CN112432609A - 一种轨道接触网参数测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道接触网参数测量系统。该系统包括限界激光传感器、线扫测量激光传感器、里程编码器、同步控制器和主机；所述里程编码器用于采集所述线扫测量激光传感器沿着轨道方向平移的平移距离数据；所述同步控制器用于根据所述平移距离数据向所述线扫测量激光传感器发送同步信号；所述线扫测量激光传感器用于根据所述同步信号，获取接触网线缆表面的多组断面轮廓数据；所述限界激光传感器用于采集接触网支柱侧面距离数据；所述主机用于对数据进行求解，获取接触网线缆参数。本发明通过采用线扫测量激光传感器，并配合里程编码器、同步控制器以及主机的数据处理，使得在动态测量的同时，具有更高测量精度和测量效率。

Description

一种轨道接触网参数测量系统

技术领域

本发明属于轨道检测技术领域，更具体地，涉及一种轨道接触网参数测量系统。

背景技术

现有的轨道接触网测量装置主要有以下几种。一种是大型车载式测量装置，车载式测量装置往往体积庞大且需要永久安装在专门检测车辆上，造价高、协调难、安全无法保障，只能进行粗糙检查。一种是便携式静态测量装置，测量过程需要人工参与对测量点的对准与选取，且每测量一个节点需要进行设备搬抬，费时费力。另外也有一些动态测量装置，然而目前的动态测量装置一般是在静止或是低速行走时才能完成测量工作，并且现有的动态测量还存在测量精度低、效率低下等问题。以上几种测量装置均无法适应铁路线路快速增长的需求。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种轨道接触网参数测量系统，在动态测量的同时，具有更高的测量精度和测量效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种轨道接触网参数测量系统，包括里程编码器、同步控制器、线扫测量激光传感器、限界激光传感器和主机；

所述里程编码器用于采集所述线扫测量激光传感器和所述限界激光传感器沿着轨道方向平移的平移距离数据；

所述同步控制器用于根据所述平移距离数据向所述线扫测量激光传感器发送同步信号，所述同步信号用于控制所述线扫测量激光传感器对接触网线缆表面进行多次扫描；

所述线扫测量激光传感器用于根据所述同步信号，扫描获取接触网线缆表面的多组断面轮廓数据；

所述限界激光传感器用于采集接触网支柱的侧面距离数据；

所述主机用于接收所述平移距离数据、所述多组断面轮廓数据、所述侧面距离数据和所述同步信号，还用于根据所述同步信号对所述多组断面轮廓数据进行组合，形成接触网线缆表面的三维数据，对所述三维数据进行求解，获取接触网线缆参数。

优选的，轨道接触网参数测量系统还包括数据交换机，所述限界激光传感器、所述线扫测量激光传感器、所述里程编码器均通过所述数据交换机与所述同步控制器、所述主机进行数据通信。

优选的，所述同步信号用于控制所述线扫测量激光传感器对接触网线缆表面间隔相同距离进行多次扫描，所述线扫测量激光传感器用于根据所述同步信号，获取接触网线缆表面的间隔相同距离的多组断面轮廓数据。

优选的，所述主机包括：

数据预处理模块，用于接收所述平移距离数据、所述多组断面轮廓数据、所述侧面距离数据和所述同步信号，根据所述同步信号对所述多组断面轮廓数据进行组合，形成接触网线缆表面的三维数据；

存储模块，用于预先存储接触网线缆的外轮廓曲线模型，还用于将同一位置对应的所述接触网线缆参数、所述侧面距离数据和所述平移距离数据按组存储起来；

解算模块，用于将所述外轮廓曲线模型与所述多组断面轮廓数据进行拟合匹配，剔除不匹配的非相关数据，保留匹配的数据作为目标线缆数据，根据所述目标线缆数据获取接触网线缆参数。

优选的，所述根据目标线缆数据获取接触网线缆参数的过程中，按照所述目标线缆数据在空间上的连续性与否将所述目标线缆数据划分成不同线缆的线缆数据，然后根据每根线缆对应的线缆数据计算每根线缆的接触网线缆参数。

