Railway applications — Track geometry quality — Part 1: Characterization of track geometry and track geometry quality

This document defines track geometry parameters and specifies the minimum requirements for track geometry measurements and the evaluation method for track geometry quality. This document is applicable to 1 435 mm and wider track gauges. The urban/light rail systems, tramways and any track gauge narrower than 1 435 mm are excluded from the scope of this document, however it can be used as a reference.

Applications ferroviaires — Qualité géométrique de la voie — Partie 1: Caractérisation de la géométrie de la voie et de la qualité géométrique de la voie

Le présent document définit les paramètres géométriques de la voie et spécifie les exigences minimales concernant les mesurages de la géométrie de la voie et les méthodes d'évaluation de la qualité géométrique de la voie. Le présent document s'applique aux voies d'écartement supérieur ou égal à 1 435 mm. Les systèmes légers sur rail/urbains, les tramways et toutes voies d'écartement inférieur à 1 435 mm sont exclus du domaine d'application du présent document, qui peut toutefois être utilisé comme référence.

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Published
Publication Date
30-Aug-2022
Current Stage
6060 - International Standard published
Due Date
24-Aug-2022
Completion Date
31-Aug-2022
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 23054-1
First edition
2022-08
Railway applications — Track
geometry quality —
Part 1:
Characterization of track geometry
and track geometry quality
Applications ferroviaires — Qualité géométrique de la voie —
Partie 1: Caractérisation de la géométrie de la voie et de la qualité
géométrique de la voie
Reference number
ISO 23054-1:2022(E)
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ISO 23054-1:2022(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ..................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions, symbols and abbreviations ....................................................................................................... 1

3.1 Terms and definitions ...................................................................................................................................................................... 1

3.2 Symbols and abbreviations ......................................................................................................................................................... 3

4 Description of the track coordinate system ........................................................................................................................... 4

5 Definition of track geometry parameters ................................................................................................................................. 5

5.1 Track gauge ................................................................................................................................................................................................ 5

5.2 Alignment .................................................................................................................................................................................................... 6

5.3 Longitudinal level ................................................................................................................................................................................ 6

5.4 Cross level ................................................................................................................................................................................................... 7

5.5 Twist ................................................................................................................................................................................................................ 8

5.6 Other parameters ................................................................................................................................................................................. 8

6 Measurement requirements of track geometry ................................................................................................................. 8

6.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 8

6.2 Measurement conditions ............................................................................................................................................................... 9

6.3 Measuring systems and evaluation methods for longitudinal level and alignment ................. 9

6.3.1 Measuring systems .......................................................................................................................................................... 9

6.3.2 Evaluation methods ......................................................................................................................................................... 9

6.3.3 Relationship of measuring systems and evaluation methods ................................................... 9

6.3.4 Wavelength ........................................................................................................................................................................... 10

6.3.5 Chord length ........................................................................................................................................................................ 11

6.4 Resolution and range of measurement ..........................................................................................................................12

6.4.1 Resolution ..............................................................................................................................................................................12

6.4.2 Range of measurement .............................................................................................................................................. 13

6.5 Output requirement ........................................................................................................................................................................15

7 Assessment method of track geometry ....................................................................................................................................15

7.1 General ........................................................................................................................................................................................................ 15

7.2 Peak values of isolated defects .............................................................................................................................................. 16

7.3 Standard deviation .......................................................................................................................................................................... 16

7.4 Others .......................................................................................................................................................................................................... 17

7.4.1 Power spectral density .............................................................................................................................................. 17

7.4.2 Track quality index ........................................................................................................................................................ 18

Annex A (informative) Additional analysis and parameters ..................................................................................................19

Annex B (informative) Measurement of acceleration .....................................................................................................................21

Annex C (normative) Filter requirements ..................................................................................................................................................23

Annex D (informative) Background to filtering ...................................................................................................................................27

Annex E (informative) Decolouring process ............................................................................................................................................29

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................33

iii
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ISO 23054-1:2022(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).

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on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).

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expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to

the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see

www.iso.org/iso/foreword.html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 269, Railway applications, Subcommittee

SC 1, Infrastructure.
A list of all parts in the ISO 23054 series can be found on the ISO website.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 23054-1:2022(E)
Railway applications — Track geometry quality —
Part 1:
Characterization of track geometry and track geometry
quality
1 Scope

This document defines track geometry parameters and specifies the minimum requirements for track

geometry measurements and the evaluation method for track geometry quality.

