GEDO Vorsys系統(tǒng)在高速鐵路軌道精調(diào)測量中的應(yīng)用與研究

1 引言

軌道平順性控制是高速鐵路測量的難點之一，為此，軌道精調(diào)測量常常耗費我們大量時間和精力，尤其是有砟軌道，一般測量方法耗時費力，數(shù)據(jù)傳遞慢易出錯。一直以來，國內(nèi)外專家進行了大量的探索和研究，研制了EMSat、軌道測量小車等先進系統(tǒng)。

GEDO Vorsys系統(tǒng)（簡稱“Vorsys系統(tǒng)”）采用兩臺軌道測量小車與一臺全站儀聯(lián)合測量，準(zhǔn)確高效地采集軌道幾何狀態(tài)，經(jīng)專業(yè)軟件處理得到搗固文件并直接導(dǎo)入大機控制系統(tǒng)，指導(dǎo)起撥道作業(yè)。該系統(tǒng)大大簡化了測量流程，實現(xiàn)數(shù)據(jù)無縫對接，提高了作業(yè)效率，為有砟軌道搗固機預(yù)先測量提供了一個完善的解決方案。下面，本文將對該系統(tǒng)的實際應(yīng)用進行全面測試和研究。

2 Vorsys系統(tǒng)原理

2.1 系統(tǒng)組成

Vorsys系統(tǒng)主要由兩臺GEDO CE測量小車、一臺Trimble S8機器人型全站儀以及終端控制器TSC2組成，其中一臺小車用于安裝全站儀（全站儀小車），相當(dāng)于移動測站，另一臺用于安裝棱鏡（棱鏡小車），相當(dāng)于移動覘標(biāo)，如圖1。

圖1 Vorsys系統(tǒng)組成

2.2 系統(tǒng)原理

Vorsys系統(tǒng)的主要原理如圖2。首先利用全站儀小車測量兩個線路控制點，確定待測軌道的參考弦線；再通過跟蹤并測量棱鏡小車，采集軌道幾何形態(tài)；最后計算各點軌道調(diào)整量，形成搗固文件。

圖2 Vorsys系統(tǒng)主要工作原理示意圖

2.3 系統(tǒng)特點

Vorsys系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：①測量精度高（＜2mm/200m）、速度快（800～1200m/h）、集成度高（全無線）、連續(xù)作業(yè)時間長；②實現(xiàn)全自動連續(xù)測量存儲，實時偏差顯示，自動化程度高；③實現(xiàn)相鄰測站間“零搭接”；④自動優(yōu)化線路，人工干預(yù)少；⑤數(shù)據(jù)格式兼容多數(shù)搗固機。

3 Vorsys系統(tǒng)應(yīng)用效果測試與研究

3.1 應(yīng)用于有砟軌道精調(diào)測量

隨機選取一段有砟軌道線路，里程K50+100～K53+400，長度5km，線路剛剛完成長鋼軌應(yīng)力放散并鎖定。

現(xiàn)場分別采用GEDO CE軌道幾何狀態(tài)測量系統(tǒng)（《規(guī)范》建議的方法[2]，簡稱“GEDO CE系統(tǒng)”）和Vorsys系統(tǒng)進行測量。受現(xiàn)場條件限制，為節(jié)省測試時間，GEDO CE系統(tǒng)的測量結(jié)果直接采用之前剛剛采集的數(shù)據(jù)，其直線段只有起道量數(shù)據(jù)。

1）測試結(jié)果

參照設(shè)計值計算軌道每10m間距的起/撥道量，結(jié)果對比如圖4，數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表1。

圖4 有砟軌道實測對比

表1 有砟軌道實測對比統(tǒng)計分析表

2）結(jié)果分析

根據(jù)測試結(jié)果分析認(rèn)為：

① 兩次采集數(shù)據(jù)時間間隔了5天，期間工程車正常運行，且進行部分軌距調(diào)整作業(yè)。此外，該區(qū)段為新鋪線路，線形較差，受條件限制測點未作標(biāo)記，兩次測量的位置不盡相同，一定程度影響了測試結(jié)果；

