（道路与铁道工程专业论文）轨道检查数据综合应用系统的开发和研究.pdf

中文摘要 中文摘要 摘要：随着我国路网干线的全面提速以及高速、重载铁路的发展，轨道质量状态 的好坏影响着铁路运输生产组织和行车安全。轨道检查数据真实地反映着轨道质 量状态，因此充分地应用轨道检查数据指导工务部门养护维修工作来确保轨道质 量状态，是工务管理部门适应铁路跨越式发展的需要。计算机技术在铁路工务领 域的应用，可以大大提高轨道检查数据综合应用的水平。基于上述情况，本文对 利用计算机编程技术对轨道检查数据综合应用系统进行开发和研究。 本文的绪论部分首先阐述了选题的意义和研究的背景。对工务部门轨道检查 的方式和轨道检查数据的应用的现状作了介绍。在此基础上，本文以铁路工务管 理中应用轨道检查数据来直接指导生产这一重要环节作为研究的切入点，确定了 研究的主要内容。 本文的第二章介绍了轨道质量的评价方法和轨道检查数据里程核对的原理及 其方法。这是轨道检查数据分析处理的理论基础，也是开发轨道检查数据综合应 用系统的理论基石。 第三章结合邯郸工务段的铁路工务管理的现状对轨检车数据管理系统进行设 计、开发和研究。以工务段为对象，对铁路工务管理中的功能需求进行调研分析， 详细地介绍了轨检车数据管理系统用户的需求分析、系统的总体设计和系统的实 现。 第四章首先介绍了铁路工务段的钢轨探伤管理，然后结合在钢轨探伤管理分 析了铁路工务通的应用前景。 本文的第五章对轨道检查数据应用系统进行了总结，并提出了一些展望。 关键词：轨道检查；数据应用；铁路工务通 分类号：u 2 1 6 3 a b s t r a c t a b s t r a c t a b s t r a c t ：w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc h i n e s er a i l w a yh e a v yl o a da n dl l i g hs p e e d r a i l w a yt r a n s p o r td e l i v e r yo r g a n i z a t i o na n dt r a v e l l i n gs a f e t ya r ee f f e c t e db yt r a c kq u a l i t y c o n d i t i o n t h et r a c kq u a l i t yc o n d i t i o ni sr e f l e c t e db yt r a c ki n s p e c t i o nd a t a s o ，i ti sv e r y i m p o r t a n tt oa p p l yt r a c ki n s p e c t i o nd a t as u f f i c i e n t l yt oi n s u r et r a c kq u a l i t yc o n d i t i o n t h ea p p l i c a t i o nl e v e lo ft r a c ki n s p e c t i o nd a t ai si m p r o v e dg r e a t l yb ya p p l y i n gc o m p u t e r t e c h n i q u ei nr a i lm a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n td e p a r t m e n t b a s e d0 nt h i sc o n d i t i o n ， t h i sa r t i c l em o s t l ya i m sa tr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fm u l t ip u r p o s ea p p l i c a t i o n s y s t e mf o rt r a c ki n s p e c t i o nd a t a f i r s t ，t h es e n s eo fs e l e c t i n gs u b j e c ta n dr e s e a r c hb a c k g r o u n di si n t r o d u c e di nt h e f i r s tc h a p t e ro ft h i sa r t i c l e t h ep r e s e n ts t a t u so ft r a c ki n s p e c t i o nw a y so fr a i l w a y m a i n t e n a n c em a n a g e m e n td e p a r t m e n ta n dt r a c kd a t aa p p l i c a t i o ni n - c o u n t r ya n da b r o a d i si n t r o d u c e d b a s e do na b o v ec o n d i t i o n ，t h er e s e a r c hp o i n to ft h