轨道检查列车的现状及发展趋势

轨道检查列车的现状

及发展趋势

张育飞

2007-11-5

目 录

第一章 绪论 ............................................................................................................................. 3

第二章 国外轨道检查车技术 ................................................................................................. 4

2.1 日本East －i 综合检测列车 ....................................................................................... 4

2.2 美国Ensco 和ImageMap 公司轨检车 ......................................................................... 5

2.3 奥地利Plasser 公司EM －250型轨检车 ................................................................... 5

2.4 德国OMWE 和RAILAB 轨检车 ....................................................................................... 5

2.5 意大利“阿基米德号”综合检测列车 ....................................................................... 6

2.6 法国MGV 综合检测列车 ............................................................................................... 7

第三章 我国的轨道检测车 ..................................................................................................... 8

3.1 GJ-3型轨检车 .............................................................................................................. 8

3.2 GJ-4型轨检车 .............................................................................................................. 8

3.2.1 GJ-5的原理及应用 ............................................................................................ 18

3.2.2 GJ-5型软件的自主研发 .................................................................................... 19

3.3 轨检车的应用情况及优缺点 ..................................................................................... 22

3.3.1 上海局的管理 ..................................................................................................... 22

3.3.2 济南局的管理 ..................................................................................................... 23

3.3.3 TQI指数的优缺点 .............................................................................................. 25

3.4 我国轨检车技术发展方向 ......................................................................................... 27

3.5 轨检车发展趋势 ......................................................................................................... 29

第四章 结论与建议 ............................................................................................................. 31

4.1 运用综合检测列车是必然选择 ................................................................................. 31

4.2 提高检测可靠性是轨道动态检测技术的发展方向 ................................................. 32

4.3 建立科学合理的轨道动态检测评价体系 ................................................................. 34

致 谢 ..................................................................................................................................... 36

参考文献 ................................................................................................................................. 37

第一章 绪论

轨道检测的设备主要是轨检车。我国XGJ-1准高速（140~160km/h)轨检车可检测13项内容，包括：左右轨的前后高低、左右轨的轨向、水平、左右轨的不平顺、曲线外轨超高、曲线半径、轨距、线路扭曲、车体水平和垂直振动加速度、左右轴箱垂直振动加速度等。除检测轨道几何形位外，还可以从轮轨相互作用和行车平稳性等方面对轨道状态作出综合评价。

轨检车由检测装置和数据处理系统两大部分组成。检测装置包括：惯性基准轨道不平顺测量装置、光点轨距测量装置和多功能振动测量装置等。数据处理系统包括：模数转换器、计算机、打印机等组成。

轨距检测采用光电式轨距测量装置，应用光学、磁学和电学原理，通过不同的传感器把轨距几何量值的变化转换成电容、电感和电流或电压等电气参数的变化，实现动态条件下轨距的无接触测量，这种测量方法不仅适用于常速轨检车，在高速轨检车上也普遍适用。测量前后高低和左右水平时，采用惯性基准轨道不平顺测量装置。该装置应用质量-弹簧-阻尼系统构成惯性基准，对轨道不平顺和水平进行测量。车体和轴箱振动加速度检测采用多功能振动测量装置。

轨检车载数据处理系统能对测试结果进行实时处理。由各检测装置测得的模拟信号通过模数转换器转化为数字信号，输入计算机进行分析和处理。处理结果打印成图表，给出某段线路上各检测项目的平均值、标准值、各级超限峰值几最大超限值、累计超限罚分值等。同时，模拟信号还被记录在波形记录仪或模拟磁带机上，供进一步分析和处理用。

发达国家大多数拥有自己研制生产的中高速或高速轨检车。在高速轨检车上，激光、数字滤波及图象处理技术得到广泛应用，以计算机为数据处理主体，对轨检信号进行模拟与数字混合处理，确保检测结果不受轨检车运行速度和运行方向的影响。与发达国家相比，我国轨检车的性能和应用标准还存在一定差距，主要表现在：尚没有高速轨检车，现有的准高速轨检车也主要靠引进国外技术制造；部分关键传感器未能国产化；对轨检车的检测数据还不能充分利用。这些都是急待研究和改进的地方。

第二章 国外轨道检查车技术

2.1 日本East －i 综合检测列车

East －i 是日本完全利用其国内技术开发的综合检测列车，由6辆检测车组成，可以检测轨道几何参数、接触网、通信信号、轮轨作用力、环境噪声等，最高检测速度可达 275km/h。该轨道检测系统安装在列车的第3号车辆上，这个车辆采用了与实际运行车辆相同的两个二轴拖动转向架结构。

East －i 综合检测列车可在一次运行过程中实现对线路的综合检测功能，但各检测项目之间的检测数据并不综合到一个统一的中心，各检测单元有各自独立的数据显示、记录、转储和地面分析、处理、维护管理决策等系统，全系统仅有位置、时间和速度是统一的。

图2-1 日本East －i 综合检测列车

East－i 综合检测列车是相对成熟的产品，在保障日本高速铁路的运行安全中发挥了重要的作用。其轨道检测方法为弦测法，而目前国内轨检车和世界绝大多数国家轨检车普遍采用惯性基准法，在测量原理上采用两种不同的技术路线。

一般认为，弦测法传递函数收敛性差，East －i 采用了相应的修正方法。由于弦测法不能全部真实反映轨道状况，在复原及逆滤波处理时仅能换算到40 m波长的测值，因此该方法存在一定的缺陷。惯性基准法受速度影响较大，不适宜低速检测，在高速时更具优势。另外，East －i 整套设备及软件均为日本的品牌和自主开发的产品，与我国设备和软件的兼容性差，

不利于系统的后续使用和二

次开发。

2.2 美国Ensco 和ImageMap 公司轨检车

美国各铁路公司均拥有自主研发的轨检车，美国联邦铁路署还委托Ensco 公司研制了技术先进的T10型轨检车，用于抽查各铁路公司的线路质量。T10型轨检车采用惯性基准测量原理和非接触式测量方法，应用光电、伺服、数字滤波、局域网技术，最近还增加了钢轨断面测量系统，使轨检车的功能更加齐全，检测速度可达192km/h。

ImageMap 公司研制的Laserail 轨道测量系统采用激光摄像、高速图像处理技术取代了光电伺服技术，体现了轨道检测技术的发展方向。它采用惯性基准原理、非接触式测量方法，系统包括两个光纤陀螺和两个加速度计及其模拟处理板，4个激光器、10台摄像机等，可测量轨距、左右轨向、左右高低、超高、水平、三角坑、曲率、钢轨顶磨和侧磨等。检测速度可达300km/h。

2.3 奥地利Plasser 公司EM －250型轨检车

为适应奥地利高速铁路的检测需要，奥地利EM250型轨检车检测速度为250km/h，其主要技术特点是采用惯性基准原理、光电转换技术和多处理技术等，除了测量轨道几何参数和车辆振动参数外，还能测量钢轨断面、轮轨作用力并记录环境图像EM250 型轨检车有两种途径评定轨道质量：

1）采用ADA －Ⅱ 程序来获得轨道质量系数，评定轨道区段的整体不平顺状态；

2）采用ADA －Ⅲ程序来判断超过规定限界值的幅值大小，并对不同等级轨道病害进行分类和统计并能及时发现危及行车安全的轨道病害，又能评定单元区段的线路质量。

2.4 德国OMWE 和RAILAB 轨检车

德国OMWE 轨检车和RAILAB 轨检车的技术特点是在车下建立测量框架，在车内安装与框架相连的三轴稳定性平台，采用3个陀螺和3个伺服加速度计组成了惯性导航系统，为轨道几何参数的测量构建了惯性平台，结合安装在测量框架上

