車載式線路檢查儀研制與應用

朱 永 勝

(中國鐵路太原局集團有限公司，山西 太原 030013)

1 概述

隨著國民經濟的快速發展，我國鐵路為適應國民經濟的需求，向高速化發展，而行車速度的提高對軌道的平順性要求也越來越高；不僅如此，高鐵及客運專線行車密度大，上道作業只能利用夜間天窗進行，線路巡檢、維修養護時間短、任務重。CGDJ-IV車載式線路檢查儀作為鐵路工務部門動態監測線路平順狀態的重要手段之一，作為工務人員檢查線路的輔助工具，也要適應鐵路高速發展的需要，為線路維修養護提供可靠的依據。該設備通過測量機車運行時的振動加速度，判定病害里程，及時發現線路動態不平順，自動記錄晃車信息，并具有實時報警和遠程短信通知相關負責人，指導工務人員對線路病害進行現場復核及線路的維修養護工作。

2 系統組成

2.1 硬件功能及組成

CDGJ-IV型車載式線路檢測儀工作時，通過安裝在機車車軸、架構和車體內的嵌入式智能傳感器獲得機車在行車時的加速度信號，這些信號經高精度放大器放大后進入帶通濾波器，由高速SOC控制A/D進行轉換并由固化軟件對轉換后的數字信號進行濾波運算等處理，處理的結果經RS-485傳輸到軌道動態檢測判斷及GSM/GPRS信息傳送單元，該單元安裝于機車安全信息綜合檢測裝置(TAX3)共享機車信息，將處理后的結果數據與日期、時間、機車號、車次、里程、行別、速度、線路編號等信息綜合生成一個能夠準確反映線路病害位置的數據信息包，基于專家系統數據處理軟件對數據進行處理，從而克服機車特性、線路、速度、上下行等諸多因素對測量結果的影響，獲取線路病害的準確位置。通過GSM/GPRS無線傳輸方式將病害信息實時發送到地面接收單元和相關人員的手機上，為工務部門臨時補修提供依據。

系統按功能分為嵌入式智能傳感器單元、線路病害檢測判斷及GSM/GPRS信息傳送單元、藍牙單元、實時監測單元及GSM/GPRS遠程接收數據單元組成。

2.2 軟件組成

軟件分為固化軟件和數據分析處理系統。固化軟件主要進行數字信號處理，分別安裝在嵌入式智能傳感器和軌道線路病害檢測判斷及GSM/GPRS信息傳送單元。采集數據經過帶通濾波后，在固化軟件中采用了小波去噪等數字濾波處理方式以提高傳感器測量精度。

3 技術原理

在研制過程中，面臨的最大的任務就是如何根據測量的加速度數據來量化反映線路病害，并將檢測結果實時發送給相關部門。課題組反復多次對有線路病害的現場進行數據采集，通過頻譜分析軟件進行分析比較，最終確定了機車不同部位對線路病害的反應特征。在實驗中發現：測量獲取的加速度值并受到諸多因素的影響，這些干擾因素會對測量結果產生重大影響，甚至淹沒有用信號。因此，技術上難點就是如何排除各種干擾因素對測量結果的影響從而準確獲得線路的病害信息。

列車運行時，線路病害會造成機車車體振動，直接影響運行平穩和安全。機車不同部位的加速度值與線路不平順的種類有關，同時受到機車特性、列車速度、牽引狀況、電磁干擾等諸多因素的影響，測量結果會出現較大的起伏變化。因此，需要在技術上采取措施，消除各種干擾因素，生成能夠準確反映線路病害的有效測量值。

3.1 硬件抗干擾

外部干擾一般以脈沖的形式進入測控系統，干擾竄入系統的渠道主要有空間干擾(通過電磁輻射竄入系統)、供電系統干擾、過程通道干擾(通過前向與后向通道竄入系統)。針對不同的干擾，采用相應的抗干擾措施：

1)印刷電路板的設計;2)抗空間干擾措施；3)過程通道抗干擾技術；4)供電系統抗干擾技術；5)模擬濾波。

3.2 軟件處理

軟件部分主要由信號處理軟件和基于專家系統的數據分析軟件構成。

3.2.1信號處理軟件

信號處理軟件主要有完成數字信號處理的功能。經過模擬濾波處理后的信號經A/D轉換為數字信號，信號處理軟件采用小波變換對數字信號進行處理。

3.2.2數據分析軟件

基于知識的智能推理系統，它涉及對知識獲取、知識庫、推理控制機制以及智能人機界面的研究，集人工智能和領域知識于一體。系統能夠在專門領域達到專家的水平，使這一類用傳統編程難以解決的問題由計算機得到高水平的處理。

