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【摘要】現代鐵路建設對測量工作的要求越來越高,如何使測量工作滿足現代鐵路建設的需要就成了測繪行業必須面對的一個重要課題。該文以近幾年的鐵路測量實踐為基礎,闡述了現代鐵路測量的基本要求以及相應的測量技術與手段。
【關鍵詞】工程測量;鐵路測量;技術要求;測量方法
1 鐵路工程是一項人工投入大、材料消耗大、資金投入大的工程。鐵道工程建設包括鐵路設計、施工、驗收、維護等眾多技術環節,鐵路工程測量為鐵道工程建設提供了重要的、不可或缺的技術支撐。鐵路建設與我國人民的出行息息相關,鐵路建設的質量是關乎我國人民出行安全的重要關鍵性問題,目前,我國的鐵路建設正在以令世界瞠目的速度快速發展,從普通鐵路到重載鐵路,從普速鐵路到高速鐵路,一條條新建的鐵路不斷出現在祖國的版圖上。要確保鐵路建設的高質量,就必須采用高水平的測量技術。如何適應現代鐵路的發展,為鐵路建設提供高質量的測繪服務就成了目前我國測繪工作者必須認真對待的問題。
2 現代鐵路線路測量
鐵路選線設計是整個鐵路工程設計中關系全局的總體性工作,線路空間位置設計的主要內容是線路平面設計與縱斷面設計,目的是在保證行車安全和平順前提下兼顧工程投資和運營費用關系的平衡。從鐵路軌道平面位置看,軌道是由直線、曲線、緩和曲線組成。鐵路線路測量是鐵路線路在勘測、設計和施工等階段中所進行的各種測量工作的統稱,主要包括為選擇和設計鐵路線路中心線的位置所進行的各種測繪工作;為把所設計的鐵路線路中心線標定在地面上的放樣工作;為進行路基、軌道、站場的設計和施工進行的測繪和放樣工作等。我國修建一條鐵路新線一般要經過方案研究、初測和初步設計、定測和施工設計等3個設計工作階段。方案研究是在小比例尺地形圖上找出線路可行的方案,初步選定一些重要的技術標準(比如線路等級、限制坡度、牽引種類、運輸能力等)并提出初步方案。現代鐵路方案研究一般多借助遙感的方法進行,通過航測遙感獲取地表的三維數字化信息,通過地質航空遙感獲取地理、地質信息,然后,提出初步方案。初測是為初步設計提供資料而進行的勘測工作,其主要任務是提供沿線大比例尺帶狀地形圖以及地質、水文資料。初步設計的主要任務是在提供的帶狀地形圖上選定線路中心線的位置(亦稱紙上定線),經過經濟、技術比較提出一個推薦方案,同時確定線路的主要技術標準(比如線路等級、限制坡度、最小半徑等)。定測是為施工技術設計而做的勘測工作,其主要任務是把已經上級部門批準的初步設計中所選定的線路中線放樣到地面上去,并進行線路的縱斷面測量和橫斷面測量,對個別工程還要測繪大比例尺的工點地形圖。施工技術設計是根據定測取得的資料,對線路全線和所有單體工程做出詳細設計并提供工程數量、作出工程預算,該階段的主要工作是線路縱斷面設計和路基設計并對橋涵、隧道、車站、檔土墻等作出單獨設計。
3 鐵路既有線測量
既有鐵路改造的外業勘測與新線勘測不同,它是沿一條運營鐵路進行勘測的,其選線工作較新線少,勘測時要充分了解和考慮既有鐵路原有的設備,要考慮改造中能保證鐵路的正常運營和相互配合。既有鐵路改造的外業勘測是一項比較復雜、細致的工作,通常是分階段進行的。既有鐵路線路測量的內容主要有線路縱向丈量、橫向調繪、水準測量、橫斷面測量、線路平面測繪、地形測繪、站場測繪及繞行線定測等。既有鐵路的勘測放樣通常分兩階段進行(即初測與初步設計、定測與施工設計)。由于各勘測階段的目的不同,因而對某些測量資料要求的廣度和深度也不一樣。
既有線縱向丈量。線路縱向丈量又稱百米標縱向丈量或里程丈量,方法是沿既有線丈量定出千米標、百米標及加標作為勘測放樣和施工的里程依據,千米標、百米標及加標統稱里程樁。線路里程丈量的起點在《設計任務書》中有明確規定,一般應從附近的車站中心或大型建筑物中心的既有里程引出,并應與附近的千米標里程進行核對,且應與既有線文件上的里程取得一致以及按原里程方向連續推算,其“斷鏈”位置應在車站、大型建筑物、曲線以外的直線百米標上。丈量可采用手持式激光測距儀、GPS-RTK、電子全站儀進行。
里程樁標記。對里程進行丈量時應設千米標、百米標和加標,曲線范圍內應每20m設一加樁(加樁里程應為20m的整倍數),在一些特殊地點還應增設加標。千米標和半千米標應寫全里程,百米標及加標可不寫千米數。
4 鐵路既有站場測量
既有線的站場測量資料是車站改建設計的依據。既有線站場測量的特點是面積大、地物多、車站作業頻繁、測量精度要求高,與既有線路測量比難度和復雜性更大(尤其在大的樞紐進行站場測繪,采用一般的方法幾乎不可能,必須結合具體的測量點采用不同的作業方法),工作開始前要先作好測區資料收集及準備工作(比如專用線、聯絡線的接軌點、站內曲線半徑、道岔號數、高程系統、車流密度及列車運行圖等)并應與地方、工業廠礦取得聯系以求得支持。既有站場測繪內容視車站類型及要求而有所不同,主要包括縱向丈量、基線放樣、橫向測繪、道岔測量、站內線路平面測繪以及站場平面、地形、高程、橫斷面測量等,其中縱向丈量、橫向測繪、高程測量和橫斷面測繪與區間線路測量大同小異。
現代鐵路測量內容多、程序繁、指標多、要求高, 具體實施時應嚴格按設計及施工要求進行,應根據實際情況靈活選用適宜的、簡便的、快速的、符合要求的測量方法和測量儀器,應靈活運用測繪科學的基本理論、基本技術、基本方法。
參考文獻
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[2]GB50026-93工程測量規范
[3]GB50307-1999地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規范
本系統以GoogleEarth為三維地理信息數據來源,在GoogleEarth實現鐵路工程地質勘察,通過Access數據庫管理勘察成果并將勘察成果輸入AutoCAD成圖。因此要通過數據庫管理技術建立統一的數據接口,實現GoogleEarth與AutoCAD的相互通信。GoogleEarth和AutoCAD分別是Google公司和Autodesk公司開發的軟件產品,要實現二者集成,需通過其提供的二次開發接口,在C號環境下編程實現。具體步驟如下:(1)在C號環境下,利用GoogleEarthCOMAPI和AutoCADAPI分別獲取GoogleEarth和AutoCAD的窗口句柄;(2)利用WIN32API將獲取的窗口可視化地管理起來[5];(3)建立統一的線路和地質數據庫,實現二者之間的數據共享。集成GoogleEarth窗口和AutoCAD窗口后的系統如圖2所示。窗口有上下切分模式、左右切分模式、單GoogleEarth模式和單Auto-CAD模式。
2鐵路定線與方案展示
作為一個鐵路工程地質勘察系統,鐵路定線功能是不可或缺的,這就要求在GoogleEarth三維地理信息平臺上,能夠進行鐵路定線以及方案展示,以便能為鐵路沿線的地質勘察提供參考和依據。基于GoogleEarth進行鐵路選線,目前國內已經有較成熟的系統。本實驗室劉江濤等[5]研發的“基于GoogleEarth的鐵路三維空間選線系統”[5]提供了交互式定線、平面設計、縱面設計、橋梁、隧道、站場設計等眾多功能(圖3)并且取得了較大的實際應用價值,因此本系統對其中鐵路定線模塊予以直接引用。
3遙感解譯與空間分析
