CN109823362A - 一种轨道平顺性检测分析方法 - Google Patents
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Abstract
一种轨道平顺性检测分析方法，以显著提高测量效率提高和显著提高轨向、高低不平顺性指标测量精度。包括如下步骤：①在轨道上组装好轨检小车，并校正倾角；②利用严密半盘位自由设站法控制全站仪测量，获取全站仪的设站坐标；③通过全站仪设站坐标结合轨检小车结构参数，确定轨检小车所在位置的横向偏移、竖向偏移；④推行轨检小车，通过高精度惯导系统采集推行过程中的惯导系统航向角、俯仰角变化，并同步采集里程、倾角数据；⑤相邻2次全站仪设站间的范围定义为一个区段，其长度为120米，每间隔120米回到步骤②，若最后一段不足120米，则推行完成后执行步骤②，结束整段测量；⑦即时进行数据处理。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通，特别涉及一种轨道平顺性检测分析方法。
背景技术
轨道不平顺是指轨道几何形状、尺寸和空间位置的偏差，本发明检测分析的轨道不平顺主要针对轨道的轨向、高低不平顺性参数。轨道不平顺性指标是铁路、地铁、磁浮等轨道交通工程安全性、舒适性重要评价指标。
目前，常用的平顺性方法有两种，一种是基于CPⅢ轨道控制网采用绝对测量小车逐根轨枕采集数据进行分析的方法，其不足之处是测量效率低而且不容易提高局部平顺性；另一种是基于惯导系统的纯粹相对测量逐根轨枕采集数据进行分析的方法，相对小车测量速度快，且局部平顺性好，但是不包含绝对坐标信息。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种轨道平顺性检测分析方法，以显著提高测量效率提高和显著提高轨向、高低不平顺性指标测量精度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的轨道平顺性检测分析方法，包括如下步骤：
①在轨道上组装好轨检小车，并校正倾角；
②利用严密半盘位自由设站法控制全站仪测量，获取全站仪的设站坐标；
③通过全站仪设站坐标结合轨检小车结构参数，确定轨检小车所在位置的横向偏移、竖向偏移；
④推行轨检小车，通过高精度惯导系统采集推行过程中的惯导系统航向角、俯仰角变化，并同步采集里程、倾角数据；
⑤相邻2次全站仪设站间的范围定义为一个区段，其长度为120米，每间隔120米回到步骤②，若最后一段不足120米，则推行完成后执行步骤②，结束整段测量；
⑦即时进行数据处理。
所述步骤⑦中，采用轨道测量点的横向及竖向偏差量进行轨道偏差计算；通过设站点的偏差量与轨道偏差进行数据融合，转化成线路坐标系；计算线路的三维坐标，并依据规定的数学模型计算测量点的轨向、高低不平顺性参数。
本发明的有益效果主要体现在如下方面:
一、传统轨道测量采用“走走停停”的方式对轨道进行间隔测量，采用逐根或设定间距测量数据计算平顺性参数，在计算过程中需进行内插处理。本发明则采用推行过程中的连续测量方式，同步采集惯导系统、全站仪、里程计、倾角传感器数据，然后进行数据融合，并计算轨道平顺性参数，开展轨道平顺性检测分析；
二、传统轨道测量方法每小时轨道测量长度约0.15千米，采用本发明方法每小时可测量约2千米，测量效率提高约10倍以上；
三、传统轨道测量方法每30米弦长轨向、高低测量精度为0.4～0.7mm，采用本发明方法每30米弦长轨向、高低测量精度为0.2～0.4mm，可显著提高轨向、高低不平顺性指标测量精度。
