轨道检测预研报告(END)

公铁两用检测车测量系统预研报告武汉武大卓越科技有限责任公司首席科学家办公室2011年3月1 预研目的 (3)2 预研目标 (4)2.1 目标之一：研制快捷稳定的轨道数据采集系统 (5)2.2 目标之二：研制精准高效的数据处理算法和软件 (5)2.3 目标之三：研发适用的轨道管理系统 (5)2.4 轨道综合检测车系统构成 (6)3 轨道检测技术现状分析 (6)3.1国外铁路轨道检测现状 (6)3.2国内铁路轨道检测现状 (7)3.2.1 GJ-3型轨道检测车 (8)3.2.2 GJ-4型轨道检测车 (8)3.2.3 GJ-5型轨道检测车 (9)3.2.4新型高速轨道检测车 (11)4 预研内容 (13)4.1 车辆定位技术 (13)4.2钢轨断面测量技术 (13)4.2.1 断面磨耗定义及对铁路的影响 (13)4.2.2 断面磨耗检测原理 (14)4.2.3 系统结构图 (15)4.3 轨道几何测量技术 (16)4.3.1 轨道几何测量内容 (16)4.3.2 轨道几何测量原理 (16)4.4 限界测量技术 (23)6 风险评估 (23)7 建议 (24)1.1.1 中国铁路交通发展现状..........................................................错误!未定义书签。

轨道几何检测技术....................................................................................错误!未定义书签。

线路全断面检测技术动态基准测量技术..........................................错误!未定义书签。

1 预研目的1.1 铁路发展背景在中国，铁路是国家重要的基础设施、国民经济的大动脉和大众化交通工具，在综合交通运输体系中处于骨干地位。

新中国成立以来，尤其是改革开放以来，中国铁路取得了长足进步，为经济建设做出了重要贡献。

随着全路提速战略的实施，轨道交通向高速度、高密度的方向发展，交通运营安全保障工作变得越来越艰巨，行车安全和舒适问题已成为运输生产中的关键问题。

在铁路基础设施中，轨道一直是薄弱环节，因此铁路动态检测成为一项重要措施。

相应的基础设施安全检测也不得不由传统的人工巡检方式向现代车载式高速动态检测方式转变。

近年来，轨道检查车随着计算机技术和检测技术的发展而得到迅速发展，检测精度和可靠性大大提高。

在轨检车检测结果的监督和指导下，线路质量得到普遍提高。

以动态检测为主，静态为辅的轨检思想已深入人心。

但是，在行车速度或检测速度提高以后，国内轨检车的不适应日益突出，既有的轨检车技术发展思路与国外先进的轨检车技术发展方向不一致，必将影响检查结果的客观与公正，与先进国家轨检车技术的差距将越来越大，这必须引起我们的重视。

尤其是在2004年1月国务院常务会仪讨论并通过的《中长期铁路网规划》中明确指出到2020年，全国铁路营业里程达到10万公里以上，主要繁忙干线实现客货分线，建设高速铁路1.2万公里以上。

2008年，中国政府根据我国综合交通体系建设的需要，对铁路规划进行了调整，确定到2020年，全国铁路营业里程达到12万公里以上，建设高速铁路1.6万公里以上。

而截至到2008年，全路共配套各种类型检测设备37辆，远远赶不上我国轨道建设发展的步伐。

虽然提速以后快速线路基本上全部更换了提速道岔，但线路加强力度还没有达到提速所应有的要求。

对列车的安全、舒适性提出了更高的要求，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。

尤其是客车提速后，重载列车的开行。

在线路上的矛盾越来越严重。

公务部门的压力越来越大，为确保轨道良好的状态，必须加强轨道的动态检测。

而动态检测的主要检测工具轨检车的重要性日益突出。

1.2 城市轨道发展背景进入21世纪以来，随着中国经济的飞速发展和城市化进程的加快，城市轨道交通也进入大发展时期。

截至2007年12月31日，中国已经开通运行轨道交通的城市12个（含香港、台湾地区），其中大陆10个城市通车线路总计达30条，通车总里程729公里。

截至2008年9月，中国城市轨道交通运营里程已从1995年的43公里增加到775.6公里。

而据不完全统计，北京、上海等15个城市共有约50条，1154公里轨道交通线路在建。

截至目前，有约27个城市正在筹备建设城市轨道交通，其中22个城市的轨道交通建设规划已经获得国务院批复。

至2015年前后，北京、上海、广州等22个城市将建设79条轨道交通线路，总长2259.84公里，总投资8820.03亿元。

预计到2050年中国城市轨道交通线路总长将超过4500公里。

2009年6月16日，武汉市政府常务会议审议并原则通过《武汉市城市快速轨道交通建设规划（2009-2020）》。

根据规划，2012年以前，武汉市将建成轨道1号线、2号线和4号线一期，总长72公里，形成沟通长江两岸的“工”字型线网；到2020年，新增5条轨道交通线路，形成由8条线路组成、总长238公里、覆盖三镇的轨道交通基本网络体系。

2 预研目标本项目的研究目标是以公铁两用车为载体，研究由差分GPS/INS（惯导系统）集成定位定姿、线激光器、线阵CCD相机、3D相机、激光测距机、激光扫描仪、立体相机、超声探伤仪与车轮编码器等多传感器集成的城市轨道交通全断面检测与测量平台，实现城市轨道交通基础设施全断面信息的快速获取；研究多源数据的融合处理与异常信息（病害信息与超差信息）的快速提取，实现城市轨道状态的动态分析（如铁路隧道变形分析、轨道几何参数与平顺性分析、轨道健康状态分析、轨道交通状态综合评价），为城市轨道交通的安全运营提供及时可靠的轨道状态信息与技术保障。

