激光在线路检测及整修作业中的应用

1 引言

随着普速铁路提速和大量高铁的投入运营，列车运行速度越来越快，载重量越来越大，轨道几何尺寸的维护面临严峻挑战，对铁路工务设备维修的检测手段，需求不断增强，对轨道长距离高低、轨向的检测精确度提出了更高的要求，传统的目视、弦线测量等手段无法完成长距离高低、轨向的检测，成为制约提速铁路和高速铁路线路维修养护的主要障碍。

2 线路高低、轨向检测方法的现状

目前普遍采用的直线高低、轨向检测方法为弦线法。按照铁路线路修理规则，线路高低、轨向采用10m长的弦线进行测量，故检测结果只能显示短距离内的低、轨向不良处所。长距离的高低和轨向因其变化率较小，呈现为近似大半径的圆弧形，采用10m长的弦线进行检测时，结果均无超限，且对列车运行安全没有太大影响，但对于高速运行的客运列车来说，则会在经过这些大高低、大方向不良处所时产生横向或纵向加速度，使列车在运行过程中产生较大摇晃，影响乘坐的舒适度。在如今高新科技快速发展的带动下，铁路检测设备也在不断升级换代，现在一些繁忙干线铁路上使用的轨道检查小车采用惯性定位和电脑编程计算相结合，解决了长距离高低、轨向的检测问题，但需要在小车推过一段线路后，对这段线路进行综合地分析，将数据输出后，再到现场根据里程核对高低、轨向不良处所。无法直观地在现场测定高低、轨向的偏差数据，对线路高低、轨向的整修只能起到参考的作用，而达不到过程控制的效果。

3 线路高低、轨向整修方法的现状

对于线路高低、轨向的整修的方法，主要还是起道和拨道，要想达到理想的整修效果，就必须准确控制起道和拨道的量。目前在线路整修作业过程中控制起道和拨道量，仍是由带班的工、班长根据实际操作经验来实现，对于长距离的大高低、大方向，只能目测估计起道和拨道量进行起拨道作业。目测进行起道和拨道量的控制，在不同的带班人员指挥下，起拨道作业效果差异很大。因此，起拨道作业的质量受带班人员的技术水平和实践经验影响很大，部分年轻的工班长甚至不敢进行长距离大高低、大方向的整修。为了解决长距离大高低、大方向整修困难的问题，亟需一种用于起拨道作业过程控制的设备，摆脱人工看道进行起拨道作业造成的困扰。

4 选用激光替代人工看道，避免人工误差

人工看道靠的是人的视觉，将目标点与选定的基准点进行位置比对，目标点与基准点位置不在同一直线上时则认定为线路高低、轨向存在偏差。利用光的直线传播特性，在轨面上射出一道光线，测出轨面到光线的距离即可准确判定轨道的高低、轨向是否存在偏差，还能避免人工看道产生的误差。

普通光源是向四面八方发光。要让发射的光朝一个方向传播，需要给光源装上一定的聚光装置，如汽车的车前灯和探照灯都是安装有聚光作用的反光镜，使辐射光汇集起来向一个方向射出，还需要一个庞大的聚光杯和一个大功率灯泡。激光器发射的激光，天生就是朝一个方向射出，光束的发散度极小，大约只有0.001弧度，接近平行，且亮度极高，可以做到体积很小，轻便实用。所以选择激光做为人工看道的替代品极为适合。

5 解决激光发射、接收、对中、定位的难题

将激光发射器固定于专用基座上，制做成专用仪器，另外制做一个固定接收器，用于在选定的线路基准点间将作为参考标准的激光束进行定位。将激光发射点光束中心与光束照射到固定接收器上的光斑中心调整到同一高度，即可作为线路起拨道作业的参考基准线。再制做一个移动接收器，在选定的线路基准点间移动，即可对线路的高低、轨向进行测量。

在夜间作业时，因激光束明显可见，对中定位很容易，但在白天作业时激光束只有照射到物体表面时才能看到光斑，若看不见激光束，则很难将激光束对中定位。加装一个平行于激光束的观察望远镜后，根据望远镜视野范围的中心进行观察，很快就能找到激光束的位置，进行准确对中。激光束在远距离照射的过程中，受大气运动的影响，照射在接收器上的光斑会出现不规则的抖动，采用软件编程计算，找出光斑抖动过程的理论中心，就能将激光束对中定位。

6 在线路检测与整修作业中的实际应用

检测作业时将激光发射点光束中心与光束照射到固定接收器上的光斑中心调整到同一高度，即可作为线路起拨道作业的参考基准线。再制做一个移动接收器，在选定的线路基准点间移动，测出激光束与轨面之间的距离，与参考基准线到轨面的距离之差即为轨道高低、轨向偏差值。为方便快捷地读取测量数据，在固定接收器和移动接收器上设置显示屏，将接收到并计算出的激光光斑中心，以圆点形式在的显示屏显示出是否对中，同时显示出光斑中心与，移动接收器同样以屏幕显示的方式，显示出测量偏差数据，这样就可以更方便快捷地读出高低、轨向偏差值。受光线传播的局限性限制，这套仪器只能在直线上使用。

文章来源：《激光杂志》 网址: http://www.jgzzzz.cn/qikandaodu/2020/0929/480.html