3.1遙感解譯GoogleEarth可以提供多分辨率衛星影像、地形數據,不同地質、地物在遙感圖像上的光譜及紋理特征是不同的,因此可以實現從宏觀-局部多尺度的遙感地質信息解譯,其解譯要素可分為地貌單元、地質構造、不良地質、水文地質、特殊巖土等,包括斷層、地質界線、不良地質體、巖溶區、產狀、觀測點、鉆探、試坑、水文點、水準點、照相點、區域地質圖、工程地質平面圖、環境保護區劃圖等[6-7]。KML是Keyhole標記語言(KeyholeMarkupLanguage)的縮寫,是一種采用XML語法與格式的語言,用于描述和保存地理信息[8],如Placemark、Path、Polygon和GroundOverlay,可以被GoogleEarth識別并顯示。因此,可建立地質信息與KML元素的對應關系,如表1所示,實現解譯成果在GoogleEarth上的可視化表達。不同類型的地質信息通過不同的顏色、比例、符號、粗細和描述信息進行區分。解譯成果通過Access數據庫管理,并實時顯示在GoogleEarth三維地理信息平臺上,如圖4所示。3.2空間分析系統利用GoogleEarth三維地理信息平臺,完成點線面測量、線路調查、產狀測量、坡向測量、視傾角、真厚度計算等空間分析功能,能夠快速獲取區域性的地層斷層產狀、巖層厚度、邊坡坡率及與線路空間位置關系,減少現場地質調查工作量,降低人力物力成本。以產狀測量功能為例,產狀測量是地質研究中的基礎工作,在地質各領域應用廣泛。隨著遙感技術的發展,地學工作者要求能夠快速、準確、批量的獲取巖層產狀,而地質羅盤、坡度儀等傳統工具又存在工作量大、精度低,受限于野外條件等缺陷。而利用GoogleEarth遙感影像和地形數據,可以從宏觀尺度上進行地表淺層巖層的判別,并確定巖層分界線。實現從GoogleEarth提取巖層分界點數據需要用到GoogleEarthCOMAPI接口技術。通過調用函數GetPointOnTerrainFromScreenCoords([in]doublescreen_x,[in]doublescreen_y,[out,retval]IPointOnTerrainGE**pPoint)即可返回選取點pPoint的經緯坐標和高程值。得到的巖層分界點數據為大地坐標,需轉換為平面坐標,因此需要用式(1)進行高斯投影坐標正算[9]:獲取巖層分界點的平面坐標后,可通過最小二乘法進行平面擬合,擬合出巖層面,如圖5所示。最后根據擬合出的巖層面方程和產狀計算公式,計算出走向、傾向、傾角等產狀信息。
4鐵路工程地質勘察成果展示與查詢
鐵路工程地質勘查數據最終通過Access數據庫統一管理,為讓設計人員、評審專家和決策者能全面了解勘察成果,系統基于GoogleEarth建立了三維綜合展示平臺,實現了遙感影像、地理信息、地質資料、線路方案、勘察資料等空間信息的集成,綜合展示信息如圖6所示。勘察成果綜合展示平臺實現了二維、三維混合以及多數據源的融合。整個線路的三維地形、影像、地形圖、平面設計成果、線位、橋梁、隧道、車站、地質等各專業信息通過數據庫統一管理,最終集成到同一個KML文件,將KML文件導入到GoogleEarth,便可實現勘察成果的綜合展示。系統根據XML語法與格式以及KML文件的特點,為KML文件中點、線、面、圖片等添加<description>標簽,<description>標簽具體描述各項成果的詳細信息。這樣,通過點擊該圖標,即可查詢其詳細信息。如需查詢線路交點的設計信息,在GoogleEarth窗口點擊線路交點圖標,會出現一個屬性對話框,對話框顯示線路交點的曲線半徑、緩和曲線長、交點坐標、轉角等設計信息;如需查詢勘察點的坐標信息,只要單擊勘察,就會自動彈出勘察點信息窗口。為進一步增強綜合展示信息的全局效果,可根據鐵路線位設置三維游覽路徑,路徑可根據線位自動計算,也可人工繪制。沿路徑游覽時,可設計相關參數,如游覽速度、視點高度、視角和停留時間等,如圖7所示,從而實現方案的全方位展示。在鐵路工程地質勘察中,經常會遇到設計多個方案的情況,本系統提供了同時展示多個方案的功能,供勘察設計人員比選,提高方案比選質量和效率。基于GoogleEarth的鐵路工程地質勘察信息展示平臺,彌補了傳統方法在立體綜合展示能力上的不足,有助于對地形地貌、地質條件等的總體把握,特別是對于山區鐵路,有更大的應用價值。
5應用與結論
高職院校的學生很多在第四學期就簽訂了就業協議,鑒于提前明確就業崗位使畢業生未來的工作內容具體化,特別是提前上崗,已經使學習和工作結合起來,進入“工作中學習,學習中工作”的狀態。基于現狀,在充分聽取行業協會和企業專家意見的基礎上,經過認真研究、反復論證,大量刪減了理論性過強且艱澀難懂的課程。同時,為強化畢業生的崗位適應能力,加大了實訓課程和頂崗實習的比重,重構了“學作結合”課程體系。
2課程開發與設計
2.1設計依據
依托鐵道工程技術專業校企合作委員會,針對專業培養目標,開展社會調研,總結歸納出鐵道工程技術專業畢業生核心工作崗位(群),通過職業崗位分析,學生的崗位主要工作內容如下。(1)線路工,主要工作內容有:作業防護;線路基本作業;鋼軌作業;軌枕作業;道床及路基作業;簡易測量和識讀工程圖;檢查作業及故障處理。(2)橋隧工,主要工作內容有:橋面作業;橋跨作業;橋臺作業;涵渠、隧道作業;施工作業;橋隧檢測;橋隧巡守。(3)施工員,主要工作內容有:鐵路路基工程施工、鐵路橋梁工程施工、鐵路隧道工程施工、鐵路軌道工程施工、施工現場管理。(4)測量員,主要工作內容有:交接樁和施工復測;施工過程控制測量、構筑物施工放線、監控測量及數據分析;工程測量方案、監控量測方案編寫;建立測量儀器臺賬,按時對測量儀器進行維修保養。(5)試驗員,主要工作內容有:各種原材料試驗;施工配合比設計;各種材料的取樣、送檢、試驗、化驗、檢驗、復驗工作及報告;路基、橋梁、隧道、軌道結構物自檢、抽檢等試驗工作。
2.2構建基于“學作結合”的課程體系
面向鐵路工程施工與鐵路線路養護維修企業,按照鐵路工程施工與養護維修崗位技能要求,參照國內鐵路工程施工與養護維修規范、標準,與合作企業技術專家共同分析鐵路線橋隧工程施工、養護維修、施工組織管理等典型工作任務,按照鐵路工程施工與線路養護維修過程確定行動領域、學習領域,依次設計教學內容,選擇合理的工作任務為載體,設計若干教學模塊,將相關的知識、模塊,通過對各教學模塊的學習,實現知識、技能、素質的同步提高,具備鐵路工程施工與養護維修工作的職業能力。構建“學作結合”的課程體系。其典型工作任務及對應的行動領域及學習領域如下。(1)典型工作任務,主要包括:鐵路線橋隧施工、施工組織管理、鐵路線橋隧養護與維修三個方面。(2)行動領域,主要包括:鐵路工程圖識圖、工程材料試驗與檢測、鐵路工程測量、鐵路路基施工、鐵路軌道施工、鐵路橋隧施工、鐵路橋隧養護、鐵路工程施工組織、鐵路工程概預算等。(3)學習領域,主要包括:工程制圖、土木工程CAD、工程繪圖實訓、工程測量、工程測量實訓、鐵路軌道、鐵路工程施工、鐵路橋隧施工與維護、鐵路線路修理、鐵路線路修理實訓、養路機械實訓、高速鐵路軌道施工與維修、鐵路工程施工組織與概預算、鐵路工程預算實訓等主要課程。以上學習內容的基礎部分集中在第一和第二學期,專業課集中在第三和第四學期,第四學期結束后學生應具備解決典型工作任務對應的行動領域相關問題的能力。
2.3課程設計與教學準備
在整體課程設計過程中,從新生入學開始,便將兩年后自己能完成的工作內容發給學生,讓學生在對每門課程進行學習的過程中能夠明確具體的在實際中應用,同時將企業的考核標準及相關要求融入到具體的授課及考核中,激勵并鍛煉學生的實踐應用能力。課程與課程之間要有過渡和協調,用到什么就學什么或補什么。這就要求在做教學準備時,把企業的東西或者相關專家確定下來,在需要的時候能夠及時的應用;另外,還要求任課教師建立制定工學結合的課程標準和“以學生為主體”的教學模式與教學設計,大力推動以項目導向、任務驅動教學模式為主,其他教學模式為輔的多元教學模式改革。
3結語
關鍵詞:鐵路便橋深基坑監測
中圖分類號: TV551 文獻標識碼: A
1.前言
寧波站改建工程站房集散廳及地鐵深基坑南北下穿既有杭深鐵路干線,基坑原長278m,寬123.5m,最大開挖深度24m,其中杭深線下方約22m,出土方量約36萬方,該基坑設3道鋼筋砼支撐。為保證既有線路暢通,基坑施工期間,采用雙線臨時鐵路便橋通行,臨時鐵路便橋全長133.6 m,寬12.9 m,格構柱91根,C40鋼筋砼梁板連續剛構結構,開挖分6層并逐層安裝28a槽鋼剪刀撐,格構柱間設3道鋼筋砼圈梁。該項目于2011年3月列車改線至臨時鐵路便橋上開始實施,2011年12月4日開挖橋下深基坑土方,至2012年6月7日完成橋下基坑開挖以及主體鋼筋砼底板封閉施工,每層開挖結束后,隨即施工剪刀撐和格構間鋼筋砼圈梁。為確保深基坑的施工質量和便橋的運營安全,驗證便橋和基坑設計所采取的各種假設和參數的正確性,指導基坑開挖、便橋支撐及支護結構的施工,實現動態設計和信息化技術管理,本工程引進第三方進行鐵路便橋的施工監測技術工作。本文擬對該橋梁的監測方案進行簡要介紹,希望對今后類似工程的監測實施有所借鑒。寧波站臨時鐵路便橋立面圖見圖1。
