基于VB程序的軌道質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

李文至，范彬斌，馬 霖

（1.中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)有限公司 保定工務(wù)段，保定 071000；2.河北大學(xué) 國(guó)際學(xué)院項(xiàng)目建設(shè)與質(zhì)量保障辦公室，保定 071000）

隨著近年來(lái)鐵路速度的不斷提高，鐵路企業(yè)對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的要求越來(lái)越高。鐵路列車能否穩(wěn)定、安全地運(yùn)行，關(guān)系到人們的出行安全及乘車舒適度，因此，如何保證鐵路行車的穩(wěn)定與安全是鐵路運(yùn)輸最基本的要求[1]。為了提高列車的平穩(wěn)性，工務(wù)作業(yè)人員要對(duì)鐵路線路晃車的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析檢測(cè)，以維持鐵路線路質(zhì)量在安全限界內(nèi)。但是，目前工務(wù)段使用的車載式晃車儀輸出數(shù)據(jù)冗余復(fù)雜，不能直觀地解決現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題，需要經(jīng)過(guò)人工對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，方能指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工作。因此，為了科學(xué)合理地指導(dǎo)鐵路軌道修理工作，確保軌道設(shè)備質(zhì)量可靠、安全受控，工務(wù)作業(yè)人員就需要對(duì)軌道檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)精細(xì)的分析，確定設(shè)備優(yōu)先修理等級(jí)，掌握軌道設(shè)備質(zhì)量發(fā)展變化趨勢(shì)。

1 設(shè)計(jì)原則

線路晃車是指鐵路線路列車在行駛的過(guò)程中，因?yàn)榫€路的連續(xù)周期性不平而產(chǎn)生的受迫震動(dòng)。在鐵路行車過(guò)程中，晃車是一種經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象，會(huì)對(duì)線路造成一定的破壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響行車安全。因此，實(shí)時(shí)地分析軌道檢測(cè)數(shù)據(jù)，有針對(duì)性地指導(dǎo)維修作業(yè)尤為重要。

目前，用于軌道檢測(cè)的設(shè)備主要包括軌道檢查車、添乘儀、智能檢測(cè)儀、探傷車和機(jī)車動(dòng)態(tài)檢測(cè)儀等，這些設(shè)備可以定期對(duì)軌道進(jìn)行監(jiān)控、檢測(cè)，其中，工務(wù)設(shè)備檢查的內(nèi)容包括軌道幾何尺寸、設(shè)備狀態(tài)、鋼軌傷損情況等[2]。目前，通過(guò)軌道檢測(cè)設(shè)備得到的原始數(shù)據(jù)主要為行別、線路里程、水平加速度、水平加速度等級(jí)、垂直加速度、垂直加速度等級(jí)、水平加速度峰值、垂直加速度峰值和報(bào)警次數(shù)等，這些數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)大量的分析比較才能被用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工作。

本文研發(fā)的基于VB程序的軌道質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱：檢測(cè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)）的檢測(cè)數(shù)據(jù)主要依據(jù)車載報(bào)警數(shù)據(jù)的垂直（水平）加速度大小、報(bào)警頻率[3]。將以上數(shù)據(jù)與段管內(nèi)臺(tái)賬進(jìn)行比對(duì)核對(duì)出段管內(nèi)問(wèn)題地段，具體分析原則如下。

（1）以車載報(bào)警次數(shù)為導(dǎo)向，根據(jù)原始數(shù)據(jù)中晃車水平加速度次數(shù)和垂直加速度次數(shù)，以及晃車位置里程差，按照“里程差固定，先多次，后少次”的原則依次輸出疑似病害處所。

（2）以車次為導(dǎo)向，篩選同一車次中通過(guò)段管內(nèi)超過(guò)車載報(bào)警上限的車輛，并剔除該車輛對(duì)應(yīng)的不良數(shù)據(jù)，同時(shí)，輸出異常報(bào)警車輛數(shù)量及車次。

（3）以里程為導(dǎo)向，將疑似病害處所的里程與段管內(nèi)道岔、橋隧，以及對(duì)應(yīng)段管內(nèi)車間的臺(tái)賬進(jìn)行匹配。輸出軌控薄弱地段的具體管轄車間，并根據(jù)報(bào)警情況有針對(duì)性地對(duì)該車間維修作業(yè)進(jìn)行定位整修。

（4）以周期為導(dǎo)向，按照維修檢查周期，定期輸出報(bào)警地段，對(duì)車間的檢查整修情況進(jìn)行評(píng)估。

2 功能模塊

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)包含 4個(gè)功能模塊 ：車載不良報(bào)警模塊、車載晃車儀日?qǐng)?bào)表生成模塊、軌控薄弱地段分析模塊、車間作業(yè)質(zhì)量評(píng)價(jià)模塊[4]，如圖1所示。