的光电传感器，测量相对平台的位移量，经计算机处理合成即可得出轨道的高低、水平、轨向值。检测速度可达300km/h。轨道质量状态的评定方法包括：摘取超限峰值，判断和统计超过A 、B 、C 三个等级的个数和长度，以及计算500m 区段的轨道质量指数TQI 、起拨道指数和捣固指数。

2.5 意大利“阿基米德号”综合检测列车

“阿基米德号”综合检测列车又称 Roger2000，是 MER MEC 公司和TECNOGAMMA 公司为意大利铁路设计制造的，检测速度可达220km/h。检测项目包括轨道几何参数、钢轨断面、钢轨波浪磨耗、接触网及受流状态、通信和信号、车体和轴箱加速度、轮轨作用力等。车上有57台计算机，每秒钟可处理30G 数据，有24个激光器、43个光学摄像传感器、47个加速度计以及大量的强度速度、定位以及温度传感器，以及用于航空电子领域的惯性平台。

图2-2 意大利“阿基米德号”综合检测列车

意大利高速铁路使用“阿基米德号”综合检测列车已经形成了一整套检测和维修养护体制。综合检测列车各子系统有独立的存储数据库，在速度、时间、空间上保持同步，所有子系统的检测数据集成到车载中央数据库，由中央数据库将数据通过无线网络传输到地面的RFI 数据处理中心进行综合分析、比较，从而制定科学的维修保养计划，指导养护维修。其轨道检测在较低速度时采用弦测法，在较高速度时采用惯性基准法，较好地发挥了两种测量原理的优势。

2.6 法国MGV 综合检测列车

目前在法铁的线路上主要应用着三种检查车，分别为Mauzin 、Helene 和Melusine 。

Mauzin 主要用于轨道几何参数的检测，可以检测轨面高低、断面、方向、扭曲、轨距等项目，采用13m 和65m 弦，检测速度可以达到200km/h，目前在法铁的高速线上有5辆Mauzin ，每年对线路检测2～3次。

Helene 主要用于信号的检测，可以测量轨道电路中电流的强度、纵横向交叉对话、轨道的横向阻抗等，检测速度200km/h，每两个星期对线路检测一次。

Melusine 主要用于检测列车的舒适度以及钢轨断面的绘制，可以测量列车的位置和速度、转向架和车体的加速度、受电弓、钢轨表面、接触网电流等到项目，检测速度300km/h，每15到30天对线路进行一次检测。

MGV 是专为法国高速铁路研制的综合检测列车，该列车的主要特点是集成以上各系统，并实现检测速度达到320km/h，这样在正常运营（发车间隔3～4分）的情况下就可以对线路设备进行检测，轨道几何的检测实现无接触化。在MGV 检测列车中采用采用法国既有成熟的动力集中式TGV 动车组，8节车辆的编组：

Coach 1：用于测量车体、轴箱等加速度，测量钢轨断面并进一步计算轨道的几何形位；

Coach 2：用于接触网检测，受电弓接收到的电流、弓网的动力学参数以及磨耗情况；

Coach 3：用于信号检测，信号的传播、信号传播的速度、同轨道的固定接触；

Coach 4：其它杂项，如列车与轨道的通话，GSM ，列车定位、列车速度、风力等。

其它车辆分别由餐车、卧铺车等组成。

该车检测项目比较齐全，几乎包括了从接触网及受流状态、通信信号、轨道几何、钢轨断面、钢轨表面、线路环境数字图像、扣件、轨枕、道碴等各项基础设施和运行状态。

第三章 我国的轨道检测车

随着我国铁路提速战略的实施，对列车的安全、舒适性提出了更高的要求，同时运行速度的提高和重载列车的开行，对轨道的破坏作用加大，导致轨道状态的恶化加剧。因此，加强轨道动态检测力度，及时掌握轨道质量状态，正确指导线路养护维修，确保铁路运输安全，已成为铁路工作中的一项重要基础工作。

截至2004年底，中国铁路现役轨检车按检测系统类型划分为四类共计26辆：GJ-3型（7辆）、GJ －4型（12辆）、GJ －4G 型（1辆）、GJ －5型（6辆）；按车辆速度等级划分为：120km/h 等级（11辆）、140km/h 等级(12辆）、160km/h 等级（3辆）。

3.1 GJ-3型轨检车

GJ-3型轨检车的技术特点是采用惯性基准原理、运用传感器技术和计算机技术，直接以传感器电压信号作为不平顺超限根据，计算机直接采集超限等级和数量计算扣分，笔式绘图仪记录不平顺波形，可以检测高低、水平、三角坑、车体垂直和水平振动加速度，但轨距、轨向尚无法检测。GJ －3 轨检车的电路大多采用20世纪70年代末至80年代初的分离式元件，稳定性差，加之安装时间跨度大，即使同一种仪器使用的元器件也不尽相同，接口也不完全一样，造成了备件选择和备用上的极大困难，养护维修难度很大。

3.2 GJ-4型轨检车

GJ －4型轨检车在美国T10型轨检车的基础上，采用惯性基准原理，应用“传感器—模拟信号处理—数字信号处理”组成的综合补偿系统对各种误差信号进行补偿修正，检测项目比较齐全，除评价线路质量状态的轨距、轨向、高低、水平、三角坑以及车体水平和垂直振动加速度等指标外，还可识别道岔、道口、桥梁等地面具有显著特征的标志物，方便工务人员查找轨道病害处所。

图3-1 GJ-4 轨道检测车

GJ-4在测量轨距、轨向的光电伺服机构存在以下3个方面的问题：

①轨距吊梁对行车安全构成威胁。随着轨检车运行速度的提高，轨距吊梁所受的振动和冲击力大大增加，严重恶化了工作环境，加速了轨距吊梁的疲劳断裂。目前繁忙干线行车间隔只有几分钟，一旦出现轨距吊梁断裂、脱落，将对后续列车的行车安全构成重大威胁。

②装在轨距吊梁上的检测设备故障率较高。随着列车运行速度的提高，安装在轨距吊梁上的光电伺服机构的故障率呈现增长态势。另外，北方寒冷地区一年有3～6个月光电伺服机构由于结冰而无法正常工作，部分地区由于风沙也经常导致光电伺服机构移动失常。

③轨距吊梁在特定检测速度下产生共振，导致检测数据失真。运用中发现，检测速度达115km/h 甚至140km/h时，由于轨距吊梁产生共振，导致轨距轨向波形出现典型的谐波波形，检测数据严重失真。

GJ-4型轨检车检测系统，采用了先进的模拟－数字混合处理系统。传感器信号首先进入信号转接及监视装置后，送入信号模拟预处理装置进行预处理。预处理后的信号再通过信号转接及监视装置后进入计算机数据处理系统，根据数学模型进行信号解偏、修正、补偿、滤波、合成计算出轨道几何参数，同时进行检测数据统计分析、摘取超限值、打印报表、存贮显示。几何参数经DA 变换，再经信号转接及监视装置后送到绘图仪记录波形。系统框图如图3-2所示。

图3-2 GJ-4型轨检车检测系统框图

图注：

BVA ——车体垂直振动加速度传感器；BLA ——车体水平振动加速度传感器；LJBA ——左轴箱振动加速度传感器；

RJBA ——右轴箱振动加速度传感器；CAS 陀螺平台：ROLL ——滚动速率陀螺；YAW ——摇头速率陀螺；INCL ——倾角计；DT1——车辆一位转向架构架与车体间位移计；DT2——车辆二位转向架构架与车体心盘间前位移计；

