CN108423032B - 基于北斗导航卫星的遥控轨道测量车及其测量检测方法 - Google Patents

基于北斗导航卫星的遥控轨道测量车及其测量检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于北斗导航卫星的遥控轨道测量车及其测量方法。测量车包括车架、一对驱动轮、测距轮、驱动电机、惯性导航单元、北斗卫星定位接收机以及工控电脑和遥控器，驱动轮用于驱动车体移动；测距轮在车架的底部设置有至少有一个，用于测量铁路轨道的里程；驱动电机为驱动轮提供动力；车架中间设有横梁；北斗卫星定位接收机安装在横梁上，用于测量铁路轨道的三维坐标；惯性导航单元安装在车架上，用于获取车体运行姿态，进而获取铁路轨道轨迹、计算出铁路轨道里程；遥控器用于遥控驱动电机的动作；工控电脑用于对测得的数据进行分析对比并将结果输出。该装置实现了连续测量，且作业强度低、效率高，里程测量数据准确。

Description

基于北斗导航卫星的遥控轨道测量车及其测量检测方法
技术领域
本发明涉及铁路轨道里程测量领域，特别是涉及一种基于北斗导航卫星的遥控轨道测量车及其测量检测方法。
背景技术
铁路轨道测量是进行铁路设计、维护和改造等工程前需要开展的工作，其目的是准确测量轨道的现状，即轨道的详细位置和形态。
但是，用现有的测量装置进行测量时，不仅作业强度高、效率较低，且测量点的采样密度较稀疏，不利于全面分析轨道的位置形态。另外，在利用测距轮进行里程测量时，测距轮在作业过程中易产生滑动，从而会影响里程测量的准确性。
发明内容
为此，本发明的一个目的是提供一种测量点密度大、作业强度低且作业效率较高的遥控轨道测量车。
本发明的另一目的是提供一种利用上述遥控轨道测量车进行轨道里程测量检测的方法。
为此，本发明的技术方案如下：
一种基于北斗导航卫星的遥控轨道测量车，其设置在待测铁路轨道上，所述遥控轨道测量车包括车架、一对驱动轮、测距轮、驱动电机、惯性导航单元、北斗卫星定位接收机以及工控电脑和遥控器，所述驱动轮安装在所述车架两侧的底部，用于驱动车体移动；所述测距轮在所述车架的底部设置有至少有一个，用于测量铁路轨道的里程；所述驱动电机安装在所述车架上，用于驱动所述驱动轮，进而带动车体移动；在车架中间设置有横梁，所述横梁为绝缘体；所述北斗卫星定位接收机安装在所述横梁上，用于测量铁路轨道的三维坐标；所述惯性导航单元安装在车架上，用于获取车体的运行姿态，并在北斗卫星定位接收机测量的铁路轨道三维坐标基础上，通过车体的运行姿态获取铁路轨道轨迹，并进一步计算出铁路轨道里程；所述遥控器用于遥控所述驱动电机的动作；所述工控电脑用于接收所述测距轮、北斗卫星定位接收机和惯性导航单元测得的数据，对所述数据进行分析对比并将分析对比的结果输出。
优选的是，所述测距轮在所述车架的两侧底部各设置有一个，且分别沿两侧的轨道移动。
另外，所述车架上还安装有一为所述驱动电机提供电力的电瓶。在本发明的一个实施例中，所述电瓶为12V。
优选的是，所述北斗卫星定位接收机安装在一立杆上，所述立杆竖直安装在所述横梁的中部。
所述的遥控轨道测量车还包括用于推动所述车架移动的手推杆，该手推杆的底端与所述横梁固装，手推杆的上端向车架的后上方伸出。在本发明的一个实施例中，所述手推杆呈倒立的U形，在手推杆上设置有分别用于放置工控电脑和遥控器的托架。
所述遥控器在不使用时可以挂在所述托架上，使用时将其取下。在所述手推杆的两侧还可以各安装有一个把手，以便于在电机不工作时，用手推动车体移动。
一种利用上述遥控轨道测量车测量检测铁路里程的方法，包括以下步骤：
S1:所述测距轮测量铁路轨道的里程L1；
S2:所述北斗卫星定位接收机测量铁路轨道的三维坐标；
S3:所述惯性导航系统获取测量车的运行姿态，并在北斗卫星定位接收机测量的铁路轨道三维坐标基础上通过测量车运行姿态获取铁路轨道轨迹；
