摘 要：軌道的工作狀態(tài)對(duì)于鐵路的正常運(yùn)行效率和安全起著至關(guān)重要的作用。目前，針對(duì)區(qū)間試驗(yàn)段軌道（尤其是10公里以下的車輛廠區(qū)內(nèi)試驗(yàn)線路）養(yǎng)護(hù)維修，國內(nèi)外沒有成熟的集成軌道和接觸網(wǎng)兩部分檢測功能的綜合檢測系統(tǒng)或設(shè)備。因此文章結(jié)合高精度定位測量技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和健康管理技術(shù)，充分利用線路檢測數(shù)據(jù)，建立故障檢測診斷模型以及一套對(duì)試驗(yàn)線路有效性和線路養(yǎng)護(hù)維修質(zhì)量的科學(xué)評(píng)價(jià)體系。實(shí)現(xiàn)軌道病害報(bào)警、指導(dǎo)線路養(yǎng)護(hù)維修以及線路試驗(yàn)有效性評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：試驗(yàn)線 軌道檢測車 數(shù)據(jù)處理

1 概述

針對(duì)鐵路試驗(yàn)線運(yùn)行軌道存在的主要缺陷、上部和下部受流軌的主要安裝幾何尺寸、接觸網(wǎng)的高度等幾何尺寸以及軌道障礙物等檢測要素，需要研究行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則下的綜合檢測平臺(tái)[1]。綜合檢測平臺(tái)具備動(dòng)力系統(tǒng)，自身具備供電系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)滿足全天候條件的檢測，具備GPS定位系統(tǒng)功能，能實(shí)現(xiàn)綜合檢測系統(tǒng)運(yùn)行軌跡的可追溯性，可實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)即時(shí)存儲(chǔ)，并通過5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送至后端分析系統(tǒng)，針對(duì)典型缺陷或者問題，建立故障檢測診斷模型、線路養(yǎng)護(hù)維修和試驗(yàn)線路有效性的科學(xué)評(píng)價(jià)體系，具備報(bào)警功能和告知維修的手段，確保列車能夠進(jìn)行有效性試驗(yàn)。

2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

目前，針對(duì)區(qū)間試驗(yàn)段軌道（尤其是10公里以下的車輛廠區(qū)內(nèi)試驗(yàn)線路）養(yǎng)護(hù)維修，國內(nèi)外沒有成熟的集成軌道和受流兩部分檢測功能的綜合檢測系統(tǒng)或設(shè)備[2]。區(qū)間試驗(yàn)段由于距離、成本等諸多受限因素，通常采用人工巡檢方式完成日常維護(hù)的線路巡檢。采用的測試檢測工具通常為單一功能的軌道幾何參數(shù)測量儀器或手持式接觸網(wǎng)檢測設(shè)備等。在軌道線巡檢方面，更是僅停留在人工目視巡查，手工記錄等原始方式。缺乏系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化的解決手段及策略。鐵路系統(tǒng)內(nèi)對(duì)短距離區(qū)間段的軌道工務(wù)巡檢缺乏相關(guān)國家或企業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)廠區(qū)內(nèi)軌道日常維護(hù)及大修養(yǎng)護(hù)策略的制定帶來的諸多不便。

3 軌道檢測車系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

軌道檢測車系統(tǒng)主要是由便攜式軌檢車硬件平臺(tái)和后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)兩部分組成。（圖1）

3.1 便攜式軌道檢測車硬件平臺(tái)

3.1.1 便攜式牽引小車

便攜式牽引小車上可同時(shí)乘坐2～3人，帶有直流減速電機(jī)，無極調(diào)速，電機(jī)正反轉(zhuǎn)雙向運(yùn)行，采用電池動(dòng)力，配備大容量鋰電池，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡航，最快時(shí)速為20公里/小時(shí)。

3.1.2 測量小車

測量小車檢測系統(tǒng)可分為五個(gè)分系統(tǒng)，各分系統(tǒng)通過無線網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互及共享，所有安裝的設(shè)備均能全天候不間斷工作。各檢測分系統(tǒng)間既可獨(dú)立工作，又可同時(shí)作業(yè)并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互及共享，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制及傳輸數(shù)據(jù)、無人值守操作。

（1）軌道幾何參數(shù)檢測分系統(tǒng)

軌道幾何檢測分系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)軌道幾何參數(shù)采集及測量，具有如下檢測功能：軌距、水平（超高）、扭曲（三角坑）和軌向（高低）等[3]。

1）軌距

軌距指兩股鋼軌頭部內(nèi)側(cè)軌頂面下16mm處兩作用邊之間的最小距離。

2）水平（超高）

超高示意圖見圖2。超高測量精度主要取決于慣性測量滾動(dòng)角絕對(duì)精度。

3）扭曲（三角坑）

扭曲指在6.25m的范圍內(nèi)，左右股鋼軌間形成的一個(gè)凹陷。扭曲示意圖見圖3。

4）軌向（高低）

軌向指鋼軌內(nèi)側(cè)軌距點(diǎn)處沿軌道延長方向的橫向不平順；高低指鋼軌頂面沿軌道延長方向的垂向不平順。軌向示意圖見圖4。

（2）鋼軌全斷面檢測分系統(tǒng)

鋼軌全斷面檢測系統(tǒng)采用2D激光測量技術(shù)，對(duì)鋼軌磨耗、全斷面進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、高精度檢測，為軌道檢修、車輪鏇修提供依據(jù)。

（3）三維掃描分系統(tǒng)

