CN111824212A - 轨道几何状态快速精密测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轨道几何状态快速精密测量系统，所述系统包括搭载平台和其上设置的测量单元；所述搭载平台为轨道车；所述测量单元包括控制终端、数据采集模块、全站仪和传感器；数据采集模块向传感器发送测量指令，接收、存储及时间同步传感器数据，并向控制终端实时发送采集数据；全站仪根据数据采集模块的测量指令，观测线路两侧布设的CPIII控制点，并将CPIII控制点观测值传输给控制终端。本发明解决了现有轨道测量设备用于轨道维护后存在的测量精度与测量效率无法有效平衡的问题，既能够兼顾CPIII点的绝对控制，又能够实现轨道平顺性的快速检测，可达到测量精度与测量效率的有效平衡，满足当前我国轨道交通对轨道维护的需求。

Description

轨道几何状态快速精密测量系统

技术领域

本发明属于轨道交通测量技术领域，具体涉及一种轨道几何状态快速精密测量系统。

背景技术

轨道准确的几何尺寸是保证列车安全运行的基本条件，只有在高平顺的轨道上才能实现高速行车。轨道交通尤其是高速铁路的主要特点就是具有毫米级甚至亚毫米级精度的高平顺性，保持轨道的高平顺性是轨道养护的宗旨，对轨道几何状态的精密测量则是轨道维护工作的关键工序。

目前，轨道交通的维护天窗绝大部分是安排在凌晨，时间短、任务重，亟需测量精度满足要求、效率与自动化程度高的轨道几何状态测量设备。就当前的技术水平而言，轨道几何状态测量要达到较高的测量精度，离不开基于轨道线路两侧布设的三维控制基准（例如：CPIII控制点），但现在利用CPIII控制点对轨道几何状态进行测量的设备主要就是静态绝对测量小车，这类设备的测量精度较高，但测量效率不能令人满意。而完全不使用CPIII控制点的动态相对测量小车，则无法获取轨道外部几何状态信息，且很难满足轨道长波不平顺的测量精度。

综上所述，现有轨道测量设备要么精度高、效率低，要么效率高、精度低，未能有效平衡测量精度与测量效率之间的矛盾，难以满足当前我国轨道交通对轨道维护的需求。因此，如何高精度、高效率地测量轨道几何状态，为轨道维护提供技术作业依据，以保轨道平顺性，对轨道交通的运营维护具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种轨道几何状态快速精密测量系统，解决现有轨道测量设备用于轨道维护后存在的测量精度与测量效率无法有效平衡的问题，既能够兼顾CPIII点的绝对控制，又能够实现轨道平顺性的快速检测，可达到测量精度与测量效率的有效平衡，满足当前我国轨道交通对轨道维护的需求。

本发明所采用的技术方案为：

轨道几何状态快速精密测量系统，其特征在于：

所述系统包括搭载平台和其上设置的测量单元；

所述搭载平台为轨道车；所述测量单元包括控制终端、数据采集模块、全站仪和传感器；

数据采集模块向传感器发送测量指令，接收、存储及时间同步传感器数据，并向控制终端实时发送采集数据；全站仪根据控制终端的采集指令，观测线路两侧布设的CPIII控制点，并将CPIII控制点观测值传输给控制终端。

轨道车为T型轨道车，包括纵梁和其一侧与其垂直的横梁，纵梁前后两端底部和横梁外端底部均设置有与钢轨顶面接触的走行轮，横梁底部两端设置有与钢轨内侧面接触的测量轮，纵梁的走行轮侧面设置有与钢轨内侧面接触的导向轮。

