一种检测轨道不平顺的理论与方法(简介)
一种检测轨道不平顺的理论与方法
韩云飞
萨伏威(西安)导航技术有限公司
对于高速铁路来说，轨道的高平顺性是保证动车的快速、平稳、舒适、安全和经济运行的关键。
保证高平顺性是高铁轨道养护的宗旨，对轨道不平顺的精密检测是轨道维护工作的关键。
而目前高铁因轨道维护对检测设备所提出的要求已超出了传统检测设备的能力，检测设备的技术滞后成为阻碍我国高速铁路今后持续发展的一个瓶颈。
多年来，国内外都在积极开展对检测静态轨道长波不平顺的技术、方法和设备的研究，其探索和使用的主要测量技术为激光测量技术，但至今为止，收效甚微。
目前用于高铁轨道维护的主流检测技术是激光测量技术，依靠激光全站仪和CPIII控制点实现对轨道绝对位置坐标的测量。
激光测量是一种精度较高的位置测量技术，但存在许多弊病：比如，测量距离和测量速度均受到限制。
同时，使用时需要CPIII控制网的支持，而控制网的建设和维护成本要远大于轨道检测成本。
另外，使用位置测量确定不平顺，还需依靠设计线路作为检测基准。
实际线路的位置坐标与设计线路的位置坐标间往往存在着很大的偏差，大幅度地增加了轨道维护的成本和难度，甚至超出了实际作业的能力范围。
对于轨道检测与维护来说，目前最大的问题在于基础理论的匮乏。
在检测工作中，只有方法，没有理论，目前所有的检测方法都缺乏理论依据和证明，缺乏对轨道不平顺概念的基本定义和量化方法，造成使用不同的检测技术与设备获得不同的、相互矛盾的检测结果的混乱局面出现。
我们认为，目前高铁上所广泛采用的依靠CPIII和设计线路检测轨道不平顺的方法是不科学的，因为它强调的是保证轨道的绝对平顺，而不是相对平顺，完全是没有必要的，与人们在传统工作中所积累的思想和经验也是相矛盾的。
因此，建立一套科学的检测理论，才是解决问题的正确途径。
以下是对萨伏威（西安）导航技术有限公司所创建的新的轨道检测理论和方法的简单介绍，现已申请国家专利保护。
为什么至今还缺乏一套完整的轨道检测理论呢？其原因与人类的传统测量思想有关。
线路测量是轨道检测的基础。
人们对线路测量的认识，始终停留在位置观察层面，既通过对实际线路中若干点的位置测量，将测量点的位置坐标投影的平面坐标系中，再用直线将所有的测量点连接起来，建立一条测量线路，然后对其进行处理。
对于人来讲，这种测量方式是最直接和最有效的，但它并不适用于今天的计算机。
为什么这样讲呢？因为人脑和计算机对测量线路的处理方式是不同的。
人脑在处理眼睛所看到的线路时，迅速将观测信息分解成线路的长短、形状、位置和方向等不同种类信息，分别进行处理。
但今天的计算机还不具备这一智能分类能力，它只能在位置坐标的数字层面中进行处理。
位置坐标仅能描述单独一个点的几何信息，但不能描述线路中的点与点间的关系，因此，计算机也是无法从位置坐标数据中获得长短、形状和方向等信息并加以处理了。
虽然人们对线路的平顺性拥有感性认识，但是无法准确地描述它。
这是因为线路的平顺性是一种形状信息，而人脑则习惯于从形状角度思考处理线路。
只是长期以来，由于缺乏一
种能有效采集形状信息的办法和工具，所以也就对形状进行量化，也就缺乏相应的理论了。
那么，什么是线路的形状？测量线路形状的工具是什么呢？
从感性上我们得知，线路的形状与线路的长短、起点位置和方向是不相关的。
线路形状所代表的是线路中的每个点与它的近邻点间的几何位置关系，一种线路延伸的趋势，实际上就是线路中每点的方向。
线路中每个点的位置取决于前一点的位置和方向，而每一点的位置和方向也决定了下一点的位置。
这样，线路中所有点位置都是是连续的，方向也是连续的。
最终，只有起点的位置和方向决定整条线路的位置和方向。
因此，只要能确定线路中每一点的方向，也就确定了整条线路的形状了。
