適用于無砟軌道的TEDS系統設計與實現

仰永華

（南寧鐵路局車輛處，工程師，廣西 南寧，530029）

1 設計目的

近年來我國高速鐵路迅猛發展，各型動車組大量上線運行。伴隨動車組長交路運行、一站直達、停站時間短、途中檢修困難等，給動車組安全運行帶來了巨大壓力。為解決動車組在線運行故障監控的問題，中國鐵路總公司組織開發、運用了動車組運行故障圖像檢測系統（簡稱TEDS，下同），并于2012年將其入動車組“五防”設備之一（運輛管驗函［2012］122號文），2013年列為鐵路總公司運輸局安全專項整治掛牌督辦的項目之一（鐵總安監函［2013］321號）。

目前既有成型的TEDS設備均為在有砟軌道基礎上設計開發的，軌旁設備底箱的設計高度為500 mm（有砟軌道可以向下開挖道床，高度不受限）。隨著以無砟軌道為標志的客運專線的不斷投入使用，既有成型TEDS軌旁設備底箱已不適用于軌枕面至車輛限界底部僅為210 mm的無砟軌道（無砟軌道道床不可下開挖道床，高度受限），因此急需研發適用于無砟軌道的TEDS設備。

2 設計思路

遵循滿足現場需要、服務安全生產的設計理念，確立了解決存在問題、凸顯針對性和實用性的設計思路。

2.1 需要解決的基本問題 由于在無砟軌道上安裝TEDS軌旁設備，軌內、外底箱的高度尺寸受限，導致軌內箱體安裝方式發生變化，需要解決以下問題：

1）由于高度受限，軌內底箱設置的1個線陣相機、1個3 D相機、2個激光光源；2個軌外底箱分別設置的1個線陣相機、1個3 D相機、2個激光光源及輔助的電源、連接線等元件的安裝位置均需重新優化布局。

2）基于3 D成像需從不同的位置獲取同一被測部件的兩幅圖像的原理，軌內、外底箱的同組兩個3 D攝像頭和激光光源的探測角度需重新優化設置，實現將同一空間物理點的映像建立對應關系，使系統能獲得高清晰的立體三維圖形。

3）由于在無砟軌道上無法進行混凝土澆筑，需要采用其它可靠的方式進行軌內底箱安裝，確保其安全穩固。

2.2 設計方案 研發適用于無砟軌道的TEDS系統，主要包括以下內容和措施：

1）利用特殊鏡面反射，實現在底部空間極其有限的條件下，進行3 D成像。

2）通過激光三角法提升攝像精度。

3）采用玻璃鍍膜，強力吹風、進行玻璃吹風除塵，并通過電加熱進行玻璃無損除霧等消除周圍環境和天氣對設備成像的影響。

4）利用化學錨栓安裝固定軌內箱體，滿足時速250 km∕h動車組安全通過的要求。

3 系統設計

3.1 系統組成與功能 系統設備由線陣圖像采集模塊、3 D成像模塊、自動識別報警模塊，以及無砟軌道軌旁安裝防護裝置等組成，用于無砟軌道動車組運行故障圖像檢測。系統采用特殊鏡面反射成像、激光三角法、多角度立體建模等技術，實現在無砟軌道底部空間有限條件下的3 D成像；采用化學錨栓、框架緊固等技術固定底部箱體，滿足軌旁和軌中設備在無砟道床上安裝的強度要求。系統設備整體性能滿足中國鐵路總公司《動車組運行故障圖像檢測系統（TEDS）探測站設備暫行技術條件》要求。

3.2 工藝與尺寸 經研究設計，TEDS軌內外底箱均采用扁平式一體化設計，樣機實際安裝高度控制在212 mm。圖1、圖2、圖3、圖4分別是TEDS無砟軌道內和軌道外底箱設計圖和實物圖。TEDS無砟軌道整體設備見圖5。

圖1 TEDS無砟軌內底箱設計圖

圖2 TEDS無砟軌外底箱設計圖

圖3 TEDS無砟軌道軌內底箱實物圖

圖4 TEDS無砟軌道軌外底箱實物圖

圖5 TEDS無砟軌道整體設備

其中，考慮到現場環境不同，軌內外底箱與軌中底箱安裝方式不同：軌中底箱的安裝位置地面平整，便于安裝；而軌兩側因考慮排水問題是傾斜的，所以為保證設備的穩固，軌內外底箱的安裝先安裝一個底板，底板及底部箱體均采用化學錨栓固定。

4 系統應用

首套TEDS無砟設備已經在貴廣客運專線桂林西站安裝調試完畢，并投入試用，圖像效果達到設計要求，圖6為設備平臺顯示截圖。

圖6 平臺顯示效果圖

TEDS無砟設備在桂林西站的應用效果表明：

1）設備底部箱體均采用扁平式一體化設計，樣機實際安裝高度212 mm，基本符合無砟軌道軌枕面至車輛底部的限界標準，滿足動車組安全通過的要求。

2.）砟軌道軌枕上。投入試用至今，經南昌局車輛段維修人員定期巡檢，未發現錨栓、底箱松動的現象，底箱安裝牢固。

3）設備底部箱體采用特殊鏡面反射成像等關鍵技術，克服了扁平式一體化設計高度受限的問題，實現了3 D成像。設備采用模塊化設計，便于拆裝，節省作業人員上道作業時間；設備具備自動除塵功能，能夠實現對各個相機鏡頭自動除塵，減少維護人員上道維護頻率，提高了檢修工作效率。設備采用玻璃鍍膜、強力吹風、電加熱等措施，排除周圍環境和天氣對設備成像的影響，可適應全天候環境。

4）設備投入試用至今，共探測動車組4 800余列（按16列∕日計），完整采集了運行動車組的車體底部、側部裙板、連接裝置、轉向架等可視部位的高清圖像，并實時傳輸至南寧動車所TEDS檢測中心，基本無丟圖、錯圖等故障現象。

5）系統設備采用三維檢測技術，明顯提高了故障自動識別準確率，減少了TEDS動態檢車員工作量，提高了動車組運行故障監測和預警能力。在貴廣客運專線桂林西站上、下行安裝的TEDS無砟設備自2016年4月試用至今，發現動車組各類運行故障分別為43件、21件，其中，發現攔停列車的故障分別為2件、3件，對確保動車組安全運行發揮了重要作用。

5 結束語

本文介紹所研發的適用于無砟軌道動車組運行故障圖像檢測系統（TEDS），具有軌旁設備樣機設計合理、現場安裝規范，系統技術性能良好，滿足動車組安全運行檢測要求等特點，經現場實際應用，實現了服務現場需要、服務安全生產的研發預期。