CN103264711B - 一种轨道参数测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轨道参数测量系统，第一测量小车的第一处理装置处理摄像装置拍得的数字图象，据此计算相应的轨道参数值，传感器组件测量包括铁轨轨距，以及第一测量小车水平倾角、走行里程在内的参数。第二测量小车的发光靶标协作摄像装置的摄像测量，电子全站仪测量第二测量小车在测量控制网中的坐标位置，第二处理装置控制电子全站仪的测量过程，并读取电子全站仪的测量数据，第二传感器组件测量包括铁轨轨距，以及第二测量小车的水平倾角、走行里程在内的参数。第一、第二测量小车分别通过第一、第二数传电台实现测量数据的相互交换。本发明能够实现目标动态跟踪测量，便于图像的监测显示，可以有效解决现有装置难以对准，操作不便的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种轨道参数测量系统，尤其是涉及一种应用于轨道交通领域铁路轨道曲线参数测量的便携式轨道参数测量系统。
背景技术
在通常状态下，铁路轨道的静态曲线形状与其设计值一般总是存在一定误差的，误差的存在使得铁轨的实际值是一条围绕其设计值波动的曲线。因此，为了提高轨道曲线参数的测量精度，抑制轨道参数测量中的长波误差，必须建立一个轨道测量控制网，以该测量控制网为基准，利用相应的测量仪器对轨道参数进行测量。
目前，在现有技术中已有数种基于测量控制网的轨道参数测量系统。其中，一种典型装置是以激光测量装置及一个跟踪靶标为基础，该方案包括一个可沿铁轨行驶的小车，一个架设于固定点的小车，安装于车上的一个激光发射装置，以及一个可跟踪激光的移动靶标组成。当小车沿铁轨走行时，靶标移动测出相对固定点的偏移，计算出铁轨参数。
另一种典型的装置是由一台全站仪与一个带棱镜的小车组成，全站仪架设于测量控制网中，通过测量小车上棱镜的空间坐标位置，系统软件可以计算出轨道的几何曲线参数。
在现有技术方案中，激光装置较适用于长直线段区间作业，激光束是固定的，移动的是激光靶标，激光靶标移动范围有限，当其与激光发射点间偏角过大时无法工作，在工作开始前，需要一个靶标与激光的对准过程，该过程往往难以操作。而基于全站仪的测量装置则不适用于连续动态跟踪测量，因而其测量效率较低，难以达到铁路现场线路维护施工理想要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种轨道参数测量系统，能够实现目标的动态跟踪测量，同时方案便于实现图像的监测显示，因此可以有效解决激光测量装置难以对准，操作不便的问题。
为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种轨道参数测量系统的技术实现方案，一种轨道参数测量系统，包括：第一测量小车和第二测量小车。所述第一测量小车作为摄像测量车，包括：第一处理装置、第一传感器组件、摄像装置和第一数传电台。所述第一传感器组件、摄像装置和第一数传电台均分别与所述第一处理装置相连。所述第一处理装置用于处理所述摄像装置拍得的数字图象，据此计算相应的轨道参数值。所述传感器组件测量包括铁轨轨距，以及所述第一测量小车水平倾角、走行里程在内的参数。所述第二测量小车作为靶车，包括：第二处理装置、第二传感器组件、发光靶标、电子全站仪和第二数传电台。所述第二传感器组件、电子全站仪和第二数传电台与所述第二处理装置相连。所述发光靶标用于协助所述第一测量小车的摄像装置的摄像测量。所述电子全站仪用于测量所述第二测量小车在测量控制网中的坐标位置。所述第二处理装置控制所述电子全站仪的测量过程，并读取所述电子全站仪的测量数据。所述第二传感器组件测量包括铁轨轨距，以及所述第二测量小车的水平倾角、走行里程在内的参数。所述第一测量小车和第二测量小车分别通过所述第一数传电台和第二数传电台实现测量数据的相互交换。
优选的，所述第二测量小车的电子全站仪在测量过程中朝向一个固定点，通过测量所述固定点对所述电子全站仪的相对坐标，反演推算出所述第二测量小车所处位置的轨道相对于固定点的位置偏移。
优选的，所述固定点位于接触网电杆上，其大地坐标已知。