4 功能及性能特點

4.1 功能特點

1)動態監測線路狀況，三部位傳感器共同確定線路病害，加強短波不平順的檢測，病害檢測更加全面準確。

2)GPS準確定位，及時了解機車位置。

3)超限數據實時報警并通知相關負責人。

4)大容量數據存儲。

5)計算機USB接口，高速海量數據傳輸。

6)藍牙通信，與其他設備實現資源共享。

4.2 性能特點

1)采用新型傳感器，并且通過機車多部位同時檢測，加強對線路病害檢測，更能真實反映線路實際狀況，提高了線路檢測的準確性和一致性。

2)采用高速DSP處理器，大大提高了系統的數據處理速度，減少了病害漏報情況。

3)數據處理引入FFT等新型算法，有效消除各種干擾，降低了誤報率。

4)系統使用新型GPS模塊，搜星速度快，能夠實現實時、準確定位。

5)應用藍牙通訊實現了機車數據與其他設備信息共享，為其他設備使用機車數據創造了條件。

6)數據采集、數據處理、數據通信等模塊化分區布置，大大提高了系統的抗干擾性能。

7)滿足各類型機車使用。系統提供各類型機車的標準門限，可以根據線路情況、車況調整使用門限，使報警更精準。

8)完善的軟件分析處理功能。

a.機車全程超限數據可以通過地面計算機的分析與處理，可給出超限報告、公里小結報告和段總結及工區總結報告，便于評判各段線路狀況。

b.具有多組數據分析對比功能，可將不同時期的兩組檢測數據進行對比，分析線路變化趨勢；也可將維修前與維修后的檢測數據對比，用來檢查維修效果。

c.具有重復超限統計分析功能，便于用戶發現超限多次發生處所及時維修。

5 操作使用

CDGJ-IV型車載式線路檢測儀適用于鐵路各級安全管理和線路維修保養部門使用。可安裝在配備機車安全信息綜合檢測裝置(TAX3)的機車上，對運行區間內各條線路進行全天候監測，利用微機軟件處理線路數據，界面友好，操作簡單。

5.1 計算機配置要求

硬件要求：主頻2G、內存1G、硬盤140G、USB接口。

軟件要求：操作系統中文Windows 98/2000/XP/Win7。

5.2 硬件安裝

5.2.1安裝傳感器

把軸箱傳感器平穩地固定在機車二、五軸軸頭，將信號線引出；把架構傳感器平穩地固定在機車中軸線位置，將信號線引出；把車體傳感器平穩地固定在機車中軸線位置地板下發，將信號線引出。

5.2.2安裝線路病害檢測主機板

將主機板插入TAX3機箱的線路檢測插槽中，固定好；斷軌檢測儀主板是安裝在TAX箱中，而TAX箱一般在機車的電器間，上機車后可根據機車圖先找到TAX箱，用螺絲刀把TAX箱上的“軌道檢測-SZ312”擋板拆下,將主板順著卡槽緩緩推入并插緊，并擰緊螺絲，TAX箱如圖1所示。主板是該系統的處理單元，在整個系統中起至關重要的作用，一定要安裝正確、牢固。

將傳感器的信號線匯總到傳感器轉接盒后，將轉接盒引出的信號線(10芯插頭)連接到TAX箱背面的X3插座(軌道檢測)如圖2所示。

在機車外的連線用保護管進行防護，機車內的線通過綁繩固定，避免壓斷或踩傷，并保證走線整齊、美觀、流暢。

布線原則：1)盡可能走線槽；2)注意安全遠離干擾源和熱源；3)線露出部分要用綁線固定在安全絕緣的固定物上。

5.3 軟件安裝

1)安裝地面數據處理軟件。打開微機，啟動Windows系統后，放入安裝盤，在“我的電腦”中雙擊光驅圖標，再雙擊Setup.exe文件圖標，系統開始安裝《軌道動態監測地面數據處理系統》軟件，屏幕顯示安裝進度條，按照提示信息逐步操作，出現“安裝完畢”信息后，完成軟件安裝。

2)運行處理分析軟件。在Windows系統桌面下，點擊“開始”菜單，在“程序”菜單選中“線路動態監測系統”項，啟動數據處理軟件，詳細操作見軟件使用手冊。

6 結語

CGDJ-Ⅳ車載式線路檢查儀在原車載式線路檢查儀基礎上增加了軸箱傳感器、構架傳感器、GPS定位模塊，可實現對軸箱、構架振動加速度檢測和自動識別列車運行線路信息。具有以下特點：

1)通過機車軸箱、構架、車體多部位同時檢測，加強對線路病害檢測，更能真實反映線路實際狀況，提高了線路檢測的準確性和一致性。

2)采用高速DSP處理器，大大提高了系統的數據處理速度，減少了病害漏報情況數據處理引入FFT等新型算法，有效消除各種干擾，降低了誤報率。

3)超限數據實時報警，并通過短信及時通知相關負責人。應用藍牙通訊實現了與其他設備信息共享。

4)系統使用新型GPS模塊，搜星速度快，能夠實現實時、準確定位。

5)完善的軟件分析處理功能，可將監測數據通過不同條件進行對比，分析線路變化趨勢。