车载式线路检查仪研制与应用

朱 永 胜

(中国铁路太原局集团有限公司，山西 太原 030013)

1 概述

随着国民经济的快速发展，我国铁路为适应国民经济的需求，向高速化发展，而行车速度的提高对轨道的平顺性要求也越来越高；不仅如此，高铁及客运专线行车密度大，上道作业只能利用夜间天窗进行，线路巡检、维修养护时间短、任务重。CGDJ-IV车载式线路检查仪作为铁路工务部门动态监测线路平顺状态的重要手段之一，作为工务人员检查线路的辅助工具，也要适应铁路高速发展的需要，为线路维修养护提供可靠的依据。该设备通过测量机车运行时的振动加速度，判定病害里程，及时发现线路动态不平顺，自动记录晃车信息，并具有实时报警和远程短信通知相关负责人，指导工务人员对线路病害进行现场复核及线路的维修养护工作。

2 系统组成

2.1 硬件功能及组成

CDGJ-IV型车载式线路检测仪工作时，通过安装在机车车轴、架构和车体内的嵌入式智能传感器获得机车在行车时的加速度信号，这些信号经高精度放大器放大后进入带通滤波器，由高速SOC控制A/D进行转换并由固化软件对转换后的数字信号进行滤波运算等处理，处理的结果经RS-485传输到轨道动态检测判断及GSM/GPRS信息传送单元，该单元安装于机车安全信息综合检测装置(TAX3)共享机车信息，将处理后的结果数据与日期、时间、机车号、车次、里程、行别、速度、线路编号等信息综合生成一个能够准确反映线路病害位置的数据信息包，基于专家系统数据处理软件对数据进行处理，从而克服机车特性、线路、速度、上下行等诸多因素对测量结果的影响，获取线路病害的准确位置。通过GSM/GPRS无线传输方式将病害信息实时发送到地面接收单元和相关人员的手机上，为工务部门临时补修提供依据。

系统按功能分为嵌入式智能传感器单元、线路病害检测判断及GSM/GPRS信息传送单元、蓝牙单元、实时监测单元及GSM/GPRS远程接收数据单元组成。

2.2 软件组成

软件分为固化软件和数据分析处理系统。固化软件主要进行数字信号处理，分别安装在嵌入式智能传感器和轨道线路病害检测判断及GSM/GPRS信息传送单元。采集数据经过带通滤波后，在固化软件中采用了小波去噪等数字滤波处理方式以提高传感器测量精度。

3 技术原理

在研制过程中，面临的最大的任务就是如何根据测量的加速度数据来量化反映线路病害，并将检测结果实时发送给相关部门。课题组反复多次对有线路病害的现场进行数据采集，通过频谱分析软件进行分析比较，最终确定了机车不同部位对线路病害的反应特征。在实验中发现：测量获取的加速度值并受到诸多因素的影响，这些干扰因素会对测量结果产生重大影响，甚至淹没有用信号。因此，技术上难点就是如何排除各种干扰因素对测量结果的影响从而准确获得线路的病害信息。

列车运行时，线路病害会造成机车车体振动，直接影响运行平稳和安全。机车不同部位的加速度值与线路不平顺的种类有关，同时受到机车特性、列车速度、牵引状况、电磁干扰等诸多因素的影响，测量结果会出现较大的起伏变化。因此，需要在技术上采取措施，消除各种干扰因素，生成能够准确反映线路病害的有效测量值。

3.1 硬件抗干扰

外部干扰一般以脉冲的形式进入测控系统，干扰窜入系统的渠道主要有空间干扰(通过电磁辐射窜入系统)、供电系统干扰、过程通道干扰(通过前向与后向通道窜入系统)。针对不同的干扰，采用相应的抗干扰措施：

1)印刷电路板的设计;2)抗空间干扰措施；3)过程通道抗干扰技术；4)供电系统抗干扰技术；5)模拟滤波。

3.2 软件处理

软件部分主要由信号处理软件和基于专家系统的数据分析软件构成。

3.2.1信号处理软件

信号处理软件主要有完成数字信号处理的功能。经过模拟滤波处理后的信号经A/D转换为数字信号，信号处理软件采用小波变换对数字信号进行处理。

3.2.2数据分析软件

基于知识的智能推理系统，它涉及对知识获取、知识库、推理控制机制以及智能人机界面的研究，集人工智能和领域知识于一体。系统能够在专门领域达到专家的水平，使这一类用传统编程难以解决的问题由计算机得到高水平的处理。

