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全路TPDS的建设应本着重点突破、干线先行、整体推进的实施原则，先在四纵两横（京沪、京哈、京广、京九、浙赣，陇海、兰新）提速干线上实施，初步构成覆盖全路的网络，布局上要求做到局间互控。

在联网形式上要充分体现“分散检测、集中报警、网络监测、信息共享”的基本要求，实现三级联网、三级复示。

三级联网就是探测站与分局监测中心联网、分局与路局监控中心联网、路局与铁道部查询中心联网。

三级复示为列检所复示、车辆段复示、红外所复示。

分局向上数据传输采用办公网，车辆段到分局采用专线，上部线2M，下部线不低于56k，充分利用既有的网络资源。

通过直接有效、布局合理、覆盖全路的安全防范、预警体系的建设，势必大大促进车辆安全防范手段从传统向现代、由人控向机控、由粗放管理向集约管理跨越。

图13-1TPDS联网图

三 

货车运行状态地面安全监测实现方法与测试原理

（一）货车运行状态地面安全监测实现方法

1车辆运行状态识别：

通过轮重减载系数、轴横向力/垂直力比值、轴横向力大小及变化特征实现；

2车轮踏面擦伤识别：

通过踏面擦伤车轮引起的冲击荷载的大小识别；

3超偏载检测：

通过车辆各轮轮载、轴载、转向架荷载大小与分布实现；

4当量累计通过总重：

通过列车总重与累计通过列车总重累加得到。

（二）测试原理

1垂直力测试原理

系统采用了“移动垂直力综合检测的方法”（如图13-2）进行轮轨垂直荷载的测量，在现有超偏载装置使用速度（低于40km／h）的条件下，可达到现有超偏载装置的测量精度。

在目前货车正线运行速度下，测重相对误差低于3％，作为超偏载安全报警装置，其精度是足够的。

图13-2垂直力测试原理图

2横向力测试原理

将钢轨视为传递轮轨横向荷载的载体，而在钢轨的支承点上测量钢轨受车辆作用施加在框架结构中轨枕上的作用力大小。

根据轮轨作用横向荷载在钢轨上的受力影响线，通过标定获得钢轨支承点处实际承受横向荷载的比例，再依据车轮在测试区的位置，由钢轨支承点处承受横向荷载的组合而得到车轮在整个测试区连续横向荷载及变化情况。

车体横向加速度均值与TPDS横向轴力H均值相关。

车辆动力学测量系统在60km/h、65km/h、70km/h、75km/h、80km/h五个速度级测量的车体横向加速度的平均值与地面安全监测装置测得同一辆车的横向轴力平均值的相关性见下图13-3，表明两者有很强的相关性，说明TPDS测定动力学横向参数正确反映了车辆的横向动力学性能。

图13-3车体横向加速度均值与横向轴力H均值相关性

3车体横向平稳性指标均值与轴脱轨系数均值相关性

评定车辆横向动力学性能的重要参数是车体的横向平稳性指标，而轴脱轨系数是地面安全监测装置评定车辆状态的重要参数之一。

车辆动力学测量系统在60km/h、65km/h、70km/h、75km/h、80km/h五个速度级下，测量的车体横向平稳性指标的平均值与地面安全监测装置测得同一辆车的轴脱轨系数的平均值的相关性，部分试验数据见图13-4。

