基于A-INS组合导航的现代有轨电车轨道几何状态快速精密测量

铁路轨道是现代有轨电车运行的基础,其几何状态对于车辆的运行安全、行车速度、平稳舒适性起着决定性的作用。传统轻型轨道几何状态测量仪(轨检小车)以高精度全站仪为核心测量设备来检测轨道几何平顺性,测量效率低,难以满足线路维护的需求。提出基于带有辅助信息的惯性导航系统(A-INS),通过获取轨道的高精度三维坐标和姿态的方法,来实现有轨电车轨道几何平顺性的快速检测与准确评估。在武汉现代有轨电车轨道几何不平顺测量应用结果表明,轨向不平顺和高低不平顺重复测量误差小于0.2 mm,超高和轨距偏差的重复测量误差小于0.2 mm。实测结果说明:基于A-INS组合导航的轨道几何状态测量系统,可以满足现代有轨电车轨道不平顺检测的精度要求。     

基于Frenet坐标系的道岔区侧向轨道几何状态动静态检测匹配方法

针对道岔区侧向轨道几何状态动态检测的现场病害定位难度大的问题，基于Frenet坐标系和笛卡尔坐标系的映射关系，将道岔区轨道几何状态静态检测的空间点坐标转化为动态检测的空间曲线，并采用线性相位有限冲激响应（Finite Impulse Response,FIR）数字高通滤波器进行空间滤波，获得与动态轨道几何不平顺相同波长范围的轨向及高低，实现动静态检测的匹配。与静态检测传统弦测输出不同，该匹配方法不会导致轨道几何不平顺幅值发生畸变，借助静态检测的空间定位数据，横向对比动态检测输出，可快速完成道岔区侧向病害定位，对道岔区现场养护维修具有指导意义。     

无砟轨道高低和方向不平顺计算方法研究

在无砟轨道精调阶段,轨道静态平顺性控制指标是评判轨道几何形位是否满足验收标准的主要依据。本文针对目前该指标中高低和方向不平顺计算方法在客运专线无砟轨道精调中使用不便的现状,提出利用轨道高程和平面绝对偏差值来对其进行计算的方法;并通过与用三维坐标计算精确结果的对比验证该方法的正确性;同时应用该方法编制无砟轨道精调软件,对其在无砟轨道精调中的应用进行探讨。结果表明:该方法能反映出调后模拟值、调前实测值和调整值的本质关系,且计算简单,有利于调整值的给出。     

三维激光扫描仪在高速铁路轨道线形测量中的应用

为解决传统轨道检测小车测量作业效率低、成本高、数据形式单一等问题,采用基于自由测站的三维激光扫描仪进行点云数据获取,通过对仪器技术参数及扫描模式分析,对点云平面及高程坐标精度推算,确定了设站模式、作业线路、设站间隔。结合16 km隧道内既有铁路轨道线形测量工程实例,对比了轨检小车与三维激光扫描仪在人员、设备以及作业用时方面的差别;通过对414站扫描设站精度进行统计,推导计算得出点云坐标平面精度可达2.45 mm,高程精度可达1.06 mm。通过自主研发软件提取轨道中线三维坐标,采用稳健平滑滤波进行去噪处理,结果表明,点云中线坐标与静态轨检小车测量结果横向偏差平均值为2.7 mm,高程较差平均值为3.9 mm。     

高速铁路轨道平顺性影响因素分析及控制措施研究

高速铁路对轨道平顺性和稳定性要求高,轨道平顺性控制是施工的重要环节,影响轨道平顺性的因素很多。本文首先分析了我国规范中轨道平顺性的评价指标,指出了轨向、高低在周期性不平顺时,指标计算存在的缺陷,提出了对检测点一定范围内的所有测点相互校核,取最大值为该点的轨向、高低偏差的方法;系统分析了设计线形、下部结构变形、轨道结构部件精度、轨道施工等因素对轨道平顺性的影响,提出了无砟轨道施工精度、长轨精调等控制措施,解决了大跨桥梁温度变形对CPⅢ测量的干扰、充填层施工过程中轨道板易扰动等难题。研究成果对高速铁路轨道平顺性控制具有一定的参考价值。     

