地铁轨道动态检测技术的发展及研究

地铁轨道动态检测技术的发展及研究

余昌武

贵阳市城市轨道交通集团有限公司运营分公司，贵州省贵阳市 550081

摘要：轨道是地铁运营的基础，其质量直接决定着地铁能否安全、稳定地运行，因此有必要做好对轨道检测技术的研究。本文对地铁轨道动态检测技术的发展展开研究。从基于陀螺仪的动态低速检测、基于真实路况的车载动态检测、基于手机传感器的动态添乘检测三个方面，探讨地铁轨道动态检测技术的发展。期望本文能够为相关工作者带来一定的参考。

关键词：地铁；轨道；动态检测技术

引言：

近年来我国民众的出行节奏越发频繁，对地铁的稳定性、舒适性的要求也越来越高。加强对地铁轨道动态检测技术的应用，有利于提升检测人员查找轨道病害的准确性，为地铁轨道病害修复工作带来有力的支持。但当前我国应用较多的地铁轨道动态检测技术，在数据真实性、时效性、成本低廉性等方面多少都存在一定不足，有必要进一步研究，提升检测效果。

1. 基于陀螺仪的动态低速检测

在当前的地铁轨道动态检测中，应用大型轨检车检测，通常会用到惯性基准法、弦测法两种方法。我国地铁轨道动态检测对第一种方法的应用较多，在长时间的发展下，已经出现了第六代GJ-6型。该系统主要借助模拟信号的光纤陀螺、加速度计、位移计等工具，完成对轨道的动态检测，检测人员可综合采用惯性测量技术、激光摄像检测技术、数字相机、数字图像处理技术，经AD转换后，运用计算机完成各项数据处理、波形显示、数据存储以及超限判断，得知地铁轨道的精确情况^[1]。这一技术在实际应用中，具有检测范围广、精确度高、效率高等多种优势。

但是，当前我国的地铁轨道检测工作，往往会用到工程车来拖动网轨检测车，这就涉及到一个问题：国内大多数地铁对工程车的运行都有速度限制，而在道岔路段，若轨道检测车的速度下限小于临界值，就会导致检测结果不准确，或者出现漏检等一系列情况，甚至为检测人员带来一些安全隐患。

因此，目前技术研发人员在研究弦测法与惯性基准法的基础上，研发出了一种基于陀螺仪的轨道高低不平顺低速检测方法。这与弦测法下的高低不平顺检测方法具有突出的不同。检测人员可将能够感应到角度变化的陀螺仪，安装在转向架构架位置，借助构架的点头运动，获知其在列车行驶时的俯仰角变化，建立出高低不平顺几何关系，此时陀螺仪测出的俯仰角信号，便是轨道出现高低不平顺问题，按照规律出现畸变的结果，这一畸变结果会呈现为函数的形式，供检测人员查看、分析。检测人员可运用逆波器等设备，完成对畸变波形的复原。此外，运用这种方式完成轨道动态检测还具有如下优势：陀螺仪受到振动的影响小，测值积分信号不容易饱和，十分适用于对高低不平顺问题的检测。在实际检测中，若轨检车的运行速度较快，检测人员便可运用常规的计算方法，若运行速度较慢便可运用这一计算方法，能够提升检测结果的精确性。

2. 基于真实路况的车载动态检测

大型轨检车的造价一般较为高昂，在运营时间不长的新地铁中应用率一般。此外，它还具有检测周期长、无法实现对线路质量的及时评价等问题，存在较多弊端。而轨检仪受到里程、动载等因素的影响，往往无法准确地反映出线路的真实情况，容易误导检测人员，在实际工作中也存在弊端。因此，加强对车载线路质量检测系统的研究，是我国轨道动态检测技术在当前以及未来一段时间内，主要的发展方向。这一检测系统会依据轮轨动力学与轨道不平顺模型，得出轮轨间动力响应的原理，进而得到轨道几何形变量，反映得出线路轨道在列车荷载下的几何状态，在处理器的分析下，判断得出线路真实的动态质量，为线路养修工作带来指导^[2]。但当前，添乘仪的轨道信号采集部分与钢轨并非刚性接触，且多是借助了车体的加速度，来完成对线路质量的评判。这种评判方法，常会受到速度、车型等多种因素的影响，导致结果的不准确。此外，运用此种方法也只能检测到列车晃动时的垂向、纵向加速度，这与列车的速度高低有很大的关系，与线路的动态形变却没有直接的对应关系，因此得到的最终结果也可能缺乏全面。

