基于VB程序的轨道质量检测数据分析系统

李文至，范彬斌，马 霖

（1.中国铁路北京局集团有限公司 保定工务段，保定 071000；2.河北大学 国际学院项目建设与质量保障办公室，保定 071000）

随着近年来铁路速度的不断提高，铁路企业对轨道结构的要求越来越高。铁路列车能否稳定、安全地运行，关系到人们的出行安全及乘车舒适度，因此，如何保证铁路行车的稳定与安全是铁路运输最基本的要求[1]。为了提高列车的平稳性，工务作业人员要对铁路线路晃车的情况进行实时动态分析检测，以维持铁路线路质量在安全限界内。但是，目前工务段使用的车载式晃车仪输出数据冗余复杂，不能直观地解决现场问题，需要经过人工对大量数据进行处理，方能指导现场工作。因此，为了科学合理地指导铁路轨道修理工作，确保轨道设备质量可靠、安全受控，工务作业人员就需要对轨道检测数据进行科学精细的分析，确定设备优先修理等级，掌握轨道设备质量发展变化趋势。

1 设计原则

线路晃车是指铁路线路列车在行驶的过程中，因为线路的连续周期性不平而产生的受迫震动。在铁路行车过程中，晃车是一种经常发生的现象，会对线路造成一定的破坏，严重时会影响行车安全。因此，实时地分析轨道检测数据，有针对性地指导维修作业尤为重要。

目前，用于轨道检测的设备主要包括轨道检查车、添乘仪、智能检测仪、探伤车和机车动态检测仪等，这些设备可以定期对轨道进行监控、检测，其中，工务设备检查的内容包括轨道几何尺寸、设备状态、钢轨伤损情况等[2]。目前，通过轨道检测设备得到的原始数据主要为行别、线路里程、水平加速度、水平加速度等级、垂直加速度、垂直加速度等级、水平加速度峰值、垂直加速度峰值和报警次数等，这些数据需要经过大量的分析比较才能被用于指导现场工作。

本文研发的基于VB程序的轨道质量检测数据分析系统（简称：检测数据分析系统）的检测数据主要依据车载报警数据的垂直（水平）加速度大小、报警频率[3]。将以上数据与段管内台账进行比对核对出段管内问题地段，具体分析原则如下。

（1）以车载报警次数为导向，根据原始数据中晃车水平加速度次数和垂直加速度次数，以及晃车位置里程差，按照“里程差固定，先多次，后少次”的原则依次输出疑似病害处所。

（2）以车次为导向，筛选同一车次中通过段管内超过车载报警上限的车辆，并剔除该车辆对应的不良数据，同时，输出异常报警车辆数量及车次。

（3）以里程为导向，将疑似病害处所的里程与段管内道岔、桥隧，以及对应段管内车间的台账进行匹配。输出轨控薄弱地段的具体管辖车间，并根据报警情况有针对性地对该车间维修作业进行定位整修。

（4）以周期为导向，按照维修检查周期，定期输出报警地段，对车间的检查整修情况进行评估。

2 功能模块

监测数据分析系统包含 4个功能模块 ：车载不良报警模块、车载晃车仪日报表生成模块、轨控薄弱地段分析模块、车间作业质量评价模块[4]，如图1所示。

图1 检测数据分析系统功能模块

2.1 车载不良报警模块

机车在行驶过程中难免出现机车故障的情况，这种情况一般反映为机车连续报警或机车不良报警，当机车连续报警时，表明检测线路连续出现故障（线路质量连续不合格），显然，在机车连续报警时检测的线路数据是不准确的，这些不准确的数据将会对轨道质量分析产生偏差，因此，在分析轨道数据之前，剔除不良数据变得尤为重要。

车载不良报警模块的作用就是筛选机车车辆异常报警数据，并直接导出异常报警的车辆信息，便于铁路相关部门及时维修。本文以机车号X的列车在京广（北京—广州）上行的晃车监测数据为例，展示车载不良报警模块的导出数据，如表1所示。

表1 车载不良报警模块导出数据示例

2.2 车载晃车仪报表生成模块

车载晃车仪报表生成模块的主要目的是剔除车载不良数据或因机车性能影响产生的异常数据，并对处理后的数据进行统计。该模块能够统计车载不良报警地段的里程、车载水平加速度（垂直加速度）报警次数，将以上统计数据与段管内具体设备台账进行匹配，自动识别生成段管内所辖车间的线路设备具体情况，从而为站段有针对性地维修决策提供事实依据。

车载晃车仪报表生成模块的作用是将车载式晃车仪数据按照线别、行别、车间，分别统计200 m（200 m为可设定阈值）范围内，车载式晃车仪对应的水平加速度一级分、垂直加速度一级分；水平加速度二级分、垂直加速度二级分；水平加速度三级分，垂直加速度三级分；水平加速度四级分、垂直加速度四级分处所的晃车次数。以某铁路线路的上行109.844～110.058 km为例，通过车载晃车仪报表生成模块处理后的报表如表2所示。