基于动静态检测数据的轨道弹性状态评估及平顺性调整方法

轨道刚度检测是识别轨道弹性不良区段,评估轨道、桥梁和路基等结构动力性能的关键技术之一。为解决现有轨道弹性状态检测方法在检测效率与检测投入之间的不平衡,基于周期性动静态检测数据,提出基于动静态轨道几何不平顺差异的轨道弹性状态检测方法。此外,为解决弹性不良区段静态调整与有载不平顺不匹配问题,充分发挥动态检测数据的作用,提出基于动态数据的轨道弹性不良区段平顺性调整方法。通过刚度加载车试验和现场复核验证基于动静态高低不平顺峰值差来评判轨道弹性状态的有效性,在分析11条典型有砟轨道线路的动静态高低不平顺差异特征的基础上,提出动静态高低不平顺差超过2 mm的区段即可以判定存在轨道弹性不良病害。基于某条弹性不良线路区段的动态检测数据,采用本文提出的平顺性调整方法指导人工起道作业,结果表明动态高低不平顺幅值和标准差分别降低42%、51%,波长为32 m的周期性不平顺特征也得到明显改善。     

高速铁路轨道几何状态的车载摄影快速检测方法与试验

为实现高速铁路轨道静态几何平顺性的快速检测与准确评估,本文提出基于车载近景摄影采集轨道数字图像以检测轨道线形的方法。采用轨面移动平台搭载数码相机采集连续高分辨率数字影像,以轨道板和轨道面稀疏布设的像控点作为约束条件,使用近景摄影测量空间解析几何模型,平差解算轨道测点三维坐标。仿真计算结果表明:车载近景摄影测量轨道平面坐标的精度为0.2mm,高程精度为0.3mm;在杭甬客运专线无砟轨道上的现场试验结果表明,车载摄影沿轨向测量的绝对坐标精度为0.6mm、垂直于轨向的精度为0.8mm,沿轨向的相对精度为0.2mm、垂直于轨向的相对精度为0.7mm,验证了车载摄影测量方法用于轨道静态几何参数检测的可靠性与高精度潜力。     

轨道精调中后方交会点三维严密平差方法研究

研究目的:目前采用的自由设站后方交会点三维坐标计算,是把平面和高程坐标分开分别进行的,这在理论上存在一定的不严密性.针对这一问题,本文在介绍无砟轨道精调方法的基础上,就精调中自由测站后方交会点三维坐标计算问题进行研究. 研究结论:以全站仪自由设站三维后方交会的斜距、水平方向和天顶距为原始观测值,推导了三维后方交会点坐标严密平差计算的数学模型,并通过实验数据验证了模型的正确性和合理性,提高了自由测站后方交会点三维坐标计算的精度,有利于高速铁路轨道平顺性的提高,可在无砟轨道精调中推广使用.     

CRTSⅠ型板式无砟轨道平面线形偏差整治技术探讨

无砟轨道由于其高平顺性等特点被广泛运用于国内高速铁路,受多方面因素影响,个别无砟轨道地段线路在开通运营后出现超出扣件正常调整范围的大幅值平面线形偏差,为维持高速铁路的高平顺性,需要对线路大幅值平面线形偏差进行调整.在某高铁无砟轨道平面线形调整维修实践的基础上,提出运营条件下CRTS Ⅰ型板式无砟轨道平面线形偏差整治技术,为高速铁路无砟轨道养修提供参考.     

