CN108413945A

CN108413945A - 一种轨道坐标点经纬高测量装置及方法

Info

Publication number: CN108413945A
Application number: CN201711423859.3A
Authority: CN
Inventors: 刘波; 孟宪洪; 肖骁; 王新让; 何占元; 杨建兵; 贾新友
Original assignee: China Shenhua Energy Co Ltd; Traffic Control Technology TCT Co Ltd; Shuohuang Railway Development Co Ltd
Current assignee: China Shenhua Energy Co Ltd; Traffic Control Technology TCT Co Ltd; Shuohuang Railway Development Co Ltd
Priority date: 2017-12-25
Filing date: 2017-12-25
Publication date: 2018-08-17
Anticipated expiration: 2037-12-25
Also published as: CN108413945B

Abstract

本发明公开一种轨道坐标点经纬高测量装置及方法，该测量装置包括：定位系统，用于探测并记录所述列车停在临近所述目标点的第一位置与刚经过所述目标点的第二位置的经纬高坐标与公里标位置；测距装置，用于测量所述天线与所述列车的车钩之间的第一水平距离L及所述列车停在临近所述目标点的第一位置时所述车钩到所述目标点的第二水平距离a；以及处理器，用于根据所述第一位置与所述第二位置的公里标位置，计算述第一位置与所述第二位置的行走距离b；以及根据所述第一位置与所述第二位置的经纬高坐标、所述行走距离b、所述第一水平距离L、所述第二水平距离a以及位置比例关系来确定所述目标点在所述轨道上的经纬高坐标。

Description

一种轨道坐标点经纬高测量装置及方法

技术领域

本发明属于重载货运铁路信号系统领域，特别涉及一种轨道坐标点经纬高测量装置及方法。

背景技术

在轨道交通领域，轨道沿线坐标点的地理坐标通常通过手持卫星定位设备，或具备卫星定位功能的轨道推车完成。手持卫星定位设备易于携带、测量简便，但往往精度较低，轨道车精度较高，但价格不菲，且运输不便。这两种测量方法都在一定程度上依赖人力在不同的测量点之间移动，测量效率较低。

以重载铁路移动闭塞技术为代表的当代轨道交通控制技术，存在测量沿线指定地点经纬高坐标的需求，以朔黄铁路为代表的重载货运铁路，通常长达几百公里，使用传统的测量手段，测量效率过于低下以致于无法成为一种可行的方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种轨道坐标点经纬高测量装置及方法，其能够在有限的工程测量条件下，不需要人员工作下车测量，即可高效精确地完成轨道沿线坐标点的经纬高测量，同时节省额外测量设备的投入。

为了实现上述目的，本发明提供一种轨道坐标点经纬高测量装置，该测量装置包括：定位系统，该定位系统包括：定位装置，该定位装置的天线安装于一列车的车顶上，用于探测并记录所述列车停在临近所述轨道坐标点内的目标点的第一位置与刚经过所述目标点的第二位置的经纬高坐标；以及位置传感器，用于采集所述第一位置与所述第二位置的公里标位置，测距装置，用于测量所述天线与所述列车的车钩之间的第一水平距离L及所述列车停在临近所述目标点的第一位置时所述车钩到所述目标点的第二水平距离a；以及处理器，该处理器用于：根据所述第一位置与所述第二位置的公里标位置，计算述第一位置与所述第二位置的行走距离b；以及根据所述第一位置与所述第二位置的经纬高坐标、所述行走距离b、所述第一水平距离L、所述第二水平距离a以及位置比例关系来确定所述目标点的经纬高坐标。

可选的，所述测距装置测量所述第二水平距离a包括：所述测距装置测量所述测距装置中心点与轨道平面的恒定高度H、所述测距装置中心点到所述车钩的第三水平距离x以及所述测距装置中心点到所述目标点的目标距离 S，并根据所述恒定高度H、所述第三水平距离x、所述目标距离S以及勾股定理计算得出所述第二水平距离a。

可选的，所述定位装置包括差分卫星定位设备。

可选的，所述位置传感器包括轴端速度传感器。

可选的，所述测距装置包括激光测距仪。

相应地，本发明还提供一种轨道坐标点经纬高测量方法，由安装于一列车上的定位系统与测距装置对目标点进行测量，该测量方法包括：测量所述定位系统的天线与所述列车的车钩之间的第一水平距离L；当所述列车停在临近所述轨道坐标点内的目标点的第一位置时，测量所述列车的车钩到所述目标点的第二水平距离a，并记录所述第一位置的经纬高坐标与公里标位置；当所述列车停在刚经过所述目标点的第二位置时，记录所述第二位置的经纬高坐标与公里标位置；根据所述第一位置与所述第二位置的公里标位置，计算述第一位置与所述第二位置的行走距离b；以及根据所述第一位置与所述第二位置的经纬高坐标位置、所述行走距离b、所述第一水平距离L、所述第二水平距离a以及位置比例关系来确定所述目标点的经纬高坐标。

