630高速铁路轨道平顺性测量评估与管理

1、高速铁路线路培训班高速铁路轨道平顺性测量、评估与管理王源西南交通大学高速铁路线路工程教育部2017年6月30日轨道平顺性一轨道平顺性的检测二三轨道平顺性的评估高速列车运行品质评估四总结五2一、轨道平顺性普速与高速普速高速轨道平顺状态的要求0速度(km/h)160200300350与高速度相匹配的，是更高的技术、更高的安全以及更高的运营维护成本。3一、轨道平顺性轨道几何不平顺的类型高低轨向水平三角坑4一、轨道平顺性轨道平顺性直接影响着高速列车运行的平稳性、舒适性和安全性，是高铁轨道结构检测维修中的重点。车上（动）与地面（静）检测相结合，才能科学地指导轨道维修；重点轨道平顺性地面检测开展研究。5局

2、部突发不平顺（断轨胀轨）轨道动态不平顺（刚度不均）轨道静态不平顺（偏差）三类关键的轨道不平顺轨道静态不平顺检测技术不能适应高铁运营的（1）普速铁路一直采用的是定波长几何偏差检测法´速度越高需要的波长范围越大，道尺、弦绳、激光准直仪等均不能满足长波长不平顺的检测要求，轨检车也只能检测至5070m­ “1Hz共振问题”：要求70120m长定波长的幅值偏差波长轨道静态几何不平顺，日、法历经十多年发现，至今天仍无可靠的检测方法激光准直仪6要求轨道结构状态的特征轨道状态的多因素“因地制宜”沿着地球表面长条分布同样的区段不同车晃同样的车不同区段晃“耦合作用”同样的车与同样的区段，不同时

3、间不一样的“摇摆”“不确定性”轨道平顺性一轨道平顺性的检测二三轨道平顺性的评估高速列车运行品质评估四总结五81、轨道静态几何不平顺快速检测理论与方法（1）绝对位置测量91、轨道静态几何不平顺快速检测理论与方法（3）高速铁路轨道静态几何不平顺敏感波长、幅值的 轮轨系统动力行为Ø 研究静态几何不平顺产生和发展的机理Ø 探明不平顺对列车运行品质及轨道动力特性的影响规律Ø 分析弦测法在长波管理上的局限性，提出轨道空间曲线检测法Ø 形成几何不平顺敏感特征谱集，识别空间曲线的不平顺状态Ø 研究轨道空间曲线的分布特征，建立形状表述法103、轨道动态平顺性检测

4、理论与方法（5）惯性基准法轨检车高低、轨向检测原理垂向横向114、轨道刚度移动检测理论与方法（6）轨道刚度的轮轨动力行为及评价方法、指标路基段轨道路桥过渡段刚度变化高速铁路桥梁12轨道平顺性一轨道平顺性的检测二三轨道平顺性的评估高速列车运行品质评估四总结五13三、轨道平顺性的评估动检车检测数据基本情况检测频次：2次/月采样间隔：0.25米动检车检测项目轨道几何不平顺： 13项车体垂加、水加线路参数：曲率、超高其他：金属探测标识14三、轨道平顺性的评估动检车检测数据基本情况数据中存在的问题，无序数据里程偏差异常值干扰里程低速时检测数据紊乱线路设备信息细节不明有序线路维修状况不明15三、轨道平顺性

5、的评估轨道谱波长评价16基于动力响应运行平稳性运行舒适性轮轨减载率脱轨系数基于频域幅值轨道质量指数基于空间幅值峰值扣分法三、轨道平顺性的评估基于动检车检测数据的高速铁路桥梁状态评估桥梁段动检车实测高低不平顺2.5左高低右高低21.510.50-0.5-1-1.5536.4536.5536.6里程km536.7536.8536.917高低不平顺幅值mm三、轨道平顺性的评估基于动检车检测数据的高速铁路桥梁状态评估左右高低不平顺均值高低不平顺滤波值波峰点波谷点1.510.50-0.5-1551551.5552552.5553里程 km553.5554554.5(a)峰值点识别403530252015