优选的，所述第一测量小车的摄像装置在测量过程中瞄准所述第二测量小车上的发光靶标，所述第二测量小车沿铁轨向所述第一测量小车以一定速度推行，在此过程中所述第一测量小车的第一处理装置通过所述摄像装置不断记录所述第二测量小车上的发光靶标的相对偏移值。
优选的，所述第一测量小车在测量过程中，所述第一处理装置通过所述第一传感器组件记录包括铁轨轨距，以及所述第一测量小车上的倾角变化值、里程变化值在内的参数，并计算出铁轨左右两侧钢轨的相对空间曲线参数。
优选的，所述第一测量小车的第一处理装置根据铁轨左右两侧钢轨的相对空间曲线参数，并结合所述第二测量小车上的发光靶标的相对偏移值计算出铁轨在测量控制网中的绝对曲线坐标参数。
优选的，所述第二测量小车的发光靶标采用LED发光靶标。
优选的，所述第一处理装置和第二处理装置均采用工业用车载计算机。
优选的，所述第一测量小车和第二测量小车均采用便携式手推小车。
优选的，所述第一数传电台和第二数传电台均采用无线数传电台。
通过实施上述本发明提供的一种轨道参数测量系统的技术方案，具有如下技术效果：
(1)本发明轨道参数测量系统操作方便，效率高，通过采用数字图像作为测量手段，整个过程直观明了，无需繁琐的人工对准过程，在测量过程中出现失锁与错误跟踪等状况也可以由车载电脑自动判断出；
(2)本发明轨道参数测量系统测量范围广，系统可以在整个成像范围内对目标进行跟踪和测量，因此本发明可以适用于大曲率轨道参数的测量，突破了激光等方法难以适用于长直线路的局限。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的轨道参数测量系统一种具体实施方式第一测量小车的结构示意图；
图2是本发明提供的轨道参数测量系统一种具体实施方式第二测量小车的结构示意图；
图3是本发明提供的轨道参数测量方法一种具体实施方式作业流程中步骤S100的过程示意图；
图4是本发明提供的轨道参数测量方法一种具体实施方式作业流程中步骤S200的过程示意图；
图5是本发明提供的轨道参数测量方法一种具体实施方式作业流程中步骤S300的过程示意图；
图6是本发明提供的轨道参数测量方法一种具体实施方式作业流程中步骤S500的过程示意图；
图7是本发明提供的轨道参数测量方法一种具体实施方式的程序流程图；
图8是本发明提供的轨道参数测量方法另一种具体实施方式的程序流程图；
图9是本发明提供的轨道参数测量方法一种具体实施方式的解算原理示意图；
图中：100-第一测量小车，200-第二测量小车，101-第一处理装置，102-第一传感器组件，103-摄像装置，106-第一无线数传电台，201-第二处理装置，202-第二传感器组件，204-发光靶标，205-电子全站仪，206-第二无线数传电台。
具体实施方式
为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：
LED：LightEmittingDiode，发光二极管的简称。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图1至附图7所示，给出了本发明一种轨道参数测量系统，以及基于该系统的轨道参数测量方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如附图1和附图2所示，本发明给出了一种轨道参数测量系统的具体实施方式，该轨道参数测量系统采用便携式小车设计，系统可以进行铁路线路参数的测量检查，测量得到的结果可以与线路的理论设计参数进行比较，从而计算出轨道线路的待修正偏差值，据此进行施工作业，可以消除铁路线路中的几何误差。一种轨道参数测量系统，具体包括：第一测量小车100和第二测量小车200。如附图1所示，第一测量小车100作为摄像测量车，进一步包括：第一处理装置101、第一传感器组件102、摄像装置103和第一数传电台106。第一传感器组件102、摄像装置103和第一数传电台106均分别与第一处理装置101相连。第一处理装置101用于处理摄像装置103拍得的数字图象，据此计算相应的轨道参数值。第一传感器组件102测量包括铁轨轨距，以及第一测量小车100水平倾角、走行里程在内的参数。