自古以来，能测量方向的工具很少，磁罗盘是中国的四大发明之一，可以确定方向，常用于航海和陆地导航，但是不适用于铁路测量，因为铁轨改变了磁场环境，使磁罗盘的功能失效。
随着航空技术的发展，特别是GPS卫星导航技术的广泛应用，出现了不依靠地磁场测量方向的技术与设备——GPS惯性导航组合系统，简称GPS 惯导。
GPS惯导是依靠GPS 定位技术和惯性传感技术测量物体在三维空间中的位置、速度、方向、姿态及其他运动状态，是目前功能最全、精度最高、自动化程度和可靠性最强的测量设备。
有了测量轨道方向的工具，就可以实现如同人脑智能思维方式一样的测量方法，用形状代替位置测量、描述和处理轨道线路及其不平顺。
这是建立新的轨道检测理论和方法的出发点。
方向代表着线路的横向位置变化，里程代表在线路的纵向变化，使用方向里程坐标可以描述线路在平面中的几何形状。
对于三维的轨道来说，我们可以使用方向角里程坐标和倾斜角里程坐标分别描述轨道线路在水平面和纵断面中的几何形状。
建立检测理论的第一步就是对轨道不平顺的概念进行新的定义：
轨道不平顺是指轨道在指定长度内所出现的周期性形状变化。
这个定义与传统定义的最大区别在于：
1.轨道不平顺是一种线路形状变化，不是位置偏差。
它与轨道的位置、走向及线型无
关；
2.轨道不平顺的附带条件是指定长度。
指定长度不同，评定不平顺的标准不同；
3.形状变化必须是周期性的，其周期长度不能大于指定长度，否则，就是非周期性的。
所有周期小于等于指定长度的形状变化都属于不平顺。
基于以上的不平顺定义，可以建立一个与其相对立的概念——平顺。
凡是形状在指定范围内没有发生周期性变化的线路都是平顺的。
指定长度（也叫观测波长）大小的选定是判断线路是否平顺的关键。
因为观测波长是可任意选择的，这样，轨道平顺性的标准也是可任意变化的。
对于同一条线路来讲，选择不同的观测波长，判定其是否平顺的结果也就不同，这与人们习惯使用固定标准模式是不同的。
根据以上定义，可以任意一条轨道线路分成平顺和不平顺两部分。
每个部分可以用一条虚拟线路表示：一条平顺线路和一条不平顺线路。
它们成立以下关系：
实际线路 测量线路= 平顺线路+ 不平顺线路
检测方法是：通过形状测量，确定测量线路，然后根据对测量线路的处理确定平顺线路，最后确定不平顺线路。
轨道线路都是按照设计图纸建造的，所以其形状及变化基本都是规则的。
不规则线路的幅值要远小于规则线路，比如，高铁的不平顺信息仅占测量数据的百万分之几，而目前测量技术的极限为百万分之一，已经没有多少发展空间了。
一般来讲，准确测量平顺线路与确定不平顺是同样困难的。
但是，我们可以借助于测量数据中所包含的线路形状信息和轨道对线型的要求，能够比较容易地分步确定平顺轨道。
具体方法是将平顺线路划分成规则的和不规则的两部分，先确定轨枕的部分，然后确定不规则的部分。
什么是规则的部分呢？规则的部分是指与设计线路相同的部分。
对于形状信息来讲，就是线型。
轨道对线型的要求十分明确，必须是三种线型中的一种：直线型、圆弧型和过渡型。
这三种线型实际上是设计轨道针对轨道形状所提出的要求。
所以在处理形状测量数据时，我们只需线型限制条件作为补充，就可以获得线路的规则信息了。
为此，我们定义一个新的概念——理想线路。
理想线路是指与实际线路总体相符合，并且满足线型要求的虚拟线路。
理想线路与实际线路基本相符合，其线型与设计线型相同；而实际线路又是按照设计线路施工的，应该相类似，因此，理想线路应该是十分近似于设计线路的。
不同的是，实际线路与设计线路间的偏差是不确定的，而与理想线路间的偏差的平方和为零，因此，理想线路应比设计线路更适用于轨道检测。
与设计线路一样，理想线路中的形状变化都是单向的，不包含有任何周期性的形状变化，因此是绝对平顺的。
所谓绝对平顺，是指不平顺的观测波长无穷大。
测量线路与理想线路间的偏差，叫绝对偏差，代表着测量线路中的非设计部分。
