中国铁路成都局集团有限公司成都工务段普兴线路车间 四川成都 610045
摘要：钢轨廓形普查作业是评价钢轨磨耗和钢轨廓形打磨设计的重要参数之一，传统方法人工手写，干预多，容易出错，不便于后期廓形数据处理及分析。针对现场运用现状，基于MATLAB编制了钢轨廓形数据码生成程序，通过使用廓形数据码粘贴的方式代替人工手写。现场运用表明：该方法对钢轨普查现场作业效率及普查数据的准确度起到了极大的提升。
关键词：MATLAB；钢轨普查；数据码；作业效率
中国铁路成都局集团有限公司自2017年起，开展对全局在役正线钢轨按照曲线单元和直线单元（不含道岔）进行状态普查，累计普查线路6882.436km，采集轨头廓形50000个，收集光带照片12.5万张。参考国内外钢轨大修周期的研究成果，根据钢轨伤损率、磨耗、曲线半径与上道年限等数据，提出了区分直线、曲线单元的钢轨大修周期模式[3]。
1 钢轨状态普查
为全面掌握钢轨使用状态，中国铁路成都局集团有限公司开展了在役钢轨状态普查，按照直线单元和曲线单元（不含道岔单元）区分的方式开展收据收集工作。主要项目包括历年钢轨伤损，钢轨标识、肥边、鱼鳞伤、垂磨、侧磨、波磨、光带位置及宽度、轨面廓形和外观照片等。
1.1 测点布设
直线单元：长度小于100米时不采集，100米（不含）至500米采集1个测点，500米（不含）至1000米采集2个测点，以此类推，每增加500米增加一个测点，各测点间应均匀分布。
曲线单元：每条曲线测点不少于5个，即直缓（ZH）、缓圆（HY）、曲中（QZ）、圆缓（YH）和缓直（HZ）。当圆曲线长度为500米（不含）至1000米时，在圆曲线采集2个测点，以此类推，圆曲线长度每增加500米增加一个测点，圆曲线区段各测点间应均匀分布。
1.2 测试工具
Miniprof廓形仪：测量钢轨轨头廓形，测试精度为：0.01mm。
1米平直尺和塞尺：测量钢轨波浪型磨耗，测试精度0.05mm。
钢直尺：测量钢轨表面（层）伤损和钢轨光带宽度，测试精度1mm。
相机：采集钢轨表面伤损及光带照片。
1.3 普查组织
每个普查小组除防护人员外应不少于2人，并能熟练使用测量设备。每个小组应配备上述测试仪器，携带记号笔、石笔若干。
2 廓形数据码
2.1 廓形数据命名规则
廓形测量点命名从头至尾分 8 部分：线名、行别、里程、股别、半径（只针对曲线）、特征点、钢轨生产年份、测量日期，其中线名和行别，曲线半径和特征点（或者直线股别和生产年份），生产年份和测量日期之间用连字符“-”连接；其余部分紧靠书写。
1、线名：线名大写首字母，如成渝线简写为CY。
2、行别（3 种情况）：上行S，下行X，单线D。
3、里程：公里+百米；
4、股别：根据直线和曲线的左右股不同而区分，左右股和上下股均为顺里程方向，详见下图。
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图1 廓形命名规则
5、半径（只针对曲线）：曲线线路需要注明半径，直线不填。
6、特征点：一般为曲线五大桩，根据点位填写，ZH、HY、QZ、YH、HZ、ZY、YZ。对于圆曲线长度超过500米有两个及以上测量点时，分别命名为Y1、Y2、Y3…；
7、钢轨生产年份：查找钢轨标志，确定生产年份，用年份后两位数字表示。
8、测量日期：统一按照8位数字命名[4]。
2.2 命名示例
1、XY-X26+300LL2999-ZH-14-20170911：
襄渝下行线，K26+300曲线下左股，曲线半径2999m，曲线直缓点，钢轨为2014年生产，2017年9月11日测量。
2、CY-D367+500SL-10-20141025：
成渝单线，K367+500直线左股，钢轨为2010生产，2014年10月25日测量。
2.3 命名依据
廓形数据码中连字符“-”是为区分钢轨普查数据的各项指标，便于后续运用计算机语言正则表达式“分裂”操作对各项参数指标进行提取操作。
3 廓形数据码自动生成器
采用MATLAB 2018a 编制，运用MATLAB中的ActiveX控件接口技术调用EXCEL及WORD等OFFICE软件生成廓形数据码提高生产效率。如下为操作流程：
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图2 操作流程
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图3 钢轨普查作业廓形数据码生成器
3.1 制作构思
由于廓形数据码命名规则比较复杂，现场作业人员文化偏低等，现场采用手工书写的方式难以提高作业效率，满足钢轨普查周期。故采用MATLAB编制钢轨数据码制作器，批量生成廓形数据码，使用粘贴数据码的方式代替人工手写，极大的提高作业效率。如下图：