This document is applicable to 1 435 mm and wider track gauges. The urban/light rail systems,

tramways and any track gauge narrower than 1 435 mm are excluded from the scope of this document,

however it can be used as a reference.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions, symbols and abbreviations
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1.1
track geometry parameters

parameters to describe geometrical characteristics of the track, such as track gauge, longitudinal level,

alignment, cross level, twist
3.1.2
track geometry quality

assessment of deviation in the vertical and lateral planes from the average or designed geometrical

characteristics of specified parameters which give rise to safety concerns or have a correlation with

ride quality
3.1.3
gauge face
inside face of the running rail head
3.1.4
running table
upper surface of the head of the rail
Note 1 to entry: See Figure 1.
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ISO 23054-1:2022(E)
Key
1 running table
[1],[2]
Figure 1 — Running table
3.1.5
running surface

curved surface defined by the longitudinal displacement of a straight line perpendicular to the centre-

line of the track and tangential to both running tables
Note 1 to entry: See Figure 2.
Figure 2 — Running surface
3.1.6
uncertainty

value defining the interval about the result of a measurement expected to encompass a large fraction of

[3]
the distribution of values that could reasonably be attributed to the measurand

Note 1 to entry: The coverage factor is equal to 2. The uncertainty as defined corresponds to a confidence interval

of about 95 % of a normal distribution.
3.1.7
resolution

smallest change in the value of a quantity to be measured which produces a detectable change in the

indication of the measuring instrument
3.1.8
chord length
length of the straight line (chord) between two points on the same rail
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ISO 23054-1:2022(E)
3.1.9
chord measurement system

system which measures track geometry by perpendicular distance (i.e. offset) from the chord to the

chosen rail measurement point within its length
Note 1 to entry: See Figure 3.
Key
1 rail
V offset
L chord length
a,b divided chord length, L=a+b
Figure 3 — Chord measurement

Note 2 to entry: It is symmetrical chord measurement when a=b, otherwise it is asymmetrical chord measurement.

3.1.10
inertial measurement system

system which measures track geometry by referring the rail position to an inertial reference, which

may be provided by a combination of accelerometers, gyroscopes, and sometimes magnetometers

3.1.11
wavelength range
space domain covered by the track geometry measurements
3.1.12
sampling distance
equal distance travelled between each two consecutive measured points
3.1.13
range of measurement
specific domain described by its limits
3.1.14
isolated defect
part of the signal exceeding a given limit with at least one sample
3.2 Symbols and abbreviations
Symbol Designation Unit
G Track gauge mm

Limit of the range below the running surface within which the gauge is measured. Z is mm

always 14~16 mm for a Vignole rail

Deviation in the direction of consecutive running table levels on right hand rail. Used in mm

ll1
the measurement of longitudinal level

Deviation in the direction of consecutive running table levels on left hand rail. Used in the mm

ll2
measurement of longitudinal level
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ISO 23054-1:2022(E)
Symbol Designation Unit

Distance between point P and a reference line on right hand rail. Used in the measurement mm

of alignment

Distance between point P and a reference line on left hand rail. Used in the measurement mm

of alignment
P Gauge face contact point

Wavelength ranges which are correlated to line speed and are classified into short, me-

W , W , W
1 2 3
dium and long wavelengths

Chord length class which are based on line speed and are classified into short and long

C , C
1 2
chord lengths
V Amplitude from the zero line. Used in the measurement of twist mm/m
V Amplitude from the mean value. Used in the measurement of twist mm/m
ℓ Twist base-length m
X, Y, Z Axes of a track coordinate system

C Filtered cross level which is obtained by high-pass filtering of cross level mm

Combined irregularity refers in particular to the combined irregularity of alignment and mm

filtered cross level

Track quality index. The combined standard deviation of track geometric irregularities

T including left longitudinal level, right longitudinal level, level alignment, right alignment,

gauge, cross level and twist

L Chord Length. Length of the straight line between the two points on the same rail m

K Combination coefficient
4 Description of the track coordinate system

The track geometry quality is described by means of a moving right-hand Cartesian coordinate system

centered to the track with clockwise rotation (see Figure 4):

— X-axis: axis represented as an extension of the track towards the direction of running;

— Y-axis: axis parallel to the running surface;
— Z-axis: axis perpendicular to the running surface and pointing downwards.

NOTE This description is for the coordinate system of the measurement vehicle. It is up to the infrastructure

manager to define a reference direction of the track.
Key
Running direction.
Intersection between considered cross section and running surface.
Track coordinate system.
Figure 4 — Relationship between the axes of the track coordinate system
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ISO 23054-1:2022(E)

Rail identification (left or right rail) and sign convention of parameter measurement is not in the scope

of the standard but should be agreed between parties for the purpose of exchanging data.

5 Definition of track geometry parameters
5.1 Track gauge

Track gauge, G, is the smallest distance between lines perpendicular to the running surface intersecting

each rail head profile at point P in a range from 0 to Z below the running surface. In this standard, Z is

p p
in the range of 14 mm to 16 mm.

NOTE Track gauge limit values depend on the chosen Z value. For example, Z is 14 mm in Europe and Japan

p p
and 16 mm in China and Japan.

In the situation of new unworn rail head, the point P will be at the limit Z below the rail head, as shown

in Figure 5.
Key
1 running surface
Figure 5 — Track gauge for new rail (example in case rails are tilted)

In the situation of worn rail head the height of point P for the left rail can be different from the right rail,

as shown in Figure 6.
Key
1 running surface
Figure 6 — Track gauge for worn rail (example in case rails are tilted)
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ISO 23054-1:2022(E)
5.2 Alignment

Alignment is the deviation Y and Y in Y-direction of the position of point P (see 5.1) on any rail from

p1 p2

the reference line. The reference line can be the design alignment or a smoothed alignment calculated

from successive measurements (see Figure 7).