圖1 寧波站鐵路便橋立面圖
2、監測目的和內容
寧波站便橋監測的目的:(1)確保基坑施工期間,臨時鐵路便橋的健康狀態和正常通行能力,保證運營線路安全;(2)驗證臨時鐵路便橋承重結構設計,指導基坑開挖和支護結構的施工。必要時修正設計方案和施工過程,保證基坑支護安全,實現安全施工監測。(3)總結工程經驗,完善施工技術。
便橋監測內容包括:鐵路便橋的三維(平面位移、高程位移)監測,主梁支座和跨中應力監測。根據便橋結構,監測布點數量和項目如表2:
表2臨時鐵路便橋監測具體工程數量
3、總體技術方案
3.1設置監測基準網
3.1.1平面基準網:在施工現場周圍的穩定位置布設6~8個平面基準點,在臨時鐵路便橋南北側各2~3個平面工作基準點,平面工作基準點布設采用強制對中固定觀測墩,安裝精密型不銹鋼強制對中盤,軸套和插軸公差小于0.1mm。工作基點構造及外觀如圖3-1所示。
圖3-1 平面工作基準點位置
3.1.2高程基準網:在施工現場周圍的穩定位置布設4~6個高程基準點,采用水準點標志。
4.監測方法
4.1水平位移監測
臨時鐵路便橋水平位移,包括X和Y向,X向平行于線路里程方向,Y向垂直于線路里程方向。監測內容主要是便橋橋面、格構柱的水平位移,水平位移監測方法采用方向交會和距離交會,交會角控制在15°~150°之間,觀測數據整體構網平差。
在工作基點觀測墩設置高精度LeicaTCA1201測量機器人(測角±1", 測距±1+1ppm),強制對中,每1監測點安裝1個棱鏡標志,以預埋方式固定。通過編制軟件,無線遙控(或設置有線控制),定時啟動,LeicaTCA1201測量機器人自動搜尋監測目標點,自動觀測,觀測數據自動分析處理等,實現對臨時鐵路便橋的高精度實時自動化三維監測(幾何變形),確保既有鐵路運營安全。
4.2沉降監測
臨時鐵路便橋沉降監測主要是便橋橋面沉降、格構柱的沉降的沉降測量,其監測方法主要采用為幾何水準法(行車密集等特殊條件下,使用LeicaTCA1201測量機器人,采用精密三角高程差分方法實時監測)。觀測時,依據各沉降監測點的分布情況,按如下步驟進行:
4.2.1布設水準路線:首先根據臨時鐵路便橋沉降監測點的分布情況,布設首級控制網(起閉于水準基點),觀測各基準點與工作基點的高程;然后布設次級水準網(起閉水準基點或工作基點),觀測各沉降點高程。首級和次級水準網一般布設成閉合水準路線或水準網。在布設水準路線時,為確保前后視距差滿足二級精度要求,同時滿足變形監測的“三定”要求(路線固定、儀器固定、人員固定),要量測出每次儀器的安置位置,并用紅油漆或鋼釘在地面做出標記,固定觀測路線。
4.2.2水準觀測:水準測量時,每次應根據預先選定的水準路線進行觀測,各站的觀測順序為:后、前、前、后。測定個別困難地段的沉降點高程時,也可采用支點觀測,但支點站數不得超過2站,且支點觀測必須進行兩次觀測。為保證高程基點的可靠性,每次觀測前應對基準點進行檢測,并作出分析判斷,以保證觀測成果的可靠。
4.2.3使用儀器:使用徠卡DINI 12高精度數字水準儀(±0.3mm/km)或DINI 11高精度數字水準儀(±0.4mm/km)。每次觀測前作i角檢核校正,水準標尺選用銦鋼尺,其它要求按《國家一、二等水準測量規范》執行。
4.2.4 數據記錄及處理:所有觀測數據由DINI 12(DINI 11)自動記錄,觀測過程中的各項限差完全按規范要求進行設置,并由DINI 12(DINI 11)自動進行控制。觀測完畢,將觀測數據傳入電腦,通過監測系統對觀測原始數據進行數據處理、平差計算、計算各點的高程及沉降量、累積沉降量、生成監測報表和變形過程曲線圖。
4.3應力監測
在臨時鐵路便橋主梁支座和主梁跨中位置布置鋼筋正應力測點,以監測在鐵路運營和基坑開挖施工過程中這些截面的應力變化與應力分布情況,評估橋梁結構的可靠度。
4.3.1測試儀器的選擇
根據對多種應力測試儀器的性能比較,考慮要適合長期觀測并能保證足夠的精度,選用長沙金碼高科生產的鋼弦式應變計(埋入式)和配套的頻率接收儀作為應力觀測儀器。該應變計的溫度誤差小、性能穩定、抗干擾能力強,適合于應力長期觀測。四芯屏蔽導線連接至橋端安全位置監測。
圖4-1 鋼弦式鋼筋應力傳感器 圖4-2 頻率接收儀
4.3.2測點布置
根據設計要求,在臨時鐵路便橋主梁支座(間隔3~6m)和主梁跨中位置(間隔3~6m)布置四個鋼筋應力計。
圖4-3 應力測點布置示意圖
在混凝土澆注前將應變計按預定的測試方向固定在主筋上,測試導線引至混凝土表面。
4.3.3監測方法
跟蹤監測鐵路運營和基坑施工過程中以及早晚溫差變化的控制截面應力變化。若發現觀測值與理論計算值相差較大,則應立即報警、分析原因并提出有效的措施。
4.4 測量機器人動態測量
使用測量機器人LeicaTCA1201(測角精度:1″, 短程靜態測距精度:0.8 mm )或LeicaTCA2003(測角精度:0. 5″, 短程靜態測距精度:0.5 mm ),通過鎖定某個監測點上棱鏡,采用快速跟蹤測量和數據處理,實時監測運動目標的三維微小變化,采樣頻率可達5HZ。
5.設定監測報警值及監測頻率
(1)橋面隆沉:10mm,2mm/d;橋面水平位移(X向):10mm,1mm/d;橋面水平位移(Y向):10mm,1mm/d。
(2)橋面相鄰測點差異隆沉:5mm,1mm/d;橋面相鄰測點差異水平位移(X向):3mm,1mm/d。
(3)鋼筋應力200N/mm2。
(4)橋面隆沉每天至少一次,橋面位移每6小時測一次,鋼筋應力每天至少一次,特殊情況另定。
6.監測成果的整理
6.1監測數據的檢核
受觀測條件的影響,任何變形監測數據都可能存在誤差。在變形監測中,由于變形量本身較小,臨近測量誤差的邊緣,為了區分變形與誤差,提取變形特征,應設法消除較大誤差,提高監測精度,從而盡可能地減小觀測誤差對變形分析的影響。監測成果檢核的方法很多,主要工作分為野外檢核和內業檢核。
6.2粗差的處理
監測工作由于周圍環境及地質條件復雜,監測項目多、次數多,工作量大,工期長,加上施工干擾及其它一些不可預計因素的影響,在大量監測數據中出現少量粗差是不可避免的。粗差的存在將使模型歪曲,造成參數的最小二乘估計嚴重失實。穩健估計是在粗差不可避免的情況下,選擇適當的估計方法,使所估參數盡可能減免粗差的影響,得出正常模式下最佳或接近最佳的估值。
在假定模型基本正確前提下,穩健估計具有抗大量隨機誤差和少量粗差的能力。
6.3數據分析與預測
工程建筑物的空間特性和動態變化是變形監測和分析的主要內容。其方法是選定某些特征點,對其周期性地進行重復觀測,通過數據處理,研究被監測點群的沉降、水平位移等隨時間變化規律,尋找一種能夠較好反映數據變化規律的函數關系,對下一階段的監測數據進行預測,預測監測點可能出現的最大位移值或應力值,以預測建筑物和結構的安全狀況,評價施工方法,確定工程措施。
6.4監測報表的提交
當天測得的數據,于當天分析整理完畢,并在網上進行,日報表在24小時內提交業主。當發現異常情況時,及時報告業主、監理、施工及設計各方。日報表內容應包括監測說明、結論、監測數據、布點圖等。
監測工作進行一段時間或施工某一階段結束后,應對監測結果進行總結,形成月報表、季報表或技術總結。月報表、季報表的內容應包括前段時間的工作綜述、監測數據、布點圖、數據分析及變形預測等內容。
7.結語
寧波站鐵路便橋動靜態監測數據(橋面三維位移、格構柱三維位移、橋面應力),并結合各階段的分析結果,橋面三維位移、格構柱三維位移、橋面應力監測數據的變化情況比較符合理論計算,各項監測內容未出現安全報警(鋼筋應力報警值±200Mpa,橋面和格構柱三維位移報警值縱向±10mm、橫向±5mm和豎向±25mm),鐵路便橋處于安全可控范圍。監測工作為便橋下土方開挖提供了數據支持,確保了鐵路運輸安全。
參考文獻:
[1]彭儀普,許曦,楊文雅.客運專線無碴軌道精密定軌測量技術研究[J].鐵道科學與工程學報,2007,6.