表2 车载晃车仪报表生成模块报表

2.3 轨控薄弱地段分析模块

轨控薄弱地段分析模块能够环比分析原始数据，并重点记录某处车载报警地段的垂直加速度和水平加速度次数，例如，某铁路线上行线路段109.844～110.058 km车载重复地段，有30处车载二级报警，其中，水平加速度的车载报警次数为29次，垂直加速度的车载报警次数为1次，因此，可以将水平加速度的峰值为0.13 m/s2、垂直加速度的峰值为0.15 m/s2写入分析报告，为站段维修的方式提供参考。

垂直加速度是线路纵向高低偏差而产生的加速度，与铁路线路的三角坑和水平有很大的关系[5]，一般容易出现的地点是在桥台、涵体前后、道岔尖轨部分、道岔与道岔之间的渡线。相关车间可以根据垂直加速度峰值及重复次数对病害处所安排捣固、撤垫板等作业，同时结合现场检查情况可安排次年清筛等大修计划。

水平加速度值一般由钢轨硬弯、轨距变化率不良、曲线及道岔区连续小方向等情况导致[6]。常见的问题如下：线路扣件松动，钢轨直线区段交替不均匀磨耗，曲线超高设置与既时速度不匹配（如欠超高、过超高），水平和轨向的逆向位复合不平顺、轨枕失效、翻浆冒泥[7-8]。车间可以根据水平加速度峰值及重复次数安排打磨、改道、拨道等维修作业，结合现场检查情况可安排更换轨件等大修计划等项目维修。

2.4 车间作业质量评价模块

车间作业质量评价模块统计出一定周期内（根据现场整修情况自定义时间段）车载日报表情况，纵向对比此周期内车载报警地段是否存在重复报警问题[6]。记录纵向周期内重复报警地段并输出地段里程及车间信息，对车间作业质量的评价提供一定依据。

3 作业质量评价程序设计

本文以作业质量评价为例，对程序设计的思路、算法流程进行介绍。使用VB程序读入功能读取原始数据。作业质量评价程序流程，如图2所示。

图2 程序控制语句流程

步骤 1：假设车载晃车仪作业范围内，车辆报警次数为G，各个列车的报警次数依次为G1,G2,···,GN；车辆报警阈值为H=(G1,G2,···,GN)/N。当GN≥H时，输出异常报警，否则继续下一个流程。

步骤 2：设第1处车载报警地点为X1，第2处车载报警地点为X2。以此类推，第N处车载报警地点为XN。设置初始值如下：M1=X2-X1，M2=X3-X2，···，MN-1=XN-XN-1。若Mi≥F（F为可设定阈值），则输出断点i的数值，输出里程范围为（Mi+1, M1)，然后从第i+1个值开始继续循环步骤2操作。

步骤 3：将导出的行别数据、线别数据、里程范围、水平加速度、垂直加速度等参数值通过VB程序写入分析报告。

步骤 4：通过VB的时间查找功能，设置一定周期，将导出的行别、线别、里程范围，水平加速度峰值、垂直加速度峰值通过VB写入分析报告。

4 程序实现及应用

应用轨道质量检测数据分析系统后，通过引入车辆报警阈值，将报警次数大于阈值以外的数据自动筛选为不良数据，剔除不良数据，使分析数据准确性提高，精准指导站段决策。通过对报警点进行标记，标记点之间叠加做差，对连续报警地点在设定阈值范围的数据进行归类，进而统计出连续报警地段及该地段内报警次数、报警等级及峰值，减少了人工处理数据时的冗杂程度。在后期数据维护时，只需调取一段周期内的报警数据，即可直观显示该周期内某车间的报警程度，进而评估在周期内车间维修作业质量。

以某铁路线上行109.844～110.058 km日检查分析报表为例，导入车载式晃车仪原始数据后自动生成车载异常报警数据为0处，异常报警车辆为0辆。在该路段里程范围内车载报警处所按区段直观显示报警次数，同时直观读取垂直加速度峰值和水平加速度峰值，并写入报告。通过该报告，专业科室可以直观地、更快捷地指导现场工作。当然，在实际工作中，需要监测的里程范围要远远大于示例里程范围，数据量也远远大于示例数据量，这反而更能体现检测数据分析系统的便捷性和高效性。

5 结束语

文章通过对轨道质量检测数据进行分析，规范了分析方法、数据流程。使用轨道质量检测数据分析系统对原始数据进行分析整合，分析数据更为直观、便捷。将分析结果应用于现场生产，对于现场整修作业具有指导意义。对比目前采用人工筛选数据的过程，基于VB程序的轨道质量检测数据分析系统无论从时效性还是准确性方面均有较大的优势，应用于站段的检测分析工作，车载晃车三级报警次数明显减少，在一定的周期范围内提高了工作效率。下一步，本文将继续针对车间管辖线路周期性维修作业质量进行评价，以便于清晰地反映一段时间内线路维修保养情况。