如附图2所示，第二测量小车200作为靶车，进一步包括：第二处理装置201、第二传感器组件202、发光靶标204、电子全站仪205和第二数传电台206。第二传感器组件202、电子全站仪205和第二数传电台206与第二处理装置201相连。发光靶标204用于协助第一测量小车100的摄像装置103的摄像测量。电子全站仪205用于测量第二测量小车200在测量控制网中的坐标位置。第二处理装置201控制电子全站仪205的测量过程，并读取电子全站仪205的测量数据。第二传感器组件202测量包括铁轨轨距，以及第二测量小车200的水平倾角、走行里程在内的参数。第一测量小车100和第二测量小车200分别通过第一数传电台106和第二数传电台206实现测量数据的相互交换。
第二测量小车200的电子全站仪205在测量过程中朝向一个固定点，通过测量固定点对电子全站仪205的相对坐标，反演推算出第二测量小车200所处位置的轨道相对于固定点的位置偏移。该固定点通常位于接触网电杆上，其大地坐标已知。
第一测量小车100的摄像装置103在测量过程中瞄准第二测量小车200上的发光靶标204。第二测量小车200沿铁轨向第一测量小车100以一定速度推行，在此过程中，第一测量小车100的第一处理装置101通过摄像装置103不断记录第二测量小车200上的发光靶标204的相对偏移值。
第一测量小车100在测量过程中，第一处理装置101通过第一传感器组件102记录包括铁轨轨距，以及第一测量小车100上的倾角变化值、里程变化值在内的参数，并计算出铁轨左右两侧钢轨的相对空间曲线参数。
第一测量小车100的第一处理装置101根据铁轨左右两侧钢轨的相对空间曲线参数，并结合第二测量小车200上的发光靶标204的相对偏移值计算出铁轨在测量控制网中的绝对曲线坐标参数。
作为本发明一种典型的实施方式，第二测量小车200的发光靶标204进一步采用LED发光靶标。第一处理装置101和第二处理装置201均采用工业用车载计算机。第一测量小车100和第二测量小车200均采用便携式手推小车。第一数传电台106和第二数传电台206均采用无线数传电台。
一种轨道参数测量方法的具体实施方式，包括：第一测量小车100和第二测量小车200。第一测量小车100作为摄像测量车，包括：第一处理装置101、第一传感器组件102、摄像装置103和第一数传电台106。第二测量小车200作为靶车，包括：第二处理装置201、第二传感器组件202、发光靶标204、电子全站仪205和第二数传电台206。在测量过程开始之前，将第二测量小车200置于工作铁轨区段的一个固定点，将电子全站仪205朝向固定点，测量出固定点对电子全站仪205的相对坐标，反演推算出第二测量小车200所处位置的轨道相对于固定点的位置偏移。在完成对固定点的坐标测量后，开始轨道参数测量过程，启动第一测量小车100上的摄像装置103，将摄像装置103瞄准第二测量小车200上的发光靶标204。第二测量小车200沿铁轨向第一测量小车100以一定速度推行，在此过程中，第一测量小车100上的第一处理装置101通过摄像装置103不断记录第二测量小车200上的发光靶标204的相对偏移值。同时，第一测量小车100上的第一处理装置101通过第一传感器组件102记录包括铁轨轨距，以及第一测量小车100上的倾角变化值、里程变化值在内的参数，计算出铁轨左右两侧钢轨的相对空间曲线参数，并结合第二测量小车200上的发光靶标204的相对偏移值计算出铁轨在测量控制网中的绝对曲线坐标参数。第一测量小车100和第二测量小车200分别通过第一数传电台106和第二数传电台206实现测量数据的相互交换。
如附图3至附图7所示，本发明还给出了基于上述轨道参数测量系统的一种轨道参数测量方法的具体实施流程，其中，附图3至附图6中的A点为第一固定点、B点为第二固定点、C点为第三固定点，第一固定点、第二固定点、第三固定点，以及所有后续的固定点均为设置在铁轨旁的接触网电杆上的标记参照点。
S100：如附图3所示，在测量过程开始之前，将第一测量小车100放置于欲施工作业的铁轨区段起始的固定点处，在起始的固定点处执行第一测量小车100和第二测量小车200的里程同步，固定点位于接触网电杆上，固定点的大地坐标为已知值，第一测量小车100和第二测量小车200依次在起始的固定点处执行包括里程同步等在内的一系列初始化操作；