關鍵詞:鐵路線路;維護檢測技術;線路養護;鐵路事業;交通科技 文獻標識碼:A
中圖分類號:U216 文章編號:1009-2374(2015)05-0064-03 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2015.0364
近年來我國的鐵路事業得到了極大的發展,在給經濟發展和人民群眾的生活帶來了更大的便利的同時,也給鐵路線路的維護檢測帶來了更大的挑戰。隨著當前人們對鐵路線路的安全性、便捷性、舒適性和承載量的要求越來越高,列車的間隔時間更短,列車速度不斷提高,這也造成了鐵路線路處于極端機械應力狀態,需要對其系統裝備進行檢測和維護。本文對鐵路線路維護檢測系統進行了分析,旨在推動我國鐵路線路維護檢測技術的不斷提高。
1 鐵路線路的軌道維護
鐵路線路的軌道維護是鐵路維護檢測系統的一個重要方面,通過鐵路線路的軌道維護才能夠保持鐵路線路軌道的良好運行狀態。當鐵路線路鋪設完成一段時間之后,會出現一些缺陷或者線路軌道參數改變的情況。因此必須先通過高質量的驗證和檢測,來對線路軌道的狀態進行科學的確認。
線路軌道的參數有橫截面、縱向斷面和軌道幾何尺寸等等,線路軌道的機械接觸非常復雜,是一個動態的彈性治療系統,會受到線路軌道的下部基礎設施的影響。鐵路工程標準會對這些重要參數的容差范圍和缺陷進行分類,從而對不符合標準的缺陷進行處理,制定科學的軌道維護計劃。
1.1 軌道幾何尺寸
由于對列車之道和彎道行駛的保障職責由軌距來擔任,因此行駛的列車出現搖晃和震動的現象很可能是軌道傾角變化造成的。一些不符合標準的情況也會從軌道機械缺陷中反映出來,例如孔洞、波紋等等。當然彎道處軌道系統也需要必要的縱向剖面傾斜,從而減少列車在彎道行駛時的離心力。標準軌距可以防止列車高速行駛時發生碰撞。
1.2 軌道縱斷面
軌道縱斷面如果發生崩落和裂縫很可能會造成列車出軌,而鋼軌的波紋磨損會對路基造成損害,并產生嚴重的噪音。當波長在20~100毫米之間時意味著產生了波紋磨損,當振幅大于0.5毫米時會產生噪音,振動峰值到達0.3毫米時就會損壞路基。
車輪通過岔道或者車輪摩擦時容易產生單個孔洞,單個孔洞會造成運行中列車偶然出現的顛簸。而這種電波在陳舊鐵路線上則成為了經常性顛簸。究其原因這是由于焊接成舊鐵路線區段的往往是18米的長鋼軌。
1.3 鋼軌橫截面
技術人員可以很容易地對新安裝的鋼軌頭部的規格尺寸和幾何形狀進行計算,并根據車輪對鋼軌的界面對其進行優化。特定半徑和切向線都屬于幾何形狀,滿足車輪滾動的經濟、穩定和安全方面的需要。
2 檢測線路軌道
2.1 線路軌道的檢測方案制定
要以軌道維護的目標要求和維護關鍵點為基礎制定線路軌道檢測系統,鐵路軌道檢測系統要將軌道網絡幾何結構和已掌握的鋼軌現狀囊括在內,將橫斷面、縱向剖面圖、鋼軌幾何尺寸、測量結果里程表結合起來,制定科學的、智能化的檢測方案,利用GPS對被測參數進行定位。線路軌道的檢測方案主要是通過線路測量車的配備或者利用移動式計量裝置來取得線路軌道參數。將Blackfin處理器放置于線路測量車或移動式計量裝置中,通過分析軟件對參數進行精確的測量和分析,再根據GIS系統形成完整的信息分析結果。
2.2 檢測軌道幾何尺寸
對軌距的檢測主要使用非接觸式感應傳感器原理,能夠達到0.01毫米的精確度。可以使用浮點算法來對軌道與軌道之間的距離進行測量,并得出垂直距離和水平距離。Blackfin處理器能夠將5米范圍內的擺動控制在5°以內。通過中位數過濾和低通過濾縱段數據,能夠完成從極坐標到直角坐標系統的轉換。
在檢測時要將鋼軌端頭的幾何尺寸的特征矢量準確地找出來,為了確保矢量測試結果的準確性,要采取跟蹤算法和可信度檢查器。
2.3 檢測縱向斷面
以非接觸式的高速渦輪傳感器來對兩側鋼軌的表面進行記錄,磁編碼氣脈沖能夠將精度提高到微米級別。磁環產生的信號由線性編碼器進行處理之后可以成為傳感器AD轉換器和里程表的觸發信號,能夠對焊接點不符合標準、局部硬化點等缺陷進行記錄。
2.4 檢測鋼軌的橫截面
對鋼軌橫截面的檢測一般用高速激光掃描儀來完成,當前最先進的非接觸式測量技術手段就是激光技術,其能夠對速度進行捕捉,或者以所需的精確度為依據,完成對鋼軌橫截面的檢測。
3 鐵路線路維護的計量技術裝置
3.1 檢測系統以Blackfin處理器為核心
檢測系統結合了DSP技術和MCU技術,以Blackfin處理器作為技術核心,能夠適用于給定的任意蓄電池運行,具備提供動態電源管理的功能。檢測系統的MCU技術具備可擴充量的輸入輸出功能,可以進行移動式裝置、油量計、蓄電池、TFT、鍵盤、數字傳感器和激光掃描儀等裝置的連接。而檢測系統的DSP部分可以完成先進的數字算法任務,例如幾何尺寸殘差、FFTs和濾波的計算。Blackfin處理器具有數據流語言和高級框圖,并通過Lab VIEW圖形化系統設計來提供編程模型。這樣可以對下一級別的數字化嵌入式進行設計,并具備圖形多任務移動功能和數學分析模塊。
3.2 智能化的計量技術裝置
將現代化的設計方法和嵌入先進處理器技術來進行鋼軌差值和裂縫的檢測,使鐵路基礎設施維護檢測工作可以使用多功能化的、可移動的智能化計量裝置。
例如可以使用鋼軌檢測裝置來對鋼軌的環境溫差、深度、傾角、軌距、頭部高度和橫截面等參數進行測定,其對時間和環境沒有較高的要求,制造和使用都比較簡單,能夠在任意位置上完成記錄和檢測。再例如在對縱向軌道參數進行監測和記錄時可以使用Railsurf鋼軌滑板計量裝置,其具有可視化、現場處理等功能,還可以利用移動存儲器對檢測結果進行存儲,既可以適用于車輛沿著軌道拖拉作業也適用于一人操作,通過企業傳感器能夠對鋼軌的傾角變化、軌距變化、裂縫、孔洞和波紋磨損進行檢測。
3.3 利用線路測量車進行檢測
多功能線路測量車有5個Blackfin處理器組成,能夠對10千米的鐵路區段的軌道參數進行記錄,并達到5毫米的點對點分辨率。5個Blackfin處理器相互關聯,1號Blackfin處理器能夠使用兩個液晶顯示器和交互操作鍵盤,2號Blackfin處理器則對高速運行條件下的軌道縱斷面圖和幾何尺寸進行記錄,3號Blackfin處理器安裝了GPS系統,能夠對地理位置信息進行確定,4號Blackfin處理器主要處理各種參數,5號Blackfin處理器對其他四個處理器的數據進行匯總和存儲。
4 定位線路軌道的缺陷
4.1 線路軌道缺陷定位的含義
一般使用一個共同的軟件平臺對缺陷定位的檢測測量結果進行匯總,并將里程表信息、GPS位置、軌道橫截面、縱斷面和幾何尺寸的信息連接起來。該平臺通過工具包和Lab VIEW軟件的運行,發揮了公共數據分析和交換庫的作用,能夠通過接口連接維修裝備、車輛和測量設備。X射線等測量手段可以通過智能化濾波器來對線路軌道的關鍵缺陷進行定位,并以數字化的形式對鋼軌的幾何尺寸全貌特征進行反映,在線路軌道更換和維修中進行利用。
4.2 利用Lab VIEW濾波器
鋼軌中的缺陷癥狀可以通過Lab VIEW濾波器的縱向數據篩分檢測來完成,這主要對通過對鋼軌波紋進行快速傅立葉變換分析以及縱斷面中的特征波長分析來實現。比較實測界面圖和已存模型之間的差別,并對輪軌機械接觸進行模擬,從而跟蹤軌道的孔洞缺陷。在檢測圖形中鋼軌裂縫會出現明顯變化,可以鑒別移動數據的窗口,從而對鋼軌的裂縫進行檢測,并對其進行評估分析。
4.3 對“缺陷”地圖進行精確的定位
對“缺陷”地圖進行精確定位主要是通過GPS數據來完成的,其中增加了一些有用的新內容,例如車站、道岔和彎道等等,成為一種比較簡便的GIS系統,并實現了圖像處理功能。例如可以將局域地圖細分為若干條塊,并標明準確的地圖坐標,從而實現對缺陷位置的精確定位和迅速瀏覽。
5 軌道缺陷問題的解決
可以在資料設置點的維修設備當中下載利用IT環境產生的電子維修計劃,這樣就能夠使軌道缺陷的問題得到有效的解決。其中1個Blackfin處理器包括1個可移動存儲器、2個顯示鋼軌圖像的液晶屏以及1個多功能鍵盤。2個激光掃描儀能夠將橫截面快照通過20Hz的頻率連續捕捉過來,同時利用CAN網絡向CPU進行在線數據傳輸。隨后該處理器能夠對參照橫截面之間的偏差機型計算,并且向基本磨削裝置提供新設置點。
這種磨削裝置當中的磨削頭一共包括6個,而且每個磨削頭都具備3種自由度,因此能夠有效地保證鋼軌磨削的順利進行。使用可移動媒體能夠在鋼軌磨削過程中下載一系列橫截面測量數據,并且能夠向IT環境進行及時的反饋,從而能夠使保鋼軌磨削質量得到
保證。
6 結語
綜上所述,采用全面狀態檢測分析的方式針對包括接觸網、道岔以及軌道等鐵路基礎設施進行檢測,能夠使重載區路以及高速鐵路的安全運行得到有效的保證,同時也能夠將科學的依據提供給維修計劃的制定。實踐證明,當今鐵路裝置設施檢測的發展趨勢就是智能化、自動化以及電子化的檢測手段,而且隨著科學技術的發展,未來其必然會在鐵路的安全快捷運行中發揮更大的作用。
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(太原鐵路局太原工務機械段,太原030045)
(TaiyuanTrainMaintenanceEngineeringDivisionofTaiyuanRailwayAdministration,Taiyuan030045,China)
摘要:隨著高速鐵路重載鐵路使用的增多,對相關養路機械設備使用的要求標準要來越高。不過從實際情況來看,現階段使用的不少機械養路設備在使用過程中,出現較多的問題,其中主要是測量方面的精度較差,這就給很多鐵路線路的維護,帶來一定的問題。在本文的研究中,重點對大型養路機械D08-32搗固車系統存在的問題進行了分析,并結合實際經驗,提出提高作業精度的一些方案,通過實踐證明,改進后的D08-32搗固車,維修作業精度得到了很大的提高,并且相關的零點校對也變得更加快捷。
Abstract:Withtheincreaseintheuseofhigh-speedrailwayandoverloadedrailway,theuserequirementsofrelatedmechanicalequipmentaretoahigherstandard.Butfromtheactualsituation,manyroadmachineryequipmenthaveproblemsintheuseprocessatpresent,themainproblemofthemisthepoormeasuringaccuracy.Itbringssomedifficultiesforthemaintenanceofrailwayline.Inthisstudy,theexistingproblemsoflargeroadmachineryD08-32tampingmachinesystemareanalyzed.Combinedwithpracticalexperience,someschemesforincreasingthemaintenanceaccuracyareputforward.Thepracticeshowsthat,themaintenanceworkprecisionofimprovedD08-32tampingmachineisgreatlyimproved,andtherelevantzerocheckisalsobecomingmorequickly.