Alignment measurements shall be made with either an inertial measurement system or a chord

measurement system (that should preferably be asymmetrical chord), or a combination of both. Those

measurement systems will produce results in different domains (space or versine respectively). It

is possible to transform the measured signals between domains using a colouring/decolouring/

recolouring process.
Key
P point P according to 5.1
1 reference line
Figure 7 — Alignment
5.3 Longitudinal level

Longitudinal level is the deviation Z and Z in Z-direction of running table levels on any rail from the

ll1 ll2

reference line. The reference line can be the design longitudinal level or a smoothed longitudinal level

calculated from successive measurements (see Figure 8).

Longitudinal level measurements shall be made with either inertial measurement system or a chord

measurement system (that should preferably be asymmetrical chord), or a combination of both. Those

measurement systems will produce results in different domains (space or versine respectively). It

is possible to transform the measured signals between domains using a colouring/decolouring/

recolouring process.
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ISO 23054-1:2022(E)
Key
1 running table
2 reference line
Figure 8 — Longitudinal level
5.4 Cross level

The difference in height of the adjacent running tables computed from the angle between the running

surface and a horizontal reference plane. It is expressed as the height of the vertical leg of the right-

angled triangle having a hypotenuse that relates to the nominal track gauge as follows (see Figure 9):

— For nominal gauge of 1 435 mm the hypotenuse is 1 500 mm in length.
— For nominal gauges of 1 520 and 1 524 mm the hypotenuse is 1 600 mm in length.
— For nominal gauge of 1 668 mm the hypotenuse is 1 740 mm in length.
Cross level is also called cant or superelevation.
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ISO 23054-1:2022(E)
Key
1 cross level
2 running surface
3 horizontal reference plane
4 hypotenuse
inclination angle
Figure 9 — Cross level
5.5 Twist

The algebraic difference between two cross levels divided by their distance apart (base-length ℓ),

typically expressed as mm/m or ‰.
5.6 Other parameters

Other parameters contribute to an understanding of vehicle track interaction and ride quality. These

other parameters can be obtained by direct measurement or by derived measurement. A representative

list of additional analysis and parameters are shown in the Annex A.
6 Measurement requirements of track geometry
6.1 General

The track geometry is measured by the track geometry measuring systems mounted on track recording

vehicles, commercial vehicles, track maintenance machines or manually operated devices. It is intended

to:
— measure track geometry parameters;

— measure the longitudinal distance at the sampling distance which should not exceed 0,25 m;

— associate the location to the measured data;
— process the measured data, preferably on site.
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ISO 23054-1:2022(E)

The track geometry measuring system shall produce reliable results under normal operating conditions.

The measured data can be used for track quality monitoring, assessment, maintenance planning and

safety assurance as related to track geometry.

The speed range shall be from standstill to the maximum permissible measuring speed of the vehicle if

a chord measurement system is used; if an inertial measurement system is used, a minimum speed may

be necessary to measure some parameters.
6.2 Measurement conditions

In order to reproduce the dynamic effects of vehicles on the track, all of the geometric parameters

should preferably be measured under loaded condition.

NOTE Typically, the loading at the measuring point of the rail is equivalent to a minimum vertical wheel load

of 25 kN when considering an average track stiffness of 90 kN/mm per rail (wheel load divided by rail deflection)

and a flat bottom (Vignole) rail.

There can be differences in all track geometry parameter values according to whether they are

measured under loaded or unloaded, static or dynamic condition. These differences should be taken

into account when comparing measurements and when defining limits for assessment of track geometry

parameters.

In case of unloaded or static measurement conditions, such conditions shall be documented.

The results of measurements shall be within the specified measurement precision for different speeds

and for each direction of recording. If this is not the case, the domain of validity and/or the direction

shall be specified.

All parameters shall be measured at the same location within the specified sampling distance.

All principal parameters shall be measured at the same sampling distance. For signal processing

and signal analysis reasons, this sampling distance should be determined to be consistent with the

wavelength ranges and chord lengths.

6.3 Measuring systems and evaluation methods for longitudinal level and alignment

6.3.1 Measuring systems
There are two measuring systems for longitudinal level and alignment:
— Inertial measurement system
— Chord measurement system
6.3.2 Evaluation methods
There are two evaluation methods for longitudinal level and alignment:
— Wavelength range method
— Chord based method
6.3.3 Relationship of measuring systems and evaluation methods

Measuring systems and evaluation methods have a relationship to convert interactively between them

(Figure 10).
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ISO 23054-1:2022(E)
Key
Measuring system:
1 inertial measurement system
2 chord measurement system
Evaluation method:
3 wavelength range method
4 chord based method
Conversion process:

A indicates filtering procedure to convert track geometry measured by an inertial measurement system for

evaluation method of track irregularity by wavelength range method, see Annexes C and D.

