基于絕對控制測量自動化養護技術研究

尚培培

（國能朔黃鐵路發展有限責任公司，高級工程師，河北 滄州 062350）

1 前言

目前，朔黃鐵路大機搗固養護作業模式主要采用相對作業模式。一方面，在線路養護時缺少將絕對控制基準引入，使養護后的線路僅能保持短波平順性，而長波平順性得不到養護，若長波平順性長期得不到養護，則會引起橋梁偏心、限界超限等諸多問題［1］，影響列車運營安全。另一方面，傳統的相對作業模式中，在大機搗固作業前需進行線路測量、寫標等作業，準備工作繁重、自動化程度低、綜合效率不高；在大機搗固作業時，養護數據輸入采用人工擰動旋鈕方式，效率低、易出錯。在朔黃鐵路運量大、運輸繁忙、天窗時間短的情況下，如何大幅提高軌道線形測量和線路養護作業速度及質量，需探索出一套完整的、基于絕對控制測量的自動化養護作業新模式。

2 養護作業新模式探索

2.1 養護作業新模式

結合朔黃鐵路實際，提出一種基于絕對控制測量的自動化養護作業新模式：首先利用朔黃鐵路近期建立的一套基于絕對坐標的軌道固定樁控制網系統［2］，采用動態軌道對車測量系統對既有線路線形進行絕對測量，利用設計軟件對測量線路現狀進行平、縱斷面設計優化，將線路測量數據與優化設計后的平、縱斷面數據比較分析，分別計算出大機養護所需各項參數，形成大機養護數據文件，通過數據的批量傳輸將各項參數文件傳給大機，從而實現線路全過程自動化養護作業。

2.2 新模式試驗

為了驗證利用已有固定樁控制網，采用軌道對車測量系統對軌道線形的現狀進行絕對測量，再配合大機進行線路搗固維護作業模式的應用效果，選擇在朔黃鐵路下行正線K89+300～K90+000范圍內開展軌道對車測量系統配合大機養護的試驗。試驗內容主要包括：

2.2.1 絕對測量 利用已有固定樁控制網，采用軌道對車測量系統對試驗段落的軌道線形現狀進行絕對測量。

2.2.2 確定目標線位 確定養護目標線位是實現大機自動化養護作業的基礎。由于朔黃鐵路現有線路較原設計線形已發生變化，原設計線位資料已無法滿足大機搗固養護目標線位的要求，通過利用專用平、縱斷面設計軟件，結合線形絕對測量數據進行平、縱斷面優化設計，確定當前線路的最佳目標線位。

2.2.3 數據分析 將養護目標線位與絕對測量數據比對分析，得到大機搗固所需各項參數，生成大機所識別的Geo、Ver文件，批量傳輸給大機，控制大機進行自動化搗固作業。

2.2.4 作業效果 對大機自動化搗固作業完成后的線路線形，進行再次測量，檢測和分析大機自動化搗固的作業效果。

3 試驗過程

3.1 基于固定樁系統的線形測量

3.1.1 架設全站儀推車 將對車系統中的全站儀推車架設在上線路上，將智能型全站儀整平并自由設站，如圖1所示。

圖1 全站儀推車架設圖

3.1.2 固定樁控制點 全站儀自由設站時，需要至少觀測周邊4 個固定樁控制點，從而將控制基準引入到軌道線形測量中［3］，線路兩側的固定樁控制點，如圖2所示。

圖2 固定樁控制點

3.1.3 測量作業 將對車系統中的動態軌檢車放置在需測量的軌道上，智能全站儀自由設站完成后，即可開始軌道的線形測量。測量時，全站儀推車保持不動，人工以步行速度推動動態軌檢車向全站儀車方向行進，采集動態軌道數據，完成軌道線形的測量工作，測量作業如圖3所示。

圖3 動態軌檢車測量軌道場景

3.2 養護目標線位的確定

3.2.1 平曲線優化設計 基于軌道動態測量得到的軌道中心線實測坐標，采用“既有線平曲線優化設計軟件”，參照朔黃鐵路設備綜合圖及《改建鐵路工程測量規范》［4］、《鐵路線路設計規范》等相關技術規范，對平面曲線進行優化設計［5］，平曲線優化設計如圖4所示。

