CN105316986B - 一种基于惯性传感器与导航卫星组合的轨道参数动态检测小车 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于惯性传感器与导航卫星组合的轨道参数动态检测小车，包括车体组成、惯性传感器组成、导航卫星移动站组成、导航卫星基站组成、轨距测量组成、里程计组成、轨检小车控制计算机组成。具备上述结构的惯性传感器与导航卫星定位定向组合的轨道参数动态检测小车在待测轨道上运行后，可自动完成高低、轨向、扭曲、水平及超高、三角坑、平面度、轨距、转弯半径、里程等九种轨道参数的动态检测，克服了现有设备的缺点：本发明检测小车可实现人推、动力牵引，自动化快速检测全部轨道几参数，实现无接触检测，最高检测速度达60Kg/h；具有测量精度高、稳定，结构简单，易于操作，利于推广使用等特点。

Description

一种基于惯性传感器与导航卫星组合的轨道参数动态检测 小车

技术领域

本发明涉及一种轨道参数检测装置及其方法，尤其是涉及一种基于惯性传感器与导航卫星组合的轨道参数动态检测小车。

背景技术

目前轨道交通系统在轨道施工验收和常规养护维修过程中普遍采用基于光学测量原理的全站仪检测系统，或基于物理、机械、光电等多种测量原理的单一轨道几何参数检测装置分别检测复杂的轨道几何参数，也有将这些检测手段集成在一种便携式轨检车上，采用人工逐点移动、逐点测量来实现复杂轨道几何参数检测的。这些检测手段自动化程度低，耗时、费力、易受人和环境影响，检测精度受会发生变化，不能对大量数据进行实时处理。

近年来，国内外研究并装备了现代化大型轨道检测车，检测车采用先进的惯性基准测量原理、捷联式检测系统，并配备先进的光电测量方法，拟补惯性基准测量原理无法测量的轨道几何参数，运用计算机进行大数据实时处理，实现高精度实时检测，最高检测速度达180Kg/h。但是，大型轨道检测车造价昂贵，车体巨大而无法携行，在轨道施工验收和常规养护维修时使用会受到极大限制。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术中的不足，提供一种基于惯性传感器与导航卫星组合的轨道参数动态检测小车，轨检小车在轨道施工验收和常规养护维修时，具有便携使用，操作简单，实现人推、动力牵引，自动化快速检测全部轨道几参数，实现无接触检测，最高检测速度达60Kg/h，测量精度高、稳定，结构简单，利于推广使用等特点。

为解决现有技术中的问题，本发明一种基于惯性传感器与导航卫星组合的轨道参数动态检测小车，包括车体组成、惯性传感器组成、导航卫星移动站组成、导航卫星基站组成、轨距测量组成、里程计组成、轨检小车控制计算机组成。

进一步，所述惯性传感器与导航卫星组合的轨道参数动态检测小车的工作原理是：车体组成是轨道参数的刚性测量平台，惯性传感器组成、导航卫星移动站组成、轨距测量组成、里程计组成分别安装在车体组成的相应位置。惯性传感器组成、导航卫星接收天线移动站组成装配在刚性测量平台一角的基座之上，导航卫星接收天线基站组成安放在轨道线路外适当位置，三者共同测量与刚性测量平台姿态、位置相关的信息。里程计组成装配在车体组成下方一侧纵梁中部，测量轮与轨头顶面良好接触，与测量轮同轴安装的编码器输出里程信息； 激光测距传感器组成装配在车体横梁的下方，成对使用的激光测距感器装配在车架下一根横梁下方，单独使用的激光测距感器组成配在车架下另一根横梁的下方，三束测量光线分别射向轨头内侧规定轨距测量点上，输出测距信息。轨检小车控制计算机组成装配到车体组成上面，控制相关测量传感器，采集存储数据、处理数据解算测量参数、输出结果测量。人力推行组成装配在车架组成后方，实现人力推行方式检测。动力牵引组成装配在车体组成前方，实现动力牵引方式检测。

进一步，所述车体组成包括：车架组件、、人工牵引组件、动力牵引组件。其中：车架组件采用铝合金型材结构，包括：2根长纵梁、2根横梁，采用固定座将纵梁、横梁、装配成工字形车架；车轮组件采用铁路标准车轮外形设计和标准轨距设计，采用圆柱子轴承，满足测量速度要求；轨检小车其它组成全部安装在车架组件上，整体刚度满足测量要求。

进一步，所述惯性传感器组成包括：正交安装在壳体内的3只陀螺仪，3只加速度计，数据采集、处理、控制电路板。惯性传感器组成记录钢轨通过车体组成传递到基座的角速率、加速度信息。