B indicates colouring procedure to convert track geometry measured by an inertial measurement system for the

evaluation of track irregularity by chord based method.

C indicates decolouring procedure to convert track geometry measured by a chord measurement system for the

evaluation of track irregularity by wavelength range method, see Annex E.

D indicates recolouring procedure to convert track geometry measured by a specified chord measurement

system for the evaluation method of track irregularity by another chord based method. If the same chord for

measurement and assessment is used, the recolouring procedure is not used.
Figure 10 — Relationship to measuring systems and evaluation methods

Railway authority and infrastructure manager can adopt any of the above measuring systems and

evaluation methods.
6.3.4 Wavelength

Wavelengths of interest are correlated to line speed and are classified into short, medium and long

wavelengths. The correlation with line speed is that the faster the vehicle travels, the more susceptible

the vehicle is to longer wavelength irregularities. To encompass the current state of the art, the short,

medium and long wavelengths shall be expressed as a band pass filter that has an upper and lower level

to each side of the band.
The wavelength classes are defined in Table 1.

Short wavelength shall consist of a band pass filter with a lower cut-off ≤ 3 m and an upper cut-off from

25 m to 42 m.
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ISO 23054-1:2022(E)

Medium wavelength shall consist of a filter with a low pass ≤ 25 m and a high pass at 70 m.

NOTE 1 Medium wavelength, W is generally only considered for line speeds between 150 km/h to 250 km/h.

Long wavelength shall consist of a filter with a low pass ≤ 70 m and a high pass from 120 m to 200 m.

NOTE 2 Long wavelength, W is generally only considered for line speeds of 250 km/h or greater.

All filters shall conform to Annex C.
Table 1 — Wavelength class
Wavelength Lower cut-off wavelength Upper cut-off wavelength
class
W ≤ 3 m 25-42 m
W ≤ 25 m 70 m
W ≤ 70 m 120-200 m
6.3.5 Chord length

Chord lengths are chosen based on the wavelengths of interest, which are correlated to line speed.

Chord lengths are classified into short and long chord lengths. The correlation with line speed is that

the faster the vehicle travels, the more susceptible the vehicle is to longer wavelength irregularities. To

encompass the current state of the art, the short base chord length shall be between 5 m and 20 m, and

the long base chord length shall be not less than 20 m.
Key
m magnitude of the transfer function
w wavelength (m)
transfer function− 5 m/5 m
transfer function− 5,5 m/4,5 m

Figure 11 — Example for transfer function of 10 m chord symmetrical vs. asymmetrical

The division of the chord in the chord measurement system has a significant effect on the transfer

function. Figure 11 shows an example of a symmetrical chord and an asymmetrical chord in 10 m chord.

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ISO 23054-1:2022(E)

In case of the symmetrical chord measurement system, the relationship between wavelength and the

transfer function is shown in Figure 12. This figure demonstrates the longer the wavelength of interest,

the longer the chord length.
Key
g gain
w wavelength (m)
1 5 m chord
2 10 m chord
3 40 m chord
Figure 12 — The relationship between the wavelength and the transfer function
The chord length classes are defined in Table 2.
Table 2 — Chord length class
Chord length class Base chord
C 5-20 m
C > 20 m

NOTE Long chord length, C is generally only considered for line speeds of 250 km/h or greater.

6.4 Resolution and range of measurement
6.4.1 Resolution

The resolution shall be ≤ 0,1 mm for track recording vehicles, commercial vehicles.

The resolution shall be ≤ 0,5 mm for track maintenance machines, trolleys or manually operated

devices.

The needed resolution will depend on the chord length, i.e. the shorter the chord is, the smaller the

resolution should be.
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ISO 23054-1:2022(E)
6.4.2 Range of measurement
6.4.2.1 Track gauge
The range shall be the nominal gauge -15 mm/+50 mm.
6.4.2.2 Alignment
6.4.2.2.1 Wavelength range method
The requirements are specified in Table 3.
Table 3 — Alignment: range of measurement (based on wavelength class)
Dimensions in millimetres
Wavelength class W W W
1 2 3
Range of measurement ±50 ±100 ±300
NOTE The high ranges of measurement stated
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 23054-1
Première édition
2022-08
Applications ferroviaires — Qualité
géométrique de la voie —
Partie 1:
Caractérisation de la géométrie de la
voie et de la qualité géométrique de la
voie
Railway applications — Track geometry quality —
Part 1: Characterization of track geometry and track geometry
quality
Numéro de référence
ISO 23054-1:2022(F)
© ISO 2022
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ISO 23054-1:2022(F)
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Publié en Suisse
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ISO 23054-1:2022(F)
Sommaire Page

Avant-propos .............................................................................................................................................................................................................................iv

1 Domaine d'application ...................................................................................................................................................................................1

2 Références normatives ..................................................................................................................................................................................1

3 Termes et définitions, symboles et abréviations .............................................................................................................. 1

3.1 Termes et définitions ........................................................................................................................................................................ 1