试验表明地面安全监测系统测得横向力/静轴重，与车辆动力学测量系统测量的车体横向平稳性指标有很强的相关性。

图13-4车体横向加速度均值与轴力/静轴重均值相关性

图13-5车体横向加速度均值与Pdynamic/Pstatic均值相关性

第二节TPDS探测站

一探测站设备构成

主要构成：

测试平台与传感器、车号自动识别装置、测试间、监测工控机、测点服务器、不间断电源、网络设备、雨量计。

其中关键部件板式传感器。

如图13-6所示。

1测试平台与传感器：

平台一套（22根轨枕，A型轨枕6根，B型轨枕16根，间距760mm，台面总长16.72m，轨枕长2.6m。

）、传感器一套（8只剪力传感器，没股钢轨4只；

12只板式压力传感器，分布在六根B型轨枕上）、接线箱与接线盒、信号电缆。

2车号识别装置：

开关磁钢、计轴测速磁钢、天线、电缆。

3测试间与监控机柜：

机柜、传感器信号调理单元、测试工控机、测点服务器、不间断电源、车号识别工控机、数据远传单元、防雷箱、隔离电源。

图13-6TPDS探测站示意图

二TPDS探测站具有以下功能

数据采集、处理、分析、分发等工作；

自动识别机车、车辆、车次、车号、通过速度等；

对货车运行状态进行分级评判；

识别车轮踏面擦伤；

监测车辆总重、轮重，识别车辆超载、偏载；

储存原始资料达一年半；

探测站运行状况可进行远程监控和管理。

三设备技术指标

检测范围：

最大轴重25t。

识别车辆蛇行运动失稳：

车辆运行速度不限。

识别车轮踏面擦伤：

检测速度20～120km/h。

重车超载检测准确度：

列车以40km/h及以下速度通过时优于5‰，40～60km/h速度通过时优于1％，60km/h以上速度时优于3％。

允许超载：

为额定载荷的250%。

输出方式：

原始数据可存储、报表统计分析，可自动报警、将各种超限数据报告监视部门，检测数据可进行网络传输和共享。

输出报告内容：

列车通过时间，各种车辆总重、架重、轴重、轮重和轨道当量通过总重，车辆超载和前后、左右偏载，车轮踏面擦伤等级、轴位和轮位，车辆轮重减载率、脱轨系数、横向力及其变化特征，蛇行失稳车辆位置。

结合车号识别系统可输出车号。

四 

探测站设备工作条件

1对象：

符合铁路运输要求、轨距1435mm的各型铁路货车；

2钢轨轨型：

50kg/m、60kg/m、75kg/m；

3线路条件：

符合部颁“车辆运行状态地面安全监测系统设备安装技术条件”；

4工作环境：

仪表系统0℃～+50℃ 

湿度≤85%；

测试平台-40℃～+60℃ 

湿度≤95%

5电源：

AC220V+15%（-20%）,50Hz；

6功率消耗：

不大于3KVA；

五设备主要部件

1 

轨道测试平台（图13-7）

2二维板式传感器（图13-8）

3不打孔式剪力传感器（图13-9）

4车号识别设备天线与磁钢（图13-10）

5探测站控制机柜

机柜设备配置：

显示器，测点服务器，监测工控机，键盘、鼠标，传感器信号调理单元，数据远传单元，雨量计主机，车号识别主机，不间断电源。

六 

设备电器原理图

1传感器

监测系统采用两种传感器完成车辆与轨道相互作用的垂直力和水平力测试，即二维板式压力传感器和剪力传感器，两种传感器均为应变式、惠思登全桥自补偿测试电路，二维板式压力传感器输入和输出阻抗均为700Ω，剪力传感器输入和输出阻抗为350Ω。

图13-11压力信号转换成电信号电路图

2二次仪表

监测系统二次仪表完成传感器信号的调理放大、滤波、偏移纠正、信号A/D转换及与计算机通讯。

信号放大、滤波和偏移纠正由电位器和集成电路芯片完成，电位器1可调整放大倍数，电位器2可纠正信号偏移。

调理后的信号输入A/D转换器，信号A/D转换由板载DSP完成，并按EPP并口通讯协议与计算机通讯。

图13-12信号转换图

3 

设备电气结构

图13-13设备电气结构图

1右轨道2左轨道3二维板式传感器4剪力传感器5放大器

6模数转换器7接口电路8计算机

4传感器编号

图13-14传感器编号示意图

5机柜中设备连接

高速数据采集仪GCU-100-32与信号处理工控机AdvantechIPC610通过高速并口电缆连接；

信号处理工控机通过标准串口电缆与车号设备主机连接；

信号处理工控机AdvantechIPC610通过网卡和网线经交换机或HUB与测点服务器连接；

测点服务器通过标准串口电缆与雨量计主机连接；

测点服务器通过网卡和网线经交换机或HUB将监测结果传至分局信息管理服务器。

七测试工控机软件配置

探测站工控机完成与采集仪通讯、实时判轴计速计辆、车辆动力学指标计算、超偏载计算、车轮踏面擦伤识别及读取车号，测试结果以文件形式通过网络传递给测点服务器。

测试工控机系统为Windows2000Professional，监测软件为jcxt.exe，配置参数文件为Parameter.dat，参数文件和测试软件位于计算机D盘damq3目录下，车号实时接收软件为Cpsdemo.exe，位于C:

\PROGRA~1\CpsDemo1.1目录下，接收的车号文件存于C:

\Cps\Prep目录下，A/D转换器与计算机接口的驱动程序为720Loader，位于C:

