轨道不平顺质量指数解析

陆 捷 上海铁路局工务处

轨道动态几何检测数据--指的是由轨道检查车通过检测系统（1 型、2 型、3型轨检车主要采用弦测法，4 型轨检车主要采用惯性基准法，5 型轨检车主要采用激光摄像系统，6 型轨检车采用激光高速数字摄像系统；以及装置于车体轴箱或转向架上的加速度计，光电编码器。）所采集并计算得出的高低、轨距、轨向、水平、三角坑、曲线超高等轨道几何数据和车体加速度、车辆运行速度等数据。

轨道不平顺质量指数 (以下简称TQI)--是采用数学统计方法描述区段轨道整体质量状态的综合指标和评价方法。

1 轨道动态几何检测技术

1.1 系统概述

我局目前有3 辆轨道检查车，包括GJ-4 改型系统的DJ997759 和5 型轨检车WX999288、WX999307。以WX999288车为例，该车采用的是以激光摄像技术为主的5 型高速检测系统。光截面法技术是指将一种窄带光照射在被测物体上，采用摄象机拍摄物体，所拍图象就是这种窄光带沿被测物体的截面边缘勾勒出的一条清晰轮廓线。

钢轨断面测量正是基于这种测量原理，采用红外激光器作为照射光源，使用CCD 摄象机拍摄，通过计算机软件确定激光与钢轨相交的位置，经几何修正，得到钢轨的实际断面轮廓。图1 为车下检测机构示意图，图2 为车载检测计算机界面图。

图1 激光摄像法测量轨距

图2 检测计算机界面

图2 中浅色的钢轨轮廓线为系统内部储存的60（或50 或43）标准轨外形轮廓，深色的轮廓线为当前实时检测中的钢轨轮廓，从界面中能非常直观的了解到钢轨的磨耗情况及轨距、线路位置里程、车辆运行速度、曲线超高等实时数据。

1.2 动态几何检测数据

轨检车提供的记录报告主要有：《轨道超限报告表》、《曲线摘要报告表》、《区段总结报告表》、《轨道质量指数报告表》等四种主要检查报告表。超限报告评定的项目：轨距、水平、高低、轨向、三角坑、车体垂直振动加速度和车体横向加速度7 项。按照铁道部重新修订的动态管理检查评定标准，另外增加了"三率"（轨距变化率、曲率变化率和横加变化率）和70 m 长波高低、轨向不平顺等指标。

三角坑检测基长为2.4 m，需要指出的是由于系统固有因素，在曲线头尾特征点的位置存在着与实际线路状况不符的三角坑超限波动。

1.3 动态几何检测数据的意义

轨检车动态几何检测所提供的超限数据报表对于线路状态不稳定的线路有很重要的指导作用，可以帮助现场作业人员更高效的找出超限峰值点、大值点，以便现场作业人员可以迅速准确定位线路几何超限位置，为线路养修提供参考和指导。

2 TQI 产生及运用

2.1 轨道动态几何检测数据与TQI 之间的比较

轨道动态几何检测数据：采用峰值管理法，对于轨道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级超限进行有效的管理。从轨道的几何尺寸指标和舒适度指标的角度，以1 km 为单位计算总扣分的方式来评定轨道的质量的评定方法。

轨检车数据采集原理：车辆每行进一英尺（约254 mm，俗称1 m 4 个点），计算机对各检测项目采集一次，当某项连续三次采集量都超过最低级超限界限值时，计算机统计为一处超限，并取最大采集量值为该处超限的幅值，最低级超限起终点为该处超限长度的起终点，如图3 中1、2、3 分别表示Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级超限界限值，A、B、C、D 分别表示四个采集点，由采集原理得知，此处计算机将统计为一处病害：B 点的幅值为该超限幅值，L 表示超限长度，该超限为Ⅲ级超限。

图3 超限峰值与超限长度示意图

TQI：采用均值管理法，衡量线路区段整体不平顺的方法。这种方法是测量并记录被测轨道区段中全部测点的幅值，所有幅值都作为轨道状态的一个元素参与运算，同时还选择若干单项几何参数的指数进行加权计算获得综合指数，即用统计特征值来评价轨道区段的质量状态。