附图说明
本说明书包括如下幅两幅附图：
图1是实施例平面偏差曲线图；
图2是实施例高程偏差曲线图；
图3是实施例轨向曲线图；
图4是实施例高低曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
针对绝对小车测量慢而且不容易提高局部平顺性、相对小车测量速度快且局部平顺性好，但不包含绝对坐标信息的问题，本发明综合全站仪与惯导系统的优势，提出了一种基于惯导系统可以具体实施且满足精度的平顺性分析方法。
由于绝对轨检小车的精度受制于全站仪的测量精度，传统测量方式不容易提升线路的相对平顺性。惯导系统在较短时间内具有较高精度的角度测量，因此相对轨检小车通常采用光纤陀螺仪测量轨向、高低。惯导系统通过测量小车走动的瞬时角速度，将角速度积分就可以得到小车走行的角度，然后通过里程与角度积分计算就可以得到轨道在惯导坐标系下的坐标，最后融合全站仪设站坐标计算轨道在线路设计坐标系下的坐标。
目前国内单轴光纤陀螺最高精度角度随机游走精度为0.0005°/h，零偏稳定性达到了0.002°/h。因此，通过陀螺仪组成的惯导系统精度能够满足轨道检测的应用需要。
全站仪结合惯导系统绝对定位原理如下：
首先，测量全站仪设站点的线路坐标，即采用全站仪后视测量已知CPⅢ点进行自由设站，获取全站仪在线路坐标系下的设站坐标，并结合轨检小车结构参数，计算轨检小车所在位置轨道的里程、横向偏移值以及竖向偏移值。
在平面上，铁路线路主要由直线段、缓和曲线以及圆曲线组成。在直线段，横向偏移值的增加量理论上为零，因此使用角度计算的偏移量就是该点实际偏移量，即：
yi＝yi-1+(Li-Li-1)×(Ai-Ai-1)×π/180(1)
式中，Li,Li-1由里程编码器测量，Ai,Ai-1由惯导系统测量。
在缓和曲线段，应修正缓和曲线的理论偏移角度，即：
式中，k1、k2分别表示线路的偏向、缓和曲线的缓入缓出，li,li-1表示缓和曲线点离直缓点或者缓直点的长度，R表示圆曲线半径，l0表示缓和曲线长度。
在圆曲线段，应修正圆曲线的理论偏移角度，即：
αi＝[Ai-Ai-1+k1×(Li-Li-1)/R]×π/180(3)
同理，在高程上，铁路纵坡主要由直线段和圆曲线段组成。在直线段，竖向偏移的增加量理论上为零，因此由竖向角度的变化计算的值就是该点的竖向实际偏移量，即：
hi＝hi-1+(Li-Li-1)×(Bi-Bi-1)×π/180(4)
在竖向的圆曲线段时，应修正圆曲线的理论偏移角度，即：
βi＝[Bi-Bi-1+k3×(Li-Li-1)/R]×π/180(5)
式中，k3表示凸凹曲线。
通过已计算的每一点的横向偏移、竖向偏移量结合里程与线路设计信息计算每一点的三维坐标。
由以上方法就可以获得线路上任意一点的(L，Dy，Dh)，再根据线路设计要素就可以计算出任意一点的线路(X，Y，H)。计算步骤如下：
第一步，判断里程L所处区域，直线段，缓和曲线，还是圆曲线段，寻找最接近该里程的四大桩点，确定桩点属性。
第二步，根据桩点属性，计算(L，0，0)所在四大桩点独立坐标系坐标。
第三步，根据坐标转换模型，计算(L，0，0)在线路坐标系的坐标(X0，Y0，H0)。
第四步，根据该点的高程与线路设计高程的差值Dh，就可以计算该点处的高程H。根据线路坐标系与控制网坐标系的关系，知道(X0，Y0，H0)到(L，Dy，Dh)方向与(X0，Y0，H0)的切线方向成90°角，根据此数学关系就可以计算出该点(X，Y，H0)。同时，该点的高程与线路设计高程的差值Dh，就可以计算该点处的高程H。