非设计部分是不规则的，一定是周期性的，否则轨道的目的地就与设计轨道目的地不同。
绝对偏差包括轨道所有的在建设、运营或测量中所出现的各类偏差。
这些偏差总体是有限的，可被看成是不同周期规则波形的叠加。
按照上面的定义，不平顺的判定条件取决于观测波长，观测波长将绝对偏差划分成平顺偏差和不平顺偏差。
这里的不平顺偏差就等于轨道的不平顺。
对于铁路来说，我们所要求的不是绝对平顺性，而是相对平顺性，也就是说，选择的是有限观测波长，如选择120米的观测波长就足以确定满足时速350公里列车的稳定运行的不平顺检测。
因此，我们使用以下公式确定平顺线路：
平顺线路= 理想线路+ 平顺偏差
平顺偏差是指绝对偏差中所有形状变化周期大于观测波长的组成部分。
可以采用拟合方法从绝对偏差数值中确定平顺偏差。
最终，我们可以根据测量线路、理想线路和平顺偏差准确获得轨道不平顺线路了。
以上这种方法可被称之为“韩氏检测法”或“形状检测法”。
轨道检测的内容及轨检车课件
△h2为轨道断面Ⅱ-Ⅱ的水平值，△h1-△h2为基长L（断面I-I与断面II-II之间
距）时两轨道断面的水平差。水平已经测出，所以只要按规定基长取两断面
2024/3水/12平差即可计算出扭曲值。
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轨道检测的内容及轨道检查车的使用
————轨道检测车的使用
轨道检测车的检测周期 ——根据运量和线路状态确定
±1mm。
轨道检测的内容及轨道检查车的使用
————轨道检测车的使用
轨道检测车的基本原理——以GJ-4型轨检车为例（2）
• 曲率的检测原理——曲率为一定弦长曲线轨道（如30米）对应的圆心角a，即 度/30m。度数大，曲率大，半径小。反之，度数小，曲率小，半径大。轨检 车通过曲线时、测量轨检车每通过30米后车体方向角的变化值，计算出轨检 车通过30米后的相应圆心角的变化值。即曲率。曲率、曲率变化率是检测曲 线圆度的波形通道，仅供参考，不作考核内容。能正确判断曲线正矢连续差 和曲线的圆度。曲率变化率的波形通道有突变，正矢肯定不好，（50×曲率） =正矢，如：某曲线曲率为0.46、正矢=50×0.46=23mm。在直线上存在碎弯， 小方向或轨距递减不好。
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第三节 轨道轨检道测检的测内的容内及轨容道检查车的使用
————轨道检测的主要内容
轮轨作用力检测
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第三节 轨道轨检道测检的测内的容内及轨容道检查车的使用
噪声检测
————轨道检测的主要内容
• 高速列车由于速度高，产生的噪声也相对较大，减少
噪声特别重要。噪声来自四个方面:车体周围空气噪
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轨道检测的内容及轨道检查车的使用
————轨道检测车的使用
铁路轨道复合不平顺的分析与整治
轨道复合不平顺的分析与整治轨道复合不平顺是指铁路轨道同一地点存在多种病害或相邻地点存在连续多处同一种病害。
轨道复合不平顺比轨道单项不平顺对行车安全威胁性更大，对于此类病害应引起高度重视，特别是在铁路第六次提速区段，建议将此类病害提级处理，即一级病害按二级及以上病害处理；二级病害按三级及以上病害处理。
迄今为止，我国铁路尚未对轨道复合不平顺规定过安全标准值，但是因其对行车安全威胁性大，有必要对其加以探讨。
轨道复合不平顺的形式很多，按照引起机车车辆横向力、垂向力复合方式不同，分为逆相位复合不平顺、顺相位复合不平顺、谐波振动复合不平顺等主要三种形式。
