CN104179102A - 双块式无砟轨道精调定位测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及双块式无砟轨道精调定位测量系统，该系统由全自动全站仪、通讯装置、显示控制终端、专用工装四部分组成。所述通讯装置包括线缆及电台，所述专用工装包括工装及棱镜。所述棱镜放在精调工装的两侧，所述通讯装置为工业通讯电台；所述显示控制终端是具有三防的工控机。通过测量软件控制全自动全站仪对专用工装上的两个棱镜进行测量，得出轨道偏距、轨距及超高调整量，指导轨道精调，指导轨道精调施工。

Description

双块式无砟轨道精调定位测量系统

技术领域

本发明涉及一种高速铁路修建时轨道精调快速定位测量设备，特别是涉及双块式无砟轨道精调定位测量系统。

背景技术

能承载列车时速超过每小时300公里的铁路被称为高速铁路，包括城际轨道交通、客运专线等。传统的有砟轨道承载能力和平顺性均无法保证高速列车的行驶安全，无砟轨道结构有钢轨、轨枕、与轨枕现浇成一体的钢筋混泥土道床板、水稳性支撑层等组成。无砟轨道施工具有整体性好、适应性强、工艺原理明确、施工简单、相对经济的特点。无砟轨道采用的结构形式中，由轨枕解决了轨距、轨底坡、轨枕挡肩等线路几何状态的统一问题，无砟轨道精度控制为难点之一，为满足高速列车运行时对轨道几何尺寸的特殊要求，在无砟轨道施工时必须进行精确定位，安装定位的精度与设计的理论值偏差要求在亚毫米级的精度范围内。

传统轨排精调工法特点：使用高效率的粗调测量系统进行轨排框架粗调，然后用检测小车测量工艺进行精调和复测，提高了施工过程中轨道调整速度和控制精度。轨排粗调采用全站仪，测量手簿及轨距尺等工具，依据测量轨排中线、轨距及高程的偏差值，调整轨排横、竖向支撑螺杆使轨排轨向、轨距、高低等满足精调要求。轨排粗调完成后，相邻两排架间采用夹板连接。精调作业采用全站仪、无砟轨道专业精调检测小车，采取定点测量模式对排架的三对支撑点位测量，根据实时显示对应点处的轨向、轨距、水平(高低)偏差，指导现场的调轨作业。精调后支撑点处的轨道位置误差控制在中线±0.5mm，高程-0.5～0mm，水平0.5mm。

目前高速铁路无砟轨道施工粗调、精调工作绝大多部分采用轨道几何测量仪，即国内熟称的轨检小车来施工。这种方法是引进国外的技术及装备。这种方法与工具除了能满足高铁现场施工外，但是也具有一些缺陷和特殊场合下无法解决的实际问题。现有技术与设备主要的缺点如下：

(1)因为这种设备是一种多传感器集成的电子产品，组装在一个大约三十七公斤重的行车架上，长途运输和现场搬运不方便。

(2)因为无砟轨道精调作业对轨检小车电子产品的性能要求非常高，但野外作业环境恶劣，导致小车经常出现各式各样的问题，操作人往往束手无策，而时常因为设备的问题耽误工期。最重要的缺陷是电子产品随温度的影响特别明显，在国内北方严寒地区，这种设备即使不出现电子硬件的毛病下，也会无法正常工作。

(3)电子产品零部件更换不方便，周期长。且必须在专业的技术人员和场地环境下才能更换并测试。

(4)在高速铁路特殊设计的线路施工上，有很大的设备缺陷误差，比如在纵曲线坡率较大的地段，现有装备施工中，仪器测得的一个重要参数一轨道超高值存在很大的误差，这个值是由设备中的倾角传感器获得并通过二次计算得到，倾角值在纵坡较大的环境下，误差增大。

发明内容

本发明的技术方案如下：

本发明要解决的技术问题是提供一种高速铁路、地铁和普通铁路无砟轨道精调快速定位测量系统，该系统对高速铁路、地铁和普通铁路无砟轨道能进行高精度快速定位，对提高施工速度有明显效果。

在高速铁路、地铁和普通铁路轨排施工中快速定位测量标准轨的轨向、水平及高低位置，与设计线路参数比对，显示线路空间位置的正确的调整参数，指导作业人员正确调整工具轨工作，使路线几何状态满足施工验收标准。该技术满足在各种野外环境下工作，不受温度、气压、风力等环境影响；工具操作简单、实用；设备误差产生容易发现并控制；设备校准方便；成本低价格便宜；能满足所有双块式轨排施工线路要求。

本发明所述的双块式无砟轨道精调定位测量系统，其包括全自动全站仪、通讯装置、显示控制终端、专用工装。所述通讯装置包括线缆及电台，所述专用工装包括工装及棱镜。

本专利的特点在于：所述棱镜放在精调工装的两侧，所述棱镜放在精调工装的两侧，棱镜中心位置垂直于轨顶平面内侧，精调工装的下部一侧为固定端，固定端内部设置固定的测头，与钢轨内轨顶住，另外一侧为活动端，活动端内部设置一个可伸缩的测头，与钢轨侧面自由卡住；