圖4 平曲線優化設計圖

3.2.2 縱斷面優化設計 基于軌道動態測量得到的低軌實測高程，采用“縱斷面優化設計軟件”，參照朔黃鐵路設備綜合圖及《改建鐵路工程測量規范》、《鐵路線路設計規范》等相關技術規范，對線路縱斷面進行優化設計，縱斷面優化設計如圖5所示。

圖5 縱斷面優化設計

3.2.3 數據處理 以平曲線及縱斷面優化設計后的線路線形為目標線形數據，將實測線形數據與目標線形數據比對分析，計算線路養護的起、撥道量，由軟件自動生成大機自動化搗固作業所需的Geo、Ver文件，數據如圖6所示：

圖6 搗固機能識別的Geo及Ver文件

3.3 大機自動化搗固作業

大機開行至作業區后，將Geo、Ver 文件通過U盤導入到搗固車的ALC（線路控制計算機系統）中，啟動大機上的控制計算機，打開WinALC專業軟件，根據作業方向（從小里程往大里程或從大里程往小里程），確定是否勾選反向作業，將大機對準起始作業點，輸入相應的準確里程，點擊“OK”即可控制大機進行自動搗固作業。在自動化搗固作業過程中，WinALC 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。

3.4 大機自動化搗固作業效果分析

大機按照事先提供的Geo、Ver文件進行自動化養護作業完畢后，再次使用動態軌道對車測量系統對養護后的線路現狀進行檢測，得到試驗段落在大機養護前后線形狀況的數據對比，如圖7、圖8所示，平面偏差面向大里程，左偏為負，右偏為正，高程偏差比設計值低為負，比設計值高為正。

圖7 搗固前后平面偏差

圖8 搗固前后高程偏差

根據分析線路平、縱斷面養護前后對比圖可以得出使用軌道對車測量系統配合大機進行自動化養護，在養護作業完成后，線路的平面位置、高程位置以及線路的平順性均有顯著改善。養護作業后，朔黃鐵路的例行動態檢測車檢測結果也表明，試驗段落線路的幾何狀態均滿足動態檢測各項指標要求，無任何出分點。說明使用軌道對車測量系統配合大機進行自動化養護作業能夠滿足朔黃鐵路養護需求。

4 兩種養護作業模式的對比

4.1 對比分析

將相對養護作業模式與基于絕對控制測量的自動化養護作業模式在線路測量精度、自動化程度、人為誤差干擾、上道次數、測量效率等方面進行分析比較，基于絕對控制測量的自動化養護作業模式具有明顯優勢，如表1所示。

表1 兩種養護模式對比情況表

4.2 自動化養護作業模式優點

4.2.1 唯一標準 基于基礎數據（軌道固定樁控制網系統）進行線路的絕對測量，結合實際測量數據對線路重新進行平、縱斷面設計，形成標準線形，線路的軌道固定樁控制網和標準線形一經確定，永久不變，以此作為分析和計算起、撥道量數據的參照標準。

4.2.2 數據精準 線路絕對測量數據全面、準確，精度高且均勻［6］，提高線路短波平順性養護質量，對線路長波平順性進行養護，降低輪軌磨耗，延長輪對及鋼軌的使用壽命。

4.2.3 標準線形 充分考慮線路安全限界、橋梁偏心等因素，以標準線形作為養護目標值，避免線路養護對線路安全限界和橋梁偏心的影響。

4.2.4 效率高且誤差少 線路養護參數數據以Geo、Ver文件輸入大機WinALC系統，由ALC系統控制大機進行自動化養護作業，改變傳統由人工擰動旋鈕的數據輸入方式，能夠大幅提高作業效率、有效避免人為因素產生的誤差。

4.2.5 周期短且精度高 采用動態軌道對車測量系統基于軌道固定樁控制網進行線路測量，實現軌道測量全程自動化作業，軌道動態測量效率可達1.2km/h，與大機作業效率相匹配，一次上道即可獲取所需數據，縮短數據采集周期，數據精度高，人為因素引起的誤差少。

5 結論

相對養護作業模式已無法滿足朔黃鐵路線路養護需求，基于絕對控制測量的自動化養護作業模式采用“軌道固定樁”和“標準線形”為基礎數據，利用短暫的天窗時間高效、高精度地完成快速軌道測量，應用動態軌道對車測量系統實現基于軌道固定樁控制網系統的快速軌道測量、配合大機進行自動化養護作業的全部流程，具有較強的可實施性、可推廣性。