CN110304105A - 一种地铁限界动态检测车及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种地铁限界动态检测车及检测方法，主要解决现有检测定位不准确、效率慢、检测成本高的技术问题。本发明检测车包括车体，车体为三轮T字型铝合金箱体结构，所述车体包括右主箱体、支座、左主箱体、右侧副箱体，右主箱体和左主箱体通过支座固定连接，支座内装有RFID读卡器且读写端朝正下方，左主箱体外侧安装一个行驶轮，右侧副箱体两端外侧安装两个行驶轮，每个行驶轮与一个光电旋转编码器通过轴承套相连，所述支座上装有二维激光断面仪，所述右主箱体上固定有计算机操作台支杆、计算机操作台及计算机，右主箱体内嵌装蓄电池，蓄电池接电源转换模块，右主箱体内还装有脉冲采集卡，路由器，在右主箱体外端内侧和左主箱体外端内侧均装有动态倾角仪。

Description

一种地铁限界动态检测车及检测方法

技术领域

本发明涉及一种地铁限界检测车及检测方法，特别是公开一种地铁限界动态检测车及检测方法，应用于地铁工程检测领域。

背景技术

地铁作为城市轨道交通中最为重要的一员，在承担城市交通运输中发挥着越来越重要的作用。随着地铁的运营时间增长，其隧道或道床结构由于受材料劣化及外部荷载等作用，会产生变形，此外，轨道长时间列车振动荷载作用下，亦会产生弯曲变形。另外，隧道或高架段内安装的设备受长时间列车振动影响，可能导致松动或脱落从而导致地铁限界的改变，这些对列车的正常运营会造成安全隐患或危害，需要不定期对地铁限界进行检测，以判断是否侵限。传统的地铁限界检测方法以人工巡检为主，辅助皮尺、触杆、全站仪等设备进行检测，速度慢、效率低、成本高，对作业人员技术要求高，并且随着“地铁天窗”时间越来越少，已逐渐满足不了地铁限界检测作业要求。发明专利《一种铁路隧道限界检测车》（CN201610533517.6）提出一种基于激光、CCD摄像机和霍尔传感器的铁路隧道限界检测车，但设备复杂，长距离定位有累积误差；此外对地铁限界的自动化检测设备还有轨检车，但轨检车设备昂贵、车体重，没有交叉线路的地铁，转场困难，影响检测效率。

综上，迫切需要一种经济、便捷、准确、非接触的地铁限界动态检测设备。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度的地铁限界动态检测车及检测方法，主要解决现有检测定位不准确、效率慢、检测成本高的技术问题。

本发明的技术方案是：一种地铁限界动态检测车，包括车体，车体为三轮T字型铝合金箱体结构，所述车体包括右主箱体、支座、左主箱体、右侧副箱体，右主箱体和左主箱体通过支座固定连接，支座内装有RFID读卡器且读写端朝正下方，右侧副箱体垂直固定在右主箱体的端面，左主箱体外侧安装一个行驶轮，右侧副箱体两端外侧安装两个行驶轮，每个行驶轮与一个光电旋转编码器通过轴承套相连，所述支座上装有二维激光断面仪，所述右主箱体上固定有计算机操作台支杆，计算机操作台支杆上装有计算机操作台，计算机操作台上安置有计算机，右主箱体内嵌装蓄电池，蓄电池接电源转换模块，右主箱体内还装有脉冲采集卡，路由器，在右主箱体外端内侧和左主箱体外端内侧均装有动态倾角仪。

车体设有安全销，一端钻孔系细链条拴于车体。

检测车可通过人力于轨道上推行，采用三轮T字型结构即可确保车体整体稳定，又便于轨道曲线段检测车平稳行驶，不脱轨。

蓄电池和电源转换模块构成检测车供电系统，分别连接动态倾角仪、二维激光断面仪、光电旋转编码器、RFID读卡器、计算机并对它们进行供电，二维激光断面仪实时利用激光扫描隧道内轮廓或高架段形成三维点云数据；光电旋转编码器实时采集检测车作业行驶距离和速度数据；动态倾角仪实时采集检测车行驶处地铁两轨面倾角数据；RFID读卡器实时采集里程数据；各实时采集数据输入计算机中存储及分析，分析结果实时显示及预警。

