按照城市軌道交通的投入比例，2013年城市軌道交通設(shè)備采購金額高達1200億元。至此，我國獲得國家批準建設(shè)軌道交通的城市已達到37個，城市建設(shè)將繼續(xù)高居世界第一。至2015年前后，北京、上海、廣州等22個城市將建設(shè)79條軌道交通線路，總長2 259．84 km，總投資8 820．03億元。預計到2050年中國城市軌道交通線路總長將超過4500 km。

隨著鐵路提速戰(zhàn)略的實施，行車的安全和舒適問題已成為運輸生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題，鐵路基礎(chǔ)設(shè)施動態(tài)檢測成為一項重要措施。在鐵路基礎(chǔ)設(shè)施中，軌道一直是薄弱環(huán)節(jié)。加上傳統(tǒng)的維修手段難以適應，工務部門的壓力越來越大。為確保軌道良好的狀態(tài)，必須加強軌道的動態(tài)檢測 。本研究提出的鐵道綜合檢測技術(shù)，在不改變現(xiàn)有軌道安全使用的情況下，可以實現(xiàn)地鐵軌道的快速、高精度檢測，對提高地鐵軌道檢測的效率和精度，行車的安全性和舒適性，以及滿足地鐵管理系統(tǒng)的信息化管理的需求，具有重要意義。

一、系統(tǒng)介紹
公鐵兩用車的軌道檢測系統(tǒng)以公鐵兩用車為運載平臺，集成激光測距機、3D相機、激光掃描儀、IMU(inertia measurement unit)、車輪編碼器等多種傳感器，由多傳感器集成控制單元、測量單元以及數(shù)據(jù)處理與管理信息單元組成 ]。其中，多傳感器集成控制單元控制多個傳感器的協(xié)同工作，并對各個傳感器信號進行預處理；測量單元包括3個子單元，分別完成鋼軌斷面幾何尺寸測量、波浪磨耗測量、軌廓測量和限界測量功能；數(shù)據(jù)處理與管理信息單元負責完成傳感器數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示、存檔及上傳等任務。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖l所示。

二、系統(tǒng)原理
為了減少外業(yè)工作量，提高勞動效率，實現(xiàn)一次采集獲取多種數(shù)據(jù)的目的，本系統(tǒng)具有測量多種地鐵軌道參數(shù)的功能，其測量單元的主要內(nèi)容有：①軌道幾何尺寸參數(shù)；②波浪磨耗測量子系統(tǒng)；③軌廓；④ 限界。

1、軌道幾何尺寸測量
軌道幾何測量系統(tǒng)包括:軌距、曲率、水平及超高、高低、軌向、扭曲及車體加速度等,具體檢測指標及精度,如下表所示。

2、 限界測量
限界是指列車沿固定的城市軌道安全運行時，所需要的空間尺寸，鐵路限界是以列車的輪廓尺寸和列車的有關(guān)技術(shù)參數(shù)，運行動力性能，結(jié)合城市軌道和接觸網(wǎng)(或接觸軌)的相關(guān)條件，并考慮設(shè)備和安全誤差，按規(guī)定的計算方法進行設(shè)計的。一個和線路中心垂直的極限橫斷面輪廓。在此輪廓內(nèi)，除機車車輛之間有相互作用的設(shè)備外，其他設(shè)備或建筑物均不得侵入 ]。該測量功能采用高精度激光掃描儀、IMU和車輪編碼器來實現(xiàn)，如圖所示。

車輪編碼器固定在測試列車的一個車輪中心，用于測量列車的行駛距離。將IMU和激光掃描儀剛性固定在一起，安裝在測量列車的端部，激光掃描儀按照360。掃描隧道內(nèi)壁，獲得隧道斷面圖。同時，在IMU及車輪編碼器的的配合下，測量激光掃描儀在隧道中運行的位置與姿態(tài)，從而實現(xiàn)隧道中心線的測量。

三、實驗結(jié)果
本章節(jié)將以輪廓、高低、平順度的測量試驗為例，驗證系統(tǒng)的測量精度。試驗選用的激光測距機型號為基恩士IL一065，3D相機型號為AT c3—1280，車體運動速度最大為5 m／s，最小為1 m／s。

1、輪廓測量
輪廓測量主要包括軌道左邊軌道的軌頭寬度、高度、右側(cè)作用邊寬度和右邊軌道的軌頭寬度、高度、左側(cè)作用邊寬度，如圖8所示，系統(tǒng)每隔2 mm取一個斷面，連續(xù)8次得到結(jié)果依次為8(，d~h)。

由圖可知，在運動過程中，盡管鋼軌左右兩端的輪廓截面相對于相機中心在移動的，但是在相對較短的距離內(nèi)，兩端鋼軌的輪廓形狀變化很微小，這與正常鋼軌的輪廓性質(zhì)是相符的，因此，系統(tǒng)獲取的輪廓數(shù)據(jù)是可信的。數(shù)據(jù)精度達到0．01 mm，滿足軌道檢測的要求。

2、高低測量
高低測量主要測量左右鋼軌的軌頂面的超高，如圖9所示。由圖看出，沿軌道行進方向，左右軌道在高度上的變化是不一樣的，導致了軌道超高很明顯，實驗結(jié)果顯示，實驗使用的軌道段存在超高，超高范圍在60mrrl以內(nèi)，軌道超高正常，超高檢測精度達到0．01mm，滿足軌道檢測的要求。

3、平順度測量
以車輪編碼器和激光測距機聯(lián)合測得的實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，弦長以2 m為準，由圖4和公式(1)得到的實驗結(jié)果，如表所示。

四、 結(jié)束語
公鐵兩用檢測車作為軌道綜合檢測車搭載平臺，使用靈活，轉(zhuǎn)場方便。可選擇平臺較多。對軌道幾何狀態(tài)檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)準確可靠、方便直觀，數(shù)據(jù)采集和編輯功能強大，線路限界檢測系統(tǒng)靈敏可靠，線路周邊環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)圖像清晰。
 

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