适用于无砟轨道的TEDS系统设计与实现

仰永华

（南宁铁路局车辆处，工程师，广西 南宁，530029）

1 设计目的

近年来我国高速铁路迅猛发展，各型动车组大量上线运行。伴随动车组长交路运行、一站直达、停站时间短、途中检修困难等，给动车组安全运行带来了巨大压力。为解决动车组在线运行故障监控的问题，中国铁路总公司组织开发、运用了动车组运行故障图像检测系统（简称TEDS，下同），并于2012年将其入动车组“五防”设备之一（运辆管验函［2012］122号文），2013年列为铁路总公司运输局安全专项整治挂牌督办的项目之一（铁总安监函［2013］321号）。

目前既有成型的TEDS设备均为在有砟轨道基础上设计开发的，轨旁设备底箱的设计高度为500 mm（有砟轨道可以向下开挖道床，高度不受限）。随着以无砟轨道为标志的客运专线的不断投入使用，既有成型TEDS轨旁设备底箱已不适用于轨枕面至车辆限界底部仅为210 mm的无砟轨道（无砟轨道道床不可下开挖道床，高度受限），因此急需研发适用于无砟轨道的TEDS设备。

2 设计思路

遵循满足现场需要、服务安全生产的设计理念，确立了解决存在问题、凸显针对性和实用性的设计思路。

2.1 需要解决的基本问题 由于在无砟轨道上安装TEDS轨旁设备，轨内、外底箱的高度尺寸受限，导致轨内箱体安装方式发生变化，需要解决以下问题：

1）由于高度受限，轨内底箱设置的1个线阵相机、1个3 D相机、2个激光光源；2个轨外底箱分别设置的1个线阵相机、1个3 D相机、2个激光光源及辅助的电源、连接线等元件的安装位置均需重新优化布局。

2）基于3 D成像需从不同的位置获取同一被测部件的两幅图像的原理，轨内、外底箱的同组两个3 D摄像头和激光光源的探测角度需重新优化设置，实现将同一空间物理点的映像建立对应关系，使系统能获得高清晰的立体三维图形。

3）由于在无砟轨道上无法进行混凝土浇筑，需要采用其它可靠的方式进行轨内底箱安装，确保其安全稳固。

2.2 设计方案 研发适用于无砟轨道的TEDS系统，主要包括以下内容和措施：

1）利用特殊镜面反射，实现在底部空间极其有限的条件下，进行3 D成像。

2）通过激光三角法提升摄像精度。

3）采用玻璃镀膜，强力吹风、进行玻璃吹风除尘，并通过电加热进行玻璃无损除雾等消除周围环境和天气对设备成像的影响。

4）利用化学锚栓安装固定轨内箱体，满足时速250 km∕h动车组安全通过的要求。

3 系统设计

3.1 系统组成与功能 系统设备由线阵图像采集模块、3 D成像模块、自动识别报警模块，以及无砟轨道轨旁安装防护装置等组成，用于无砟轨道动车组运行故障图像检测。系统采用特殊镜面反射成像、激光三角法、多角度立体建模等技术，实现在无砟轨道底部空间有限条件下的3 D成像；采用化学锚栓、框架紧固等技术固定底部箱体，满足轨旁和轨中设备在无砟道床上安装的强度要求。系统设备整体性能满足中国铁路总公司《动车组运行故障图像检测系统（TEDS）探测站设备暂行技术条件》要求。

3.2 工艺与尺寸 经研究设计，TEDS轨内外底箱均采用扁平式一体化设计，样机实际安装高度控制在212 mm。图1、图2、图3、图4分别是TEDS无砟轨道内和轨道外底箱设计图和实物图。TEDS无砟轨道整体设备见图5。

图1 TEDS无砟轨内底箱设计图

图2 TEDS无砟轨外底箱设计图

图3 TEDS无砟轨道轨内底箱实物图

图4 TEDS无砟轨道轨外底箱实物图

图5 TEDS无砟轨道整体设备

其中，考虑到现场环境不同，轨内外底箱与轨中底箱安装方式不同：轨中底箱的安装位置地面平整，便于安装；而轨两侧因考虑排水问题是倾斜的，所以为保证设备的稳固，轨内外底箱的安装先安装一个底板，底板及底部箱体均采用化学锚栓固定。

4 系统应用

首套TEDS无砟设备已经在贵广客运专线桂林西站安装调试完毕，并投入试用，图像效果达到设计要求，图6为设备平台显示截图。

图6 平台显示效果图

TEDS无砟设备在桂林西站的应用效果表明：

1）设备底部箱体均采用扁平式一体化设计，样机实际安装高度212 mm，基本符合无砟轨道轨枕面至车辆底部的限界标准，满足动车组安全通过的要求。

2.）砟轨道轨枕上。投入试用至今，经南昌局车辆段维修人员定期巡检，未发现锚栓、底箱松动的现象，底箱安装牢固。

3）设备底部箱体采用特殊镜面反射成像等关键技术，克服了扁平式一体化设计高度受限的问题，实现了3 D成像。设备采用模块化设计，便于拆装，节省作业人员上道作业时间；设备具备自动除尘功能，能够实现对各个相机镜头自动除尘，减少维护人员上道维护频率，提高了检修工作效率。设备采用玻璃镀膜、强力吹风、电加热等措施，排除周围环境和天气对设备成像的影响，可适应全天候环境。

4）设备投入试用至今，共探测动车组4 800余列（按16列∕日计），完整采集了运行动车组的车体底部、侧部裙板、连接装置、转向架等可视部位的高清图像，并实时传输至南宁动车所TEDS检测中心，基本无丢图、错图等故障现象。

5）系统设备采用三维检测技术，明显提高了故障自动识别准确率，减少了TEDS动态检车员工作量，提高了动车组运行故障监测和预警能力。在贵广客运专线桂林西站上、下行安装的TEDS无砟设备自2016年4月试用至今，发现动车组各类运行故障分别为43件、21件，其中，发现拦停列车的故障分别为2件、3件，对确保动车组安全运行发挥了重要作用。

5 结束语

本文介绍所研发的适用于无砟轨道动车组运行故障图像检测系统（TEDS），具有轨旁设备样机设计合理、现场安装规范，系统技术性能良好，满足动车组安全运行检测要求等特点，经现场实际应用，实现了服务现场需要、服务安全生产的研发预期。