\WINDAQNT目录下。

监测软件jcxt.exe正常工作必须先启动720Loader和Cpsdemo.exe，否则出现错误提示并退出。

计算机系统软件配置时已将720Loader、Cpsdemo.exe和jcxt.exe按顺序配置在“开始”“程序”“启动”菜单中。

八测试工控机的开机与关机

监测系统在探测站的测试主机、车号自动识别装置的主机、测点服务器只有按电器原理图联接好总电源、不间断电源、数据采集仪、工控机等电器或部件后，才可按顺序开启系统各组成部分的电源，即开启总电源、不间断电源、数据采集仪、显示器、车号识别主机、测点服务器，最后开启测试主机。

测试工控机开启后，自动进行系统自检、与车号识别主机和测点服务器的联接、与数据采集仪的连接与初始化，之后自动进入监测状态。

测点服务器开启后，经系统自动检查，立即进入监控状态。

监测系统的关机过程与开机过程相反，首先关闭测试主机中运行的监测软件，然后鼠标单击屏幕左下角“开始”，在弹出的菜单项中单击“关机”，稍等片刻，测试主机自动关闭。

接着，按相同步骤关闭测点服务器。

之后，依次关闭车号识别装置主机电源、数据采集仪电源、显示器电源、不间断电源、总电源。

测试工控机工作流程：

测试工控机的监测状态界面由三部分组成：

系统状态栏、信息窗口、日期与时间栏，其中系统状态栏显示监测系统目前的工作状态、信息窗口显示监测系统运行中的各种信息、日期时间栏显示当前日期与时间。

正常情况下无列车通过时，测试主机开启后屏幕显示的是“等待列车”界面，界面上除日期时间栏及时更新显示日期、时间外，信息窗口还显示监测系统各传感器的状态。

图13-15测试工控机的监测状态界面图

九、测点服务器软件配置

1服务器功能 

备份并处理测试工控机检测的原始数据，保存到数据库中，利用数据库对通过车辆进行安全评判，同时判断车辆的超偏载和擦伤情况，评判结果的上传及设备状态上传。

2工作原理 

测点服务器通过集线器与测点工控机连接，并且连接至分局和路局，相互之间通过网络进行通讯；

在测点服务器的硬盘（D盘或E盘）根目录下，建立有共享目录data，供测点工控机传输文件。

服务器的监控软件实时检测该目录下的文件，当检测到一批数据文件传输完毕后，启动处理和评判功能。

3测点服务器软件工作流程

①上传设备运行状态和测点服务器、雨量计的设备状态；

②处理数据，对车辆进行评判，结果加入数据库；

③将数据和评判结果生成上传文件，放置到上传文件夹（D盘或E盘根目录下的jwmq\datafile\sendfile文件夹中）；

④数据备份：

在硬盘（D盘或E盘）根目录下的datafile子目录中，自动建立[年][月][日]的层次文件夹结构，将数据文件拷贝到当天对应的文件夹中，同时删除data文件夹中的处理过的文件。

