城市轨道交通轨道不平顺谱分析

相应对数据的要求就较高。为 了使得样本的测点数能满足频谱分析的要求 ， 取样本长度为 １ ２ 也 即 ４ ０ ｍ，
收 稿 日期 ：０ １０ ．８ ２ １－６２
基 金项 目： 国家 自 然科学基金项 目（０ ７５ ）铁 路环境振动与噪声教育部工程研究 中心开放研究项 目 ５８ １８ ；
作者简 介 ： 李再帏 （９ ３ ）男 ， １ ８ 一 ， 博士研 究生， 主要研究方 向为轨道 结构。
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样本点数为４０６ ９ 点 。图 １ 为轨检车测得 的高低不平顺
样 本 函数 。
２ 轨道不 平顺数据预处理
２１ 异 常值 处理 ．
轨道 检 查 车 在 检测 轨 道 几 何 不平 顺 时 ， 于激 光 易 由
第 ２ 卷第 ０ 期 ８ ５
２ １ 年 ｌ 月 ０１ ０ 文 章 编 号 ：０ ５０ ２ （０ １０ —０ ３０ １０ —５ ３ ２ １ ）５０ ８ ．５
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Ｊ ｕ ｎ ｌ ｏ Ｅａ ｔ Ｃｈ ｎ Ｊ ａ ｔ ｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｏ ｒ ａ ｆ ｓ ｉａ ｉｏｏ ｇ ｉｅｓｔ ｙ
随着我 国城 市轨道交通运 营里程 的不 断增加 ， 列车运 营的舒适性和安全性引起人们越来越 多的关 注 。轨道不平顺是轮轨系统的激扰源 ， 引起机车车辆产生振动和轮轨动作用力的主要原 因， 是 对行车安 全、 平稳 、 舒适性 ， 车辆和轨道部件的寿命 以及环境噪声等都有重要影响… 。轨道不平顺谱是描述全线轨道 不平顺状态 的最有效形式 ， 世界一些发达 国家都提出各 自的轨道谱 ， 如美国有常速铁路 ６ 级轨道不平顺谱 ， 高速铁路有 ７ ９ － 级轨道不平顺谱 ； 欧洲铁路提 出了用于高速机车车辆设计的“ 欧洲高速铁路轨道不平顺
摘要 ： 以上海城 市轨道 交通 的轨道不平顺检 测数 据为样本 ， 对城 市轨道 交通轨道 不平顺 的特征进行 分析 。首先 ， 用轨道 不 利
平顺 变化率法和 经验模 态分解 法对检 测数据进 行预处理 ， 有效 消除轨距和轨 向不平顺检测数据 的异常值和非线性趋 势线 ， 其 次， 对检测数据进行 功率谱 密度分析 ， 并与 美国６ 级轨道谱 、 国铁路 高低 干扰谱 和 中国提 速干线 ７ 德 参数谱 进行比较 ， 结果
谱” 等。我国对轨道不平顺谱进行 了长期研究 ， 练松 良等 针对沪宁、 沪昆等干线铁路的轨道不平顺进行谱 分析 ， 出了轨道不平顺 的分布特征 ， 得 并建议将轨道不平顺谱作为控制轨道质量的指标之一 ； 陈宪麦等 。 对 我 国干线铁路轨道不平顺功率谱 以及拟合谱进行 了研究 ， 并建立了相应的轨道谱 以及轨道平顺性 的判别 方法 ； 金守华等 对我国秦沈客运专线和京津城际铁路的轨道不平顺功率谱进行了研究 ， 分析了轨道不平
