我国高速铁路联调联试技术发展与展望

姜昕良

（中国国家铁路集团有限公司 铁路基础设施检测中心，北京 100081）

0 引言

高速铁路是现代化铁路的重要标志，集中体现了当代高新技术的发展成果，代表着当今世界铁路的发展方向。截至2020年底，我国高速铁路营业里程达到了3.79万km，为保证高速铁路一次达到设计速度开通运营以及高速铁路网之间实现互联互通，我国所有高速铁路开通前均要进行联调联试。

联调联试是高速铁路建设动态验收环节中的重要组成部分，侧重系统集成测试，通过采用高速综合检测列车和相关检测设备，对全线各系统功能、性能、状态和匹配关系进行综合测试、验证、调整和优化，使各系统和结构整体系统达到设计要求，保证高速铁路运行安全、平稳、舒适[1]。

站在新的历史阶段，从技术角度对联调联试标准规范、测试项目、检测技术发展进行回顾；根据高速铁路发展趋势，提出联调联试未来在试验组织信息化、智能铁路体系化、检测技术智能化和数据分析深入化等方面的发展建议。

1 概况

国外高速铁路在开通前均会开展一系列测试，主要是为了获得线路开通前的运营许可。例如，日本新干线开通运营之前要进行确认检查，经过确认检查后才可以开通运营；法国和德国高速铁路开通运营前要由专业的技术团队进行一系列测试，通过测试后方可获得政府部门颁布的运营许可，高速铁路才能开通运营。从日本、法国和德国高速铁路为了获得运营许可所做的大量试验来看，没有出现类似于我国“联调联试”的专门说法，但某些试验的内容类似于我国的联调联试，例如日本的综合试验、德国和法国的动态试验和试运营试验等。

在进入高铁时代前，我国新建铁路的开通速度一直较低，新线建成采取静态检查为主的竣工验收方式。1994年广深线完成准高速技术改造后，在正式开通前，进行了大量的实车提速试验，以检查160 km/h速度运行下的安全性。20世纪90年代以来，为了铁路繁忙干线客货列车提速的需要，我国开始了铁路综合检测技术的探索，先后组织开展了广深准高速试验、既有线时速160、200、250 km系列提速综合试验，初步形成了中国铁路系统联调联试、动态检测技术的雏形。通过京津城际铁路的联调联试工程实践，形成了以联调联试、动态检测及运行试验为主要内容的高速铁路动态验收模式，初步建立了中国高速铁路联调联试的测试技术和评价体系；通过京沪高速铁路联调联试工程实践，实现了350 km/h高速铁路全面、系统、长距离持续运行的检测评估，丰富了高速铁路联调联试检测方法，构建了科学系统的评价指标，全面系统地掌握了高速铁路联调联试检测评估技术；通过兰新、哈大、长吉、海南东环等高速铁路联调联试工程实践，掌握了高原、高寒、高温、大风等不同气候环境和地质条件的地区高速铁路动态检测技术，进一步丰富和完善了我国高速铁路联调联试检测评估体系（见图1）。

图1 高速铁路联调联试检测评估体系

2 技术特点

2.1 标准规范

图2 联调联试总体规章一览表

在总结联调联试相关标准的基础上，编制并由国际铁路联盟颁布的UIC标准IRS 70001《铁路应用-高速铁路-开通运营前的动态集成测试和运行试验》，提出了高速铁路开通验收前必需测试的五大关键系统及12项可选测试项目。

通过规范和标准在各条高速铁路线路联调联试及运行试验的成功应用，建立了一个科学可循的试验方法和测试流程，有效提高了试验效率，对于促进现场联调联试及运行试验各项工作流程化、规范化、标准化具有重要的推动作用。

2.2 测试项目

自京津城际铁路开展联调联试以来，逐步形成了包含供变电系统、接触网、通信系统、信号系统、客运服务系统、综合接地、电磁兼容、振动噪声及声屏障、路基及过渡段、轨道结构、道岔、桥梁、动车组动力学性能、轨道几何状态、防灾安全监控系统、隧道气动效应以及运行试验等18项测试内容，并根据具体线路的实际特点，对具体联调联试项目进行增减。