通过上述技术方案，本发明创造性地采用定位系统，即定位装置和位置传感器，不需要工作人员下车测量，即可高效精确地完成沿线坐标点的经纬高测量。以朔黄重载移动闭塞项目为例，三站两区间试验段，上下行合计80 公里长的线路，共计28个待测点，耗时3个小时全部测量完毕，即可在一个天窗点内完成测量工作。假设在全线600km/h(上下行合计1200km/h)开展测量工作，按现有三台移动闭塞机车并行投入测量计算，5个天窗点即可完成全部测量任务。测量期间的机车旅行速度约26.7km/h。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种实施方式提供的轨道坐标点经纬高测量装置的流程图；

图2是本发明一种实施方式提供的测量第二水平距离a的原理示意图；

图3是本发明一种实施方式提供的目标点经纬高测量的原理示意图；

图4是本发明一种实施方式提供的轨道坐标点经纬高测量装置的原理示意图；以及

图5是本发明一种实施方式提供的轨道坐标点经纬高测量方法的流程图。

附图标记说明

1 定位系统 2 定位装置

3 位置传感器 4 测距装置

5 处理器 6 车钩

20 差分卫星定位设备 30 轴端速度传感器

40 激光测距仪 200 天线

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是本发明一实施例提供的轨道坐标点经纬高测量装置的流程图。如图1所示，本发明提供一种轨道坐标点经纬高测量装置，该测量装置包括：定位系统1，该定位系统1包括：定位装置2，该定位装置2的天线安装于一列车的车顶上，用于探测并记录所述列车停在临近所述轨道坐标点内的目标点的第一位置与刚经过所述目标点的第二位置的经纬高坐标；以及位置传感器3，用于采集所述第一位置与所述第二位置的公里标位置，测距装置4，用于测量所述天线与所述列车的车钩之间的第一水平距离L及所述列车停在临近所述目标点的第一位置时所述车钩到所述目标点的第二水平距离a；以及处理器5，该处理器5用于：根据所述第一位置与所述第二位置的公里标位置，计算述第一位置与所述第二位置的行走距离b；以及根据所述第一位置与所述第二位置的经纬高坐标、所述行走距离b、所述第一水平距离L、所述第二水平距离a以及位置比例关系来确定所述目标点的经纬高坐标。这里，采用所述定位装置2探测坐标点，则探测过程中所述定位装置2的天线 21的位置就是坐标点的位置。

所述定位装置2可包括差分卫星定位设备与单点卫星定位设备，本发明采用移动闭塞车载设备自带的差分卫星定位设备20，所述差分卫星定位设备 20的天线200安装在一列车的车顶上，可探测并记录轨道沿线任一目标点O 处的经纬高坐标，其测量精度远高于传统测量手段。

所述位置传感器3可包括轴端速度传感器、光电位置传感器、超声波位置传感器、电容式位置传感器、压力式位置传感器与直线位移定位器等，本发明采用移动闭塞车载设备自带的轴端速度传感器30，所述轴端速度传感器 30安装在所述列车的车轮上，可测量并记录轨道沿线任一目标点O处的公里标位置。

这样采用移动闭塞车载设备自带的定位系统，即所述差分卫星定位设备 20与所述轴端速度传感器30，不仅能够得到高精度的定位测量结果，还节省额外测量设备的投入。

所述测距装置4可包括激光测距仪、超声波测距仪以及电磁波测距仪等能够测量距离的装置。本发明采用工程测量中常见的激光测距仪40，如图2 所示，所述激光测距仪40通过三脚架架设在所述列车的地板上，可测量所述天线200与所述列车的车钩6之间的第一水平距离L及所述列车停在临近所述目标点O的第一位置A(即所述天线200到达A点)时所述车钩6到所述目标点O的第二水平距离a。本发明采用的所述激光测距仪40，使工作人员无需下车即可完成测量工作，与传统测量手段相比极大地提高了测量的效率。