优选的，所述外轮廓曲线模型包括柔性接触网线缆的外轮廓曲线模型和刚性接触网线缆的外轮廓曲线模型；

所述进行拟合匹配包括：获取预先设置的接触网线缆类型参数，根据所述接触网线缆类型参数读取对应的外轮廓曲线模型，将对应的外轮廓曲线模型与所述多组断面轮廓数据进行拟合匹配。

优选的，所述数据预处理模块还用于对所述多组断面轮廓数据进行锚段识别。

优选的，所述主机还包括：

项目管理模块，用于创建和管理接触网线缆测量项目；

参数设置模块，用于设置所述接触网线缆测量项目的路线名称、路线区间、接触网线缆类型参数、起始接触网支柱号、锚段数量和接触网线缆里程信息；

数据导出模块，用于根据设置的数据表格模板和格式导出所述接触网线缆参数、所述侧面距离数据和所述平移距离数据。

优选的，所述限界激光传感器、所述线扫测量激光传感器和所述里程编码器被安装在可以沿着轨道方向平移的承载车体上，所述承载车体设置有滚轮，所述里程编码器与所述滚轮轴心连接。

优选的，所述线扫测量激光传感器设置在轨道上方3至5米高的位置。

总体而言，本发明与现有技术相比，具有有益效果：

(1)通过采用远距离、高精度的线扫测量激光传感器，并配合里程编码器、同步控制器以及后面的数据处理，采用里程编码器感知设备在轨道平移过程中的距离变化，由距离变化间隔连续对线扫测量激光传感器进行同步触发，从而得到接触线缆表面连续的外轮廓数据，形成完整的线缆数据，而非其他产品中所描述的只到测量点才进行测量，使得在动态测量的同时，具有更高的测量精度和测量效率。

(2)可实现动态的自动寻线功能，无需人工参与寻线过程，与其他现有技术相比较，自动寻线的计算效率高，测量操作人员不再关心接触线的位置，不需要人工去瞄准测量位置。

(3)采用数据交换机作为数据传输的媒介，可以极大简化电气连接与控制过程，可以帮助提高实际工程测量中的数据稳定性、数据可靠性和管理控制便捷性。

附图说明

图1是本发明实施例的一种轨道接触网参数测量系统的示意图；

图2是本发明实施例的一种轨道接触网参数测量系统中的部分硬件结构示意图；

附图标记：

1：线扫测量激光传感器；2：伸缩测量支架；3：锁紧机构；4：伸缩测量支架支座；5：承载车体；6：限界激光传感器；7：滚轮。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明实施例的一种轨道接触网参数测量系统，包括限界激光传感器、线扫测量激光传感器、里程编码器、同步控制器和主机。

如图2所示，优选的，限界激光传感器、线扫测量激光传感器和里程编码器(图中未示出)被安装在可以沿着轨道行进方向平移的承载车体上，承载车体是可以具有滚轮的小车，使得可以人工推行承载车体，以便对轨道接触网参数测量进行动态测量，测量过程不需要搬运，同时也不需要停止，测量效率更高。里程编码器与滚轮轴心相连，通过采集滚轮的滚动数据来计算里程。

里程编码器用于采集设备沿着轨道方向平移的平移距离数据。平移距离数据一方面可以用于后续同步控制器控制线扫测量激光传感器进行扫描，另一方面还可以用于确定后续采集的数据是属于哪一个位置的数据。采用里程编码器感知设备在轨道平移过程中的距离变化，由距离变化间隔连续对线扫测量激光传感器进行同步触发，从而得到接触线缆表面连续的多组外轮廓数据，形成完整的线缆数据，而非其他产品中所描述的只到测量点才进行测量。并且基于这一方式可实现动态的自动寻线功能。

同步控制器用于根据平移距离数据向线扫测量激光传感器发送同步信号，同步信号用于控制线扫测量激光传感器对接触网线缆表面进行多次扫描。

线扫测量激光传感器用于根据同步控制器发出的同步信号，对接触网线缆表面进行多次扫描，获取接触网线缆表面的多组断面轮廓数据。线扫测量激光传感器每次扫描可获取接触网线缆表面的一组断面轮廓数据，根据同步信号进行多次扫描，从而获取多组断面轮廓数据。通过采用远距离、高精度的线扫测量激光传感器，并配合里程编码器、同步控制器以及后面的数据处理，可以使得测量参数具有更高精度，并且测量效率更高。