S4:所述工控电脑对北斗卫星定位接收机和惯性导航系统测量的数据进行处理，获得所述测量车的坐标，并通过所述坐标计算铁路轨道的里程L2；
S5:所述工控电脑对测距轮测得的里程L1和计算获得的铁路轨道里程L2进行对比检测，计算二者的差值△＝L1-L2；
S6:所述工控电脑对得到的检测结果△进行判定，如果△不满足技术指标，则判定为不合格，需及时查找原因并返回步骤S1和S4重新进行测量；如果检测结果△符合技术指标，则认为检测合格，进入步骤S7；
S7:记录检测合格的铁路轨道里程数据，继续向前测量下一点铁路轨道里程。
优选的是，所述工控电脑根据所述北斗卫星定位接收机和惯性导航系统获取的数据对所述测量车的坐标进行计算，获得铁路轨道的里程。
优选的是，在进行步骤S1前先启动工控电脑，输入起点里程和已知坐标，设置数据记录格式和测量间隔。
优选的是，通过所述遥控器指挥测量车行进，测量数据按照预设模式自动记录在所述工控电脑中。
优选的是，在步骤S7中，所得的测量数据在工控电脑中显示并输出，经检查无误后，按照规定的格式输出为电子文档，记录铁路轨道的里程及三维坐标信息。
另外，在上述方法中，可以对两种铁路轨道里程测量结果依据测量技术标准设置差异化指标，例如1/2000，如果指标超过此限制，即大于1/2000，则可以自动在工控电脑上提示报警。
为了提高铁路轨道测量效率，本发明将测距轮与北斗卫星定位接收机、惯性导航系统集成在轨道测量小车上，在作业中，通过测量小车的移动测量出轨道的里程、坐标和高程，每一处里程与坐标和高程都有一一对应的关系，通过北斗卫星定位接收机加惯性导航系统计算得到里程数据与测距轮获取的里程数据经过对比。本发明具有以下有益效果：
1.测量车在行进过程中连续进行测量，测量点密度大、作业强度低、作业效率高。
2、利用推算里程实时对测距轮测得里程进行对比检查，可以及时发现测距轮或北斗卫星定位接收机加惯性导航系统在铁路轨道里程测量方面存在的错误，在发现两者差异值超过设定限值后能及时发出报警信号进行报警，从而有效提高铁路轨道里程一次测量的正确率。
附图说明
图1是本发明的遥控轨道测量车的结构示意图；
图2是利用发明的的遥控轨道测量车进行轨道里程测量检测的流程图。
图中：
1、车架，2、横梁，3、驱动轮，4、测距轮，5、驱动电机，6、遥控天线，
7、惯性导航单元，8、北斗卫星定位接收机，9、手推杆，10、把手，11、工控电脑托架，
12、遥控器托架，13、电瓶。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
参见图1，本发明的基于北斗导航卫星的遥控轨道测量车，在使用时设置在待测铁路轨道上，用于测量铁路轨道的里程。该遥控轨道测量车包括车架1、一对驱动轮3、测距轮4、驱动电机5、惯性导航单元7、北斗卫星定位接收机8以及工控电脑和遥控器。
具体地说，所述驱动轮3安装在所述车架1两侧的底部，用于驱动车体移动；所述测距轮4在所述车架1的底部设置有至少有一个，用于测量铁路轨道的里程；所述驱动电机5安装在所述车架1上，用于驱动所述驱动轮3，进而带动车体移动；在车架中间设置有横梁2，所述横梁2为绝缘体；所述北斗卫星定位接收机8安装在所述横梁2上，用于测量铁路轨道的三维坐标；所述惯性导航单元7安装在车架1上，用于获取车体的运行姿态，并在北斗卫星定位接收机测量的铁路轨道三维坐标基础上，通过车体的运行姿态获取铁路轨道轨迹，并进一步计算出铁路轨道里程；所述遥控器用于遥控所述驱动电机5的动作；所述工控电脑用于接收所述测距轮4、北斗卫星定位接收机8和惯性导航单元7测得的数据，通过内置的软件系统对所述数据进行分析对比并将分析对比的结果输出记录为电子文件。
