利用公铁两用车的地铁轨道交通综合检测系统

按照城市轨道交通的投入比例，2013年城市轨道交通设备采购金额高达1200亿元。至此，我国获得国家批准建设轨道交通的城市已达到37个，城市建设将继续高居世界第一。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2 259．84 km，总投资8 820．03亿元。预计到2050年中国城市轨道交通线路总长将超过4500 km。

随着铁路提速战略的实施，行车的安全和舒适问题已成为运输生产中的关键问题，铁路基础设施动态检测成为一项重要措施。在铁路基础设施中，轨道一直是薄弱环节。加上传统的维修手段难以适应，工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 。本研究提出的铁道综合检测技术，在不改变现有轨道安全使用的情况下，可以实现地铁轨道的快速、高精度检测，对提高地铁轨道检测的效率和精度，行车的安全性和舒适性，以及满足地铁管理系统的信息化管理的需求，具有重要意义。

一、系统介绍
公铁两用车的轨道检测系统以公铁两用车为运载平台，集成激光测距机、3D相机、激光扫描仪、IMU(inertia measurement unit)、车轮编码器等多种传感器，由多传感器集成控制单元、测量单元以及数据处理与管理信息单元组成 ]。其中，多传感器集成控制单元控制多个传感器的协同工作，并对各个传感器信号进行预处理；测量单元包括3个子单元，分别完成钢轨断面几何尺寸测量、波浪磨耗测量、轨廓测量和限界测量功能；数据处理与管理信息单元负责完成传感器数据的采集、处理、显示、存档及上传等任务。系统总体结构如图l所示。

二、系统原理
为了减少外业工作量，提高劳动效率，实现一次采集获取多种数据的目的，本系统具有测量多种地铁轨道参数的功能，其测量单元的主要内容有：①轨道几何尺寸参数；②波浪磨耗测量子系统；③轨廓；④ 限界。

1、轨道几何尺寸测量
轨道几何测量系统包括:轨距、曲率、水平及超高、高低、轨向、扭曲及车体加速度等,具体检测指标及精度,如下表所示。

2、 限界测量
限界是指列车沿固定的城市轨道安全运行时，所需要的空间尺寸，铁路限界是以列车的轮廓尺寸和列车的有关技术参数，运行动力性能，结合城市轨道和接触网(或接触轨)的相关条件，并考虑设备和安全误差，按规定的计算方法进行设计的。一个和线路中心垂直的极限横断面轮廓。在此轮廓内，除机车车辆之间有相互作用的设备外，其他设备或建筑物均不得侵入 ]。该测量功能采用高精度激光扫描仪、IMU和车轮编码器来实现，如图所示。

车轮编码器固定在测试列车的一个车轮中心，用于测量列车的行驶距离。将IMU和激光扫描仪刚性固定在一起，安装在测量列车的端部，激光扫描仪按照360。扫描隧道内壁，获得隧道断面图。同时，在IMU及车轮编码器的的配合下，测量激光扫描仪在隧道中运行的位置与姿态，从而实现隧道中心线的测量。

三、实验结果
本章节将以轮廓、高低、平顺度的测量试验为例，验证系统的测量精度。试验选用的激光测距机型号为基恩士IL一065，3D相机型号为AT c3—1280，车体运动速度最大为5 m／s，最小为1 m／s。

1、轮廓测量
轮廓测量主要包括轨道左边轨道的轨头宽度、高度、右侧作用边宽度和右边轨道的轨头宽度、高度、左侧作用边宽度，如图8所示，系统每隔2 mm取一个断面，连续8次得到结果依次为8(，d~h)。

由图可知，在运动过程中，尽管钢轨左右两端的轮廓截面相对于相机中心在移动的，但是在相对较短的距离内，两端钢轨的轮廓形状变化很微小，这与正常钢轨的轮廓性质是相符的，因此，系统获取的轮廓数据是可信的。数据精度达到0．01 mm，满足轨道检测的要求。

2、高低测量
高低测量主要测量左右钢轨的轨顶面的超高，如图9所示。由图看出，沿轨道行进方向，左右轨道在高度上的变化是不一样的，导致了轨道超高很明显，实验结果显示，实验使用的轨道段存在超高，超高范围在60mrrl以内，轨道超高正常，超高检测精度达到0．01mm，满足轨道检测的要求。

3、平顺度测量
以车轮编码器和激光测距机联合测得的实验数据为基础，弦长以2 m为准，由图4和公式(1)得到的实验结果，如表所示。

四、 结束语
公铁两用检测车作为轨道综合检测车搭载平台，使用灵活，转场方便。可选择平台较多。对轨道几何状态检测系统数据准确可靠、方便直观，数据采集和编辑功能强大，线路限界检测系统灵敏可靠，线路周边环境监视系统图像清晰。
 

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