三維掃描系統(tǒng)由激光掃描儀、成像檢測裝置構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)隧道、橋梁限界、接近物限界的實(shí)時(shí)監(jiān)測。三維掃描系統(tǒng)將激光掃描儀的測量信息引入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理?；趹T性測量的多信息組合導(dǎo)航方案，為掃描系統(tǒng)提供高精度空間基準(zhǔn)，準(zhǔn)確建立限界分析基準(zhǔn)，使得測量不受車輛振動(dòng)及蛇形運(yùn)動(dòng)的影響。

（4）線路巡檢分系統(tǒng)

線路部件及線路環(huán)境巡檢子系統(tǒng)主要由線路巡檢監(jiān)視相機(jī)組、光源組件、中央數(shù)據(jù)分析處理單元機(jī)輸出客戶端設(shè)備等組成。線路部件及線路環(huán)境巡檢子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)線路軌道設(shè)施的高清成像，采用非接觸測量方法，實(shí)時(shí)不間斷按里程記錄鋼軌表面圖像信息，并提供相應(yīng)應(yīng)用軟件保證完成圖像回放、畫面抓取、扣件丟失等圖像分析[4]。

（5）激光接觸網(wǎng)檢測分系統(tǒng)

激光接觸網(wǎng)檢測分系統(tǒng)采用激光器傳感器和相位脈沖技術(shù)，可對(duì)接觸網(wǎng)的導(dǎo)高、拉出值、定位器坡度、錨段關(guān)節(jié)、線岔、超高、軌距等幾何參數(shù)進(jìn)行快速測量[5]。激光接觸網(wǎng)檢測的主要技術(shù)指標(biāo)如表1。

3.2 前端數(shù)據(jù)采集單元

前端數(shù)據(jù)采集單元實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)傳感器的設(shè)備控制管理、系統(tǒng)狀態(tài)自檢、傳感器設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和數(shù)據(jù)圖像采集，并與后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間同步。以實(shí)時(shí)獲取的位置坐標(biāo)信息作為多源信息融合的基準(zhǔn)，對(duì)采集數(shù)據(jù)和圖像進(jìn)行預(yù)處理和存儲(chǔ)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將采集數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)處理結(jié)果發(fā)送至后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行病害故障模型診斷分析。

3.3 后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

采用在線數(shù)據(jù)處理和離線處理兩種工作模式。主要負(fù)責(zé)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析處理，通過數(shù)據(jù)分析和故障模式分析，在對(duì)軌道病害進(jìn)行科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建試驗(yàn)段線路巡檢標(biāo)準(zhǔn)體系，為軌道檢測提供有針對(duì)性的診斷評(píng)價(jià)和養(yǎng)護(hù)維修指導(dǎo)。主要包括以下模塊。

3.3.1 用戶登錄管理模塊

主要實(shí)現(xiàn)用戶管理、修改密碼頁設(shè)計(jì)、添加管理員等功能。

3.3.2 系統(tǒng)自檢模塊

主要用于對(duì)系統(tǒng)設(shè)備及傳感器進(jìn)行初始化設(shè)置，并檢測系統(tǒng)初始化狀態(tài)。

3.3.3 網(wǎng)絡(luò)通信模塊

實(shí)現(xiàn)前端采集到的檢測數(shù)據(jù)能夠及時(shí)通過無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶蠖藬?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，對(duì)檢測結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。

3.3.4 圖像處理分析模塊

主要負(fù)責(zé)對(duì)圖像視頻進(jìn)行解碼和預(yù)處理。

3.3.5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示模塊

對(duì)傳感器采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲(chǔ)，以圖表形式顯示測量曲線、理想曲線、平順曲線和不平順曲線；能夠通過位置信息對(duì)波形圖進(jìn)行定位，實(shí)現(xiàn)查看特定范圍內(nèi)的檢測信息對(duì)比分析；能夠?qū)崿F(xiàn)波形圖與線路綜合圖的聯(lián)動(dòng)；以不同顏色的波形圖的形式將此次檢測的原始波形數(shù)據(jù)、超限數(shù)據(jù)與上次檢測的相應(yīng)信息進(jìn)行對(duì)比分析；可以自由放大和縮小圖像，便于數(shù)據(jù)分析和相互比較。

3.3.6 故障診斷模塊

根據(jù)區(qū)間試驗(yàn)段軌道養(yǎng)護(hù)維修標(biāo)準(zhǔn)，利用前端數(shù)據(jù)采集單元提供的有關(guān)軌道線路的外部幾何信息和內(nèi)部幾何信息，推算出兩軌間的軌距變化率、水平不平順和三角坑等參數(shù)，并以表格形式輸出所有的計(jì)算結(jié)果。

3.3.7 故障報(bào)告生成模塊

將故障診斷模塊生成的故障病害診斷結(jié)果生成規(guī)范的診斷報(bào)告，實(shí)現(xiàn)紙質(zhì)打印存檔。

4 總語

本文主要針對(duì)適用于國內(nèi)車輛廠試驗(yàn)線路的日常檢測與維護(hù)工作的便攜式軌道檢測車進(jìn)行了系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。便攜式軌道檢測車主要包括有牽引小車、測量小車、前端數(shù)據(jù)采集單元和后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。軌道檢測車在便攜式牽引小車上設(shè)置有人員乘坐位置，可以人員監(jiān)督檢測，各檢測分系統(tǒng)間可獨(dú)立工作，可同時(shí)作業(yè)并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互及共享，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制及傳輸數(shù)據(jù)、所以，也可以無人值守操作。

基金項(xiàng)目：名師工作室項(xiàng)目：陳文軒機(jī)車電類技能研訓(xùn)工作室（2024-JNDS004）。

參考文獻(xiàn)：

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