郭雪，張井玉，尹昱淞，盧波

中車唐山機(jī)車車輛有限公司，河北唐山，064099

0 引言

測試人員在某線路進(jìn)行了軌道幾何參數(shù)測試。試驗(yàn)主要內(nèi)容為試驗(yàn)線軌道幾何參數(shù)測試。本報(bào)告內(nèi)容主要是對檢測系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證的主要內(nèi)容是對檢測參數(shù)的重復(fù)性及準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。精度驗(yàn)證主要是驗(yàn)證各測量項(xiàng)目與實(shí)際的偏離程度，重復(fù)性主要是指檢測系統(tǒng)自身的穩(wěn)定性。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

1.1 設(shè)備功能介紹

軌道幾何參數(shù)檢測系統(tǒng)（以下簡稱：軌檢系統(tǒng)）主要檢測項(xiàng)目包括：鋼軌斷面測量、軌距、左右軌向、左右高低、水平、三角坑、曲率、鋼軌垂直以及側(cè)面磨耗等。軌道幾何狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對軌道線路水平、曲線、高低及里程等技術(shù)參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測。在現(xiàn)有的軌道檢測設(shè)備基礎(chǔ)上，本系統(tǒng)采用數(shù)字激光技術(shù)、光電測量技術(shù)、陀螺平臺(tái)、數(shù)字濾波以及高速計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理等新技術(shù)，對軌道狀態(tài)實(shí)施動(dòng)態(tài)檢測，并且具有高速、可靠、精確高的特點(diǎn)[1]。

檢測車可以在隧道、地面上、高架線路上運(yùn)行，車體和所有外部安裝的設(shè)備均能全天候不間斷地工作。

1.2 設(shè)備性能

表1 軌道檢測系統(tǒng)電氣架構(gòu)圖

2 軌道檢測試驗(yàn)驗(yàn)證及評價(jià)方法

將研究的軌檢設(shè)備集成在電客車輛上，通過現(xiàn)場實(shí)際線路試驗(yàn)，驗(yàn)證檢測系統(tǒng)各參數(shù)的檢測性能。主要是對軌距、高低、水平、三角坑參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。以下是對各參數(shù)驗(yàn)證方法描述。

（1）軌距試驗(yàn)驗(yàn)證

①在試驗(yàn)段線路上選取指定線路區(qū)段，用軌檢系統(tǒng)多次測量動(dòng)態(tài)運(yùn)行檢測，取多次測量的軌距值進(jìn)行對比誤差的統(tǒng)計(jì)分析，通過計(jì)算誤差的95%置信區(qū)間評估該參數(shù)的檢測系統(tǒng)穩(wěn)定性能。

②在該區(qū)段，用標(biāo)準(zhǔn)軌檢儀對線路進(jìn)行檢測。得到軌距靜態(tài)測量值，通過對比分析軌檢儀所測量的軌距值，計(jì)算軌檢系統(tǒng)和軌檢儀分別測量的軌距差值，統(tǒng)計(jì)分析95%置信區(qū)間。

③統(tǒng)計(jì)誤差的95%置信區(qū)間在精度要求范圍內(nèi)，即驗(yàn)證了該參數(shù)檢測的準(zhǔn)確性。

（2）高低試驗(yàn)驗(yàn)證

高低測量采用慣性基準(zhǔn)測量原理，本系統(tǒng)采用了10m波長輸出高低不平順波形。

①在試驗(yàn)段線路上選取指定線路區(qū)段，用軌檢系統(tǒng)多次測量動(dòng)態(tài)運(yùn)行檢測，取多次測量的高低值進(jìn)行對比誤差的統(tǒng)計(jì)分析，通過計(jì)算誤差的95%置信區(qū)間評估該參數(shù)的檢測系統(tǒng)穩(wěn)定性能。

②在該區(qū)段，用標(biāo)準(zhǔn)軌檢儀對線路進(jìn)行檢測。得到線路高低參數(shù)靜態(tài)測量值，通過對比分析軌檢儀所測量的高低值，計(jì)算軌檢系統(tǒng)和軌檢儀分別測量的高低差值，統(tǒng)計(jì)分析95%置信區(qū)間[2]。

③統(tǒng)計(jì)誤差的95%置信區(qū)間在精度要求范圍內(nèi)，即驗(yàn)證了該參數(shù)檢測的準(zhǔn)確性。

（3）水平試驗(yàn)驗(yàn)證

①在試驗(yàn)段線路上選取指定線路區(qū)段，用軌檢系統(tǒng)多次測量動(dòng)態(tài)運(yùn)行檢測，取多次測量的水平值進(jìn)行對比誤差的統(tǒng)計(jì)分析，通過計(jì)算誤差的95%置信區(qū)間評估該參數(shù)的檢測系統(tǒng)穩(wěn)定性能。

②在該區(qū)段，用標(biāo)準(zhǔn)軌檢儀對線路進(jìn)行檢測。得到線路水平參數(shù)靜態(tài)測量值，通過對比分析軌檢儀所測量的水平值，計(jì)算軌檢系統(tǒng)和軌檢儀分別測量的水平差值，統(tǒng)計(jì)分析95%置信區(qū)間。

③統(tǒng)計(jì)誤差的95%置信區(qū)間在精度要求范圍內(nèi)，即驗(yàn)證了該參數(shù)檢測的準(zhǔn)確性[3]。

（4）三角坑試驗(yàn)驗(yàn)證

①在試驗(yàn)段線路上選取指定線路區(qū)段，用軌檢系統(tǒng)多次測量動(dòng)態(tài)運(yùn)行檢測，取多次測量的三角坑值進(jìn)行對比誤差的統(tǒng)計(jì)分析，通過計(jì)算誤差的95%置信區(qū)間評估該參數(shù)的檢測系統(tǒng)穩(wěn)定性能。

