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城市轨道交通轨道安全状态在途监测系统
文 / 网络2016-06-24 01:59


 

1、引言

  轨道交通运营线路由单线变成多线并逐渐形成网络,城市轨道交通网络化运营伴随着我国城市化进程的加速已成为我国轨道交通发展的整体趋势。列车开行间隔不断缩小,运营单位对列车正点率的要求正在逐年提高,对列车的运营安全性要求也更加严格。为满足城市轨道交通安全高效运营的多维化需求,迫切需要提升城市轨道交通列车和基础设施的安全状态监测水平,特别是对轨道安全状态的监测。 

  对于轨道安全状态的监测,我国目前主要有轨检车、添乘仪、车载式轨道监测装置等几种,其中利用移动设备进行信息获取是主流技术手段。

  安全状态在途监测系统,从信息的角度看包含信息采集、信息传输、信息显示、信息处理和分析以及信息发布等五个环节,子系统的设计上应尽量做到信息获取准确、信息传输途径共用、信息利用的关联,并随系统的具体情况形成具有适合信息更新速度的回路,进而做到安全投入的效益优化。

  用于轨道监测的设备,如轨道检测车、添乘仪等的应用比较广泛,但这些轨道监测设备只是用于铁路轨道监测;而对于城市轨道的监测,国外基于运营车辆的监测设备在研究当中,相比之下,国内还没有任何报道。
 

2、轨道安全状态监测的发展现状

  经过多年的发展,我国铁路工务工程在很多领域已经取得了显著的进步,国际上安全监控手段正从传统向现代、由人控向机控、由粗放向集约管理跨越,尽管目前综合自动化监控系统集成的程度不尽相同,但都尽量采用统一平台,将各功能子系统互联互通,实现信息资源共享,提高决策自动化程度,如澳大利亚中央昆士兰大学的Bleakley等研制的Health Card系统;在国内,如沪宁线、京津线、成昆线等都进行了行车安全综合监控系统等有益的尝试,国内科研院校也进行了较为深入的研究和探索。

  但从整体来看,目前我国的城市轨道交通基础设施和移动设备的运行状态检测、维修大多是定期检修或者事后故障修复的方式,维修成本高,而且无法保证监测的实时性。
 

3、轨道安全状态监测的方式

  对于轨道安全状态的监测,需要监测的项目主要有:轨间距、整体道床倾斜、沿线不均匀沉降、空吊板、钢轨接头、防爬设备、联结零件、轨枕以及道口设备等。

  我国目前主要有轨检车、添乘仪、车载式轨道监测装置等几种方式,但这几种监测方式对同一线路的评价结果差距较大:轨检车结构复杂、测试项目较全面,一定条件下,测试精度高,从世界范围来看都是轨道检测的首要手段;添乘仪为人工添乘提供量化指标,结构简单,但由于车体加速度峰值对不同速度、不同运行方向、不同车型、不同线路条件、不同季节、不同气候、不同车辆个体的差异较敏感,合理门槛值设置较困难,精度受添乘人员的相关技能水平影响很大,不能无条件地扩大操作人员范围,避免干扰生产;车载式轨道监测装置在测量原理上与添乘仪一致,都是加速度类的监测设备,但由于信息传输的方式不同,可以通过一定的技术手段以数量求质量,提高系统的综合准确性、可用性,有效弥补轨检车的检测间隙。
 

4、部分轨道安全状态监测系统

  4.1 柳州铁路局桂林工务段的车载式轨道动态监测装置

  该装置由监测单元、转储器和处理分析软件三部分组成。监测单元是安装在机车上,对轨道状态进行动态检查监测的安全设备,硬件规格及软件通信协议符合TAX2 的要求。作为TAX2 的一个组成部分,在机车运行过程中,通过固定机车车体上的加速度传感器,采集车体垂向、横向振动加速度值,经分析处理后得出车体晃动等级。其作用可以量化反映轨道线路的平顺状态,同时共享利用机车监控装置的线路坐标定位信息和运行速度信息,在无人干预下综合生成反映线路平顺状态的轨道数据。当数据超过设定的门限值时,会自动语音报警。

  线路数据通过数据转储器转储到地面微机,由地面数据处理软件,按照线路安全管理和维修保养业务的要求,对数据进行处理生成六种报告(含图表)。即线路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级偏差,公里小结,较差线路段,保养预选段,全段总结及全程Ⅱ、Ⅲ级偏差等报告。