一、轨向、水平逆相位复合不平顺当存在轨道方向不平顺引起的车辆横向力与轨道水平不平顺引起的车辆横向力作用一致时（如图1所示：方向为正，水平为负），为轨道轨向、水平逆相位复合不平顺，对列车运行安全威胁最大。
图1 轨向与水平逆相位复合不平顺示意图1、轨道方向复合复合不平顺的计算公式如下：△y = ∣y―1.4△ h∣（公式1）式中：△y ---方向不平顺复合值y ----- 方向不平顺值△h --- 水平不平顺值2、轨道轨向、水平逆相位复合不平顺对行车安全指标的影响我们直接引用西南交通大学翟婉明教授著《车辆—轨道耦合动力学》对此项病害的计算结果（见表1）。
需要说明的是，这里选用的是一个波长为10米的方向不平顺，对应波长为12.5米的水平不平顺的逆相位复合不平顺。
表1：轨道复合不平顺对行车安全指标的影响表中：△h ----水平不平顺值y ----- 方向不平顺值P ------ 轮轨垂向作用力Q ------ 轮轴横向水平力Q/P ------ 脱轨系数△P/P ----轮重减载率a cy--------- 方向不平顺引起的水平加速度a c△h ------- 水平不平顺引起的水平加速度从表中可以看出，对轨道水平和方向逆相位复合不平顺安全限值起主控作用的动力学系数是轮重减载率，将轮重减载率静态指标控制为≤0.60，准静态指标控制为≤0.65，动态指标控制为≤0.80，脱轨系数动态指标控制为≤0.80。
铁路轨道不平顺模拟的一种新方法
功率谱密度函数由于其直观性 ,以及同其它一些统计量有着变换关系 ,从而成为一个最主
要的统计特性。
美国学者将铁路轨道不平顺的功率谱密度函数表示为
水平不平顺
G(k) =
(k2+
8πAckc2 k2c ) (k2+ k2s )
( 1)
方向及高低不平顺
G(k)=
2πAνkc2 (k2+ kc2 )k2
( 2)
第 19卷第 6期 1 9 9 7年 12月
铁 道 学 报 JO U RN A L O F T HE C HIN A R AILW AY SO CIET Y
V ol. 19 N o. 6 December 1997
铁路轨道不平顺模拟的一种新方法
王元丰
王 颖
王东军
(北方交通大学 北京 ) (清华大学 北京 ) (中 国船舶总公司 北京 )
9. 701× 10- 2k2+
10- 2 2. 666×
10-
5
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( 8)
文献 [ 4]的初步研究显示国内铁路轨道不平顺状况与美国的基本相同。因而一些文献在研
究轨道不平顺时采用美国的功率谱密度。
3 轨道不平顺的数值模拟
轨道不平顺是一个随机过程 ,可从实测波形选取某段采用 ,也可以根据已知功率谱密度函 数的拟合表达式进行数值模拟。 常用的轨道不平顺数值模拟方法主要有下面几种方法: 3. 1 二次滤波法 [7 ]
这种方法是目前轨道不平顺数值模拟的主要方法。文献 [ 4, 8 ]均采用二次滤波法。其具体 模拟步骤为:
( 1) 将里程为 L 的一段被模拟线路划分成 N 等分 ,每等分的长度 ΔL = L /N; ( 2) 产生均布于 ( 0, 1)区段的随机数列 U ,随机数列 U 是 u1 , u2 , . . . , um- 1所组成。 产生随 机数列 U 的方法有很多种 ,文献 [ 9, 10]对此有详尽的说明 ; ( 3) 用 Box -muller方法改变每两个 ( ui , ui+ 1 )随机数成为两个高斯分布随机变量
轨道测量技术
二、检测原理
• 1、系统构成
[2]
公铁2用综合检测车
车辆平台
供电与控制
业务功能模块
通 用 车 辆
轨 道 悬 架
发 电 机
配 电 系 统
定 位 系 统
轨 道 几 何 参 数
钢 轨 断 面
限 界
评价与报表软件模块