所述通讯装置为工业通讯电台，通讯距离长，信号稳定、具有防水、防尘、抗干扰等优点；

显示控制终端是具有三防的工控机，工控机内安装轨道精调测量软件，工控机的COM口相连的无线电台和测量机器人上的无线电台相连接，软件通过无线通讯控制全自动全站仪；

测量机器人是瑞士徕卡生产的高精度测量设备(徕卡全站仪)，工装上固定两个测量机器人专用的棱镜，软件控制测量机器人对专用工装上的两个棱镜进行测量，得出轨向、轨距、水平(超高)调整量，提高测量效率。

附图说明

附图1是本发明专用工装示意图

附图2是本发明第一种组织方式示意图

附图3是本发明第二种组织方式示意图

图中标记：1、棱镜，2、工装把手，3、专用工装，4、椭圆形固定端，5、椭圆形活动端、6、控制点棱镜，7、测量机器人，8、工控机，9、专业工装。

具体实施方式

如图1-图3所示，本发明包括测量机器人7，与测量机器7人相连的工控机8及通讯电台，专业工装9如图1所示，专业工装9上两侧装有棱镜1，专业工装9下部与钢轨接触处装有椭圆形固定端4和椭圆形活动端5。

系统中的测量机器人为带有伺服马达、具备自动照准功能、可遥控测量的全站仪，全站仪的测角精度不低于1”，测距精度不低于1mm+2ppm，工控机为适应野外作业环境，防水、防尘、抗震的工业用计算机，用于运行测量软件，该软件功能包括：建立作业，打开或是编辑线路设计文件，线路计算，参数设置，自由设站，工装校准，快速精调测量，测量机器人7与工控机8可以通过数据线连接也可以通过无线电台的连接，无线通讯的距离为500m，工控机8通过无线或有线发送指令给测量机器人7对工装进行测量，测量机器人7通过电台接收工控机8传来的指令，对精调工装上的棱镜1的坐标值进行测量，然后将测量结果通过电台传送给工控机8，测量人员根据偏差值对轨道进行调整到设计要求。

本系统的组织方式可以如图2所示，把全自动全站仪7架设于需精调的轨道中线附近并位于四对CPIII控制点中间。全自动全站仪与工控机通过无线或是有线进行数据交换，工控机8(测量软件)通过电台发送指令通过电台传送给测量机器人7，测量机器人7收到发送的指令后，测量8个对称控制点的三维坐标及角度和距离，通过距离和角度交会平差后设定测量机器人7的三维位置。在保证精度的情况下，精度较差的点软件将自动剔除。

自由设站完成后，在轨道上放置专用工装3带棱镜1，每隔5个轨枕放置一个，一套系统放置三个专用工装3，工控机8发送指令给测量机器人7，测量机器人7通过测量左轨和右轨棱镜1的三维坐标，取平均值得出中心偏距，左右棱镜坐标可以计算出轨距，左右棱镜中心高程坐标计算出超高。

采用本装置进行测量时，其具体步骤如下：

1、设计线型输入

设计线型用来计算当前轨道位置与设计位置的偏差，通常包括平曲线、竖曲线、超高。工控机的测量系统输入设计线型要素后，软件自动生成线路坐标。平曲线要素包括：起点坐标、里程、半径、缓和曲线长度、参考宽度和超高，最少需要3个交点以上。竖曲线包括：边坡点里程，高程和半径。根据设计要求输入超高值。

2、参数设置

通过设置通讯参数，必须保持和测量机器人相同配置，否则将无法与测量机器人连接。通过设定棱镜常数参数(精调棱镜参数、控制点棱镜参数)、气象参数(温度、气压、湿度)、精调参数(精调方向，板首里程)、限差参数。

3、自由设站

确定全站仪坐标。全站仪采用自由设站法定位，通过观测附近8个控制点棱镜三维坐标，角度和距离自动平差、计算测量机器人的位置。改变测站位置，必须至少交叉观测后方利用过的4个控制点。

4、轨道精调

将设计线型输入到工控机测量系统的软件里面，软件自动生成设计线路，通过测量机器人测量出3组专用工装上左右两个棱镜的三维坐标，坐标投影到面上，取平均值得出中心偏距，左右棱镜坐标可以计算出轨距，左右棱镜中心高程坐标计算出超高。与设计线路的理论值对比，得出偏差值，对钢轨进行调整。

上面的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.双块式无砟轨道精调定位测量系统，其特征在于，包括测量机器人、通讯装置、显示控制终端、专用工装；所述通讯装置包括线缆及电台，所述专用工装包括工装及棱镜。

2.根据权利要求1所述的双块式无砟轨道精调定位测量系统，其特征在于，所述棱镜放在精调工装的两侧，棱镜中线位置垂直于轨顶平面内侧，精调工装的下部一侧为固定端，固定端内部设置固定的测头，与钢轨内轨顶住，另外一侧为活动端，活动端内部设置一个可伸缩的测头，与钢轨侧面自由卡住。

3.根据权利要求1所述的双块式无砟轨道精调定位测量系统，其特征在于，所述通讯装置为工业通讯电台。

4.根据权利要求1所述的双块式无砟轨道精调定位测量系统，其特征在于，所述显示控制终端是具有三防的工控机，工控机内安装轨道精调测量软件，工控机的COM口相连的无线电台和全自动全站仪上的无线电台相连接，软件通过无线通讯控制测量机器人。

5.根据权利要求1所述的双块式无砟轨道精调定位测量系统，其特征在于，所述测量机器人是瑞士徕卡生产的徕卡全站仪。