GEDO Vorsys系統(tǒng)在高速鐵路軌道精調(diào)測(cè)量中的應(yīng)用與研究

1 引言

軌道平順性控制是高速鐵路測(cè)量的難點(diǎn)之一，為此，軌道精調(diào)測(cè)量常常耗費(fèi)我們大量時(shí)間和精力，尤其是有砟軌道，一般測(cè)量方法耗時(shí)費(fèi)力，數(shù)據(jù)傳遞慢易出錯(cuò)。一直以來，國內(nèi)外專家進(jìn)行了大量的探索和研究，研制了EMSat、軌道測(cè)量小車等先進(jìn)系統(tǒng)。

GEDO Vorsys系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱“Vorsys系統(tǒng)”）采用兩臺(tái)軌道測(cè)量小車與一臺(tái)全站儀聯(lián)合測(cè)量，準(zhǔn)確高效地采集軌道幾何狀態(tài)，經(jīng)專業(yè)軟件處理得到搗固文件并直接導(dǎo)入大機(jī)控制系統(tǒng)，指導(dǎo)起撥道作業(yè)。該系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化了測(cè)量流程，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無縫對(duì)接，提高了作業(yè)效率，為有砟軌道搗固機(jī)預(yù)先測(cè)量提供了一個(gè)完善的解決方案。下面，本文將對(duì)該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行全面測(cè)試和研究。

2 Vorsys系統(tǒng)原理

2.1 系統(tǒng)組成

Vorsys系統(tǒng)主要由兩臺(tái)GEDO CE測(cè)量小車、一臺(tái)Trimble S8機(jī)器人型全站儀以及終端控制器TSC2組成，其中一臺(tái)小車用于安裝全站儀（全站儀小車），相當(dāng)于移動(dòng)測(cè)站，另一臺(tái)用于安裝棱鏡（棱鏡小車），相當(dāng)于移動(dòng)覘標(biāo)，如圖1。

圖1 Vorsys系統(tǒng)組成

2.2 系統(tǒng)原理

Vorsys系統(tǒng)的主要原理如圖2。首先利用全站儀小車測(cè)量?jī)蓚€(gè)線路控制點(diǎn)，確定待測(cè)軌道的參考弦線；再通過跟蹤并測(cè)量棱鏡小車，采集軌道幾何形態(tài)；最后計(jì)算各點(diǎn)軌道調(diào)整量，形成搗固文件。

圖2 Vorsys系統(tǒng)主要工作原理示意圖

2.3 系統(tǒng)特點(diǎn)

Vorsys系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①測(cè)量精度高（＜2mm/200m）、速度快（800～1200m/h）、集成度高（全無線）、連續(xù)作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)；②實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)連續(xù)測(cè)量存儲(chǔ)，實(shí)時(shí)偏差顯示，自動(dòng)化程度高；③實(shí)現(xiàn)相鄰測(cè)站間“零搭接”；④自動(dòng)優(yōu)化線路，人工干預(yù)少；⑤數(shù)據(jù)格式兼容多數(shù)搗固機(jī)。

3 Vorsys系統(tǒng)應(yīng)用效果測(cè)試與研究

3.1 應(yīng)用于有砟軌道精調(diào)測(cè)量

隨機(jī)選取一段有砟軌道線路，里程K50+100～K53+400，長(zhǎng)度5km，線路剛剛完成長(zhǎng)鋼軌應(yīng)力放散并鎖定。

現(xiàn)場(chǎng)分別采用GEDO CE軌道幾何狀態(tài)測(cè)量系統(tǒng)（《規(guī)范》建議的方法[2]，簡(jiǎn)稱“GEDO CE系統(tǒng)”）和Vorsys系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。受現(xiàn)場(chǎng)條件限制，為節(jié)省測(cè)試時(shí)間，GEDO CE系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果直接采用之前剛剛采集的數(shù)據(jù)，其直線段只有起道量數(shù)據(jù)。

1）測(cè)試結(jié)果

參照設(shè)計(jì)值計(jì)算軌道每10m間距的起/撥道量，結(jié)果對(duì)比如圖4，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表1。

圖4 有砟軌道實(shí)測(cè)對(duì)比

表1 有砟軌道實(shí)測(cè)對(duì)比統(tǒng)計(jì)分析表

2）結(jié)果分析

根據(jù)測(cè)試結(jié)果分析認(rèn)為：

① 兩次采集數(shù)據(jù)時(shí)間間隔了5天，期間工程車正常運(yùn)行，且進(jìn)行部分軌距調(diào)整作業(yè)。此外，該區(qū)段為新鋪線路，線形較差，受條件限制測(cè)點(diǎn)未作標(biāo)記，兩次測(cè)量的位置不盡相同，一定程度影響了測(cè)試結(jié)果；