DT3——车辆三位转向架构架与车体心盘间后位移计；LPDT ——测量轴左侧轴箱与车体间垂向位移的位移计；

LACC ——LPDT 车体固定端上方安装的垂向加速度计；RPDT ——测量轴右侧轴箱与车体间垂向位移的位移计；

RACC ——RPDT 车体固定端上方安装的加速度计；ALGN ——轨距测量梁中央部位安装的轨向测量加速度计；

ALD ——地面标志测量传感器；TACH/R——右光电编码器；TACH/L——左光电编码器；LKAM ——左轨距光电传感器；

LGDT ——左轨距位移计；RKAM ——右轨距光电传感器； RGDT——右轨距位移计；LMOTO ——左轨距驱动马达；

RMOTO ——右轨距驱动马达；PATCH PANEL ——信号转接及监视装置；OSC/DEM——轨距调制解调装置；

SCU ——模拟信号处理装置；SP ——轨距功放装置；MFI ——多功能接口板；POWER SUPPLY——电源装置。

（1） 轨距

如图3-3所示，轨距测量装置由原理和结构完全相同的左右两个子装置组成。它们各自测量左轨及右轨的轨距变化分量。两个轨距分量之和可得到轨距值。左右轨距测量子装置均包括五个部分：光电传感器、调制解调器、信号处理器、功放、伺服机械。光电传感器和伺服机械安装在车体下面的测量梁上。调制解调器、信号处理器及功放安装在车内。光电传感器位于轨顶面斜上方，与钢轨内侧面轨距点之水平距离为D gsL (D SbL ) ，与测量梁上伺服马达水平距离为D sbR (D gsR ) 。左右马达间距为D 。光电传感器发出的光束以α角投射到左(右) 轨面下16mm 处，漫反射光被光电接收器接收。

当钢轨产生位移使轨距变化时，光电传感器感受其变化并输出相关电信号，经调制解调器处理后，成为与轨距变化成线性比例的电压信号。再经信号处理器、功放、驱动马达、使光电传感器在伺服机械的推动下，跟踪钢轨位移。轨距计算如下：

S =D gsL +D SbL +D +D sbR +D gsR

S =S L +D +S R

式中：S L 为左轨距分量；S R 为右轨距分量。

图3-3 轨距测量装置

（2） 曲率

曲率定义为一定弦长的曲线轨道(如30m) 对应之圆心角θ(度/30m)。度数大，曲率大，半径小。反之，度数小，曲率小，半径大。轨检车通过曲线时(直线亦如此) ，测量车辆每通过30m 后车体方向角的变化值，同时测量车体相对两转向架中心连线转角的变化值，即可计算出轨检车通过30m 曲线后的相应圆心角θ的变化值。

测量曲率的传感器分布如图3-4。摇头速率陀螺YAW ，测量车体摇头角速率；位移计DT 1测量车体一位端的心盘处与一位转向架构架间的相对位移；位移计DT 2、DT 3测量车体二位端心盘前后两侧与二位转向架构架之间的相对位移；光电编码

器TACH 提供速度距离信息。

图3-4 测量曲率的传感器分布

由于一阶模拟滤波器在处理模拟时间域信号时，其频率特性是固定不变的，但在处理YAW 所表示的空间域频率信号时，其频率特性就是变化的了。因此，一阶模拟滤波器输出信号经采样，进入计算机还需进行数字滤波处理。数字滤波的作用，是对一阶模拟滤波器引起的频率特性变化进行校正，使得模拟滤波和数字滤波混合处理后，在设计的通带范围内，空间域幅值特性不受列车运行速度的影响。

曲率测量的信号流程如图3-5。摇头速率陀螺输出信号经B(s)一阶模拟滤波处理后，进入计算机，再进行数字处理。C(z)为一阶数字滤波器。C(z)的输出，是单位采样距离对应的车体方向角∆ϕc /∆x 。用安装于一位转向架构架与车体间的位移计DT 1测量一位转向架构架与车体间的位移d 1。用安装于二位转向架构架和车体间的位移计DT 2和DT 3，测量二位转向架构架与车体间的位移d 2。由d 1和d 2计算出单位采样距离相应的车体与两转向架中心连线间相对夹角∆ϕc t /∆x 。

通过

∆ϕc /∆x 和∆ϕc t /∆x 的结合计算出两转向架中心连线对应于单位采样距离的方向

角∆ϕt /∆x ，对信号∆ϕt /∆x 进行低通滤波，滤除不必要的波长成分，最终获得轨道曲率。

图3-5 曲率测量的信号流程

（3） 水平(超高)

水平定义为同一轨道断面两轨顶之高差。曲线上的水平称为超高。测量水平的传感器分布如图3-6。图中倾角计INCL 和滚动陀螺ROLL 用于测量车体的滚动角θc 。ROLL 测量θc 中的高频成分θc H 。INCL 测量θc 中的低频成分(包括车体静止时的倾角) θc l 。由于车体摇头会对INCL 输出产生附加影响，θc H 与θc l 之和为θc 。

YAW 为INCL 提供补偿信号。

图3-6 测量水平的传感器分布

位移计LPDT 和RPDT 用于测量车体与轮轴间的相对夹角θc t 。车体滚动角θc 和车体与轮轴夹角θc t 相结合，计算出轨道倾角θt ，由θ

t 和两轨中心线间距离

(1500mm)计算出水平值。

首先INCL 输出的电压信号经过频率响应为F(s)的二阶模拟抗混迭滤波器处理，然后采样进入计算机进行数字滤波处理。由于二阶模拟滤波器处理模拟时间域信号时，其频率特性固定不变，但在处理INCL 所表示的空间域频率信号时，其频率特性有变化，因此二阶数字滤波器的作用在于校正模拟滤波器引起的空间域特性变化，从而使信号在设计的通带内具有不变的空间域幅值特性。水平测量信号流程如图3-7。

图3-7 轨道水平测量信号流程

（4） 高低

高低指钢轨顶面纵向起伏变化。高低采用惯性基准原理测量，得到高低变化的空间曲线，同时可换算成弦测值。测量高低用的传感器分布如图2-7。除了曲率和水平测量用到的传感器外，又增加了两个安装于车体底板上的垂直伺服加速度计LACC 和RACC ，LACC 和RACC 分别安装于位移计LPDT 和RPDT 顶部的车体底板上。LACC 和RACC 用于测量安装位的车体惯性位移。LPDT 和RPDT 分别检测LACC 和RACC 安装位车体与左右轴箱的相对位移。根据它们的测值进行必要处理，得到高低值。

惯性基准原理如图3-9。M 为车体质量，K 、C 分别表示其弹簧和阻尼。位移计LPDT(RPDT)测量车体与轮轴的相对位移W ，加速度计A 输出值a 的二次积分为车体相对惯性基准的位移Z 。图中加速度计A 即为前述LACC(RACC)。轨道高低不平顺值Y 的计算式为：

Y =Z -W -R

因轮子半径R 为常量，上式为：

Y =Z -W =⎰⎰adtdt -W

图3-8 测量高低所用的传感器分布

图3-9 惯性基准原理

高低的测量结果输出为空间曲线，由空间曲线向20m 弦测值的变换，是通过两个低通滤波器U(z)与V(z)相减来实现的，等价于一个合成滤波器的处理。合成滤波器W(z)的系统函数为：W (z )=U (z )-V (z )

（5） 方向(轨向)

