有砟軌道動態測量系統在軌道精調中的應用

鞠國江

(中國鐵路總公司建設管理部，北京 100844)

有砟軌道動態測量系統在軌道精調中的應用

鞠國江

(中國鐵路總公司建設管理部，北京 100844)

提出利用有砟軌道動態測量系統配合大機進行自動化搗固作業的方法，介紹動態測量系統的原理，并分析了測量的精度、效率及配合大機自動化搗固作業的工程案例。工程實踐證明，該方法具有操作簡便、精度高、效率高等特點，可以在新建有砟線路軌道粗搗、精搗和既有有砟線路的檢測養護階段推廣應用。

有砟軌道動態測量系統 自動化搗固 撥道量 起道量

1 概述

新建有砟鐵路在完成鋼軌鋪設后，需經過多次精確搗固調整，以使鋼軌的絕對位置、整體平順性，以及道砟的厚度、密實程度等達到規范要求[1]，從而確保列車運行的安全、平穩以及乘坐舒適。

對于設計時速200 km及以上有砟線路的精搗作業，文獻[2]中已做出了明確規定，這類線路的精搗數據，大都通過靜態軌檢小車獲得[3]。隨著我國鐵路建設不斷加快，以及大機搗固作業效率不斷提高，這種測量設備及方法已難以滿足大機自動化搗固作業的需要，研究配合大機搗固作業測量新技術、新方法顯得尤為重要。

2 國內配合大機搗固作業測量的現狀

目前，國內采用靜態軌檢小車進行配合大機搗固作業的流程如下：

(1)在待測區段事先按照一定的間隔(一般直線上間隔5～10 m，曲線上間隔3～5 m)做標記，然后采用全站儀配合靜態軌檢小車采集這些標記點，數據采集完畢后，由靜態軌檢小車配套軟件進行數據計算處理，得到各標記點的里程和起撥道數據。

(2)搗固作業前，將各處的起撥道數據標注在相應的軌枕上，搗固作業時，由大型養護機械(簡稱大機)[4]地面引導人員將各標注處的起撥道數據通過對講機報送給大機操作人員，然后大機操作人員旋轉相應的旋鈕，控制大機進行相應的起撥道作業。

(3)當次搗固作業完成后，再次使用靜態軌檢小車進行軌道檢測，以檢查線路當前的幾何狀態情況，并為下次搗固作業提供數據支持，以此類推，直到線路達到相關要求。

這種作業模式精度非常高，能準確的指導鋼軌精調，但這種配合大機搗固的測量方法存在以下缺點:

①起撥道數據依靠靜態測量方式獲取(即將軌檢小車推行至待測點，停穩后方可點擊采集按鈕進行數據檢測)，檢測效率受到影響[5]。

五是檢驗方式不同。軍民融合和國防動員都強調建設效益和總體評價，但兩者的評價方式手段不同。軍民融合注重平時物質建設，檢驗評估手段單一，主要依靠提出需求方對融合成果進行靜態評估。國防動員注重戰時能力建設，除靜態檢驗評估外，更注重通過演練形式檢驗評估國防動員能力。

②大機搗固作業前，需將起撥道數據事先標注在軌道上，增大了外業工作量和工作強度。

③大機搗固作業時，需專門安排一名地面引導人員將起撥道數據報給大機操作人員，增加了人工投入。

④大機2號位操作人員根據起撥道數據旋動相應的旋鈕，并結合經驗進行人工順坡，這種作業模式無法充分發揮已廣泛應用于精搗作業的D09-32型大機本身具有的精搗作業功能，并且也增大了大機操作人員的工作強度。

提出采用有砟軌道動態測量系統(以下簡稱中鐵咨詢動態測量系統)配合大機進行自動化搗固作業的方法，相關工程項目中的成功應用表明，該方法精度滿足有砟鐵路搗固的需要，軌道檢測效率較靜態測量有大幅提高。同時，又能夠控制D09-32、DWL及以上型號大機進行自動化搗固作業，可以簡化大機搗固作業流程，減少人為因素影響，提升大機搗固作業效果。