i sa r t i c l eh a sb e e n d i s c o v e r e db ya p p l y i n gt r a c ki n s p e c t i o nd a t at og u i d et h ep r o d u c i n g d i r e c t l yi nr a i l w a y m a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n t ，a n dt h er e s e a r c hp r i m a r yc o n t e n ti sa s c e r t a i n e d t h et h e o r e t i c a lb a s i so fa n a l y s i so ft r a c ki n s p e c t i o nd a t a 仃a c k q u a l i t y e v a l u a t i o nm e t h o d s ，i si n t r o d u c e di nt h es e c o n d c h a p t e ro ft h i s a r t i c l e t h e nt h e r a t i o n a l ea n dm e t h o d so fk i l o m e t e rp o s tc h e c k i n go ft r a c ki n s p e c t i o nr a i l c a ra r e i n t r o d u c e d ，t o o t h e ya r et h et h e o r e t i c a lb a s i so fr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fm u l t i p u r p o s ea p p l i c a t i o ns y s t e mf o rt r a c ki n s p e c t i o nd a t a t h ed e s i g n ，r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f t r a c ki n s p e c t i o nr a i l c a rd a t am a n a g e m e n t s y s t e m ，w h i c hb a s e do nb a c k g r o u n do fr a i l w a ym a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n to f h a n d a nr a i l w a ym a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n td e p a r t m e n t ，i si n t r o d u c e di nt h et h i r d c h a p t e ro ft h i sa r t i c l e t h ea n a l y s i so ff u n c t i o nr e q u i r e m e n tw h i c hb a s e do nr a i l w a y m a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n td e p a r t m e n t ，a n a l y s i so fu s e rr e q u i r e m e n t ，i n t e r g r a d e d d e s i g na n dr e a l i z a t i o no f t r a c ki n s p e c t i o nr a i l c a rd a t am a n a g e m e n ts y s t e mi sa n a l y z e di n d e t a i li nt h i sc h a p t e r t h er a i lw o u n dm a n a g e m e n ti nr a i l w a ym a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n td e p a r t m e n t i si n t r o d u c e di nt h ef o n l lc h a p t e ro f t h i sa r t i c l e t h e nt h ea p p l i c a t i o nf o r e g r o u n do f p d a i nr a i lw o u n d m a n a g e m e n ts y s t e mi si n t r o d u c e d ，t o o i nt h ee n d ，t h em u l t ip u r p o s ea p p l i c a t i o ns y s t e mf o rt r a c ki n s p e c t i o nd a t ai s