關鍵詞 :D08-32搗固車;精度;改進
Keywords:D08-32tampingmachine;accuracy;improvement
中圖分類號:U216.63文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2015)21-0126-03
0引言
60年代中期,國際上出現了高速鐵路、重載鐵路和繁忙鐵路。客運列車速度超過200km/h,貨物列車的軸重增加到20T以上;大功率機車提高了牽引力,出現了“萬噸列車”,旅客列車的舒適度要求明顯提高。為適應鐵路高速、重載及軌道機構重型化的發展,引發了一場線路修理手段的“革命”,各國鐵路競相采用大型養路機械。特別是高速鐵路的迅速發展,更加有力地推動了大型養路機械的發展,無論是機械的種類還是質量,無論是機械的功能還是智能化程度,都達到了很高水平。
直到今天,國際上大型養路機械繼續呈現出蓬勃發展的趨勢,主要表現在以下四個方面:①設備高效化。②隨著鐵路的發展,高速、重載、大密度是其主要特點,因此也就加劇了軌道結構的變形,造成修理周期縮短,線路運輸和修理的矛盾越來越突出。③在這種條件下就要求:盡可能減少線路維修所占用的時間,提高施工機械的作業效率勢在必行。因此,大型養路機械的高效化也就成為發展必然。④近年來出現的高效道碴清篩機和搗固車,極大地提高了線路大修和維修能力。然而,設備更新速度遠遠不能滿足線路的提速要求,因此,怎樣提高現有設備的作業精度顯的尤為重要。針對太原鐵路局的現狀,08-32型搗固車在線路維修施工中,還擔負著“主力軍”的角色,提高08-32型搗固車的作業精度迫在眉睫。
1D08-32型搗固車及其精度測量系統概況
1.1D08-32型搗固車概況
D08-32型搗固車是我國從國外引進的,并在上世紀九十年代,開始在本土進行批量生產。這種類型的搗固車在我國鐵路維修、養護方面,發揮著十分重要的作用。由于它結構先進,功能齊全,得到世界各國鐵路工務部門的認可。
08-32自動抄平起道搗固車,其技術整合了機、電、液、氣等現代化的鐵路養護技術,并對其進行了優化設計。該搗固車的構成系統十分復雜,具體來說主要由兩轉向架、主車架、前后司機室、搗固裝置、起撥道裝置、夯實裝置、檢測裝置、液壓系統、電器系統、氣動系統、動力及動力傳動系統、制動系統、操作系統等裝置組成。該車型屬于雙枕搗固車,其中搗固頭共有32個,在修路作業時,以步進的方式前進。作業的范圍比較廣,可以進行起道、撥道、抄平、鋼軌兩側枕下道碴搗固和枕端道碴夯實作業。
1.2線路方向檢測系統概況
線路方向偏差檢測裝置,是根據單弦檢測撥道原理設計的。08-32型搗固車采用單弦檢測裝置檢測線路方向偏差,基準線路方向檢測方法主要有三點法偏差檢測和四點法偏差檢測。其中三點法檢測的原理是通過裝在B點小車上的弦線固定器使弦線在B點固定即撥叉在下位,取消檢測點A,弦線長就縮短了AB段,變為15.785m,并接通了三點法檢測電氣開關,切斷B點矢距傳感器的電信號,這時僅有C點矢距傳感器F01工作,這種檢測方法就叫三點法檢測。三點法檢測,在使用過程中,比較省時省力,通過借助計算機分析系統,能夠比較準確地得到當前點的矢距偏差,從而提升實際測量的準確性。
1.3橫向水平檢測系統概況
線路橫向水平又叫軌道左右水平。在其實際檢測作業環節,水平傳感器起到了十分關鍵的作用。利用水平傳感器,對軌道的水平偏差進行測量,在這個過程中,水平偏差的信號進入起道控制電路,通過系統分析設備,對其輸入的信號同之前設定好的信號值進行比較,差值通過電液伺服閥控制起道油缸提起鋼軌,直到基準股鋼軌的提高度達到設定值時起道動作停止。
橫向水平測量方法為:在三個張緊小車(即前張緊小車D、撥道小車C、測量小車B)中間,裝入一個合適的電子擺。按照設計的測量程序,對測量作業前、作業過程中、作業后的線路進行檢測。
這個電子擺能夠將兩個軌道的超高轉換成電信號(V=ih,V是電子擺輸出電壓i=25mv/mm為當量,h為實際超高。)其中,前端的理論超高與前擺所測量出的實際超高的差值和前段輸入的基本起道量一起分別形成左右兩側的前端起道量,該起道量以一定的比例關系傳送到左右兩側起道模擬控制電路的起道總信號中,形成作業點起道信號的一部分。
1.4縱向水平檢測系統概況
線路縱向水平檢測的原理是通過裝在B點小車上的弦線固定器使弦線在B點固定,取消檢測點A,弦線長縮短了AB段,與此同時接通三點法檢測電氣開關,切斷B點矢距傳感器的電信號,這時僅有C點矢距傳感器工作,通過這種方式就可進行線路縱向檢測。
縱向水平檢測的具體方法是:縱向水平檢測在前張緊小車D和測量小車B上左右各有一根測量桿,左右測量桿的上端各有一根縱向水平測量鋼弦。拔道小車通過添加必要的傳感器,可以將一些位移數據等進行轉化,轉化成電信號,反饋給系統的綜合控制平臺。
2影響搗固作業精度因素
從鐵路維修作業的基本情況來看,很多因素都會影響搗鼓作業的精度,不過綜合分析來看,主要的影響因素是線路原有狀態差和機械設備及操作誤差。線路原有狀態差的原因有:道床板結及翻漿冒泥、線路缺渣嚴重、區間道口板及護軌未拆除、曲線資料與現場實際情況不吻合、線路其他病害;機械設備及操作誤差有以下幾方面的原因:電氣系統存在的誤差,機械測量裝置存在的誤差,機械及電氣系統零點不重合的誤差,其它人為操作等產生的誤差。對于線路本身的狀態我們是無法進行改變的,而對操作手操作水平的提高也是有限的,因此,想提高搗固作業的作業精度就只能在我們的機械設備上下功夫。以下幾點是對影響測量系統精度主要因素的分析。
2.1影響起道系統精度的因素
放大電路的輸出值必須十分精確,但是在實際計算過程中,使用的方法,如精確法、近似法等,都存在一定的偏差,起道超平的偏差如果較大,就會影響系統運行的穩定性。起道機構的構成十分復雜,任何一個環節出現誤差,都會影響工程作業的精度。如果在實際作業階段,小車輪緣和接觸面的磨損很大,這就會對整車的測量系統造成不利影響,因為接觸面磨損之后,就會降低傳感器的敏感性,使得其測量的數值的精確程度下降。
2.2影響撥道系統作業的精度的因素
位置誤差會拔道系統作業的精度造成一定的影響,具體來所,系統中的測量小車,各自安裝的位置以及在其軌道上運行的線路,如果內有處在基準弦的中心,或者出現一定程度的拐彎,都將影響拔道作業的精度。在實際作業時,測量小車的輪緣,如果出現較大程度的磨損,都會造成測量結果的不準確。因此,技術工人,在日常操作系統作業時,不僅要嚴格按照作業系統標準控制各種設備,還要定期對系統相關部位的磨損情況進行檢查,發現磨損程度較大的,或者是系統相關設備位置出現較大偏移時,要即使糾正。
3針對影響精度的因素采取的措施
針對以上幾點影響精度的因素,筆者經過長時間的實踐摸索和實驗總結,發現以下幾項措施對提高作業精度還是能收到很好成效的。
3.1提高作業精度采取的措施
①提高各張緊小車車輪精度(其直徑公差由原來的10?滋m控制在5?滋m以內。)小車輪邊緣車輪精度的提高,可以確保各張緊小車在作業過程中隨著作業距離變化時,其整個測量系統各傳感器測出的數值更加真實可靠,這便有利于作業系統精度的提高。
②提高撥道及抄平系統中各小車安裝間距的準確性。在裝配過程中,嚴格按照各小車的距離(在其公差范圍內)以R、F點小車上端弦張緊處點等高原則進行組裝以確保電氣上相應關系準確無誤。
③通過一些改進措施,提高比例抄平傳感器及矢距傳感器的精度。通過改進HT-T2044后,作業精度有了極大提高,表1就是改進項目對照表。
④保證機械零點及電氣零點的重合。要想保證電氣零點及機械零點的重合,首先要保證電氣零點本身是準確的,需要定期檢查電路板的電器零點是否準確。機械零點主要考慮各測量小車的位置及磨損,最終的目的是保證測量鋼弦處于前后張緊小車的中心或者鋼弦平行于前后小車的中心線。
