CN110843826A - 一种轨道几何参数精准测量设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道几何参数精准测量设备，包括牵引驱动装置、惯性组件测量装置、电源、综合处理机、轨道几何参数处理装置和接触网几何参数处理装置。有益效果在于：1）具备里程、轨距、超高、水平、高低、轨向的高精度检测功能；2）通过设备上搭载的处理计算机，可以针对采集的数据进行实时处理，然后直接将检测结果在线输出为报表跟波形图，并且输出轨道质量指数TQI报表，实现超限预警功能；3）测量系统具有扣件道钉识别功能，可以判断扣件安装距离是否符合标准，也可以判断扣件是否存在丢失情况，并且能将检测出的病害进行高精度定位；轨道几何参数检测平台的设备及传感器能够实现轨道交通的轨道几何参数自动连续检测。

Description

一种轨道几何参数精准测量设备

技术领域

本发明涉及轨道检测领域，具体涉及一种轨道几何参数精准测量设备。

背景技术

随着我国经济的飞速发展、轨道交通建设的快速推进，轨道交通系统承载的压力越来越大，行车密度也越来越大。轨道是系统中的基础载体，因此，对轨道各几何参数进行高精度检测是保障安全运营的重要基础工作。轨道的各项几何参数是衡量轨道交通线路质量的重要技术指标，是确保列车安全行驶、车上乘客感觉到平稳舒适的保证，是指导轨道养护维修的关键。

轨道状态几何参数有很多，其中比较重要的几何参数主要有：里程、轨距、超高、水平、高低、轨向。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，采用的测量方式主要分为人工测量跟机器测量两种。

在我国，轨道巡检维护工人在进行轨道状态的检测时，对几何参数的检测主要是靠人工方法，比如曲率的检测是用拉弦线的办法，超高和轨道间距的检测则是利用轨道尺，面道钉以及其他缺点的检查则主要是靠道路巡查的工人来完成。人工检查费时费力，也存在着很多的问题，已经很难满足线路维护与保养的需要。机器测量主要依靠基于光学测量原理的全站仪轨道几何参数光学检测小车。通过全站仪检测轨道控制网CPIII点，(铁道控制网CPIII是铁路建设时沿线路布设的平面、高程控制网，是轨道铺设和运营维护的基准，点位间隔一般为60米，可用于插放光学测量棱镜组)。确定全站仪的测站位置，全站仪通过测量小车上的光学检测设备来确定轨道位置坐标和几何参数。这种方法的主要缺点是: 效率低，测量数据为离散型，不适合轨道内部几何参数测量，测量的数据类型有限，对轨道交通病害的检测不够全面，缺乏对病害信息数据的即时在线连续处理能力。也有通过便携式测量仪器进行检测的方式，但是同样有效率低、精度差的缺陷。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种轨道几何参数精准测量设备。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种轨道几何参数精准测量设备，包括牵引驱动装置、惯性组件测量装置、电源、综合处理机、轨道几何参数处理装置和接触网几何参数处理装置；所述惯性组件测量装置通过牵引连接杆可移动牵引驱动装置上；所述接触网几何参数处理装置通过图像采集装置把信号传递给所述、轨道几何参数处理装置；所述轨道几何参数处理装置通过有线或者无线把信息传递给所述综合处理机；所述综合处理机经智能数据分析处理系统用于对轨道几何参数检测平台采集的数据进行分析，通过分析计算处理后显示数据和图形结果；所述电源为设备提供电能。

作为优选的，所述牵引驱动装置包括行走架、扫石器、驱动轮、驱动电机和行走座椅；所述行走座椅可拆卸安装在行走架上；所述电源为所述驱动电机提供电能；所述驱动电机安装在所述行走座椅上，且所述驱动电机能够驱动驱动轮严轨道的长度方向上行驶；所述扫石器安装在驱动轮的前方，用于清扫。

作为优选的，所述行走架上还安装有障碍物检测模块。

作为优选的，所述行走架上还安装有照明装置。

作为优选的，所述惯性组件测量装置包括惯性组件测量架、行走轮和测量轮；所述行走轮安装在惯性组件测量架上；所述测量轮安装在所述行走轮的一侧；所述轨道几何参数处理装置和所述接触网几何参数处理装置均可拆卸安装在所述惯性组件测量架上。