s u m m a r i z e di nt h ef i f t hc h a p t e ro f t h i sa r t i c l e , a n ds o m ee x p e c t a t i o n sa r ep r o p o s e d a b s t r a c t k e y w o r d s ：t r a c k i n s p e c t i o n ：d a t aa p p h c a f i o n ；p d a c l a s s n 0 ：u 2 1 6 3 致谢 本论文的工作是在我的导师张海燕副教授的悉心指导下完成的，导师对于论 文的选题、研究计划的制定、阶段性成果的审查和最终定稿都给予了中肯的指导， 倾注了大量的心血。在学习以及论文撰写期间，导师高贵的品格、渊博的知识、 见微知著的深刻洞察力、严谨的治学态度和科学的工作方法和对学生们无微不至 的关怀，无不深深地影响着我，使我受益匪浅。在此，谨向导师致以崇高的敬意 和衷心的感谢! 在邯郸实习期间，邯郸工务段线路科李立军工程师给予我很多现场的指导； 在实验室工作及撰写论文期间，吕鹏和欧阳俊等同学对我论文中的铁路工务通和 轨检车数据管理系统的开发和研究工作给予了热情帮助。在此向他们表达我最真 诚的感激之情。在邯郸的实习让我终生受益；在实验室里轻松愉快的学习氛围和 相互帮助合作的精神让我永远怀念。 感谢本文所引用参考文献的所有作者们；对所有帮助过我和关心过我的人， 一并表示感谢! 最后感谢家人尤其是我的爸爸、妈妈在我的求学道路上所给予的巨大支持和 鼓励，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成学业。 a b s t r a c t 序 随着铁路提速工作的跨越式发展，高速、重载货车的开行，导致了工务部门 工作量的加大。同时，由于行车密度的提高、行车间距的缩短，可用于养护维修 作业时日j 却在不断减少，运营维修的矛盾r 益尖锐，行车安全隐患也潜在地增多。 对轨道检查数据的有效管理来指导养护维修工作，一直是国内外铁路工作者的研 究的重点。 2 0 0 5 年6 月，我的导师张海燕副教授和邯郸工务段李立军工程师合作丌发轨 道检查数掘综合应用系统。我有幸参与此项目。在近一年多的时间里，我们首先 对邯郸工务段轨道检查数据应用的现状和用户的需求功能进行调研分析，然后从 轨检车数据管理系统和铁路工务通在钢轨探伤管理中的应用两个方面着手进行研 究。 轨检车数据管理系统的丌发除了要满足铁路工务段现有的功能需求之外，还 添加了一些具有前瞻性的功能。比如，2 0 0 6 年4 月1 8 日，铁道将进行第6 次大的 提速。在这个大的背景下，系统开发过程中包含了第6 次提速后2 0 0 k m h 的养护 维修检测速度标准。同时还有一些创新，比如钢轨探伤管理中铁路工务通的开发 和应用。 在此期间，我得到了我的导师张海燕副教授和邯郸工务段李立军工程师的悉 心指导，我的同学欧阳俊和吕鹏的大力协助。对此，对他们表示衷心地感谢! 绪论 1 绪论 本章介绍选题的意义、研究的背景和研究的主要内容。对轨道检查数据应用 的现状作了介绍和分析。在此基础上，以应用轨道检查数据来直接指导生产这一 重要环节作为研究的切入点，确定了研究的主要内容。 1 1选题的意义 铁路工务设备是铁路的基础设施，直接影响到铁路运输的安全与效率。铁路 工务设备中最重要的是轨道，对轨道数据的有效管理，一直是国内外铁路工作者 的研究的重点。随着铁路提速工作的跨越式发展，对轨道的检查和维修提出了更 高的要求。近两年来，工务系统围绕提速在进行设备改造工作、更换轨枕、拨改 曲线、更换新型机车车辆等的同时，也加快了信息网络技术的应用，为保证提速 工作的顺利进行打下了良好的基础。提速后行车对线路的影响加大，轨道几何尺 寸变化发展加快。为确保提速后行车的安全，必须通过高精度、高密度的线路轨 道检查和轨道检查数据的充分应用来对线路轨道进行及时养护维修，来保证快速 列车运行安全。目前轨道数据检查手段齐全，但是具体到对轨道检查数据的应用 仍处于低级阶段。充分应用轨道检查数据来指导工务部门养护维修工作，是工务 部门适应铁路跨越式发展的需要。 铁路工务部门通过轨道检查数据末获得轨道质量状态信息、提出养护维修决 策、指导现场作业、评价工作质量、实施科学管理，使轨道设备经常保持均衡良 好状态、确保列车按规定的最高速度平稳不间断运行。因此在铁路工务管理中对 轨道检查数据的综合应用进行研究十分有意义。 1 2 研究背景 1 2 1 轨道数据检查和应用的现状 目前国内轨道的检查分动态检查和静态检查。检查的内容包括轨道几何尺寸 和钢轨伤损情况等。 轨道几何尺寸的动态检查是行车条件下的轨道状态，主要采用轨道检查车检 查。轨道动态检查方式主要有以下三个方面。一是铁道部和铁路局的轨检车的检 北京交通大学硕士学位论文 查，检查的项目主要有轨距、水平、高低、轨向、三角坑、车体垂直加速度和横 向加速度。二是动态添乘仪( 或机载式) 的检查，检查的项目主要是车体垂直加 速度和横向加速度。三是各级工务有关人员乘车检查，通过各种检查对发现的问 题及时通知有关车间和工区进行整治。 轨道几何尺寸的动态检查数据，由轨检车提供的三级偏差报告和公里报告， 主要起到的是考核作用。