本发明的一种轨道平顺性检测分析方法，包括如下步骤：
1.一种轨道平顺性检测分析方法，包括如下步骤：
①在轨道上组装好轨检小车，并校正倾角；
②利用严密半盘位自由设站法控制全站仪测量，获取全站仪的设站坐标；
③通过全站仪设站坐标结合轨检小车结构参数，确定轨检小车所在位置的横向偏移、竖向偏移；
④推行轨检小车，通过高精度惯导系统采集推行过程中的惯导系统航向角、俯仰角变化，并同步采集里程、倾角数据；
⑤相邻2次全站仪设站间的范围定义为一个区段，其长度为120米，每间隔120米回到步骤②，若最后一段不足120米，则推行完成后执行步骤②，结束整段测量；
⑥即时进行数据处理。
所述步骤⑦中，采用测量轨道的偏差量进行轨道偏差计算；通过设站点的偏差量与轨道偏差进行数据融合，然后转化成线路坐标系；计算线路的三维坐标，并依据《高速铁路工程测量规范》(TB10601-2009)规定的数学模型计算测量点的轨向、高低不平顺性参数。
数据处理，由于里程计、惯导系统存在一定的测量误差，实际计算时，以全站仪实测数据为基准进行修正。根据全站仪测量获取的区段始终设站点轨道横向偏差、竖向偏差与采用惯导系统积分计算的横向偏差、竖向偏差不一致，应对偏差不符值进行校正，使全部测量点统一到线路坐标系。
根据相邻两个自由设站定位点的坐标，就可以获取设站点的横向偏移、竖向偏移值。结合惯导系统等传感器测量数据，可以计算任意一点的偏移值。利用上文的方法就可以任意的三维坐标，根据传统的分析方法就可通过角度变化值，利用高精度里程计和线路参数，计算线路的横向偏移及竖向偏移，然后根据里程、横向偏移、纵向偏移利用线路参数计算三维坐标。可以看出，方法只利用了全站仪以及惯导系统在横向与竖向偏移就可以计算线路的三维坐标，从而分析轨道的平顺性。
实施例：
在某线轨道上测量正推反推测量两次，积分后的两次测量平面、高程偏差如图1和图2所示。
从图1和图2可以看出，平面、高程偏差趋势基本类似，绝对差值均控制3mm以内，符合《铁路专用计量器具新产品技术认证管理规则》和《高速铁路工程测量规范》(TB10601-2009)规定，满足轨道不平顺性检测分析要求。
两次轨向、高低数据如表1、图3和图4所示，从图中可以看出，两次轨向、高低趋势基本类似。由以上数可以计算出本段轨向互差的最大值为0.41mm，与惯导系统推算精度相当，可以用于轨道不平顺性检测分析。同时，根据以上数据可以计算出轨向互差、高低互差的标准差为0.15mm、0.06mm，因此轨向、高低的实测精度比推算精度高，极值与推算精度相当。
表1轨向、高低统计表
Claims (2)
1.一种轨道平顺性检测分析方法，包括如下步骤：
①在轨道上组装好轨检小车，并校正倾角；
②利用严密半盘位自由设站法控制全站仪测量，获取全站仪的设站坐标；
③通过全站仪设站坐标结合轨检小车结构参数，确定轨检小车所在位置的横向偏移、竖向偏移；
④推行轨检小车，通过高精度惯导系统采集推行过程中的惯导系统航向角、俯仰角变化，并同步采集里程、倾角数据；
⑤相邻2次全站仪设站间的范围定义为一个区段，其长度为120米，每间隔120米回到步骤②，若最后一段不足120米，则推行完成后执行步骤②，结束整段测量；
⑥即时进行数据处理。
2.如权利要求1所述一种轨道平顺性检测分析方法，其特征是：所述步骤⑦中，采用测量轨道的偏差量进行轨道偏差计算；通过设站点的偏差量与轨道偏差进行数据融合，然后转化成线路坐标系；计算线路的三维坐标，并依据规定的数学模型计算测量点的轨向、高低不平顺性参数。
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