供电系统通过电源转换模块，可以输出不同电压，对不同采集设备进行电力供应。

所述二维激光断面仪发射的激光光束通过旋转覆盖断面轮廓360°的限界测量范围，二维激光断面仪输出端通过有线局域网连接至计算机的输入端。

光电旋转编码器采集的数据通过脉冲采集卡和路由器连接至计算机的输入端，通过对行驶轮的轮径和采集的光电旋转编码器脉冲数及行驶时间，可以计算出检测车行驶的距离和速度，通过行驶距离可以换算出相应的里程。

动态倾角仪用于测量检测车行驶过程中横向倾角，进而获取两轨面高差，动态倾角仪采集的数据通过脉冲采集卡和路由器连接至计算机的输入端；

所述RFID读卡器为近耦合无源高频无线射频识别（Radio FrequencyIdentification，RFID）装置，RFID读卡器工作频率为3~30MHz，最远识别距离15cm ，RFID读卡器用于对光电旋转编码器距离定位数据进行修正，预先在地铁已知里程的轨道中点处贴好RFID标签，并确保RFID标签距两侧钢轨顶面连线的垂直距离少于10cm，RFID读卡器安装于检测车的支座内，且读写端朝正下方并与检测车主箱体底面平齐，RFID读卡器的输出端通过有线方式连接至计算机的输入端。

一种地铁限界动态检测车的检测方法，包括以下步骤：

a、激光扫描：通过二维激光断面仪发射的激光光束通过旋转覆盖断面轮廓360°的限界测量范围，扫描隧道内轮廓或高架段形成三维点云数据；

b、检测车作业行驶距离和速度数据采集：通过对行驶轮的轮径和采集的光电旋转编码器脉冲数及行驶时间，可以得到出检测车行驶的距离和速度；

c、地铁两轨面倾角数据采集：通过动态倾角仪用于测量检测车行驶过程中横向倾角，进而获取两轨面高差，进行地铁限界分析时，取当前时刻两动态倾角仪的平均值作为限界分析的输入值；

d、里程数据采集：通过RFID读卡器和设置在轨道中点处RFID标签实现

（1）RFID标签预置信息包括里程、断面类型编号、区段编码和上下行编码；

（2）当检测车移动至RFID标签处上方时，RFID读卡器读取RFID标签信息并解读，将解读信息传输至计算机，计算机依据读取的当前里程信息自动实时修正光电旋转编码器的里程数据，并光电旋转编码器重新计数，以减少累计误差；

（3）通过里程信息可从预设定地铁建筑限界库中提取当前位置的建筑限界数据；

e、将通过检测车行驶过程中动态采集的地铁断面轮廓激光扫描点、行驶距离和速度、检测车倾角和当前里程数据传输至计算机中，进行地铁限界检测，分析结果实时显示及预警。

本发明的有益效果是：

（1）检测车采用光电旋转编码器和RFID读卡器等多种里程定位互补装置，可减少或消除长距离里程累计误差，实现检测位置厘米精确定位；

（2）检测车采用三轮T字型铝合金箱体结构，即可确保车体整体稳定，又便于轨道曲线段平稳行驶，不脱轨；

（3）采用二维激光断面仪对地铁同一断面进行360°扫描，保证覆盖全断面限界测量范围，通过计算机对输入的激光、距离、倾角数据及预先导入的限界几何模型进行前端实时处理，实现地铁限界自动、动态检测，提高了检测效率。

附图说明

图1 是本发明实施例的地铁限界动态检测车结构示意图。

图2 是本发明实施例的地铁限界动态检测车拓扑示意图。

图3 是本发明实施例的地铁限界动态检测车RFID装置示意图。

图中：1-左主箱体，2-右主箱体，3-右侧副箱体，4-支座，5-计算机操作台，6-计算机操作台支杆，7-行驶轮，8-安全销，9-计算机，10-蓄电池，11-电源转换模块，12-二维激光断面仪，13-光电旋转编码器，14-动态倾角仪，15-脉冲采集卡，16-路由器，17- RFID读卡器，18- RFID标签。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。以面对计算机为主方向；

