CN104711912A - 一种高速铁路里程对标方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高速铁路轨道检测领域，涉及一种高速铁路里程对标方法。本发明包括以下步骤：1.1）里程仪数据采集与处理；1.2）初始里程数据采集；1.3）里程计算；1.4）卫星数据采集；1.5）轨道坐标-里程数据库数据采集；1.6）里程对标修正。本发明采用了高分辨率光电里程仪和高精度差分卫星组合定位技术，实现在正线、桥梁、隧道等多种条件的高速铁路里程定位精度优于0.1m，小于轨枕铺设间距0.625m，可以将轨道故障精确定位到具体轨枕，提高维修检测工作效率。

Description

一种高速铁路里程对标方法

技术领域

本发明属于高速铁路轨道检测领域，涉及一种高速铁路里程对标方法。 

背景技术

在高速铁路轨道建设、维护过程中，经常需要对轨道参数进行测量，根据测量结果对轨道进行维护，而轨道参数依托于精确的里程信息。现有的里程定位方法多为卫星定位、里程表测量和人工对标方法，其中卫星定位方法多采用单点GPS，里程表分辨率多为几百脉冲/转，人工对标与操作人员的反应速度有密切关系。上述里程定位方法精度多为米级，不能满足定位到具体轨枕的要求。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于高精度差分GPS定位系统、轨道控制网标志获取装置和高分辨率光电里程仪的高精度里程定位方法。 

本发明采取的技术方案为：一种高速铁路里程对标方法，其特征为所述方法包括以下步骤： 

1.1）里程仪数据采集与处理： 

在轨道车某轮轴外侧安装一高分辨率光电里程仪，里程仪按固定频率向工控机发送累计脉冲数，记录N_i； 

1.2）初始里程数据采集： 

通过高铁控制网标志获取装置，获取车辆启动后经过第一个控制网标志时刻的时标信息，进而获取控制网标志对应的里程L₀和里程仪对应的脉冲数为N₀，以此作为初始里程和脉冲数； 

1.3）里程计算： 

1.3.1）里程仪刻度系数计算： 

里程仪光电编码器为N脉冲/转，车轮直径为D米，则刻度系数值为： 

$k=\frac{\mathrm{\πD}}{N}$

1.3.2）里程计算 

里程值为： 

L_i=L₀+k(N_i-N₀) 

式中： 

k为刻度系数； 

L₀为当前段初始里程值； 

N₀为当前段初始脉冲数； 

L_i为当前时刻里程值； 

N_i为当前时刻脉冲数； 

1.4）卫星数据采集： 

1.4.1）卫星数据接收： 

通过卫星接收机接收卫星数据，更新率不小于1Hz； 

1.4.2）卫星数据良好性判断： 

卫星接收机按照设定更新频率输出ECEF坐标系下的XYZ信息；每接收一组卫星数据，判断卫星信息良好性；当卫星状况良好时，记录卫星数据；否则不记录；卫星状况良好判据为：卫星数NUM>n1，且位置精度强弱度PDOP<n2，其中，n1≥6，n2≤3； 

1.4.3）卫星数据记录： 

记录i时刻卫星定位的轨道车位置为(X_i,Y_i,Z_i)，里程仪对应的脉冲数为N_i，里程仪对应的里程值为L_i； 

1.5）轨道坐标-里程数据库数据采集： 

在轨道坐标-里程数据库采集过程中，记录i时刻里程仪对应的脉冲数为N_DB,i，里程仪对应的里程值为L_DB,i，卫星定位的轨道车位置(X_DB,i,Y_DB,i,Z_DB,i)； 

1.6）里程对标修正： 

1.6.1）待对标数据记录： 

在里程对标修正过程中，记录i时刻里程仪对应的脉冲数为N_M,i，里程仪对应的里程值为L_M,i，卫星定位的轨道车位置(X_M,i,Y_M,i,Z_M,i)； 

1.6.2）数据库对标数据获取： 

在轨道坐标-里程数据库中，获取与(X_M,i,Y_M,i,Z_M,i)距离最近的两点(X_DB,m,Y_DB,m,Z_DB,m)和(X_DB,n,Y_DB,n,Z_DB,n)，及对应的里程和脉冲数，分别为L_DB,m、L_DB,n、N_DB,m、N_DB,n； 