具体而言，现以所述轨道坐标点内的任一目标点O的经纬高坐标为例来解释本发明提供的轨道坐标点经纬高测量过程。图3示出了所述轨道沿线上任一目标点O经纬高测量的原理示意图。工作人员想测量坐标点O点的经纬高数据，但列车不可能刚好停留在O点处，因此，需要通过测量O点附近的前后两点(也就是临近所述目标点O的第一位置A和刚经过所述目标点O的第二位置B)的经纬高坐标以及位置比例关系来计算目标点O的经纬高坐标，其中，所述位置比例关系为所述第一位置A到所述目标点O之间的线段与所述第一位置A到所述第二位置B之间的线段长度之比。具体而言，要根据A、B两点的经纬高坐标以及|AO|/|AB|来计算。

所述第一位置A到所述目标点O之间的线段长度|AO|可分两部分进行计算：如图4所示，所述定位装置的天线200(即所述第一位置A)到所述列车的车钩之间的第一水平距离L与所述列车停在临近所述目标点的第一位置A时所述车钩到所述目标点O的第二水平距离a，其中，所述第一水平距离L可通过所述激光测距仪40进行测量，不需工作人员下车测量，节省时间，提高测量效率，当然，所述第一水平距离L也可以通过带有刻度的标尺等常规的测量工具直接进行测量。此外，所述第一水平距离L可以在所述列车上轨道测量前利用以上两种方式测量，也可以在所述列车上轨道测量时利用以上两种方式测量，但为了提高所述列车在上轨道的测量效率或者减少所述列车占用轨道的时间，所述第一水平距离L可在所述列车上轨道测量前就测量好。

所述列车停在临近目标点O的第一位置A处，如图2所示，所述第二水平距离a可根据勾股定理来计算，其中H为激光测距仪40的中心点与轨道平面的恒定高度(H包括激光测距仪40的中心点到所述列车地板的距离h 以及所述列车地板到轨道平面的高度h₀)，x为激光测距仪40的中心点到列车车钩的第三水平距离，S为激光测距仪40的中心点到所述目标点O的目标距离。所述处理器5可根据勾股定理计算所述第二水平距离a，具体地，所述第二水平距离其中，h、x以及S均可通过所述激光测距仪40来测量，h₀可通过查阅列车参数得到当然，其中h 与x也可以在列车上线测量前利用带有刻度的标尺等常规的测量工具直接进行测量。这种利用激光测距仪40的测量手段不需工作人员下车测量，节省时间，极大地提高了测量的效率。

所述第一位置A到所述第二位置B之间的线段长度|AB|可通过所述轴端速度传感器30来测量，如图4所示，所述列车停在临近所述目标点O的第一位置A时，所述轴端速度传感器30记录A处的公里标位置S_A，所述列车停在刚经过所述目标点O的第二位置B时，所述轴端速度传感器30记录 B处的公里标位置S_B，然后所述处理器5计算所述第一位置A到所述第二位置B之间的线段长度|AB|，即行走距离b，具体地，行走距离b＝|S_A-S_B|。

由于所述第一位置A至所述第二位置B距离不远，在所述轨道的大曲线半径前提下，可认为AB是一条直线段，则所述目标点O在线段AB上，如图3所示，目标点O的经纬高坐标(X_O，Y_O，H_O)可根据A、B两点的经纬高坐标(X_A，Y_A，H_A)、(X_B，Y_B，H_B)及A、O与B三点的位置比例关系(即|AO|/|AB|)来计算，具体地，目标点O的经纬高坐标(X_O，Y_O， H_O)为 (X_B+(X_A-X_B)*(L+a)/b,Y_B+(Y_A-Y_B)*(L+a)/b,H_B+(H_A-H_B)*(L+a)/b) ，其中A、B两点的经纬高坐标(X_A，Y_A，H_A)、(X_B，Y_B，H_B)可通过所述差分卫星定位设备20来测量，该测量结果远高于传统测量手段的测量精度。

因此，轨道沿线目标点经纬高坐标根据所述第一位置与所述第二位置的经纬高坐标、所述行走距离b、所述第一水平距离L、所述第二水平距离a 以及位置比例关系来确定。

本实施例能够在移动闭塞车现有的测量设备条件下，实现高效高精度地完成轨道沿线坐标点的经纬高测量。该测量装置具备以下优点或有益效果：

1、仅使用重载移动闭塞车载设备，以及工程测量最为常见的激光测距仪，不需要额外购置设备即可完成全线测量工作。

2、利用重载移动闭塞车载设备标配的高精度差分卫星定位设备，能够取得远高于传统测量手段的测量精度。

3、每个点的测量时间约五分钟(主要时间用于试验机车接近并寻找目标待测点)，只需停两次车，无需人员下车，利用Excel等简单的数据处理工具即可立即得到计算结果，待测点间的交通直接利用试验机车行驶，相比于传统测量手段极大提高了测量的效率。