2010年以来，随着我国高速铁路大面积相继开通运营，积累了大量的联调联试工作经验，对测试与调试的关系也有了更深刻的理解，对联调联试章节划分也重新进行了调整和优化。例如，将与轨道精调相关的轨道几何状态、动车组动力学性能、轨道结构、道岔测试合为一项，重新定义为轨道联调联试，通过车上与地面对轨道的测试数据统一分析，提高了数据的可靠性，在指导轨道调整方面提供了更为有效的数据支持。此外，增加了轨道结构、路基、桥梁、隧道、噪声振动、综合接地、电磁兼容性、防灾安全监控系统等特殊工点、特殊结构、新结构在运营条件变化时的功能、性能专项检测内容，还增加了对影响行车安全、运营效率的关键接口的功能验证，同时重点突出了轮轨关系、弓网关系、列车运行控制、空气动力学性能等方面的联调联试。

原铁道部2013年颁布实施了TB 10761—2013《高速铁路工程动态验收技术规范》。国家铁路局2019年颁布实施TB 10461—2019《客货共线铁路工程动态验收技术规范》。通过以上规范明确了联调联试工作内容，形成了目前联调联试测试项目框架体系，涵盖了“车、机、工、电、辆”等各个专业的12大项内容。

3 创新成果

3.1 检测设备

自2007年装备使用第一列200 km/h综合检测列车至今，配备的高速综合检测列车共计14列，高速综合检测列车已经发展成为具备多平台、多速度级、多种环境温度下使用的系列装备（见图3）。其中，采用的动车组平台包括：CRH2A/C/E、CRH5A、CRH380A、CRH380B等；250 km/h速度级3列，350 km/h速度级11列；高寒型2列，普通型12列。

图3 高速综合检测列车

高速综合检测列车解决了高速动车组的适应性设计、现代光电测量、电磁兼容设计、高速数据同步采集、列车精确定位、大容量数据交换、实时图像识别等一系列技术难题，采用数十种传感器，在高速运行状态下，实现轨道、轮轨动力学、接触网、通信、信号等系统数百个参数的高精度、高可靠性实时测量，检测精度和综合检测能力达到世界一流水平[2-3]。

为适应高寒地区检测需要，研发了高寒型轨道几何检测系统用于高寒地区高速铁路轨道几何参数检测，检测设备具备保温结构并具备自加热组件，能够在-40℃条件下存放，在-20℃条件下启动并正常工作。通过加装抗浪涌装置、优化设备接地方案、采用新型传感器设备等方式，提升了轨检、动力学、弓网等专业抗电磁干扰能力，提高了数据准确性和设备寿命；旋转遥测技术在联调联试中装车试运用，具备测试精度高、使用寿命长、对轮对改动小和后期维护成本低等优点；针对检测视窗雨雪天气容易受干扰问题，研发视窗自动清洗技术；对弓网检测系统高压数据采集箱进行了改进，增强防水、防尘、抗电磁干扰能力，维护检修更加简便省时；地面专业通过增加传感器防护工具、改进部分传感器的外部结构等方式，提高了传感器的适用性与稳定性[4]。

本文分为如下四个部分：首先对五年规划领域相关的研究与文献进行归纳整理，其次介绍数据库收集及计算方法，再次对实证结果描述与分析，最后对研究结果与发现进行讨论与展望。

3.2 检测方法

2011年建造CRH380AJ-0201、CRH380BJ-0301两列综合检测列车，首次进行了接触网几何参数非接触式检测系统的集成创新，并投入京沪高铁联调联试等工作（见图4）。2014年首次实现了接触网几何参数非接触式检测系统的自主化，2017年探索了新型光源技术，有效优化了图像质量，提升了检测精度。