传感器包括惯性测量装置、位移传感器、倾角传感器、编码器、轨枕识别器和温度传感器。

惯性测量装置位于横梁顶部，连续测量搭载平台的空间三维姿态。

位移传感器设置在横梁两端内部，与测量轮并行连接，测量两根钢轨之间的轨距变化量。

倾角传感器设置在横梁中段内部，测量搭载平台当前的位置姿态。

编码器通过一组耦合齿轮与走行轮连接，测量走行轮的转动里程。

轨枕识别器为激光测距传感器，位于横梁一端内部，测量搭载平台与轨道道床之间的距离。

温度传感器设置在横梁内部，测量周边环境温度。

控制终端基于推杆的支撑布置于横梁上方；

数据采集模块布置在横梁内部；

全站仪基于支撑立柱的支撑布置于横梁上方。

本发明具有以下优点：

1、本发明所述的轨道几何状态快速精密测量系统设计了分离式的搭载平台和测量单元，实现系统“化整为零”，便于现场操作人员的搬运、组装和使用。

2、本发明所述的轨道几何状态快速精密测量系统设置有轨枕识别，通过测量所述搭载平台与轨道道床之间的距离变化，实现轨枕位置的精确识别和自动提取。

3、本发明所述的轨道几何状态快速精密测量系统内置有温度传感器，通过实时测量周边环境温度变化，对多源采集数据进行实时温差改正，提高测量准确性。

4、本发明所述的轨道几何状态快速精密测量系统设置有倾角传感器，通过实时测量所述搭载平台的位置姿态，可检核或修正惯性测量装置随时间产生的漂移误差。

5、本发明所述的轨道几何状态快速精密测量系统由搭载平台和测量单元组成，通过推动搭载平台，可使测量单元沿轨道前后移动。当开展轨道测量作业时，只需将本发明所述的轨道几何状态快速精密测量系统推行至测站点附近静止，使用全站仪观测线路两侧布设的CPIII控制点进行不整平自由设站；在测站之间连续行进，使用惯性测量装置动态采集轨道的空间三维姿态；而位移、倾角、编码器等高速传感器则实时采集轨道的轨距、超高、里程等信息。控制终端通过对测量单元获取的多源采集数据进行综合解算，可得到轨道的内外部几何状态信息，完成对轨道的快速测量。

6、本发明所述的轨道几何状态快速精密测量系统以惯性测量装置和全站仪为核心测量单元，并辅以位移、倾角、编码器等高速传感器，实现对轨道几何状态的快速测量，既能够完成轨道精准相对测量，又能够兼顾CPIII点的绝对控制，达到精度与效率的有效平衡，满足当前我国轨道交通对轨道维护的需求。

附图说明

图1为本发明的俯视图。

图2为本发明的正视图。

图3为本发明的侧视图。

图4为本发明的仰视图。

图中，1-横梁，2-纵梁，3-走行轮，4-测量轮，5-导向轮，6-刹车装置，7-推杆，8-支撑立柱，9-控制终端，10-数据采集模块，11-惯性测量装置，12-全站仪，13-位移传感器，14-倾角传感器，15-编码器，16-轨枕识别器，17-温度传感器。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种轨道几何状态快速精密测量系统，所述系统包括搭载平台和其上设置的测量单元；所述搭载平台为轨道车；所述测量单元包括控制终端9、数据采集模块10、全站仪12和传感器；数据采集模块10向传感器发送测量指令，接收、存储及时间同步传感器数据，并向控制终端9实时发送采集数据；全站仪12根据控制终端9的采集指令，观测线路两侧布设的CPIII控制点，并将CPIII控制点观测值传输给控制终端9。

轨道车为T型轨道车，包括纵梁2和其一侧与其垂直的横梁1，均为框架结构。纵梁2前后两端底部和横梁1外端底部均设置有与钢轨顶面接触的走行轮3，横梁1底部两端设置有与钢轨内侧面接触的测量轮4，纵梁2的走行轮3侧面设置有与钢轨内侧面接触的导向轮5。