另外，为了便于手动驱动该遥控轨道测量车，在该测量车上还安装了用于推动所述车架 1移动的手推杆9，该手推杆9的底端与横梁2固装，手推杆9的上端向车架的后上方伸出。手推杆9设计成倒立的U形，在手推杆9上设置有工控电脑托架和遥控器托架，工控电脑和遥控器(图中未示)分别设置在各自的托架上。在手推杆9的两侧各安装有一个把手10。
测距轮4可以设置一个，也可以在车架两侧的底部各设置一个。设置两个测距轮4时，两个测距轮4分别沿两侧的轨道移动。
另外，在车架1上还安装有一个为驱动电机5提供电力的电瓶13。在本发明的一个实施例中，所述电瓶13为12V。另外，所述北斗卫星定位接收机8安装在一立杆上，所述立杆竖直安装在所述横梁2的中部。所述遥控器可以挂在托遥控器架上，使用时，将其取下即可。上述惯性导航单元7可以采用IGI公司基于光纤陀螺的惯性测量单元FOG-IMU-IIF。
本测量车为工字型结构，左侧2个车轮，分别为驱动轮和测距轮，右侧1个测距轮或者是一个驱动轮和一个测距轮。主要采用遥控电机驱动，沿铁路轨道方向前进或后退，运动速度可达到1米/秒。不使用遥控时，也可采用人工推动。测距车轮可以获得测量车的里程。本测量车搭载北斗卫星定位测量接收机和惯性导航系统。通过北斗卫星定位接收机获取测量车行进过程中的位置信息，可以设定每1秒记录一个点的三维坐标，并通过惯性导航系统将采样间隔为1秒的测量点连续起来形成一条完整的轨迹，从而获得铁路轨道的详细位置形态。
利用上述轨道测量车测量检测铁路里程的方法包括以下步骤：
S1:将测量车安置在待测铁路轨道上，连接各设备部件，启动电源，测量车的测距轮开始进行铁路轨道里程测量，获得铁路轨道里程L1；
S2:所述北斗卫星定位接收机测量铁路轨道的三维坐标；
S3:所述惯性导航系统获取测量车的运行姿态，并在北斗卫星定位接收机测量的铁路轨道三维坐标基础上通过测量车运行姿态获取铁路轨道轨迹，进一步计算出铁路轨道里程；
S4:所述工控电脑对北斗卫星定位接收机和惯性导航系统测量的数据进行处理，获得所述测量车的坐标，并通过所述坐标计算铁路轨道的里程L2；
S5:所述工控电脑对测距轮测得的里程L1和计算获得的铁路轨道里程L2进行对比检测，计算二者的差值△＝L1-L2；
S6:所述工控电脑对得到的检测结果△进行判定，如果△不满足技术指标，则判定为不合格，需及时查找原因并返回步骤S1和S4重新进行测量；如果检测结果△符合技术指标，则认为检测合格，进入步骤S7；
通常，上述技术指标为1/2000，即：L1和L2是从同一起点测量推算的里程，其对应的距离为S1和S2，这两个数据的差值△＝L1-L2＝S1-S2，这段距离为S＝(S1+S2)/2，如果△/S小于 1/2000,则测量合格，如果△/S大于1/2000,则测量不合格，需要返回到本次测量的起点处重新测量，直至合格。
S7:记录检测合格的铁路轨道里程数据，继续向前测量下一点铁路轨道里程。
在上述方法中，工控电脑根据北斗卫星定位接收机和惯性导航系统获取的数据对测量车的坐标进行计算，从而获得铁路轨道的里程。
优选的是，在进行步骤S1前先启动工控电脑，输入起点里程和已知坐标，设置数据记录格式和测量间隔。测量车的行进可以通过遥控器指挥，测量数据按照预设模式自动记录在工控电脑中。在步骤S7中，所得的测量数据能够在工控电脑中显示并输出，经检查无误后，可以按照规定的格式输出为电子文档，记录铁路轨道的里程及三维坐标信息。

Claims (9)

