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利用公铁两用车的地铁轨道交通综合检测系统

时间:2021-09-29 09:57:33来源:凯博轨道装备作者:kaibo浏览次数:180

文章摘要: 公铁两用车联运方式提高了工作效率,系统利用这种方式设计的,主要应用在铁路上,以公铁两用车为载体,集成多种高精度传感器,实现对轨道的几何参数、断面、限界等多种轨道指

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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。

利用公铁两用车的地铁轨道交通综合检测系统


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。

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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。

利用公铁两用车的地铁轨道交通综合检测系统


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)。

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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。

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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。

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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。
 

参考文献
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[4]罗湘萍,沈培德.城市轨道交通车辆限界计算方法研究[J].城市轨道交通研究,2002(2):40—45
[5]杨凤春,吴旺青,于国丞.激光扫描在轨道限界检测中的应用[J].现代城市轨道交通,2007(2):31—32

 

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