4 功能及性能特点

4.1 功能特点

1)动态监测线路状况，三部位传感器共同确定线路病害，加强短波不平顺的检测，病害检测更加全面准确。

2)GPS准确定位，及时了解机车位置。

3)超限数据实时报警并通知相关负责人。

4)大容量数据存储。

5)计算机USB接口，高速海量数据传输。

6)蓝牙通信，与其他设备实现资源共享。

4.2 性能特点

1)采用新型传感器，并且通过机车多部位同时检测，加强对线路病害检测，更能真实反映线路实际状况，提高了线路检测的准确性和一致性。

2)采用高速DSP处理器，大大提高了系统的数据处理速度，减少了病害漏报情况。

3)数据处理引入FFT等新型算法，有效消除各种干扰，降低了误报率。

4)系统使用新型GPS模块，搜星速度快，能够实现实时、准确定位。

5)应用蓝牙通讯实现了机车数据与其他设备信息共享，为其他设备使用机车数据创造了条件。

6)数据采集、数据处理、数据通信等模块化分区布置，大大提高了系统的抗干扰性能。

7)满足各类型机车使用。系统提供各类型机车的标准门限，可以根据线路情况、车况调整使用门限，使报警更精准。

8)完善的软件分析处理功能。

a.机车全程超限数据可以通过地面计算机的分析与处理，可给出超限报告、公里小结报告和段总结及工区总结报告，便于评判各段线路状况。

b.具有多组数据分析对比功能，可将不同时期的两组检测数据进行对比，分析线路变化趋势；也可将维修前与维修后的检测数据对比，用来检查维修效果。

c.具有重复超限统计分析功能，便于用户发现超限多次发生处所及时维修。

5 操作使用

CDGJ-IV型车载式线路检测仪适用于铁路各级安全管理和线路维修保养部门使用。可安装在配备机车安全信息综合检测装置(TAX3)的机车上，对运行区间内各条线路进行全天候监测，利用微机软件处理线路数据，界面友好，操作简单。

5.1 计算机配置要求

硬件要求：主频2G、内存1G、硬盘140G、USB接口。

软件要求：操作系统中文Windows 98/2000/XP/Win7。

5.2 硬件安装

5.2.1安装传感器

把轴箱传感器平稳地固定在机车二、五轴轴头，将信号线引出；把架构传感器平稳地固定在机车中轴线位置，将信号线引出；把车体传感器平稳地固定在机车中轴线位置地板下发，将信号线引出。

5.2.2安装线路病害检测主机板

将主机板插入TAX3机箱的线路检测插槽中，固定好；断轨检测仪主板是安装在TAX箱中，而TAX箱一般在机车的电器间，上机车后可根据机车图先找到TAX箱，用螺丝刀把TAX箱上的“轨道检测-SZ312”挡板拆下,将主板顺着卡槽缓缓推入并插紧，并拧紧螺丝，TAX箱如图1所示。主板是该系统的处理单元，在整个系统中起至关重要的作用，一定要安装正确、牢固。

将传感器的信号线汇总到传感器转接盒后，将转接盒引出的信号线(10芯插头)连接到TAX箱背面的X3插座(轨道检测)如图2所示。

在机车外的连线用保护管进行防护，机车内的线通过绑绳固定，避免压断或踩伤，并保证走线整齐、美观、流畅。

布线原则：1)尽可能走线槽；2)注意安全远离干扰源和热源；3)线露出部分要用绑线固定在安全绝缘的固定物上。

5.3 软件安装

1)安装地面数据处理软件。打开微机，启动Windows系统后，放入安装盘，在“我的电脑”中双击光驱图标，再双击Setup.exe文件图标，系统开始安装《轨道动态监测地面数据处理系统》软件，屏幕显示安装进度条，按照提示信息逐步操作，出现“安装完毕”信息后，完成软件安装。

2)运行处理分析软件。在Windows系统桌面下，点击“开始”菜单，在“程序”菜单选中“线路动态监测系统”项，启动数据处理软件，详细操作见软件使用手册。

6 结语

CGDJ-Ⅳ车载式线路检查仪在原车载式线路检查仪基础上增加了轴箱传感器、构架传感器、GPS定位模块，可实现对轴箱、构架振动加速度检测和自动识别列车运行线路信息。具有以下特点：

1)通过机车轴箱、构架、车体多部位同时检测，加强对线路病害检测，更能真实反映线路实际状况，提高了线路检测的准确性和一致性。

2)采用高速DSP处理器，大大提高了系统的数据处理速度，减少了病害漏报情况数据处理引入FFT等新型算法，有效消除各种干扰，降低了误报率。

3)超限数据实时报警，并通过短信及时通知相关负责人。应用蓝牙通讯实现了与其他设备信息共享。

4)系统使用新型GPS模块，搜星速度快，能够实现实时、准确定位。

5)完善的软件分析处理功能，可将监测数据通过不同条件进行对比，分析线路变化趋势。