转自：中国科学报

“请注意！K758+536处波形出现1.1毫米变化！”

当高铁飞驰，乘客尽享便捷出行时，很多人并不知道，有一个“智慧大脑”正在持续监控着来自轨道线路的检测数据，并以每分钟300公里的高速运算，对轨道运行数据进行实时分析，并及时向工作人员发出隐患预警。

钢轨在车轮反复碾压下的轻微形变、温度变化引发的些许位移……这些在常人眼中微不足道的变化，却是威胁高铁安全的巨大隐患。而那个实时关注这些隐患的“智慧大脑”，便是由北京交通大学交通运输学院教授徐鹏团队研发的轨道智能诊断分析系统。

据介绍，该系统可以通过高精度定位与高分辨率辨识技术，实时捕捉轨道上的毫米级变化，从而成功破解了我国轨道检测领域长期存在的技术难题。目前，该系统已在全国国家铁路线广泛应用。

技术破局：从实验室到铁轨的“双向奔赴”

实验室里，大屏幕上数据呈水波状持续跳动。徐鹏指着起伏的曲线解释：“这条波线就像是轨道的‘健康脉搏’，任何哪怕毫米级的波动变化，系统都能第一时间精准捕捉。”

这份对“毫米级”的执着，源于他10年前在南昌铁路局的一段挂职经历。

彼时，徐鹏刚刚入职北交大，便被学校派往南昌铁路局。在那里，他亲眼目睹了工务段工程师的双重“窘境”——轨道检测全靠检测车在固定时间段采集数据，难以实时反馈轨道的动态变化，容易漏判潜在隐患；同时，数据分析工程师需要在海量检测数据中，逐段人工“筛查”轨道变化点位，不仅耗时耗力，准确性也难以保证。这成为一直困扰行业的“老大难”问题。

“当时我就想，必须用技术把大家从‘人海战术’里解放出来！”此后，“捕捉1毫米变化”彬成为他心中始终念念不忘、执着追求的目标。

此后，他扎根南昌工务段，跟着工程师们跑现场、测数据，铁轨旁的碎石子磨破了他的裤脚，深夜的检测车里经常留下他的身影。

“实验室的理论要经得住一线的检验。”徐鹏常对团队说。正是这份从实验室到铁轨、从理论到实践的“双向奔赴”，让“捕捉1毫米变化”从目标变成了可落地的技术。

数年攻坚：从“数据孤岛”到“智慧大脑”

要在动辄上千公里的轨道上精准锁定1毫米的微小变化，想想都不是一件容易的事。

摆在徐鹏面前的第一个挑战便是如何打破横亘在前的“数据孤岛”。

“过去检测车每完成一趟任务输出一组数据，数据之间零散无序，就像没贴标签的零件，既没有统一里程标记，也没法和往期数据比对。”徐鹏解释说。

为了啃下这块硬骨头，团队耗时整整一年，成功研发出基于动态规划的柔性匹配算法。这套算法如同给数据安装了精准的“定位系统”，将分趟采集的“无序数据”转化为统一里程坐标下的“有序链条”，不仅实现了多周期数据的自动比对，更为后续的智能分析奠定了基石。

以该算法为基础，通过此后多年的努力，团队接连攻克了多项核心技术：构建轨道最细粒度时空变化趋势智能感知与辨识方法及其并行计算技术、基于多变点识别的轨道多周期劣化精细建模方法……直至最终为系统装上了“智慧大脑”。

徐鹏介绍，该系统就像一个具有多维智能分析能力的智能决策助手，既能绘制同一点位的波动曲线，精准分析变形；又能自动比对任意时段数据，将轨道健康状态转化为直观的可视化“波形图”，让轨道运行状态一目了然；还能给出轨道预测性维修区段建议，实现了轨道维修从“周期修+人工经验”向基于未来状态的按需维修。

“过去，排查轨道病害就像大海捞针，现在我们通过系统能够在一分钟内检测300公里线路上超过1毫米的变形点位，还能自动生成‘病害分布图’和分级预警！”徐鹏的言语间难掩自豪。

产学携手：让科研成果在万里铁轨上“生根”

在徐鹏看来，系统的生命力源于持续迭代，不能闭门造车，而是要扎根一线，摸清工程师们真正需要什么。为此，他每年都会带着学生来到铁路检修现场，与工程师们座谈交流，逐条记录下工程师们对监测系统的反馈：哪些功能“用着顺手”、哪些模块“需要改进”、哪些场景“亟待突破”……

通过这些“沾着泥土”的一线调研，团队精准捕捉到多个系统的关键痛点，并进行了针对性的系统迭代。10年来，该系统根据一线反馈共完成7次重大升级，显著提升了轨道检测的精准度和可靠性。

在这个方面，最“有感”的是高铁一线的工作人员。

中国铁路南昌高铁基础设施段管辖着1171公里的高铁轨道。该段副段长左旋告诉《中国科学报》，此前，他们分析一趟动检车数据，工程师连轴转要3天，但如今却只需要2个小时就能出结果，1天内就能完成风险的排查与复核。

“仅2021年以来，该系统在南昌局识别CRTSⅡ型板变化点3670处，现场复核胀板236处，实现管内‘零胀板晃车事件’。”左旋说。

凭着这股子“把论文写在钢轨上”的执着，徐鹏团队成功蹚出了一条“实践-研发-再迭代”的产学研协同之路，这份长达十年之久的坚持也换来了来自行业的认可。

截至2024年5月，徐鹏带领团队研发的“基于动态检测数据的轨道变形分析系统”，已在北京、济南、郑州、武汉等全国11个铁路局的6.93万高铁、9.96万普铁延展公里线路落地应用，覆盖里程相当于绕地球4圈，确保了铁路轨道在恶劣运行环境下的服役安全。

同时，作为新技术、新产品，该系统也通过了中国国家铁路集团公司的试用评审和技术评审，被纳入中国国家铁路集团有限公司《高速铁路线路维修规则》和《高速铁路无砟轨道防胀管理办法》。

“这意味着我国不仅掌握了轨道智能运维的关键技术，更在轨道智能运维领域建立起自主可控的技术标准体系。”徐鹏表示，未来团队将持续深耕铁路一线场景，融合人工智能大模型的深度学习优势，为“智慧大脑”打造更强大的智能内核，在延伸的轨道线上续写科技赋能的新篇章。