CN111896028B - 一种地铁轨道几何检测数据矫正方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁轨道几何检测数据矫正方法，包括以下步骤：对轨道几何检测数据进行预处理；获取线路图中标定的实际起点里程数据、实际终点里程数据、线路断链数据和线路圆曲线数据信息；根据测试起点里程数据、测试终点里程数据、实际起点里程数据、实际终点里程数据和线路断链数据对当前测试里程点数据进行修正；将水平检测结果数据进行快速傅里叶变换，消除圆曲线段引起的水平分量异常，获取滤波后的水平数据；根据线路圆曲线数据对三角坑检测结果进行修正。本发明利用傅里叶变换和滤波技术，使实际检测的轨道几何数据与设计图中的实际里程相对应，对设备检测到的异常水平和三角坑数据进行修正，有利于现场复测和维修定位。

Description

一种地铁轨道几何检测数据矫正方法及系统

技术领域

本发明涉及轨道数据矫正技术领域，更具体的说是涉及一种地铁轨道几何检测数据矫正方法及系统。

背景技术

近年来，随着城市轨道信息化建设的逐步深入，检测方法越来越先进，由人工检测、小车检测，逐步向动态检测发展，检测的效率、准确性大大提升。

但由于检测车轮、摩擦等原因导致检测数据中里程数据与线路图中标定的实际数据产生一定的偏差。同时由于地铁线路中圆曲线较多，导致检测结果中的水平与三角坑数据在圆曲线段产生异常。

因此，如何提供一种能够准确、高效的应用轨道几何检测数据，并对里程和异常数据进行修正的地铁轨道几何检测数据矫正及处理方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种地铁轨道几何检测数据矫正方法及系统，利用傅里叶变换和滤波技术，使实际检测的轨道几何数据与设计图中的实际里程相对应，并对设备检测到的异常水平和三角坑数据进行修正，有利于现场复测和维修定位。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种地铁轨道几何检测数据矫正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、数据预处理：

获取轨道几何检测数据中的里程、速度、水平检测结果和三角坑检测结果，并根据速度信息剔除检测车辆未运行时的多余数据，获取剔除多余数据后的测试起点里程数据和测试终点里程数据；

步骤S2、线路数据获取：

获取线路图中标定的实际起点里程数据、实际终点里程数据、线路断链数据和线路圆曲线数据信息；

步骤S3、里程修正：

根据测试起点里程数据、测试终点里程数据、实际起点里程数据、实际终点里程数据和线路断链数据对当前测试里程点数据进行修正；

步骤S4、水平修正：

将水平检测结果数据进行快速傅里叶变换，消除圆曲线段引起的水平分量异常，获取滤波后的水平数据；

步骤S5、三角坑修正：

根据线路圆曲线数据对三角坑检测结果进行修正。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

1、本发明将检测里程修正为设计图中的实际里程，保证了检测问题位置的准确性和唯一性，有利于现场复测和维修定位，同时有利于与其他监测方式进行关联分析。

2、本发明利用傅里叶变换消除圆曲线点引起的水平低频分量异常，提高了圆曲线段水平数据的可用性和准确性。

3、本发明消除圆曲线超高引起的三角坑数据超标，通过算法修整三角坑数据前后的超标值，提高了圆曲线段水平数据的可用性和准确性。

优选的，在上述一种地铁轨道几何检测数据矫正方法中，步骤S2中的线路断链数据包括每个断链的起始点里程和终止点里程；圆曲线数据包括每个圆曲线的直缓点、缓圆点、圆缓点、缓直点和超高信息。

优选的，在上述一种地铁轨道几何检测数据矫正方法中，步骤S3中，上行里程数据修正的计算公式如下：

下行里程数据修正的计算公式如下：

式中，S_c为测试起点里程数据，E_c为测试终点里程数据，S_s为实际起点里程数据，E_s为实际终点里程数据，C{c₁,c₂,c₃...c_j}为断链数据，其中c_i为第i个断链的数据；测试里程总长度为L_c＝S_c-E_c，实际里程总长度为L_s＝S_s-E_s；P_i为当前测试里程点数据，P_s为修正后的当前测试里程点数据；为当前测试里程点加上或减去之前的m个断链长度之和。

