铁路线路维护检测技术应用综述

雷少奎

摘要：随着我国铁路事业的不断发展，对铁路线路维护检测提出了更高的要求。铁路线路维护检测技术的要求越来越高，工作量越来越大，传统的铁路线路维修检测技术已经无法适应铁路线路的迅速发展。文章借鉴了他国先进的铁路线路维修检测技术，分析了铁路线路维修检测系统各个组成部分及其作用，希望能够推动我国铁路线路维护检测技术的发展和应用。

关键词：铁路线路；维护检测技术；线路养护；铁路事业；交通科技 文献标识码：A

中图分类号：U216 文章编号：1009-2374（2015）05-0064-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0364

近年来我国的铁路事业得到了极大的发展，在给经济发展和人民群众的生活带来了更大的便利的同时，也给铁路线路的维护检测带来了更大的挑战。随着当前人们对铁路线路的安全性、便捷性、舒适性和承载量的要求越来越高，列车的间隔时间更短，列车速度不断提高，这也造成了铁路线路处于极端机械应力状态，需要对其系统装备进行检测和维护。本文对铁路线路维护检测系统进行了分析，旨在推动我国铁路线路维护检测技术的不断提高。

1 铁路线路的轨道维护

铁路线路的轨道维护是铁路维护检测系统的一个重要方面，通过铁路线路的轨道维护才能够保持铁路线路轨道的良好运行状态。当铁路线路铺设完成一段时间之后，会出现一些缺陷或者线路轨道参数改变的情况。因此必须先通过高质量的验证和检测，来对线路轨道的状态进行科学的确认。

线路轨道的参数有横截面、纵向断面和轨道几何尺寸等等，线路轨道的机械接触非常复杂，是一个动态的弹性治疗系统，会受到线路轨道的下部基础设施的影响。铁路工程标准会对这些重要参数的容差范围和缺陷进行分类，从而对不符合标准的缺陷进行处理，制定科学的轨道维护计划。

1.1 轨道几何尺寸

由于对列车之道和弯道行驶的保障职责由轨距来担任，因此行驶的列车出现摇晃和震动的现象很可能是轨道倾角变化造成的。一些不符合标准的情况也会从轨道机械缺陷中反映出来，例如孔洞、波纹等等。当然弯道处轨道系统也需要必要的纵向剖面倾斜，从而减少列车在弯道行驶时的离心力。标准轨距可以防止列车高速行驶时发生碰撞。

1.2 轨道纵断面

轨道纵断面如果发生崩落和裂缝很可能会造成列车出轨，而钢轨的波纹磨损会对路基造成损害，并产生严重的噪音。当波长在20～100毫米之间时意味着产生了波纹磨损，当振幅大于0.5毫米时会产生噪音，振动峰值到达0.3毫米时就会损坏路基。

车轮通过岔道或者车轮摩擦时容易产生单个孔洞，单个孔洞会造成运行中列车偶然出现的颠簸。而这种电波在陈旧铁路线上则成为了经常性颠簸。究其原因这是由于焊接成旧铁路线区段的往往是18米的长钢轨。

1.3 钢轨横截面

技术人员可以很容易地对新安装的钢轨头部的规格尺寸和几何形状进行计算，并根据车轮对钢轨的界面对其进行优化。特定半径和切向线都属于几何形状，满足车轮滚动的经济、稳定和安全方面的需要。

2 检测线路轨道

2.1 线路轨道的检测方案制定

要以轨道维护的目标要求和维护关键点为基础制定线路轨道检测系统，铁路轨道检测系统要将轨道网络几何结构和已掌握的钢轨现状囊括在内，将横断面、纵向剖面图、钢轨几何尺寸、测量结果里程表结合起来，制定科学的、智能化的检测方案，利用GPS对被测参数进行定位。线路轨道的检测方案主要是通过线路测量车的配备或者利用移动式计量装置来取得线路轨道参数。将Blackfin处理器放置于线路测量车或移动式计量装置中，通过分析软件对参数进行精确的测量和分析，再根据GIS系统形成完整的信息分析结果。

2.2 检测轨道几何尺寸

对轨距的检测主要使用非接触式感应传感器原理，能够达到0.01毫米的精确度。可以使用浮点算法来对轨道与轨道之间的距离进行测量，并得出垂直距离和水平距离。Blackfin处理器能够将5米范围内的摆动控制在5°以内。通过中位数过滤和低通过滤纵段数据，能够完成从极坐标到直角坐标系统的转换。

在检测时要将钢轨端头的几何尺寸的特征矢量准确地找出来，为了确保矢量测试结果的准确性，要采取跟踪算法和可信度检查器。

2.3 检测纵向断面

以非接触式的高速涡轮传感器来对两侧钢轨的表面进行记录，磁编码气脉冲能够将精度提高到微米级别。磁环产生的信号由线性编码器进行处理之后可以成为传感器AD转换器和里程表的触发信号，能够对焊接点不符合标准、局部硬化点等缺陷进行记录。

2.4 检测钢轨的横截面

对钢轨横截面的检测一般用高速激光扫描仪来完成，当前最先进的非接触式测量技术手段就是激光技术，其能够对速度进行捕捉，或者以所需的精确度为依据，完成对钢轨横截面的检测。