第一测量小车100向后推行至第二固定点后的设定距离处，将第一测量小车100上的摄像装置103瞄准所述第二测量小车200上的发光靶标204；
S200：如附图4所示，开始轨道参数测量过程，将第二测量小车200对准第一固定点，利用第二测量小车200上的电子全站仪205测量出该点处轨道相对于第一固定点的坐标偏移；
S300：如附图5所示，第二测量小车200沿铁轨向第一测量小车100开进至第二固定点处，在此过程中，第一测量小车100的第一处理装置101通过摄像装置103测量第二测量小车200上发光靶标204的位置偏移，并通过第一数传电台106将此值传递给第二测量小车200，第二测量小车200再结合第二传感器组件202记录自身的倾角变化值、里程变化值，据此计算出左右两轨的空间曲线参数值；
S400：第二测量小车200对准第二固定点，利用电子全站仪205测量出该点处轨道相对于第二固定点的坐标偏移，将步骤S300中测得的左右两轨的空间曲线参数值与电子全站仪205测量的轨道相对于第二固定点的坐标偏移值进行联合解算，得出轨道在测量控制网中的绝对坐标参数；
S500：如附图6所示，第一测量小车100再次向后推行至第三固定点后的设定距离处，将第一测量小车100上的摄像装置103瞄准第二测量小车200上的发光靶标204；
S600：在后续的固定点上循环进行步骤S200至步骤S500的测量动作，直至整个线路测量区段的结束。如：继续执行包括第四固定点、第五固定点和第六固定点处等在内的后续固定点的测量动作，只需在步骤S200至步骤S500中将相应的固定点带入、替换第一固定点、第二固定点和第三固定点即可，依此类推。
作为本发明一种典型的实施方式，在步骤S200中，第一测量小车100进一步向后推行至第二固定点后20～30m处。在步骤S500中，第一测量小车100进一步再次向后推行至第三固定点后20～30m处。
作为本发明一种典型的实施方式，第二测量小车200的发光靶标204进一步采用LED发光靶标方式。第一处理装置101和第二处理装置201均采用工业用车载计算机方式。第一测量小车100和第二测量小车200均采用便携式手推小车方式。第一数传电台106和第二数传电台206均采用无线数传电台方式。
如附图9所示，在步骤S400中，将左右两轨的空间曲线参数值与电子全站仪205测量的轨道相对于固定点的坐标偏移值进行联合解算的过程包括以下步骤：
假设固定点A处标记点偏移为a，固定点B处标记点偏移为b，两标记点之间里程差为m，测量前端位于D处，到标记点的里程为x。
如附图9中所示的黑色虚线表示基准轨标准位置，实线表示基准轨发生了位移的实际位置，位于里程x处作业点的测量前端，由于两个标记点偏移，会产生一个对标准位置的线性偏移，计为△Pm，该值由电子全站仪205测出。
由几何学关系可以得出：
△Pm＝b+x*(a-b)/m
在一个作业循环中，发光靶标204与摄像装置103分别置于固定点A与B，由于A与B之间的标准线型已知，因此当发光靶标204沿线路前进时，任一里程x处的理论偏移值PT均可以由里程值与标准线型计算得出。由于线路的变形，实测偏移值Pr与理论偏移值PT之间存在差值，该差值即为本发明相对测量法下的测量前端偏移，计为△Pr。
将以上二者相加，其合计为△PD，△PD简化的联合解算公式可为：
△PD＝△Pr+△Pm。
本发明以数字图像处理技术为基础，能够实现目标的动态跟踪测量，还便于实现图像的监测显示，因此可以有效解决激光测量装置难以对准，操作不便的问题。同时，一套基于图像测量的轨道参数测量小车，该车利用图像测量技术，即可以进行轨道参数的测量，又解决了类似装置所存在的不便于照准、曲线测量半径过大、不能连续跟踪测量等技术缺陷。
本发明具体实施方式描述的轨道参数测量系统具有以下技术效果：
(1)本发明轨道参数测量系统操作方便，效率高，通过采用数字图像作为测量手段，整个过程直观明了，无需繁琐的人工对准过程，在测量过程中出现失锁与错误跟踪等状况也可以由车载电脑自动判断出；