400 km/h高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺验收标准研究

大跨度铁路桥梁在复杂环境下的大变形特点使得矢距差法不再适用于桥上轨道线形验收工作。为了解决400 km/h大跨度铁路桥梁轨道长波不平顺验收难题,首先根据成渝中线2座大跨度铁路桥梁特征,分析裕溪河特大桥与赣江特大桥对车体加速度的影响特征及综合检测列车的敏感波长,结合现有标准给出基于中点弦测法的桥上轨道静态验收策略。然后依据车辆—轨道耦合动力学理论,构建车辆多刚体模型和CRTSⅢ板式无砟轨道有限元模型,系统开展构造余弦波不平顺和实测不平顺作为轮轨激励条件下的动力仿真计算,并考虑桥上纵断面的影响,基于车体振动加速度和舒适性指标给出了400 km/h高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺验收标准。最后通过裕溪河特大桥轨道静动态不平顺和中国高速铁路无砟轨道谱进行了验证。研究结果表明：1) CR450AF列车在400 km/h下车体沉浮运动的敏感波长为163 m,建议400 km/h高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺采用60 m中点弦测法进行评价;2)桥上轨道静态高低长波不平顺60 m中点弦测验收值不应大于6 mm,轨向长波不平顺60 m中点弦测验收值不应大于4 mm;3)大跨度桥上轨道静态长波轨...     

高速铁路轨道静态精密检测若干技术问题探讨

轨道静态精密检测直接服务于轨道精调作业,是确保轨道高平顺性的关键施工环节之一。结合国内多条客运专线轨道静态精密检测的实践,探讨了轨道静态精密检测过程中的一系列精度控制措施,同时就绝对平顺性与相对平顺性概念进行了对比分析,并就相对平顺性提出了一种简化处理方法。     

客运专线轨道精调相邻站平顺衔接方法研究

客运专线轨道精调中,相邻站轨道几何状态信息平顺衔接是否合理将直接影响轨道的平顺性,不同的平顺衔接方法对于轨道轨向、高低长短波的计算将产生不一样的结果,国内主要采用的是重叠区余弦函数平顺衔接的方法。提出一种基于平顺变化率扩展重叠区余弦函数平顺衔接方法,在理论分析的基础上,结合工程实践,对这两种方法进行了综合比对分析。结果表明:在相邻两站重叠区轨道量测点坐标较差较小的情况下,两种方法得到的衔接平滑结果,均可以满足轨道长短波检测的需要。而基于平顺变化率扩展重叠区余弦函数平顺衔接方法,其顺接长度是根据相邻站重叠区较差而动态变化的,很好地保障了平顺性变化率的精度要求。     

基于双向近景摄影测量检测轨道平顺度的计算模型

为改进高速铁路轨道几何平顺性精调的测量精度与效率,本文提出一种基于双向近景摄影测量检测轨道几何状态的方法,通过从铁路正、反向里程对轨道进行双向摄影,以轨道控制网CPⅢ作为像控点,采用严密的光束法区域网平差理论,对轨道双向摄影图像进行联合平差处理,探索出近景摄影测量检测轨道中线偏差和轨面高程的计算模型与精度评估方法。仿真试验结果双向摄影相对于单向摄影的横向与高程精度分别提高85%和42%。现场轨道试验段计算结果表明,双向近景摄影测量检测轨道的横向偏差测量精度为2.4mm,轨面高程精度为1.7mm,满足规范要求的轨道中线偏差与轨面高程测量精度指标,可为高速铁路轨道静态几何状态测量提供一种高效检测技术。     

道路工程渐变平面坐标系在CPⅢ平面控制网中的应用

对CPⅢ平面网的坐标系选择问题进行分析和讨论,认为测量平面坐标系应具有明确的尺度基准面。道路工程渐变平面坐标系的尺度基准面随控制点的高程渐变,能够保证高度的尺度统一,从而更好地满足轨道横向平顺性的检测要求。采用与线路设计坐标系的坐标原点及坐标轴指向相同的道路工程渐变平面坐标系能够满足轨道平面绝对位置的测量要求。     

