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轨道检测车目前主要有大型轨检车和轨检小车两大类。大型轨检车以检测精度高,可检测绝对参数为突出优势,在轨道定期大修护中发挥着不可替代的基准作用,但其同时具有成本高、检测效率低、需专业人士操作等局限性,难以大范围推广应用。轨检小车具有成本低、便携、操作简单等优势,目前在铁路维护工作中用于日常检测,具有较大范围的普及应用。轨检小车全称轨道几何状态检测仪,主要用于高速铁路,有轨电车,地铁,设计时速较高的有砟铁路等。由轨距测量传感器、超高测量传感器、机身棱镜及手持PDA组成的测量小车和高精度全站仪、无线通讯单元等组成,检测铁路轨道内部几何状态(轨距、水平、轨向、高低、正失扭曲)和外部几何状态(轨道中线偏差、高程偏差)的测量装置。由轨距、水平等测量装置与机身棱镜及工控机组成的测量小车和高精度全站仪、无线通讯单元等组成,检测铁路轨道内部几何状态(轨距、水平、轨向、高低、正失扭曲)和外部几何状态(轨道中线偏差、高程偏差)的测量装置。对高速铁路道床结构的铺设、长轨铺设、长钢轨精调和后期维护有着重要意义。
据中金企信国际咨询公布的《2020-2026年中国轨道检测车行业市场发展现状研究及投资战略咨询报告》统计数据显示:截至2018年底,全国高速铁路运营里程超2.9万公里,约占全球高铁运营里程的2/3,不断增长的高铁通车里程给铁路运营维护市场带来了巨大机遇,同时传统轨道精测手段也面临难以克服的困境。在传统光学轨检车使用过程中,每个轨枕(0.625米)均需停车进行静态测量,每隔70米左右要进行全站仪搬站重新设站,测量效率约300米/小时,所需配合人员较多,不利于高效率地进行轨道精测及维护。根据国家发展规划,到 2020 年,铁路营业里程预计达到15 万公里,其中高速铁路营业里程预计达到 3 万公里,中国已走入了高铁时代,高速铁路在人们日常生活中的地位和作用日趋明显。由于速度的大幅提高,高速铁路对轨道几何形位尺寸精度要求也越来越高,良好的轨道线路参数能够有效保障动车组高速行车,并使其具有高平顺性、高舒适度和高安全性等特点。已建成的京津城际、武广高铁、郑西高铁、沪宁城际等项目在施工和后期养护都在使用轨检小车,上游轨道交通建设投资不断增加,推动下游需求的扩张。
随着我国铁路提速战略的实施,对列车的安全、舒适性提出了更高的要求,同时运行速度的提高和重载列车的开行,对轨道的破坏作用加大,导致轨道状态的恶化加剧。紧跟国际轨道检测技术的发展步伐和方向,经过几十年的研究,我国轨道检测技术已经形成了一套具有中国特色的高速铁路轨道检测系统,可以满足对高速铁路轨道、轻轨轨道、城市地铁轨道等进行检测的需要。目前,我国轨道检测技术正在向更加高速、智能、高效、便携等方向发展,已经初步形成了国内轨道检测技术体系。
近年来,随着计算机技术、传感器技术以及图像测量技术的飞速发展,国外先进的轨道检查车采用了图像测量技术检测钢轨断面和各种轨道几何参数。该装置采用图像测量技术,由工业摄像机获取钢轨断面轮廓图像,实时处理捕捉到的图像,进一步处理计算得到钢轨上被测点的空间位置信息。摄像传感器可以获得被测轨道在三维空间的二维坐标信息,在减震弹簧上的转向架上可安装检测梁结构,既可满足轨距、轨向测量点的定位精度要求,同时可以有效地降低整个测量系统所承受的冲击和振动,而且由于系统结构简单、可靠,大大减少了维修工作量。从我国引进美国Image map公司的五套轨距、轨向测量系统看,长时间使用并未出现安全事故。目前在美国、加拿大、澳大利亚等国家广泛应用到该测量系统,处于国际先进水平。我们主要引进Image map公司的图像测量系统,安装在GJ-4型轨检车上,升级改造GJ-4型轨检车的检测系统,提高整个测量系统的性能。
国内在计算机视觉检测系统应用于轨道检测也有相应的研究,如北京交通大学与太原铁路局合作研制了一套非接触式轨道静态检测系统,该检测系统采用了激光、CCD摄像机等技术,在轨道检测小车横梁两端安装CCD摄像头实时采集轨道图像,通过模式识别技术实现了对高速铁路无砟轨道几何参数的非接触实时检测,具有较好的发展前景。
虽然通过引进国外图像测量系统可以提高测量过程的可靠性,但是对于轨道检测小车来说,这些系统在成本上还是相对过高的,真正在国内铁路轨道测量作业中普及不太实际。目前,轨道检测小车可以直接通过传感器检测出轨距等参数,相比下更加方便。另一方面,由于图像获取以及处理识别过程产生的误差,对轨道检测的精度影响也很大,相应的图像处理识别软件开发也比较复杂,具有一定难度。因此,相比之下计算机视觉检测系统应用于检测轨道状况(如水泥、灌浆残留物等恶略作业环境)显得更加实际,更具有可行性。