⑤用于現場采用專用工裝校正機械零點及電氣零點,目前無論是大機生產廠家還是各用戶單位,對精度系統的重新校正基本上沒有專業的測量尺,筆者用過工務部門拉正矢用的鋼繩;校正電子擺增益用工務的超高板。出現精度越校越差的現象。可以根據目前校正精度的方法,設計生產專用的測量尺(必須適應在直線上對鋼弦位置的測量)作為每一臺設備的基本配置,或每一個大機使用單位的標準配置。
3.2對精度系統電路及機械結構的改進方案
①假設引入后電子擺補償信號進行起道作業,因R點(即B—A點之間)點處于搗固作業后區域,不可避免地會存在一定的殘留偏差,導致R點測量橫平基準存在同樣誤差,如果這個誤差足夠大的話,對縱向水平作業精度影響也是比較大的。在現場施工中作業后區域我們會安排人員進行道尺測量,誤差大于正負2mm時(客戶要求不能大于正負2mm)我們會進行倒車重復搗固既影響了施工進度又影響了此處作業區域前后的縱平。為了達到客戶要求操作人員只能增加起道量來彌補橫平的誤差,但對縱平影響很大(俗稱:大平)。通過觀察中擺指針來進行起道補償作業,雖然保證了橫向水平精度,但對縱向水平的犧牲是比較大的。為了提高高速線路的縱向水平精度,有必要把這個因素考慮進去。R處于在RR1的超高殘留,會在M抄平傳感器處MM1的殘留超高偏差消除不掉。實際作業時需要對超高軌補償MM1才能消除M點的橫平誤差,但超高軌確因此而多起道-MM1的量,產生MM-1的縱向水平誤差。
綜上所述通俗點講以08-32車每小時搗固0.8公里,假設每百米大于正負2mm的地段有5處或者更多,每處多抬道Nmm你從遠處再看這0.8公里的線路就成波浪了(也就談不上縱平了)。
②撥道系統機構上的改進方案。對撥道測量系統在改進過程中,要重視電氣零點和機械零點的重合。根據相關領域的一些先進經驗,使用移動正矢傳感器可以提高對機械設備以及相關測量設備零點重合的控制效果。另一種比較常用的方法就是增加輪軸調整墊,輪軸調整墊可以在一定程度上改變輪軸的位置高度,這種處理方法,對于位置偏移較小的問題可以處理,如果系統的零點偏移位置很大,則這種方法的效果就會大打折扣。
改進方案:在本文的研究中,我們提出如下情況的改進措施,即在作業現場沒有明確的標準線的情況下,可以通過利用點的平衡原理來對相關的位移偏差進行校正,通過實際作業過程可以知道,這種校正后的設備位置,其準確性提高了不少,通過實際測量發現,設備的作業精確也得到了較大程度提升。改進后的方案如圖1所示,在直線上標定一個點B,然后左加載測量B101,記住這個值,然后C點移動到該點,通過工裝使C102=B101,并調整02處的螺絲,使傳感器輸出信號為0,最后D點移動到剛才標記的點,調節03處的螺絲,使D103=B101后,即完成左加載的機械電氣零點校正。
4結論
通過上面的分析,分別說明了相關機械設備改進的方案,經過實驗發現,在改進后DO8-32搗固車可以更加精確的進行施工作業。其中最值得注意的就是電氣零點及機械零點的校正變得更加簡潔、靈活,大大提高了設備的檢修效率。所以說,D08-32搗固車,在經過改進后,無論是其機械性能,還是作業標準以及實際工程完成的質量,都有著非常明顯的優勢。不過,要想進一步提高系統的作業精度還有賴于更為精確的新測量系統。即使橫平不好我們可以倒車在不好的地段再搗固一遍或者幾遍達到客戶要求就可以了。從客戶驗收單上就可以看出對縱平的要求幾乎就沒有;有的是橫向水平不能超過多少,正矢誤差不能超過多少;三角坑不能超過多少等等。原因是即使橫向水平不好在容許的誤差范圍內也不會影響列車安全運行。
大型養路機械施工作業的重要性是毋庸置疑的,在鐵路跨越式發展的歷史進程中的作用是不可否認的,在今后的線路大修維修作業中的作用是不容忽視的,因此,怎樣提高大型養路機械的作業精度將是我們未來一段時間工作的中心之一。雖然探索前進的路是崎嶇的,但是只要我們齊心協力、不斷探索、不斷改進,我們的大修機械化的前景一定是非常美好的,我們作為新一代的大機人是值得自豪的。
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[關鍵詞]鐵路列車;調度指揮;應急系統
中圖分類號:U642.3+5 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2015)15-0048-01
一、前言
在鐵路列車運行的過程中可能會出現很多意想不到的情況,這就需要指揮中心根據突況的嚴重程度采取相關的措施,避免列車在運行的過程中發生事故。
二、調度集中指揮條件下應急處置的難點
1、反應時間短
調度集中指揮主要集中在高速鐵路區段。高速鐵路列車運行速度快、密度高,出現非正常情況時,留給調度員的反應時間非常短,調度員必須準確判斷,果斷處理。
2、現場設備不熟悉
調度集中指揮區段,列車調度員直接指揮行車。遇到非正常情況時,對現場實際情況不熟悉,需要多方了解才能判斷,做出決定,影響處理速度。
3、故障處理人員趕赴現場處理耗時長
調度集中區段,因為設備的高可靠性,配備人員較少。一旦發生非正常情況,人員少的矛盾就暴露出來,趕赴現場處理故障耗時長。
4、調度命令不規范
在高速鐵路CTC 區段,列車調度員的調度命令直接通過無線傳送系統下發給司機,在應急處置的實際工作中,由于時間緊迫、責任心不強等各種原因,調度命令內容錯誤、錯傳漏傳調度命令等現象仍時有發生,給調度安全帶來較大的隱患。
5、協同作戰能力不強
應急事件發生時,經常出現各崗位間職責不清、組織環節不明、關鍵節點把握不準、信息通報傳遞不流暢、現場處理較為忙亂等現象,調度應急處置缺乏統一的指揮、決策、協調、組織。特別是列車大面積晚點后對現場車站通報和協調組織方面有待進一步提高。
三、關鍵技術及實現
采用合理的生產數據庫的災備或應急方案,建立實時或準實時災備數據庫,不僅在生產數據庫出現故障時可最大程度的保證關鍵數據的安全性,將可能出現的數據損失降到最低;根據應急處理方案,若生產庫故障恢復時間過長,可以將業務切換到災備數據庫,盡快恢復業務的連續性,將影響降到最低。核心業務終端能夠快速、有效的診斷網絡或服務器故障,能夠將本終端切為單機模式。
1、應急數據庫技術
建立應急數據庫,當生產數據庫宕機時,業務系統可以直接切換至應急數據庫保證系統能夠持續的運行,同時保證數據的不丟失和連續性。應急數據庫主要作為鐵路局TDCS 中心生產數據庫的備份和應急使用,應急數據庫系統和生產庫采用同樣的庫和表結構。
2、應急調度指揮業務終端
優化目前整體架構,采用面向服務架構(SOA)技術構建鐵路列車調度指揮應急系統,開發調度員運行圖終端、調度命令終端等核心業務滿足智能存取數據的客戶端程序。TDCS/CTC 系統核心設備故障(核心網絡、數據庫宕機)或離線維護時,故障檢測服務將核心業務終端自動啟用應急模式(單機模式),即行調運行圖終端、調度命令終端能夠快速、有效的診斷網絡或服務器故障,將本終端切為單機模式,列車運行數據進行本地存儲,繼續為行車調度員提供業務服務。當網絡或服務器故障修復后,故障檢測服務將啟動恢復聯網模式(正常指揮模式),同時將分散存儲的數據與數據庫服務器進行同步,業務數據進行網絡共享。采用如下策略開發設計業務終端,保證業務連續性。
(1)列車調度臺終端,根據網絡和生產庫的狀態,其工作模式可以分為聯網工作模式和單機工作模式。
(2)聯網工作模式,數據全部存取來自生產數據庫,單機工作模式,數據存取來自客戶端機器。
(3)列車調度臺運行圖終端本地存儲一份列車運行圖的靜態數據, 在單機工作模式下將動態數據以XML 格式存儲于該終端設備,主要信息包括本班內實績運行圖、階段計劃、封鎖、慢行、天窗、調度命令等信息。
(4)列車調度臺終端軟件可以自動檢測生產庫的工作狀態。
四、基于網絡的KVM延長器系統
1、系統特點
應急指揮中心會議區采用基于網絡的KVM延長方案, 共配置35 臺工作站(多于坐席數28),極大滿足了TDCS 復示系統、TDMS/OA 系統、旅客服務系統、客票系統、工務管理查詢系統、防洪系統、防災減災平臺、應急搶險軟件平臺、線路實景圖調閱系統、站場圖顯示系統等眾多系統的接入條件。
2、防災減災平臺
