車輛運行品質軌邊動態監測系統(TPDS)稱重穩定性分析

李旭偉，秦 菊，李甫永，譚佳豐，陳天柱

(中國鐵道科學研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

車輛運行品質軌邊動態監測系統(TPDS)是我國鐵路車輛運行安全防范與預警系統(5T)的重要裝備。該系統通過設在軌道上的高平順性框架式測試平臺，采用全新的“移動垂直力綜合檢測的新方法”以及橫向力連續測量方法，實時在線檢測車輛運行過程中輪軌間的動力學參數，從而實現對車輛裝載的超偏載狀態、車輛運行狀態以及車輪踏面損傷的識別、評判。TPDS稱重檢測是實現TPDS各項功能的基礎數據保障，稱重檢測的準確度及穩定性對TPDS各項功能檢測的精度至關重要。本文從稱重檢測角度出發，利用全路聯網TPDS隨機檢測的砝碼車數據，采用正態分布的概率論與數理統計的方法對TPDS稱重檢測的準確度和穩定性進行分析。

1 TPDS稱重檢測數據的統計分析方法

TPDS檢測的車輛重量是受諸多因素影響的隨機變量，通過大量數據統計分析，證明其服從典型的正態分布。根據正態分布與數據統計的知識，如果 TPDS檢測的砝碼車重量誤差

式中 X——砝碼車稱重檢測誤差。

μ——均值，描述X分布的集中位置。

σ——標準偏差，描述X分布的分散程度。

當TPDS檢測的車輛重量最大允許誤差為3%時，隨機檢測的車輛重量合格(即滿足最大誤差范圍)的概率為

因此，求出各TPDS探測站隨機檢測的砝碼車重量誤差均值和重量誤差的方差并借助標準正態分布表，即可估算出各TPDS探測站檢測車輛重量合格的概率。本文根據檢測的車輛重量合格概率來評判各TPDS探測站稱重檢測的準確性及穩定性。

2 TPDS年度內稱重穩定性分析

以已知標準重量的T6DK，T6FK，T7砝碼車為對象，以其2010年度通過TPDS各探測站實際檢測的結果為樣本，分析TPDS的稱重檢測準確度及年度內稱重穩定性。

2010年度全路有砝碼車通過，且通過輛次≥5次的TPDS探測站共有56個，各探測站檢測砝碼車的平均誤差、誤差的標準偏差詳見表1。將TPDS對車輛稱重檢測合格的概率分級，其中概率≥95%的分級為優秀，概率≥85%，且 ＜95%的分級為良好，概率 ＜85%的分級為差，檢測合格概率分布見圖1。以TPDS稱重檢測的合格概率做Y軸、誤差標準偏差做X軸繪制XY散點圖，如圖2。

從表1、圖 1及圖2可以看出:① 被檢測的56個TPDS探測站中，有49個探測站(占全部探測站的88%)稱重檢測的誤差合格率為優秀，4個探測站(占全部探測站的7%)為良好，3個探測站(占全部探測站的5%)為差，說明絕大部分TPDS探測站稱重檢測的誤差合格率能夠滿足TPDS系統最大稱重檢測誤差的要求，但個別探測站檢測合格率較低，設備狀態較差。②TPDS稱重檢測的離散度即標準偏差越大，TPDS稱重檢測穩定性越差、檢測合格概率越低。

表1 2010年度各TPDS探測站檢測砝碼車情況

圖1 車輛稱重檢測合格概率分布

3 不同年度TPDS稱重檢測數據穩定性分析

圖2 車輛稱重檢測合格概率與標準偏差分布

以已知標準重量的 T6DK，T6FK，T7砝碼車為對象，以2008年、2009年和2010年度每年各TPDS探測站實際檢測的砝碼車平均誤差、標準偏差為樣本，分析TPDS各探測站稱重檢測穩定性情況。詳細數據見表2。

表2 2008年—2010年度各TPDS探測站年度檢測砝碼車情況

將2008年—2010年各TPDS探測站年度車輛稱重檢測的標準偏差分級，其中標準偏差≤1%的分級為優秀，標準偏差＞1%，且≤2%的分級為良好，標準偏差＞2%的分級為差，各探測站標準差分布見圖3。

圖3 各TPDS探測站年度稱重檢測誤差標準偏差分布

從表2和圖3可以看出，被檢測的40個TPDS探測站中，對于連續3年的年度稱重檢測的誤差標準偏差有35個探測站(占全部探測站的87%)為優秀，有4個探測站(占全部探測站的10%)為良好，有1個探測站(占全部探測站的3%)為差，說明絕大部分 TPDS探測站稱重檢測的誤差離散度較小，系統較穩定，但個別TPDS探測站稱重檢測的誤差標準偏差較大，系統穩定性較差。

4 結論及原因分析

通過對各TPDS探測站稱重檢測一年內數據的準確性、穩定性以及連續三年內數據的穩定性分析可以得出如下結論:

1)絕大部分TPDS探測站具有良好的稱重檢測準確性及系統穩定性，其根本原因在于:① 從測試原理上，TPDS采用了“移動垂直力綜合檢測的新方法”。該方法可以連續檢測較長一段時間內車輪垂直力增減變化過程數據的平均值，而不像傳統的現場輪軌垂直力測試方法(單點輪重檢測)，只檢測波動過程的某個瞬時值，因此，TPDS稱重檢測準確度較高;② 從設備結構特點上，TPDS采用了平順性和穩定性好、抗扭曲能力強的高平順性的框架式軌道測試平臺。該測試平臺一方面可最大限度地消除普通軌道不平順引起的車輛浮沉、點頭、側滾等振動形成的“附加動荷增量”;另一方面也可有效地減小普通軌道扭曲產生的“輪重轉移”，從而保證了稱重檢測數據的準確性和穩定性。

2)個別TPDS探測站稱重準確性及系統穩定性較差，其原因可能在于:① TPDS高平順性測試平臺維修養護不利，TPDS安裝區段線路要求滿足方向不平順＜4 mm，高低不平順 ＜3 mm，軌距誤差為 -1 mm～+3 mm，三角坑(基長2.4 m)＜4 mm，無空吊板現象，軌道部件和道床、路基狀態須嚴格按照我國時速200～250 km/h線路養護維修規范進行維修，但個別TPDS安裝區段長期缺乏養護維修，造成測試平臺指標不滿足設計要求，使測試平臺根本起不到消除“附加動荷增量”和“輪重轉移”的作用，從而導致稱重的準確性降低，穩定性差;②“TPDS設備檢修維護管理規程”要求對系統輪軌力測試核心部件傳感器的狀態進行定期檢測、對整套系統定期標定，但個別TPDS探測站因施工組織等原因，無法保證按時檢測、標定。

目前，全路安裝的TPDS數量已接近100套，而且按照鐵道部的規劃TPDS的數量在逐年增加，為更好地實現TPDS的各項功能，充分發揮TPDS保障鐵路行車安全的作用，建議以TPDS檢測數據為依據，加強對TPDS測試平臺的養護維修，并根據“TPDS設備檢修維護管理規程”要求定期對關鍵部件進行檢測、對整套系統進行標定。

［1］潘振，馮毅杰.貨車運行狀態地面安全監測系統(TPDS)設置框架式測試平臺的必要性分析［J］.鐵道建筑，2008(8):103-105.

［2］中華人民共和國鐵道部.鐵運函［2007］776號 TPDS、TADS、TFDS設備檢修維護管理規程［S］.北京:中國鐵道出版社，2007.