3 铁路线路维护的计量技术装置

3.1 检测系统以Blackfin处理器为核心

检测系统结合了DSP技术和MCU技术，以Blackfin处理器作为技术核心，能够适用于给定的任意蓄电池运行，具备提供动态电源管理的功能。检测系统的MCU技术具备可扩充量的输入输出功能，可以进行移动式装置、油量计、蓄电池、TFT、键盘、数字传感器和激光扫描仪等装置的连接。而检测系统的DSP部分可以完成先进的数字算法任务，例如几何尺寸残差、FFTs和滤波的计算。Blackfin处理器具有数据流语言和高级框图，并通过Lab VIEW图形化系统设计来提供编程模型。这样可以对下一级别的数字化嵌入式进行设计，并具备图形多任务移动功能和数学分析模块。

3.2 智能化的计量技术装置

将现代化的设计方法和嵌入先进处理器技术来进行钢轨差值和裂缝的检测，使铁路基础设施维护检测工作可以使用多功能化的、可移动的智能化计量装置。

例如可以使用钢轨检测装置来对钢轨的环境温差、深度、倾角、轨距、头部高度和横截面等参数进行测定，其对时间和环境没有较高的要求，制造和使用都比较简单，能够在任意位置上完成记录和检测。再例如在对纵向轨道参数进行监测和记录时可以使用Railsurf钢轨滑板计量装置，其具有可视化、现场处理等功能，还可以利用移动存储器对检测结果进行存储，既可以适用于车辆沿着轨道拖拉作业也适用于一人操作，通过企业传感器能够对钢轨的倾角变化、轨距变化、裂缝、孔洞和波纹磨损进行检测。

3.3 利用线路测量车进行检测

多功能线路测量车有5个Blackfin处理器组成，能够对10千米的铁路区段的轨道参数进行记录，并达到5毫米的点对点分辨率。5个Blackfin处理器相互关联，1号Blackfin处理器能够使用两个液晶显示器和交互操作键盘，2号Blackfin处理器则对高速运行条件下的轨道纵断面图和几何尺寸进行记录，3号Blackfin处理器安装了GPS系统，能够对地理位置信息进行确定，4号Blackfin处理器主要处理各种参数，5号Blackfin处理器对其他四个处理器的数据进行汇总和存储。

4 定位线路轨道的缺陷

4.1 线路轨道缺陷定位的含义

一般使用一个共同的软件平台对缺陷定位的检测测量结果进行汇总，并将里程表信息、GPS位置、轨道横截面、纵断面和几何尺寸的信息连接起来。该平台通过工具包和Lab VIEW软件的运行，发挥了公共数据分析和交换库的作用，能够通过接口连接维修装备、车辆和测量设备。X射线等测量手段可以通过智能化滤波器来对线路轨道的关键缺陷进行定位，并以数字化的形式对钢轨的几何尺寸全貌特征进行反映，在线路轨道更换和维修中进行利用。

4.2 利用Lab VIEW滤波器

钢轨中的缺陷症状可以通过Lab VIEW滤波器的纵向数据筛分检测来完成，这主要对通过对钢轨波纹进行快速傅立叶变换分析以及纵断面中的特征波长分析来实现。比较实测界面图和已存模型之间的差别，并对轮轨机械接触进行模拟，从而跟踪轨道的孔洞缺陷。在检测图形中钢轨裂缝会出现明显变化，可以鉴别移动数据的窗口，从而对钢轨的裂缝进行检测，并对其进行评估分析。

4.3 对“缺陷”地图进行精确的定位

对“缺陷”地图进行精确定位主要是通过GPS数据来完成的，其中增加了一些有用的新内容，例如车站、道岔和弯道等等，成为一种比较简便的GIS系统，并实现了图像处理功能。例如可以将局域地图细分为若干条块，并标明准确的地图坐标，从而实现对缺陷位置的精确定位和迅速浏览。

5 轨道缺陷问题的解决

可以在资料设置点的维修设备当中下载利用IT环境产生的电子维修计划，这样就能够使轨道缺陷的问题得到有效的解决。其中1个Blackfin处理器包括1个可移动存储器、2个显示钢轨图像的液晶屏以及1个多功能键盘。2个激光扫描仪能够将横截面快照通过20Hz的频率连续捕捉过来，同时利用CAN网络向CPU进行在线数据传输。随后该处理器能够对参照横截面之间的偏差机型计算，并且向基本磨削装置提供新设置点。

这种磨削装置当中的磨削头一共包括6个，而且每个磨削头都具备3种自由度，因此能够有效地保证钢轨磨削的顺利进行。使用可移动媒体能够在钢轨磨削过程中下载一系列横截面测量数据，并且能够向IT环境进行及时的反馈，从而能够使保钢轨磨削质量得到

保证。

6 结语

综上所述，采用全面状态检测分析的方式针对包括接触网、道岔以及轨道等铁路基础设施进行检测，能够使重载区路以及高速铁路的安全运行得到有效的保证，同时也能够将科学的依据提供给维修计划的制定。实践证明，当今铁路装置设施检测的发展趋势就是智能化、自动化以及电子化的检测手段，而且随着科学技术的发展，未来其必然会在铁路的安全快捷运行中发挥更大的作用。

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（责任编辑：黄银芳）