作为优选的，所述行走轮至少为三个。

作为优选的，所述接触网几何参数处理装置包括扣件检测模块、扣件报送模块和数据传输模块；所述扣件检测模块用于检测扣件，当所述扣件检测模块检测到扣件后，把信息传递给扣件报送模块，所述扣件报送模块把信息通过数据穿话术模块传递给轨道几何参数处理装置。

作为优选的，所述图像采集装置包括相机和光源，所述图像采集装置用于采集扣件。

作为优选的，所述惯性组件测量装置还包括里程编码器、轨距传感器和道钉传感器；所述轨距传感器组件包括左轨距传感器和右轨距传感器；所述里程编码器用于编码里程；所述道钉传感器用于感应道钉。

作为优选的，所述行走座椅一侧安装有安全把手。

有益效果在于：1）具备里程、轨距、超高、水平、高低、轨向的高精度检测功能；

2）通过设备上搭载的处理计算机，可以针对采集的数据进行实时处理，然后直接将检测结果在线输出为报表跟波形图，并且输出轨道质量指数TQI报表，实现超限预警功能；

3）测量系统具有扣件道钉识别功能，可以判断扣件安装距离是否符合标准，也可以判断扣件是否存在丢失情况，并且能将检测出的病害进行高精度定位；轨道几何参数检测平台的设备及传感器能够实现轨道交通的轨道几何参数自动连续检测。通过分布式信息处理系统实现了数据的实时采集、传输和管理，能够对本次及历史数据进行分析发掘，且设备具有全天候工作能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述轨道几何参数精准测量设备的立体图；

图2是本发明所述轨道几何参数精准测量设备的正视图；

图3是本发明所述轨道几何参数精准测量设备的右视图；

图4是图3的俯视状态的结构示意图；

图5是控制原理图；

图6是接触网几何参数处理装置的结构图；

图7是弦轨道平顺性检测点分布示意图；

图8是对轨道几何参数检测平台采集的数据进行分析，通过分析计算处理后显示数据和图形。

附图标记说明如下：

1、驱动轮；2、扫石器；3、行走架；4、行走座椅；5、电源；6、惯性组件测量架；7、轨道几何参数处理装置；8、接触网几何参数处理装置；9、行走轮；10、牵引连接杆；11、测量轮；12、照明装置；13、障碍物检测模块；14、综合处理机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

参见图1-图8所示，本发明提供的一种轨道几何参数精准测量设备，包括牵引驱动装置、惯性组件测量装置、电源5、综合处理机14、轨道几何参数处理装置7和接触网几何参数处理装置8；所述惯性组件测量装置通过牵引连接杆10可移动牵引驱动装置上；所述接触网几何参数处理装置8通过图像采集装置把信号传递给所述、轨道几何参数处理装置7；所述轨道几何参数处理装置7通过有线或者无线把信息传递给所述综合处理机14；所述综合处理机14经智能数据分析处理系统用于对轨道几何参数检测平台采集的数据进行分析，通过分析计算处理后显示数据和图形结果；所述电源5为设备提供电能。

作为优选的，所述牵引驱动装置包括行走架3、扫石器2、驱动轮1、驱动电机和行走座椅4；所述行走座椅4可拆卸安装在行走架3上；所述电源5为所述驱动电机提供电能；所述驱动电机安装在所述行走座椅4上，且所述驱动电机能够驱动驱动轮1严轨道的长度方向上行驶；所述扫石器2安装在驱动轮1的前方，用于清扫。

作为优选的，所述行走架3上还安装有障碍物检测模块13。

作为优选的，所述行走架3上还安装有照明装置12。

作为优选的，所述惯性组件测量装置包括惯性组件测量架6、行走轮9和测量轮11；所述行走轮9安装在惯性组件测量架6上；所述测量轮11安装在所述行走轮9的一侧；所述轨道几何参数处理装置7和所述接触网几何参数处理装置8均可拆卸安装在所述惯性组件测量架6上。

作为优选的，所述行走轮9至少为三个。

作为优选的，所述接触网几何参数处理装置8包括扣件检测模块、扣件报送模块和数据传输模块；所述扣件检测模块用于检测扣件，当所述扣件检测模块检测到扣件后，把信息传递给扣件报送模块，所述扣件报送模块把信息通过数据穿话术模块传递给轨道几何参数处理装置7。