优选的，线扫测量激光传感器设置在轨道上方3至5米高的位置。线扫测量激光传感器的有效测量范围一般为1米至2.5米，而目前现行标准的接触网线缆导高通常在5.3米左右，因此，通过将线扫测量激光传感器设置在轨道上方3至5米高的位置，有利于提高线扫测量激光传感器的测量精度。

限界激光传感器用于采集接触网支柱侧面距离数据。支柱侧面距离是指支柱内缘与临近铁路轨顶连线的线路中心线的水平距离。

主机用于接收平移距离数据、多组断面轮廓数据、侧面距离数据和同步信号，还用于根据同步信号对多组断面轮廓数据进行组合，形成接触网线缆表面的三维数据，对三维数据进行求解，获取接触网线缆参数。接触网线缆参数可以是接触线缆拉出值及导高值。组合是指将多组断面轮廓数据按照行进方向拼接，拼接时相邻两组断面轮廓数据间的距离是和同步信号保持一致的，即和采集的间隔距离是一致的。优选的，同步信号用于控制线扫测量激光传感器对接触网线缆表面间隔相同距离进行多次扫描，线扫测量激光传感器用于根据同步信号，获取接触网线缆表面的间隔相同距离的多组断面轮廓数据。间隔相同距离可以大大简化后续的数据处理。

优选的，轨道接触网参数测量系统还包括数据交换机，限界激光传感器、线扫测量激光传感器、里程编码器均通过数据交换机与同步控制器、主机进行数据通信。数据交换机作为数据传输的媒介，是设备中各传感器及主机间的数据交换部件。采用这种数据传输方式，可以实现可以极大简化电气连接与控制过程，可以帮助提高实际工程测量中的数据稳定性、数据可靠性和管理控制便捷性。

优选的，主机包括数据预处理模块、存储模块和解算模块。

数据预处理模块，用于接收平移距离数据、多组断面轮廓数据、侧面距离数据和同步信号，根据同步信号对多组断面轮廓数据进行组合，形成接触网线缆表面的三维数据。

存储模块，用于预先存储接触网线缆的外轮廓曲线模型，还用于将同一位置对应的接触网线缆参数、侧面距离数据和平移距离数据按组存储起来。

解算模块，用于将外轮廓曲线模型与多组断面轮廓数据进行拟合匹配，剔除不匹配的非相关数据，保留匹配的数据作为目标线缆数据，根据目标线缆数据获取接触网线缆参数。具体的，可以是将线缆匹配结果作为线缆在测量激光传感器空间位置的X(水平)，Y(垂直)轴参数，通过对设备进行标定，线缆的空间位置参数，修正为相对于轨道中心的X、Y轴参数，从而得到所需要计算的接触网线缆拉出值及导高值。

拟合匹配的方法原理如下：

①基于欧式聚类的方式对接触网线缆表面的三维数据的离散噪点进行滤除。具体是，遍历接触网线缆表面的三维数据点云内每个点，如果在该点半径r内的点数小于设定的阈值G，则将该点视为噪点；

②将经过去噪后的接触网线缆表面的三维数据点云作为起始点集P＝{P_i，i＝1，2，3…，n}，外轮廓曲线模型点云中作为终止点集Q＝{Q_i，i＝1，2，3…，n}，进行m次迭代，在终止点集Q获取起始点集P中目标点集