优选的，在上述一种地铁轨道几何检测数据矫正方法中，步骤S4中，设检测频率为f，且水平检测结果数据在圆曲线的直缓点、缓圆点、圆缓点和缓直点前后l米的范围内产生，则异常波形的波长λ＝2*l*f；通过傅里叶变换将波长大于λ的低频分量进行过滤，保留高频分量，获取滤波后的水平数据。

优选的，在上述一种地铁轨道几何检测数据矫正方法中，步骤S5中，上行直缓点三角坑的计算公式如下：

T＝T_c-(q_cg/(q_hy-q_zh))*3；

上行缓直点三角坑计算公式为：

T＝T_c+(q_cg/(q_hy-q_zh))*3；

下行直缓点三角坑计算公式为：

T＝T_c+(q_cg/(q_hy-q_zh))*3；

下行缓直点三角坑计算公式为：

T＝T_c-(q_cg/(q_hy-q_zh))*3；

式中，Q{q_zh,q_hy,q_yh,q_hz,q_cg}为一个完整圆曲线数据信息，其中q_zh,q_hy,q_yh,q_hz分别为直缓点、缓圆点、圆缓点、缓直点的里程信息，q_cg为曲线的超高信息。若T_c为原始三角坑检测结果，T为修正后的三角坑检测结果，3为轨道基长。

本发明还提供一种地铁轨道几何检测数据矫正系统，包括：

数据预处理模块，所述数据预处理模块用于将获取的轨道几何检测数据中的里程、速度、水平检测结果和三角坑检测结果，并根据速度信息剔除检测车辆未运行时的多余数据，获取剔除多余数据后的测试起点里程数据和测试终点里程数据；

线路数据获取模块，所述线路数据获取模块用于获取线路图中标定的实际起点里程数据、实际终点里程数据、线路断链数据和线路圆曲线数据信息；

里程修正模块，所述里程修正模块用于根据测试起点里程数据、测试终点里程数据、实际起点里程数据、实际终点里程数据和线路断链数据对当前测试里程点数据进行修正；

水平修正模块，所述水平修正模块用于将水平检测结果数据进行快速傅里叶变换，消除圆曲线段引起的水平分量异常，获取滤波后的水平数据；以及

三角坑修正模块，所述三角坑修正模块用于根据线路圆曲线数据对三角坑检测结果进行修正。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种地铁轨道几何检测数据矫正方法的流程框图；

图2附图为本发明提供的一种地铁轨道几何检测数据矫正方法的详细流程图；

图3附图为本发明提供的一种地铁轨道几何检测数据矫正系统的结构示意图；

图4附图为本发明提供的检测超高与设计图圆曲线点可视化图；

图5附图为本发明提供的里程修正前后超高与设计图圆曲线点可视化图；

图6附图为本发明提供的水平与设计图圆曲线点可视化图；

图7附图为本发明提供的某圆曲线前后水平检测结果放大后波形图；

图8附图为本发明提供的水平修正前后水平大值异常可视化图；

图9附图为本发明提供的三角坑与设计图圆曲线点可视化图；

图10附图为本发明提供的三角坑异常可视化图；

图11附图为本发明提供的三角坑异常修正前后对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，本发明实施例公开了一种地铁轨道几何检测数据矫正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、数据预处理：

从检测设备或技术台账中提取检测范围和轨道几何检测数据中的里程、速度、水平检测结果和三角坑检测结果，并根据速度信息剔除检测车辆未运行时的多余数据，获取剔除多余数据后的测试起点里程数据和测试终点里程数据。

步骤S2、线路数据获取：

从检测设备和技术台账中提取线路信息数据，线路信息数据包括线路图中标定的实际起点里程数据、实际终点里程数据、线路断链数据和线路圆曲线数据等数据信息；其中，数据信息的获取方式为线路设计文件、电子表格中读取、人工输入行别数据或设计图纸；线路断链数据包括每个断链的起始点里程和终止点里程；圆曲线数据包括每个圆曲线的直缓点、缓圆点、圆缓点、缓直点和超高信息。

步骤S3、里程修正：

根据测试起点里程数据、测试终点里程数据、实际起点里程数据、实际终点里程数据和线路断链数据对当前测试里程点数据进行修正；

上行里程数据修正的计算公式如下：

下行里程数据修正的计算公式如下：

式中，S_c为测试起点里程数据，E_c为测试终点里程数据，S_s为实际起点里程数据，E_s为实际终点里程数据，C{c₁,c₂,c₃...c_j}为断链数据，其中c_i为第i个断链的数据；测试里程总长度为L_c＝S_c-E_c，实际里程总长度为L_s＝S_s-E_s；P_i为当前测试里程点数据，P_s为修正后的当前测试里程点数据；为当前测试里程点加上或减去之前的m个断链长度之和。