但其数据目前应用不太方便，失去了指导维修的意义， 造成资源浪费。添乘仪由于下载数据不及时，造成数据不能及时通知工区。有关 人员乘车检查所发现的问题随意性强，可指导性较差。对于机载式添乘仪、轨道 车的i i 、i i i 级偏差数据采用“轨道数据电话自动查询系统”进行查询。轨检车检 查数掘大多以电话通知或传真机通知为主。以上的通知方式与目前计算机发展水 平不相适应，不利于对轨道几何尺寸的动态检查数掘进行深层次地利用。 轨道几何尺寸的静态检查是轨道不行车时的状态，采用道尺等工具测量。轨 道几何尺寸的静态检查方式分两大部分，一是工区工长和车间主任按铁路线路 修理规则要求对设备进行的检查，工务段设备检查组或其它人员对设备进行的 考核检查，以上二者对检查中超过临修标准的及时安排工区紧急补修；二是工区 根据动、静态各种检测数据确定选择性保养地段后的状态调查，为下月安排维修 生产计划提供依据。 轨道几何尺寸的静态检查数据，不能反映轨道在动态中的变化情况，对生产 的指导作用大打折扣。数据在使用过程中单一，在结合修程方面没能发挥更大的 作用。 钢轨伤损的检查主要是探伤车间使用钢轨探伤车按路局安排计划，对重点线 路进行钢轨探伤。钢轨探伤的检查主要内容为伤损钢轨和焊缝。工务段段上有探 伤工区，手工进行探伤。以通知单的形式通知段调度和车间工区。探伤资料采用 通知单形式一份工区一份调度，通知时间长。以上的通知方式与目前计算机发展 水平不相适应，不利于对探伤资料数据进行深层次的利用。 以上为轨道数据检查的现状，工务段的另一方面的现状是计算机技术在铁路 工务轨道检查中的应用水平不高。目前大多数工务段已完成了局域网的建设。例 如邯郸工务段，在铁道部和路局的大力支持下，作为全路工务系统p w m i s 系统的 应用试点单位，进行了全局联网。目前各段计算机配置基本上到了车问，有的工 务段正计划在主要班组配置计算机，计算机已分布各点。但是目前工务部f q n 用 计算机辅助指导维修的程度却很低，主要是工务段与铁路局及以上部门的联系， 而缺少与工区之间的联系，同时工务业务相关的应用程序较少，大多计算机在履 行一个打印机的功能。一个单位建成的网络，却只为机关或车间的文字处理服务， 资源浪费。各种检查数据使用单一，没有与修程相结合的分析软件，检查数据利 绪论 用率低，通知到工区指导生产周期长。另外探伤检查记录、工长设备检查记录等 有关检测数据的记录仍沿用手写本上记录的格式，数据不易统计。 1 2 2 国内背景 我国工务管理信息系统建设始于1 9 8 5 年，当时铁道部工务局提出了建立工务 设备数据库，逐步实现工务设备计算机管理化的任务目标。在铁道部的组织和各 路局的努力下，先后完成了f o x b a s e 版本的线路设备汇总软件、桥隧设备管理软 件、线路秋检管理软件、桥隧秋检管理软件等，1 9 9 8 年又将桥隧设备管理软件升 级为a c c e s s 数据库版本软件，数据上报采用报盘模式。随着网络技术的发展和铁 路体制改革的深化，1 9 9 9 年在铁道部运输局基础部主持下，由铁道部信息技术中 心牵头，联合北方交大和各路局( 主要是京沪线上三路局) ，研发了适用于铁道部 路局分局站段四级应用的网络版铁路工务管理信息系统( p e r m a n e n t w a ym a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称p w m i s ) ，包括线路设备管理子系统、 桥隧设备管理子系统、路基设备管理子系统、线路秋检管理子系统，桥隧秋检管 理子系统、路基秋检管理子系统、工务调度管理子系统、防洪水害管理子系统、 综合图绘制管理子系统、速度图管理子系统、管界图、配线图绘制管理子系统、 大桥略图绘制管理子系统、采石管理子系统、钢轨伤损管理子系统等1 5 个业务子 系统，以及数据同步和系统管理2 个维护子系统。p i 】l n i s 于2 0 0 1 年在京沪线上3 个路局、7 个分局、2 5 个工务段进行了试点。2 0 0 2 年通过铁道部运输局组织的技 术审查，评价该系统具有功能完善、集成度高、网络化运行、数据结构统一、兼 容性好、安全度高、操作简便等特点。 随着近年来我国铁路信息化建设的开展和深入，到现在我国铁路设备大部分 应用计算机进行管理。1 9 9 8 年，铁道部提出在工务段中进行工务设备的计算机全 面管理。在这个基础上国内出现了多个工务管理信息系统。 北京铁路局使用的“北京铁路局工务地理信息查询系统”使用w e b g i s 、b s 技术，主要功能包括地理信息发布工务防洪地理信息查询、工务综合信息查询等 三个子系统。利用g e og r a p h i c sg i s 软件和d b 2 大型数据库对铁路地形图、纵断 面、配置图、病害工点、线路表进行查询、分析、管理，同时实现了网上发布。 上海铁路局使用的“沪宁铁路工务管理信息系统”利用微软公司的s q l s e r v e r 7 0 数据库、以p o w e r b u i l d e r 、v i s u a lc + + 6 0 为开发工具，实现按线名检索 和查询分段存放的地形图和航空照片图像数据、按里程查询浏览地形图和航空照 片图像数据，检索按线名存放的活动图像数据；播放线路的活动图像并同时显示 相应里程及相关信息；查询、显示、输出线路设备数据。 