第二节 国内外综合检测车现状
21世纪初,日本、法国、意大利、英国等发达国家,先后研制了“East-i”、“IRIS320”、“阿基米德”、“NMT”等高速综合检测车并投入运用,我国首列综合检测车于2008年投入运用。国内外综合检测车对高速铁路基础设施进行定期检测、等速检测和综合检测。检测的内容主要包括轨道几何、接触网、通信、信号、线路环境等基础设施状态,以及轮轨接触状态、车辆加速度等高速列车的动态性能指标。通过对检测数据开展综合分析,研究基础设施状态对高速列车运行的影响及其恶化规律,指导养护维修。
一、国外综合检测车现状
1.日本
从1975年开始,日本铁路先后研制了4列“Yellow Doctor”综合检测车(图1-2),分别配备东日本、东海和西日本公司,承担对所辖范围新干线的电气和轨道状态的动态检查,每列车由7辆车组成,最高检测速度210km/h。综合检测车的运行计划预先安排在列车运行计划中,每10天检测一次。
图1-2 “Yellow Doctor”综合检测车
2002年,用E3改造的“East-i”(图1-3)交付使用,在东日本公司所辖新干线和既有线执行综合检测任务。“East-i”为6辆编组的动车组,最高检测速度275km/h,检测内容主要包括轨道几何参数、信号、无线通信、接触网、轮轨作用力、环境噪声等,利用转速传感器和每公里一个的地面点进行定位。
图1-3 “East-i”综合检测车
“Yellow Doctor”和“East-i”列车上各检测单元独立工作,各检测系统具有独立的车载数据显示、记录单元。车载不对数据进行分析处理,数据通过非无线方式各自转储到相应专业部门的数据技术中心分别处理,并依靠记录图像进行人工识别,其地面分析处理、维护管理决策系统也相对独立。例如,西日本公司在小仓站附近设有小仓线路中心、小仓电力中心、小仓通信中心,负责对山阳新干线的相关数据进行分析处理,指导维修保养。朔黄铁路重载综合检测车
整个检测车在速度、时间和里程位置上保持同步,但是数据管理平台通用性较差。
2.法国
法铁(SNCF)从2002年开始组织研发“IRIS320”综合检测车(图1-4),该列车于2006年4月开始试运行,利用运行图中预留的运行线,每15天对高速线检测一次。“IRIS320”为2动8拖共10辆编组,最高检测速度320km/h,检测内容主要包括轨道几何参数、信号、接触网、无线通信GSM/GSM-R、环境视频监测、转向架及车体加速度等。“IRIS320”具有统一的测速定位及时钟信息发布系统,通过车上数据分析管理平台,各检测系统数据可集中进行综合分析与对地数据交换。
图1-4 “IRIS320”综合检测车
同时,SNCF还组织同步开发了地面轨道维修管理系统Timon,建立利用检测数据进行基础设施管理和综合维修指导体系。
3.意大利
意大利铁路基础设施管理局(FSRFI)于1998年开始进行综合检测车前期技术条件和方案的研究,2003年“阿基米德”号综合检测车(图1-5)完成系统验收并投入检测运营,Ⅰ级线路每两周检测一次,Ⅱ级线路每月检测一次。该检测车由4节客车、1节机车和1节控制车组成,最高检测速度220km/h,检测内容主要包括轨道几何参数、信号、接触网、GSM/GSM-R、车辆加速度、各种视频及环境监测等。该车配置的轨道几何检测系统结合惯性技术和三点弦测法,代表着世界领先水平和发展方向。
图1-5 “阿基米德”号综合检测车
“阿基米德”号综合检测车具有两套冗余的同步系统,并可在列车上对各检测系统数据进行集中综合分析,实现统一车地数据交换。列车数据与地面传输采用Sonet/Sdh同步技术,光纤线路达5km。
同时,FSRFI建立了国家铁路基础设施诊断中心(CDN),并将基础设施检测/控制的数据库直接与ERP数据库(经济资源规划数据库)相连,通过RAMSYS软件工具进行管理和辅助决策。为满足高速铁路发展的需要,2006年FSRFI开始组织研制开发了两列检测速度达350km/h的综合检测车。
4.英国
英国路网公司(Network Rail)于2002年开始组织“NMT”综合检测车(图1-6)的开发,2006年“NMT”投入检测运营,承担对高速铁路和既有线路每周1次的检测任务。
图1-6 “NMT”综合检测车
该检测车为内燃动车组,由2节动车、5辆拖车共7辆组成,最高检测速度200km/h,检测内容主要包括轨道几何、接触网、车辆动态响应、视频监测、钢轨表面伤损、轨枕和扣件状态等。
“NMT”通过建立定位系统、同步网络、数据网络和综合分析系统实现所有参数同步检测并进行综合数据管理。2004年,Network Rail成立工程技术支持中心(ESC),通过开发运用Vampire软件工具和Trackmaster、Tracksys软件系统,建立轨道、车辆、接触网关系动力学仿真模型,对数据进行测量、分析及保养规划一体化的综合利用,为基础设施养护维修提供重要参考。
5.德国和美国
德国和美国高速铁路高中速混跑,客货共线,综合检测普遍采用在旅客列车加挂综合检测车来实现,两国没有专门的高速综合检测车,都具有先进的综合检测技术。
德国DB Systemtechnik拥有ICE短编组检测车、VT612检测车各1列,分别由3辆车编组组成。ICE短编组检测车最高运行速度280km/h,主要检测轮轨作用力和接触网参数;VT612检测车为内燃动车组,最高速度200km/h,主要检测轨道动态响应、轮轨力、车轮踏面等效锥度、钢轨断面等项目。工务管理信息系统有SAPR3和IIS,SAP R3主要完成设备静态管理、维修计划管理和维修投资经费的管理与控制;IIS可以实现轨道几何状态和钢轨伤损状况信息数据的处理。