测点服务器中的数据传输软件负责将上传文件夹中的数据和评判结果传输到铁路分局和铁路局，该软件有续传功能

十安装技术条件

1线路技术要求 

正常货车速度60km/h及以上的正线；

安装在直线段，设备前、后分别有400m、100m以上直线段，线路坡度不超过3‰；

设备前后（前400m、后100m）不得有道岔区、曲线、长大桥梁等；

设备及前后80米区段避开电化分相点、短梁、短涵、道口及易产生洪水、塌方、冻涨等地段；

宜采用60kg/m钢轨的无缝线路，测试平台区段钢轨没有接头、焊缝和损伤；

供电、通信、巡视、防盗条件好。

宜采用新轨，使用旧轨时其垂直磨耗小于5mm、侧磨小于6mm，无交替侧磨现象；

铺设区段应为Ⅱ或Ⅲ型混凝土枕，无轨枕失效；

应采用I级道碴、道床饱满清洁、道床两侧排水条件良好，无道床板结、道碴囊、翻浆冒泥等病害，道床不易被粉化物掩埋；

安装区段及前后线路路基状态良好、边坡稳定，无路基病害；

安装位置及前后线路应保证有良好的轨道平顺性、等同的轨道结构强度、刚度和承载力；

安装时禁止在钢轨上焊接、打孔。

2探测站控制室要求 

测试平台附近设置控制室，使用面积不小于10m2；

与测试平台应尽量靠近，减少信号衰减，避免感应雷电影响；

控制室与接线箱间设置穿线管，埋深不小于路基面30cm，室内设出线孔；

可视条件良好，方便观测上下行列车；

有可靠的220V电源（二级负荷要求）及两组接地装置，电源功率不小于3KVA；

设置架空防静电地板或电缆沟槽；

有防雨、防潮、隔热、通风、防盗、防鼠等功能；

与外界具有64K信息传输通道及两端连接设备、专用电话线一条。

3测试平台设备安装 

安装方式有两种，根据现场具体情况来选择。

第一种：

单根抽换轨枕法 

不拆除原有钢轨，在钢轨上标示出测试平台横向轨枕的安装位置，封锁线路，在标示位置采用单根抽换轨枕的方法换入专用轨枕，然后进行测试平台轨枕的横向连接。

第二种：

整体横移法 

采用新钢轨，在线路旁边完成测试平台和新钢轨的整体拼装，封锁线路，拆除原有钢轨和轨枕，然后整体横移拼装好的测试平台和钢轨，最后进行钢轨连接。

4安装工程工作流程

①设备安装位置确定 

由车辆部门牵头，工务、电务、铁通、机务、房建、设备厂家参加，由车辆部门提出意向，参考工务设备台帐初步选定，再结合现场调研确定，关键因素有线路和施工条件、网络通道条件、房建和电力条件、通信及设备维护便利；

②设备测试平台上道、安装 

选点通过批准后，车辆部门联系工务部门申请设备上道施工天窗，天窗时间一般控制在2小时（不换轨条件下），施工后留限速通过时间或限速通过列数。

施工计划和施工由工务部门承担、厂家提供安装总图和技术指导，测试平台由厂家按指定时间运至工务工区或安装地点，工务部门负责卸货、保存、上道搬运、16根混凝土轨枕螺栓锚固（厂家提供锚固螺栓）和安装，安装可采取单根抽换轨枕方式进行，也可采用线旁拼装整体置换方式进行。

5探测站建设 

与测试平台安装并行，由房建部门根据车辆部门相关要求就近建设探测站，相关部门完成两路供电、2组接地、维修电话及传输通道建设。

6网络通道和通信通道建设 

TPDS信息传输流程为探测站至分局中心数据库服务器（一般托管至电子中心）、分局服务器将信息复示至车辆段和列检值班室，同时将信息传至铁路局中心数据库服务器（一般托管至电子中心）。

TPDS监测信息主要利用TMIS网完成信息传输，通信协议采用TCP/IP。

一般由电务、铁通承担必要的通道建设，主要解决探测站与相临车站通信机械室网络连接和电话、列检与分局服务器间连接，要求传输速率不小于64kb/s。

电子部门提供分局和路局中心服务器设置位置和相关连接、中心数据库服务器以及探测站两台微机IP地址分配。

7传感器安装和设备调试 

探测站建设完成、电力到位且测试平台经过碾压稳定后（一般控制在15天以内），由工务部门完成线路整修（达到工务规定的线路作业验收标准）、测试平台高强螺栓紧固、传感器上道搬运和安装配合、车号设备开机电缆埋设工作，车辆部门负责接线箱至探测站信号电缆传线管埋设、雨量桶固定工作，配合厂家完成传感器安装、设备连接和调试工作。

8系统标定 

厂家完成系统调试后，由车辆部门组织，厂家、机务、总工室或计量分站参加，进行系统垂直力标定。

标定计划由车辆部门负责，申请天窗时间一般控制在1:

30，在天窗时间内，由机车牵引T6F系列砝码车来进行，运行速度40和70km/h两个速度级，有效次数每速度级不少于3次。

系统横向力标定由厂家在列车运行间隔完成，车辆部门配合。

9分局/路局中心服务器和相关复示终端安装 

车辆部门负责服务器和监控复示计算机购置（含操作系统），厂家负责业务应用系统和复示软件安装、调试，电子部门配合。

十一TPDS踏面擦伤验证与应用

TPDS的另一重要功能是车轮踏面擦伤检测。

目前国内外车轮踏面擦伤检测装置存在着缺点是测试区太短，剪力传感器只能安装在两轨枕之间，即使将轨枕的铺设间隔增大到710mm（每公里1400根），有效检测长度也只有0.3m，造成车轮踏面擦伤捕获率较低，京沪线TPDS采用了新的垂直力测量方法，增长了测量区，可对车轮全周长范围内的踏面擦伤进行检测，踏面擦伤捕获率较已有检测设备高。

典型的踏面擦伤的波形的图片13-16擦伤

图13-16 

踏面擦伤

典型的踏面擦伤的波形的图片13-17-剥离

图13-17 

踏面剥离

典型的踏面擦伤的波形的图片13-18碾堆

图13-18 

踏面碾堆

典型的踏面擦伤的波形的图片13-19轮对失圆

图13-19 

踏面失圆