CN113324521B - 轨道线路坡度检测方法、装置及轨道线路检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道线路坡度检测方法、装置及轨道线路检测系统，涉及轨道检测技术领域。该方法包括利用第一时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，获得滤波后的坡度计输出数据；根据重力加速度及滤波后的坡度计输出数据，确定基于坡度计的检测梁俯仰角；将利用第一有限脉冲响应低通滤波器低通滤波后基于坡度计的检测梁俯仰角作为第一轨道线路倾角；根据轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系确定第一轨道线路坡度。本发明通过滤波后的坡度计输出数据确定基于坡度计的检测梁俯仰角，将基于梯形窗函数的第一有限脉冲响应低通滤波器低通滤波后检测梁俯仰角作为轨道线路倾角最终确定轨道线路坡度，提高轨道线路坡度检测的准确性。

Description

轨道线路坡度检测方法、装置及轨道线路检测系统

技术领域

本发明涉及轨道检测技术领域，尤其涉及轨道线路坡度检测方法、装置及轨道线路检测系统。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

在我国铁路运营里程不断增加过程中，列车运行速度也在不断的提高，机车车辆在运行过程中的安全性和舒适性也备受关注。作为轮轨系统的主要激扰源，轨道不平顺是引起机车车辆振动的主要原因。车辆振动不仅对旅客乘车舒适性有影响，严重时还会危及行车安全。轨道不平顺定义为轨道几何形位相较于其设计参数的偏差。在线路开通运营前，轨道初始的不平顺往往与材料的缺陷、生产加工过程中的误差，以及施工过程有关；线路开通运营后，在轮轨相互耦合、车辆荷载、地基沉降以及其它外部因素的共同作用下，轨道的几何形位与设计参数的偏差越来越大，轨道不平顺进一步发展。

列车轨道线路的平顺性直接影响列车安全。轨道检查车、高速综合检测列车等车载轨道检测系统，是动态检测线路平顺性的自动化装备。轨道检测系统现有检测项目包括轨距、轨向、高低、水平、超高、三角坑等轨道线路参数，目前尚不能检测线路坡度参数。线路坡度参数是轨道线路平顺性的重要参数，特别是山区线路，如川藏铁路线。准确检测出坡度轨道线路参数对铁路工务人员及时掌线路纵断面线型的变化具有指导意义，可有效降低工务维修成本，保障列车运行安全。

发明内容

本发明实施例提供一种轨道线路坡度检测方法，应用于包含检测梁的轨道线路检测系统，用以实现对轨道线路坡度的准确检测，该轨道线路坡度检测方法包括：

利用第一时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，对检测梁惯性传感器中的坡度计输出数据进行滤波，获得滤波后的坡度计输出数据；以检测梁的中心为原点建立载体空间直角坐标系，惯性传感器位于检测梁中心位置处；

根据重力加速度及滤波后的坡度计输出数据，确定基于坡度计的检测梁俯仰角；

利用基于梯形窗函数的第一有限脉冲响应低通滤波器对基于坡度计的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于坡度计的检测梁俯仰角作为第一轨道线路倾角；

根据第一轨道线路倾角及轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定第一轨道线路坡度。

本发明实施例还提供一种轨道线路坡度检测装置，应用于包含检测梁的轨道线路检测系统，用以实现对轨道线路坡度的准确检测，该轨道线路坡度检测装置包括：

第一滤波模块，用于利用第一时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，对检测梁惯性传感器中的坡度计输出数据进行滤波，获得滤波后的坡度计输出数据；以检测梁的中心为原点建立载体空间直角坐标系，惯性传感器位于检测梁中心位置处；

第一俯仰角确定模块，用于根据重力加速度及滤波后的坡度计输出数据，确定基于坡度计的检测梁俯仰角；

第一轨道线路倾角确定模块，用于利用基于梯形窗函数的第一有限脉冲响应低通滤波器对基于坡度计的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于坡度计的检测梁俯仰角作为第一轨道线路倾角；

第一轨道线路坡度确定模块，用于根据第一轨道线路倾角及轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定第一轨道线路坡度。