对应的点集

上述m次迭代过程具体包括步骤：

a)从起始点集P取点集

其中，k＝1，2，...，m；m表示最大迭代次数；

b)计算出终止点集Q中的点集

作为

对应的点集，使得

计算旋转矩阵为R^k和平移矩阵为T^k；

c)更新点集并计算

d)计算点集

与点集

之间的平均距离，记为

e)如果d^k+1≥L，则返回步骤b)，重复计算直到迭代次数大于预设的最大迭代次数m或d^k+1＜L，最终获得所需要的平移矩阵，L表示预设阈值；

③计算

到

的平移矩阵。

④根据步骤③计算得到平移矩阵，得到所需接触线的拉出值及导高值。其中，平移矩阵在y轴的Y值是拉出值；平移矩阵在z轴上的Z值是导高值。

优选的，轨道接触网参数测量系统具有自动寻线功能。根据目标线缆数据获取接触网线缆参数的过程中，首先按照目标线缆数据在空间上的连续性与否将目标线缆数据划分成不同线缆的线缆数据，然后根据每根线缆对应的线缆数据计算每根线缆的接触网线缆参数。自动寻线是指，线路中通常会在同一空间存在多根接触线，其作用各不相同，根据同一根接触线在测量系统平移过程中，其线缆外轮廓数据在空间上是连接的这一特点，通过对目标线缆的外轮廓数据进行连续位置(包括X、Y参数)进行计算，在空间上，相同位置的线缆数据作为同一根接触线处理，其检测结果存储为同一根接触线的参数。

而传统的静态检测方法，使用的是人工观察接触线，并手工选择目标接触线进行参数测量，本发明的自动寻线功能无需人工参与，自动判断哪一根是目标接触线，并自动计算参数，在检测速度与效率上得到极大的改进与提高。

优选的，轨道接触网参数测量系统可以实现不同类型的接触网线缆的测量。柔性接触网和刚性接触网的结构完全不同。本发明可以同时支持这两种接触网的测量。

在数据处理上，存储模块预先存储柔性接触网线缆的外轮廓曲线模型和刚性接触网线缆的外轮廓曲线模型。结算模块进行拟合匹配时，获取预先设置的接触网线缆类型参数，从存储模块中加载对应的外轮廓曲线模型，将对应的外轮廓曲线模型与多组断面轮廓数据进行拟合匹配。

在物理结构上，测量系统还包括伸缩测量架，伸缩测量架包括伸缩测量支座、伸缩测量支架和锁紧装置，伸缩测量支座安装在装载车体上，伸缩测量支架上下位置可调整地安装在伸缩测量支座上，并且伸缩测量支架调整到位后通过锁紧机构锁紧在伸缩测量支座上；线扫测量激光传感器安装在伸缩测量支架的顶端。获取预先设置的接触网线缆类型参数，针对不同的接触网类型，进行伸缩调整直至满足该类型接触网测量所需的位置条件，调整完成后，通过锁紧机构进行锁定，防止测量过程发生位置变化，影响测量精度。

优选的，轨道接触网参数测量系统可以实现对多锚段的识别，数据预处理模块还用于对多组断面轮廓数据进行锚段识别。例如可实现属于3个锚段的接触网线缆参数同时进行测量。属于同一锚段的接触线缆外轮廓数据在空间位置上是连续的，基于这一实际情况，设备通过识别连续的接触线缆外轮廓数据，当轮廓数据在空间位置上是连续时，归为一个锚段，其计算结果与该锚段相关联。类似的，当在同一时间检测到连续的接触线缆外轮廓数据，有2根时，其第二根连续的接触线缆参数，作为第二个锚段的结果进行存储，类似的方法可推算到3个锚段。

优选的，主机还包括项目管理模块、参数设置模块和数据导出模块，来对用户提供业务层面的各项功能。

项目管理模块，用于创建和管理接触网线缆测量项目。把作业过程按项目进行管理，便于数据成果的分类、相互隔离，避免实际操作过程中，数据管理混乱的问题。

参数设置模块，用于设置接触网线缆测量项目的路线名称、路线区间、接触网线缆类型参数、起始接触网立柱号、锚段数量和接触网线缆里程信息。可以把多种接触网的标定数据进行分别设置，避免因更换接触网参数后重复进行参数标定等操作问题，提高检测效率。

数据导出模块，用于根据设置的数据表格模板和格式导出接触网线缆参数、侧面距离数据和平移距离数据。根据使用的需要输出不同的数据表格及格式，可直接生产符合要求生产数据，直接用于汇报工作，加快生产过程。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轨道接触网参数测量系统，其特征在于，包括里程编码器、同步控制器、线扫测量激光传感器、限界激光传感器和主机；