图4 轨道、道岔检测测试系统图

研发并应用了动车组动力学连续测力轮对、智能传感器等技术，通过轮轨垂向力能够检测到钢轨低塌、焊缝不平顺和钢轨波磨等轨道短波不平顺；根据联调联试现场需要，增加了对接触网质量进行综合评价的内容，扩展了动车组动力学国际标准计算能力，提升了车线共振分析的能力，增加了车辆晃车计算功能。首次基于结构动力学的基本理论，推导出了利用梁体转角拟合桥梁挠度的简化振型函数法，编制了基于简化振型函数法的数据处理分析程序，利用倾角仪实测数据拟合桥梁挠度，开展了一系列现场试验，验证了测试系统的适用性，解决了跨越江河及其他特殊桥址处下方不能布置常规测挠设备的桥梁挠度测试问题。

3.3 数据分析

在车辆动力学响应、弓网关系、供变电性能、空气动力学响应、轨道几何状态、接触网状态、轨旁信号状态、通信系统、信号系统、综合接地、电磁环境、振动噪声、客服、防灾等方面积累了丰富的试验数据，并且持续开展了高速铁路联调联试数据分析、处理和深入挖掘工作。通过对各项测试数据的深入分析研究，基本掌握了不同速度级下的动车组辐射噪声源强、振动源强以及车内噪声随速度变化的规律，动车组高速运行以及交会时的动车组动力学响应参数、列车表面及车厢内部空气压力变化，动车组单列及重联高速运行时的弓网受流性能和质量，动车组高速运行时的GSM-R通信系统、电磁环境等传播特性、变化规律、空间分布以及频谱特性等规律。

针对高速铁路目前突出的短波不平顺（焊缝不平顺、波磨等）和异常晃车问题，研究提出了新的数据分析处理方法和评价指标，例如提出轮轨垂向力指标和瞬态舒适度指标、在峰值评价的基础上又引入标准差和有效值评价等，并在联调联试中进行了试运用。

通过开展大量的数据分析与挖掘，得出了不同速度等级下弓网受流性能的相应规律、不同线路条件下（张力、悬挂方式、接触网高度等）弓网受流性能的差异以及不同类型受电弓弓网受流性能的差异，指导制定了最新版《普速铁路接触网运行维修规程》《高速铁路接触网运行维修规程》中接触网动态检测评价标准，指导受电弓厂家对受电弓主动控制器策略的研究和应用，指导受电弓空气动力学性能调整，为接触网设计提供了参考。

通过对2008年以来的联调联试测试数据的分析，归纳总结出了《高速铁路综合接地系统回流指标》，得出了综合接地系统新的一系列评判指标，包括贯通地线不平衡系数的评价指标、线路回流分配比例的评价指标、变电所回流比例的评价指标等。

3.4 智能化应用

基于云平台和物联网技术，开发了数据自动分析处理系统，实现了轨道、振动噪声专业数据的自动采集、分析、处理；开发了联调联试集成显示平台，实现了多专业、多维度显示线路设备状态、列车运行状态、车站及线路周边环境结构物功能状态的动态一体化集成显示，为安全运营、整体研判、科学决策、协同指挥提供支撑和保障；采用了智能化数据通信采集系统，开发了智能牵引变电所新型测试平台，为智能铁路联调联试智能变电所测试进行技术储备，应用AT牵引供电系统半实物仿真建模平台，建立了完整供电臂形式下的牵引供电系统模型；自主研发了空气动力学专业DASO测试软件，进一步优化不同工况分开处理方法以及数据处理结果智能统计方法，实现了列车空气动力学进出隧道的智能识别、实时计算车内压力舒适性指标等功能，并能够对异常信号进行自动判断和智能化数据统计。

4 联调联试技术发展展望

随着高速铁路向信息化、智能化方向发展，云计算、大数据、物联网、人工智能、北斗、5G等一批新技术在铁路设计和建设过程中得到了广泛的应用[5]，联调联试作为高速铁路动态验收的重要环节，在试验组织、测试项目、检测技术和数据分析等方面还需要进一步提升完善。