北京交通大学硕士学位论文 沈阳铁路局使用的“铁路工务设备综合管理系统”可以提供多角度全方位的 视频图像，并与数据库相结合。该系统可以及时检索事故、灾害现场的线路设备 概况，为指挥现场抢险救灾、事故处理做出正确决策提供直观的影像及数据资料。 广铁集团和同济大学合作丌发的广深线养护维修计算机管理系统针对广深线 特点，应用t q i 评估轨道质量状态，指导大型养路机械施工作业，提高了作业效 率，降低了养修成本，取得了良好的经济效益。 1 2 3国外背景 国外铁路很少有专门的工务管理信息系统，而是铁路基础设施( 包括工务和电 务) 管理。从各国铁路工务管理侧重点上，可以分为两类，即侧重于铁路轨道养护 的轨道管理系统及侧重于所有铁路基础设施设备管理的系统。 加拿大在铁路维修方面开发了轨道管理系统、轨道维修咨询系统和轨道养护 维修辅助决策系统。轨道管理系统利用轨道检查车动态检测数据结合现场人工测 量数据，评判线路质量状态和线路各部件的质量状态，并且结合线路运输状况预 测线路质量恶化趋势。轨道维修咨询系统是对轨道动态检测数据进行管理和分析 的系统。轨道养护维修辅助决策系统在轨道维修咨询系统的基础上，定量预测轨 道不平顺和钢轨伤损等指标的变化，结合线路设备的基本信息以及运输状况辅助 制订轨道部件的更换计划以及线路大中修计划。同时该系统注重对于维修信息的 管理，考虑经济和资源因素，制定各种计划，可以提高作业效率，合理分配资源， 优化安排养修作业。 o m n i c o me n g i n e e r i n g 公司的o m n i s u r v e y o r 3 d 是三维的基础设施管理系统，在 巡道车行进中产生前进方向的连续的左中右方向的影像，每一帧影像都能精确定 位，定位精度达o 5 m ，并生成高精度的铁路沿线的三维影像，结合巡道车测得的 轨道数据可以自动将不合格的铁轨在三维图像上高亮度显示。 e n s e o 公司开发的f i e l dd a t as y s t e m 、g a u g e r e s t r a i n tm e a s u r e m e n ts y s t e m 、 h i g h s p e e dt r a c kg e o m e t r ys y s t e m 、v i s i o n - b a s e di n s p e c t i o ns y s t e mg i s 等，可以装 载g p s 的巡道车对铁轨进行自动检查和检查结果的记录、查询和分析等，其中 v i s i o n b a s e di n s p e c t i o ns y s t e m 取代步行巡道后在运行速度为5 0 m p h ( 大约8 0 k m h ) 的巡道车上精度达1 8 i n 。 z e t a - t e c ha s s o c i a t e s 公司开发的应用在加拿大铁路的m a i n t e n a n c eo fw a y i n f o r m a t i o ns y s t e m ，可以不同的颜色在电子地图中显示设备故障及严重程度，可 以查询设备维护历史数据，并建有预测模型，用来根据当前数据预测铁轨等设备 的使用寿命，分析某个设备的故障对铁路的影响；同一家公司开发的t i e i n s p e c t i o n 4 绪论 a n dp l a n n i n gs y s t e m ，能收集轨枕状态数据，依据这些数据分析一定范围内轨道强 度的变化，计算出需要更换哪些枕木，以及更换了这些枕木后对轨道强度的影响。 欧洲轨道研究院( e u r o p e a nr a i lr e s e a r c hi n s t i t u t e ) 开发的b c o t r a c k 轨道维 护及更新决策支持系( d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e mf o rt r a c km a i n t e n a n c ea n dr e n e w a l ) 该系统可以进行工务设施数据管理，同时应用专家系统技术，建立有设施维护更 新规则库，可以对工务设施管理、维护和更新提供优化管理和决策支持，同时可 以进行设备诊断、优化资源分配、对基础设施进行技术上和经济上的分析，提高 工务设备的生产率。 除了上面介绍的以外，还有很多不同的管理信息系统，如美国的s m s 和 r e p o m a n 系统，法国国铁的g o p 系统，瑞士的g e v 系统等，都有各自的特点， 分别实现了轨道状态管理和辅助养护维修等作用。 总之，发达国家的铁路工务管理信息系统普遍结合了信息技术、g i s 技术及铁 路计划、检测，维护工程的最新技术，能够更加高效地维护铁路基础设施，优化 投资计划和方向，优化新建地区以及全铁路的建设。同时可实现铁路基础设施的 计划、设计、执行和维护等方面的决策支持。 1 2 4 国内外对比 总体看来，国内的铁路工务管理信息系统普遍具有数据管理、统计、查询等 传统m i s 的功能，一些路局还在不同程度上引入了g i s 概念，以图示化的形式显 示信息。与发达国家比，还存在着一定的差距，具体体现在： ( 1 ) 发达国家的铁路基础设施( 内含工务) 管理信息系统普遍以g i s 为基础。 