摘 要：介紹了檢測系統的設計、數據處理、檢測結果。該系統對保障不斷發展的軌道交通運輸安全有重要意義。

關鍵詞：城市軌道交通；激光掃描；限界 1 引言 隨著我國客運專線的建設，對限界的要求也更為嚴格。在城市軌道交通中，也存在大量限界檢測的要求。目前我國僅有的２輛隧道檢測車，只能用于隧道檢測，不能檢測其他限界，遠遠不能滿足實際需要。國內市場上應用的靜態限界檢測設備，一般多為三角架方式的定點檢測，檢測一個斷面需要幾分鐘甚至更長的時間。如果能夠實時、連續對限界狀況進行檢測，并將檢測數據存入數據庫中，就能夠實時掌握限界變化，及時消除影響運輸安全的隱患。因此，迫切需要研發一套能夠快速、連續測量列車、接觸網、線路、橋梁、隧道、站臺、道床斷面等限界數據的檢測設備，以滿足不斷發展的軌道交通安全運輸的需要。 2 檢測系統設計及驗證 2.1 系統設計 采用傳統的激光測距技術測量限界，精度很高，但效率低，適用于施工驗收等對精度要求較高等情況。對于日常檢查，則精度要求相對較低，但要求檢測效率高、速度快。通過對相關檢測技術的調查研究和試驗，發現采用激光掃描技術，可以大大提高檢測速度，實現快速連續檢測的要求，而且可以應用在線路的任何位置。 激光掃描檢測的基本原理是采用時間計算法測量距離。測量啟動時，發射激光，計時開始，激光經鏡子反射打在目標物上，漫反射后的接受光束經鏡子發射到成像二極管時，計時結束，用光束發射到接收所花費的時間轉換為距離值，這樣就完成一次測量，這種測試簡稱為TOF(timeofflight)。鏡子按某一固定的速度360°旋轉，完成各個角度的測量。數據以極坐標的形式存儲在傳感器的存儲器中，由接口電路發送給上位計算機。 檢測系統設計為便攜式連續測量方式。要實現連續測量，需要有里程定位裝置，實現里程的自動累加（減），并可按照固定的采樣間隔進行測量。由于測量系統結構簡單，檢測設備能夠安裝在可折疊的移動小車上，采用人工推行的方式檢測（圖１），也可固定在移動車輛上實現檢測。檢測系統構成框圖見圖２。計算機可采用小型工控機或筆記本進行處理，由于測量的主要處理能夠在傳感器的處理芯片中進行，系統可采用掌上電腦記錄和處理。

2.2 系統驗證 為試驗激光掃描檢測隧道限界的可行性，我們在北京八達嶺公路隧道進行了可行性試驗，傳感器采用 180°激光掃描傳感器，最小角度分辨為0.25°，將傳感器安裝在汽車的頂部進行測試試驗。圖３為八達嶺隧道的測試數據的三維展示。試驗結果表明，采用這種方式進行檢測具有很高的效率。但這種傳感器的掃描角度為 180°，傳感器安裝部位以下的部分掃描不到，如果要掃到隧道的地角必須采用 2 個以上的傳感器一起工作，將掃描數據合成得到隧道斷面。 在鐵路與地鐵隧道斷面檢測中，坐標原點為軌道中心線，因此，必須掃描到 2 根鋼軌才能確定掃描斷面。如果采用2個傳感器勢必重量和體積都變得很大，不符合便攜檢測單元的設計原則。因此，要實現隧道和線路斷面的限界檢測，必須采用掃描角度＞270°，安裝后能夠直接掃描到鋼軌位置的傳感器。

3 數據處理 檢測系統經室內試驗和公路隧道中進行的試驗后，在對檢測數據進行分析時發現，要使測試設備能夠滿足實際使用，必須要解決坐標系的建立問題。 3.1 坐標系的建立 計算機從傳感器接收到的數據，是以傳感器為原點，垂直于傳感器平面的極坐標值，因此，必須轉換為實際的應用坐標。在軌道交通界限檢測中，坐標原點為軌道中心線。掃描斷面必須首先確定 2 根鋼軌頂面位置，并修正檢測斷面與軌道中心線的夾角，才能得到檢測斷面的實際數據。安裝在行進車輛上進行動態測量時，需由慣性平臺提供的車輛運行姿態對測試數據進行補償，才能得到準確的限界數據。 3.2 輔助測量系統 我們在人工推行的測量小車這一輔助測量系統中，采用機械裝置使測量小車的接觸輪與鋼軌保持方向一致，使傳感器的掃描斷面垂直于小車的前進方向，傳感器的安裝平面垂直于由2個接觸輪形成的軌道平面。這樣，一旦傳感器完成安裝，就可確定得到一側軌道與傳感器的位置關系，另一側位置則由軌距測量值修正后得到。因此，實際的測量小車具有距離定位和軌距測量功能。

4 檢測系統的功能 我們研制完成后的檢測系統具有限界檢測、里程定位，并提供軌距和接觸網位置參數等功能。數據可以按距離采樣儲存，提供侵入限界的具體位置和坐標。由于數字化存儲，數據可以按任意給定的坐標提供數據。可以導入數據庫中管理，按用戶要求提供某一區段的最小限界，為運輸安全提供限界數據。 圖４為在一鐵路線路上進行的測試情況。圖中能夠清晰地看到所檢測到的接觸網桿、導線位置、道床斷面、圍墻等軌道周圍的物體形狀。

圖５為檢測系統實測的隧道斷面圖，圖中的紅色線為內燃機車牽引線路的建筑接近限界和隧道限界，藍色線為實測隧道斷面。圖中可以看到有明顯限界超限存在。 5 結束語 通過檢測系統的實測驗證，說明采用激光掃描技術可以實現限界的快速連續檢測，滿足實際需要。實測的數據也表明，經過多年的軌道維修和隧道維修，實際斷面與原設計斷面發生了較大的變化。應用激光掃描檢測技術，能夠及時準確地檢測限界狀況，了解線路、站臺、橋梁和隧道的實際狀態，保障軌道交通運輸安全。