高速铁路的轨道动态检测分析

高速铁路的轨道动态检测分析

摘要：在高速铁路的正常运营中，需要做好轨道检测工作，以保证列车运行安全。高速铁路轨道检测工作主要借助轨道动态检测系统，该系统能够对高速铁路轨道的几何状态做有载条件下的检测，检测的结果可以指导高速铁路的轨道养护及维修，继而保证高速铁路运行的平稳性，使得高速列车可以安全及平稳的运作。本次研究对高速铁路的轨道动态检测系统及检测技术进行分析，并探讨了轨道检测数据的具体应用，希望给相关人员提供一些有价值的参考。

关键词：高速铁路；轨道动态检测；应用

引言

高速铁路是我国重要的名片，在多年的发展上，高速铁路也实现了平稳的发展，这为我国道路交通事业发展奠定坚实的基础。高速铁路的平稳运行，需要考虑三个方面的指标，第一个指标是纵向平稳性，第二个指标是横向平稳性，第三个指标是垂向平稳性。对列车纵向平稳性，起决定作用的是列车的操纵，然而对于列车横向与垂向平稳性，起决定作用的是高铁线路平顺性。因而，为了保证高铁运行平稳，必须要对高铁线路进行养护及维修，保证列车运行高平顺性。

1.轨道动态检测系统简介

轨道动态检测主要是指借助安装在普通客车、动车等特定检测车上的车载检测设备，该设备主要是对轨道的状态进行有载检测。轨道动态检测的内容具体包括轨道间距、轨道走向、轨道水平度、轨距变化率、车体重向加速度、地面标识、速度、里程等。其中垂向平稳性主要受轨道高低、水平及三角坑，横向平稳性主要受轨向影响。

轨道动态检测系统主要是由激光摄像组件、惯性测量组件、信号处理组件、数据处理组件等组成。系统的主要工作原理主要是利用非直接接触的激光摄像，利用位移量技术、惯性基准原理进行测量，利用激光摄像组件来测量铁路轨道相较于检测梁横向及垂向位移情况，借助惯性测量组件如加速度计、陀螺仪等常用的传感器对车体及检测梁的姿态变化情况。传感器需将检测到的位移、速度及加速度等物理量转换成模拟电信号，对电信号进行放大及滤波处理，主要使用计算机进行处理。计算机可对模拟信号进行转换、存储、修正及补偿处理，以合成所需的轨道几何参数，按一定检测标准获得超限的数据，然后将统计报表输出，以实时显示存储轨道的几何波形。

2.轨道动态检测技术

高速铁路轨道动态检测技术的主要特点是速度高、精度高、可靠性高。其中速度高主要指的是轨道动态检测系统采样与实时处理的速度需满足时速达到400千米/小时的列车运行需求，实时处理速度也要达到各条钢轨每秒450帧图像

的能力；精度高需要检测系统要具备高的检测精度，这主要因为高速铁路本身铺设精度可以达到毫米级；可靠性高则强调检测系统需要满足长时间不间断检测及在复杂条件下正常检测的需求。为了满足实际检测需求，需借助以下几种关键技术。

2.1 激光摄影与图像处理技术

激光射线的关键部位包括激光器、摄像机、温控系统、光学系统等，借助激光器及摄像及构建激光摄像技术可以获得钢轨的基本轮廓，对基本轮廓进行视觉图像处理，可获得钢轨测量坐标系横纵向的位移情况，完整的课程轨距，同时还参与超高、水平以及高低计算。具体图像的处理上，首先需要借助图像处理卡来采集图像，采用二值化及图像细化处理方法来获取钢轨的基本骨架获得钢轨轮廓线，之后借助坐标变换以及提取特征点获得左右单边轨道的轨局分量与高低分量。

2.2 惯性技术

惯性技术属于惯性敏感器、惯性稳定、惯性导航、惯性测量多种技术的总称。惯性技术核心是惯性传感器，轨道检测技术借助陀螺及加速度记录仪构建出稳定导航坐标系统，获得载体陀螺与加速度信号具体数值，之后采取积分计算方法获得载体的相对惯性参考坐标系运动状况。

2.3 数据合成处理技术

借助轨道几何参数来合成计算模型，借助实时的图像采集及图像处理软件、网络通信软件、编辑汇总与报表输出软件，对轨道几何检测系统中获取的数据进行采集、处理、计算，最终将数据信息汇总融为一体。为轨道检测提供重要的参考。

2.4 适合高速环境的检测梁设计制造技术

不同的轨道列车的结构不同，车辆转向架结构也存在巨大的差异。为此需要设计制造出多种用于悬挂激光摄像组件的检测梁。对检测梁进行检测主要是对梁的动应力情况进行测试，同时还需要对检测梁的结构安全强度进行分析，确保检测梁可在高速及强震动的环境下平稳安全运行。

3.轨道检测数据的应用

3.1 获取轨道动态检测数据波形图

轨道动态检测波形图主要指的是轨道的几何实测数据以里程作为自变量进行轨道动态展示，展示通道通常包括轨道高低、轨道走向、轨道间距、三角坑、车体横向加速度及垂向加速度情况等。轨道动态检测数据可以反应轨道的基本情况，这同人体心电如一样，能够反应轨道的基本情况，同时技术人员可根据轨道

检测数据波形图来评判轨道的几何状态，进而了解轨道的实际偏差。

3.2 轨道检测数据查询及统计

根据线路的名称、所属管辖单位、列车速度、基础结构类型等条件间的灵活组合，查询并统计各种轨道的和检测具体数据，同时将相关数据以统计报表的形式导出，以满足检测数据的日常管理及及查询统计需求。比如可以按照轨道线路、站段、车间、速度大小、偏差等条件来统计汇总轨道动态检测数据情况。

3.3 检测指标的趋势分析

依照线路的名称、检测设备、速度登记、时间范围对数据源进行统计；将月、周作为基本的检测周期，分线路、速度等级与管辖单位间的任意组合对轨道检测指标变化趋势进行分析；借助检测指标的变化趋势来分析检测结果，预测并监控设备的质量情况，常用检测指标主要包括轨道检测数量、轨道质量指数、平均扣分。

3.4 检测偏差重复性分析

结合轨道线路的名称、检测设备、线路的速度等级、日期范围、里程范围，确定统计检测偏差的重复次数，如果出现偏差多次重复的情况，可以判定为该区域属于质量薄弱的區段，需要及时进行改进。

3.5 新线联调联试

新建高速铁路项目，联调联试是项目开通前不可缺少的环节。新线的联调联试主要是对轨道、供电、通信等系统的基本情况进行综合的检测与验证，在具体的检测工作中，应用到很多的新技术及新设备，比如京津城际高速铁路在开始通行前，高速综合检测列车就被作为重要的技术装备，参与铁路全线开通前的联调联试与动态验收工作，这样为铁路线路的后续运营提供重要的帮助。因此可以说，每一条新建的铁路只有经过高速综合检测列车的检测及验证后，才能够保证后续安全运行。

3.6 科研性综合试验

科研性综合试验主要根据科研项目的实际需求，借助高速综合检测列车对高速铁路轨道状况、供电状况、通信状况等情况进行动态的监测，满足试验目标相关数据的采集。高速综合检测列车参与了众多重要的铁路线路运营试验，比如京沪高铁综合试验、兰新第二双线大风综合实验、郑徐高铁综合实验等轨道项目，借助科研性综合实验，为我国铁路科技的发展及进步奠定坚实基础。

结语

高速铁路运营安全是铁路人员首要考虑的目标。在实际的铁路运营中，高速