方向指钢轨内侧面轨距点沿轨道纵向水平位置的变化。方向的测量采用惯性方法。方向测量包括两个部分：一部分是安装于轨距测量梁中央位置的伺服加速度计(ALGN)，用于测量轨距测量梁中央位置的横向惯性位移；另一部分是左右轨距测量装置所测得的左右轨距分量S L 和S R 。由惯性位移和左右轨距分量计算得

到左右轨的轨向。方向测量传感器安装与原理如图3-3和图3-10。方向测量的算式如下：

左方向：Y LX =Y (x )+D +S L 2

右方向：Y RX =Y (x )-D -S R 2

图3-10 方向的测量原理

伺服加速度计输出信号先经过频率响应为F(s)二阶模拟滤波器进行预处理，处理后的信号被采样进入计算机解偏后，再由与水平测量子系统中相类同的数字滤波器G(z)来处理，得到加速度信号的短弦中支距(SMCO)。由于加速度输出信号，包含着重力加速度、离心加速度以及振动等影响，因此还必须对其进行补偿或滤除。方向测量信号流程如图3-11。

图3-11 方向测量信号流程

（6） 扭曲(三角坑)

扭曲反映了轨顶的平面性。如图3-12，若轨顶abcd 4点不在一个平面上，c 点到abd 3点组成平面的垂直距离h 为扭曲。扭曲会使车辆产生3点支持1点悬空，极易造成脱轨掉道，特别是当列车从圆曲线向缓和曲线运行时。扭曲

h

计算公式为：

h =(a -b )-(c -d )=∆h 1-∆h 2

h 1为轨道断面I-I 的水平值， h 2为轨道断面II-II 的水平值。h 即为基

长L(断面I-I 与断面II-II 之间距) 时两轨道断面的水平差。由前述可知，水平已由水平测量系统测出，所以只要按规定基长取两断面的水平差即可得扭曲值。GJ-4轨检系统基长可变，目前设定为2.4m 。

图3-12 扭曲的测量原理

（7） 车体振动加速度和轴箱振动加速度

车体垂直和水平振动加速度及轴箱振动加速度测量是发现轨道病害，评价轨道平顺性，监测轮轨作用的重要手段。对200km/h线路而言，车体垂直及水平振动加速度是评价长波长轨道不平顺和旅客舒适度的重要指标轴箱振动加速度是评价轮轨作用和噪声的重要指标。通过振动测量，改进轨道不平顺管理，提高乘车舒适性，减轻轮轨作用力，增大了列车运行安全性。车体振动加速度测量用石英挠性伺服加速度计，而轴箱振动加速度测量采用变电容式加速度计。

（8） 地面标志自动测量ALD

轨道上的道口、道岔、桥梁、轨距拉杆等通常含有金属部件，所以可用安装于轨距吊梁中部的电涡流传感器来检测，把它标志在自动里程图上，这样可以方便准确地找出病害的位置。

（9） 速度及里程

轨检车轮对的转动驱动光电编码器同步转动。光电编码器每转一周A 相及B 相分别输出1000个脉冲，A 相输出与B 相输出相位差90︒。根据轮周和每周1000个脉冲可计算出脉冲间距l =πD /n ，通过计算机计算可得距离l ，而通过l 和时基计算可得到速度。

3.2.1 GJ-5的原理及应用

为克服GJ －4型轨检车轨距吊梁存在的上述问题，本世纪初我国铁路从美国ImageMap 公司引进了装备Laserail 轨道测量系统的GJ －5型轨检车。GJ －5型轨检车采用惯性基准法、非接触式测量方式，由基于摄像原理的轨距轨向测量系统取代光电伺服机构，所有传感器均安装在悬挂于转向架构架上的检测梁内，取消了轨距吊梁。由于经过一系列减震，检测梁工作时所受的振动和冲击大大降低，安全性显著提高，同时也消除了检测设备在特定检测速度下产生共振的可能性。由于不存在伺服机构的往复运动，检测设备的故障率也大大降低。其基本检测原理是：由光纤陀螺和加速度计构建该检测梁的惯性空间基准，通过激光摄像传感器和图像处理技术获得左右钢轨距检测梁的横向和垂向偏移值，通过坐标变换、数字滤波、合成处理等得到各项轨道几何参数。GJ －5 型轨检车的检测项目更加齐全。

图3-13 GJ－5型轨检车

GJ-5新型轨检车可以进行轨距、轨向、高低、水平、三角坑、曲率、车体加速度、钢轨波磨和钢轨磨耗及断面等项目的测量，其计算机系统由一台VME

计算机和数台Windows 平台计算机组成，采用TCP/IP协议组成车上局域网。VME 计算机负责数据采集和轨道几何数据的合成，由一台运行Windows2000系统的计算机作为服务器，负责与VME 计算机的通讯，获取检测数据，同时进行数据存储以及超限判别等工作。其余Windows 平台计算机可以运行相应的软件，通过网络与服务器通讯，完成几何数据显示、超限编辑、报表打印和里程校核等任务。ImageMap 公司提供了WinDBC 、DefectEditor 、DefectMonitor 、OnDemandReport 和TermiFlex 软件实现相应的操作。

3.2.2 GJ-5型软件的自主研发

2004年，铁道部已经引进了5辆GJ-5型轨检车，分别配属给铁道部基础设施检测中心、兰州铁路局和乌鲁木齐铁路局使用。在应用GJ-5型轨检车进行轨道检测工作的过程中发现外方提供的部分软件不能满足实际工作需求，存在超限编辑软件功能单一、报表生成软件效率低等问题，严重影响了正常检测工作。针对这些问题研发了超限编辑器、报表生成、超限数据分发和几何波形数据分发等车上数据处理软件。

（1） 超限编辑器

GJ-5型轨检车超限数据存储在服务器计算机的Access 数据库中。超限编辑器采用ADO 数据访问引擎。通过网络访问数据库，目前可以完成超限数据的检索、过滤、删除和恢复、公里超限扣分的计算、超限数据的导出和打印功能。配合车载GSM 短信模块还可以实现严重超限信息的即时发送，见图3-14。

图3-14 超限编辑器

软件的使用界面充分考虑了轨检工作的实际需求，各项主要操作采用按钮与快捷键结合的方式。显示的颜色和字体都可以方便定制，以便满足不同操作人员的需要。通过定制可以使得各级超限以不同的颜色和字体显示，不仅可以使严重超限更加醒目而且可以缓解视觉疲劳。软件可以对特定的超限类型、超限等级和里程范围等进行组合条件的过滤，数据表格中的超限数据不仅能够单选，而且支持Windows 风格的多选(shift或Ctrl) ，这样在超限的确认和删除操作上给与操作人员最大的方便。

公里输入框可以迅速定位到需要的公里处，并计算该公里扣分，也可以通过双击表格内的超限来计算当前公里的扣分。自动刷新功能可以按照设定的时间间隔自动从服务器端获取最新的超限数据，减少了操作人员的操作。

在确认线路中的严重超限后，可以通过车载GSM 设备即时将超限信息以短信的形式发送到预设的路局工务维修管理人员的手机上，以便维修部门迅速进行处理，对于保障安全运营具有非常重要的作用。

软件还具有数据导出功能，可以将表格内显示的超限数据以Excel 的格式导出，便于其他应用。过滤显示后的数据也可以通过打印功能以所见即所得的方式打印出来。本软件还可以多实例运行，即同时运行多个超限编辑器，分别打开不同的检测数据，这样可以在检测过程中查看历史数据，以便更好地进行超限的确认工作。