圖1 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)功能模塊

2.1 車載不良報(bào)警模塊

機(jī)車在行駛過(guò)程中難免出現(xiàn)機(jī)車故障的情況，這種情況一般反映為機(jī)車連續(xù)報(bào)警或機(jī)車不良報(bào)警，當(dāng)機(jī)車連續(xù)報(bào)警時(shí)，表明檢測(cè)線路連續(xù)出現(xiàn)故障（線路質(zhì)量連續(xù)不合格），顯然，在機(jī)車連續(xù)報(bào)警時(shí)檢測(cè)的線路數(shù)據(jù)是不準(zhǔn)確的，這些不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)將會(huì)對(duì)軌道質(zhì)量分析產(chǎn)生偏差，因此，在分析軌道數(shù)據(jù)之前，剔除不良數(shù)據(jù)變得尤為重要。

車載不良報(bào)警模塊的作用就是篩選機(jī)車車輛異常報(bào)警數(shù)據(jù)，并直接導(dǎo)出異常報(bào)警的車輛信息，便于鐵路相關(guān)部門(mén)及時(shí)維修。本文以機(jī)車號(hào)X的列車在京廣（北京—廣州）上行的晃車監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為例，展示車載不良報(bào)警模塊的導(dǎo)出數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 車載不良報(bào)警模塊導(dǎo)出數(shù)據(jù)示例

2.2 車載晃車儀報(bào)表生成模塊

車載晃車儀報(bào)表生成模塊的主要目的是剔除車載不良數(shù)據(jù)或因機(jī)車性能影響產(chǎn)生的異常數(shù)據(jù)，并對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。該模塊能夠統(tǒng)計(jì)車載不良報(bào)警地段的里程、車載水平加速度（垂直加速度）報(bào)警次數(shù)，將以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與段管內(nèi)具體設(shè)備臺(tái)賬進(jìn)行匹配，自動(dòng)識(shí)別生成段管內(nèi)所轄車間的線路設(shè)備具體情況，從而為站段有針對(duì)性地維修決策提供事實(shí)依據(jù)。

車載晃車儀報(bào)表生成模塊的作用是將車載式晃車儀數(shù)據(jù)按照線別、行別、車間，分別統(tǒng)計(jì)200 m（200 m為可設(shè)定閾值）范圍內(nèi)，車載式晃車儀對(duì)應(yīng)的水平加速度一級(jí)分、垂直加速度一級(jí)分；水平加速度二級(jí)分、垂直加速度二級(jí)分；水平加速度三級(jí)分，垂直加速度三級(jí)分；水平加速度四級(jí)分、垂直加速度四級(jí)分處所的晃車次數(shù)。以某鐵路線路的上行109.844～110.058 km為例，通過(guò)車載晃車儀報(bào)表生成模塊處理后的報(bào)表如表2所示。

表2 車載晃車儀報(bào)表生成模塊報(bào)表

2.3 軌控薄弱地段分析模塊

軌控薄弱地段分析模塊能夠環(huán)比分析原始數(shù)據(jù)，并重點(diǎn)記錄某處車載報(bào)警地段的垂直加速度和水平加速度次數(shù)，例如，某鐵路線上行線路段109.844～110.058 km車載重復(fù)地段，有30處車載二級(jí)報(bào)警，其中，水平加速度的車載報(bào)警次數(shù)為29次，垂直加速度的車載報(bào)警次數(shù)為1次，因此，可以將水平加速度的峰值為0.13 m/s2、垂直加速度的峰值為0.15 m/s2寫(xiě)入分析報(bào)告，為站段維修的方式提供參考。

垂直加速度是線路縱向高低偏差而產(chǎn)生的加速度，與鐵路線路的三角坑和水平有很大的關(guān)系[5]，一般容易出現(xiàn)的地點(diǎn)是在橋臺(tái)、涵體前后、道岔尖軌部分、道岔與道岔之間的渡線。相關(guān)車間可以根據(jù)垂直加速度峰值及重復(fù)次數(shù)對(duì)病害處所安排搗固、撤墊板等作業(yè)，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查情況可安排次年清篩等大修計(jì)劃。

水平加速度值一般由鋼軌硬彎、軌距變化率不良、曲線及道岔區(qū)連續(xù)小方向等情況導(dǎo)致[6]。常見(jiàn)的問(wèn)題如下：線路扣件松動(dòng)，鋼軌直線區(qū)段交替不均勻磨耗，曲線超高設(shè)置與既時(shí)速度不匹配（如欠超高、過(guò)超高），水平和軌向的逆向位復(fù)合不平順、軌枕失效、翻漿冒泥[7-8]。車間可以根據(jù)水平加速度峰值及重復(fù)次數(shù)安排打磨、改道、撥道等維修作業(yè)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查情況可安排更換軌件等大修計(jì)劃等項(xiàng)目維修。

2.4 車間作業(yè)質(zhì)量評(píng)價(jià)模塊

車間作業(yè)質(zhì)量評(píng)價(jià)模塊統(tǒng)計(jì)出一定周期內(nèi)（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)整修情況自定義時(shí)間段）車載日?qǐng)?bào)表情況，縱向?qū)Ρ却酥芷趦?nèi)車載報(bào)警地段是否存在重復(fù)報(bào)警問(wèn)題[6]。記錄縱向周期內(nèi)重復(fù)報(bào)警地段并輸出地段里程及車間信息，對(duì)車間作業(yè)質(zhì)量的評(píng)價(jià)提供一定依據(jù)。

