融合、智能化、微型化、集成化等趨勢發展。
在多技術融合方面，激光檢測技術或將與聲學檢測、電磁檢測等其他檢測技術深度“牽手”，充分發揮各種技術的優勢，實現對高鐵軌道更加全面、準確的檢測。不久前，清華大學的科研團隊就帶來了一項“黑科技”——基于激光干涉測量與現有電信光纖網絡的分布式振動傳感系統。這個系統把高鐵電纜槽內的光纖變成了實時監測工具，通過分析列車通過時產生的振動信號，利用平均功率譜密度（A-PSD）作為健康指標，成功實現了對軌道基礎設施的長期穩定性評估。在長達14個月的實驗觀測中，4類典型軌道結構（有砟軌道橋梁、無砟軌道橋梁、有砟軌道路基、無砟軌道路基）的A-PSD保持穩定，充分驗證了系統的可靠性。而且，該系統還能靈敏檢測出3毫米級的軌道蠕變變形，在軌道維護后，也能迅速反映出狀態改善情況。隨著技術不斷迭代和數據持續積累，這一系統有望成為智能高鐵運維的核心工具。
清華大學研究團隊進行的實驗軌道段布局（覆蓋有砟/無砟軌道橋梁與路基，光纖沿電纜槽部署并形成環路）
在智能化發展方面，隨著人工智能、大數據、云計算等技術的飛速發展，激光檢測技術或將引入深度學習算法，實現對激光檢測數據的自動分析和診斷，從而達到軌道病害智能識別和預警的效果。同時，借助大數據技術對歷史檢測數據進行深度挖掘和分析，還能預測軌道狀態的發展趨勢，為軌道維護提供更科學、更精準的決策依據。
在微型化與集成化方面，為了更方便地將檢測設備安裝在列車或軌道旁的監測設施上，實現對軌道的分布式、實時監測，同時降低設備功耗，提高設備的便攜性和易用性，更加小型化、集成化的激光檢測設備將成為未來研發的必然方向。
此外，隨著技術的不斷進步，除了現有的軌道幾何參數測量、表面缺陷檢測等應用領域，激光檢測技術還將在軌道材料性能檢測、軌道結構應力監測等方面進一步拓展應用范圍，為高鐵軌道的全生命周期管理提供更加全面、更加完善的技術支持。
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