軌道不平順質量指數解析

陸 捷 上海鐵路局工務處

軌道動態幾何檢測數據--指的是由軌道檢查車通過檢測系統（1 型、2 型、3型軌檢車主要采用弦測法，4 型軌檢車主要采用慣性基準法，5 型軌檢車主要采用激光攝像系統，6 型軌檢車采用激光高速數字攝像系統；以及裝置于車體軸箱或轉向架上的加速度計，光電編碼器。）所采集并計算得出的高低、軌距、軌向、水平、三角坑、曲線超高等軌道幾何數據和車體加速度、車輛運行速度等數據。

軌道不平順質量指數 (以下簡稱TQI)--是采用數學統計方法描述區段軌道整體質量狀態的綜合指標和評價方法。

1 軌道動態幾何檢測技術

1.1 系統概述

我局目前有3 輛軌道檢查車，包括GJ-4 改型系統的DJ997759 和5 型軌檢車WX999288、WX999307。以WX999288車為例，該車采用的是以激光攝像技術為主的5 型高速檢測系統。光截面法技術是指將一種窄帶光照射在被測物體上，采用攝象機拍攝物體，所拍圖象就是這種窄光帶沿被測物體的截面邊緣勾勒出的一條清晰輪廓線。

鋼軌斷面測量正是基于這種測量原理，采用紅外激光器作為照射光源，使用CCD 攝象機拍攝，通過計算機軟件確定激光與鋼軌相交的位置，經幾何修正，得到鋼軌的實際斷面輪廓。圖1 為車下檢測機構示意圖，圖2 為車載檢測計算機界面圖。

圖1 激光攝像法測量軌距

圖2 檢測計算機界面

圖2 中淺色的鋼軌輪廓線為系統內部儲存的60（或50 或43）標準軌外形輪廓，深色的輪廓線為當前實時檢測中的鋼軌輪廓，從界面中能非常直觀的了解到鋼軌的磨耗情況及軌距、線路位置里程、車輛運行速度、曲線超高等實時數據。

1.2 動態幾何檢測數據

軌檢車提供的記錄報告主要有：《軌道超限報告表》、《曲線摘要報告表》、《區段總結報告表》、《軌道質量指數報告表》等四種主要檢查報告表。超限報告評定的項目：軌距、水平、高低、軌向、三角坑、車體垂直振動加速度和車體橫向加速度7 項。按照鐵道部重新修訂的動態管理檢查評定標準，另外增加了"三率"（軌距變化率、曲率變化率和橫加變化率）和70 m 長波高低、軌向不平順等指標。

三角坑檢測基長為2.4 m，需要指出的是由于系統固有因素，在曲線頭尾特征點的位置存在著與實際線路狀況不符的三角坑超限波動。

1.3 動態幾何檢測數據的意義

軌檢車動態幾何檢測所提供的超限數據報表對于線路狀態不穩定的線路有很重要的指導作用，可以幫助現場作業人員更高效的找出超限峰值點、大值點，以便現場作業人員可以迅速準確定位線路幾何超限位置，為線路養修提供參考和指導。

2 TQI 產生及運用

2.1 軌道動態幾何檢測數據與TQI 之間的比較

軌道動態幾何檢測數據：采用峰值管理法，對于軌道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級超限進行有效的管理。從軌道的幾何尺寸指標和舒適度指標的角度，以1 km 為單位計算總扣分的方式來評定軌道的質量的評定方法。

軌檢車數據采集原理：車輛每行進一英尺（約254 mm，俗稱1 m 4 個點），計算機對各檢測項目采集一次，當某項連續三次采集量都超過最低級超限界限值時，計算機統計為一處超限，并取最大采集量值為該處超限的幅值，最低級超限起終點為該處超限長度的起終點，如圖3 中1、2、3 分別表示Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級超限界限值，A、B、C、D 分別表示四個采集點，由采集原理得知，此處計算機將統計為一處病害：B 點的幅值為該超限幅值，L 表示超限長度，該超限為Ⅲ級超限。

圖3 超限峰值與超限長度示意圖

TQI：采用均值管理法，衡量線路區段整體不平順的方法。這種方法是測量并記錄被測軌道區段中全部測點的幅值，所有幅值都作為軌道狀態的一個元素參與運算，同時還選擇若干單項幾何參數的指數進行加權計算獲得綜合指數，即用統計特征值來評價軌道區段的質量狀態。

