CN101392481A - 轨排测量定位系统及其测量定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种轨排测量定位系统，包括全站仪，还包括控制中心和测量小车，所述控制中心包括工控机、运行在工控机上的轨排测量定位系统软件、与工控机相连的第一数传电台；所述测量小车包括车架、测量棱镜、倾斜传感器和数传电台，在车架上设置有测量棱镜和倾斜传感器，所述倾斜传感器与第二数传电台相连，通过第二数传电台与控制中心进行通讯；所述全站仪与控制中心的工控机相连。本发明利用测量小车来实现相对应轨排的空间位置测量，测量小车的空间姿态就是与之相接触的轨排的空间位置的真实反映，本发明测量过程中人工干预少，特别适用于双块轨枕高速铁路的轨排调整施工，也能用在普通有砟铁路的轨排施工。

Description

轨排测量定位系统及其测量定位方法
技术领域
本发明涉及一种修建铁路时铺装轨排的精确测量定位系统。
背景技术
在新建铁路特别是高速铁路时有一种施工方法，是将轨枕按铺装规范等间距排列起来，再安装固定长度的钢轨，再利用测量定位手段和施工设备将组装好的轨排安放到理论位置。
申请号为200610020625.X的中国专利公开了一种轨排测量定位方法，其步骤是：先放样线路中线基标，在基标处吊垂球，手工量取垂球线至内股或外股钢轨轨底边缘的距离，计算出轨排中线与线路中线的偏差后利用施工机械作初步调整，初步调整结束后再利用拉钢尺等方法确定轨排上各个调整点横断面里程，并计算出各里程处内外钢轨的轨顶标高，再利用水准仪和水准尺测量出各里程处内外钢轨的轨顶高程，利用架在中线基标点上的全站仪测量出轨排标准半轨距处的平面坐标，从而得到轨排中线与线路的理论中线的偏差。该测量定位方法测量时间长、数据计算量大、人工干预多、精度难以保证，并且调整量数据及相应坐标也无法适时加入数据库中，不便于后期数据化管理。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种轨排测量定位系统，该系统能对铁路轨排进行高精度的测量定位，并给出相应调整量，指导自动化的调整设备对轨排进行高精度的调整。
本发明还要提供一种上述系统的测量定位方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：轨排测量定位系统，包括全站仪，还包括控制中心和测量小车，所述控制中心包括工控机、运行在工控机上的轨排测量定位系统软件、与工控机相连的第一数传电台；所述测量小车包括车架、测量棱镜、倾斜传感器和数传电台，在车架上设置有测量棱镜和倾斜传感器，所述倾斜传感器与第二数传电台相连，通过第二数传电台与控制中心进行通讯；所述全站仪与控制中心的工控机相连。
本发明的有益效果是：本发明利用测量小车来实现相对应轨排的空间位置测量，测量小车的空间姿态就是与之相接触的轨排的空间位置的真实反映；本发明测量过程中人工干预少，从开始测量到最终获得轨排调整量数据需要的时间短，成倍提高作业效率，所有数据均由计算机管理，特别适用于双块轨枕高速铁路的轨排调整施工，也能用在普通有砟铁路的轨排施工。
附图说明
图1是本发明的系统框图。
图2是本发明的测量小车的结构示意图。
图3是图2的侧视图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的轨排测量定位系统包括控制中心、测量小车和全站仪。
控制中心包括工控机、运行在工控机上的轨排测量定位系统软件、与工控机COM口相连的第一数传电台和气象传感器。气象传感器将自动读入当时的环境温度、湿度和大气压强，然后调用改正公式对全站仪的测量结果进行自动修正；轨排测量定位系统软件可控制全站仪对测量小车上的测量棱镜5进行自动测量，通过第一数传电台读取测量小车上的倾斜传感器的值，利用事先输入的轨道线路设计值参数，通过软件中的数学模型计算出轨排的各项参数实际值与理论值的偏差，并将这个偏差通过第一数传电台发布出去，该软件还具有数据自动化管理功能，工作过程中的所有数据均可适时加入到数据库中。
测量小车包括车架1、测量轮2、棱镜杆4、检校棱镜3、测量棱镜5、倾斜传感器6和第二数传电台，如图2所示。车架1采用工字钢加工成牢固的工字形，四角安装有能和轨顶面7精密接触的测量轮2；在车架1上靠近四个测量轮2的位置分别设置了1个方便拆卸安装并能准确复位的检校棱镜3，这4个检校棱镜的位置分别与相靠近的测量轮2与轨顶面7的接触处保持固定的几何关系；为便于测量，在测量小车的中央位置设置了棱镜杆4，用于安放测量棱镜5，棱镜杆4的高度可调，以满足测量棱镜5与全站仪需通视的要求，棱镜杆4可以通过内外两根杆相套的方式来控制其高度，如图2和图3所示；车架1中部安装有感应整个车架1的前后倾斜量(反映轨排的前后倾斜)和左右倾斜量(反映轨排内外轨高差)的高精度双轴(X轴和Y轴)倾斜传感器6，倾斜传感器6与第二数传电台相连，通过第二数传电台与控制中心的第一数传电台进行通讯。
全站仪直接与工控机的COM口相连，由工控机里的轨排测量定位系统软件控制其对测量小车上的测量棱镜5进行测量，再根据倾斜传感器6的值通过数学模型得到测量小车的实际三维空间姿态。全站仪与工控机的连接可以采用有线或无线方式。
由于测量小车上的测量棱镜5和测量轮2的几何关系固定，倾斜传感器6和测量小车的纵向和横向姿态固定，所以在使用全站仪对测量棱镜5进行坐标测量和使用倾斜传感器6获得相对应的倾角后，利用相关数学模型即可真实再现所有测量轮2与轨顶面接触处的空间位置坐标，系统将该坐标与设计坐标进行比对，计算出经过坐标转换后的差异量，最后将该调整信息通过数传电台发送至安装在自动化调整设备上的工业控制系统中(如PLC)，用它来控制自动化调整设备进行轨排调整工作，上述过程可能需要反复进行两到三次，直至各轨排的实际位置与理论位置偏差小于规定限差。
为真实反映整个轨排的空间姿态，往往一个轨排上需放置多台测量小车，比如12.5m长的轨排安放三至四台测量小车，25m长的轨排安放五台测量小车，分别反映轨排各段的空间姿态，使整个轨排调整结束后更平顺。
每个测量小车的机械加工尺寸均存在不同程度的误差，在使用过程中也难免会发生形变，通过对4个检校棱镜3和测量棱镜5的测量、读取倾斜传感器6双轴的倾斜量，可以利用轨排测量定位系统软件内的数学模型计算出：测量棱镜5与左右轨面的高差、测量棱镜5中心在轨道平面的投影位置、倾斜传感器6的零位检校值等基础数据。这个步骤称为测量小车数学模型检校，它能确保每个测量小车都有对应的修正值，这样就能精度均匀的调整轨排。
本发明的测量定位方法，包括以下步骤：
(1)确定全站仪自身位置
全站仪在任意点架站，通过观测已经建立好的施工控制网点(也叫CPIII点，沿线路每60米布设一对的三维控制网，一般在线下工程施工完成后施测，每个点都有精密的坐标值，是轨道铺设和营运维护的基准。)得出全站仪自身测站坐标和定位方向。
(2)对测量棱镜进行测量
将测量小车放置于轨排上，将设计院给出的线路平、纵面理论设计参数和曲线段的超高参数等理论数据输入轨排测量定位系统软件内，人工将全站仪对准线路前进方向的首台测量小车上的测量棱镜，进行初次测量后，即可获得该测量小车的实际三维坐标。利用后续安放在轨排上的各测量小车之间的距离作为已知的条件，用相关数学模型就可计算出位于各测量小车中心的测量棱镜的概略坐标。全站仪根据这些概略坐标依次自动对后续各测量小车上的测量棱镜进行测量，以获取实际的精确坐标。
(3)读取倾斜角度
根据倾斜传感器测量出的测量小车前后方向和内外轨方向的倾斜量，可以得到整个轨排的前后和内外轨方向空间姿态。
(4)计算调整量并进行轨排调整工作
通过第2步和第3步的测量以及测量小车的检校模型，轨排测量定位系统软件可以算出每台小车中线处与理论中线值的横向和纵向的偏离值，结合轨排空间分布信息和曲线段的超高参数，系统就可以获得各测量小车实际应该调整的前后、左右和垂向的三维调整量，最后将该调整信息通过第一数传电台发送至安装在自动化调整设备上的控制系统中，用它来控制各自动化调整设备进行轨排调整工作。
本发明的轨排测量定位系统从开始工作，三分钟后即可完成测量定位作业并计算输出相应的调整量给自动化的调整设备，调整设备执行相应动作完成轨排调整，然后轨排测量定位系统重复测量定位作业，如果第二次输出的调整量大于需要达到的误差范围，则重复上述作业过程，如果输出的调整量小等于需要达到的误差范围，则轨排调整作业结束。
本发明借助测量小车来实现相对应轨排的空间位置测量，测量小车的空间姿态就是与之相接触的轨排的空间位置的真实反映。本发明特别适用于双块轨枕高速铁路的轨排调整施工，也能用在普通有砟铁路的轨排施工。