（2） 报表生成软件

报表生成软件可以完成报表的生成、预览、打印，区段数据的导出等功能，见图2-14。可以对于数据库中任何的历史数据进行汇总，生成相应的严重超限报表、曲线数据报表、超限公里小结报表、轨道质量指数报表、波浪磨耗报表和区段汇总报表。

图3-15 报表生成软件

为了给工务维修部门提供更加详实的检测资料，报表生成软件可以将数据库内的特定区段的检测数据导出，结合超限数据查看软件，工务维修部门就能够获得更加完整的轨检车检测数据。在目前点对点检测的工作中，这样的功能保证了工务段可以更加有效快捷地得到管内的检测数据。

与外方提供的报表软件相比，新的报表生成软件不仅运行速度快，而且功能更加丰富，使用更加灵活。

（3） 轨道几何波形查看软件

ImageMap 公司提供给轨检车上使用的WinDBC 软，可以在计算机屏幕上显示波形数据，并提供数据测量、打印输出等功能，而且可以进行历史数据的比较，功能十分强大。但是，由于我们不具有相应的知识产权，不能够将该软件分发给工务段等部门使用，而且ImageMap 公司特有的GEO 文件形式比较复杂，不仅包括波形数据还包括其他的一些数据，导致文件较大，平均检测100km 对应60MB 的波形数据，不利于数据的分发。

自主开发的GJ-5轨检车波形查看软件，不仅实现了WinDBC 的主要功能，

而

且经过数据转换，压缩了文件，平均100km 数据仅要10MB 左右的空间，更方便波形数据的分发和存储(见图3-16) 。

图3-16 轨道几何波形数据查看软件

软件能够实现波形随意缩放显示，而且可以进行超限幅值的测量，并进行历史数据对比，可以将需要作业的地段打印出来，分发给作业单位，符合现场的应用习惯，方便了工务段维修作业管理。

目前，自主开发的软件都已投入实际应用，运行稳定可靠。不仅保证了检测任务的执行，而且为现场工务维修部门提供了更加丰富翔实的资料。GJ-5新型轨检车应用的自主开发软件的完成，为研发基础设施动态检测数据网络化应用、建立网络化的动态检测数据中心奠定了基础。

3.3 轨检车的应用情况及优缺点

3.3.1 上海局的管理

上海局是我国采用TQI 指导维修较早的铁路局。几年前，借上海局工务一体化改革之机，上海局在沪宁线各工务段先后安装了TQI 管理系统软件，并在沪宁线进行了TQI 数据采集，利用TQI 图表指导养护的系列试验。在试验的过程中，他们应用每月两次检查所得的TQI 数据，与现场静态检查结果进行对照试验，对TQI 指导线路养护维修的应用技术进行摸索，使TQI 数据和图表在计划编制、作业指导及轨道状态管理方面发挥了更大作用。

（1）在TQI

的应用，要求在分析动态波形图的同时，结合单元轨道区段的

TQI 值，根据TQI 值的不同来编制轨道养护维修计划，指导养护维修作业，逐步从经验性的维修制式真正过渡到针对轨道实际状态以数据为依据的科学维修制式。

在应用TQI 来指导养护维修之前，首先要有一个科学的TQI 管理限界值，超过TQI 限界值的轨道区段应编入养护维修计划。我国目前全路统一的15管理值，是在统计了全路13000多公里的基础上制定的，因此，上海局根据自身情况，制定了自己的TQI 管理值。

（2）注重动静结合，以动为主。每次检查后，由计算机打印出各工区的TQI 直方图，结合TQI 管理限界值，从图表中可以一目了然地发现TQI 为15的区段及较差线路的TQI 情况。各工务段在了解图表情况后，参照轨检车波形图，对TQI 较大的区段进行静态核查和记录，对线路变化情况进行原因分析，对多次的核查进行总结，然后有针对性地安排养护计划，必要时还可进行养护作业重心的调整。以强化薄弱环节和和轨道结构为重点，加强轨距、轨向和水平项目的养护，对检查、计划、作业、验收进行全过程的质量控制，以保证线路质量的稳步均衡提高。

（3）通过对TQI 技术的试验与应用，上海局正逐步形成一套行之有效的TQI 管理体系，使TQI 技术在养护维修工作中发挥更大作用。多年以来，TQI 技术在全局的应用得到不断推广，应用的效果也很明显。引用当年试验时的数据，97年、98年相比，TQI 的平均值由97年4月的12.77下降到98年6月的11.59，TQI 大于15的单元区段数量由97年4月的143处下降到98年6月的94处。数据表明上海局线路在应用TQI 技术后，轨道质量得到大幅提高。

3.3.2 济南局的管理

济南局也是我国探索TQI 较早，应用较好的一个单位。1991年开始，济南局就与铁科院合作，开展了采用TQI 指导线路维修的探索性实验，多年来，济南局已在全局推广，初步探索了一些规律和实施方法。

（1）首先，根据自身特点，确定TQI 管理值。

“TQI 管理值”就是把不同轨道结构类型、运量、速度的线路分为不同的管

理等级，与这些不同管理等级相适应的轨道质量指数的管理限界(上限) 值称之为TQI 管理值。

在确定“TQI 管理值”时，首先根据轨道结构类型，年通过总重，允许速度等条件，把线路划分为若干个区段，然后进行轨道实际质量状态的全面调查(人工) 和轨检车的TQI 检测。把人工调查确定的必须维修的区段列出，并查出其相应的TQI 值，通过统计分析，求出各区段线路应修的管理值，用TQI 表示。

需要说明一点，济南局在制定TQI 管理值时，并没有完全按照以上方法进行，由于受投资，施工能力，管理体制等条件限制，目前尚无法做到该修的就有钱修，就有能力修，因此管理值定的太小(标准太高) 应修的数量就会过大(超过投资能力和施工能力等) 则无法完成。所以，在当前投资、能力、体制等条件还不能完全满足线路应修的数量时，根据济南局实际情况，济南局制定了自己的TQI 管理值，见表3-1。

表3-1 济南局TQI 管理值

(2) 建立 “三级管理”体系，实行养修分开

采用轨道质量指数指导维修，必须有一个科学合理的管理方式和体制与之相适应。通过多年的探索实践，济南局建立了TQI 三级管理体系，实行了养修分开。

三级管理体系就是：①由路局负责掌握轨道质量指数的运用，制定TQI 管理值，编制维修计划的原则，并通过TQI 数据库的应用达到宏观管理，控制质量的目的；②工务段根据路局发布的TQI 管理值，结合轨道实际状态由技术室编制年度综合维修计划报局核查：指导工区编制月度保养计划并负责审批，③工区根据检测资料及时绘制“线路质量管理控制图”，结合现场调查编制月度保养计划，报段审批后执行，并严格控制轨检车的三级超限，一但发现立即组织消灭。

实行养修分开，1989年始济南局便开始了养修分开的试点。现已全面推开。大致做法是，以小机群‘开窗修’为前提，由工务段成立机械化维修工队。段线

路室根据TQI 管理值安排全段范围内的年度维修计划，由机工队负责实施全段的综合维修作业，工区只负责保养和临时补修。

(3) 对TQI 指导线路维修的认识

用TQI 指导线路维修，毕竟是个全新事物，在执行中仍有许多问题需要修正、解决和进一步完善，但它的检测手段先进、管理科学、计划安排重点突出、针对性强、投资效益高、线路质量均衡等优点却表现得十分突出。在探索阶段，济南局曾对1993年9月和1993年12月两次部轨检车的检查进行对比（表2-2），从TQI 对比看，线路质量有了明显的提高。他们认为：轨道质量指数能够真实地、准确地反映出轨道不平顺的质量状态，能够为各级工务管理部门对轨道不平顺状态进行宏观管理和质量控制提供依据，能够用于指导编制维修计划和指导养护维修作业。采用TQI 指导维修是工务工作深化改革迈出的重要一步，方向对头，路子正确，是我们应坚定不移走下去的一条路。