美国Ensco公司研制了技术先进的T10型检测车,采用惯性基准测量原理和非接触式测量方法,用于抽查各铁路公司的线路质量,检测速度可达192km/h。ImageMap公司研制的Laserail轨道测量系统,检测速度可达300km/h,采用激光摄像、高速图像处理技术取代了光电伺服技术,体现了轨道检测技术的发展方向。
Bentley公司研发的Optram是一套具有检测数据分析、设备趋势预测、作业质量评价和可视化管理功能的集成平台。
6.各国综合检测车对比
各国综合检测车对比见表1-1。
表1-1 各国综合检测车对比
续上表
二、国内综合检测车现状
2007年以前,我国铁路普遍采用机车牵引方式,在旅客列车上加挂轨道、接触网、通信、信号等专业检测车来检测基础设施状态。随着第六次大提速的实施,以及客运专线、高速铁路的大规模建设和陆续投入运营,传统的基础设施检测方式已难以满足我国铁路的发展需要,开发综合检测车十分迫切。随着我国铁路的技术进步,基础设施检测技术也在不断发展中,为我国自主开发综合检测车提供了技术基础。同时,高速动车组技术的成功引进和国产化,为综合检测车开发提供了平台。
2007年4月18日,中国铁路实施第六次大提速,4月20日,为保障既有提速干线的持续安全运营,原铁道部决定研发综合检测车,对全路开行动车组的京沪、京广等提速线路和即将陆续开通的高速铁路进行周期性综合检测。
1.0号高速综合检测车(CRH5J-0501)
0号高速综合检测车(图1-7)是250km/h等级检测车,由中国铁道科学研究院基础设施检测研究所负责系统集成及综合系统的研制开发,中国北车长春轨道客车股份有限公司负责设计制造动车组车体。该车于2008年交付使用,承担京津城际铁路10天1次的周期性检测任务,并在合宁客运专线和京沪、京哈、京广、陇海、沪昆、广深、胶济等既有提速干线进行检测。
图1-7 0号高速综合检测车
0号高速综合检测车在CRH5型动车组平台上安装了国际先进的轨道几何及车辆加速度、接触网及受流状态、轮轨动力学、通信和信号等检测系统。通过列车专用网络、定位同步、环境视频信息采集处理、多媒体显示和数据综合处理等系统(统称综合系统),实现各种检测信息的分布式采集、同步定位、数据集成与综合分析。通过车—地无线传输,将检测信息传输到地面,采用新的计算机仿真模型和求解方法、新的时频分析理论和算法,以及新的统计挖掘技术,进行基础设施对列车影响的评价,通过数据库资料和相关分析,预测基础设施的恶化规律,以确保行车安全,指导养护维修。
0号高速综合检测车集检测车、办公车、会议车、生活车为一体,既装有各种检测设备及操作室,又设有会议车、生活车、卧铺车。0号高速综合检测车具有检测项目多、系统集成度高、检测技术先进的技术特点。
(1)检测内容包括轮轨力,接触网几何,轨道几何,轴箱、构架及车体加速度,接触网动态作用,接触线磨耗和受流参数,GSM-R和450MHz场强覆盖,应答器信息,车载ATP工作状态等。
(2)采用光纤通信、惯性导航、宽带网络等技术,使各检测单元速度、时间、里程位置保持严格同步,有利于综合分析和评价。
(3)集成连续式、非接触式集流测力轮对,毫米级精度的长波长轨道不平顺实时在线检测等技术,推动我国综合检测技术的发展。
2.CRH380A-001高速综合检测车(CRH380AJ-0201)
CRH380A-001高速综合检测车(图1-8)是350km/h等级及以上检测车。列车车体由南车青岛四方机车车辆股份有限公司制造,于2010年下线交付使用。随后由中国铁道科学研究院加装检测设备,改造成专用的时速380km级的检测车。该车用于京沪高速铁路的联调联试,对京沪高速铁路的顺利开通与安全运营发挥了重要作用。CRH380A-001除了能适应350km/h速度线路的运用条件外,还能适应250km/h速度级客运专线的运用条件。
图1-8 CRH380A-001高速综合检测车
3.CRH380B-002高速综合检测车(CRH380BJ-0301)
CRH380B-002高速综合检测车(图1-9)是350km/h等级及以上检测车,属国家863计划重点项目“最高试验速度400km/h高速检测车关键技术研究与装备研制”,列车车体由北车唐山轨道客车有限公司制造,于2010年下线交付使用。随后由中国铁道科学研究院加装检测设备,改造成专用的时速380km级的检测车,在京沪高铁先导段最高试验速度达到400km/h。CRH380B-002除了能适应350km/h速度线路的运用条件外,还能适应250km/h速度级客运专线的运用条件。
图1-9 CRH380B-002高速综合检测车
CRH380A-001和CRH380B-002分别以CRH2C、CRH3型动车组项目技术平台为基础,针对检测系统和设备要求,进行相应的局部结构调整和旅客界面的重新布局。为了满足京沪高速铁路380km/h的营运要求,在之前车型的基础上全面提升了列车整体性能,对动车组牵引系统、空气动力外形做了较大改变。CRH380A-001和CRH380B-002高速综合检测车根据检测系统功能需求设置轨道检测车、通信及轮轨力检测车、数据综合处理车、会议车、接触网检测车、餐车、卧铺车、信号及测力构架检测车各1辆。