② 撥道量的實(shí)測(cè)結(jié)果好于起道量，即平面精度高于高程精度。由于Vorsys系統(tǒng)每200m僅取2個(gè)CPIII點(diǎn)定弦，受CPIII點(diǎn)和建站精度的影響更大，這反應(yīng)在起道量實(shí)測(cè)差值大于10mm的測(cè)點(diǎn)相對(duì)集中在K49+400前后各100m、K52+450前后各150m、K53+200前后各100m范圍，以及撥道量偏右的測(cè)點(diǎn)遠(yuǎn)多于偏左的測(cè)點(diǎn)；

③ 實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比曲線大體呈平行趨勢(shì)，且相鄰點(diǎn)實(shí)測(cè)差值的變化量較小，說明二者在靜態(tài)平順性方面的測(cè)量結(jié)果基本一致，Vorsys系統(tǒng)可達(dá)到10m弦小于2mm的平順性要求。

3.2 應(yīng)用于無砟軌道精調(diào)測(cè)量

1）測(cè)試結(jié)果

隨機(jī)選取一段無砟軌道線路，里程K368+926～K369+256，長(zhǎng)度329m，測(cè)量后參照設(shè)計(jì)值計(jì)算軌道每1m間距的起/撥道量，結(jié)果對(duì)比如圖5，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表2。

圖5 無砟軌道實(shí)測(cè)對(duì)比

表2 無砟軌道實(shí)測(cè)對(duì)比統(tǒng)計(jì)分析表

2）結(jié)果分析

根據(jù)測(cè)試結(jié)果分析認(rèn)為：①二者的測(cè)量結(jié)果基本一致，Vorsys系統(tǒng)能夠達(dá)到2mm的精度；②從相鄰點(diǎn)實(shí)測(cè)差值的變化量對(duì)比，Vorsys系統(tǒng)能滿足10m弦小于2mm的平順性要求。

3.3 與大機(jī)聯(lián)合作業(yè)

選取一段新建有砟軌道線路進(jìn)行測(cè)試，里程K30+355～K33+555，長(zhǎng)度 3.2km。

1）測(cè)試方案

測(cè)試采用Vorsys系統(tǒng)配合株洲0932型連續(xù)走行搗固車，流程如圖6。

圖6 系統(tǒng)與大機(jī)聯(lián)合作業(yè)測(cè)試流程

2）測(cè)試結(jié)果

采集間距為5m，共采集數(shù)據(jù)656組，測(cè)量效率800m/h，結(jié)果對(duì)比如圖7，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表3。

3）結(jié)果分析

根據(jù)測(cè)試結(jié)果分析如下：

①搗固后，同一段線路的幾何狀態(tài)明顯變好，軌道線形波谷有較大改善，剩余起道量平均值基本接近設(shè)定的50mm，平順性大大提高；

圖7 大機(jī)作業(yè)前后軌道線形對(duì)比

表3 大機(jī)作業(yè)前后實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析表

②K30+355～+450段，因初始幾何狀態(tài)較差，而大機(jī)軟件設(shè)定的最大撥道量20mm、起道量35mm，故無法一次完成所需的起撥道，作業(yè)前后線路明顯呈平行趨勢(shì)，未達(dá)到預(yù)期效果；

③K30+680～ +800段，因線上道砟太少，大機(jī)無法正常完成起道作業(yè)，導(dǎo)致?lián)v固后的高程波動(dòng)較大，尚有30mm的最大剩余量；

④K30+800～K31+000段，因所需撥道量較大，而線間道砟過多，大機(jī)無法正常完成撥道，導(dǎo)致尚有18mm的最大剩余量。

⑤K31+420～ +650段，因所需撥道量較大而起道量較小，大機(jī)作業(yè)固有特性導(dǎo)致線路被抬升，未能達(dá)到預(yù)期效果。

4 結(jié)束語

通過測(cè)試分析，可以初步得出以下結(jié)論：①Vorsys系統(tǒng)的測(cè)量效率不低于800m/h，較之常規(guī)測(cè)量小車提高一倍以上，且外業(yè)只需2～3人，作業(yè)強(qiáng)度大大降低；②Vorsys系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)采集、自動(dòng)優(yōu)化、與大機(jī)無縫對(duì)接，智能程度高，避免人為誤差，提升了大機(jī)自動(dòng)化程度；③軌道靜態(tài)平順性方面，Vorsys系統(tǒng)與GEDO CE的精度等同，能滿足高鐵有砟軌道精調(diào)測(cè)量要求；④新建線路建議鎖定后先用重車壓道，或者采用大機(jī)自身測(cè)量系統(tǒng)對(duì)線路預(yù)搗固，以提升后期優(yōu)化效果。