1.6.3）里程对标： 

以轨道坐标为基准，通过插值得到i时刻对标里程L_M,i，对标脉 冲数N_M,i；对标里程L_M,i与当前时刻里程L_i的误差值为 

△L=|L_i-L_M,i| 

当△L大于某一阈值时，认为当前里程误差较大需要修正，重置当前里程为L_M,i，当前段初始里程值为L_M,i，初始脉冲数为N_M,i；如果△L小于该阈值，则认为不需要修正。 

本发明具有的优点和有益效果：本发明采用了高分辨率光电里程仪和高精度差分卫星组合定位技术，实现在正线、桥梁、隧道等多种条件的高速铁路里程定位精度优于0.1m，小于轨枕铺设间距0.625m，可以将轨道故障精确定位到具体轨枕，提高维修检测工作效率。 

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式做进一步说明。 

本发明在高速铁路轨道检测、故障定位中的应用，应在装有高分辨率光电里程仪、高精度差分GPS卫星接收机和高铁轨道控制网标志获取装置（专利申请号201110089812.4）的轨道车上使用。具体操作步骤如下： 

步骤1：里程仪数据采集与处理 

在轨道车某轮轴外侧安装一高分辨率光电里程仪，里程仪按固定频率向工控机发送累计脉冲数，记录N_i。 

步骤2：初始里程数据采集 

通过高铁控制网标志获取装置，可以获取车辆启动后经过第一个控制网标志时刻的时标信息，进而获取控制网标志对应的里程L₀和里 程仪对应的脉冲数为N₀，以此作为初始里程和脉冲数。 

步骤3：里程计算 

步骤3.1里程仪刻度系数计算 

里程仪光电编码器为N脉冲/转，车轮直径为D米，则刻度系数值为： 

$k=\frac{\mathrm{\&pi;D}}{N}$

步骤3.2里程计算 

里程值为： 

L_i=L₀+k(N_i-N₀) 

式中： 

k为刻度系数 

L₀为当前段初始里程值 

N₀为当前段初始脉冲数 

L_i为当前时刻里程值 

N_i为当前时刻脉冲数 

步骤4：卫星数据采集 

步骤4.1卫星数据接收 

通过卫星接收机接收卫星数据，更新率不小于1Hz。 

步骤4.2卫星数据良好性判断 

卫星接收机按照设定更新频率输出ECEF坐标系下的XYZ信息。每接收一组卫星数据，判断卫星信息良好性。当卫星状况良好时，记录卫星数据；否则不记录。卫星状况良好判据为： 

卫星数NUM>n1，且位置精度强弱度PDOP<n2 

其中，n1≥6，n2≤3。 

步骤4.3卫星数据记录： 

记录i时刻卫星定位的轨道车位置为(X_i,Y_i,Z_i)，里程仪对应的脉冲数为N_i，里程仪对应的里程值为L_i。 

步骤5：轨道坐标-里程数据库数据采集 

在轨道坐标-里程数据库采集过程中，记录i时刻里程仪对应的脉冲数为N_DB,i，里程仪对应的里程值为L_DB,i，卫星定位的轨道车位置(X_DB,i,Y_DB,i,Z_DB,i)。 

步骤6：里程对标修正 

步骤6.1待对标数据记录 

在里程对标修正过程中，记录i时刻里程仪对应的脉冲数为N_M,i，里程仪对应的里程值为L_M,i，卫星定位的轨道车位置(X_M,i,Y_M,i,Z_M,i)。 

步骤6.2数据库对标数据获取 

在轨道坐标-里程数据库中，获取与(X_M,i,Y_M,i,Z_M,i)距离最近的两点(X_DB,m,Y_DB,m,Z_DB,m)和(X_DB,n,Y_DB,n,Z_DB,n)，及对应的里程和脉冲数，分别为L_DB,m、L_DB,n、N_DB,m、N_DB,n。 