作为优选的，所述图像采集装置包括相机和光源，所述图像采集装置用于采集扣件。

作为优选的，所述惯性组件测量装置还包括里程编码器、轨距传感器和道钉传感器；所述轨距传感器组件包括左轨距传感器和右轨距传感器；所述里程编码器用于编码里程；所述道钉传感器用于感应道钉。

作为优选的，所述行走座椅4一侧安装有安全把手。

在轨道交通系统中，轨距指同一里程两根轨的最短间距，作用点在轨距点上。标准轨距为1435mm。一般设备测量出来的是轨距偏差，“+”表示大轨距，数值大于1435mm，“-”表示小轨距，数值小于1435mm。

位移的精密测量在全自动轨道快速检测设备中用于轨距测量和轨向分解。

本发明在研究多种轨距测量技术的基础上，结合滑轨特点，选用了接触式测量方法实现，选用0.1%的高精度位移器，再结合惯性导航组件与惯导技术所测量的其他参数进行矫正，确保测量精度达到最高。

（3）水平、高低、轨向

水平、高低、轨向的测量理论依据的是惯性基准法。

首先是通过惯导设备将轨道的三维空间位移转化为俯仰角、横滚角和航向角，然后通过捷联惯性测量技术实现快速连续测量。其中：轨道的高低不平顺等于质量块的垂向运动z和质量块与钢轨间相对位移h之差。

y = z –h

质量块在惯性空间的垂向运动z，可以用由加速度计检测的加速度a经过二次积分得到；h 可以用位移传感器测量得到。

检测系统选用闭环光纤陀螺和石英加速度计搭建惯性测量组合，计算超高和导向轨的高低、轨向。

a)超高计算：

C水平=（1435+70）·sinθ-C预设

超高指的是同一里程两根轨的最短间距高程差（相对海平面），体现转弯时外轨高。根据《高铁设计规范》，超高预设计算，在缓和曲线段采用三次抛物线模型。

b）高低、轨向计算：

轨道交通几何参数的高低值标识单根轨道在里程方向上的高低起伏变化。作用点在轨顶点，可以分别按不同弦长的正矢和不同波长范围的空间曲线输出。

轨向指单根轨道在里程方向上的方向摇摆变化，可以分别按不同弦长的正矢和不同波长范围的空间曲线输出，不包含设计方向变化。

参照TB3147-2012规范要求，其中平面偏差和高程偏差转换成俯仰角变化和航向角变化测量，考虑线路设计要素，以里程为索引查表得到当前设计值。采用数字拟合模拟实际弦线，根据30m和300m波长，选用闭环光纤惯性测量组件。假定有效区域内最小里程点为P1，取30m（或300m）弦线，按间距5m均分，得到6个子区段，没个子区段包含n个检测点（不含尾点，n为2的指幂数，是指实际测量结果对应里程点数，一般n不小于8），假定n=8(点间隔为0.625m)，则有P1、P2…P49共49个里程点，于是具体评价方法如下：P1、P9、P17、P25、P33、P41构成第一组评价点（点间隔为5m，下同），P2、P10、P18、P26、P34、P42构成第2组评价点，以此类推，知道P8、P16、P24、P32、P40、P48构成第n（n=8）组评价点，完成本30m弦段评价。按照0.625m的重叠区段长度，下一评价重复按相同方法确定评价组。

参考图7，具体评价方法示例：P25与P33间的轨向检测式计算如下：

(4) TQI计算

TQI为每200m区段轨道几何参数均方差，具体几何参数包括：轨距、左轨向、右轨向、水平、左高低、右高低、扭曲。（TQI与起算点里程相关，如选择区段不同则不同；根据设备灵敏度，存在TQI测量死区，大约为1.75）

（5）数据通讯系统

系统采用有线+无线结合的传输模式。

系统内部采用LAN局域网或无线方式实现数据传输；对外支持3G/4G/5G公网实现远程数据实时传输方式，具备了智能监测基础。

（6）数据流关联处理系统

参考图5，轨道几何参数通过采集计算机进行数据处理并且实现数据的实时处理计算，然后通过有线与无线的方式传输到上位机，最终通过综合处理机14控计算机或者平板电脑实现用户界面显示。