表3-2 济南局两次部轨检车TQI 资料比较

3.3.3 TQI指数的优缺点

在计算中，它仅考虑了超限峰值的大小和多少，没有反映超限长度的影响，没有反映轨道不平顺变化率和周期性连续不平顺所产生的谐波的影响，不能全面评价轨道区段的平均质量状态，因此存在明显的缺陷。例如，图3-17(A)、(B)分别表示同一检测项目两段相同长度的轨道几何状态波形图，如果利用第一种方法评价轨道质量，因为图(A)有一处三级超限，图(B)无三级超限，故(A)图的扣分数比(B)图高，表示(A)图的轨道质量比(B)图差。但是从相对零线的离散性来看，(A)图显然比(B)图小，采用第二种方法使所有测点的幅值参与运算，其标准差计算结果是(A)图比(B)图小，说明轨道区段(A)的平均质量状态比(B)区段好，符合轨道的实际情况。由此可见用轨道整体不平顺的方法评价单元轨道区段的平

均质量更加准确、合理。同时，评分法计算方法本身的特点决定了动态检测的结果不可能具有良好的重复性，不是一个准确的数量指标；数值范围从零至几千，与轨道状态的对应关系不明确。因此评分法远不及TQI 具有科学性。

图

A

图 B

图3-17 评分法比较图

采用TQI 评价体系，用TQI 指导线路维修，将较评分法有如下优势：

(1)检测方法科学，手段先进，利用新型轨检车，七项指标从检测、处理、分析到最终评价轨道不平顺状态，全部数字化，由计算机完成。而且检测是在动态下进行，与静态检查相比，更符合实际，更能反映列车通过时轨道的实际状态。因此，TQI 的使用，使我们的轨道管理工作开始由静态为主向动态为主过渡，由定性管理向定量管理过渡，由经验管理向科学管理过渡。

(2)能够真实地反映轨道不平顺的实际状态，并且以数值准确地表示轨道区段的质量好坏和程度。现行的评价线路质量的扣分法是每个一级超限扣一分，二级超限扣5分，三级超限则扣100分．这种方式评价线路质量带有惩罚性，特别当线路超限情况处在临界点附近时，往往只有一毫米或更小些的差别，质量评定可相差达20倍，而实际上的质量差异却是很小的，而且扣分法仅对超限峰值进行加权计算，而不是所有轨道测点的采样值都参与运算，同一级扣分中只统计超限个数不考虑病害幅值的大小及波长等等，这都会导致对某些轨道区段评价的失真。而采用轨道质量指数评价线路，每200m 取800个测点，测七项指标，共5600个点全部参与运算，用七个单项参数的标准差之和作为TQI 指数。没有人为的奖惩思想干预，能够反映线路的真实质量。

(3)采用TQI 指导编制维修计划，突破了传统的周期性维修的框框。过去由

工区编制计划，不管状态如何，根据每公里平均单价计算维修费用，按周期两年或三年维修一遍，工区“各自为政”，只在各自管辖内的小范围里确定该修或不该修，往往造成真正状态不好的由于投资或能力不足却无法修，而在轨道状态普遍较好的工区，由于有投资、有能力、不急需修的也安排了维修。现在计划编制由段技术室负责，把TQI 值作为安排计划的依据，不考虑周期(当然，TQI 指数是受累计通过总重影响的) ，投资不吃‘大锅饭’，根据TQI 值情况，打破工区界限，哪里状态不好就修哪里。不怕工区能力不足，施工作业统一由段机工队负责。这样就把有限的投资真正用在最需要的地方，既有利于设备质量改善又节约了投资。

(4)采用TQI 指导维修，可以使线路在全长范围内保持质量均衡。简单地说，线路质量状态不宜要求过高，过高则不经济，也无必要。更何况投资有限，一个地方投资大质量过高，就有可能导致其他地方由于投资不足而失修。线路质量也不能要求太低，太低就会加速病害的发展甚至严重者会危及行车安全。采用TQI 指导编制维修计划，由于重点突出，针对性强，计划由段统筹安排，施工由机工队负责完成，该修的不会漏掉，不该修的也不会盲目安排，因此能够保证整个线路质量均衡。

GJ-4、GJ-5型轨检车采用模拟、数字混合处理技术，为一个捷联式系统。系统检测不受列车运行速度和方向的影响，精度高；由于采用数字滤波、计算机运算合成方式来得到轨道不平顺数据，从而仅仅通过修改计算机软件就可以很容易地改变系统可测波长等检测参数，系统有较大的灵活性；而且该系统以数字信号处理为基本处理方式，可靠性高，与以模拟处理方式为主的轨检系统相比维修量少。目前，为确保提速列车的安全、平稳运行，对轨检车的检测精度提出了更高的要求，检测的周期缩短，因而利用先进轨检车将会更加有效地、科学地指导线路的养护维修。

3.4 我国轨检车技术发展方向

随着《中长期铁路网规划》的实施和铁路跨越式发展战略的推进，为适应铁路提速的形势要求，解决GJ －4型轨检车轨距吊梁存在的种种问题，进一步提高

检测系统的检测速度和工作的可靠性，进一步丰富检测功能，采用更为先进的检测技术，正是我国轨检车的技术发展方向。

对GJ －4型轨检车进行改造，用激光摄像式检测梁取代光电伺服式轨距吊梁。GJ －4型轨检车的轨距吊梁在安全性、检测速度、测量精度等方面难以满足提速的要求，因此取消轨距吊梁的改造工作迫在眉睫。2003年铁道部基础设施检测中心对郑州铁路局DJ998416号GJ －4型轨检车进行了改造，采用基于激光摄像技术的轨距轨向测量系统取代了光电伺服机构，所有传感器均安装在悬挂于转向架构架上的检测梁内。在 35000km运用考核的基础上，该改造方案于2004年9月通过了铁道部运输局组织的技术审查。现在部分GJ －5型轨检车已投入使用，分别配属给铁道部基础设施检测中心、兰州铁路局和乌鲁木齐铁路局使用。表现出良好的检测性能。

轨检车是线路动态质量检查的主要手段，也是评定线路线路维修质量的重要依据。段要求轨检车评分合格率达到100%，消灭失格公里、减少三级病害、控制二级病害。

1、段调度或线路科维修主管必须按路局电报的通知，及时将轨检车检查线别、检查时间、检查车次通知相关车间。

2、在轨检车通过时，线路科维修主管要随车检查，必要时主管副段长也要随车检查；对检查出现的三级病害地点及时通知相关车间。

3、车间在接到轨检车检查通知后应积极部署工区做好线路补修、保养工作；在接到轨检车三级超限病害的通知后，车间要第一时间通知所在工区，并组织所在工区在24小时内整修消除，车间主任或副主任要亲自在现场盯控、组织整修，并及时填写《线路动态监测Ⅲ级偏差登记本》。并于2日内通过段局域网将反馈情况上报线路科。

4、工区在接到轨检车三级超限地点的通知后，必须做到24小时内整修消除，及时将现场情况及整修情况反馈车间并填写《线路动态监测Ⅲ级偏差登记本》；同时要求在整修当日的日计划或班组日记中体现消除，在设备检查记录本对应位置标注病害并消除。

3.5 轨检车发展趋势

1. 为了检查列车作用下的轨道真实状态，轨检车的检测速度、轴重、车辆走行部结构都应与列车相接近或一致。如:日本东海道新干线、东北新干线最高运行速度和最高检测速度分别为210km/h和240km/h。美国东北走廊最高运行速度和最高检测速度为205km/h。法国TGV 干线运行速度为300km/h，轨检速度160km/h，法国正研制新的轨检车以适应TGV 高速轨检需要。高速轨检车的发展，一定与高速铁路运行速度相适应。重载运输线路轴重增加，轨道结构相应加强，因此轨检车轴重应加重。加拿大TEST-III 轨检车的轴重从22t 增至33t 。南非EMV-80轨检车轴重由16t 增至28t.