防災減災平臺(災害監測系統)是鐵路信息系統的重要組成部分,為鐵路運營提供可靠的災害預警及報警信息,是鐵路列車行車安全的重要保障體系之一。災害監測系統對鐵路沿線風、雨、雪、地震及上跨鐵路的道路橋梁的異物侵限進行實時監測,為調度指揮及維護管理提供報警、預警信息,有效防止或減少災害對鐵路列車運行安全的影響。災害監測系統各監測單位有:
(1)風向風速計
選用超聲波式風速風向計,其抗電力牽引電磁干擾能力強,適應復雜、惡劣的環境。風向測量范圍0~360°,精確性±3°,風速測量范圍0~60 m/s。
(2)雨量計
雨量計采用24 GHz 多普勒雷達(Dopplerradar)測量單個雨落速度的方式來測量降水強度。通過滴落速度與大小的關聯,計算降水量與降水強度。不同的滴落速度決定了不同的降水類型。
(3)異物侵限監測設備
在公跨鐵立交橋設置異物侵限監測設備,實時監測各雙電網傳感器的狀態,發生異物侵限時,立即通過監控單元向信號列控系統、聯鎖系統發送控制命令,通過信號列控系統、聯鎖系統使列車自動停車,并向列車調度員發出異物侵限報警信息。異物侵限監控子系統除具有上述基本功能外,根據實際需要,還具有:現場試驗、遠程試驗、應急恢復等功能。
(4)地震監測設備
地震監測設備監測地震動加速度,生成報警,實現強震應急處置。當地震動加速度≥0.04g時,防災安全監控系統生成報警信號,并通過防災監控單元將該報警信號傳送至鄰近的列控中心觸發列控系統使列車自動停車, 同時觸發牽引變電所牽引供電控制裝置使接觸網停電。預留本地P 波監測以及接收國家、地方地震臺網的P波信息功能;條件具備時,實現P波預警。
3、應急平臺
應急平臺全稱成都鐵路局應急管理中心應急平臺系統,完成既有鐵路大客站、編組站視頻監控、TDCS、CTC 等相關專業系統接入,基本實現應急值守、資源管理、監測預警、應急指揮、總結評估等功能,使全局應急管理裝備水平和處置能力全面提升。
五、結語
綜上所述,在鐵路列車運行的過程中我們一定要完善指揮中心相關的應急系統及應急方案的研究,保證鐵路列車運行的安全。
參考文獻
【關鍵詞】高速鐵路;隧道工程;施工技術
現代鐵路隧道必須加強施工管理,加強資源配置,堅決貫徹“短鏡頭、弱爆破、強支護、頻繁測量、早襯砌”的施工原則,全面布局,科學施工。高度重視設計和爆破方案和施工通風方案,加強對地質分析和監測工作的支持,做好施工方案的施工,正確選擇施工方法,為施工條件的安全和快速施工、高質量。
1高速鐵路隧道工程的特點
高速鐵路隧道工程作為一種特殊的工程結構,具有顯著的特點,這說明在結構應力場中應長期存在于隧道工程中;支護結構受力、支護時間和支護結構的影響,特別是非均勻應力區的結構更為復雜;由于特殊的施工環境,即在活動的空間狹小,各工序間的干擾較大,造成施工過程中的環境質量差,如空氣質量差,溫度高,噪音低,能見度低。由于只有一個隧道看得見的表面和其他最隱蔽的工程,因此很難對整個項目進行科學的評價和分析,增加施工的危險,即使找到了問題。要返工也具有很大的危險系數。
2施工準備期的技術準備
2.1施工環境的勘測
2.1.1根據地質鉆探資料的分類及分析
工程地質特征,特別是巖、褶皺、斷層、地表水、特殊土的發展趨勢,可能由施工造成的不利影響充分預期,目前存在的問題以書面形式,要求承包商有充分的處治措施。
2.1.2根據地質、氣象、供水、排水、原材料、供電、運輸、廢渣、現場施工現場核查。特別是洞口及淺埋段風化堆積層可能的滑動及偏壓;通過溝谷的發育、沖刷、淤積情況;洪水最高位;砂巖材料儲量和質量;配電方案的供電與運行;運輸路面施工:廢渣和環境保護,耕地補償。
2.2施工材料設備和方案的準備
2.2.1業主與承包人簽訂合同,監理工程師是根據合同對承包商進行監督和督促,按合同承諾的人員和設備到位,進行臨時、控制測量和其他準備工作。實現了對硬件和軟件質量監督站臨時資格審查和現場實驗室要求的審批要求,包括實驗設備,完整的技術人員和完善的管理系統的最后期限;原材料的標準和先進的實驗,為早期的準備,施工打下了基礎。2.2.2承包商根據合同的日期、報告的日期、進度計劃的總體階段以及施工設計的實施,對工程中的工程師提出了調查和分析,并對承包商進行了討論、澄清和修改,主要針對工期和時間安排的合理性、施工準備的可靠性、計劃目標與施工能力的適應性。
2.2.3開始前,監理工程師對兩端的防外來控制點進行復測,結合,增加所有基準點的檢查和復測,每一個附近的入口處的溶洞位于不小于三個水平控制點和兩點的水平和控制的隧道中心線方向的樁。
3初期支護方案
正確、施工及時、二襯緊跟針對不同的圍巖級別,特別是軟弱圍巖地段,根據設計文件與現場地質情況制定正確詳實的支護方案,對洞口存在堆積體,滑坡體,淺埋及軟弱地層等不良地質隧道,大管棚和小導管灌漿預支護,地面旋噴樁加固灌漿;部分洞口設置抗滑樁保證邊坡整體穩定,在施工過程中應盡快進行施工。洞內爆破作業后,初噴混凝土封閉開挖巖面后,開始出渣,軟地層剖面的格柵框架、加強錨桿、鋼筋網、噴射混凝土作為支持手段的主要分支,必要的加強支護措施,同時要減少對周圍巖石的擾動,抑制巖石松弛過渡變形,組織和指導施工,加強支護,抓住最短的可能時間,在初期,嚴格做好支護施工階段的質量控制。在初期支護基本穩定后及時施工防水板與二襯砼,在二襯迅速形成閉合環,防止圍巖松弛變形,確保隧道施工安全。為加快隧道施工進度與確保施工質量。
4其他施工技術方面
4.1做好超前地質預報、進行地質分析根據設計文件采用不同的檢測方法,特別是對地質遺跡不好的,在開挖前必須使用地震波、地質雷達探測、地質鉆探、鉆探等先進的地質預測方法,做好預加固、加固等輔助施工措施。地質隧道施工技術在隧道施工和地質科學與技術的關鍵步驟,并配備專業的技術人員,為隧道施工信息平臺的建立。在隧道施工中做勘查工作,仔細檢查設計文件,施工過程中必要的檢查和驗證。根據巖石類型的短長,結合探測,根據地質變化的地質預測,地質素描和地質數據的表面映射,地表水監測,并經過驗證的設計,開發和適應現場地質施工方案和技術措施,以確保安全,防止倒塌事故的發生。
4.2加強監控量測、預見事故和排除險情施工過程中的監控量測在隧道施工過程中,監控運行狀態,使用專業的測量儀器和工具,提供及時和穩定的圍巖和支護結構的可靠性和安全信息,預見事故和危險情況,作為調整和改造的依據,為支護設計,并在試驗結果中確定了雙襯時間基礎。監測和測量應測量的項目有四個:①地質和支護狀況觀察,②周邊位移,③拱頂下沉,④錨桿或錨索內力及抗拔力。根據圍巖及地表沉降的情況,選擇了以下七個試驗項目:地表沉陷、巖移(內、面)、圍巖壓力和雙層支護壓力,鋼支撐內力及外力、支護與襯砌內力、表面應力和斷裂試驗、巖石彈性波試驗。專業技術人員從監測工作的監測數據記錄,及時繪制各種曲線和圖表,并對相關測量數據進行處理和分析:當位移時間曲線趨于緩慢時,應進行回歸分析,計算最終位移并掌握位移變化規律。當位移時間曲線拐點時,表明圍巖和支護是不穩定的,此時應密切監測圍巖開挖的動態,必要時停止停止,并制定相應的支護措施,調整原有支護參數和開挖方法,消除后的危險和安全問題,可以繼續工作。
4.3水溝電纜槽目前,中鐵二局率先在開展排水溝電纜槽移動方式,保證了混凝土的內外質量。
5結束語
通過對鐵路隧道施工技術和經驗的總結,必須按照“超前預報、短炮、弱爆破、強支護、頻繁測量、早襯砌”的工作原理,進行施工。正確選擇爆破參數,合理控制開挖的畫面,加強支護是隧道施工的核心工作;地質分析,加強資源配置,切實落實好隧道施工安全技術規范的重要保證。
參考文獻
隨著國民經濟的快速發展和人民生活水平的日益提高,我國高速鐵路的建設全面展開。中國高速鐵路的發展不僅填補了中國運輸體系中的缺失,而且在中國經濟發展中也具有非常重要的戰略意義。
“十一五”期間,中國通過建設高速鐵路客運專線、發展城際客運軌道交通和既有線提速改造,初步形成以高速鐵路客運專線為骨干,連接全國主要大中城市的快速客運網絡。高速鐵路作為越來越普及的交通工具,逐漸成為人們商務出差、旅游出行的首選。