  该装置的缺点是只能检测线路的垂直、水平加速度,反映线路几何尺寸的剧烈变化,其检测结果仅反映线路状况的一个局部。

  4.2 上海铁路局安全监控系统

  本系统包括行车安全监测子系统、安全监测信息网络子系统,突发事件与事故应急处理子系统和安全监管中心子系统。其中又有晃车仪网络监控系统,该系统主要有三部分功能:数据传输模块,包括实时报警消息的收集与转发以及下载检测数据的传输和分析结果的分发;晃车仪下载检测数据的综合分析模块;基于Web 的监控信息查询及报表统计。整个系统架构比较完整,但是系统的数据不完整,呈离散状态,且目前还缺少决策支持数据库,需要加快数理统计、趋势分析软件的编制。

  4.3 铁科院研制的车辆运行状态监测系统TPDS

  TPDS(Truck Performance Detecting System)通过对轮轨垂直力和横向力的连续检测和分析,以及车辆运行状态综合联网评判,可实现对运行状态不良车辆的识别,并兼有对车辆装载超偏载、车轮踏面擦伤的检测等功能。但是,TPDS的轨道负荷检测功能尚未得到有效利用。

  4.4 远程自动连续监测系统

  该系统应用在北京地铁5号线左线采用浅埋暗挖法下穿地铁2号线雍和宫车站工程中,它具有数据采集、交换、处理和反馈等四个方面的功能,由现场监测和数据采集系统、主控计算机系统及应用终端系统三部分组成。现场监测和数据采集系统安装在车站,由电水平尺、数码测缝计、智能数码位移计等测试设备和自动数据采集器组成;主控计算机系统安装在站台办公室;应用终端系统分别安装在监测单位、施工单位和运营公司。监测系统可以设定为自动工作,也可以改由操作人员手动控制。通过对监测数据回归分析,可以预测测点可能的最终位移值和既有线路的安全状况。虽然这个系统只运用于地铁施工阶段,但对于轨道安全状态监测有重要的借鉴意义。 

  4.5 TYJGJ 监测系统

  在上海铁路局投入使用的TYJGJ 监测系统的开发基于系统特征参数提取的模糊解耦算法,并采用DSP(digital signal processor数字信号处理器)技术加以实现,利用BP (back propagation)网络构成相应专家系统,利用GSM 无线技术及通用有线通讯技术构成数据传输体系。能较为有效地解决机车响应特性、列车操纵等因素影响以及信息快速传递等问题。

  4.6 青藏铁路综合安全监控系统

  青藏铁路综合安全监控系统由多智能体安全综合监测系统和安全信息智能管理系统构成。多智能体安全综合监测系统是运用多智能体技术,将铁路各专业设备设施监测、自然灾害监测、各专业机房环境监测、安全防范及环境设备监测等安全监控功能纳入一个综合的系统平台,实现综合监控系统的智能化、集成化和协调化,达到综合监控、统一指挥、集中维护、信息共享的目的;安全信息智能管理系统包括基于多智能技术的智能综合查询系统和安全信息分析处理系统,实现对多智能安全综合监测的综合查询和信息的综合开发利用。

  4.7 沪宁线行车安全综合监控系统

  沪宁线行车安全综合监控系统的车对地监测子系统包括安全综合检测车、快速钢轨探伤车、轨检车、车载轨道动态监测单元、机车信号记录仪、红外线轴温探测设备故障检测车。其行车安全信息系统集监测、控制和管理决策为一体的行车安全监控管理信息系统。行车安全信息系统由信息采集及传输网络和安全信息管理中心构成。行车安全监测信息管理中心,任务是分析行车安全监测信息网络传送的数据,并对各类数据进行评估,评定其危险等级,供行车、维修、救援等部门决策。
 

5、总结

  从以上分析我们概括了七种轨道安全状态监测系统,但这些系统要么只是局限于少数几个区段,要么没有完善的轨道监测功能,要么缺少数据处理模块,要么只使用于特定阶段。总的来说,要建成一个完善的轨道安全状态监测系统,开发一个车载数据快速处理、安全状态评价、隐患预警安全数据传输软件系统是必不可少的。

 

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