城市轨道交通综合检测车方案研究
摘 要：根据城市轨道交通特点，并结合其日常检测现状，提出研制城市轨道交通综合检测车的必要性。借鉴高速铁路综合检测列车的成功经验，研制了城市轨道交通综合检测车，介绍其总体方案、车辆方案和检测系统方案，并详细阐述了检测系统的功能、组成及技术指标。该车辆在多项检测技术上进行创新，在检测项目、最高检测速度和检测精度等方面达到国际先进水平，是提高城市轨道交通基础设施检测效率的有效工具，具有先进性、普适性和推广性。
关键词：城市轨道交通;基础设施;综合检测;检测系统
《人民交通》(月刊)杂志创刊于2007年07月，是我国交通领域大型时政类期刊。杂志以“大交通”得理念充分报道中国交通改革发展和洞悉社会热点，充分为交通管理者和交通参与者提供权威、及时的新闻信息。
近年来，我国城市轨道交通蓬勃发展，运营里程快速增长，客流量迅速攀升，運营时间不断延长，检修时间不断被压缩，安全、可靠、高效运行成为城市轨道交通运营面临的巨大考验，亟需研制高效的城市轨道交通综合检测车，以提高基础设施的综合检测效率，保障城市轨道交通运营安全。
1 城市轨道交通特点
城市轨道交通制式多元化，主要有地铁、轻轨、市域快线、有轨电车、市郊铁路等多种轮轨系制式，另外，直线电机、跨座式单轨、胶轮路轨、磁悬浮等制式也得到发展。从世界城市轨道交通发展来看，仍以轮轨系制式为主。尽管城市轨道交通和高速铁路同属于轮轨系轨道交通制式，但城市轨道交通具有其独特的特点。
(1)运行环境不同。城市轨道交通线路以隧道为主要形式，而高速铁路线路多以高架桥梁为主。城市轨道交通车辆在隧道内运行受隧道断面型式、断面大小、线路结构、温度、湿度等条件限制，其空气动力学、车辆动力学、轮轨黏着、噪声等性能指标均与高速铁路有较大差异。
(2)运营速度一般在120 km/h以下，远低于高速铁路运营速度，但城市轨道交通车辆起动加速快、制动频率高，制动时间短，具备高起动加速度及高制动减速度的牵引和制动性能。
(3)供电系统以直流为主，电压等级分为750 V和1 500 V两种，受电弓取流方式包括架空刚性接触网、架空柔性接触网和接触轨3种方式，与高速铁路采用的供电系统(交流25 kV)完全不同。
(4)客流量大、列车追踪间隔短。目前，基于无线通信的列车控制系统(CBTC)成为城市轨道交通主流制式，而铁路信号系统为满足高速、重载运输及大编组列车的要求，其追踪间隔时分远大于城市轨道交通。
2 必要性分析
目前，我国已研制多列高速铁路综合检测列车，主要装备轨道检测、接触网检测、轮轨动力学检测、通信检测、信号检测等检测系统，对轨道、接触网、通信、信号等基础设施状态进行检测，为高速铁路的开通运营、日常维护提供强有力的支撑[1]。
然而，在城市轨道交通领域，各运营公司主要配备轨道检查车、接触网检测车、钢轨探伤车等专项测试车，或集成了轨道检测、接触网检测等部分功能的检测车，日常检测养护主要采用人工静态检测维护或专项检测车的方式，受人员技术水平、作业时间、现场设备条件的影响，检测费时费力、检测效率低下、检测数据不准确，且存在安全隐患。借鉴高速铁路综合检测列车成功经验，研制集轨道检测、接触网检测、轮轨动力学检测、通信检测、信号检测等检测系统于一体的城市轨道交通综合检测列车，从单一专项检测扩展到多专业综合检测，可有效提高基础设施检测效率和设备养护维修效率，且检测精度更高，是提高城市轨道交通基础设施检修效率的有力手段。
3 总体方案
城市轨道交通综合检测车采用地铁B型车，三辆编组，全铝合金车体，最大轴重14 t，适用于接触网DC 1 500 V、接触轨DC 1 500 V/DC 750 V供电制式，最高运行速度120 km/h，预留全自动运行接口，如图1所示。综合检测车同时配备定位同步、轨道、钢轨轮廓、接触网、接触轨、车辆动力学、通信、信号、隧道衬砌表面状态、安全监测等检测系统。
4 车辆方案
车辆采用全铝合金整体承载金属结构，车体在最大垂直载荷状态下能经受纵向压缩力 850 kN和拉伸力为 640 kN的强度要求，并满足车体中央部位垂向挠度不大于两转向架间中心距的1/1 000的要求，符合 CJJ 96-2003 《地铁限界》标准中B1型(接触轨受电)或B2型(接触网受电)车辆限界规定。转向架采用无摇枕轴箱外置式H型低合金高强度钢板的整体焊接构架。
牵引系统采用变频变压(VVVF)逆变器调速，三相异步电机驱动的交流传动系统。牵引逆变器控制系统采用微机控制技术，并具有诊断和故障信息存储功能。逆变器元器件采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件，逆变器与牵引电机的配置为1个变流器模块驱动4台牵引电机(1C4M)。牵引控制方式为车控模式，辅助供电采用2台输出并网供电的辅助变流器，每台辅助变流器的容量为110 kVA，总容量为220 kVA，箱内另集成2台12 kW充电机，总功率为24 kW。
制动系统主要采用微机控制的模拟式电-空制动系统，控制方式为架控模式，即每个转向架配置1套EP09架控制动控制单元。空气制动系统采用模块化集成化设计，实现停放制动、空簧供风等功能。电空制动系统的风源配置2套，采用螺杆式空气压缩机和双塔干燥器。
列车和车辆控制按控制层次可分为3级：列车控制级、车辆控制级与子系统控制级。其中，子系统控制级实现包括牵引/制动控制、空气制动、辅助电源、辅助交流系统控制、乘客信息系统、空调系统等在内的各智能设备的功能和特性。车载网络控制实现的是列车和车辆级控制，通过车载网络通信，由列车车辆控制单元构成一个整体，实现整车各智能设备间的统一、协调控制，保障车辆的稳定、安全运行。
5 检测系统方案
5.1 定位同步系统
为提高检测精度，保证各检测系统的检测速度、里程、时间信息一致，车辆须配置定位同步系统。采用高精度卫星定位授时系统，内置高精度恒温晶振授时装置，实现卫星失效时的时间保持功能。定位同步系统主要包括全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)模块、射频识别模块、光电编码器模块及数据采集处理模块等。GNSS模块实时接收卫星定位信号，将接收的信号与系统数据库信息进行比对，当经纬度信息与数据库中的数据吻合时，提取对应线路特征信息，通过误差修正算法修正误差后得到准确的里程信息，修正定位同步系统的实时里程信息。射频识别模块在接收到电子标签的信号后，将标签的号码信息与数据库中的数据进行比对，得到里程信息及线路特征值，通过误差修正算法修正误差后得到准确的里程信息，将里程信息发布至检测车内其他检测系统[6]。光电编码器安装于检测车轴端，与轮对以相同角速度转动，在已知轮对直径的情况下，通过计算即可得到实时车速及实时里程。定位同步系统技术指标如表1所示。