近年来，随着我国城市化发展的不断加快，我国经济迎来了持续高速发展的黄金阶段，与此同时，城市基础设施尤其是公共交通设施的建设规模不足与发展速度过慢等问题也开始成为制约城市社会经济稳步发展的重要因素。城市轨道交通具有运量大、速度快、能耗低、污染小、安全可靠等突出优点，有利于优化城市轨道交通结构的发展。据统计，截至2018年12月31日，我国开通运营城市轨道交通线路的城市共36个，运营线路总长度达5494.9km，累计开通运营线路169条，运营车站3513座。由此可见，我国城市轨道交通的发展正步入新的发展阶段。

“第三轨”是沿着电气化铁路运行轨布置并将电力输送给机车的刚性输电导轨。第三轨系统担任传输电流的角色，它直接影响城市轨道交通牵引供电系统甚至整个轨道交通系统的安全可靠运行。第三轨系统主要由第三轨、端部弯头、第三轨接头、防爬器、绝缘子、防护罩、隔离开关设备、电缆等构成。其安装位置应根据车辆集电靴的限界轮廓、安装尺寸及与相邻的走行轨距离确定。第三轨通常有三种受流方式, 即上接触式、下接触式和侧接触式。地铁第三轨测量方法可分为两类：一类是机械与电子技术相结合的接触式测量，如采用膨胀应变片和加速度传感器等；另一类是采用光电技术的非接触式测量，如采用电荷藕合器件(CCD)、激光传感器等。第三轨高低距离定义为第三轨轨顶面到两基本轨轨顶所在平面的垂直距离，第三轨水平距离定义为第三轨轨头中心线到相邻基本轨轨头内侧的距离。第三轨与基本轨的高低差及水平距离，会直接影响地铁牵引机车动力源的稳定性和可靠性。

研究第三轨与基本轨的高低差及水平距离相关参数，其目的是为了给第三轨提供维护和调整的科学依据。为此，国内外学者作了大量的相关研究。铁道部研究院顾世平等人针对北京地铁第三轨基于光电技术的非接触式对第三轨的高低、水平距离进行监测，更为清晰地观察第三轨的变化情况。张爱明等人基于广州地铁第三轨将第三轨检测系统搭建在综合检测车的检测平台上，采用反射式设计以及摄像机镜片组的相对位置固定不变，经过运算和分析可以计算出第三轨相对于摄像机的几何位置以及其轮廓。张玉峰根据地铁第三轨馈电与受流的特点，提出了第三轨参数检测与评价系统的设计与实现方法，根据所测的主要参数来评价第三轨的轨靴关系。DTK公司开发了一种测试装置，可以采集轨道车辆通过钢轨接头和道岔处以及受流器滑靴滑过第三轨接触缝隙时受流器的滑靴、旋转摆臂所承受的机械载荷参数，以及测量基本轨与第三轨的相对位置和计算容许误差，该测量装置还可以测量车辆运行速度、地点等信号作为辅助补充信息。伦伟克等人采用进口的高速、高精度线阵扫描相机及高精度激光测距传感器测量轨距，结合系统的数据分析处理测出第三轨与基本轨之间的几何参数，为维护和及时准确地排除故障提供可靠的数据依据。Yaw-juen Wang等人使用基于导体技术的数值方法来评估台北高速轨道车辆第三轨的频变阻抗。王瑞在借鉴前人研究的基础上，将受流器模型等效为单刚体系统，第三轨模型等效为有限梁单元，利用非线性赫兹接触理论对第三轨、受流器系统进行动力学分析。王振云等人通过建立接触轨-受流器系统的运动模型，分析接触界面匹配的特性，以识别影响运行速度的因素，为受流器的选择、接触轨系统工程设计和安装施工提供必要参考。尹洪权通过建立第三接触轨与受流器直接耦合的动力仿真模型，然后得出最佳的受流器和第三轨的技术参数。李国富基于无锡地铁所使用的下接触式摆臂绝缘式受流器—接触轨系统为研究对象，依据车辆运行过程中受流器的弹性变形与振动特性，建立了合理简化的刚柔耦合动力学仿真计算模型，研究了不同影响因素参数对受流系统动力学响应的影响规律。E.Stewart等人在轨道车辆转向架和受流器上安装测试传感器，通过线路试验方法测量受流器/第三轨系统的动力学特性。试验结果表明，受流器滑靴的滞后效应会导致靴轨接触压力为零的状态发生即产生靴轨离线现象，另外，第三轨表面的不平顺与端头斜面会对受流器造成短暂的较大冲击力。S.R.Green等人针对受流器在工作时与第三轨分离而导致的离线问题设计了一种检测装置，该检测装置可对受流器与第三轨的接触状态以及受流器的运行姿态进行实时监测，当受流器摆臂由于疲劳损坏或滑靴承受过大的动态载荷而导致靴轨分离时，检测装置可及时反馈离线现象并定位离线路段位置。

据目前地铁运营的过程中,第三轨检测系统一般包括定位信息、冲击加速度检测、第三轨的高低、水平距离检测、第三轨膨胀间隙、离线率检测、车辆运行速度、环境温度检测等。本文旨在以武汉地铁所使用的某型下接触式第三轨系统为研究对象，设计对第三轨的高低、水平距离进行检测的测量方案，然后运用有限元仿真分析对测量方案进行分析和计算。如果其测量结果能准确地反映第三轨的运行状态，它不但可以使我们准确地发现第三轨的故障隐患，为第三轨检修和维护提供技术依据；而且还可以使运营部门掌握第三轨的实际工况，进一步制定应对措施，保证设备的安稳运行。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究内容