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图4 手写作业方式
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图5 数据码粘贴作业方式
3.2制作原理
根据既有线路LKJ曲线参数，存放于excel表格中，通过MATLAB xlsread命令将数据写入数组，并通过一系列数组操作，生成廓形数据码后并通过com接口调用OFFICE软件将数据导出到excel表格及word文档中，并通过接口同步调整文档格式大小便于后期打印。如下图所示：
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图6 廓形数据码生成
3.3制作细节
3.3.1 汉字转拼音首字母
通过建立内部函数的方式（function [quanpin,firstword] = FunPinyin(w)）导入常用汉字字典，字典根据《GB2312-80》生成，包含规定的一级汉字及二级汉字。所有多音字按单音字处理。输出的两个变量一个是拼音，一个是该汉字拼音的首字母。输入汉字作为变量进入FunPinyin()函数后采用For循环的方式与字典内部汉字进行匹配，匹配成功后即可输出该汉字的全拼及拼音首字母。
3.3.2 观测桩点位的确定
根据曲线LKJ数据，写入数组后遍历数组每一行，并同步获取每条曲线五大桩参数，如：曲线起止点里程、缓和曲线长度及曲线开向，通过这些参数判定该曲线所需廓形数据码新建数组并写入。由于MATLAB可快速的将同型数组进行横向或纵向拼接，故可快速的对数组进行迭代，最终得到批量生成的廓形数据码元胞数组[5]。
3.3.3 MATLAB与WORD及EXCEL的交互
通过组件对象模型（COM）及MATLAB中的ActiveX控件接口技术即可通过MATLAB操作EXCEL、WORD等办公软件，实现真正意义的自动化办公[5]。
3.3.4 EXCEL对象操作
EXCEL包含的主要对象为Workbook、Worksheet及Cells，即工作薄、工作表及单元格。通过获取相应的对象句柄[5]，进行相应的设置方可实现对EXCEL内部的所有操作，如：新建工作簿、工作表及设置某个工作表下某个单元格的大小、内部文字及背景颜色。如：
Excel = actxserver('Excel.Application');%通过接口调用Excel
Excel.PageSetup.TopMargin = 55;%调整顶部页边距为55
Excel.Range('A3').ColumnWidth=28;%调整A3单元格宽度为28
Excel.Range('A3').Value=’成昆’%设置A3单元格内容为“成昆”
3.3.5 WORD对象操作
WORD包含的主要对象为Document、Paragraph及Section，即文档、段落及光标所在区域。通过获取相应的对象句柄[5]，进行相应的设置方可实现对WORD内部的所有操作，如：新建文档、换行及设置光标所在区域字体大小、颜色及字体，甚至可以插入表格及修改页边距大小。如：
Word = actxserver('Word.Application');%通过接口调用Word
Selection.MoveRight;%光标向右移动
Document = Word.Documents.Add;%新建一个文档
Selection.Font.Size = 22; % 设置字体大小
Selection.Font.Name='黑体'% 设置字体类型
4 结束与建议
钢轨普查数据作为钢轨服役状态一个重要技术参数，反映了钢轨使用变化过程，特别是小半径曲线地段钢轨伤损多发、磨耗异常，可检验钢轨廓形打磨及钢轨材质选择等方面是否存在问题。通过定期开展钢轨普查作业，动态掌握钢轨状态，从而合理提供大修换轨建议。而钢轨廓形数据码的自动生成极大的提高了钢轨普查作业的效率，节省了劳力及工时，保障了该项工作的有力开展。现场运用发现，该项创新受到了集团公司下各个站段的青睐，对集团公司钢轨专业管理起到了极大的推进作用。
参考文献
[1]中华人民共和国铁道部.铁路线路修理规则[M].北京:中国铁道出版社,2006.
[2]铁道部运输局基础部.铁路线路修理规则条文说明[M].北京:中国铁道出版社,2008.
[3]戴春阳,胡华锋,高亮,辛涛.地铁运营条件与线路参数对曲线钢轨磨耗的影响[J].都市快轨交通,2011,24(5):6-10.
[4]中国铁路成都局集团有限公司. 钢轨状态普查作业指导书:CDG/GW132-2020[A]. 成都，2020
[5]向导科技. MATLAB6.0 程序设计与实例应用[M].中国铁道出版社.2001
作者简介：徐鹏宇（1993.2—），男，汉，四川省成都,硕士,单位：中国铁路成都局集团公司成都工务段普兴线路车间，研究方向：钢轨修理，自动化提高生产力