4.1 试验组织信息化

开展智能高速铁路联调联试管理模式和试验组织管理规范化研究，对应用移动终端APP和自动化软件进行试验组织信息化管理的方法进行探索，推进试验管理信息化平台建设。试验管理信息系统将努力实现计划编制、进度跟踪、数据统计、工作汇报等方面的智能化、信息化，系统能够实现以下功能：对项目概况、总体计划、试验进展、运输组织方案、试验结果、问题库等文档进行信息化管理；对试验列车位置、速度级、试验行车情况实时掌握；对试验人员状况及分布等信息进行规范化管理，对地面上道作业和入库检修情况实时跟踪；对轨道、接触网等专业测试大值数据进行存储，并开展同一线路和不同线路的数据对比分析；根据需要，向中国国家铁路集团有限公司（简称国铁集团）、铁路局集团公司、建设单位、中国铁道科学研究院集团有限公司（简称铁科院集团公司）相关人员及时推送指定信息[6]。

图5 高速铁路联调联试信息管理平台功能设计图

4.2 智能铁路体系化

围绕智能建造、智能装备和智能运营技术，提早开展智能运行控制技术、新一代铁路移动通信技术、智能调度技术等检测技术研究，总结完善全封闭声屏障、智能牵引供电技术、智能客站技术等测试内容和评判标准，丰富智能高铁故障模拟和应急救援演练场景，研究建立更高速度下联调联试检测和评价技术体系[7-9]。

4.3 检测技术智能化

检测技术历经第1代简易化、模拟化测试技术，第2代数字化、无线化测试技术，未来应着力打造试验测试技术3.0版，实现第3代智能化、协同化测试，即适应移动互联网时代趋势，将物联网、人工智能、工业机器人等前沿技术运用于联调联试，实现测试技术和装备的智能化升级，并把各自为政的多个检测系统整合起来，开展大数据分析和大系统评估。

国际先进测试技术发展很快，包括利用分布式声波传感技术进行轨道及车辆缺陷识别、利用非接触测量技术和无线传感网络开展基础设施状态监测、基于卫星定位技术开展检测列车追踪、通过振动发电实现无电源监测等。在未来应进一步提升测试技术和装备手段，充分借鉴国际先进测试技术和我国航空航天测控手段，率先研发一批具有全球领先的轨道交通测试技术。

研究实现工务工程、牵引供电、通信信号、信息化、振动噪声数据自动检测方法及异常值自动判别技术，实现数据自动采集、传输、分析、处理、报表生成等，提高工务工程、牵引供电、通信信号、信息化等联调联试数据分析自动化水平。研究基于机器学习、专家系统的故障智能诊断技术，提取各专业典型故障特征并建立知识库，对于检测数据进行机器学习、建模、训练，实现对于缺陷、大值和趋势变化的智能诊断分析[10]。

4.4 数据分析深入化

目前联调联试数据缺乏顶层设计，检测系统和数据分析系统分散建设、分散应用和分散管理，呈现多元性和异构性，表现为数据来源、数据结构、存储模式、数据标准和应用平台的多样性。要加强各专业智能化数据分析、多专业融合分析，充分利用好历史数据，深入分析总结提炼设备状态规律，进一步优化、完善联调联试评价体系。

继续开展轮轨关系、弓网关系、列车空气动力学联调联试数据融合分析研究，研究检测数据叠加、数据可视化、多图联动技术，研究被测对象、周边环境和构筑物平行仿真技术；研究联调联试大值报警、线路质量TQI、GSM-R场强覆盖和服务质量、环境噪声振动、声屏障降噪效果等图数协同技术；研究全生命周期的数据管理模型，提出高速铁路联调联试大数据管理总体技术方案；充分利用好历史数据，深入分析总结提炼设备状态规律，研究大数据存贮管理和分析系统，探索设备状态变化等可视化分析应用，完成联调联试大数据管理及分析应用平台研发。

5 结束语

经过十余年的技术积累和工程实践，联调联试发展成为一个涉及铁路各个系统、各个专业、各个环节的综合性、系统化、实时型试验工程，已经成为高速铁路这张亮丽的国家名片的重要组成部分，保障了高速铁路安全、高速、平稳运行的要求。按照新时代铁路建设高质量发展要求和智能高速铁路发展趋势，联调联试在智能高铁测试内容和评判方法、检测技术智能化等方面仍有一系列难题需要攻克。因此，高速铁路联调联试的发展依然任重道远、大有可为。