2.轨道检测车的工作原理
• 以GJ-5型轨道检测系统为例简述一下检测原理
[3]
GJ-5 型非接触测量系统检测梁
•
三、轨道检测的内容
轨道检测车的基本原理——以GJ-4型轨检车为例（4）
•
方向的检测原理——方向指钢轨内侧面轨距点沿轨道纵向水平位置的变化。 利用左右股轨距测量装置所测的左右股轨距变化或位移，轨距点相对纵向轨 迹—轨向。监测范围±100mm，误差±1.5mm ，模拟弦长18.6米。 扭曲（三角坑）的检测原理：扭曲反映了钢轨顶面的平面性。设轨顶面abcd 四个点不在一个平面上，c点到abd三个点组成的平面的垂直距离h为扭曲。扭 曲会使车轮抬高面悬空，使车辆产生3点支撑1点悬空，极易造成脱轨掉道。 扭曲值h为：h=(a-b)-(c-d)，h=△h1-△h2。△h1为轨道横断面I-I的水平值， △h2为轨道断面Ⅱ-Ⅱ的水平值，△h1-△h2为基长L（断面I-I与断面II-II之 间距）时两轨道断面的水平差。水平已经测出，所以只要按规定基长取两断 面水平差即可计算出扭曲值。
现代轨检车： 组成：由检测和数据处理系统、 发电供电系统、空气调 节系统、仪表工作室、瞭望台以及走行转向架等几部分组 成。 检测项目：轨道的高低、水平、三角坑、方向、轨距，以 及里程和行车速度等。有的还能测量曲线超高、曲率，以 及高低方向等轨道不平顺的变化率、曲线通过的均衡速度 等。 优点：提供直观反映轨道状态的波形图，并能提供经车载 计算机处理打印成的轨道状态报告表，以及记录在磁带上 的轨道状态资料等。有的还可在轨道状态严重不良和需紧 急补修的地方，直接在轨道上喷上颜色标记。将磁带记录 送地面计算机进一步处理，便可编制出各种轨道状态管理 图和轨道整修作业计划表
轨道动态检测
（二）. Ⅴ型车检测原理
GJ-5型轨检车可测项目：轨距、左右轨向（空间曲线或可变换成多种弦测值）、 左右高低（空间曲线或可变换成多种弦测值）、水平（超高）、三角坑、曲率 （弧度或半径）、车体加速度、轨底坡（可选项）、钢轨断面（可选项）等。
技术标准：
检测项目 轨距 轨向（左右，波长≤30m） 轨向（左右，波长≤50m） 高低（左右，波长≤30m） 高低（左右，波长≤50m） 精度 ±0.8mm ±1.0mm ±2.0mm ±1.0mm ±2.0mm 范围 1420~1480mm ±100mm ±100mm ±100mm ±100mm
测量基准（轨检梁刚体）与钢轨及惯性系统的相互位置关 系定义如下： gL 左轨轨距点相对测量基准的偏移； gR 右轨轨距点相对测量基准的偏移； dL 左轨踏面顶点相对测量基准的偏移； dR 右轨踏面顶点相对测量基准的偏移； wx 轨检梁的滚动角速率； wz 轨检梁的摇头角速率； ay 轨检梁的横向加速度及倾角； aL 轨检梁的垂向加速度； G 轨道踏面中点之间的标准距离，为1511mm； ht 惯性平台相对于轨距测量线的垂直高度； AL 左侧垂直加速度计安装位置相对梁中心的距离；
非接触测量总成安装在检查车底下，如图所示为实 物图，检测设备摄像机组配置使用10个摄像机和4 个激光器用于钢轨断面的非接触测量，摄像机和激 光器被固定安装在车底下的封闭梁里。钢轨内、外 两侧激光器发出一扇形光带，垂直照射在钢轨上， 在钢轨上形成一垂直断面；同时，断面和轨距摄像 机捕捉到激光线的图像，视频图像输出到VMEbus 计算机系统，经数字化后，拟合成完整的钢轨断面 图像，通过坐标变换、合成和滤波处理等，得到轨 道几何数据和钢轨断面磨耗等。 惯性测量包安装在激光器/摄像机梁的中部，惯性 测量包测量车辆转向架的横向和垂向加速度以及滚 动和摇头速率等。
轨道顶面纵向不平顺度的测量
