铁路联调联试噪声振动自动测试技术研究

2014-01-01李晏良刘兰华伍向阳陈迎庆

铁路节能环保与安全卫生 2014年6期

关键词：无线网自动测试传输技术

李晏良，刘兰华，伍向阳，陈迎庆

(中国铁道科学研究院高速铁路系统试验国家工程实验室，北京 100081)

随着我国高速铁路的大规模建设和环境保护力度的加大，铁路运营期环境振动噪声影响越来越受到各方关注。因此，在目前的铁路联调联试过程中，噪声振动测试成为其中一个重要组成部分。实现铁路联调联试中噪声振动自动测试，可以极大提高测试人员的工作效率。

1 噪声振动联调联试概述

1．1 联调联试的定义

联调联试是指采用检测列车、试验列车和相关检测设备，对高速铁路各系统的工作状态、性能、功能和系统间匹配关系进行综合测试、调整、优化和验证，使各系统和整体系统性能、功能均达到设计要求，满足以设计速度开通运营的要求。

联调联试内容涵盖工务工程、牵引供电、通信信号、动车组、运营调度和客运服务等6大系统;包括轨道、接触网、供变电、通信、信号、运营调度、客运服务、防灾安全监控系统、综合视频监控系统联调联试和综合接地、电磁兼容、噪声振动、路基状况、路基及过渡段动力性能、桥梁动力性能、隧道内气动效应、列车空气动力学性能测试等［1］。

1．2 噪声振动联调联试内容

1．2．1 噪声测试［1］

环境噪声试验的目的是评价不同环境下高速列车噪声对周围环境的影响程度，掌握高速列车运行时各声源特性及主要分布特点，以及评判动车组不同线路条件、不同轨道形式下的辐射噪声和铁路边界噪声是否满足国家标准要求。通过对高速铁路、客运专线噪声声场分布、源强特性及衰减规律的研究工作，以及频率特性、幅值特性等的分析，为我国新建高速铁路、客运专线建设的环境影响评价及环境管理提供理论依据;同时为我国客运专线的降噪设施的深化设计和针对性设计提供技术依据，以保证铁路建设的可持续发展。

1．2．2 振动测试

环境振动试验的目的是评价不同环境条件下高速列车通过时产生的地面振动对周围环境的影响程度，以及评判动车组不同线路条件、不同轨道形式下的产生的振级水平是否满足国家标准要求，并为我国高速铁路、客运专线的减振技术的深化设计和针对性设计提供技术依据。

1．2．3 声屏障测试

声屏障测试试验包括两个方面的内容，一个方面是声屏障降噪效果的测试，即测量不同结构形式声屏障的插入损失量;另一个方面是进行声屏障结构动力性能的测试，通过测量动车组通过时列车脉动风压、声屏障动应力、动变形及声屏障固有频率，掌握动车组高速通过时声屏障结构安全稳定性。铁路噪声振动联调联试内容如图1所示。

图1 铁路噪声振动联调联试内容

2 噪声振动自动测试技术

2．1 噪声振动联调联试现状［2］

根据试验需要，噪声振动测试通常情况下选择在有减振降噪措施的居民住宅周边，同时测试环境要满足不能有其他噪声干扰源，因此测点一般都位于农村或荒郊野地，环境较为恶劣，同时测试前的现场准备需要较长的时间，工作较繁琐，如图2所示。

图2 铁路噪声振动联调联试测试现场

此外，噪声振动传感器需分别布设在线路外侧不同距离处，最远处达到120 m，看守及防护较为困难;噪声测试的采样频率达到50 kHz，数据采集、存储及实现实时无线操控和传输较为困难;噪声振动测试数据易受周边环境中其他噪声振动源影响等等。以上情况造成了每次试验需消耗大量的人员和时间，同时测试时人员需进行现场测试及看护，效率较低。因此，实现铁路联调联试中噪声振动自动测试是非常必要的。

2．2 自动测试无线传输技术种类

可用于噪声振动联调联试的自动测试技术目前主要有基于卫星通信的专用网技术、基于大功率无线网桥的自组网技术和基于3G数据透传技术。

2．2．1 基于卫星通信的专用网技术

基于卫星通信的专用网技术是卫星通信公司提供的专用网服务，它通过在每一个远程监控点建一个双向卫星小站，测试数据会通过双向卫星小站传输，经过通信卫星的上下行信道，发送到远程测试中心。双向卫星小站的上行速率(从小站到主站)最高可达2 Mbps，从卫星主站到测试中心的传输可以选择租用地面专线，也可以选择互联网。

2．2．2 基于大功率无线网桥的自组网技术

无线网桥顾名思义就是无线网络的桥接，它利用无线传输方式实现在两个或多个网络之间搭起通信的桥梁;无线网桥从通信机制上分为电路型网桥和数据型网桥。

基于大功率无线网桥的自组网技术特点是:组网由无线网桥完成，网络拓扑结构单一;上行速率较大，延时可测，为每一个终端可以提供5 Mbps的带宽;采用自组织网络，用户未来可以优化升级网络性能。

2．2．3 基于3G数据透传技术

3G是第三代移动通信技术，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以上。

基于3G数据透传技术是通过3G透传模块将终端设备连接最近的移动G网基站，实现3G网络接入，通过3G网络服务器再接入公网(互联网)，这样通过一台接入公网的PC机就可以实现远程接收来自终端的数据。该技术的特点是组网简单灵活，有移动基站覆盖的地区都可以实现组网，组网由G网基站服务器完成。

2．3 无线传输技术比较

卫星专网、无线网桥和3G数据透传是目前应用最为广泛的三种无线传输技术，而应用在不同领域各自有其优缺点。三种无线传输技术的对比如表1所示。

表1 三种无线传输技术的对比

对于噪声振动测试来说，卫星通信主要用于视频、声音等大容量数据传输以及军工行业，由于目前在噪声振动测试中主要是数据的采集和传输，昂贵的价格以及实际使用率不符合，所以并不适用此种通信方式。本次研究主要针对3G透传和无线网桥两种技术方案来进行实际应用。

2．4 无线网桥技术在噪声振动自动测试中的应用

目前无线网桥技术在噪声振动自动测试中的应用如图3所示。

图3 无线网桥测试应用

通过实际应用发现，无线网桥的无线传输方式对发射和接收点的位置要求较高，并且如果有发射点或者接受点故障，会引起整个网络中断。并且组网复杂，设备较大，价格昂贵，携带和保存不方便，并不适用于振动噪声外场测试。

2．5 3G数据透传技术在噪声振动自动测试中的应用

3G数据透传技术在噪声振动自动测试应用的网络拓扑图如图4所示。

图4 3G数据透传技术网络拓扑

在噪声振动测试中，由于噪声采样频率很高，实时传输数据比较困难，因此在现场需放置一台工业工控机，利用3G无线网络远程操控工控机，来实现噪声振动自动测试和数据采集。对于噪声振动测试技术来说，3G数据透传技术主要有三方面的优点:(1)综合成本低;(2)系统组网灵活，可扩展性好，即插即用;(3)维护费用低。噪声振动测试仪器箱如5所示。