进一步，所述导航卫星接收天线移动站组成包括：天线、安装座，装配在惯性传感器组成正上方，导航卫星接收天线移动站组成实时记录检测小车的位置信息和时间基准信息。

进一步，所述导航卫星接收天线基站组成，包括：天线、三角架。导航卫星接收天线基站组成提供位置信息和时间基准信息。

进一步，所述轨距测量组成包括：三个激光测距传感器组件，激光测距传感器组件包括：激光测距传感器，定位伺服机构，装配底座，激光测距传感器采用三角测量原理进行测距。轨距测量组成提供轨距、轨检小车在轨道上蛇形运动的信息，用于测量轨距和补偿轨检小车在轨道上的航向姿态。

进一步，所述里程计组成包括：轮架、轮轨间压力调控装置、轮毂、轮轴和轴承，轮毂上固装耐磨硫化橡胶轮面，轮毂、轮轴固联，轮轴上安装用于里程测量的转角编码器，里程计组成输出里程信息。

进一步，所述轨检测小车控制计算机组成包括：数据采集及存储器单元、传感器控制单元，数据处理单元，其中：

数据采集及存储器单元采集来自惯性传感器组成、导航卫星移动站组成、导航卫星基站组成、轨距测量组成、里程计组成的测量数据，将其有序存储。

传感器控制单元对惯性传感器组成、导航卫星移动站组成、导航卫星基站组成、轨距测量组成、里程计组成进行有序控制。

数据处理单元包括以下软件模块、完成其各自功能。

1数据预处理模块：

该模块包含两项功能。第一项功能为：对卫星接收机数据和惯性测量单元(3个陀螺，3 个加速度计)数据分别进行丢包分析；第二项功能为：对卫星接收机数据和惯性测量单元进行绘图显示，包括平面轨迹曲线、纬度曲线、经度曲线、高度曲线、东北天速度曲线、陀螺输出以及加速度计输出。

2卫星接收机载波相位差分解算模块：

该模块首先对卫星接收机流动站数据和卫星接收机基站数据进行数据格式转换，然后处理卫星接收机基站数据得到卫星接收机基站的绝对位置，再通过对卫星接收机流动站数据和卫星接收机基站数据的载波相位差分解算，得到高精度的卫星定位信息。

3惯性/卫星信息融合解算模块：

该模块功能为提供惯性/GPS数据融合解算功能。程序将根据初始对准模块提供的初始位置、速度和姿态信息，进行导航滤波初始化，然后读取预处理后的IMU和GPS数据，开始数据融合的综合导航解算，最终获得最佳位置、速度和姿态信息。

4轨道参数解算模块：

该模块功能为利用惯性/卫星信息融合解算结果，解算得到高精度的轨道参数。

5数据输出模块：

该模块功能为利用前述各环节计算得到的轨道参数，按照产品需求输出结果。

具备上述结构的惯性传感器与导航卫星定位定向组合的轨道参数动态检测小车在待测轨道上运行后，可自动完成高低、轨向、扭曲、水平及超高、三角坑、平面度、轨距、转弯半径、里程等九种轨道参数的动态检测，克服了现有光学轨检小车自动化程度低，耗时、费力、易受人和环境影响，检测精度不稳定，不能对大量数据进行实时处理等缺点；本发明检测小车具有便携使用，实现人推、动力牵引，自动化快速检测全部轨道几参数，实现无接触检测，最高检测速度达60Kg/h；检测小车测量精度高、稳定，结构简单，易于操作，利于推广使用等特点。

附图说明

图1图2图3图4为本发明一种基于惯性传感器与导航卫星组合的轨道参数动态检测小车实施例的结构示意图。

图5导航卫星基站组成

图6轨道参数动态检测小车检测系统原理框图

具体实施方式

下面结合附图对本实施例发明作进一步详细的说明。

如图1图2图3图4图5所示，其中图2是图1的俯视图，本发明一种基于惯性传感器与导航卫星组合的轨道参数动态检测小车，车体组成11包括：车架组件5，4个车轮组件：9-1、9-2、9-3、9-4，惯性传感器组成2，导航卫星移动站组成1，导航卫星基站组成10，3个轨距测量组成8-1、8-2、8-3，里程计组成7、轨检小车控制计算机组成6。