所述里程编码器用于采集所述线扫测量激光传感器和所述限界激光传感器沿着轨道方向平移的平移距离数据；

所述同步控制器用于根据所述平移距离数据向所述线扫测量激光传感器发送同步信号，所述同步信号用于控制所述线扫测量激光传感器对接触网线缆表面进行多次扫描；

所述线扫测量激光传感器用于根据所述同步信号，扫描获取接触网线缆表面的多组断面轮廓数据；

所述限界激光传感器用于采集接触网支柱的侧面距离数据；

所述主机用于接收所述平移距离数据、所述多组断面轮廓数据、所述侧面距离数据和所述同步信号，还用于根据所述同步信号对所述多组断面轮廓数据进行组合，形成接触网线缆表面的三维数据，对所述三维数据进行求解，获取接触网线缆参数。

2.如权利要求1所述的一种轨道接触网参数测量系统，其特征在于，还包括数据交换机，所述限界激光传感器、所述线扫测量激光传感器、所述里程编码器均通过所述数据交换机与所述同步控制器、所述主机进行数据通信。

3.如权利要求1所述的一种轨道接触网参数测量系统，所述同步信号用于控制所述线扫测量激光传感器对接触网线缆表面间隔相同距离进行多次扫描，所述线扫测量激光传感器用于根据所述同步信号，获取接触网线缆表面的间隔相同距离的多组断面轮廓数据。

4.如权利要求1所述的一种轨道接触网参数测量系统，所述主机包括：

数据预处理模块，用于接收所述平移距离数据、所述多组断面轮廓数据、所述侧面距离数据和所述同步信号，根据所述同步信号对所述多组断面轮廓数据进行组合，形成接触网线缆表面的三维数据；

存储模块，用于预先存储接触网线缆的外轮廓曲线模型，还用于将同一位置对应的所述接触网线缆参数、所述侧面距离数据和所述平移距离数据按组存储起来；

解算模块，用于将所述外轮廓曲线模型与所述多组断面轮廓数据进行拟合匹配，剔除不匹配的非相关数据，保留匹配的数据作为目标线缆数据，根据所述目标线缆数据获取接触网线缆参数。

5.如权利要求4所述的一种轨道接触网参数测量系统，其特征在于，所述根据目标线缆数据获取接触网线缆参数的过程中，按照所述目标线缆数据在空间上的连续性与否将所述目标线缆数据划分成不同线缆的线缆数据，然后根据每根线缆对应的线缆数据计算每根线缆的接触网线缆参数。

6.如权利要求4所述的一种轨道接触网参数测量系统，其特征在于，所述外轮廓曲线模型包括柔性接触网线缆的外轮廓曲线模型和刚性接触网线缆的外轮廓曲线模型；

所述进行拟合匹配包括：获取预先设置的接触网线缆类型参数，根据所述接触网线缆类型参数读取对应的外轮廓曲线模型，将对应的外轮廓曲线模型与所述多组断面轮廓数据进行拟合匹配。

7.如权利要求4所述的一种轨道接触网参数测量系统，其特征在于，所述数据预处理模块还用于对所述多组断面轮廓数据进行锚段识别。

8.如权利要求4所述的一种轨道接触网参数测量系统，其特征在于，所述主机还包括：

项目管理模块，用于创建和管理接触网线缆测量项目；

参数设置模块，用于设置所述接触网线缆测量项目的路线名称、路线区间、接触网线缆类型参数、起始接触网支柱号、锚段数量和接触网线缆里程信息；

数据导出模块，用于根据设置的数据表格模板和格式导出所述接触网线缆参数、所述侧面距离数据和所述平移距离数据。

9.如权利要求1所述的一种轨道接触网参数测量系统，其特征在于，所述限界激光传感器、所述线扫测量激光传感器和所述里程编码器被安装在可以沿着轨道方向平移的承载车体上，所述承载车体设置有滚轮，所述里程编码器与所述滚轮轴心连接。

10.如权利要求9所述的一种轨道接触网参数测量系统，其特征在于，所述线扫测量激光传感器设置在轨道上方3至5米高的位置。

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