② 撥道量的實測結(jié)果好于起道量，即平面精度高于高程精度。由于Vorsys系統(tǒng)每200m僅取2個CPIII點定弦，受CPIII點和建站精度的影響更大，這反應(yīng)在起道量實測差值大于10mm的測點相對集中在K49+400前后各100m、K52+450前后各150m、K53+200前后各100m范圍，以及撥道量偏右的測點遠(yuǎn)多于偏左的測點；

③ 實測結(jié)果對比曲線大體呈平行趨勢，且相鄰點實測差值的變化量較小，說明二者在靜態(tài)平順性方面的測量結(jié)果基本一致，Vorsys系統(tǒng)可達(dá)到10m弦小于2mm的平順性要求。

3.2 應(yīng)用于無砟軌道精調(diào)測量

1）測試結(jié)果

隨機選取一段無砟軌道線路，里程K368+926～K369+256，長度329m，測量后參照設(shè)計值計算軌道每1m間距的起/撥道量，結(jié)果對比如圖5，數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表2。

圖5 無砟軌道實測對比

表2 無砟軌道實測對比統(tǒng)計分析表

2）結(jié)果分析

根據(jù)測試結(jié)果分析認(rèn)為：①二者的測量結(jié)果基本一致，Vorsys系統(tǒng)能夠達(dá)到2mm的精度；②從相鄰點實測差值的變化量對比，Vorsys系統(tǒng)能滿足10m弦小于2mm的平順性要求。

3.3 與大機聯(lián)合作業(yè)

選取一段新建有砟軌道線路進行測試，里程K30+355～K33+555，長度 3.2km。

1）測試方案

測試采用Vorsys系統(tǒng)配合株洲0932型連續(xù)走行搗固車，流程如圖6。

圖6 系統(tǒng)與大機聯(lián)合作業(yè)測試流程

2）測試結(jié)果

采集間距為5m，共采集數(shù)據(jù)656組，測量效率800m/h，結(jié)果對比如圖7，數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表3。

3）結(jié)果分析

根據(jù)測試結(jié)果分析如下：

①搗固后，同一段線路的幾何狀態(tài)明顯變好，軌道線形波谷有較大改善，剩余起道量平均值基本接近設(shè)定的50mm，平順性大大提高；

圖7 大機作業(yè)前后軌道線形對比

表3 大機作業(yè)前后實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析表

②K30+355～+450段，因初始幾何狀態(tài)較差，而大機軟件設(shè)定的最大撥道量20mm、起道量35mm，故無法一次完成所需的起撥道，作業(yè)前后線路明顯呈平行趨勢，未達(dá)到預(yù)期效果；

③K30+680～ +800段，因線上道砟太少，大機無法正常完成起道作業(yè)，導(dǎo)致?lián)v固后的高程波動較大，尚有30mm的最大剩余量；

④K30+800～K31+000段，因所需撥道量較大，而線間道砟過多，大機無法正常完成撥道，導(dǎo)致尚有18mm的最大剩余量。

⑤K31+420～ +650段，因所需撥道量較大而起道量較小，大機作業(yè)固有特性導(dǎo)致線路被抬升，未能達(dá)到預(yù)期效果。

4 結(jié)束語

通過測試分析，可以初步得出以下結(jié)論：①Vorsys系統(tǒng)的測量效率不低于800m/h，較之常規(guī)測量小車提高一倍以上，且外業(yè)只需2～3人，作業(yè)強度大大降低；②Vorsys系統(tǒng)實現(xiàn)了自動采集、自動優(yōu)化、與大機無縫對接，智能程度高，避免人為誤差，提升了大機自動化程度；③軌道靜態(tài)平順性方面，Vorsys系統(tǒng)與GEDO CE的精度等同，能滿足高鐵有砟軌道精調(diào)測量要求；④新建線路建議鎖定后先用重車壓道，或者采用大機自身測量系統(tǒng)對線路預(yù)搗固，以提升后期優(yōu)化效果。