如图1-3所示，一种地铁限界动态检测车，包括车体，车体为三轮T字型铝合金箱体结构，所述车体包括右主箱体2、支座4、左主箱体1、右侧副箱体3，右主箱体2和左主箱体1通过支座4固定连接，支座4内装有RFID读卡器17且读写端朝正下方，右侧副箱体3垂直固定在右主箱体2的端面，左主箱体1外侧安装一个行驶轮7，右侧副箱体3两端外侧安装两个行驶轮7，每个行驶轮7与一个光电旋转编码器13通过轴承套相连，所述支座4上装有二维激光断面仪12，所述右主箱体2上固定有计算机操作台支杆6，计算机操作台支杆6上装有计算机操作台5，计算机操作台5上安置有计算机9，右主箱体2内嵌装蓄电池10，蓄电池10接电源转换模块11，右主箱体2内还装有脉冲采集卡15，路由器16，在右主箱体2外端内侧和左主箱体1外端内侧均装有动态倾角仪14。

检测车车体可采用上海同岩土木工程科技股份有限公司研制的地铁检测车TDV-S2000，检测车箱体1、支座4、计算机操作台5、计算机操作台支杆6采用厚4mm铝合金材质制作，其中箱体采用矩形槽结构；地铁标准轨宽为1435mm，检测车箱体整体宽度为1400mm，预留车轮边缘间隙；检测车左主箱体1和右主箱体2通过3个M10不锈钢螺栓连接牢固；计算机操作台支杆6通过1个M10不锈钢螺栓连接于右主箱体；安全销8尺寸为外直径4mm长5cm，安全销8一端钻孔系细链条拴于车体，为不锈钢件；行驶轮7外直径100mm，采用轻质、耐磨性高的聚酰胺制作；计算机9采用14寸轻薄笔记本电脑，笔记本电脑放置于计算机操作台5上，并用束带拴牢。检测车采用模块化设计和生产，整车重量为35kg。

蓄电池10和电源转换模块11构成检测车供电系统，分别连接动态倾角仪14、二维激光断面仪12、光电旋转编码器13、RFID读卡器17、计算机9并对它们进行供电。

二维激光断面仪12供电电压为24v、光电旋转编码器13供电电压为5v、动态倾角仪14供电电压为12v。

二维激光断面仪12安装在检测车的支座4上，通过螺栓连接牢固，二维激光断面仪12发射的激光光束通过旋转覆盖地铁轮廓360°的限界测量范围，二维激光断面仪12输出端通过有线局域网连接至计算机9的输入端，端口可设为6100，计算机9通过有线局域网对激光断面仪进行控制，局域网IP地址可设为172.20.4.100。

二维激光断面仪12可选用德国Z+ F PROFILER®9012A，采集参数为：频率200Hz、单圈点数10240，对隧道内轮廓或高架断面进行360°扫描，获得地铁隧道内轮廓或高架段断面的激光扫描点云数据。

二维激光断面仪12两侧面内嵌定制的不锈钢护板，通过4个M6不锈钢螺栓将护板和检测车支座4连接，以固定二维激光断面仪设备。

每个行驶轮7与一个光电旋转编码器13通过轴承套相连，光电旋转编码器13采集的数据通过脉冲采集卡15和路由器16连接至计算机9的输入端，端口可设为5003。

光电旋转编码器13可采用两个精度3600分、累计误差千分之一的欧姆龙增量式光电旋转光电旋转编码器动态采集车行驶累计距离和速度。

所述RFID读卡器17为近耦合无源高频无线射频识别（Radio FrequencyIdentification，RFID）装置，RFID读卡器工作频率为13.56MHz，最远识别距离15cm，RFID读卡器用于对光电旋转编码器距离定位数据进行修正，采用符合国际标准ISO/IEC 14443 近耦合无源的高频RFID标签18，预先将标签贴在地铁已知里程的轨道中点处，并确保RFID标签18距两侧钢轨顶面连线的垂直距离少于10cm，RFID读卡器17安装于检测车的支座4内，且读写端朝正下方并与检测车主箱体底面平齐，RFID读卡器17的输出端通过有线方式连接至计算机的输入端，高频RFID标签18读取速度高于60ms；并且，

（1）RFID标签018预置信息包括里程、断面类型编号、区段编码和上下行编码；

（2）当检测车移动至RFID标签18处上方时，RFID读卡器17读取RFID标签18信息并解读，将解读信息传输至计算机，计算机依据读取的当前里程信息自动实时修正光电旋转编码器的里程数据，并光电旋转编码器重新计数，以减少累计误差；