传感器包括惯性测量装置11、位移传感器13、倾角传感器14、编码器15、轨枕识别器16和温度传感器17。

惯性测量装置11位于横梁1顶部（可选型号为零偏稳定性优于0.01°/h的三轴惯性测量装置），连续测量搭载平台的空间三维姿态。

位移传感器13设置在横梁1内外两端内部，与测量轮4并行连接，测量两根钢轨之间的轨距变化量。位移传感器可选型号为novotechnik TR系列。

倾角传感器14设置在横梁1中段内部（可选型号为测角精度优于0.005°的双轴倾角传感器），测量搭载平台当前的位置姿态。

编码器15通过一组耦合齿轮与走行轮3连接，测量走行轮3的转动里程。编码器可选型号为宜科EC50P-5000。

轨枕识别器16为激光测距传感器，位于横梁1内端内部，测量搭载平台与轨道道床之间的距离。激光测距传感器可选型号为基恩士CMOS 模拟激光传感器IL系列。

温度传感器17设置在横梁1内部（可选型号为探头式热电阻温度传感器），测量周边环境温度。

控制终端9（便携式计算机）基于推杆7的支撑布置于横梁1上方。

数据采集模块10布置在横梁1内部。

全站仪12基于支撑立柱8的支撑布置于横梁1上方。

参见附图：

本发明所述的轨道几何状态快速精密测量系统由搭载平台和测量单元组成，通过推动搭载平台，可使测量单元沿轨道前后移动。所述搭载平台呈“T”型框架结构，主要包括横梁1、纵梁2、走行轮3、测量轮4、导向轮5、刹车装置6、推杆7、支撑立柱8等。所述测量单元主要包括控制终端9、数据采集模块10、惯性测量装置11、全站仪12、位移传感器13、倾角传感器14、编码器15、轨枕识别器16、温度传感器17等。

所述横梁1的一端与所述纵梁2垂直连接，而另一端的下方设置有一个与钢轨顶面接触的走行轮3。横梁1的底部两端各垂直设置有一个与钢轨内侧面接触的测量轮4。所述测量轮4与钢轨内侧面的接触点位于钢轨顶面以下16mm处，为轨距测量提供基准。

所述纵梁2由左、右端盒组成，沿钢轨的延伸方向设置。左、右端盒的底部分别设置有一个与钢轨顶面接触的走行轮3，而走行轮3侧面设置有与其垂直的导向轮5。所述导向轮5与钢轨内侧面接触，保证所述搭载平台与轨道正交。

所述刹车装置6分别设置在所述左、右端盒内部，由失电制动器、制动轴、制动齿轮组成。制动轴与走行轮3的轮轴平行设置。制动齿轮与走行轮3的齿轮互相啮合。

所述推杆7通过两个活动插销安装在所述横梁1上部的推杆底座上，用于推动所述搭载平台沿轨道前后移动，推杆7把手处设置有一个托盘，用于所述控制终端9的安放。所述控制终端9用于向所述数据采集模块10和全站仪12发送采集指令，接收、存储采集数据，并通过处理所接收的多源数据，经综合解算得到轨道内外部几何状态信息。

所述支撑立柱8通过底部转接板安装在所述横梁1上部的基座上，支撑立柱8内置系统电源，用于为所述轨道几何状态快速精密测量系统供电，支撑立柱8上部设置有卡具，用于所述全站仪12的固定安装。

所述数据采集模块10安放在所述横梁1的内部，用于向所述惯性测量装置11、轨距传感器13、倾角传感器14、编码器15、轨枕识别16和温度传感器17发送测量指令，接收、存储及时间同步各类传感器数据，并向控制终端9实时发送采集数据。

所述惯性测量装置11通过底部转接板安装在所述横梁1上部的基座上，用于根据测量指令，连续测量所述搭载平台的空间三维姿态，并将测量得到的空间三维姿态数据传输给所述数据采集模块10。

所述全站仪12为具有目标自动照准、马达驱动的智能测量机器人，安装于所述支撑立柱8顶部的卡具上，用于根据测量指令，观测线路两侧布设的CPIII控制点，并将CPIII控制点观测值传输给所述控制终端9。

所述位移传感器13分别设置在所述横梁1两端内部，与所述测量轮4并行连接，用于根据测量指令，测量两根钢轨之间的轨距变化量，并将轨距变化量传输给所述数据采集模块10。

