一、立项背景

我国西南、西北艰险山区铁路沿线的滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害频发，对铁路基础设施（路基、桥梁、隧道、轨道等）运营安全形成巨大威胁。严峻的自然环境条件下，常规的监测设备与手段存在适应能力差、安装困难、数据采集通讯不畅、传感及采集设备能量补给困难等不足，同时采集的数据处理能力较为低下，难以满足铁路建设及运营安全的高标准、高要求。另外，中铁二院设计的已有铁路大多数为复杂山区铁路，存在很大的地质灾害风险，这对地质灾害与基础设施监测预警的信息化技术也提出了很高要求。

二、内涵和主要做法

本成果立足西南艰险山区高速铁路施工与运营安全的迫切需求，完全自主研发了具有国际先进水平的“铁路地质灾害与基础设施监测预警系统”。项目以中铁二院为纽带，通过四川省、成都市、中国中铁股份公司、中铁二院等多渠道，围绕该项目立项了《复杂艰险山区多用途监测雷达系统》、《沉降智能监测与评估系统》、《高寒无人山区铁路工程服役性能与设备运营安全自动监测预警系统关键技术研究》、《铁路基础设施智能监测预警系统》、《川藏铁路地质灾害监测关键技术研究与设备研发》等科研课题，研发了高精度三维变形真实孔径雷达、大变形病害段的隧道变形自动巡检机器人、高精度一体式静力水准仪、高精度振动监测仪、智能视频识别设备、抗损毁无线自组网采集仪等一系列适用于艰险山区监测的新型监测设备，建立了山区铁路地质灾害与基础设施预警预报与评估技术体系，搭建了具备多源信息融合、数据存储与访问管理、地质灾害环境信息多维表达等功能的铁路地质灾害与基础设施监测大数据中心。

三、项目原理

该系统将高精度传感技术、抗损毁无线自组网技术、物联网、大数据等互联网新技术与土木工程评估技术理论深度融合，实现“空-天-地”多源异构大数据融合展示、数据挖掘分析、智能预警预报等功能的有机结合，涵盖滑坡、泥石流、危岩落石等地质灾害监测和桥梁、隧道、路基等基础设施服役状态监测，为交通基础设施施工建造、运营管理、养护维修提供全方位保障。

四、创新亮点和值的学习借鉴之处

1、研发了高精度三维变形真实孔径雷达、大变形病害段的隧道变形自动巡检机器人、高精度一体式静力水准仪、高精度振动监测仪、智能视频识别设备等一系列适用于艰险山区的新型监测设备，为获取高精度、高可靠性监测信息提供有效保障。

2、发展了基于改进粒子群算法的抗损毁无线自组网技术，并研发了一种低功耗、无线抗损毁自组网数据采集仪，大大提高了传感器网络的健壮性与部署灵活性，从而实现供能不足、节点损坏与信号遮挡情况下的采集网络快速重构与监测数据的实时、稳定、可靠传输。

3、研发了具备多源信息融合、数据存储与访问管理、地质灾害环境信息多维表达等功能的铁路地质灾害与基础设施监测大数据中心。

4、建立了滑坡、落石、泥石流等地质灾害的预警预报指标，并形成了针对不同地质条件及致灾模式的各类地质灾害完整性监测方案余评估方案。

5、建立了桥梁、隧道、路基支挡结构等基础设施长期服役的关键评估技术体系，实现了基础设施损伤状态及剩余服役性能的有效识别，为运营部门养护维修提供科学支撑。

6、项目围绕“产学研用”实现了以“需求调研-关键设备研发-室内测试-理论突破-系统集成-试点测试-检验鉴定-推广应用”为核心的一体化研发推广模式。

五、实施应用前后效果情况对比

该项目以中铁二院为纽带，联合四川省科技厅、成都市科技局、加工制造企业等单位开展任务实施，促进了技术创新所需各种生产要素的有效组合。通过该项目的实施破解了铁路地质灾害与基础设施监测领域中新型传感新设备研发、遥感智能快速识别技术研究、评估预警技术指体系建立、监测大数据中心搭建等关键技术难题。围绕上述关键技术攻关，项目取了省部级奖项及获包括国家铁路局优秀工程设计软件一等奖、铁路总公司科技进步一等奖等省部级奖励10余项；获授权发明及实用新型专利20项，软件著作权10项，发表学术论文22篇。

六、经济及社会效益

目前该系统已在国内大量铁路工程建设项目（成昆线、成兰线、成贵线、西成线、玉磨线、郑万线、沪昆线、云桂线等）得到成功应用，已完成项目合同额近6000万元，签订合同近8000万元，取得了良好的经济效益。同时得益于系统预警预报方面的先进性及可靠性，其在川黔线裁缝岩滑坡、贵广线田坝岭泥石流等国铁集团重大应急抢险项目中有力得保障了铁路运营安全，从而在铁路系统内得到广泛认可，取得了良好的社会效益。特别是中铁二院承担了2019年8·14成昆铁路K310山体崩塌灾害抢险监测，监测系统以其先进技术及高可靠、高稳定性为抢险施工期人员安全及临通期列车运营安全提供了可靠保障，项目成果受到中国铁路成都局集团公司来函表扬。其中技术人员在春节及疫情防控期间坚守现场监测值守中心，并保证系统稳定运行的事迹受到了新华网、腾讯网、凤凰网、新浪网等主流媒体报道，提升了该监测系统的社会影响力，展示了中铁二院攻坚克难的企业形象。

七、可推广应用范围

研究成果能为艰险山区的铁路灾害防治和运维安全提供重要支撑，更可为川藏铁路灾害监测预警系统的研发、推广提供科学依据，还可以应用到公路市政、国土资源、水利水电等重大基础设施防灾监测领域。