6、根据波峰识别桥跨长度根据波谷识别桥跨长度551551.5552552.5553里程 km553.5554554.5(b)桥跨识别效果18高低不平顺幅值 mm识别桥跨长度 m三、轨道平顺性的评估基于动检车检测数据的高速铁路桥梁状态评估(a)41跨简支梁桥高低不平顺统计4高低不平顺均值2(a) 995跨简支梁桥高低不平顺统计042-2051015202530桥跨长度 m0(b) 高低不平顺均值变化率0.60.2-2-0.201020桥跨长度 m30-0.6051015202530桥跨长度 m(a)39跨简支梁桥高低不平顺统计(b) 高低不平顺均值变化率0.4高低不平顺均值310.20-1-3 05

7、1015202530桥跨长度 m-0.2变化率变化率平滑曲线(b) 高低不平顺均值变化率0.401020桥跨长度 m300-0.4-0.805101520253019桥跨长度 m高低不平顺变化率 mm/m高低不平顺幅值 mm高低不平顺变化率 mm/m高低不平顺幅值 mm高低不平顺变化率 mm/m高低不平顺幅值 mm变化率变化率平滑曲线高低不平顺均值三、轨道平顺性的评估3、轨道谱谱密度值主峰尖峰驼峰面积表示能量波长长波（100m）短波（1m）某范围三、轨道平顺性的评估4、谱分布左高低轨道谱图310221320-1101-2-3-4100-5760770780790800里程 km81082083

8、084085032m为影响高低不平顺的敏感波长（32m简支梁桥）波长 m三、轨道平顺性的评估5、铁路32m简支梁桥垂向刚度不平顺将25座特大桥区段检测数据统计平均，采用周期图法选取1km区段长度来计算功率谱及密度值。功率谱均值210-1-2-3桥梁段功率谱-41.5功率谱均值特征峰值点10.5-51100-0.5-1-1.5-2-2.5-3波长 m102101波长 m功率谱密度值（对数值） log10(mm²/(1/m)功率谱密度值（对数值）log10（mm2/(1/m)）功率谱均值三、轨道平顺性的评估5、演变规律聚类分析结合不同时间检测数据，可以得到下面结果三、轨道平顺性的评估类别

9、2类别4类别7类别8类别10类别13类别14类别15轨道平顺性一轨道平顺性的检测二三轨道平顺性的评估高速列车运行品质评估四总结五25四、高速列车运行品质评估车体振动度晃车数据基本情况检测频次：1次/天采样间隔：稀疏动检车检测项目位置： 线路、行别、里程时间：天、秒（部分）度值：垂加、横加晃车仪度超限统计添乘仪杭深线其他：车型、车次26四、高速列车运行品质评估成绵乐峨眉山线上行-垂加上行-横加下行-垂加下行-横加27四、高速列车运行品质评估成绵乐成贵客专上行-垂加上行-横加下行-垂加下行-横加28四、高速列车运行品质评估成绵乐西成客专上行-垂加上行-横加下行-垂加下行-横加29四、高速列车运行品

10、质评估成灌线添乘仪上行-垂加上行-横加下行-垂加下行-横加30四、高速列车运行品质评估成灌线晃车仪上行-垂加上行-横加下行-垂加下行-横加31四、高速列车运行品质评估32四、高速列车运行品质评估33四、高速列车运行品质评估杭深线宁德大桥晃车问题晃车仪度超限统计添乘仪杭深线宁德大桥四、高速列车运行品质评估683.3701.6794.7818.9832.9850.5878 883.4735.7768.42017道岔杭深线上行-垂向车站度超限（添乘仪）35四、高速列车运行品质评估683.3701.6794.7818.9832.9850.5878 883.4735.7768.42017道岔杭深线上行-

11、横向车站度超限（添乘仪）36四、高速列车运行品质评估晃车点分布规律分析聚类分析依据沿着里程分布的密集程度聚类预设500类里程高速晃车里程低速晃车位置：里程、范围程度：等级、速度、频次车型：车号、车型37四、高速列车运行品质评估晃车点分布规律分析聚类分析程度聚类效果分布、速度与频次38四、高速列车运行品质评估晃车现象的小总结高速晃车低速晃车局限性晃车波形未知过渡段晃车车辆进站、出站晃车主频未知道岔直向晃车通过道岔、侧向稀疏性其他位置晃车数据缺乏验证晃车显现更具有随机性与偶然性，仅通过该类数据无法得知晃车从而无法提出解决（减缓）措施39四、高速列车运行品质评估轨道不平顺高低轨向水平三角坑特息提取轨