(2)本发明轨道参数测量系统测量范围广，系统可以在整个成像范围内对目标进行跟踪和测量，因此本发明可以适用于大曲率轨道参数的测量，突破了激光等方法难以适用于长直线路的局限。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (9)
1.一种轨道参数测量系统，包括：第一测量小车(100)和第二测量小车(200)，所述第一测量小车(100)作为摄像测量车，包括：第一处理装置(101)、摄像装置(103)和第一数传电台(106)，所述摄像装置(103)和第一数传电台(106)均分别与所述第一处理装置(101)相连，所述第一处理装置(101)用于处理所述摄像装置(103)拍得的数字图象，据此计算相应的轨道参数值；所述第二测量小车(200)作为靶车，包括：第二处理装置(201)、第二传感器组件(202)、发光靶标(204)和第二数传电台(206)，所述第二传感器组件(202)和第二数传电台(206)均分别与所述第二处理装置(201)相连，所述发光靶标(204)用于协助所述第一测量小车(100)的摄像装置(103)的摄像测量；所述第一测量小车(100)和第二测量小车(200)分别通过所述第一数传电台(106)和第二数传电台(206)实现测量数据的相互交换；其特征在于，所述第一测量小车(100)还包括第一传感器组件(102)，所述第一传感器组件(102)与所述第一处理装置(101)相连，所述第一传感器组件(102)测量包括铁轨轨距，以及所述第一测量小车(100)水平倾角、走行里程在内的参数；所述第二测量小车(200)还包括电子全站仪(205)，所述电子全站仪(205)与所述第二处理装置(201)相连，所述电子全站仪(205)用于测量所述第二测量小车(200)在测量控制网中的坐标位置，所述第二处理装置(201)控制所述电子全站仪(205)的测量过程，并读取所述电子全站仪(205)的测量数据，所述第二传感器组件(202)测量包括铁轨轨距，以及所述第二测量小车(200)的水平倾角、走行里程在内的参数；所述第二测量小车(200)的电子全站仪(205)在测量过程中朝向一个固定点，通过测量所述固定点对所述电子全站仪(205)的相对坐标，反演推算出所述第二测量小车(200)所处位置的轨道相对于固定点的位置偏移。
2.根据权利要求1所述的一种轨道参数测量系统，其特征在于：所述固定点位于接触网电杆上，其大地坐标已知。
3.根据权利要求1或2所述的一种轨道参数测量系统，其特征在于：所述第一测量小车(100)的摄像装置(103)在测量过程中瞄准所述第二测量小车(200)上的发光靶标(204)，所述第二测量小车(200)沿铁轨向所述第一测量小车(100)以一定速度推行，在此过程中所述第一测量小车(100)的第一处理装置(101)通过所述摄像装置(103)不断记录所述第二测量小车(200)上的发光靶标(204)的相对偏移值。
4.根据权利要求3所述的一种轨道参数测量系统，其特征在于：所述第一测量小车(100)在测量过程中，所述第一处理装置(101)通过所述第一传感器组件(102)记录包括铁轨轨距，以及所述第一测量小车(100)上的倾角变化值、里程变化值在内的参数，并计算出铁轨左右两侧钢轨的相对空间曲线参数。
5.根据权利要求4所述的一种轨道参数测量系统，其特征在于：所述第一测量小车(100)的第一处理装置(101)根据铁轨左右两侧钢轨的相对空间曲线参数，并结合所述第二测量小车(200)上的发光靶标(204)的相对偏移值计算出铁轨在测量控制网中的绝对曲线坐标参数。
6.根据权利要求1、2、4、5中任一权利要求所述的一种轨道参数测量系统，其特征在于：所述第二测量小车(200)的发光靶标(204)采用LED发光靶标。
7.根据权利要求6所述的一种轨道参数测量系统，其特征在于：所述第一处理装置(101)和第二处理装置(201)均采用工业用车载计算机。
8.根据权利要求1、2、4、5、7中任一权利要求所述的一种轨道参数测量系统，其特征在于：所述第一测量小车(100)和第二测量小车(200)均采用便携式手推小车。
9.根据权利要求8所述的一种轨道参数测量系统，其特征在于：所述第一数传电台(106)和第二数传电台(206)均采用无线数传电台。
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