2.2 TQI 的計算

TQI 是左高低、右高低、左軌向、右軌向、軌距、水平和三角坑七項幾何尺寸不平上不平順在200 m 區段的標準差之和。

σi為各項幾何偏差的標準差；i＝1,2,…,7；分別為左高低、右高低、左軌向、右軌向、軌距、水平和三角坑。

Xij是指在200 m 單元區段中各項幾何偏差的幅值；j＝1,2,…,n；i＝1,2,…,7。

n 是采樣點的個數（200 m 單元區段中n＝800）。

由公式結構可以看出，由于TQI 值的計算采用的是統計學中的標準差的概念（每個參與計算的元素進行平均之后與單個元素進行差平方的計算），表現出所有檢測數據與其平均數的離散程度。在現場作業中消除個別的檢測大值對于TQI 的影響是很小的，只有通過線路大修、中修、綜合修和大型養路機械作業對軌道狀態整體進行改善。運用TQI 評價和管理軌道狀態，是單一幅值扣分評判軌道質量方法的補充，提高軌道檢測數據綜合應用水平，為科學制定線路維修計劃，保證軌道狀態的均衡發展提供科學依據。

2.3 TQI 的管理

為便于對區段TQI 管理標準的推廣與應用，依據《修理規則》軌道不平順幅值扣分管理辦法，確定TQI 的管理辦法，以公里為維修長度的管理單位，對TQI值的評價引入“T 值”概念。將200 m 區段TQI 超過管理值的大小作為扣分T200 值，每公里5 個單元區段的扣分數T200 值之和，簡稱“T 值”。T 值是根據單元區段內TQI 值超過對應管理值的程度來確定的。既有線路不同速度等級高速鐵路軌道不平順200 m 單元區段TQI 及單項標準管理標準見表1。

表1 200 m 區段TQI 管理標準(單位:mm)

T 值的計算公式如下:

圖4 為TQI 計算實例。

圖4 TQI 與T 值計算示例

對于T200 值未超過（≤）該速度等級管理值，則該200 m 區段扣分T200 值為0；該值大于管理值，但小于等于“超過10%”管理值，則該200 m 區段扣分T200 值為40 分；該值大于“超過10%”管理值，但小于等于"超過20%"管理值，則該200 m 區段扣分T200 值為50 分；該值大于"超過20%"管理值，則該200 m 區段扣分T200 值為61 分。根據T 值的大小評價每公里軌道狀態質量，以均衡、計劃、優先三種方式來制定大型養路機械維修或軌道綜合維修計劃，其含義為當某公里T＝0 時，其評價定義為均衡；當0＜T≤100 時，為計劃；當T＞100 時，為優先。

3 結束語

軌道動態幾何檢測數據能夠找出軌道的局部病害及病害的類型、發展程度和所在位置，用于指導現場作緊急維修養護非常實用。隨著鐵路整體大提速，線路質量日益提高的局勢，僅用超限點峰值的大小、超限的數量及扣分多少，還不能全面、科學、合理地評價軌道區段的平均質量狀態。TQI 及T 值概念的引入有效的彌補了Ⅲ、Ⅳ級超限扣分所占權重較大的問題。（注意：TQI 數據人工無法適時編輯，分析時需要人工對檢測設備故障或受雨水、陽光或電磁信號干擾地段，以及設備固有結構，如普通岔區有害空間引起的軌距、軌向等地段的TQI 進行篩除。）

軌道動態幾何檢測數據和TQI 指數是相輔相成的，在確保了各項軌道幾何數據都在偏差允許范圍內的情況下，才能實現線路整體的質量的提升。

[1]鄧學通，葉一鳴.《準高速軌檢車檢測原理及應用》.《中國鐵道出版社》，2004.8.

[2] 詹賢東.《LaserailTM3000 斷面和幾何測量系統ControlConsole 用戶指南》.《鐵道部基礎設施檢測中心》，2003.

[3] 詹賢東.《LaserailTM3000 斷面和幾何測量系統設備操作和維護手冊》.《鐵道部基礎設施檢測中心》，2006.