所述倾角传感器14设置在所述横梁1中段内部，用于根据测量指令，测量所述搭载平台当前的位置姿态，并将测量得到的位置姿态数据传输给所述数据采集模块10。

所述编码器15分别设置在所述左、右端盒内部，编码器15通过一组耦合齿轮与走行轮3连接，实现1:1同步转动，用于根据测量指令，测量走行轮3的转动里程，并将里程测量值传输给所述数据采集模块10。

所述轨枕识别16为激光测距传感器，垂直安装于所述横梁1靠近所述纵梁2一端的内部，用于根据测量指令，测量所述搭载平台与轨道道床之间的距离，并将距离测量值传输给所述数据采集模块10。

所述温度传感器17设置在所述横梁1内部，用于根据测量指令，测量周边环境的温度变化，并将温度测量值传输给所述数据采集模块10。

当开展轨道测量作业时，只需将本发明所述的轨道几何状态快速精密测量系统推行至测站点附近静止，使用全站仪12观测线路两侧布设的CPIII控制点进行不整平自由设站；在测站之间连续行进，使用惯性测量装置11动态采集轨道的空间三维姿态；而位移传感器13、倾角传感器14、编码器15等高速传感器则实时采集轨道的轨距、超高、里程等信息。控制终端9可对测量单元获取的多源采集数据进行综合解算，得到轨道的内外部几何状态信息，完成对轨道的快速测量。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.轨道几何状态快速精密测量系统，其特征在于：

所述系统包括搭载平台和其上设置的测量单元；

所述搭载平台为轨道车；所述测量单元包括控制终端（9）、数据采集模块（10）、全站仪（12）和传感器；

数据采集模块（10）向传感器发送测量指令，接收、存储及时间同步传感器数据，并向控制终端（9）实时发送采集数据；全站仪（12）根据控制终端（9）的采集指令，观测线路两侧布设的CPIII控制点，并将CPIII控制点观测值传输给控制终端（9）。

2.根据权利要求1所述的轨道几何状态快速精密测量系统，其特征在于：

轨道车为T型轨道车，包括纵梁（2）和其一侧与其垂直的横梁（1），纵梁（2）前后两端底部和横梁（1）外端底部均设置有与钢轨顶面接触的走行轮（3），横梁（1）底部两端设置有与钢轨内侧面接触的测量轮（4），纵梁（2）的走行轮（3）侧面设置有与钢轨内侧面接触的导向轮（5）。

3.根据权利要求2所述的轨道几何状态快速精密测量系统，其特征在于：

传感器包括惯性测量装置（11）、位移传感器（13）、倾角传感器（14）、编码器（15）、轨枕识别器（16）和温度传感器（17）。

4.根据权利要求3所述的轨道几何状态快速精密测量系统，其特征在于：

惯性测量装置（11）位于横梁（1）顶部，连续测量搭载平台的空间三维姿态。

5.根据权利要求4所述的轨道几何状态快速精密测量系统，其特征在于：

位移传感器（13）设置在横梁（1）两端内部，与测量轮（4）并行连接，测量两根钢轨之间的轨距变化量。

6.根据权利要求5所述的轨道几何状态快速精密测量系统，其特征在于：

倾角传感器（14）设置在横梁（1）中段内部，测量搭载平台当前的位置姿态。

7.根据权利要求6所述的轨道几何状态快速精密测量系统，其特征在于：

编码器（15）通过一组耦合齿轮与走行轮（3）连接，测量走行轮（3）的转动里程。

8.根据权利要求7所述的轨道几何状态快速精密测量系统，其特征在于：

轨枕识别器（16）为激光测距传感器，位于横梁（1）一端内部，测量搭载平台与轨道道床之间的距离。

9.根据权利要求8所述的轨道几何状态快速精密测量系统，其特征在于：

温度传感器（17）设置在横梁（1）内部，测量周边环境温度。

10.根据权利要求9所述的轨道几何状态快速精密测量系统，其特征在于：

控制终端（9）基于推杆（7）的支撑布置于横梁（1）上方；

数据采集模块（10）布置在横梁（1）内部；

全站仪（12）基于支撑立柱（8）的支撑布置于横梁（1）上方。

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