2. 现代化轨检车有两种代表性检测系统。英国、加拿大采用了由传感器、模拟计算机、数字、计算机组成的捷联工系统。传感器信号通过模拟计算机处理得到轨道几何参数值。数字计算机对已获得的轨道几何参数进行摘取超限幅值、长度等统计分析和绘制图表。由于模拟计算机采用模拟处理方法，轨检车正反方向检测无法一致，这是该系统的主要缺点。美国ENSCO 公司的轨检车采用了由传感器、模拟与数字混合处理组成的捷联式系统。传感器信号经模拟数字处理后，得到轨道几何参数值，同时摘取超限幅值、长度等统计分析和绘制图表。由于模拟及数字处理特性相匹配，各误差信号进行完善修正与补偿，轨检结果不受速度和运行方向的影响，具有很高的一致性。因此，传感器、模拟及数字混合处理捷联式系统是今后高速轨检车发展的主要方向。

3. 高速线路上，轨道的短波不平顺，如波浪磨耗、扁疤、焊接部的凹凸不平等，引起轮对对轨道的巨大动力作用，并产生强噪声，长波不平顺将降低旅客乘车舒适度指标。因此，扩大不平顺检测范围，是高速轨检车发展中必须解决的一个重要课题。为减轻轮对的动力作用和噪声影响，对短波不平顺进行管理时，短波不平顺检测的波长范围大约在0.05m-3m 。从保障运行安全考虑，中波长检测范围约在3m- 30m 。为了满足旅客乘车舒适度的要求，长波长范围为30m 至80m 。日本磁悬浮列车要求检测波长不小于100m.

现代化轨检车中，计算机不单单是轨检数据处理工具，在模拟数字混合处理轨检系统中，计算机还是轨道几何参数检测的重要组成部分。轨检速度的提高、

检测内容的增多、数据处理工作量的增大，对计算机的采集、存贮、处理、传输提出了更高的要求。高性能微机的发展为轨检系统的小型化、低成本创造发条件。微机轨检数据检测处理系统将在轨道养护管理工作上广泛发展。通过轨检车在主机上可以完成线路综合曲线图，在领工区(专业公司施工队伍、检诊所、专业检查组) 和工务段技术科(检诊中心) 的终端上，每一次维修作业之后，根据其重要性进行量化处理(线路高度，打磨往返次数等) 。输出结果是进行维修规划的依据，从中可以清楚地看出线路地理条件变化的历史过程，可进行仿真优化。其结果在屏幕上显示，并能与系统进行对话。对它的分析研究可以针对某一特殊的里程点，也可以针对某一固定的区段，或者全线。

第四章 结论与建议

铁路线路高速度、高密度、高安全性和高乘坐舒适性的特点，要求线路必须具备高平顺性和高稳定性。高平顺性是轨道系统的综合性能指标，既需要线形变化平缓的线路平纵断面作为基础，又需要工后沉降小的地基、墩台基础和变形比较小的结构物作为保障。作为轨道不平顺载体的轨道结构，更要求其从铺设到维修都要具备高精度；高稳定性的含义就是要求其能够保持良好的几何状态，少维修或者免维修，提高线路使用率，减少对运输的干扰，杜绝安全隐患。

必须提高对线路维修的认识，充分考虑到管理高标准和维修经验不足可能带来的较大维修工作量，合理配置包括人员、设备、天窗时间等资源，特别要加强线路检测，为维修提供依据。

4.1 运用综合检测列车是必然选择

轨道检测的目的是掌握轨道几何状态及质量状态，指导轨道维修，保障行车安全。其核心是为运输服务。由于运输模式的改变，检测方式也应随之改变。

1、轨道、机车车辆、接触网、通信信号组成支撑并保障列车运行的设备体系，是相互作用的大系统，客观要求进行时间和空间位置上的同步检测，准确掌握各设备相互影响和共同作用下的实时质量状态，并减少检测仪器重叠、检测信息不共享、无法同步综合评价以及工作效率低等缺点。因此，采用综合检测列车检测方式是最有效的办法。

2、提速后线路高速度、高密度和高安全性的特点，要求轨道检测不能影响铁路正常运输秩序。从技术层面上来说，轨道检测需要坚持检测速度与运营速度一致的“等速检测”，采用国内既有线方式的专业检测车，需要编组到正常运营的列车中，不仅干扰正常运输，还影响运输效益。同时，列车正向着动力分散式方向发展，采用专业检测车，摘挂作业存在技术上的困难。如果采用综合检测列车，不仅能够编入运行图正常运营，避免摘挂，还有利于加大检测密度，及时发现隐患，保障行车安全。

3、运用综合检测列车已成为提速后线路检测的发展趋势。世界三个高速铁

路发达国家除德国外，都将运用综合检测列车作为检测工具。其中，日本Dr ．Yellow 和East －i 为新干线安全运营40年发挥了重要作用，这也是意大利研发运用“阿基米德”综合检测列车、法国计划2006年研制完成MGV 综合检测列车的重要原因。综合检测列车可同时检测轨道、接触网、通信信号等基础设施状态，为调度中心和维修中心指挥行车和指导维修提供决策依据。

4、综合检测列车一般由6辆车体组成，其关键技术主要包 括两个方面：一是激光视频Laserail 技术、抗光干扰技术、激光器与视频设备的国产化、激光器的使用寿命等；二是系统集成技术，包括建立列车数据网络和车载中心数据库，保证信息交换与共享，利用点式应答器和机车信号实现子系统间时间、速度、里程的同步，利用GSM-R 实现车载中心数据库与综合调度中心、地面数据处理中心的信息传输。

4.2 提高检测可靠性是轨道动态检测技术的发展方向

1、我国对动态检测设备的评价一直以检测精度，或准确地说以误差作为主要指标。所谓检测精度是指测量值与实际值之间的重合程度（％），而误差是测量值与实际值之间的差异。国内GJ-4型轨检车和最新引进的轨检车对检测误差的要求为：轨距0.8mm ，轨向、水平、高低、扭曲1.5mm ，车体加速度0.01g 。

毋庸置疑，检测精度（误差）对检测来说是至关重要的，只有测试结果与实际值相接近，才能基于检测结果进行必要和合理的修理工作。但是，长期以来，对轨检车检测精度问题无法进行真正的复核，其原因在于动静态检测结果之间的差异性无法判断，动态检测的长波长与静态复核的定弦长（一般用10m 弦）无法协调，动态检测的惯性基准原理与静态复核的弦测法无法对应等。

