无砟轨道几何状态静态评价方法与平顺性控制技术研究

In present, the survey and control of inner geometries to ballastless track is realized by means of outer geometries survey. That usually leads to the imbalance between cost and efficiency for the maintenance. As a survey method for track irregularities, the theoretical value of mid-chord offset method（MCO） has received less attention for its magnitude frequency characteristics. This study deduces the extended algorithm of MCO, and discusses the characteristics of long wave irregularities and the measurement of asymmetrical chord offset. All the work will provide the track maintenance divisions with a comprehensive solution for the smoothness monitoring of main tracks and switchs. Furthermore, the conventional maintenance technologies based on outer track geometry exists some problems of serviceability for HSR ballastless track in consideration for its special construction and high smoothness requirement. In this paper, taking track plane control as an example, an adjustment algorithm has been proposed which is based on middle wave irregularities of HSR ballastless track. Its features involve that: Aiming at the recovery of high smoothness, a vector model is established based on relative survey data. Then an iteration method has been constructed for the numerical solution to adjusted value in inertial coordinate system. By the scale trial, it is proved that the algorithm is able to globally optimize the track smoothness dispensing with outer surveying marks, and it is efficient in survey and solution. In summary，the reserch could provide a set of theories and methods for the maintenance of HSR ballastless track.

目前无砟轨道的内部几何尺寸的表达与控制主要是通过外部几何尺寸测量来实现，其成本与效率难以平衡。弦测法作为轨道平顺性测量主要方法之一，受限于其幅频特性，理论价值未得到应有的重视。本研究从其以小推大算法出发，就弦测法的长波特性、偏矢测量等问题进行理论研究，为无砟轨道正线及道岔的平顺性有效监测与评价提供解决方案。另，鉴于高铁无砟轨道的特殊结构与高平顺性要求，既有的基于外部几何尺寸的养修技术存在着适用性问题。为此，本研究在全面分析绳正法、坐标法技术特性的基础上，认为开发一种基于轨道平顺性的整正技术，是解决目前效率与精度矛盾的理性选择。该技术的主要特征包括：以恢复高铁无砟轨道的平顺性为目标，通过对轨道平顺性数据建立向量模型，构造迭代解法，获得在惯性坐标系下的整正量的数值解。前期现场试用证明，该方法整体优化轨道平顺性，且无需外部标志物的信息，或能为无砟轨道的平顺性控制提供一套创新的理论与方法。

本计划围绕高铁无砟轨道精测、精调的适用方法与技术进行研究。.关于精测方法，研究了绝对测量及其对高铁无砟轨道平顺性控制的作用，结果表明，绝对测量“原理正确”，但不仅存在测量效率低、环境适应性差等适用性问题，理论上其平顺性控制能力也无法满足要求，而其用于评价高铁长波平顺性的150m/300m矢距差校验方法的空间频域特性混乱且存在幅值增益为0的死区。围绕拥有效率、平顺性检测精度和环境适应性优势的相对测量方法，研究了用于消除其里程累积误差的轨枕定位技术，比150m/300m矢距差校验方法物理意义更清晰、频域特性更理想的用于速算长波平顺性的中点弦测“以小推大” 加密采样逐点递推算法，为了实现相对测量线路中线坐标控制和提高长波测量精度的“相对+绝对”复合测量技术，形成了一套适用于无砟轨道平顺性控制的几何状态静态评价方法。.关于精调方法，研究了传统的相对测量调轨算法，结果表明，基于渐伸线原理的绳正法等对数据扰动敏感，存在无法克服的累和问题，不能满足高铁无砟轨道的平顺性作业要求。研究并揭示了绝对测量“坐标法调轨”的本质是“偏差法调轨”和“原位法调轨”，即测量方法必须能够保证线路中线横、垂向偏差与轨枕位置对应且体现准确的线路线形，同时调轨算法必须能够保证将该偏差消除在原位而不向相邻轨枕传递。研究了依据相对测量数据识别线路曲线四大特征点、曲线半径等关键参数和基于奇异滤波及稳健回归的轨道曲线主点定位方法，解决了因里程累积误差或实际曲线特征点位移等所导致的实测、设计曲线失配及其引起的线路中线偏差异常问题，使相对测量具备了应用“偏差法调轨”和“原位法调轨”的必要条件。最后，研究了基于相对测量中点弦测模型的精调量迭代求解问题，可得到累和最小、对线路线形扰动最小、能在不超出高铁无砟轨道扣件可调范围显著改善线路平顺性的最终调整方案。.本计划研究成果已产业化，在大幅提高精测效率、降低精调工作量和成本的同时，使我国无砟轨道TQI控制水平从单纯依赖绝对测量调轨的3.0左右降低至2.0以下，社会效益和经济效益显著。