2.2 TQI 的计算

TQI 是左高低、右高低、左轨向、右轨向、轨距、水平和三角坑七项几何尺寸不平上不平顺在200 m 区段的标准差之和。

σi为各项几何偏差的标准差；i＝1,2,…,7；分别为左高低、右高低、左轨向、右轨向、轨距、水平和三角坑。

Xij是指在200 m 单元区段中各项几何偏差的幅值；j＝1,2,…,n；i＝1,2,…,7。

n 是采样点的个数（200 m 单元区段中n＝800）。

由公式结构可以看出，由于TQI 值的计算采用的是统计学中的标准差的概念（每个参与计算的元素进行平均之后与单个元素进行差平方的计算），表现出所有检测数据与其平均数的离散程度。在现场作业中消除个别的检测大值对于TQI 的影响是很小的，只有通过线路大修、中修、综合修和大型养路机械作业对轨道状态整体进行改善。运用TQI 评价和管理轨道状态，是单一幅值扣分评判轨道质量方法的补充，提高轨道检测数据综合应用水平，为科学制定线路维修计划，保证轨道状态的均衡发展提供科学依据。

2.3 TQI 的管理

为便于对区段TQI 管理标准的推广与应用，依据《修理规则》轨道不平顺幅值扣分管理办法，确定TQI 的管理办法，以公里为维修长度的管理单位，对TQI值的评价引入“T 值”概念。将200 m 区段TQI 超过管理值的大小作为扣分T200 值，每公里5 个单元区段的扣分数T200 值之和，简称“T 值”。T 值是根据单元区段内TQI 值超过对应管理值的程度来确定的。既有线路不同速度等级高速铁路轨道不平顺200 m 单元区段TQI 及单项标准管理标准见表1。

表1 200 m 区段TQI 管理标准(单位:mm)

T 值的计算公式如下:

图4 为TQI 计算实例。

图4 TQI 与T 值计算示例

对于T200 值未超过（≤）该速度等级管理值，则该200 m 区段扣分T200 值为0；该值大于管理值，但小于等于“超过10%”管理值，则该200 m 区段扣分T200 值为40 分；该值大于“超过10%”管理值，但小于等于"超过20%"管理值，则该200 m 区段扣分T200 值为50 分；该值大于"超过20%"管理值，则该200 m 区段扣分T200 值为61 分。根据T 值的大小评价每公里轨道状态质量，以均衡、计划、优先三种方式来制定大型养路机械维修或轨道综合维修计划，其含义为当某公里T＝0 时，其评价定义为均衡；当0＜T≤100 时，为计划；当T＞100 时，为优先。

3 结束语

轨道动态几何检测数据能够找出轨道的局部病害及病害的类型、发展程度和所在位置，用于指导现场作紧急维修养护非常实用。随着铁路整体大提速，线路质量日益提高的局势，仅用超限点峰值的大小、超限的数量及扣分多少，还不能全面、科学、合理地评价轨道区段的平均质量状态。TQI 及T 值概念的引入有效的弥补了Ⅲ、Ⅳ级超限扣分所占权重较大的问题。（注意：TQI 数据人工无法适时编辑，分析时需要人工对检测设备故障或受雨水、阳光或电磁信号干扰地段，以及设备固有结构，如普通岔区有害空间引起的轨距、轨向等地段的TQI 进行筛除。）

轨道动态几何检测数据和TQI 指数是相辅相成的，在确保了各项轨道几何数据都在偏差允许范围内的情况下，才能实现线路整体的质量的提升。

[1]邓学通，叶一鸣.《准高速轨检车检测原理及应用》.《中国铁道出版社》，2004.8.

[2] 詹贤东.《LaserailTM3000 断面和几何测量系统ControlConsole 用户指南》.《铁道部基础设施检测中心》，2003.

[3] 詹贤东.《LaserailTM3000 断面和几何测量系统设备操作和维护手册》.《铁道部基础设施检测中心》，2006.