步骤6.3里程对标 

以轨道坐标为基准，通过插值得到i时刻对标里程L_M,i，对标脉冲数N_M,i。对标里程L_M,i与当前时刻里程L_i的误差值为 

△L=|L_i-L_M,i| 

当△L大于某一阈值时，认为当前里程误差较大需要修正，重置当前里程为L_M,i，当前段初始里程值为L_M,i，初始脉冲数为N_M,i；如果△L小于该阈值，则认为不需要修正。 

实施例 

步骤1：里程仪数据采集与处理 

在轨道车左侧某轮轴外侧安装一3600脉冲/转的高分辨率光电里程仪，里程仪按200Hz频率向工控机发送累计脉冲数，记录N_i。 

步骤2：初始里程数据采集 

通过高铁控制网标志获取装置，可以获取车辆启动后经过第一个控制网标志时刻的时标信息，进而获取控制网标志对应的里程L₀和里程仪对应的脉冲数为N₀，以此作为初始里程和脉冲数。 

步骤3：里程计算 

步骤3.1里程仪刻度系数计算 

里程仪光电编码器为3600脉冲/转，车轮直径为0.915米，则刻度系数值为： 

k=7.985×10^-4(m/^) 

步骤3.2里程计算 

里程值为： 

L_i=L₀+k(N_i-N₀) 

式中： 

k为刻度系数 

L₀为当前段初始里程值 

N₀为当前段初始脉冲数 

L_i为当前时刻里程值 

N_i为当前时刻脉冲数 

步骤4：卫星数据采集 

步骤4.1卫星数据接收 

卫星数据接收选用载波相位差分GPS设备，通过卫星接收机接收卫星数据，更新率为1Hz。 

步骤4.2卫星数据良好性判断 

卫星接收机以1Hz的更新频率输出ECEF坐标系下的XYZ信息。每1s接收一组卫星数据，判断卫星信息良好性。当卫星状况良好时，记录卫星数据；否则不记录。卫星状况良好判据为： 

卫星数NUM>6，且位置精度强弱度PDOP<3。 

步骤4.3卫星数据记录： 

记录i时刻卫星定位的轨道车位置为(X_i,Y_i,Z_i)，里程仪对应的脉冲数为N_i，里程仪对应的里程值为L_i。 

步骤5：轨道坐标-里程数据库数据采集 

在轨道坐标-里程数据库采集过程中，记录i时刻里程仪对应的脉冲数为N_DB,i，里程仪对应的里程值为L_DB,i，卫星定位的轨道车位置(X_DB,i,Y_DB,i,Z_DB,i)。 

步骤6：里程对标修正 

步骤6.1待对标数据记录 

在里程对标修正过程中，记录i时刻里程仪对应的脉冲数为N_M,i，里程仪对应的里程值为L_M,i，卫星定位的轨道车位置(X_M,i,Y_M,i,Z_M,i)。 

步骤6.2数据库对标数据获取 

在轨道坐标-里程数据库中，以坐标为基准计算欧式距离，获取与(X_M,i,Y_M,i,Z_M,i)距离最近的两点(X_DB,m,Y_DB,m,Z_DB,m)和(X_DB,n,Y_DB,n,Z_DB,n)，两点到(X_M,i,Y_M,i,Z_M,i)的距离分别为： 

$d_m=\sqrt{{(X_{M,i}-X_{\mathrm{DB},m})}^2+{(Y_{M,i}-Y_{\mathrm{DB},m})}^2+{(Z_{M,i}-Z_{\mathrm{DB},m})}^2}$

$d_n=\sqrt{{(X_{M,i}-X_{\mathrm{DB},n})}^2+{(Y_{M,i}-Y_{\mathrm{DB},n})}^2+{(Z_{M,i}-Z_{\mathrm{DB},n})}^2}$

对应的里程和脉冲数，分别为L_DB,m、L_DB,n、N_DB,m、N_DB,n。 

步骤6.3里程对标 

以轨道坐标为基准，通过插值得到i时刻对标里程L_M,i，对标脉冲数N_M,i。其中： 

$L_{M,i}=\frac{d_n}{d_m+d_n}*L_{\mathrm{DB},m}+\frac{d_m}{d_m+d_n}*L_{\mathrm{DB},n}$

