有砟轨道动态测量系统在轨道精调中的应用

鞠国江

(中国铁路总公司建设管理部，北京 100844)

有砟轨道动态测量系统在轨道精调中的应用

鞠国江

(中国铁路总公司建设管理部，北京 100844)

提出利用有砟轨道动态测量系统配合大机进行自动化捣固作业的方法，介绍动态测量系统的原理，并分析了测量的精度、效率及配合大机自动化捣固作业的工程案例。工程实践证明，该方法具有操作简便、精度高、效率高等特点，可以在新建有砟线路轨道粗捣、精捣和既有有砟线路的检测养护阶段推广应用。

有砟轨道动态测量系统 自动化捣固 拨道量 起道量

1 概述

新建有砟铁路在完成钢轨铺设后，需经过多次精确捣固调整，以使钢轨的绝对位置、整体平顺性，以及道砟的厚度、密实程度等达到规范要求[1]，从而确保列车运行的安全、平稳以及乘坐舒适。

对于设计时速200 km及以上有砟线路的精捣作业，文献[2]中已做出了明确规定，这类线路的精捣数据，大都通过静态轨检小车获得[3]。随着我国铁路建设不断加快，以及大机捣固作业效率不断提高，这种测量设备及方法已难以满足大机自动化捣固作业的需要，研究配合大机捣固作业测量新技术、新方法显得尤为重要。

2 国内配合大机捣固作业测量的现状

目前，国内采用静态轨检小车进行配合大机捣固作业的流程如下：

(1)在待测区段事先按照一定的间隔(一般直线上间隔5～10 m，曲线上间隔3～5 m)做标记，然后采用全站仪配合静态轨检小车采集这些标记点，数据采集完毕后，由静态轨检小车配套软件进行数据计算处理，得到各标记点的里程和起拨道数据。

(2)捣固作业前，将各处的起拨道数据标注在相应的轨枕上，捣固作业时，由大型养护机械(简称大机)[4]地面引导人员将各标注处的起拨道数据通过对讲机报送给大机操作人员，然后大机操作人员旋转相应的旋钮，控制大机进行相应的起拨道作业。

(3)当次捣固作业完成后，再次使用静态轨检小车进行轨道检测，以检查线路当前的几何状态情况，并为下次捣固作业提供数据支持，以此类推，直到线路达到相关要求。

这种作业模式精度非常高，能准确的指导钢轨精调，但这种配合大机捣固的测量方法存在以下缺点:

①起拨道数据依靠静态测量方式获取(即将轨检小车推行至待测点，停稳后方可点击采集按钮进行数据检测)，检测效率受到影响[5]。

五是检验方式不同。军民融合和国防动员都强调建设效益和总体评价，但两者的评价方式手段不同。军民融合注重平时物质建设，检验评估手段单一，主要依靠提出需求方对融合成果进行静态评估。国防动员注重战时能力建设，除静态检验评估外，更注重通过演练形式检验评估国防动员能力。

②大机捣固作业前，需将起拨道数据事先标注在轨道上，增大了外业工作量和工作强度。

③大机捣固作业时，需专门安排一名地面引导人员将起拨道数据报给大机操作人员，增加了人工投入。

④大机2号位操作人员根据起拨道数据旋动相应的旋钮，并结合经验进行人工顺坡，这种作业模式无法充分发挥已广泛应用于精捣作业的D09-32型大机本身具有的精捣作业功能，并且也增大了大机操作人员的工作强度。

提出采用有砟轨道动态测量系统(以下简称中铁咨询动态测量系统)配合大机进行自动化捣固作业的方法，相关工程项目中的成功应用表明，该方法精度满足有砟铁路捣固的需要，轨道检测效率较静态测量有大幅提高。同时，又能够控制D09-32、DWL及以上型号大机进行自动化捣固作业，可以简化大机捣固作业流程，减少人为因素影响，提升大机捣固作业效果。