地铁动态几何检测里程定位系统采用光电编码器脉冲计数的方式。计算原理为：轨检车轮对转动，驱动光电编码器同步转动。光电编码器每转一周，A相和B相各输出5000个脉冲，A相与B相相差90度。根据轮周长和5000个脉冲的已知条件可计算出脉冲间距，通过脉冲计数和脉冲间距可计算出通过距离，结合其实里程可获得实时检测里程。

但检测过程中存在以下因素导致里程定位存在偏差：

(1)存在车轮不圆导致车轮一周实际周长与理论周长会产生偏差；

(2)加速或刹车导致了车轮与轨道的滑动摩擦从而产生偏差；

(3)系统里程计算为连续里程而线路设计图纸中存在长短链信息，故产生一定的偏差。

由于以上原因叠加导致的偏差累计后会导致检测结果里程与设计图纸里程产生较大偏差。以长沙3号线检测结果为例，将上行检测结果超高与设计图纸中圆曲线点进行可视化如图4所示。图4中横坐标轴为线路里程、纵坐标轴为超高数据检测值。曲线为长沙3号线某次动态几何检测超高检测结果波形图。当车辆经过圆曲线时，超高数据应产生对应大值。从图4中可看出超高检测大值位置与线路设计图中圆曲线位置产生了较大偏移。同理，其他检测指标也将与设计图纸产生较大偏移，若直接将检测结果进行分析，则会导致现场复测及维修位置十分不准确。

因此，本发明实施例采用里程映射结合长短链数据插入的方法对里程数据进行修正，具体修正方法如下：

通过上述修正算法，使用P_s作为修正后里程数据代替原有里程数据。同样以长沙3号线动态检测结果为例，修正后超高与圆曲线对比可视化如下图5所示。

从图5中看出，通过算法的修正，超高检测结果的大值点已经可以与设计图纸圆曲线点准确对齐。通过算法的对里程的修正，能较好的保证后续水平、三角坑数据修正的准确性，同时也为轨道几何检测与设备台帐或其他类型检测数据关联分析奠定了坚实基础。

步骤S4、水平修正：

将水平检测结果数据进行快速傅里叶变换，消除圆曲线段引起的水平分量异常，获取滤波后的水平数据；设检测频率为f，且水平检测结果数据在圆曲线的直缓点、缓圆点、圆缓点和缓直点前后l米的范围内产生，则异常波形的波长λ＝2*l*f；通过傅里叶变换将波长大于λ的低频分量进行过滤，保留高频分量，获取滤波后的水平数据。

水平是轨道同一横截面上左右轨顶面相对所在水平面的高度差，但不含曲线上按规定设置的超高值及超高顺坡量。水平参数主要是由惯性组件的输出量及位移传感器的输出量计算得到，水平波形和异常大值波形如图6和图7所示。

图6中横轴为里程数据，纵轴为圆曲线超高或水平检测值数据。从图6中可看出，由于圆曲线的直缓点、缓圆点、圆缓点、缓直点前后会出现左右轨高低变化的情况，从而导致水平数据出现异常大值报警。

图7为某圆曲线前后水平检测结果放大后波形图，通过分析可看出在圆曲线点位置前后15米范围内会产生一个异常长波。

目前动检车检测频率为每米4次，则f＝4，统计分析发现异常波长λ约为60，利用傅里叶变换过滤波对频率低于1/60的低频分量进行过滤，使用上述方法滤波后将圆曲线点前后范围内数据进行替换。具体结果如图8所示：