为实现对线路动态质量的真实检测，检测人员应正确把握对信号采集部分的安装位置。例如，若采集器的安装位置为车体的内部，受到二系弹簧的减震影响，采集器检测得到的数据，并不是依据轨道线路中存在的缺陷而得出的，就无法反映轨道真实的形变情况。另一方面，系统的检测值，受到车况等因素的影响也较大。由此可见，将信号采集部分安装在二系簧以上的位置是不合理的。检测人员可将信号采集部分安装在一系簧上，让信号采集排除车体因素的干扰，但这种情况下，一系簧也有可能对检测结果带来影响。检测人员不妨可将传感器安装在列车一、四轴两侧的轴箱上，便可排除上述诸多影响，得到准确的结果，此时系统采集的信息，会真实地反映出线路运行的状态，为检测人员分析轨道的情况带来可靠的支持。总之，在地铁轨道动态检测中应用这种车载轨道检测系统，能够实现对线路质量状况的准确、直观的检测，应得到检测人员的重视。

3. 基于手机传感器的动态添乘检测

地铁车辆运行的隧道没有GPS设备，因此，检测人员无法运用添乘仪中的GPS里程定位技术，只能通过手工方式，完成对列车每公里标记的定位。此外，列车通常并不是匀速行驶的，其速度一直在变化，运用添乘仪，也无法完成对列车精确位置信息的实时记录，实现对车辆运行速度的校正，不支持车辆的动态变化，难以精确地反映出轨道病害的准确位置与具体情况，存在较多的弊端^[3]。

当前，智能手机内置传感器的质量与计算运行速度有了明显的提升，检测人员可加强对其潜力的挖掘，借助其能耗低、使用方便的优势，运用手机内置传感器，完成对列车车体振动响应的监测，了解乘客的舒适度，以及局部轨道存在的不平顺状态。检测人员可建立舒适度等指标，分析列车车体出现晃动情况的持续时间、频率，以及加速度幅值，定性监测得出局部轨道不平顺问题的状态。

但这种基于智能手机传感器的检测方式，相比传统检测方式，更容易受到环境的变化、传感器信噪比的影响，数据出现误差的概率较高。因此，检测人员应加强对其的数据预处理，做好对坐标偏角的修整，运用手机纵向加速度，在计算二次积分的基础上，预测车辆的运行里程，再运用卡尔曼滤波修正车辆运行里程中存在的误差，一般来讲可将里程误差控制在1M范围内。检测人员可将车辆运行的速度、里程、舒适程度，转化为具体的空间域，获得车辆晃动点的里程位置，进而精准找到病害，提升现场修复病害的效率与效果。

结语

综上所述，目前，我国的城市轨道交通正处在高速发展的时期，新技术的不断涌现，为检测人员排查、解决病害带来了可喜的支持。在此后的工作中，检测人员应进一步加强对多种不同的地铁轨道动态检测技术的研究，结合地铁轨道检测的实际需求，正确选择、使用检测设备，精准找到轨道中存在的病害，保障地铁运行的安全性与舒适性，推动我国轨道交通事业的进一步发展。

参考文献

1. 孙博.轨道不平顺动态检测技术及其应用[J].中国安全科学学报,2020,30(S1):109-114.

2. 迟胜超,张宝猛,刘鹏飞,王新超,谢祯.轨道动态检测数据管理分析系统设计与实现[J].现代制造技术与装备,2021,57(01):35-37.

3. 许晓东,陈青云.城市轨道交通网轨融合智能运维方案研究[J].现代城市轨道交通,2020(08):115-119.