轨道顶面纵向不平顺度的测量张德水;陈一凡【摘要】测量轨道硕面纵向不平顺对监测轨道磨损及评价打磨效果具有重要作用.将轨道顶面纵向轮廓视为二维波形,提出一种测量该波形的简便方法.将时域内离散加速度采样信号通过两次积分和傅里叶变换,得到了波形的空间频谱.通过一个简单的算例验证了此方法的准确性.根据此方法,对实际测量得到的加速度信号进行了处理,得到了一段实际轨道的不平顺谱.该方法操作简单,适用性强,应用范围广,对检测轨道顶面状况具有重要的现实意义.%Measuring the longitudinal railhead irregularities has an important effect on monitoring rail wear and evaluating the grinding. The irregularities can be considered as two-dimensional waveforms, and a convenient method to measure it is proposed in this paper. The sampling signal acquired by the measuring device is a discrete acceleration signal in time domain. By double integration and Fourier transformation on it, the spatial spectrum of the profile of irregularities can be derived. The method is verified by a simple example. According to this method, a signal is acquired from practical measurement, and the spectrum of irregularities of a segment of practical rail is derived from signal processing. This method is easily used and, adaptable to measurements in a wide range, practically to measurement of the railhead irregularities.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2012(041)005【总页数】4页(P38-41)【关键词】轨道;纵向不平顺度;数值积分;空间频谱【作者】张德水;陈一凡【作者单位】上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室,上海200240;上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TB53;TN911轨道顶面纵向不平顺造成轮轨冲击载荷，导致轮轨之间形成较大的作用力，容易引起钢轨、车轮等部件的断裂损伤，有可能引发重大事故，威胁人民的生命财产;另一方面，增大的冲击振动，既产生了较大的轮轨噪声，也加速了轨道的磨损［1］，因此降低轨道顶面的不平顺度是非常有必要的。
基于陀螺仪的轨道高低不平顺检测