铁路实际线形测量与计算方法的研究

提出了一种铁路轨道实际线形控制测量及其离散点坐标测量的思路和方法,该方法具有较强的操作性,测量精度能够满足轨道线形测量和分析的要求;之后利用轨道离散点坐标,分别提出了轨道直线、圆曲线以及缓和曲线线形拟合计算的数学模型。理论分析和实验计算结果表明,这些数学模型能够拟合出铁路常见曲线的线形,可用于既有铁路实际线形测量和新建铁路竣工线形测量的线形拟合计算,能够在铁路轨道实际线形测量中推广应用。     

成渝铁路关键桥梁轨道不平顺性分析

以成渝铁路资阳沱江多线特大桥(主跨为(90+180+90)m连续梁拱)为例,对高速铁路无砟轨道大跨度桥梁轨道不平顺性进行分析。对梁体变形、动力学进行理论计算后,对轨面高程在最不利温度荷载组合作用下静态高低不平顺进行检算,得出影响轨道不平顺性的主要因素;并采用光电传感、应力应变检测等技术手段,结合有限元计算对轨道不平顺性进行分析。在静态荷载与动态实测数据对比分析的基础上,提出山区高速铁路桥梁轨道不平顺性的注意问题和解决办法,对我国山区高速铁路建设和安全服役性能具有理论意义和工程价值,对建立健全高速铁路无砟轨道大跨度桥梁设计标准、轨道养护规程具有借鉴意义。     

基于三维坐标测量轨道几何形位的计算模型

为改进基于CPⅢ轨道控制网测量技术的地铁无砟轨道几何形位精调的测量精度与效率,提出一种基于三维坐标测量轨道几何形位的方法。通过对轨道几何形位检测点进行三维坐标测量,以轨道控制网CPⅢ点作为测量基准点,采用轨道几何形位与检测点的三维解析几何关系,建立三维坐标测量轨道几何形位的计算模型。现场无砟轨道试验段的测试结果表明,三维坐标测量可有效对轨道几何形位进行测量,测量精度满足规范要求的无砟轨道几何形位测量精度指标。     

基于PolyWorks的CRTSⅢ型轨道板检测指标快速提取方法

CRTSⅢ型轨道板作为承载钢轨的基础,其外形尺寸精度直接关系着轨道的稳定性、平顺性以及行车的安全性。因此,实现轨道板外形尺寸的高精度快速检测,对于轨道板检测效率的提高和质量保障都具有非常重要的意义。本文提出了一种CRTSⅢ型轨道板检测指标的快速提取方法,首先利用轨道板三维点云数据精确对齐至标准三维模型,然后计算各检测指标特征的测量值并与标准三维模型的尺寸进行对比,计算两者的偏差,从而实现轨道板外形尺寸的快速检测。实验表明,与常规的检测手段相比,该方法具有检测精度高、速度快、检测项目齐全等优点,具有良好的应用前景。     

青藏铁路无缝线路试验段轨道不平顺功率谱分析

以青藏铁路静态轨检车实测轨道不平顺数据为统计样本,基于样本平稳性检验,采用快速傅里叶变换方法进行样本空间的谱估计,并由MATLAB编程得到轨道不平顺谱密度。通过对比分析,发现青藏铁路无缝线路试验段建成1年多并通车近4个月以后,轨道高低、方向和轨距不平顺特征未发生明显改变,轨道状态基本稳定;试验段轨道状态良好,与我国一级干线轨道具有相似的平顺性特征;无缝线路轨道高低和方向2~4 m短波不平顺优于有缝线路轨道。     

郑西客运专线无砟轨道铺设施工测量技术

随着我国铁路客运专线和高速铁路的发展,无砟轨道铺设施工技术得到应用。高速铁路对无砟轨道铺设施工提出了严格的限制,要求无砟轨道具有可靠的稳定性和高精度平顺性。就无砟轨道铺设施工测量技术,利用三维绝对位置坐标有效控制平顺度进行论述,为保证无砟轨道的安全施工提供参考和借鉴。