Claims (8)

  1. 【权利要求1】轨排测量定位系统，包括全站仪，其特征在于：还包括控制中心和测量小车，所述控制中心包括工控机、运行在工控机上的轨排测量定位系统软件、与工控机相连的第一数传电台；所述测量小车包括车架(1)、测量棱镜(5)、倾斜传感器(6)和数传电台，在车架(1)上设置有测量棱镜(5)和倾斜传感器(6)，所述倾斜传感器(6)与第二数传电台相连，通过第二数传电台与控制中心进行通讯；所述全站仪与控制中心的工控机相连。
  2. 【权利要求2】如权利要求1所述的轨排测量定位系统，其特征在于：所述车架(1)四角安装有能和轨顶面(7)精密接触的测量轮(2)。
  3. 【权利要求3】如权利要求1所述的轨排测量定位系统，其特征在于：在所述车架(1)上设置有检校棱镜(3)。
  4. 【权利要求4】如权利要求2或3所述的轨排测量定位系统，其特征在于：在所述车架(1)上靠近四个测量轮(2)的位置分别设置了1个检校棱镜(3)。
  5. 【权利要求5】如权利要求1所述的轨排测量定位系统，其特征在于：在所述车架(1)上设置有棱镜杆(4)，所述测量棱镜(5)安放在棱镜杆(4)上。
  6. 【权利要求6】如权利要求5所述的轨排测量定位系统，其特征在于：所述棱镜杆(4)的高度可调。
  7. 【权利要求7】如权利要求1所述的轨排测量定位系统，其特征在于：所述控制中心还包括气象传感器，所述气象传感器与工控机相连。
  8. 【权利要求8】轨排测量定位系统的测量定位方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：1)确定全站仪自身位置；2)对测量棱镜进行测量；3)读取倾斜角度；4)计算调整量并进行轨排调整工作。
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