3.2 Symboles et abréviations .............................................................................................................................................................. 4

4 Description du système de coordonnées de voie .............................................................................................................. 4

5 Définition des paramètres géométriques de la voie ...................................................................................................... 5

5.1 Écartement de voie ............................................................................................................................................................................. 5

5.2 Dressage ....................................................................................................................................................................................................... 6

5.3 Nivellement longitudinal ............................................................................................................................................................... 6

5.4 Dévers ............................................................................................................................................................................................................. 7

5.5 Gauche ............................................................................................................................................................................................................ 8

5.6 Autres paramètres .............................................................................................................................................................................. 8

6 Exigences relatives au mesurage de la géométrie de la voie ................................................................................ 8

6.1 Généralités ................................................................................................................................................................................................. 8

6.2 Conditions de mesure ....................................................................................................................................................................... 9

6.3 Systèmes de mesure et méthodes d’évaluation de nivellement longitudinal et de

dressage ........................................................................................................................................................................................................ 9

6.3.1 Sytèmes de mesure........................................................................................................................................................... 9

6.3.2 Méthodes d’évaluation .................................................................................................................................................. 9

6.3.3 Relation entre les systèmes de mesure et les méthodes d'évaluation ................................ 9

6.3.4 Longueur d'onde .............................................................................................................................................................. 10

6.3.5 Longueur de corde ......................................................................................................................................................... 11

6.4 Résolution et étendue de la mesure .................................................................................................................................. 13

6.4.1 Résolution ..............................................................................................................................................................................13

6.4.2 Étendue de la mesure .................................................................................................................................................. 14

6.5 Exigences relatives à la sortie des résultats.............................................................................................................. 16

7 Méthode d'évaluation de la géométrie de la voie ...........................................................................................................16

7.1 Généralités .............................................................................................................................................................................................. 16

7.2 Valeurs crête de défauts isolés .............................................................................................................................................. 17

7.3 Écart-type ................................................................................................................................................................................................ 18

7.4 Autres paramètres ........................................................................................................................................................................... 19

7.4.1 Densité spectrale de puissance .......................................................................................................................... 19

7.4.2 Indice de qualité de la voie ..................................................................................................................................... 19

Annexe A (informative) Analyse supplémentaire et paramètres ......................................................................................21

Annexe B (informative) Mesure de l'accélération ..............................................................................................................................23

Annexe C (normative) Exigences applicables aux filtres ............................................................................................................25

Annexe D (informative) Renseignements sur le filtrage .............................................................................................................30

Annexe E (informative) Processus de décoloration .........................................................................................................................32

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................36

iii
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ISO 23054-1:2022(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.

L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents

critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a

été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir

www.iso.org/directives).

L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion

de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 269, Applications ferroviaires, sous-

comité SC 1, Infrastructure.

Une liste de toutes les parties de la série ISO 23054 est disponible sur le site Web de l'ISO.

Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent

document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
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NORME INTERNATIONALE ISO 23054-1:2022(F)
Applications ferroviaires — Qualité géométrique de la
voie —
Partie 1:
Caractérisation de la géométrie de la voie et de la qualité
géométrique de la voie
1 Domaine d'application

Le présent document définit les paramètres géométriques de la voie et spécifie les exigences minimales

concernant les mesurages de la géométrie de la voie et les méthodes d'évaluation de la qualité

géométrique de la voie.

Le présent document s'applique aux voies d'écartement supérieur ou égal à 1 435 mm. Les systèmes

légers sur rail/urbains, les tramways et toutes voies d'écartement inférieur à 1 435 mm sont exclus du

domaine d'application du présent document, qui peut toutefois être utilisé comme référence.

2 Références normatives
Le présent document ne contient aucune référence normative.
3 Termes et définitions, symboles et abréviations
3.1 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.

L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse http:// www .iso .org/ obp

— IEC Electropedia: disponible à l'adresse https:// www .electropedia .org/
3.1.1
paramètres géométriques de la voie

paramètres servant à décrire les caractéristiques géométriques de la voie, telles que l'écartement de

voie, le nivellement longitudinal, le dressage, le dévers et le gauche
3.1.2
qualité géométrique de la voie

évaluation des variations dans les sens vertical ou latéral des paramètres spécifiés, par rapport à la

moyenne ou aux caractéristiques géométriques de construction, qui peuvent compromettre la sécurité

ou être corrélées à la qualité de marche
3.1.3
face active du rail
côté intérieur du champignon du rail
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ISO 23054-1:2022(F)
3.1.4
table de roulement
surface supérieure du champignon du rail
Note 1 à l'article: Voir Figure 1.
Légende
1 table de roulement
[1],[2]
Figure 1 — Table de roulement
3.1.5
surface de roulement

surface courbe définie par le déplacement longitudinal d'une ligne droite perpendiculaire à l'axe central

de la voie et tangente aux deux tables de roulement
Note 1 à l'article: Voir Figure 2.
Figure 2 — Surface de roulement
3.1.6
incertitude

valeur définissant l'intervalle autour du résultat de mesure qui est présumé englober une fraction

importante de la distribution des valeurs qui pourraient être attribuées raisonnablement au