Ｖｌ． ８ Ｎｏ ０ ０ ２ １ ．５ ０ｃ ．２ Ｉ ｔ． ０ １
城 市轨道 交通 轨道不平顺谱分 析
李再帏 练松 良 ， ， 李秋玲 陈 鑫 ，
（． １ 同济大学道路 与交通 工程教育部重点实验室 ， 上海 ２ １０ ； ． 海 申通地 铁集团维 护保 障中心工务公 司， ０８４ ２上 上海 ２ ０ ３ ） ０ ２ ３
ｌ 轨道 交通轨道检查 车数 据的取样
２１年 ４ １ ０１ 月 ８日， 上海地铁维护保 障中心工务公司利用 Ｅ Ｓ Ｏ公司的轨道检查车对上海轨道交通 ＮＣ
３ 号线上下行进行检测。本文的数据取 自这两次测试 。在测试过程 中， 列车的运行速度是 ２ —０ ｍ・ ５ ８ ｌ ， ｋ ｒ 轨检车的采样点间隔为Ｏ ５Ｔ １ ）每公里采样点为 ４ ０ 点 。样本长度越长 ， ． Ｉ ｆ ， ２ Ｉ（ ｔ ０ ０ 分析结果越具有代表性 ， 但
表 明： 除短波波段 外 ， 市轨道 交通轨道不平顺谱和德 国铁路低 干扰谱 水平相 当， 于美国６ 城 优 级轨道谱 、 国铁路 高干扰谱和 德 中国提速 干线谱 ； 然后 ， 利用相干 函数 对轨 道不平顺和轴 箱垂 向和水平振动加速度进行相 干分析 ， 出城 市轨道 交通轨道 不 得 平顺不利波 长范围； 最后 ， 建议将轨道 不平顺谱 纳入 到轨道 质量管理指标 中。 关键词 ： 市轨道 交通 ； 城 轨道不平顺 ； 功率谱密度 ； 干分析 相 中图分类号 ： １ ．１ Ｕ２ ３３ ３ 文献标志码 ： Ａ
在道岔 区的有 害空 间扫空 ， 导致道岔区轨向和轨距几何 形位检测值存在较大异常值 ， 此外传感器接触不 良、 线路 上附有杂物和外界存在强干扰 电源等原 因ｎ ， 也使得测
试数 据 存 在 异 常值 ， 而这 些 误 差值 的存 在 必然 会 影 响 检
里 程／ ｍ
测数据的正确分析 ， 以， 所 在应用检测数据之前需对异常 图 １ 轨检车测得的左轨道高低 不平顺样本 函数 Ｆ ｇ １ Ｉ ｒ ｇ ｌ ｒｔｅ ａ ｉ． ｒ ｅ ｕ ａ ｉ ｓｓ ｍｐ ｅｆ ｎ ｔｏ ｆ ｅ ｔ ｒ ｃ ｉ ｌ ｕ ｃ ｉ ｎ ｏ ｆ ａ ｋ ｌ ｔ 值进行剔除 以提高原始数据 的可靠性 和相关计算 的精 ｍ ｅ ｓ ｒ ｄｂ ａ ｋｉ ｐ ｃ ｏ ａ ａ ｕ ｅ ｙｔ ｃ ｒ ｎｓ ｅ ｔ ｎ ｅ ｒ ｉ 度 。对轨道检测数据统计可知 ， 实际轨道不平顺相邻两 点变化率一般不大于 ３ ０超过 ３ ｏ ％， ％ 可以作为异常值处理ｈ 。图２ 为去除异常值的效果图， 可见该方法可 以 有效去除信号中的异常值。 ２２ 趋势 项 的剔 除 ．
顺波长和能量的分布特点 ， 并与德 国的轨道谱进行 比较 ， 以此来评道不平顺异常值算法和轨道不平顺零均值化处理算法 ， 提高了轨道不平顺谱的计算精度 ， 并 得到京津城际铁路的轨道不平顺谱 。上述研究的对象多为干线铁路和高速铁路 ， 对城市轨道交通轨道不 平顺特征尚缺乏针对性研究 。基于此 ， 针对上海轨道交通 ３ 号线轨道不平顺 的功率谱进行研究 ， 分析其不 平顺分布特征 ， 从而为地铁工务部 门科学合理安排线路的维修作业 ， 提高线路质量提供技术上的保障。