高速鐵路的軌道動態(tài)檢測分析

柴屹東 郭曉風

摘 要：在高速鐵路的正常運營中，需要做好軌道檢測工作，以保證列車運行安全。高速鐵路軌道檢測工作主要借助軌道動態(tài)檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)Ω咚勹F路軌道的幾何狀態(tài)做有載條件下的檢測，檢測的結(jié)果可以指導(dǎo)高速鐵路的軌道養(yǎng)護及維修，繼而保證高速鐵路運行的平穩(wěn)性，使得高速列車可以安全及平穩(wěn)的運作。本次研究對高速鐵路的軌道動態(tài)檢測系統(tǒng)及檢測技術(shù)進行分析，并探討了軌道檢測數(shù)據(jù)的具體應(yīng)用，希望給相關(guān)人員提供一些有價值的參考。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；軌道動態(tài)檢測；應(yīng)用

引言

高速鐵路是我國重要的名片，在多年的發(fā)展上，高速鐵路也實現(xiàn)了平穩(wěn)的發(fā)展，這為我國道路交通事業(yè)發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。高速鐵路的平穩(wěn)運行，需要考慮三個方面的指標，第一個指標是縱向平穩(wěn)性，第二個指標是橫向平穩(wěn)性，第三個指標是垂向平穩(wěn)性。對列車縱向平穩(wěn)性，起決定作用的是列車的操縱，然而對于列車橫向與垂向平穩(wěn)性，起決定作用的是高鐵線路平順性。因而，為了保證高鐵運行平穩(wěn)，必須要對高鐵線路進行養(yǎng)護及維修，保證列車運行高平順性。

1.軌道動態(tài)檢測系統(tǒng)簡介

軌道動態(tài)檢測主要是指借助安裝在普通客車、動車等特定檢測車上的車載檢測設(shè)備，該設(shè)備主要是對軌道的狀態(tài)進行有載檢測。軌道動態(tài)檢測的內(nèi)容具體包括軌道間距、軌道走向、軌道水平度、軌距變化率、車體重向加速度、地面標識、速度、里程等。其中垂向平穩(wěn)性主要受軌道高低、水平及三角坑，橫向平穩(wěn)性主要受軌向影響。

軌道動態(tài)檢測系統(tǒng)主要是由激光攝像組件、慣性測量組件、信號處理組件、數(shù)據(jù)處理組件等組成。系統(tǒng)的主要工作原理主要是利用非直接接觸的激光攝像，利用位移量技術(shù)、慣性基準原理進行測量，利用激光攝像組件來測量鐵路軌道相較于檢測梁橫向及垂向位移情況，借助慣性測量組件如加速度計、陀螺儀等常用的傳感器對車體及檢測梁的姿態(tài)變化情況。傳感器需將檢測到的位移、速度及加速度等物理量轉(zhuǎn)換成模擬電信號，對電信號進行放大及濾波處理，主要使用計算機進行處理。計算機可對模擬信號進行轉(zhuǎn)換、存儲、修正及補償處理，以合成所需的軌道幾何參數(shù)，按一定檢測標準獲得超限的數(shù)據(jù)，然后將統(tǒng)計報表輸出，以實時顯示存儲軌道的幾何波形。

2.軌道動態(tài)檢測技術(shù)

高速鐵路軌道動態(tài)檢測技術(shù)的主要特點是速度高、精度高、可靠性高。其中速度高主要指的是軌道動態(tài)檢測系統(tǒng)采樣與實時處理的速度需滿足時速達到400千米/小時的列車運行需求，實時處理速度也要達到各條鋼軌每秒450幀圖像的能力；精度高需要檢測系統(tǒng)要具備高的檢測精度，這主要因為高速鐵路本身鋪設(shè)精度可以達到毫米級；可靠性高則強調(diào)檢測系統(tǒng)需要滿足長時間不間斷檢測及在復(fù)雜條件下正常檢測的需求。為了滿足實際檢測需求，需借助以下幾種關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 激光攝影與圖像處理技術(shù)

激光射線的關(guān)鍵部位包括激光器、攝像機、溫控系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)等，借助激光器及攝像及構(gòu)建激光攝像技術(shù)可以獲得鋼軌的基本輪廓，對基本輪廓進行視覺圖像處理，可獲得鋼軌測量坐標系橫縱向的位移情況，完整的課程軌距，同時還參與超高、水平以及高低計算。具體圖像的處理上，首先需要借助圖像處理卡來采集圖像，采用二值化及圖像細化處理方法來獲取鋼軌的基本骨架獲得鋼軌輪廓線，之后借助坐標變換以及提取特征點獲得左右單邊軌道的軌局分量與高低分量。

2.2 慣性技術(shù)

慣性技術(shù)屬于慣性敏感器、慣性穩(wěn)定、慣性導(dǎo)航、慣性測量多種技術(shù)的總稱。慣性技術(shù)核心是慣性傳感器，軌道檢測技術(shù)借助陀螺及加速度記錄儀構(gòu)建出穩(wěn)定導(dǎo)航坐標系統(tǒng)，獲得載體陀螺與加速度信號具體數(shù)值，之后采取積分計算方法獲得載體的相對慣性參考坐標系運動狀況。

2.3 數(shù)據(jù)合成處理技術(shù)

借助軌道幾何參數(shù)來合成計算模型，借助實時的圖像采集及圖像處理軟件、網(wǎng)絡(luò)通信軟件、編輯匯總與報表輸出軟件，對軌道幾何檢測系統(tǒng)中獲取的數(shù)據(jù)進行采集、處理、計算，最終將數(shù)據(jù)信息匯總?cè)跒橐惑w。為軌道檢測提供重要的參考。