[3]
mesurande

Note 1 à l'article: Le facteur d'élargissement est égal à 2. L'incertitude ainsi définie correspond à un intervalle de

confiance d'environ 95 % d'une distribution normale.
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3.1.7
résolution

plus petit changement de la valeur d'une grandeur à mesurer qui produit une modification détectable

dans l'indication de l'instrument de mesure
3.1.8
longueur de corde
distance de la ligne droite (la corde) entre deux points sur le même rail
3.1.9
système de mesure de corde

système qui mesure la géométrie de la voie par la distance verticale (c.-à-d. le décalage) entre la corde

et le point de mesure choisi sur la longueur du rail
Note 1 à l'article: Voir Figure 3.
Légende
1 rail
V décalage
L longueur de corde
a,b longueur de corde divisée, L = a+b
Figure 3 — Mesurage de corde

Note 2 à l'article: Lorsque a = b, il s'agit d'un mesurage de corde symétrique. À défaut, il s'agit d'un mesurage de

corde asymétrique.
3.1.10
système inertiel de mesurage

système qui mesure la géométrie de la voie en comparant la position du rail à une référence inertielle,

qui peut être fournie par une combinaison d'accéléromètres, de gyroscopes et parfois de magnétomètres

3.1.11
domaine de longueurs d'onde
domaine spatial couvert par les mesurages de la géométrie de la voie
3.1.12
pas d'échantillonnage

distance parcourue entre deux points de mesure consécutifs, identique entre tous les points de mesure

consécutifs
3.1.13
étendue de la mesure
domaine de mesure spécifié par ses limites
3.1.14
défaut isolé
partie du signal dépassant une limite donnée avec au moins un échantillon
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ISO 23054-1:2022(F)
3.2 Symboles et abréviations
Symbole Désignation Unité
G Écartement de voie mm

Limite de l'intervalle situé au-dessous de la surface de roulement et dans lequel mm

l'écartement est mesuré. Z est toujours de 14 mm ~ 16 mm pour un rail Vignole

Variation des altitudes consécutives de la table de roulement de la file droite. Utilisée mm

ll1
pour les mesures du nivellement longitudinal

Variation des altitudes consécutives de la table de roulement de la file gauche. Utili- mm

ll2
sée pour les mesures du nivellement longitudinal

Distance entre le point P et une ligne de référence sur la file droite. Utilisée pour les mm

mesures du dressage

Distance entre le point P et une ligne de référence sur la file gauche. Utilisée pour les mm

mesures du dressage
P Point de contact de la face active du rail pour la mesure de l'écartement

W , W , W Domaines de longueurs d'onde corrélés à la vitesse de la ligne et divisés en petites,

1 2 3
moyennes et grandes longueurs d'onde

Classes de longueur de corde, déterminées à partir de la vitesse de la ligne et sont

C , C
1 2
classées en longueurs de corde courtes et longues.

Amplitude par rapport à la ligne de référence zéro. Utilisée pour les mesures du mm/m

gauche

V2 Amplitude par rapport à la valeur moyenne. Utilisée pour les mesures du gauche mm/m

ℓ Longueur de base pour la mesure du gauche m
X, Y, Z Axes d'un système de coordonnées de voie
C Dévers filtré qui est obtenu par filtrage passe-haut du dévers mm

L'irrégularité combinée se rapporte en particulier à l'irrégularité combinée dres- mm

sage/dévers filtré

Indice de qualité de la voie. Écart-type combiné d'irrégularités géométriques de la

T voie incluant le nivellement longitudinal gauche, le nivellement longitudinal droit, le

dressage, le dressage droit, l'écartement de voie, le dévers et le gauche

L Longueur de corde. Distance en ligne droite entre deux points sur le même rail m

K Coefficient de combinaison
4 Description du système de coordonnées de voie

La qualité géométrique de la voie est décrite en utilisant un système de coordonnées cartésiennes

direct centré sur la voie avec rotation dans le sens des aiguilles d'une montre (voir Figure 4):

— axe X: axe représenté comme un prolongement de la voie dans la direction du déplacement;

— axe Y: axe parallèle à la surface de roulement;
— axe Z: axe perpendiculaire à la surface de roulement et pointant vers le bas.

NOTE Cette description correspond au système de coordonnées du véhicule de mesure. Il appartient au

gestionnaire de l'infrastructure de définir une direction de référence de la voie.

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ISO 23054-1:2022(F)
Direction du déplacement.
Intersection entre une section transversale étudiée et la surface de roulement.
Système de coordonnées de voie.
Figure 4 — Relation entre les axes du système de coordonnées de voie

L'identification du rail (gauche ou droit) et la convention de signe de mesure des paramètres ne relèvent

pas du domaine d'application du présent document, mais il convient qu'elles soient fixées par accord

entre les différentes parties pour les besoins de l'échange de données.
5 Définition des paramètres géométriques de la voie
5.1 Écartement de voie

L'écartement de voie, G, est la plus petite distance entre des lignes perpendiculaires à la surface de

roulement dont l'intersection avec chaque profil de champignon est située au point P, dans un intervalle

variant de 0 à Z au-dessous de la surface de roulement Dans le présent document, Z est comprise

p p
entre 14 mm et 16 mm.