3 有砟軌道動態測量系統

有砟軌道動態測量系統(以下簡稱動態測量系統)由全站儀推車(圖1左側所示)和動態軌檢小車(圖1右側所示)兩部分組成。

圖1 有砟軌道動態測量系統

動態軌檢小車是動態測量系統最核心的部分，動態軌檢小車集成了高精度的陀螺儀、加速度計等傳感器。在測量過程中，由陀螺儀實時測定軌檢小車的實時姿態，軌距傳感器實時測定軌道的實際軌距，在完成數據采集的同時，通過配套軟件自動對全站儀及多傳感器的海量數據進行時空匹配，并經過相應的濾波數據處理、內插數據處理，進而獲得軌道的相關平順性指標數據。

4 動態測量系統配合大機進行自動化搗固作業方法

使用動態測量系統配合大機進行自動化搗固作業，主要涉及到軌道數據的采集與處理、控制大機進行自動化搗固作業兩方面。

4.1 軌道數據采集與處理

采用全站儀自由設站，每測站通過線路兩側的CPⅢ控制點進行后方交會設站，設站精度遵照文獻[2]中的相關規定。外業測量如圖2所示。

圖2 動態測量系統作業模式

將動態軌檢小車停放在待測區段起點，確保全站儀推車距軌檢小車的距離不超過200 m，并進行自由設站[6]。

設站完成后，啟動采集軟件，在起始位置采集一個靜態點，然后啟動動態采集功能，接著推行動態軌檢小車前行，在距全站儀推車5 m左右處停止，并在該處采集靜態點，這樣即完成一測站的測量工作。本測站測量完成后，推行全站儀推車進行搬站，開始下一測站的測量，依次類推，即可完成軌道檢測工作。

軌道數據采集完畢后，由動態測量系統配套軟件進行分析處理，并自動生成控制大機進行自動化作業所需的Geo文件和Ver文件。

4.2 控制大機進行自動化搗固作業

大機開行至作業區后，將Geo文件和Ver文件通過U盤導入到搗固車的WinALC或ALC(線路控制計算機系統)中，然后啟動大機上的車載計算機，打開車載軟件WinALC或ALC，在做完同步點后，點擊“OK”啟動大機進行自動搗固作業。

在自動化搗固作業過程中，由WinALC或ALC系統自動控制每個作業位置處的起撥道量，不再需要人工輸入，大機自動化搗固作業如圖3所示。

圖3 大機自動化搗固作業

5 動態測量系統的效率和精度分析

5.1 作業效率

使用動態測量系統或使用靜態軌檢小車進行軌道檢測，效率都取決于兩個方面：全站儀搬站與設站的速度以及動態軌檢小車的測量速度。

(1)全站儀搬站與設站方面：使用動態測量系統進行軌道檢測時，全站儀固定安裝在手推車上，在搬站時，可以十分安全便捷的推行手推車至設站位置，并且在固定手推車時，可同步完成全站儀的粗平調整，節約大量時間；而使用靜態軌檢小車進行軌道檢測時，全站儀固定在三腳架上，在搬站時，需將三腳架和全站儀人工搬運至設站位置，顯而易見，推車推行的速度明顯會比人工搬運的速度要高。此外，在使用靜態軌檢小車檢測軌道的搬站過程中，為確保全站儀安全，在搬站前，需將全站儀從三腳架上取下，裝入儀器箱，到達設站位置后，首先將三腳架安置在設站位置，確保三個腳腿都被踩實后，方可取出全站儀，進行整平調整及設站工作，這些環節又會浪費大量的時間。綜上，在搬站、設站方面，使用動態測量系統效率明顯提高。

(2)測量方面：使用靜態軌檢小車在測量軌道點時，需推行至該點并停穩，然后方可點擊軟件進行測量工作[8]；而動態測量系統動態測量無需停止，直接推行前進即可自動完成數據采集。因此，在測量方面，使用動態測量系統進行動態測量，效率明顯提升很多。

綜上，在測量人員同樣熟練的情況下，使用動態測量系統進行動態測量在作業效率方面明顯更有優勢。經過大量的統計分析，使用動態測量系統測量效率達到1.2 km/h，而使用靜態軌檢小車按每3 m測一個點，測量效率最多能達到0.5 km/h。在測量效率大幅提高的同時，由于不需要寫標，更是節省了大量的人工投入，減輕了勞動強度。