② 在該區(qū)段，用標(biāo)準(zhǔn)軌檢儀對線路進(jìn)行檢測。得到線路三角坑參數(shù)靜態(tài)測量值，通過對比分析軌檢儀所測量的三角坑值，計(jì)算軌檢系統(tǒng)和軌檢儀分別測量的三角坑差值，統(tǒng)計(jì)分析95%置信區(qū)間。

③統(tǒng)計(jì)誤差的95%置信區(qū)間在精度要求范圍內(nèi)，即驗(yàn)證了該參數(shù)檢測的準(zhǔn)確性[4]。

3 結(jié)果驗(yàn)證分析

3.1 重復(fù)性驗(yàn)證

選取線路上500米區(qū)間范圍內(nèi)3次跑車動(dòng)態(tài)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)重復(fù)性對比分析。通過計(jì)算各參數(shù)每兩組數(shù)據(jù)之間的差值，對差值分布統(tǒng)計(jì)95%置信區(qū)間[5]。

從上表中軌距、高低、水平、三角坑的三次測量對比結(jié)果得知，95%置信區(qū)間均小于精度范圍要求，該檢測系統(tǒng)具有很好的重復(fù)性，系統(tǒng)在不同檢測工況下具有很好的穩(wěn)定性。另外，還需要指出的是，受簡支梁豎向撓曲所產(chǎn)生的影響，軌道高低不平順波形呈現(xiàn)出明顯的周期性特征，并且周期性波長一致于簡支梁跨度；對此，通過將簡支梁豎向剛度增大，或者是將簡支梁跨度予以減少，都有助于對由于橋梁豎向撓曲所造成的周期性軌道高低不平順情況的有效控制，最終促進(jìn)軌道高低平順狀態(tài)的提升。

3.2 精度驗(yàn)證

在試車線K0+3～K3+0區(qū)間用軌檢小車采集的軌道數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行軌檢系統(tǒng)檢測精度驗(yàn)證[6]。

對比結(jié)果如下：

（1） 軌距

該區(qū)段的動(dòng)靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)差值的95%置信區(qū)間為[-1.1139，0.6303]mm

（2）左高低

表2 各參數(shù)每兩組數(shù)據(jù)之間的差值的 95%置信區(qū)間統(tǒng)計(jì)對比分析

該區(qū)段的動(dòng)靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)差值的95%置信區(qū)間為[-2.0940，2.0734]mm

（3）右高低

（4）水平

該區(qū)段的動(dòng)靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)差值的95%置信區(qū)間為[-1.7066，1.3456]mm

誤差分析：與軌檢儀數(shù)據(jù)對比差異較大位置主要分布在線路曲線段。但在誤差較大的地方可以看到具有一致的波形趨勢（波峰波谷一致對應(yīng)）[7]。

（5） 三角坑

該區(qū)段的動(dòng)靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)差值的95%置信區(qū)間為[-1.3973，1.4105]mm

3.3 結(jié)果分析及結(jié)論

3.3.1 重復(fù)性和精度的結(jié)果分析

（1）針對重復(fù)性對比，誤差來源主要是定位誤差，導(dǎo)致曲線不能很好地整段對齊。

（2）針對精度驗(yàn)證：由于線路是有碴道床，具有動(dòng)靜態(tài)測量值的差異。一般存在動(dòng)態(tài)測量值較軌檢儀數(shù)據(jù)偏大的特性。

（3）對比動(dòng)靜態(tài)曲線，曲線包含的頻率成分及峰值大小均符合理論分析：包含頻率成分一樣，動(dòng)態(tài)值大于靜態(tài)值。

3.3.2 重復(fù)性及精度驗(yàn)證結(jié)論

（1）系統(tǒng)重復(fù)性較好，驗(yàn)證系統(tǒng)測量結(jié)果具有較高的穩(wěn)定性。

（2）動(dòng)態(tài)值大于靜態(tài)值，且包含軌道頻率成分一樣，驗(yàn)證動(dòng)態(tài)軌檢系統(tǒng)數(shù)據(jù)滿足測量精度要求[8]。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)論

綜上所述，通過在線路上跑車試驗(yàn)，驗(yàn)證了檢測系統(tǒng)對檢測結(jié)果具有很好的重復(fù)性，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠；在試車線通過系統(tǒng)結(jié)果與軌檢儀數(shù)據(jù)對比分析，驗(yàn)證了檢測系統(tǒng)的有效性，檢測結(jié)果滿足精度要求。需要強(qiáng)調(diào)的是，城市軌道交通軌道工程在實(shí)際驗(yàn)收過程中，有必要對城市軌道交通車載軌道進(jìn)行實(shí)車動(dòng)態(tài)驗(yàn)收，從中不僅能夠發(fā)現(xiàn)軌道不平順及不良區(qū)段，為軌道不平順狀態(tài)的精調(diào)提供指導(dǎo)，而且還能發(fā)現(xiàn)軌道的高低、水平情況對橋梁撓曲的影響情況，從而為運(yùn)營期間軌道日常養(yǎng)護(hù)、維修等提供便利，因此，做好城市軌道交通車載軌道的動(dòng)態(tài)幾何檢測工作，尤為必要且重要。