3 作業(yè)質(zhì)量評(píng)價(jià)程序設(shè)計(jì)

本文以作業(yè)質(zhì)量評(píng)價(jià)為例，對(duì)程序設(shè)計(jì)的思路、算法流程進(jìn)行介紹。使用VB程序讀入功能讀取原始數(shù)據(jù)。作業(yè)質(zhì)量評(píng)價(jià)程序流程，如圖2所示。

圖2 程序控制語(yǔ)句流程

步驟 1：假設(shè)車載晃車儀作業(yè)范圍內(nèi)，車輛報(bào)警次數(shù)為G，各個(gè)列車的報(bào)警次數(shù)依次為G1,G2,···,GN；車輛報(bào)警閾值為H=(G1,G2,···,GN)/N。當(dāng)GN≥H時(shí)，輸出異常報(bào)警，否則繼續(xù)下一個(gè)流程。

步驟 2：設(shè)第1處車載報(bào)警地點(diǎn)為X1，第2處車載報(bào)警地點(diǎn)為X2。以此類推，第N處車載報(bào)警地點(diǎn)為XN。設(shè)置初始值如下：M1=X2-X1，M2=X3-X2，···，MN-1=XN-XN-1。若Mi≥F（F為可設(shè)定閾值），則輸出斷點(diǎn)i的數(shù)值，輸出里程范圍為（Mi+1, M1)，然后從第i+1個(gè)值開(kāi)始繼續(xù)循環(huán)步驟2操作。

步驟 3：將導(dǎo)出的行別數(shù)據(jù)、線別數(shù)據(jù)、里程范圍、水平加速度、垂直加速度等參數(shù)值通過(guò)VB程序?qū)懭敕治鰣?bào)告。

步驟 4：通過(guò)VB的時(shí)間查找功能，設(shè)置一定周期，將導(dǎo)出的行別、線別、里程范圍，水平加速度峰值、垂直加速度峰值通過(guò)VB寫(xiě)入分析報(bào)告。

4 程序?qū)崿F(xiàn)及應(yīng)用

應(yīng)用軌道質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)后，通過(guò)引入車輛報(bào)警閾值，將報(bào)警次數(shù)大于閾值以外的數(shù)據(jù)自動(dòng)篩選為不良數(shù)據(jù)，剔除不良數(shù)據(jù)，使分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性提高，精準(zhǔn)指導(dǎo)站段決策。通過(guò)對(duì)報(bào)警點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)記點(diǎn)之間疊加做差，對(duì)連續(xù)報(bào)警地點(diǎn)在設(shè)定閾值范圍的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)出連續(xù)報(bào)警地段及該地段內(nèi)報(bào)警次數(shù)、報(bào)警等級(jí)及峰值，減少了人工處理數(shù)據(jù)時(shí)的冗雜程度。在后期數(shù)據(jù)維護(hù)時(shí)，只需調(diào)取一段周期內(nèi)的報(bào)警數(shù)據(jù)，即可直觀顯示該周期內(nèi)某車間的報(bào)警程度，進(jìn)而評(píng)估在周期內(nèi)車間維修作業(yè)質(zhì)量。

以某鐵路線上行109.844～110.058 km日檢查分析報(bào)表為例，導(dǎo)入車載式晃車儀原始數(shù)據(jù)后自動(dòng)生成車載異常報(bào)警數(shù)據(jù)為0處，異常報(bào)警車輛為0輛。在該路段里程范圍內(nèi)車載報(bào)警處所按區(qū)段直觀顯示報(bào)警次數(shù)，同時(shí)直觀讀取垂直加速度峰值和水平加速度峰值，并寫(xiě)入報(bào)告。通過(guò)該報(bào)告，專業(yè)科室可以直觀地、更快捷地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工作。當(dāng)然，在實(shí)際工作中，需要監(jiān)測(cè)的里程范圍要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于示例里程范圍，數(shù)據(jù)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于示例數(shù)據(jù)量，這反而更能體現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的便捷性和高效性。

5 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)對(duì)軌道質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，規(guī)范了分析方法、數(shù)據(jù)流程。使用軌道質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整合，分析數(shù)據(jù)更為直觀、便捷。將分析結(jié)果應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)整修作業(yè)具有指導(dǎo)意義。對(duì)比目前采用人工篩選數(shù)據(jù)的過(guò)程，基于VB程序的軌道質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)無(wú)論從時(shí)效性還是準(zhǔn)確性方面均有較大的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用于站段的檢測(cè)分析工作，車載晃車三級(jí)報(bào)警次數(shù)明顯減少，在一定的周期范圍內(nèi)提高了工作效率。下一步，本文將繼續(xù)針對(duì)車間管轄線路周期性維修作業(yè)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，以便于清晰地反映一段時(shí)間內(nèi)線路維修保養(yǎng)情況。