1. 一种利用遥控轨道测量车测量检测铁路里程的方法，所述遥控轨道测量车设置在待测铁路轨道上，所述遥控轨道测量车包括车架（1）、一对驱动轮（3）、测距轮（4）、驱动电机（5）、惯性导航单元（7）、北斗卫星定位接收机（8）以及工控电脑和遥控器，其中：所述驱动轮（3）安装在所述车架（1）两侧的底部，用于驱动车体移动；所述测距轮（4）在所述车架（1）的底部设置有至少有一个，用于测量铁路轨道的里程；所述驱动电机（5）安装在所述车架（1）上，用于驱动所述驱动轮（3），进而带动车体移动；在车架中间设置有横梁（2），所述横梁（2）为绝缘体；所述北斗卫星定位接收机（8）安装在所述横梁（2）上，用于测量铁路轨道的三维坐标；所述惯性导航单元（7）安装在车架（1）上，用于获取车体的运行姿态，并在北斗卫星定位接收机测量的铁路轨道三维坐标基础上，通过车体的运行姿态获取铁路轨道轨迹，并进一步计算出铁路轨道里程； 所述遥控器用于遥控所述驱动电机（5）的动作；所述工控电脑用于接收所述测距轮（4）、北斗卫星定位接收机（8）和惯性导航单元（7）测得的数据，对所述数据进行分析对比并将分析对比的结果输出；其特征在于：利用所述遥控轨道测量车测量检测铁路里程的方法包括以下步骤：
S1:所述测距轮（4）测量铁路轨道的里程L1；
S2:所述北斗卫星定位接收机（8）测量铁路轨道的三维坐标；
S3:所述惯性导航单元（7）获取测量车的运行姿态，并在所述北斗卫星定位接收机（8）测量的铁路轨道三维坐标基础上通过测量车运行姿态获取铁路轨道轨迹；
S4:所述工控电脑对北斗卫星定位接收机（8）和惯性导航单元（7）测量的数据进行处理，获得所述测量车的坐标，并通过所述坐标计算铁路轨道的里程L2；
S5: 所述工控电脑对测距轮测得的里程L1和计算获得的铁路轨道里程L2进行对比检测，计算二者的差值△=L1-L2；
S6: 所述工控电脑对得到的检测结果△进行判定，如果△不满足技术指标，则判定为不合格，需及时查找原因并返回步骤S1和S4重新进行测量；如果检测结果△符合技术指标，则认为检测合格，进入步骤S7；
S7:记录检测合格的铁路轨道里程数据，并继续向前测量下一点铁路轨道里程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述工控电脑根据所述北斗卫星定位接收机（8）和惯性导航单元（7）获取的数据对所述测量车的坐标进行计算，获得铁路轨道的里程。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在进行步骤S1前先启动工控电脑，输入起点里程和已知坐标，设置数据记录格式和测量间隔。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：通过所述遥控器指挥测量车行进，测量数据按照预设模式自动记录在所述工控电脑中；在步骤S7中，所得的测量数据在工控电脑中显示并输出，经检查无误后，按照规定的格式输出为电子文档，记录铁路轨道的里程及三维坐标信息。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述测距轮（4）在所述车架的两侧底部各设置有一个，且分别沿两侧的轨道移动。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述车架（1）上还安装有一为所述驱动电机（5）提供电力的电瓶（13）。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述电瓶（13）为12V。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述北斗卫星定位接收机（8）安装在一立杆上，所述立杆竖直安装在所述横梁（2）的中部。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述遥控轨道测量车还包括用于推动所述车架（1）移动的手推杆（9），该手推杆（9）的底端与所述横梁（2）固装，手推杆（9）的上端向车架的后上方伸出；所述手推杆（9）呈倒立的U形，在手推杆（9）上设置有工控电脑托架和遥控器托架。
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