為滿足快速增長的旅客運輸需求,建立省會城市及大中城市間的快速客運通道,“十一五”規劃了“四縱四橫”鐵路快速客運通道以及三個城際快速客運系統,時速高達380km/h。如圖1所示。
1.1“四縱”客運專線
(1)北京-上海;
(2)北京-武漢-廣州-深圳;
(3)北京-沈陽-哈爾濱(大連);
(4)杭州-寧波-福州-深圳。
1.2“四橫”客運專線
(1)徐州-鄭州-蘭州;
(2)杭州-南昌-長沙;
(3)青島-石家莊-太原;
(4)南京-武漢-重慶-成都。
1.3 三個城際客運系統
環渤海地區、長江三角洲地區、珠江三角洲地區城際客運系統。
由于高鐵主要的目標客戶是商務出行或者旅游出行,這些人在列車上使用語音或高速數據業務的需求較為明確。因此,快速發展的高速鐵路已成為移動話音和數據業務的新熱點。在“十一五”規劃中,科技部、鐵道部將“雙高課題”――高速移動下的高數數據業務作為研究重點。
2 大唐移動推出高速鐵路覆蓋方案
大唐移動基于對TD-SCDMA系統的深刻理解和在上海磁懸浮成功的高速覆蓋經驗,率先提出基于車載直放站設備為基礎的TD-SCDMA高鐵覆蓋方案。
由于車輛技術的不斷發展,車廂密閉性越來越好,導致在無線傳輸的車體穿透損耗越來越大,龐巴迪高速列車的損耗達到25dB,一般車體損耗都在10dB以上,當損耗為30dB時,相當于信號在透過車體時只有原來1/1000的信號強度。為了克服車體穿透損耗,要求室外的信號發射機功率增強,要求更高的基站接收機靈敏度,或者要求UE的發射信號增強。
大唐移動的高鐵解決方案中,鐵路沿線采用BBU+RRU組網,采用小區分集和高速頻偏補償算法,在高速列車上裝在直放站克服穿透損耗。
2.1 鐵道沿線采用BBU+RRU進行專網覆蓋
(1)業內最早最成熟的小區分集算法
由于單個小區的覆蓋范圍相對較小,而UE移動速度非常快,造成手機終端駐留在單個小區的時間很短;另外,因多普勒頻偏的影響使用戶讀系統廣播、起呼、切換的時延更長,在高速移動環境下,時延較大的重選、切換和接入等流程很可能無法在單個站點覆蓋范圍內全部完成;同時頻繁的切換還會導致用戶體驗變差、切換掉話的可能性變大。因此,需要擴大單個小區的覆蓋范圍。
將小區分集算法技術應用于高速移動覆蓋場景可帶來如下好處:
將同站點的多個扇區合并,避免切換,將多個站址合并為一個小區,減少切換;
有效增減單個小區覆蓋范圍,保證用戶的高接入成功率。
一個BBU連接2-3個RRU的情況如圖2所示。
(2)專利的物理層頻偏糾正算法和頻偏預矯正算法
在TD-SCDMA系統的接收機中,由多普勒頻移等引起的頻偏會對接收數據產生相位偏轉,頻偏越大,相位偏轉越嚴重,對系統的相干解調性能的影響就越明顯,即車速越高,多普勒頻移對解調性能的影響越嚴重。
在TD-SCDMA系統中,終端通過自動頻率控制(AFC,Automatic Frequency Control)技術進行載波頻率跟蹤,而基站側采用固定頻點的載波頻率進行信號接收,使得高速鐵路沿線的基站側最大多普勒頻偏可達1400Hz。為了保證數據的解調性能,需要對檢測數據進行頻率校正后再執行判決,即接收端需要進行頻偏估計(FOE,Frequency Offset Estimation)和頻偏校準(FOC,Frequency Offset Calibration)操作。
在高速移動業務情況下,基站需要采用兩次頻偏補償過程才能達到較好的性能。該方案的具體實施流程如圖3所示。我們首先根據信道估計得到的信道響應來估計頻偏,得到初步頻偏值,然后利用此初步頻偏值對聯合檢測得到的檢測數據進行初步校正,得到初步校正數據;再根據初步校正數據利用數據符號頻偏估計方法計算頻偏值,得到二次頻偏值,并利用此二次頻偏值對初步校正數據進行頻偏補償,得到二次校正數據,最后對二次校正數據進行解調判決。
根據分析,第一次頻偏估計方案具有估計范圍大、估計精度差的特點,能估計出2000Hz以上的頻偏;而第二次頻偏估計方案具有估計范圍小、估計精度高的特點,能估計的頻偏范圍為800Hz左右。因此在高速移動環境下采用這兩種頻偏估計算法的結合能夠有效地提高性能。
(2)業內領先的頻偏預矯正算法
在下行方向,為了使終端平穩地進行切換,需在基站側估計頻偏并進行預矯正,使終端接收頻率穩定在基站發射頻點上。
無線網絡環境是由基站和終端組成的,即在高速移動環境下也需要解決大頻偏對終端的解調性能影響。TD-SCDMA系統中,基站采用固定頻點的頻率進行信號收發,而終端通過自動頻率控制(AFC)方案使本振頻率自動跟蹤接收信號的頻率變化。在高速移動環境下(如車速為400km/h),終端切換時相對于新舊兩個基站的運動方向相反,導致終端的多普勒頻移發生跳變,使終端產生一個很大的頻偏,分析得出,這個頻偏值最大可以達到最大多普勒頻偏值的兩倍。
此時采用現有的AFC控制方案則需要很長的時間才能進入穩定狀態,使終端的性能惡化。為此,提出了高速優化頻偏估計方案,該方案采用基站側高速頻偏估計的思想,同時修改了AFC的控制方案。
頻偏預校正基本思想就是基站根據目標用戶上行信道頻偏估計,對下行發送信號頻率進行預校正,使發送信號到達UE之后的等效接收頻率為小區原始發送頻率。在實現過程中,需在基站側增加DPCH的頻偏預矯正,即通過對比收發信號的頻偏,針對不同用戶在物理層數據上進行頻偏補償。
對于終端用戶而言,在基站頻偏預矯正正常工作的情況下,基本穩定在指定頻點上,幾乎感受不到多普勒頻偏存在,小區切換時刻不會產生大的多普勒頻偏正負跳變。
如圖4所示,終端以頻率f發送信號,基站以頻點f接收經過上行高速信道的信號,該信號頻率為 f + f d,基站可以估計出頻偏 f d。基站在下行發送該用戶的數據時,發送頻率采用 f + f d,這樣發送信號經過下行高速信道后,終端接收信號的頻率為 f。在終端切換前其工作頻率一直穩定在基站頻點 f 附近,終端切換后以新的基站頻點工作,從而減小了終端的頻偏變化,提高了終端的解調性能。這種方案通過增加基站的復雜度,改善了網絡的性能。
2.2 高速列車上采用直放站克服穿透損耗
為了避免車輛技術的不斷發展而影響車體內無線通信質量,通過無線直放站加車內分布系統的方式,可把車外信號饋入到車體內(室內),克服車體穿透損耗。高速列車上直放站安裝示意如圖5所示。
一般的傳統直放站是固定放置,施主信號的環境比較穩定,放大倍數在開通時設置好就可以穩定工作。ALC功能只在個別情況下對增益進行小范圍調整。由于環境可控,可以通過站點設置選擇施主基站的信號強度在-80dBm以上。
直放站在高速列車上使用,與通常的應用場景有個顯著不同。對于列車這種高速移動環境,外部信號的強度快速變化;為了保證直放站覆蓋區域的信號穩定性,需要直放站具備自動增益調整功能。
輸入信號電平范圍:-35dBm~-85dBm;
輸出信號:10dBm~20dBm;
放大器下行增益可調范圍:45dBm~105dB。
輸入功率測量:
全頻段功率測量(射頻測量);
服務基站功率測量(基于DwPTS功率):需要快速切換施主基站;
上下行增益的同步調整;
直放站產品具備AFC(自動頻偏控制)功能。
在高速情況下由于多普勒頻移,上下行信號的載波會有較大偏移。直放站此時可起到頻率校正的作用,簡化終端和網絡的實現,對網絡質量有一定改善。
頻偏檢測算法:高穩鐘產生參考頻率;
基帶處理算法:服務小區選定后,可采用與基站類似的算法;
模擬中頻處理方法:通過對本振的精細調整,實現頻率校準。或數字中頻處理:在中頻使用數字頻綜,采用數字變頻的方式。
3結束語
2007年,中國首條高速鐵路京津城際軌道交通工程客運專線完成鋪軌。2008年,中國高速鐵路建設步伐加快,不僅引人注目的京滬高速鐵路開始興建,廣深港高速鐵路、京石高速鐵路客運專線、南寧至廣州高速鐵路等等一大批高速鐵路建設工程都開始動工。
隨著中國高速鐵路建設的不斷發展,大唐移動將致力于提升移動用戶在高速移動環境下的業務體驗,為中國的移動通信建設貢獻力量。