其中曲线1为原始水平检测波形，曲线2为滤波后波形，可看出通过滤波消除了圆曲线导致的长波异常数据，同时可以保存线路问题导致的水平异常。

步骤S5、三角坑修正：

根据线路圆曲线数据对三角坑检测结果进行修正。

上行直缓点三角坑的计算公式如下：

T＝T_c-(q_cg/(q_hy-q_zh))*3；

上行缓直点三角坑计算公式为：

T＝T_c+(q_cg/(q_hy-q_zh))*3；

下行直缓点三角坑计算公式为：

T＝T_c+(q_cg/(q_hy-q_zh))*3；

下行缓直点三角坑计算公式为：

T＝T_c-(q_cg/(q_hy-q_zh))*3；

式中，Q{q_zh,q_hy,q_yh,q_hz,q_cg}为一个完整圆曲线数据信息，其中q_zh,q_hy,q_yh,q_hz分别为直缓点、缓圆点、圆缓点、缓直点的里程信息，q_cg为曲线的超高信息。若T_c为原始三角坑检测结果，T为修正后的三角坑检测结果，3为轨道基长。

三角坑反应了轨顶的平面性，若轨顶各点不在同一个平面上，则某一点到其他三个点组成的平面的垂直距离及为三角坑。三角坑由规定基长取两断面水平差即可得到三角坑值，三角坑异常可视化如图9和图10所示：

从图9中可看出在每个圆曲线的直缓、缓直区段，即直缓点到缓圆点和圆缓点到缓直点区间由于两轨高低不同，三角坑数据在区间内发生异常。从图10中可看出异常值是在缓和曲线区段三角坑数据整体增加或减少。

通过对三角坑的修正，可以修复由于超高导致的三角坑数据异常。某圆曲线段修正后三角坑数据结果对比如图11所示，图11中曲线3为原始三角坑数据波形，曲线4为修正后三角坑数据波形。

本发明通过步骤S1-S5，能够达到以下目的：

本发明将检测里程修正为设计图中的实际里程，保证了检测问题位置的准确性和唯一性，有利于现场复测和维修定位，同时有利于与其他监测方式进行关联分析。

本发明利用傅里叶变换消除圆曲线点引起的水平低频分量异常，提高了圆曲线段水平数据的可用性和准确性。

本发明通过特定算法消除圆曲线超高引起的三角坑数据超标，通过算法修整三角坑数据前后的超标值，提高了圆曲线段水平数据的可用性和准确性。

如图3所示，本发明实施例还提供一种地铁轨道几何检测数据矫正系统，包括：

数据预处理模块1，数据预处理模块1用于将获取的轨道几何检测数据中的里程、速度、水平检测结果和三角坑检测结果，并根据速度信息剔除检测车辆未运行时的多余数据，获取剔除多余数据后的测试起点里程数据和测试终点里程数据；

线路数据获取模块2，线路数据获取模块2用于获取线路图中标定的实际起点里程数据、实际终点里程数据、线路断链数据和线路圆曲线数据信息；

里程修正模块3，里程修正模块3用于根据测试起点里程数据、测试终点里程数据、实际起点里程数据、实际终点里程数据和线路断链数据对当前测试里程点数据进行修正；

水平修正模块4，水平修正模块4用于将水平检测结果数据进行快速傅里叶变换，消除圆曲线段引起的水平分量异常，获取滤波后的水平数据；以及

三角坑修正模块5，三角坑修正模块5用于根据线路圆曲线数据对三角坑检测结果进行修正。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种地铁轨道几何检测数据矫正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、数据预处理：

获取轨道几何检测数据中的里程、速度、水平检测结果和三角坑检测结果，并根据速度信息剔除检测车辆未运行时的多余数据，获取剔除多余数据后的测试起点里程数据和测试终点里程数据；

步骤S2、线路数据获取：

获取线路图中标定的实际起点里程数据、实际终点里程数据、线路断链数据和线路圆曲线数据信息；

步骤S3、里程修正：

根据测试起点里程数据、测试终点里程数据、实际起点里程数据、实际终点里程数据和线路断链数据对当前测试里程点数据进行修正；上行里程数据修正的计算公式如下：

下行里程数据修正的计算公式如下：

式中，S_c为测试起点里程数据，E_c为测试终点里程数据，S_s为实际起点里程数据，E_s为实际终点里程数据，C{c₁,c₂,c₃…c_j}为断链数据，其中c_i为第i个断链的数据；测试里程总长度为L_c＝S_c-E_c，实际里程总长度为L_s＝S_s-E_s；P_i为当前测试里程点数据，P_s为修正后的当前测试里程点数据；为当前测试里程点加上或减去之前的m个断链长度之和；

