轨道动态几何状态检测方法

董盛伟，梁 赛

（1.北京城建设计发展集团股份有限公司，云南昆明 650500；2.云南京建轨道交通投资建设有限公司，云南昆明 650041）

0 引言

根据交通运输部颁布的［2019］1 号文件《城市轨道交通初期运营前安全评估管理暂行办法》和［2019］17 号文件《城市轨道交通初期运营前安全评估技术规范》“第1 部分：地铁和轻轨”要求，每条新建运营城市轨道交通线路，在工程建设完成后必须经过第三方安全评估通过才能进行初期运营。第三方评估内容涵盖系统功能校核、系统联动测试以及运营准备等内容。其中，系统联动测试环节中轨道动态几何状态检测是第三方评估重要组成部分。

1 国内外研究现状

轨道动态几何状态检测技术及装备是检查轨道病害、指导轨道维修、保障行车安全的动态检测设备，也是实现科学养护的主要方式，各国轨道交通部门都十分重视相关技术及装备的开发和应用，相关技术和装备的研发已持续了将近百年之久。20 世纪70 年代以来，欧、美、日等发达国家相继研发出多种先进的轨道几何状态检测技术和测量原理，开发出应用现代高新技术的检测装备，增加了检测功能，提高了检测精度和检测速度，满足了轨道交通提速和高速的要求，为保证轨道交通安全运营发挥了重要作用。

在轨道交通高速发展的时期，各国也相继研发出自己的轨道动态几何状态检测设备。例如，美国研制了技术先进的T10 型轨检车、德国研制了RAILAB 型轨检车、意大利研制了“阿基米德”号综合检测列车，我国轨道动态几何状态检测设备也已发展到第五代，研制出了GJ-5 型轨检车。

2 我国的轨道动态几何状态检测技术

2.1 检测目的

测试并判定轨道动态几何状态检测技术是否符合标准及设计要求。

2.2 检测原理

轨道动态几何状态检测系统的工作原理为无剧烈运动的非接触式测量方法和惯性基准法，其整个架构可以大致划分为数字激光和惯性测量、数据处理、数据采集等部分。

（1）数字激光和惯性测量部分：在轨道检测梁内部安装二维数字激光传感器和惯性测量部分（加速度传感器、陀螺仪传感器、倾角传感器），轨道的轮廓信息通过二维激光位移传感器来测量，检测梁的空间姿态和补偿信息通过加速度传感器、陀螺仪传感器和倾角传感器来进行测量。

（2）多通道信号调理系统：调理多传感器的模拟信号和实现空间信号的采样控制，利用网络把采集的数据信息发送给车载处理主机。

（3）变压供电系统：为系统提供所需电源。

（4）车载计算机处理系统：集成了轨道动态几何参数采集软件、网络通信模块、数据管理存储模块等，对所采集的数据进行算法处理，得到轨道几何参数，实现结果数据存储及外发等功能。处理主机存储可容纳轨道测距1000 km 的分析数据。

（5）轨道状况智能分析管理软件：该软件安装在地面工作台计算机上，用于轨道检测数据的管理分析及报表的生成、打印。

2.3 技术指标

依据《城市轨道交通初期运营前安全评估技术规范》“第1部分：地铁和轻轨”文件要求，对轨道动态几何状态测试的主要技术指标有高低（1.5～42 m 波长范围）、轨向（1.5～42 m 波长范围）、轨距、轨距变化率、水平、三角坑、车体横向加速度、车体垂向加速度、TQI（Track Quality Index，轨道不平顺质量指数）（表1）。

表1 检测设备几何参数技术指标

2.4 检测与安装方法

检测设备有轨道动态几何状态检测系统，包括轨检梁、车体加速度传感器、数据存储终端等。检测方法：将轨检梁安装在构架上，将轨检梁上的传感器采集到的信号传送至安装在电客车内部的数据存储终端上来进行数据处理和分析，得到轨道几何参数，同时通过码表速度信号处理实现电客车数据的精确定位。

轨检梁是轨道几何参数检测中最重要的设备，由2D 激光位移传感器和惯性包组成，采用便携安装方式，快速安装快速拆除，不会对列车造成任何影响。考虑到检测准确性，将轨检梁安装在被测车辆车体上。为便于设备安装，需要车辆厂在车体上预留与轨检梁相匹配的安装接口，轨检设备通过左、右吊臂安装在车体上（图1）。

图1 轨检设备安装位置

2.5 评定标准

城市轨道交通轨道几何状态局部幅值评价允许值的判定，依据交办运《城市轨道交通初期运营前安全评估技术规范》”要求（表2）。

表2 几何状态局部幅值评价允许值

区段质量（均值）评价结果符合以下规定：波长1.5～42 m时，轨道TQI 允许值为9.0 mm。

3 检测实例

（1）检测程序：①提前设置好一段各参数均合格的地铁上行线路；②检测设备安装完成，完成动静态通电通信测试，达到预期调试效果，具备上线正式检测条件（图2）；③采用ATO（Automatic Train Operation，列车自动驾驶子系统）模式进行动态检测，曲线的最高检测速度按线路限速执行。

图2 轨检梁安装位置示意

（2）检测结论。各项轨道几何状态参数的检测值都在允许值得范围以内，检测出的结果满足相关技术规范的要求。

4 结论

根据测试结果，所测试验段轨道动态几何状态参数符合交办运［2019］17 号《城市轨道交通初期运营前安全评估技术规范》的要求，区段质量（均值）评价结果在允许值范围内，且测试数据与提前设置的线路参数基本吻合。所以，该方法能有效测试轨道动态几何状态参数，并作为城市轨道交通初期运营前安全评估的依据。