2.4 適合高速環(huán)境的檢測梁設(shè)計制造技術(shù)

不同的軌道列車的結(jié)構(gòu)不同，車輛轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)也存在巨大的差異。為此需要設(shè)計制造出多種用于懸掛激光攝像組件的檢測梁。對檢測梁進行檢測主要是對梁的動應(yīng)力情況進行測試，同時還需要對檢測梁的結(jié)構(gòu)安全強度進行分析，確保檢測梁可在高速及強震動的環(huán)境下平穩(wěn)安全運行。

3.軌道檢測數(shù)據(jù)的應(yīng)用

3.1 獲取軌道動態(tài)檢測數(shù)據(jù)波形圖

軌道動態(tài)檢測波形圖主要指的是軌道的幾何實測數(shù)據(jù)以里程作為自變量進行軌道動態(tài)展示，展示通道通常包括軌道高低、軌道走向、軌道間距、三角坑、車體橫向加速度及垂向加速度情況等。軌道動態(tài)檢測數(shù)據(jù)可以反應(yīng)軌道的基本情況，這同人體心電如一樣，能夠反應(yīng)軌道的基本情況，同時技術(shù)人員可根據(jù)軌道檢測數(shù)據(jù)波形圖來評判軌道的幾何狀態(tài)，進而了解軌道的實際偏差。

3.2 軌道檢測數(shù)據(jù)查詢及統(tǒng)計

根據(jù)線路的名稱、所屬管轄單位、列車速度、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類型等條件間的靈活組合，查詢并統(tǒng)計各種軌道的和檢測具體數(shù)據(jù)，同時將相關(guān)數(shù)據(jù)以統(tǒng)計報表的形式導(dǎo)出，以滿足檢測數(shù)據(jù)的日常管理及及查詢統(tǒng)計需求。比如可以按照軌道線路、站段、車間、速度大小、偏差等條件來統(tǒng)計匯總軌道動態(tài)檢測數(shù)據(jù)情況。

3.3 檢測指標的趨勢分析

依照線路的名稱、檢測設(shè)備、速度登記、時間范圍對數(shù)據(jù)源進行統(tǒng)計；將月、周作為基本的檢測周期，分線路、速度等級與管轄單位間的任意組合對軌道檢測指標變化趨勢進行分析；借助檢測指標的變化趨勢來分析檢測結(jié)果，預(yù)測并監(jiān)控設(shè)備的質(zhì)量情況，常用檢測指標主要包括軌道檢測數(shù)量、軌道質(zhì)量指數(shù)、平均扣分。

3.4 檢測偏差重復(fù)性分析

結(jié)合軌道線路的名稱、檢測設(shè)備、線路的速度等級、日期范圍、里程范圍，確定統(tǒng)計檢測偏差的重復(fù)次數(shù)，如果出現(xiàn)偏差多次重復(fù)的情況，可以判定為該區(qū)域?qū)儆谫|(zhì)量薄弱的區(qū)段，需要及時進行改進。

3.5 新線聯(lián)調(diào)聯(lián)試

新建高速鐵路項目，聯(lián)調(diào)聯(lián)試是項目開通前不可缺少的環(huán)節(jié)。新線的聯(lián)調(diào)聯(lián)試主要是對軌道、供電、通信等系統(tǒng)的基本情況進行綜合的檢測與驗證，在具體的檢測工作中，應(yīng)用到很多的新技術(shù)及新設(shè)備，比如京津城際高速鐵路在開始通行前，高速綜合檢測列車就被作為重要的技術(shù)裝備，參與鐵路全線開通前的聯(lián)調(diào)聯(lián)試與動態(tài)驗收工作，這樣為鐵路線路的后續(xù)運營提供重要的幫助。因此可以說，每一條新建的鐵路只有經(jīng)過高速綜合檢測列車的檢測及驗證后，才能夠保證后續(xù)安全運行。

3.6 科研性綜合試驗

科研性綜合試驗主要根據(jù)科研項目的實際需求，借助高速綜合檢測列車對高速鐵路軌道狀況、供電狀況、通信狀況等情況進行動態(tài)的監(jiān)測，滿足試驗?zāi)繕讼嚓P(guān)數(shù)據(jù)的采集。高速綜合檢測列車參與了眾多重要的鐵路線路運營試驗，比如京滬高鐵綜合試驗、蘭新第二雙線大風綜合實驗、鄭徐高鐵綜合實驗等軌道項目，借助科研性綜合實驗，為我國鐵路科技的發(fā)展及進步奠定堅實基礎(chǔ)。

結(jié)語

高速鐵路運營安全是鐵路人員首要考慮的目標。在實際的鐵路運營中，高速綜合檢測是保障高速鐵路運營安全不可或缺的步驟，實際的檢測工作中，借助高速鐵路軌道動態(tài)檢測技術(shù)可帶動我國高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測、軌道安全及養(yǎng)護維修的長足發(fā)展。

參考文獻

[1]金明.高速鐵路軌道動態(tài)質(zhì)量管理方法[J].中國鐵路，2018（03）：54-58.

[2]苗蘭弟，任慶國.既有鐵路軌道動態(tài)檢測技術(shù)研究[J].長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2017，34（02）：17-20.

[3]王巍，姚京川，劉鵬輝，尹京，董振升，孟鑫，楊宜謙.我國高速鐵路橋梁動態(tài)測試技術(shù)的新進展[J].中國鐵路，2013（02）：48-51.

（作者單位：中國鐵路北京局集團有限公司北京高鐵工務(wù)段）