4、重载货运铁路7*24小时运营，只能利用有限的天窗时间进行测量作业，测量效率的提升很好地适应了重载货运铁路的运输组织特点。

相应的，如图5所示，本发明还提供了一种轨道坐标点经纬高测量方法，由安装于一列车上的定位系统与测距装置对目标点进行测量，该测量方法包括：S1，测量所述定位系统的天线与所述列车的车钩之间的第一水平距离L； S2，当所述列车停在临近所述目标点的第一位置时，测量所述列车的车钩到所述目标点的第二水平距离a，并记录所述第一位置的经纬高坐标与公里标位置；S3，当所述列车停在刚经过所述目标点的第二位置时，记录所述第二位置的经纬高坐标与公里标位置；S4，根据所述第一位置与所述第二位置的公里标位置，计算述第一位置与所述第二位置的行走距离b；以及S5，根据所述第一位置与所述第二位置的经纬高坐标位置、所述行走距离b、所述第一水平距离L、所述第二水平距离a以及位置比例关系来确定所述目标点在所述轨道上的经纬高坐标。

重复上述步骤S2-S5，直至完成所述轨道坐标点内的所有目标点的经纬高坐标的测量为止。

该方法的具体原理与益处与上述轨道坐标点经纬高测量方法的工作原理与益处相似，这里不再赘述。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种轨道坐标点经纬高测量装置，其特征在于，该测量装置包括：

定位系统，该定位系统包括：

定位装置，该定位装置的天线安装于一列车的车顶上，用于探测并记录所述列车停在临近所述轨道坐标点内的目标点的第一位置与刚经过所述目标点的第二位置的经纬高坐标；以及

位置传感器，用于采集所述第一位置与所述第二位置的公里标位置，

测距装置，用于测量所述天线与所述列车的车钩之间的第一水平距离L及所述列车停在临近所述目标点的第一位置时所述车钩到所述目标点的第二水平距离a；以及

处理器，该处理器用于：

根据所述第一位置与所述第二位置的公里标位置，计算述第一位置与所述第二位置的行走距离b；以及

根据所述第一位置与所述第二位置的经纬高坐标、所述行走距离b、所述第一水平距离L、所述第二水平距离a以及位置比例关系来确定所述目标点的经纬高坐标。

2.根据权利要求1所述的轨道坐标点经纬高测量装置，其特征在于，所述测距装置测量所述第二水平距离a包括：

所述测距装置测量所述测距装置中心点与轨道平面的恒定高度H、所述测距装置中心点到所述车钩的第三水平距离x以及所述测距装置中心点到所述目标点的目标距离S，并根据所述恒定高度H、所述第三水平距离x、所述目标距离S以及勾股定理计算得出所述第二水平距离a。

3.根据权利要求1所述的轨道坐标点经纬高测量装置，其特征在于，所述定位装置包括差分卫星定位设备。

4.根据权利要求1所述的轨道坐标点经纬高测量装置，其特征在于，所述位置传感器包括轴端速度传感器。

5.根据权利要求1所述的轨道坐标点经纬高测量装置，其特征在于，所述测距装置包括激光测距仪。

6.一种轨道坐标点经纬高测量方法，由安装于一列车上的定位系统与测距装置对目标点进行测量，其特征在于，该测量方法包括：

测量所述定位系统的天线与所述列车的车钩之间的第一水平距离L；

当所述列车停在临近所述轨道坐标点内的目标点的第一位置时，测量所述列车的车钩到所述目标点的第二水平距离a，并记录所述第一位置的经纬高坐标与公里标位置；

当所述列车停在刚经过所述目标点的第二位置时，记录所述第二位置的经纬高坐标与公里标位置；

根据所述第一位置与所述第二位置的经纬高坐标位置、所述行走距离b、所述第一水平距离L、所述第二水平距离a以及位置比例关系来确定所述目标点的经纬高坐标。

7.根据权利要求6所述的轨道坐标点经纬高测量方法，其特征在于，所述测量所述第二水平距离a包括：

测量所述测距装置中心点与轨道平面的恒定高度H与所述测距装置中心点到所述车钩的第三水平距离x；

当所述列车停在临近所述目标点的第一位置时，测量所述测距装置中心点到所述目标点的目标距离S；以及

根据所述恒定高度H、所述第三水平距离x、所述目标距离S以及勾股定理计算得出所述第二水平距离a。