基于陀螺仪的轨道高低不平顺检测程朝阳;魏世斌【摘要】在惯性基准法和弦测法的基础上,提出了一种新的轨道检测方法,即基于陀螺仪的轨道高低不平顺检测.建立基于陀螺仪的轨道高低不平顺检测数学模型,设计低通滤波器和对应的补偿滤波器完成陀螺仪数据的预处理并消除速度影响,设计高通滤波器消除陀螺仪信号中的趋势项,采用频率取样法构造逆滤波器对轨道高低不平顺予以复原.在检测车构架上安装陀螺仪,采集高低不平顺实际测量数据进行试验验证,结果表明,该模型和算法成功复原了轨道高低不平顺,具有可行性.【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2018(058)010【总页数】4页(P120-123)【关键词】轨道检测;高低不平顺;试验验证;陀螺仪;;滤波器;逆滤波【作者】程朝阳;魏世斌【作者单位】中国铁道科学研究院,北京 100081;中国铁道科学研究院基础设施检测研究所,北京 100081【正文语种】中文【中图分类】U216.3轨道不平顺是指轨道几何形状、尺寸和空间位置的偏差。
轨道不平顺会影响旅客乘坐的舒适度，严重时会危及行车安全。
高低是轨道不平顺的重要项目，许多轨道病害如路基冻涨、轨道板上拱等都直接表现为高低不平顺的恶化，检测高低不平顺是轨道检测的重要内容。
目前轨道高低不平顺检测方法主要有惯性基准法和弦测法。
惯性基准法采用以加速度计为主的惯性器件建立惯性基准，辅以测量钢轨位置的位移传感器，经过信号处理和合成而测得高低不平顺。
弦测法则仅采用位移传感器，测量钢轨相对于实际基准的正矢或偏矢值，再使用适当的算法进行波形复原处理，获得高低不平顺数据。
弦测法又分为三点等弦、三点不等弦、两点弦、四点弦等多种形式。
我国主流的轨道检测设备均采用惯性基准法[1];美国、俄国、意大利等多数国家的动态轨道检测设备也采用惯性基准法[2];日本早期采用三点等弦的测量方法[3]，后来又研发了采用三点不等弦、两点弦和惯性测量等方法的多种轨道检测设备[4]。
高速铁路轨道不平顺的激光检测系统设计
DCWTechnology Study技术研究17数字通信世界2023.11铁路是国民经济的大动脉，随着经济的快速增长，我国的铁路建设步入“高铁时代”。
高平顺性是高速铁路对轨道的最根本要求，也是建设铁路的控制性条件，为保障高速行车的平稳、安全和舒适，必须严格控制轨道的平顺性[1]。
铁路轨道不平顺是导致机车车辆等结构物产生振动或破坏的根本原因之一，同时也是机车车辆设计、计算及评估的重要依据。
在我国传统的工务维修中，采用拉绳法进行测量，这种检测方法存在很多弊端，检测精度不高，工作效率低，所需工作量大，易受天气影响。
这种传统的检测方法严重制约了铁路线路几何参数检测的发展。
近几年，对轨道不平顺性状态检测已开始使用弦测法和惯性基准法，但仍满足不了对高速铁路轨道长波不平顺的测量要求。
本文采用激光长弦发射和数字接收光靶配合测量轨道的长波不平顺，利用传感器对轨道的水平和轨距进行同步测量。
激光长弦的使用，能有效扩大测量基准弦的长度，直接测量轨道的长波不平顺，真实地反映出轨道的平顺性状态，减少操作的重复性，高质量检测轨道的几何形位参数。
1 轨道不平顺的激光检测原理轨道不平顺是指两根钢轨在高低和左右方向与钢轨理想位置几何尺寸的偏差，其中包括轨道方向（轨向）不平顺和轨道前后高低不平顺。
轨向是指钢轨内侧面测距点沿轨道纵向水平位置的变化量（曲线上称正矢）；高低是指轨道沿线路方向的竖向平顺性[2]。
本文采用激光长弦发射和数字接收光靶配合测量，其中利用激光准直技术在最长150 m 钢轨头尾两端上构建一个激光准直基准系统。
将激光长弦发射器和数字接收光靶分别安装在发射小车和接收小车上。
测量开始时将发射小车和接收小车置于轨道上相距一定距离，由激光发射器发射激光束，由数字接收光靶进行接收。
调整发射器，使发射器发射出的正十字形激光束的中心与数字接收光靶的轴线重合。
测量时保持搭载激光发射器的发射小车在轨道上位置不变，推动接收小车靠近发射小车运动，每移动一段枕木长（0.625 m ）停止一次，停止时将接收小车在轨道上固定好进行信号接收，然后开始进行下一段的测量。
轨道不平顺
轨道不平顺管理
2.轨道不平顺评价方法