5.2 精度分析

動態測量系統的測量精度受全站儀的精度、動態傳感器的采集精度以及濾波模型方面的精度等多方面因素影響。為直觀驗證動態測量系統的測量精度，特以靜態軌檢小車測量數據為準，將動態測量數據與靜態測量數據進行對比，通過兩者差值，得出動態軌檢小車的測量精度。在廈深鐵路某標段隨機選擇了一段1公里多的測試段，分別使用動態測量系統和靜態軌檢小車進行了測量，兩者測量結果對比情況如圖4和圖5所示。

圖4 靜態測量與動態測量所測橫向偏差對比

圖5 靜態測量與動態測量所測高程偏差對比

由圖4和圖5可以發現，動態測量與靜態測量相比，所測中線平面偏差、基準軌高程偏差的趨勢一致，其中動態模式與靜態模式所測中線偏差之差的均值為0.8 mm，最大為3.2 mm，其中99.5%的偏差分布在3 mm以內；高程偏差之差的均值0.7 mm，最大為3.3 mm，其中99.5%的偏差分布在3 mm以內。

經過統計分析，可以看出靜態精測與動態精測所測得的平面偏差和高程偏差均非常吻合度，說明該動態測量系統動態精測所測的軌道數據，能準確反映出軌道的偏差情況。

6 工程應用案例

廈深(廈門-深圳)鐵路選取了2.1 km的線路，利用動態測量系統進行多次搗固作業測量，分析各次搗固作業前后的線路波形圖(注：因線路粗搗階段已搗固過三次，故精搗階段的搗固次數從第四次開始計數，分別為第四次搗固、第五次搗固……)，其中平面波形如圖6所示。

圖6 平面偏差分析

如圖6所示，第四次平面偏差即為精搗開始前的線路平面狀況，第七次平面偏差即為三次精搗作業后的線路平面狀況。由圖6可以明顯看出，使用動態測量系統配合大機自動化搗固作業，經過三次搗固作業后，線路平面明顯改善，平面偏差全部介于10 mm以內，且平順性狀況也顯著改觀。

四次采集數據，高程波形變化情況如圖7所示。

如圖7所示，第四次高程偏差即為精搗開始前的線路高程狀況，第七次高程偏差即為三次精搗作業后線路的高程狀況。由圖7可以明顯看出，使用動態測

圖7 高程偏差分析

量系統配合大機自動化搗固作業，經過三次搗固作業后，線路高程明顯改善，高程偏差全部介于10 mm以內，且平順性狀況也顯著改觀。

綜上，在動態測量系統配合大機進行自動化搗固作業三次以后，線路的平順性達到了靜態調試階段的預期效果。在后續聯調聯試期間，再經局部消分作業，即可使線路平面和高程均達到驗收規范。

7 結論

采用常規的方法進行軌道檢測，存在測量效率低的缺點，同時，在配合大機搗固作業時，還需要大量寫標，并需提前將線路設計線型手工輸入至WinALC或ALC系統。此外，在搗固作業過程中，大機2號位操作人員需實時手工旋動按鈕。采用動態測量系統配合D09-32、DWL及以上型號的大機進行自動化搗固作業，不僅測量效率提高，而且還能自動生成大機作業所需的線形資料和起撥道數據文件，進而控制大機進行自動化搗固作業。該方法提高了軌道的檢測效率，并減少了不必要的人工參與，有效提升了大機搗固作業水平。綜上，該方法具有極大的推廣價值，可以在新建有砟軌道線路的搗固作業階段和既有有砟線路養護過程進行推廣應用。

[1] 雷巨光. 單軌測量系統在新建有砟鐵路軌道粗搗中的應用[J].鐵道勘察，2014(1)：1-4

[2] 中華人民共和國鐵道部.TB10601—2009高速鐵路工程測量規范[S].北京：中國鐵道出版社，2010

[3] 李光林，張新奎，朱利民.提速200 km/h線路長波長不平順的養護維修技術[J].鐵道建筑，2007(4)：101-102

[4] 鄭中立.我國鐵路大型養路機械發展回顧[J].鐵道建筑，2004(7)：4-5

[5] 曾若飛.鐵路有砟軌道自動養護測量系統研究思路探討[J].鐵道勘察，2011(2)：8-12

ApplicationofBallastTrackDynamicMeasurementSystemInTrackFineComissioning

JU Guojiang

2014-10-30

鞠國江(1965—)，男，1988年畢業于西南交通大學鐵道運輸專業，高級工程師。

1672-7479(2014)06-0001-03

U412.24

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