3 有砟轨道动态测量系统

有砟轨道动态测量系统(以下简称动态测量系统)由全站仪推车(图1左侧所示)和动态轨检小车(图1右侧所示)两部分组成。

图1 有砟轨道动态测量系统

动态轨检小车是动态测量系统最核心的部分，动态轨检小车集成了高精度的陀螺仪、加速度计等传感器。在测量过程中，由陀螺仪实时测定轨检小车的实时姿态，轨距传感器实时测定轨道的实际轨距，在完成数据采集的同时，通过配套软件自动对全站仪及多传感器的海量数据进行时空匹配，并经过相应的滤波数据处理、内插数据处理，进而获得轨道的相关平顺性指标数据。

4 动态测量系统配合大机进行自动化捣固作业方法

使用动态测量系统配合大机进行自动化捣固作业，主要涉及到轨道数据的采集与处理、控制大机进行自动化捣固作业两方面。

4.1 轨道数据采集与处理

采用全站仪自由设站，每测站通过线路两侧的CPⅢ控制点进行后方交会设站，设站精度遵照文献[2]中的相关规定。外业测量如图2所示。

图2 动态测量系统作业模式

将动态轨检小车停放在待测区段起点，确保全站仪推车距轨检小车的距离不超过200 m，并进行自由设站[6]。

设站完成后，启动采集软件，在起始位置采集一个静态点，然后启动动态采集功能，接着推行动态轨检小车前行，在距全站仪推车5 m左右处停止，并在该处采集静态点，这样即完成一测站的测量工作。本测站测量完成后，推行全站仪推车进行搬站，开始下一测站的测量，依次类推，即可完成轨道检测工作。

轨道数据采集完毕后，由动态测量系统配套软件进行分析处理，并自动生成控制大机进行自动化作业所需的Geo文件和Ver文件。

4.2 控制大机进行自动化捣固作业

大机开行至作业区后，将Geo文件和Ver文件通过U盘导入到捣固车的WinALC或ALC(线路控制计算机系统)中，然后启动大机上的车载计算机，打开车载软件WinALC或ALC，在做完同步点后，点击“OK”启动大机进行自动捣固作业。

在自动化捣固作业过程中，由WinALC或ALC系统自动控制每个作业位置处的起拨道量，不再需要人工输入，大机自动化捣固作业如图3所示。

图3 大机自动化捣固作业

5 动态测量系统的效率和精度分析

5.1 作业效率

使用动态测量系统或使用静态轨检小车进行轨道检测，效率都取决于两个方面：全站仪搬站与设站的速度以及动态轨检小车的测量速度。

(1)全站仪搬站与设站方面：使用动态测量系统进行轨道检测时，全站仪固定安装在手推车上，在搬站时，可以十分安全便捷的推行手推车至设站位置，并且在固定手推车时，可同步完成全站仪的粗平调整，节约大量时间；而使用静态轨检小车进行轨道检测时，全站仪固定在三脚架上，在搬站时，需将三脚架和全站仪人工搬运至设站位置，显而易见，推车推行的速度明显会比人工搬运的速度要高。此外，在使用静态轨检小车检测轨道的搬站过程中，为确保全站仪安全，在搬站前，需将全站仪从三脚架上取下，装入仪器箱，到达设站位置后，首先将三脚架安置在设站位置，确保三个脚腿都被踩实后，方可取出全站仪，进行整平调整及设站工作，这些环节又会浪费大量的时间。综上，在搬站、设站方面，使用动态测量系统效率明显提高。

(2)测量方面：使用静态轨检小车在测量轨道点时，需推行至该点并停稳，然后方可点击软件进行测量工作[8]；而动态测量系统动态测量无需停止，直接推行前进即可自动完成数据采集。因此，在测量方面，使用动态测量系统进行动态测量，效率明显提升很多。

综上，在测量人员同样熟练的情况下，使用动态测量系统进行动态测量在作业效率方面明显更有优势。经过大量的统计分析，使用动态测量系统测量效率达到1.2 km/h，而使用静态轨检小车按每3 m测一个点，测量效率最多能达到0.5 km/h。在测量效率大幅提高的同时，由于不需要写标，更是节省了大量的人工投入，减轻了劳动强度。