NOTE Les valeurs limites d'écartement de voie dépendent de la valeur de Z choisie. Par exemple, Zp est de

14 mm en Europe et au Japon et de 16 mm en Chine et au Japon.

Dans le cas d'un champignon de rail neuf, le point P sera à la limite de Z au-dessous du champignon,

comme représenté à la Figure 5.
Légende
1 surface de roulement

Figure 5 — Écartement de voie pour un rail neuf (exemple en cas d’inclinaison des rails)

Dans le cas d'un champignon usé, la hauteur du point P pour la file gauche peut être différente de celle

de la file droite, comme représenté à la Figure 6.
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Légende
1 surface de roulement

Figure 6 — Écartement de voie pour un rail usé (exemple en cas d’inclinaison des rails)

5.2 Dressage

Le dressage est la variation Y et Y suivant l'axe Y de la position du point P (voir 5.1) sur chaque file

p1 p2

par rapport à la ligne de référence. La ligne de référence peut être le dressage de conception ou un

dressage lissé, calculé à partir de mesures successives (voir Figure 7).

Les mesurages de dressage doivent être réalisés soit par un système de mesure inertiel, soit par un

système de mesure de corde (il convient que ce soit de préférence un système de corde asymétrique),

ou par une combinaison des deux méthodes. Ces systèmes de mesure produisent des résultats dans

des domaines différents (domaine spatial ou domaine de flèche). Il est possible de transformer les

signaux ainsi mesurés d'un domaine à l'autre en appliquant un processus de coloration/décoloration/

recoloration.
Légende
P point P selon 5.1
1 ligne de référence
Figure 7 — Dressage
5.3 Nivellement longitudinal

Le nivellement longitudinal est la variation Z et Z suivant l'axe Z des altitudes de la table de roulement

ll1 ll2

de chaque file par rapport à la ligne de référence. La ligne de référence peut être le nivellement

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longitudinal de conception ou un nivellement longitudinal lissé, calculé à partir de mesures successives

(voir Figure 8).

Les mesurages de nivellement longitudinal doivent être réalisés soit par un système de mesure inertiel,

soit par un système de mesure de corde (il convient que ce soit de préférence un système de corde

asymétrique), ou par une combinaison des deux méthodes. Ces systèmes de mesure produisent des

résultats dans des domaines différents (domaine spatial ou domaine de flèche). Il est possible de

transformer les signaux ainsi mesurés d'un domaine à l'autre en appliquant un processus de coloration/

décoloration/recoloration.
Légende
1 table de roulement
2 ligne de référence
Figure 8 — Nivellement longitudinal
5.4 Dévers

Il s'agit de la différence dans le sens de la hauteur des tables de roulement adjacentes, calculée à partir

de l'angle entre la surface de roulement et un plan horizontal de référence. Le dévers est exprimé

comme la hauteur du côté vertical du triangle rectangle dont l'hypoténuse représente l'écartement de

voie nominal, laquelle est définie ci-dessous (voir Figure 9):

— pour un écartement de voie nominal de 1 435 mm, la longueur de l'hypoténuse est de 1 500 mm;

— pour un écartement de voie nominal de 1 520 mm ou de 1 524 mm, la longueur de l'hypoténuse est

de 1 600 mm;

— pour un écartement de voie nominal de 1 668 mm, la longueur de l'hypoténuse est de 1 740 mm.

Le dévers est aussi appelé inclinaison ou surélévation.
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Légende
1 dévers
2 surface de roulement
3 plan horizontal de référence
4 hypoténuse
angle d’inclinaison
Figure 9 — Dévers
5.5 Gauche

Il s'agit de la différence algébrique entre deux valeurs de dévers divisée par la distance qui les sépare

(longueur de base ℓ), généralement exprimée en mm/m ou en ‰.
5.6 Autres paramètres

D'autres paramètres contribuent à la compréhension de l'interaction véhicule/voie et de la qualité de

roulement. Ces autres paramètres peuvent être obtenus par mesure directe ou par mesure dérivée. Une

liste représentative d'analyses et de paramètres supplémentaires est présentée à l'Annexe A.

6 Exigences relatives au mesurage de la géométrie de la voie
6.1 Généralités

Le mesurage de la géométrie de la voie est réalisé par des systèmes de mesure de la géométrie de la

voie montés sur des véhicules d'enregistrement de la voie, des véhicules commerciaux, des engins de

maintenance de la voie, des chariots ou des dispositifs manuels. Il vise à:
— mesurer les paramètres géométriques de la voie;

— mesurer la distance longitudinale au pas d'échantillonnage (il convient que celle-ci ne dépasse

pas 0,25 m);
— corréler l'emplacement de mesure aux données de mesure;
— traiter les données de mesure, préférentiellement sur site.
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ISO 23054-1:2022(F)

Le système de mesure de la géométrie de la voie doit produire des résultats fiables dans des conditions

de fonctionnement normales. Les données de mesure peuvent être utilisées pour la surveillance et

l'évaluation de la qualité de la voie, la planification de la maintenance et la garantie de sécurité liée à la

géométrie de la voie.