在工务管理信息系统上应用g i s 技术已是大势所趋，图表和数据只能抽象地反映 工务设备的技术状态，不能直观和形象地反映工务设备及地形地貌的实况；尤其 是在遇到事故、自然灾害或防洪抢险时，不能及时地提供直观，准确的详细情况。 ( 2 ) 目前国内铁路所有工务管理信息系统的数据基本都是静态数据，缺少轨道、 桥隧等检测的动态数据，发达国家的基础设施地理信息系统可以利用装载g p s 的 巡道车测得轨道的实时动态数据，对轨道进行自动检查和检查结果的记录、查询 和分析等，并自动将不合格的轨道在三维图像上以亮度显示。 ( 3 ) 当前国内的铁路工务管理信息系统只能提供数据管理、统计、查询等传统 m i s 的功能，只是简单的取代手工报表，普遍缺乏决策支持功能。国外工务管理 信息系统可以提供功能强大的决策支持功能，提供优化资源分配方案，可进行基 础设施维护、改扩建等中短期计划和战略规划，甚至提供操作仿真。 铁路工务管理信息系统的开发建设是铁路运输安全、生产经营的关键之一， 北京交通人学硕士学位论文 也是缩小与发达国家铁路管理水平的差距，提高铁路行业市场竞争能力的需要。 铁路工务管理信息系统应加强动态数据管理能力，应用智能技术，最大限度地实 现信息资共享，为各类用户提供大量直观的参考依据和强有力的决策支待，使之 成为获取信息、组织管理，实施计划、指挥调控的重要工具，推进铁路信息化水 平。 1 3本文主要研究的内容 轨道检查数据主要包含轨道的几何形位和钢轨的材质以及机械性能。轨道的 几何形位主要是由轨道检查车来检查。钢轨的材质和机械性能由钢轨探伤车来检 查。因此本文的轨道检查数据综合应用系统主要包括两个方面：一是针对轨检车 数据开发的轨检车数据管理系统，二是针对钢轨探伤管理开发的铁路工务通。本 文主要内容如下： 第一章，介绍研究课题的研究背景、意义和内容。 第二章，介绍了轨道质量的评价方法和轨道检查数据里程核对的原理及其方 法。这是本文研究的理论依据。 第三章，结合邯郸工务段的铁路工务管理的现状对轨检车数据管理系统进行 设计、开发和研究。以工务段为对象，对铁路工务管理中的功能需求进行调研分 析，详细地介绍了轨检车数据管理系统用户的需求分析、系统的总体设计和系统 的实现。 第四章，先介绍了铁路工务段钢轨探伤管理，然后结合钢轨探伤管理，对p d a 在铁路工务通中的应用作了举例说明。 第五章，对本文研究工作进行总结，并提出了下一步进行的工作。 6 轨道质量评价方法 2 轨道质量评价方法 轨道是机车车辆运行的基础，直接支承机车车辆的车轮，并引导其前进。轨 道几何形位正确与否，对机车车辆走行车辆的安全运行、乘客的旅行舒适度、设 备的使用寿命和养护费用起着决定性的作用。影响旅行安全性和舒适度的因素有 轨距、水平、轨向：高低和三角坑等轨道的几何形位因素。因此在铁路工务管理 中，对轨道的几何形位的管理十分重要。轨道的几何形位按静念与动态分两种状 况进行管理。静态几何形位是轨道不行车时的状态，采用道尺等工具测量。动态 几何形位是行车条件下的轨道状态，采用轨道检查车测量。显然，轨道几何形位 动态检查在轨道检查中尤为重要。本章主要讨论轨道几何形位动态检查质量评价 方法。我国对轨道动态质量的评价方法主要有峰值扣分法和轨道质量指数评价法 两种。 2 1峰值扣分法 峰值扣分法是目前我国轨检车数据采用较为普遍一种轨道质量评价方法。峰 值扣分法是从轨道的几何尺寸指标和动力指标的角度，以一公里为单位计算总扣 分的方式来评定轨道的质量。其具体方法是测量轨道各参数每个测点的幅值大小 ( 以1 英尺为一个测点) ，来判断测点的峰值是否超过规定的限界，并根据超限的 不同等级进行扣分，在确定的轨道区段范围内，统计各级超限数量及各参数的扣 分数。峰值扣分法的每千米扣分总数s 的计算公式为： 47 s = y y k t r c ， ( 2 1 ) 扣lj f f i l 式中s 每公里扣分总数( 各级各项偏差扣分的总和) ； k ，各级偏差的扣分数； r ，各项的加权系数，互弓均为1 ； c 。各项检查项目各级偏差的个数。 根据铁道部今年9 月份刚刚颁发的铁路线路修理规则规定，轨道检查车 对轨道动态局部不平顺( 峰值管理) 检查的项目为轨距、水平、高低、轨向，三 角坑、车体垂向加速度和横向加速度7 项内容。轨道动态质量容许偏差管理值按 线路容许速度分为4 个级别：i 级为保养标准( 每处扣1 分) ，i i 级为舒适度标准 ( 每处扣5 分) ，i i i 级为l 临时补修标准( 每处扣1 0 0 分) ，i v 级为限速标准( 每处 扣3 0 1 分) 。各级容许偏差管理值具体见表2 1 。 