5.2 精度分析

动态测量系统的测量精度受全站仪的精度、动态传感器的采集精度以及滤波模型方面的精度等多方面因素影响。为直观验证动态测量系统的测量精度，特以静态轨检小车测量数据为准，将动态测量数据与静态测量数据进行对比，通过两者差值，得出动态轨检小车的测量精度。在厦深铁路某标段随机选择了一段1公里多的测试段，分别使用动态测量系统和静态轨检小车进行了测量，两者测量结果对比情况如图4和图5所示。

图4 静态测量与动态测量所测横向偏差对比

图5 静态测量与动态测量所测高程偏差对比

由图4和图5可以发现，动态测量与静态测量相比，所测中线平面偏差、基准轨高程偏差的趋势一致，其中动态模式与静态模式所测中线偏差之差的均值为0.8 mm，最大为3.2 mm，其中99.5%的偏差分布在3 mm以内；高程偏差之差的均值0.7 mm，最大为3.3 mm，其中99.5%的偏差分布在3 mm以内。

经过统计分析，可以看出静态精测与动态精测所测得的平面偏差和高程偏差均非常吻合度，说明该动态测量系统动态精测所测的轨道数据，能准确反映出轨道的偏差情况。

6 工程应用案例

厦深(厦门-深圳)铁路选取了2.1 km的线路，利用动态测量系统进行多次捣固作业测量，分析各次捣固作业前后的线路波形图(注：因线路粗捣阶段已捣固过三次，故精捣阶段的捣固次数从第四次开始计数，分别为第四次捣固、第五次捣固……)，其中平面波形如图6所示。

图6 平面偏差分析

如图6所示，第四次平面偏差即为精捣开始前的线路平面状况，第七次平面偏差即为三次精捣作业后的线路平面状况。由图6可以明显看出，使用动态测量系统配合大机自动化捣固作业，经过三次捣固作业后，线路平面明显改善，平面偏差全部介于10 mm以内，且平顺性状况也显著改观。

四次采集数据，高程波形变化情况如图7所示。

如图7所示，第四次高程偏差即为精捣开始前的线路高程状况，第七次高程偏差即为三次精捣作业后线路的高程状况。由图7可以明显看出，使用动态测

图7 高程偏差分析

量系统配合大机自动化捣固作业，经过三次捣固作业后，线路高程明显改善，高程偏差全部介于10 mm以内，且平顺性状况也显著改观。

综上，在动态测量系统配合大机进行自动化捣固作业三次以后，线路的平顺性达到了静态调试阶段的预期效果。在后续联调联试期间，再经局部消分作业，即可使线路平面和高程均达到验收规范。

7 结论

采用常规的方法进行轨道检测，存在测量效率低的缺点，同时，在配合大机捣固作业时，还需要大量写标，并需提前将线路设计线型手工输入至WinALC或ALC系统。此外，在捣固作业过程中，大机2号位操作人员需实时手工旋动按钮。采用动态测量系统配合D09-32、DWL及以上型号的大机进行自动化捣固作业，不仅测量效率提高，而且还能自动生成大机作业所需的线形资料和起拨道数据文件，进而控制大机进行自动化捣固作业。该方法提高了轨道的检测效率，并减少了不必要的人工参与，有效提升了大机捣固作业水平。综上，该方法具有极大的推广价值，可以在新建有砟轨道线路的捣固作业阶段和既有有砟线路养护过程进行推广应用。

[1] 雷巨光. 单轨测量系统在新建有砟铁路轨道粗捣中的应用[J].铁道勘察，2014(1)：1-4

[2] 中华人民共和国铁道部.TB10601—2009高速铁路工程测量规范[S].北京：中国铁道出版社，2010

[3] 李光林，张新奎，朱利民.提速200 km/h线路长波长不平顺的养护维修技术[J].铁道建筑，2007(4)：101-102

[4] 郑中立.我国铁路大型养路机械发展回顾[J].铁道建筑，2004(7)：4-5

[5] 曾若飞.铁路有砟轨道自动养护测量系统研究思路探讨[J].铁道勘察，2011(2)：8-12

ApplicationofBallastTrackDynamicMeasurementSystemInTrackFineComissioning

JU Guojiang

2014-10-30

鞠国江(1965—)，男，1988年毕业于西南交通大学铁道运输专业，高级工程师。

1672-7479(2014)06-0001-03

U412.24

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