步骤S4、水平修正：

将水平检测结果数据进行快速傅里叶变换，消除圆曲线段引起的水平分量异常，获取滤波后的水平数据；具体为：设检测频率为f，且水平检测结果数据在圆曲线的直缓点、缓圆点、圆缓点和缓直点前后l米的范围内产生，则异常波形的波长λ＝2*l*f；通过傅里叶变换将波长大于λ的低频分量进行过滤，保留高频分量，获取滤波后的水平数据；

步骤S5、三角坑修正：

根据线路圆曲线数据对三角坑检测结果进行修正；其中，上行直缓点三角坑的计算公式如下：

T＝T_c-(q_cg/(q_hy-q_zh))*3；

上行缓直点三角坑计算公式为：

T＝T_c+(q_cg/(q_hy-q_zh))*3；

下行直缓点三角坑计算公式为：

T＝T_c+(q_cg/(q_hy-q_zh))*3；

下行缓直点三角坑计算公式为：

T＝T_c-(q_cg/(q_hy-q_zh))*3；

式中，Q{q_zh,q_hy,q_yh,q_hz,q_cg}为一个完整圆曲线数据信息，其中q_zh,q_hy,q_yh,q_hz分别为直缓点、缓圆点、圆缓点、缓直点的里程信息，q_cg为曲线的超高信息；若T_c为原始三角坑检测结果，T为修正后的三角坑检测结果，3为轨道基长。

2.根据权利要求1所述的一种地铁轨道几何检测数据矫正方法，其特征在于，步骤S2中的线路断链数据包括每个断链的起始点里程和终止点里程；圆曲线数据包括每个圆曲线的直缓点、缓圆点、圆缓点、缓直点和超高信息。

3.一种地铁轨道几何检测数据矫正系统，其适用于如权利要求1-2任一项所述的一种地铁轨道几何检测数据矫正方法，其特征在于，包括：

数据预处理模块，所述数据预处理模块用于将获取的轨道几何检测数据中的里程、速度、水平检测结果和三角坑检测结果，并根据速度信息剔除检测车辆未运行时的多余数据，获取剔除多余数据后的测试起点里程数据和测试终点里程数据；

线路数据获取模块，所述线路数据获取模块用于获取线路图中标定的实际起点里程数据、实际终点里程数据、线路断链数据和线路圆曲线数据信息；

里程修正模块，所述里程修正模块用于根据测试起点里程数据、测试终点里程数据、实际起点里程数据、实际终点里程数据和线路断链数据对当前测试里程点数据进行修正；上行里程数据修正的计算公式如下：

下行里程数据修正的计算公式如下：

式中，S_c为测试起点里程数据，E_c为测试终点里程数据，S_s为实际起点里程数据，E_s为实际终点里程数据，C{c₁,c₂,c₃…c_j}为断链数据，其中c_i为第i个断链的数据；测试里程总长度为L_c＝S_c-E_c，实际里程总长度为L_s＝S_s-E_s；P_i为当前测试里程点数据，P_s为修正后的当前测试里程点数据；为当前测试里程点加上或减去之前的m个断链长度之和；

水平修正模块，所述水平修正模块用于将水平检测结果数据进行快速傅里叶变换，消除圆曲线段引起的水平分量异常，获取滤波后的水平数据；具体为：设检测频率为f，且水平检测结果数据在圆曲线的直缓点、缓圆点、圆缓点和缓直点前后l米的范围内产生，则异常波形的波长λ＝2*l*f；通过傅里叶变换将波长大于λ的低频分量进行过滤，保留高频分量，获取滤波后的水平数据；以及

三角坑修正模块，所述三角坑修正模块用于根据线路圆曲线数据对三角坑检测结果进行修正；其中，上行直缓点三角坑的计算公式如下：

T＝T_c-(q_cg/(q_hy-q_zh))*3；

上行缓直点三角坑计算公式为：

T＝T_c+(q_cg/(q_hy-q_zh))*3；

下行直缓点三角坑计算公式为：

T＝T_c+(q_cg/(q_hy-q_zh))*3；

下行缓直点三角坑计算公式为：

T＝T_c-(q_cg/(q_hy-q_zh))*3；

式中，Q{q_zh,q_hy,q_yh,q_hz,q_cg}为一个完整圆曲线数据信息，其中q_zh,q_hy,q_yh,q_hz分别为直缓点、缓圆点、圆缓点、缓直点的里程信息，q_cg为曲线的超高信息；

若T_c为原始三角坑检测结果，T为修正后的三角坑检测结果，3为轨道基长。