（1）局部轨道不平顺管理方法 我国现行《铁路线路修理规则》(以下简称《修规》) 中局部轨道不平顺管理方法是以单项不平顺幅值的扣 分，以公里为单元区段，按照每公里各单项不平顺超 限的扣分总和计算。局部不平顺幅值按照四级管理标 准对应的超限扣分评定。
轨道不平顺管理 2.轨道不平顺评价方法
（1）区段轨道不平顺管理方法（轨道质量指数TQI） 区段的划分： 世界各国相继采用200-500m线路进行数学统计 我国是采用200m为一个区段进行数学统计。
1.轨道不平顺的随机性
轨道不平顺与形成安全的相互影响 1.轨道不平顺的特点
（1）轨道不平顺是引起列车振动、轮轨动作用力增 大的主要根源之一。 （2）对行车安全和平稳舒适都有重要影响。 （3）平顺性是轨道直接限制行车速度的主要因素。
轨道不平顺与形成安全的相互影响
1.轨道不平顺的特点
（4）理论研究和国外高速铁路实践证明，在高平顺 的轨道上，行车安全和平稳舒适性能够得到保证， 轨道和车辆部件的寿命和维修周期较长。 （5）即使线、桥、路基在结构强度方面完全满足 要求，高速条件下各种轨道不平顺引起的车辆振 动、轮轨噪声和轮轨动作用力将大幅增加，使平 稳、舒适、安全性严重恶化，甚至导致列车脱轨。
（2）动态不平顺的幅值越大，动、静态之间差异越大。 （3）新线铺轨建成后，既有铁路大修、维修作业完工 时，动、静态不平顺的差异较小；起道捣固、拨道作 业的质量越好越均匀，两者差异越小。 （4）具有高平顺性的高速铁路，动、静态值差异较一 般轨道小。 （5）无砟轨道动、静态之间的差异较小。
轨道不平顺的特征描述
通过实践的数据证明：
轨道不平顺与形成安全的相互影响 2.机车车辆与轨道不平顺的影响
考虑设计姿态辅助IMU／_ODO_的轨道不平顺检测算法
ê φ ｎｙ ú ．
（５）
ê ú
êë φ ｎｚ úû
使用轨道设计姿态信息 α ｄｅｓｉｇｎ ＝ ［ ｐ ｄ ｒ ｄ ｙ ｄ ］ Ｔ
作为虚拟观测值，得姿态观测方程：
α ｄｅｓｉｇｎ － α ＩＮＳ ＝ Ａ α，３ × ３ ·φｎ ＋ ｅ α ，
Ａ α，３ × ３ ＝
é － ｃｏｓ ｐ＾ ｃｏｓ ｙ＾
ｎ′
ｃ ｙ＾ ｃ ｐ＾
ｓ ＾ｒ ｓ ｙ＾ － ｓ ｐ＾ ｃ ＾ｒ ｃ γ＾ ú ． （４）
Ｃ ｂ ＝ ê ｃ ＾ｒ ｓ ｙ＾ ＋ ｓ ｐ＾ ｓ ＾ｒ ｃ ｙ＾
ê
ú
ê － ｓ ＾ｒ ｃ ｐ＾
ú
ｓ ｐ＾
ｃ ＾ｒ ｃ ｐ＾
ë
û
式（３） 、（４） 代入式（２） ，经化简对比可以得到姿
态角误差与平台失准角之间的关系（ 式（５） ） ．具体过
Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ，ＮＨＣ） 的假设，则其载体系下的侧向和垂
向速度可认为是零；轨检小车的前向速度可由装配
其上的里程计获得．考虑到 ＩＭＵ 安装角为小角度，结
合 ＮＨＣ 和里程计， ｂ 系下速度车辆速度为
李松伟，等．考虑设计姿态辅助 ＩＭＵ ／ ＯＤＯ 的轨道不平顺检测算法．
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ＬＩ Ｓｏｎｇｗｅｉ，ｅｔ ａｌ．Ｄｅｓｉｇｎ ａｔｔｉｔｕｄｅ ａｓｓｉｓｔｅｄ ＩＭＵ ／ ＯＤＯ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｔｒａｃｋ ｉｒｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．
从事空 间 大 地 测 量 方 面 的 研 究． ｃｈｘｙｑｓｂ ＠
１２６．ｃｏｍ
１ 信息工程大学 地理空间信息学院，郑州，
４５０００１
统（ Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ，ＩＮＳ） ／ 里程计（ Ｏｄｏｍｅｔｅｒ，ＯＤＯ） 轨道检测