北京交通大学硕士学位论文 表2 - 1 轨道动态几何尺寸容许偏差管理值表 t a b 2 - 1t r a c kt y n a m i ed i m e n s i o nt o l e r a b l ed e f l e c t i o nv a l u ec h a r t 2 0 0 k m h1 6 0 k m h1 2 0 k m h 项目 i 级i i 级i i i 级i v 级i 级i i 级i i i 级i v 级i 级i i 级i i l 级i v 级 - 3- 4- 6847- 8- 1 068- 1 0- 1 2 轨距( m ) + 4 + 8+ 1 2+ 1 5+ 6+ 1 0+ 1 5+ 2 0 + 8+ 1 2+ 2 0 + 2 4 水p ( m )581 21 461 01 41 881 21 82 2 岛低( m )581 21 561 01 5 2 081 22 0 2 4 轨向( m )571 01 2581 21 681 01 62 0 三角坑( m m ) 4 691 2581 21 481 0 1 4 1 6 ( 基线2 4 m ) 车体垂向加速度 0 1 00 1 50 2 00 2 50 1 00 1 50 2 00 2 50 1 00 1 50 2 00 2 5 ( g ) 车体横向加速度 0 0 60 1 00 1 5o 2 0o 0 60 ，1 00 1 50 2 000 6o i o0 1 50 2 0 ( g ) 说明：表中不平顺各种偏差限值为实际幅值的半峰值； 高低、轨向不平顺按实际值评定； 水平限值不含曲线上按规定设置的起高值及超高顺坡量； 三角坑限值包含缓和曲线超高顺坡造成的扭曲量； 固定型辙叉的有害空间部分不检查轨距、轨向，其它检查项目及检查标 准与线路相同。 轨道检查车检查线路区段整体不平顺( 均值管理) 的动态质量用轨道质量指 数( t q i ) 评定。轨道质量指数管理值见表2 2 。 表2 - 2 主要干线轨道质量指数( t q i ) 管理值表 t a b 2 - 2m a i nt r u n kt r a c kt q iv a l u ec h a r t 项目高低轨向轨距水平三角坑 r q i 管 2 0 0 k m h2 5 22 2 21 61 92 11 5 o 理 1 6 0 k m h 值 i 5 2 16 21 11 3 1 41 0 ，0 1 2 0 k m h 线路动态评定标准： 优良：扣分总数在5 0 分及以内； 合格：扣分总数在5 1 3 0 0 分； 失格：扣分总数在3 0 1 分以上。 轨道质量评价方法 2 2 轨道质量指数评价法 2 2 1 轨道质量指数评价法的原理 轨道质量指数是一项利用轨检车和计算机技术测量、采集和处理轨道状态数 据，用统计分析方法计算单元轨道区段的统计特征值，作为评价轨道整体不平顺 的指标，反映的是轨道区段平均质量状态的综合指标。我国采用计算单元轨道区 段各项轨道集合参数的标准差o ，并计算七项几何参数标准差之和作为评价轨道 区段质量状态的指标，简称t q i ，单元轨道区段定为2 0 0 米。七项轨道几何参数包 括轨道高低( 左、右) 、轨向( 左、右) 、轨距、水平和三角坑。t q i 从统计学( 离 散性) 和物理学( 轨道质量均衡性) 的角度( 相对峰值扣分法) 反映轨道状态的 恶化程度。其计算公式为： 7 t q i = q ( 2 2 ) f = i 式中q 各项几何偏差的标准值( i = 1 ，2 ， q = 黔 ( 2 3 ) 工p 各项几何偏差在单元区段中连续采样点的幅值的算术平均值； 疗采样点的个数( 每2 0 0 米单元区段中n = 8 0 0 ) 。 2 2 2 轨道质量指数评价法作用及意义 轨道质量指数( t q i ) 可以作为工务部门编制轨道维修、养护计划，指导作业 的依据，是对轨道质量状态进行宏观管理和质量控制的重要手段。其主要技术资 料有轨道状态图、t q i 频率分布图和t q i 频数累计曲线图表。 轨道状态图以直观图形式表示每2 0 0 米单元轨道区段质量状态的图形，能直 观地看出单元轨道质量状态的好坏、t q i 与各项几何参数的对应关系以及导致单元 区段不良状态的主要因素。 t q i 频率分布图反映不同数值间距中和t q i 值频数分布状态的图形。分布图 清楚地显示出频数分布的峰值位置和幅值的大小，峰值的位置及大小也是反映轨 道区段状态好坏的重要特征。峰值位置对应的横坐标越小，峰值越大，表示该轨 道区段的质量状态越好，反之则较差。 t q i 频数累计曲线图表表示不同数据间距中和t q i 值得累积频数分布占所有 9 北京交通大学硕士学位论文 单元区段频率总数的百分比，频数累积曲线是一条“s ”形曲线。曲线越陡表示轨 道状态越好。 2 2 3 轨道质量指数的应用 轨道质量指数从统计学的角度来说是一个离散的指标，从轨道状态控制上来 说是反映某一区段线路质量均衡程度。轨道质量指数报告表有两种用途。一是作： 为评价轨道质量的指标，二是指导线路综合养护。 1 作为评价轨道质量的指标 轨道质量指数代表着某一区段轨道的整体质量，它不受检测标准和速度的影 响，更能反映轨道的实际状态，作为衡量轨道质量的指标比扣分法更科学、更合 理。运用轨道质量指数使不同等级线路，不同检测标准的轨道质量具有可比性。 铁道部、铁路局以及工务段可以用它定性评价某一设备管理单位以及某条线轨道 质量的控制水平。 2 指导线路综合养护 轨道质量指数是轨道质量的综合反映，这一特性决定了它指导现场不是单一病 害、单一项目的养护，而是对某一区段( 通常2 0 0 m ) 的综合养护。 如表2 2 所示，铁道部今年9 月份颁发铁路线路修理规则所规定的轨道质 量指数管理限界指为1 5 ( 检测速度标准为2 0 0 k m h ) 和1 0 ( 检测速度标准为1 6 0 k m l h 和1 2 6 0 k i n h ) ，它是根据铁道部检测中心对全线主要干线检测数万公里，并对检测 结果研究分析的基础上定的指标。