进而实现铁路养护管理的快捷、精确、规范和有效。

2.1 目标之一：研制快捷稳定的轨道数据采集系统该研究目标包括：➢设计稳固而美观的车载平台，创造舒适的数据采集工作环境；➢快速、高分辨率的铁路图像采集系统；➢色彩逼真、清晰度高的沿线设施子系统；➢激光扫描三维数据采集子系统；➢准确可靠的激光线结构线路几何数据采集子系统；2.2 目标之二：研制精准高效的数据处理算法和软件该研究目标包括：➢研究基于轨距及轨向的测量算法和软件，实时对铁路病害进行处理、坐标转换、合成和滤波。

➢研究基于高低不平顺的惯性测量和三角形测量原理的摄像测量技术的算法与软件。

➢研究基于水平几何参数的水平测量原理的算法与软件。

➢研究基于线路全断面的三维尺寸的测量，从而获得线路横纵断面、铁路隧道净空、邻线间距、邻近建筑物距等重要指标的非接触式算法与软件。

其主要为1维的激光测距技术和二维的三角形摄像测量和三维的立体摄像测量技术。

2.3 目标之三：研发适用的轨道管理系统该研究目标包括：➢基于国家和铁道部相关轨道检查与养护规范的路况数据的统计和报表输出➢能实现基于几何参数、加速度、磨耗、线路环境设施、接触网等指标的显示、查询和输出。

2.4系统构成3 轨道检测技术现状分析3.1国外铁路轨道检测现状国外轨道检测车（简称“轨检车”）的发展已有100多年的历史，1877年第一辆简易轨检车诞生。

在各种静态检测设备和手推式检测工具使用的基础上，20世纪40年代，瑞士、联邦德国、美国、法国、日本等国家相继研制开发了采用弦测法检测技术、接触式机械测量技术、检测速度为60公里以下的轨道检测车。

二次世界大战后，轨检车由机械式向电气式转变、测试仪表电子化、检测项目增加、速度提高、并开始应用惯性基准原理。

上世纪70年代后期，80年代初，电子技术和检测技术的发展，带动了轨检车检测技术的革命，轨检车普遍采用惯性检测技术，光电、电磁、电容等非接触传感器、伺服跟踪、自动补偿修正、车载计算机、模拟信号数字化处理以及数字滤波等技术在轨检车上得到广泛应用。

通过对检测设备安装接口方式的独立设计（主要指安装方式或悬挂方式改变），为高速铁路轨道状态安全、实时检测与科学管理奠定了基础。

国外轨道检测技术见表一表一：国外轨道检测技术发展现状3.2国内铁路轨道检测现状我国轨道检测技术紧跟国际轨道检测技术的发展方向，经过20多年的创新研究，已经形成了满足高速铁路、既有铁路和地铁、城市轻轨等多领域轨道检测需要的检测系统和分析处理系统，目前正在向更加高速、智能、高效、便携等方向发展。

已初步形成了国内轨道检测技术体系，从检测系统类型划分为GJ-3、GJ-4、GJ-5三种类型，三种检测设备代表了我国不同时期的轨道检测技术发展水平，截止2008年全路共配套各种类型检测设备37辆。

其中GJ-4、GJ-5型检测设备已成为我国既有线路轨道状态监控的主要手段，最高检测速度达到200km/h。

在CRH2-010A和CRH2-061C动检车上自主研究的轨道检测系统检测速度分别达到250 km/h和300km/h，目前CRH2-010A动检车承担着每月既有提速干线的检测任务。

通过集成创新研制的0号高速综合检测车的轨道检测系统目前承担着京津城际铁路的检查任务和部分提速干线检测任务，检测速度达到250 km/h。

3.2.1 GJ-3型轨道检测车20世纪80年代，开创了该系统，首次实现了高低、水平、三角坑、车体垂直和水平加速度项目实时检测，以检测波形和数值超值方式实时输出检测结果。

实现了轨道几何超限计算机自动判别的功能，从而结束了长期采用人工判别超限的方式。

但该轨检车的电路大多采用分离式元件、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和接口也不完全一样。

造成了备件选择和备用上的极大困难，养护维修难度很大。

3.2.2 GJ-4型轨道检测车90年代，激光、陀螺、自动控制技术和数字滤波等技术的运用，为提高检测设备可靠性，降低GJ-3型轨道检测系统分离元器件、稳定性差的缺点，在原有GJ-3型检测项目的基础上，新增了轨距、轨向、超高、曲线半径等检测项目。

还可以识别道岔、道口、桥梁等地面具有显著特征的标志物，方便公务人员查找轨道病害位置，但其测量轨道、轨距的光电伺服机构存在以下3个方面的问题：●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，工作环境恶裂，加速了轨距吊梁的疲劳断裂。

加之没有实时探伤检测手段，一旦出现轨距吊梁断裂、脱落，必将引发安全问题。

1999年和2000年，检测中心、沈阳局、乌鲁木齐局轨检车都出现了吊梁螺栓断裂和吊梁纵梁及横梁断裂问题，给检测工作蒙上了阴影。

●装在轨距吊梁上的检查设备故障率较高。