Si un système de mesure de corde est utilisé, la plage de vitesses doit aller de l'arrêt à la vitesse de

mesure maximale permise du véhicule; si un système de mesure inertiel est utilisé, une vitesse

minimale peut être nécessaire pour mesurer certains paramètres.
6.2 Conditions de mesure

Afin de reproduire les effets dynamiques des véhicules sur la voie, il convient préférentiellement de

mesurer tous les paramètres géométriques en voie, sous charge.

NOTE La charge appliquée au point de mesure du rail est généralement équivalente à une charge minimale

verticale de roue de 25 kN pour une voie de raideur moyenne de 90 kN/mm par rail (charge de roue divisée par

déformation du rail) et un rail à base plate (Vignole).

Les valeurs des paramètres géométriques de la voie peuvent présenter des différences selon la manière

dont les paramètres sont mesurés (sous charge ou à vide, condition dynamique ou statique). Il convient

de prendre en compte ces différences lors de la comparaison des mesures et lors de la définition des

limites d'évaluation des paramètres géométriques de la voie.

Pour les mesurages statiques ou à vide, de telles conditions doivent être documentées.

Les résultats de mesure doivent respecter la précision exigée pour des enregistrements effectués à

différentes vitesses et pour chaque sens d'enregistrement. Si ce n'est pas le cas, le domaine de validité

et/ou le sens doivent être précisés.

Tous les paramètres doivent être mesurés au même endroit, au pas d'échantillonnage spécifié.

Tous les principaux paramètres doivent être mesurés avec le même pas d'échantillonnage. Il convient

que ce pas d'échantillonnage soit fixé en cohérence avec les domaines de longueurs d'onde et longueur

de corde pour des raisons de traitement et d'analyse du signal.

6.3 Systèmes de mesure et méthodes d’évaluation de nivellement longitudinal et de

dressage
6.3.1 Sytèmes de mesure
Il existe deux systèmes de mesure de nivellement longitudinal et de dressage:
— le système inertiel
— le système de mesure à corde.
6.3.2 Méthodes d’évaluation
Il existe deux méthodes d'évaluation de nivellement longitudinal et de dressage:
— la méthode du domaine de longueurs d'onde;
— la méthode de la corde.
6.3.3 Relation entre les systèmes de mesure et les méthodes d'évaluation

Les systèmes de mesure et les méthodes d'évaluation sont liés par des relations de conversion qui

permettent de passer de l'un à l'autre de manière interactive (voir Figure 10).
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Légende
Système de mesure:
1 système de mesure inertiel
2 système de mesure à corde
Méthode d'évaluation:
3 méthode du domaine de longueurs d'onde
4 méthode de la corde
Processus de conversion:

A représente une procédure de filtrage pour convertir la géométrie de la voie mesurée par un système de mesure

inertiel afin d'évaluer l'irrégularité de voie selon la méthode du domaine de longueurs d'onde, voir Annexes C

et D.

B représente une procédure de coloration pour convertir la géométrie de la voie mesurée par un système de

mesure inertiel afin d'évaluer l'irrégularité de voie selon la méthode de la corde.

C représente une procédure de décoloration pour convertir la géométrie de la voie mesurée par un système de

mesure de corde afin d'évaluer l'irrégularité de voie selon la méthode du domaine de longueurs d'onde, voir

Annexe E.

D représente une procédure de recoloration pour convertir la géométrie de la voie mesurée par un système de

mesure de corde spécifié afin d'évaluer l'irrégularité de voie selon une autre méthode de corde. Si la même

corde est utilisée pour le mesurage et l'évaluation, la procédure de recoloration n'est pas appliquée.

Figure 10 — Relation entre les systèmes de mesure et les méthodes d’évaluation

L'autorité ferroviaire et le gestionnaire de l'infrastructure peuvent adopter les systèmes de mesure et

les méthodes d'évaluation de leur choix parmi la liste susmentionnée.
6.3.4 Longueur d'onde

Les longueurs d'onde étudiées sont corrélées à la vitesse de la ligne et sont scindées en petites, moyennes

et grandes longueurs d'onde. La corrélation avec la vitesse de la ligne est la suivante: plus la vitesse du

véhicule est élevée, plus le véhicule est sensible aux irrégularités aux plus grandes longueurs d'onde.

Pour couvrir l'état actuel de la technique, les petites, moyennes et grandes longueurs d'onde doivent

être exprimées comme un filtre passe-bande qui a un niveau supérieur et un niveau inférieur de chaque

côté de la bande.
Les classes de longueur d'onde sont définies dans le Tableau 1.
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Une longueur d'onde courte doit consister en un filtre passe-bande avec une limite de

...

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