由于各铁路局、各条线路轨道结构、运输条件 以及养护水平的不同，其值可以有所不同。综合养护管理限界值得确定，可在铁 道部所定的基础上，根据本单位管内各因素的变化情况及合理的修程工作量加以 修改。 根据轨道质量指数值可以确定综合养护地点。轨道质量指数较高的地段有相当 比例是在道岔区，因此要对超过轨道质量指数限界的地段进行核查，确定需要综 合养护的地点。 根据轨道质量指数分项指标确定综合养护的方法：某区段( 通常为2 0 0 m ) 轨 道质量指数由七项单项指数组成，即左高低、右高低、左轨向、右轨向、轨距、 水平和三角坑，因此在养护前应分析轨道质量指数分项指数。若该区段大部分单 项指数均较高，则对该区段需进行全项目的养护维修；若该区段仅有某一项或两 项指数较高( 如轨距不良) ，则只需对轨距进行综合养护维修。 1 0 轨道质量评价方法 2 3两种轨道质量指数评价法的比较 峰值扣分法的优点是能够找出轨道局部病害及病害的类型、程度和所在位置， 作为指导现场作紧急养护非常实用。峰值扣分法的缺点是仅仅用超限点峰值的大 小、超限的数量及扣分多少，不能全面、科学、合理地评价轨道区段的平均质量 状态。 以同一检测项目两段相同长度的轨道几何状态波形图为例进行说明。如下图 所示如果采用峰值扣分法，左图的扣分三级超限l 处扣1 0 0 分，右图一级超限扣l 处扣1 分。显然从峰值扣分法角度来考虑，显然左图比右图差，但轨道的实际情 况恰好相反。用轨道质量指数评价法，从相对零线的离散性的角度来看，左图比 右图好，其标准差的计算结果是左图比右图小，说明轨道左图区段的质量均衡性 比右图区端好，符合轨道的实际情况。 图2 - 1 轨道几何状态波形图 f i g 2 - 1 t r a c kg e o m e t r ys t a t eo s c i l l o g r a m 其主要原因有四点： 第一、峰值扣分法系统误差影响比较大； 第二、峰值扣分法轨道动态检查标准影响比较大； 第三，峰值扣分法三超限扣分占的权重比较大； 第四、峰值扣分法不能反映超限长度的影响，也不能反映轨道不平顺变化率 和周期性连续不平顺所产生的谐波的影响。 北京交通大学硕士学位论文 2 4 轨道质量数据的里程核对 前面几节讨论了轨道质量评价的方法本身对轨道质量评价结果的影响。由于轨 道质量评价的是对检测数掘结果的评价。而检测数据的采集主要是由铁道部和铁 路局的轨道检查车来完成的。目前铁道部和铁路局主要是用g j 4 型轨检车。g j 4 型轨检车检测的项日包括以下4 项： 1 轨道高低、水平、轨距、轨向、三角坑、曲线超高和曲率等轨道几何参数； 2 车体垂直和水平加速度、轴箱振动加速度等车辆动力参数； 3 列车运行速度及里程位置； 4 检测公里标和百米标、道口、道岔、桥梁和轨距拉杆等线路标志。 上述各项测量参数具有较宽的测量范围和很高的测量精度，完全满足轨道状态 检测的需要。各项参数的测量范围和精度见、如表2 - 3 所示。 表2 - 3g j - 4 型轨检乍检测项目和精度 t a b 2 3g j - 4t y p et r a c ki n s p e c t i o nr a i l c a rc h e c ki t e ma n dp r e c i s i o n 检测项目测晕范围检测精度 距离 0 2 9 9 9 9 k ms 0 1 速度 0 n1 6 0 k m h0 2 k m h 轨距1 4 1 5 1 4 8 0 m m 08 r a m 曲率 2 3 。3 0 m0 0 5 。3 0 m 水平 2 0 0 m m1 5 m m 超高 2 0 0 m m1 5 m m 高低6 0 m m1 5 r a m 轨向 1 0 0 m m1 5 r a m 三角坑 1 0 0 m m1 5 m m 车体垂直和水平加速度 1 9o 0 1 9 从上表中可以看出，轨道检查车检测出数据本身是相当准确，但其检测出的超 限数据与现场实际间的位置相差较大，即轨道检查车检测出的数据的里程与现场 实际里程并不是一一相对应的。轨道检查车检测出数据与现场存在较大的误差。 这就造成轨道检查车的检测数据结果间接地影响着轨道质量评价结果。因此在对 轨道检测数据进行评价前首先需要对轨道检测数据的里程进行核对。 目前在我国铁路工务部门对轨道检查车检测数据里程核对方法主要有四种。 一是利用人工目测公里标核对。在轨检车检查过程中，人工目测公里标，在 1 2 轨检车数据管理系统的开发 检测计算机上设置相应里程进行里程核对。此方法缺点是其精确程度与校对问距 有密切关系，同时在夜问不易进行校对。 二是利用卫星定位系统定位进行里程核对。此方法缺点是由于铁路曲线的存 在，尤其是在山区铁路检测中，里程误差较大。同时其应用成本也较高限制了此 项技术的发展。 三是利用设置地面信号发射装置定位进行里程核对。在铁路沿线每隔相应里 程设置地面信号发射装置，在轨检车上安装信息接受装置，轨检车检测到相应里 程后，接受地面信息而自动修改偏差里程。这种方法目前正在北京局进行试验， 优点明显不受时间和空间的限制，缺点是需要增加地面设施。 四是利用图纸上的地段标志核对。完全依据地段标志在图纸上的反映( 如桥、 道岔或电务