（3）通过里程信息可从预设定地铁建筑限界库中提取当前位置的建筑限界数据。

所述检测车倾角测量系统包括两个动态倾角仪14，用于测量检测车行驶过程中横向倾角，进而获取两轨面高差，动态倾角仪采集的数据通过脉冲采集卡15和路由器16连接至计算机9的输入端，端口可设为5002；并且，

（1）动态倾角仪可采用北微传感BW-VG500，其动态倾角采集精度为0.3°，可动态实时采集检测车行驶当前左右轨道面的倾角；

（2）进行地铁限界分析时，取当前时刻两动态倾角仪的平均值作为限界分析的输入值。

将通过检测车行驶过程中动态采集的地铁轮廓激光扫描点、行驶距离和速度、检测车倾角和当前里程数据传输至计算机中，分析结果实时显示及预警。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由本发明的权利要求书所要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种地铁限界动态检测车，包括车体，其特征在于：车体为三轮T字型铝合金箱体结构，所述车体包括右主箱体、支座、左主箱体、右侧副箱体，右主箱体和左主箱体通过支座固定连接，支座内装有RFID读卡器且读写端朝正下方，右侧副箱体垂直固定在右主箱体的端面，左主箱体外侧安装一个行驶轮，右侧副箱体两端外侧安装两个行驶轮，每个行驶轮与一个光电旋转编码器通过轴承套相连，所述支座上装有二维激光断面仪，所述右主箱体上固定有计算机操作台支杆，计算机操作台支杆上装有计算机操作台，计算机操作台上安置有计算机，右主箱体内嵌装蓄电池，蓄电池接电源转换模块，右主箱体内还装有脉冲采集卡，路由器，在右主箱体外端内侧和左主箱体外端内侧均装有动态倾角仪。

2.根据权利要求1所述的一种地铁限界动态检测车，其特征在于：车体设有安全销，一端钻孔系细链条拴于车体。

3.根据权利要求1所述的一种地铁限界动态检测车，其特征在于：蓄电池和电源转换模块构成检测车供电系统，分别连接动态倾角仪、二维激光断面仪、光电旋转编码器、RFID读卡器、计算机并对它们进行供电。

4.根据权利要求1所述的一种地铁限界动态检测车，其特征在于：二维激光断面仪输出端通过有线局域网连接至计算机的输入端。

5.根据权利要求1所述的一种地铁限界动态检测车，其特征在于：光电旋转编码器采集的数据通过脉冲采集卡和路由器连接至计算机的输入端。

6.根据权利要求1所述的一种地铁限界动态检测车，其特征在于：动态倾角仪采集的数据通过脉冲采集卡和路由器连接至计算机的输入端。

7.根据权利要求1所述的一种地铁限界动态检测车，其特征在于：RFID读卡器的输出端通过有线方式连接至计算机的输入端。

8.权利要求1所述的一种地铁限界动态检测车的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、激光扫描：通过二维激光断面仪发射的激光光束通过旋转覆盖断面轮廓360°的限界测量范围，扫描隧道内轮廓或高架段形成三维点云数据；

b、检测车作业行驶距离和速度数据采集：通过对行驶轮的轮径和采集的光电旋转编码器脉冲数及行驶时间，可以得到出检测车行驶的距离和速度；

c、地铁两轨面倾角数据采集：通过动态倾角仪用于测量检测车行驶过程中横向倾角，进而获取两轨面高差，进行地铁限界分析时，取当前时刻两动态倾角仪的平均值作为限界分析的输入值；

d、里程数据采集：通过RFID读卡器和设置在轨道中点处RFID标签实现

（1）RFID标签预置信息包括里程、断面类型编号、区段编码和上下行编码；

（2）当检测车移动至RFID标签处上方时，RFID读卡器读取RFID标签信息并解读，将解读信息传输至计算机，计算机依据读取的当前里程信息自动实时修正光电旋转编码器的里程数据，并光电旋转编码器重新计数，以减少累计误差；

（3）通过里程信息可从预设定地铁建筑限界库中提取当前位置的建筑限界数据；

e、将通过检测车行驶过程中动态采集的地铁断面轮廓激光扫描点、行驶距离和速度、检测车倾角和当前里程数据传输至计算机中，进行地铁限界检测，分析结果实时显示及预警。