$N_{M,i}=\frac{d_n}{d_m+d_n}*N_{\mathrm{DB},m}+\frac{d_m}{d_m+d_n}*N_{\mathrm{DB},n}$

对标里程L_M,i与当前时刻里程L_i的误差值为 

△L=|L_i-L_M,i| 

当△L大于某一阈值时，认为当前里程误差较大需要修正，重置当前里程为L_M,i，当前段初始里程值为L_M,i，初始脉冲数为N_M,i；如果△L小于该阈值，则认为不需要修正。 

至此，已经计算得到了高速铁路的里程信息，并完成轨道坐标与里程信息的对标工作。 

Claims (1)

1.一种高速铁路里程对标方法，其特征为所述方法包括以下步骤：

1.1）里程仪数据采集与处理：

在轨道车某轮轴外侧安装一高分辨率光电里程仪，里程仪按固定频率向工控机发送累计脉冲数，记录N_i；

1.2）初始里程数据采集：

通过高铁控制网标志获取装置，获取车辆启动后经过第一个控制网标志时刻的时标信息，进而获取控制网标志对应的里程L₀和里程仪对应的脉冲数为N₀，以此作为初始里程和脉冲数；

1.3）里程计算：

1.3.1）里程仪刻度系数计算：

里程仪光电编码器为N脉冲/转，车轮直径为D米，则刻度系数值为：

$k=\frac{\mathrm{\&pi;D}}{N}$

1.3.2）里程计算

里程值为：

L_i=L₀+k(N_i-N₀)

式中：

k为刻度系数；

L₀为当前段初始里程值；

N₀为当前段初始脉冲数；

L_i为当前时刻里程值；

N_i为当前时刻脉冲数；

1.4）卫星数据采集：

1.4.1）卫星数据接收：

通过卫星接收机接收卫星数据，更新率不小于1Hz；

1.4.2）卫星数据良好性判断：

卫星接收机按照设定更新频率输出ECEF坐标系下的XYZ信息；每接收一组卫星数据，判断卫星信息良好性；当卫星状况良好时，记录卫星数据；否则不记录；卫星状况良好判据为：卫星数NUM>n1，且位置精度强弱度PDOP<n2，其中，n1≥6，n2≤3；

1.4.3）卫星数据记录：

记录i时刻卫星定位的轨道车位置为(X_i,Y_i,Z_i)，里程仪对应的脉冲数为N_i，里程仪对应的里程值为L_i；

1.5）轨道坐标-里程数据库数据采集：

在轨道坐标-里程数据库采集过程中，记录i时刻里程仪对应的脉冲数为N_DB,i，里程仪对应的里程值为L_DB,i，卫星定位的轨道车位置(X_DB,i,Y_DB,i,Z_DB,i)；

1.6）里程对标修正：

1.6.1）待对标数据记录：

在里程对标修正过程中，记录i时刻里程仪对应的脉冲数为N_M,i，里程仪对应的里程值为L_M,i，卫星定位的轨道车位置(X_M,i,Y_M,i,Z_M,i)；

1.6.2）数据库对标数据获取：

在轨道坐标-里程数据库中，获取与(X_M,i,Y_M,i,Z_M,i)距离最近的两点(X_DB,m,Y_DB,m,Z_DB,m)和(X_DB,n,Y_DB,n,Z_DB,n)，及对应的里程和脉冲数，分别为L_DB,m、L_DB,n、N_DB,m、N_DB,n；

1.6.3）里程对标：

以轨道坐标为基准，通过插值得到i时刻对标里程L_M,i，对标脉冲数N_M,i；对标里程L_M,i与当前时刻里程L_i的误差值为

△L=|L_i-L_M,i|

当△L大于某一阈值时，认为当前里程误差较大需要修正，重置当前里程为L_M,i，当前段初始里程值为L_M,i，初始脉冲数为N_M,i；如果△L小于该阈值，则认为不需要修正。