12、道状态评估轨道状态特征聚类分析识别不平顺模式找出主要成分揭示晃车点处的轨道几何不平顺共性构造分类器40四、高速列车运行品质评估高低不平顺敏感波长以CRH2，250km/h为例：影响车体振动的敏感波长分布较广，表中仅列出了前4阶。41四、高速列车运行品质评估轨向不平顺敏感波长42四、高速列车运行品质评估水平不平顺敏感波长43四、高速列车运行品质评估8、基于智能的列车振动检测与平稳性评估智能、处理养护维修44轮轨噪声振动度数据、整合云服务器GPS位置四、高速列车运行品质评估8、基于智能的列车振动检测与平稳性评估45四、高速列车运行品质评估8、基于智能的列车振动检测与平稳性评估46Smartphon

13、eGravity effectMeasurement objectSmartphoneFrication effectMeasurement object四、高速列车运行品质评估数据的与数据的目标JAVA姿态误差里程信息标定SWIFT数据传输与数据离线分析GUI可视化47四、高速列车运行品质评估车体的垂向、横向与纵向姿态误差的校正内置传感器的x、y与z坐标轴横向度纵向度垂向度10505001000150020002500时间 s3000350040004500121086420-25.055.15.155.25.25时间 s5.35.355.45.45x 10448度m/s2度幅值横向度纵向度

14、垂向度四、高速列车运行品质评估垂向误差标定以重力方向为基准水平向误差校正正交方向49速度方向车体坐标系坐标系坐标系理想位置位置偏差20度四、高速列车运行品质评估水平向误差校正坐标旋转横向度纵向度垂向度121086420-210 5x向度y向度0-0 5-105001000150020002500时间 s300035004000450050所有偏差估计值极大似然估计值50010001500200025003000 35004000 4500时间 s0横向度纵向度垂向度121086420-2-5005001000150020002500时间 s300035004000450040030020010

15、00-50-40-30-20-1001020304050o偏差角度 5001000150020002500300035004000 4500时间 s极大似然原理由此，不论摆放于何种姿态，均可通过这两部的坐标变换实现坐标轴的统一50度m/s2度m/s2度m/s2频次统计偏差角度 o四、高速列车运行品质评估基于数据关联的里程信息标定Dynamic Time Warping动检车检测数据线路平纵断面里程垂加、水加平面曲线竖曲线10820-25.055.15.155.25.255.35.355.45.4551四、高速列车运行品质评估10.6Phone 1Phone 2High precision se

16、nsorPhone 1Phone 2High precision sensor0.40.50.200-0.2-0.5-0.4-150100time (sime (s)15020052Vertical acceleration (m/s2)Lateral acceleration (m/s2)四、高速列车运行品质评估不同速度等级下的检测结果分析时域分析53四、高速列车运行品质评估不同速度等级下的检测结果分析时域分析0 40 250 40 2Phone 1Phone 2High precision sensorPhone 1Phone 2High precision se

17、nsorPhone 1Phone 2High precision sensorPhone 1Phone 2High precision sensor0 20 30 30 150 150 20 20 10 10 10 10 050 05000080100Speed (km/h)( a )12080100Speed (km/h)( b )12080100Speed (km/h)( c )12080100Speed (km/h)( d )120Phone 1Phone 2High precision sensorPhone 1Phone 2High precision sensorPhone 1Ph

18、one 2High precision sensorPhone 1Phone 2High precision sensor2 52 522221 51 51 51 511110 50 50 50 5000080100Speed (km/h)( e )12080100Speed (km/h)( f )12080100Speed (km/h)( g )12080100Speed (km/h)( h )1200 20 25Phone 1Phone 2High precision sensorPhone 1Phone 2High precision sensorPhone 1Phone 2High p

19、recision sensorPhone 1Phone 2High precision sensor0 250 120 10 20 150 20 150 080 060 040 0200 150 10 10 10 050 050 0500080100Speed (km/h)( i )12080100Speed (km/h)( j )12080100Speed (km/h)( k )12080100Speed (km/h)( l )120542)um of vertical SIum of vertical SD (m/s2)um of vertical WAI (m/sMean of vertical SD (m/s2)Mean of vertical SIMean of vertical WAI (m/s2)um of lateral SI2)um of lateral SD (m/s2)um of lateral WAI (m/sMean of lateral SD (m/s2)Mean of latera