轨道几何参数检测平台仪器设备及传感器软件实现设备的内部线程调度、数据采集、信息融合、数据处理以及与用户的人机交互，基于Windows系统开发，共有三个CICS组成，分布如下：

（7）智能数据处理系统

参考图8，智能数据分析处理系统用于对轨道几何参数检测平台采集的数据进行分析，通过分析计算处理后显示数据和图形结果。根据工务和电务部门的要求，生成轨道几何参数报表，TQI报表及波形图等，为相关部门的维护提供辅助决策信息。

有益效果在于：1）具备里程、轨距、超高、水平、高低、轨向的高精度检测功能；

2）通过设备上搭载的处理计算机，可以针对采集的数据进行实时处理，然后直接将检测结果在线输出为报表跟波形图，并且输出轨道质量指数TQI报表，实现超限预警功能；

3）测量系统具有扣件道钉识别功能，可以判断扣件安装距离是否符合标准，也可以判断扣件是否存在丢失情况，并且能将检测出的病害进行高精度定位；轨道几何参数检测平台的设备及传感器能够实现轨道交通的轨道几何参数自动连续检测。通过分布式信息处理系统实现了数据的实时采集、传输和管理，能够对本次及历史数据进行分析发掘，且设备具有全天候工作能力。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种轨道几何参数精准测量设备，其特征在于：包括牵引驱动装置、惯性组件测量装置、电源、综合处理机、轨道几何参数处理装置和接触网几何参数处理装置；所述惯性组件测量装置通过牵引连接杆可移动牵引驱动装置上；所述接触网几何参数处理装置通过图像采集装置把信号传递给所述、轨道几何参数处理装置；所述轨道几何参数处理装置通过有线或者无线把信息传递给所述综合处理机；所述综合处理机经智能数据分析处理系统用于对轨道几何参数检测平台采集的数据进行分析，通过分析计算处理后显示数据和图形结果；所述电源为设备提供电能。

2.根据权利要求1所述的轨道几何参数精准测量设备，其特征在于：所述牵引驱动装置包括行走架、扫石器、驱动轮、驱动电机和行走座椅；所述行走座椅可拆卸安装在行走架上；所述电源为所述驱动电机提供电能；所述驱动电机安装在所述行走座椅上，且所述驱动电机能够驱动驱动轮严轨道的长度方向上行驶；所述扫石器安装在驱动轮的前方，用于清扫。

3.根据权利要求2所述的轨道几何参数精准测量设备，其特征在于：所述行走架上还安装有障碍物检测模块。

4.根据权利要求3所述的轨道几何参数精准测量设备，其特征在于：所述行走架上还安装有照明装置。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的轨道几何参数精准测量设备，其特征在于：所述惯性组件测量装置包括惯性组件测量架、行走轮和测量轮；所述行走轮安装在惯性组件测量架上；所述测量轮安装在所述行走轮的一侧；所述轨道几何参数处理装置和所述接触网几何参数处理装置均可拆卸安装在所述惯性组件测量架上。

6.根据权利要求5所述的轨道几何参数精准测量设备，其特征在于：所述行走轮至少为三个。

7.根据权利要求6所述的轨道几何参数精准测量设备，其特征在于：所述接触网几何参数处理装置包括扣件检测模块、扣件报送模块和数据传输模块；所述扣件检测模块用于检测扣件，当所述扣件检测模块检测到扣件后，把信息传递给扣件报送模块，所述扣件报送模块把信息通过数据穿话术模块传递给轨道几何参数处理装置。

8.根据权利要求7所述的轨道几何参数精准测量设备，其特征在于：所述图像采集装置包括相机和光源，所述图像采集装置用于采集扣件。

9.根据权利要求8所述的轨道几何参数精准测量设备，其特征在于：所述惯性组件测量装置还包括里程编码器、轨距传感器组件和道钉传感器；所述轨距传感器组件包括左轨距传感器和右轨距传感器；所述里程编码器用于编码里程；所述道钉传感器用于感应道钉。

10.根据权利要求2所述的轨道几何参数精准测量设备，其特征在于：所述行走座椅一侧安装有安全把手。

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