惯性传感器组成2、导航卫星移动站组成1、轨距测量组成8-1、8-2、8-3、里程计组成7分别安装在车体组成11的相应位置。惯性传感器组成2、导航卫星接收天线移动站组成1装配在车体组成11的一角基座之上，导航卫星接收天线基站组10成安放在轨线外适当位置，三者构成测量车体组成11姿态、位置的测量传感器；激光测距传感器组成8装配在车体组成11车架组件5横梁的下方，8-1、8-2激光测距感器装配在车架5下一根横梁下方，里程计组成7装配在同一纵梁中部，编码器输出里程信息；激光测距感器组成8-3配在车架5下另一根横梁的下方，三束测量光线分别射向轨头内侧规定轨距测量点上，输出轨距信息；轨检小车控制计算机组成6装配到车体组成上面，控制相关测量传感器，采集存储数据、处理数据解算测量参数、输出结果测量；人力推行组成装3配在车架组成后方，实现人力推行方式检测；动力牵引组成装4配在车体组成前方，实现动力牵引方式检测。

总之，本发明的实施例公布的是其较佳的实施方式，但并不限于此。本领域的普通技术人员极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于惯性传感器与导航卫星组合的轨道参数动态检测小车，其特征在于：包括车体组成、惯性传感器组成、导航卫星移动站组成、导航卫星基站组成、轨距测量组成、里程计组成、轨检小车控制计算机组成；

所述惯性传感器组成、所述导航卫星移动站组成装配在所述车体组成一角的基座之上，所述导航卫星基站组成安放在轨道线路外适当位置，三者共同测量与刚性测量平台姿态、位置相关的信息。

2.根据权利要求1所述的基于惯性传感器与导航卫星组合的轨道参数动态检测小车，其特征在于：所述车体组成采用铝合金型材结构，包括：2根长纵梁、2根横梁，采用固定座将纵梁、横梁、装配成工字形车架；车轮组件采用铁路标准车轮外形设计和标准轨距设计，采用圆柱子轴承，满足测量速度要求；轨检小车其它组成全部安装在车架组件上，整体刚度满足测量要求。

3.根据权利要求1所述的基于惯性传感器与导航卫星组合的轨道参数动态检测小车，其特征在于：成对使用的激光测距感器装配在车架下一根横梁下方，单独使用的激光测距感器组成装配在车架下另一根横梁的下方，三束测量光线分别射向轨头内侧规定轨距测量点上，输出轨距信息。

4.根据权利要求1所述的基于惯性传感器与导航卫星组合的轨道参数动态检测小车，其特征在于：所述里程计组成装配在所述车体组成下方一侧纵梁中部，测量轮与轨头顶面间压力可调，接触良好，与所述测量轮同轴安装的编码器输出里程信息。

5.根据权利要求1所述的基于惯性传感器与导航卫星组合的轨道参数动态检测小车，其特征在于：所述轨检小车控制计算机组成装配到所述车体组成上面，所述轨检小车控制计算机包括：数据采集及存储器单元、传感器控制单元，数据处理单元。

6.根据权利要求5所述的基于惯性传感器与导航卫星组合的轨道参数动态检测小车，其特征在于：所述数据采集及存储器单元采集来自惯性传感器组成、导航卫星移动站组成、导航卫星基站组成、轨距测量组成、里程计组成的测量数据，将其有序存储。

7.根据权利要求5所述的基于惯性传感器与导航卫星组合的轨道参数动态检测小车，其特征在于：所述传感器控制单元对惯性传感器组成、导航卫星移动站组成、导航卫星基站组成、轨距测量组成、里程计组成进行有序控制。

8.根据权利要求5所述的基于惯性传感器与导航卫星组合的轨道参数动态检测小车，其特征在于：所述数据处理单元包括以下软件模块，并完成其各自功能；

数据预处理模块：

该模块包含两项功能；第一项功能为：对卫星接收机数据和惯性测量单元(3个陀螺，3个加速度计)数据分别进行丢包分析；第二项功能为：对卫星接收机数据和惯性测量单元进行绘图显示，包括平面轨迹曲线、纬度曲线、经度曲线、高度曲线、东北天速度曲线、陀螺输出以及加速度计输出；

卫星接收机载波相位差分解算模块：

该模块首先对卫星接收机流动站数据和卫星接收机基站数据进行数据格式转换，然后处理卫星接收机基站数据得到卫星接收机基站的绝对位置，再通过对卫星接收机流动站数据和卫星接收机基站数据的载波相位差分解算，得到高精度的卫星定位信息；

惯性/卫星信息融合解算模块：

该模块功能为提供惯性/GPS数据融合解算功能；程序将根据初始对准模块提供的初始位置、速度和姿态信息，进行导航滤波初始化，然后读取预处理后的惯性和导航卫星数据，开始数据融合的综合导航解算，最终获得最佳位置、速度和姿态信息；

轨道参数解算模块：

该模块功能为利用惯性/卫星信息融合解算结果，解算得到高精度的轨道参数；

数据输出模块：

该模块功能为利用前述各环节计算得到的轨道参数，按照产品需求输出结果。