实质上，轨道几何尺寸在一定检测速度和荷载下的实际值是无法通过静态检测得到的，用检测精度或误差来评价检测结果就失去了意义。特别是提速后线路的轨道动态管理标准比既有线有了较大的提高，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ级超限相互间的差异在 1～3mm 范围内，检测精度的概念更不能与之相适应。因此，在欧洲标准里，只对重复性和分辨率提出了要求，而没有对检测精度或误差提出规定。所谓重复性是指测量值可以接受的离散程度，分辨率则是指测量值的最微小变化，都将导

致测量仪器产生一个可检测到的变化。重复性实际上是检测设备稳定性和可靠性的指标，分辨率则表征了检测设备实质上的精度。欧洲标准对轨道几何尺寸的重复性按波长提出了具体要求，而分辨率则要求达到0.5mm 。所以，我国在制定新的检测设备标准时，建议用重复性和分辨率取代检测精度。

2、轨道几何尺寸是轨道动态检测主要项目，它是影响列车运行安全和平稳的最主要的轨道参数。轨道几何尺寸的检测原理有弦测法和惯性基准法之分，但一般认为前者存在传递函数不总归1的问题，后者存在低速无法检测问题。我国轨道检测坚持走惯性基准法的技术路线，并自主研发了GJ-3型、GJ-4型轨检车，为保障行车安全发挥了重要作用。从国内研发的轨检车和引进的新型轨检车应用情况来看，惯性基准的核心部件陀螺仪性能对检测结果的可靠性具有至关重要的影响。陀螺仪的主要问题是其随温度和时间的漂移。

在既有轨检车中，有许多陀螺仪存在漂移问题，表现为水平检测结果误差很大。实质上，陀螺仪漂移以后，不仅水平检测结果不可靠，与陀螺仪有关的其它检测项目如高低、轨向和扭曲也存在一定的误差，只不过其漂移现象没有水平漂移显著。而基于Laserail 技术的轨检车非常致命的问题还有光干扰问题和雪的影响尤为严重，现在采取的遮挡措施不是根本的解决之道。所以，轨检车的稳定性问题仍然是困扰其正常应用的首要问题，在引进检测设备时，必须提出陀螺仪性能指标要求，以及从光学特性出发，提出抗阳光干扰的激光器性能参数要求，并提出辅助的雪天轨道检测方案。

3、目前采用的轨道结构还以有碴轨道结构为主，桥上道碴液化导致的轨道不稳定问题，道碴飞散导致的钢轨表面擦伤问题，都是区别既有铁路的安全隐患。另外，提速后人工巡道受到限制，需要采用激光和CCD 设备，将轨道部件的图像采集起来，通过视频识别技术进行识别，并与标准部件进行对比，判断部件伤损与缺失情况。因此，需要增加钢轨表面伤损、道床几何尺寸、轨枕伤损、扣件伤损与缺失等检测内容。

4、等效锥度是衡量行车平稳性的重要指标，由左右两车轮滚动圆半径差与轮对横移量之间的关系确定。当速度小于160km/h 时，欧洲通用规范TSI 对等效速度没有要求；当速度200km/h以上时，则要求越来越严格。

确定等效锥度需要钢轨与车轮踏面，其检测实质上是间接检测，即通过激光视频技术检测得到钢轨踏面。计算软件中车轮踏面包含标准车轮踏面或检测车实际车轮踏面，就能够计算出不同区段钢轨与标准车轮或检测车车轮相匹配的等效锥度。当等效锥度超过标准值时，应对钢轨进行打磨或对车轮进行处理。

5、对车辆加速度的测试国内外都很重视。但影响车辆加速度的因素很多，车辆状态、轨道状态、气候条件、车辆编组位置和行车速度、操纵情况都对其产生较大影响。如果用车辆加速度作为检测轨道状态的手段，就需要具备车辆状态完好、编组位置固定、行车速度和操纵状况相同的条件。如果将仪器安装在机车上，由于牵引电机在机车上悬挂模式不同，常见的就有轴悬式、架悬式和体悬式3种模式，对车体加速度的影响比较大，加之牵引的车辆编组数量不同、行驶速度不同，机车车体加速度也不同，从而带来不同的机车以及相同的机车在不同的运输组织中运用，其车体加速度门槛值将有差异，对判断轨道病害带来困难。这也是国外如法国、西班牙宁可专门用一节车辆安装车体加速度传感器，编挂在运营列车中进行加速度测试的原因。所以，必须认识到车辆加速度是检测轨道状态的间接方法，对传感器的布置要合理，最好是设置在固定编组位置的运营车辆上或综合检测列车上，还应当对加速度检测与轨道几何状态检测进行对照分析，即采取直接检测与间接检测相结合的方式。

6、直接检测车辆响应具有一定的局限性。由于车辆响应与车辆和轨道状态、操纵因素、列车编组甚至气候条件有关，直接检测只能得到一种状态下的结果，不具备普遍性。因此，应当采用间接的方法，通过建立各种车辆模型及轮轨相互作用模型，将轨道检测得到的轨道不平顺作为激励输入，从而对不同类型车辆以不同速度在当前线路状态下的安全性和舒适性进行评价。目前，北美TTCI 建立的车辆归一化模型、Vampire 商品化软件都在轨检车上获得很好的应用。而模型中需要输入的最重要的参数是轨道刚度，荷兰为此研制了基于激光多普勒技术的测量设备，国内也研制了轨道弹性检查车。

4.3 建立科学合理的轨道动态检测评价体系

动态检测的最终目的是应用检测结果对轨道质量状态进行评价，指导修理工

作，所以，相应的评价方法和评价指标也是轨道动态检测技术重要的组成部分。

轨道质量状态的评价主要是对轨道几何状态的评价，一般将峰值评价和幅值统计特征值评价相结合。峰值评价常用于指导临时补修，统计特征值评价则用于制定维修计划。各国在峰值评价上除峰值大小指标有差异外，思路是相同的，在统计特征值的计算上则有区别。

国内既有评价方法存在的不足是，峰值评价以与轨道几何不平顺同样权重引入车体加速度指标，处理过于简单而失公允与合理；扣分评价则由于扣分本身不能反映轨道质量状态变化规律、与维修没有任何直接的关系并以同样权重引入车体加速度指标等不足，从而逐渐成为一种评比的指标。轨道质量状态评价体系的建立必须与维修能力、手段相结合。由于既有铁路大型养路机械还处于发展阶段，手工作业在维修工作中还占有较大比重，采用峰值评价指标作为主要指标是合理的。具体做法是：应用峰值指标，指导手工作业消灭Ⅲ级或Ⅱ级以上超限，解决局部不平顺问题，再运用大型养路机械每两年对线路作业一遍以提高线路均衡质量。

提速后线路为确保运输安全和高效运营，应采用综合维修、养修分开或管修分开模式，综合维修贯彻预防性计划维修与状态修相结合的原则，作业方式将以大型养路机械作业为主，手工作业为辅。特别是随着技术的进步，解决局部不平顺问题可采用“零起道”机械完成，手工作业将大大减少，因此要求评价体系中，峰值评价要更加可靠，综合质量评价要上升到与峰值评价同等重要地位。其基本思想与既有线有本质上的区别，前提是保障轨道稳定性，减少局部不平顺的发生。所以，建立提速后线路轨道状态评价体系，必须摆脱既有铁路的扣分体系，且以轨道几何尺寸作为主要项点。

致 谢

本论文是在导师郭利康教授指导下完成的，郭教授的意见以及建议使本论文更加充实，饱满。同时也感谢此次高速铁路培训班的所以其他老师，正是他们的授课介绍，使得我对轨道检车车有了更加全面具体的认识，对此论文的完成有着必不可少的作用。在此一并感谢所以给过我帮助的人们。

参考文献

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