在本发明实施例中，通过滤波后的坡度计输出数据确定基于坡度计的检测梁俯仰角，进而利用基于梯形窗函数的第一有限脉冲响应低通滤波器对基于坡度计的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于坡度计的检测梁俯仰角作为第一轨道线路倾角，最后基于轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系确定第一轨道线路坡度，利用坡度计实现坡度检测，提高轨道线路坡度检测的准确性。

本发明实施例还提供一种轨道线路坡度检测方法，应用于包含检测梁的轨道线路检测系统，用以实现对轨道线路坡度的准确检测，该轨道线路坡度检测方法包括：

利用第二时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，对检测梁惯性传感器中陀螺仪输出数据进行滤波，获得滤波后的陀螺仪输出数据；以检测梁的中心为原点建立载体空间直角坐标系，惯性传感器位于检测梁中心位置处；

根据检测梁侧滚角及滤波后的陀螺仪输出数据，利用积分运算获得基于陀螺仪的检测梁俯仰角；

利用基于梯形窗函数的第二有限脉冲响应低通滤波器对基于陀螺仪的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于陀螺仪的检测梁俯仰角作为第二轨道线路倾角；

根据第二轨道线路倾角及轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定第二轨道线路坡度。

本发明实施例还提供一种轨道线路坡度检测装置，应用于包含检测梁的轨道线路检测系统，用以实现对轨道线路坡度的准确检测，该轨道线路坡度检测装置包括：

第二滤波模块，用于利用第二时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，对检测梁惯性传感器中陀螺仪输出数据进行滤波，获得滤波后的陀螺仪输出数据；以检测梁的中心为原点建立载体空间直角坐标系，惯性传感器位于检测梁中心位置处；

第二俯仰角确定模块，用于根据检测梁侧滚角及滤波后的陀螺仪输出数据，利用积分运算获得基于陀螺仪的检测梁俯仰角；

第二轨道线路倾角确定模块，用于利用基于梯形窗函数的第二有限脉冲响应低通滤波器对基于陀螺仪的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于陀螺仪的检测梁俯仰角作为第二轨道线路倾角；

第二轨道线路坡度确定模块，用于根据第二轨道线路倾角及轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定第二轨道线路坡度。

在本发明实施例中，通过检测梁侧滚角及滤波后的陀螺仪输出数据，利用积分运算确定基于陀螺仪的检测梁俯仰角，进而利用基于梯形窗函数的第二有限脉冲响应低通滤波器对基于陀螺仪的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于陀螺仪的检测梁俯仰角作为第二轨道线路倾角，最后基于轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系确定第二轨道线路坡度，利用陀螺仪实现坡度检测，提高轨道线路坡度检测的准确性。

本发明实施例还提供一种轨道线路坡度检测方法，应用于包含检测梁的轨道线路检测系统，用以实现对轨道线路坡度的准确检测，该轨道线路坡度检测方法包括：

利用第三时间域数字低通滤波器，对检测梁惯性传感器中的X轴加速度及轨道列车加速度进行滤波，获得初始滤波后的X轴加速度及轨道列车加速度；以检测梁的中心为原点建立载体空间直角坐标系，惯性传感器位于检测梁中心位置处；

利用第四时间域数字低通滤波器及频率调整低通滤波器，对轨道列车加速度及等空间间隔采样后的X轴加速度进行滤波，确定滤波后的轨道列车加速度及X轴加速度；其中，第三时间域数字低通滤波器、第四时间域数字低通滤波器及频率调整低通滤波器级联形成互补滤波器组中的互补低通滤波器；

根据重力加速度、滤波后的轨道列车加速度及X轴加速度，确定基于坡度计的检测梁俯仰角；

利用第四时间域数字低通滤波器及级联滤波器，对检测梁惯性传感器中的点头陀螺输出数据及摇头陀螺输出数据进行滤波及等空间间隔采样，获得滤波及等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据及摇头陀螺输出数据；第四时间域数字低通滤波器及级联滤波器级联形成互补滤波器组中的互补高通滤波器；互补滤波器组中的互补低通滤波器与互补高通滤波器的频率响应之和为1；

根据滤波及等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据与摇头陀螺输出数据及检测梁侧滚角，利用积分运算获得基于陀螺仪的检测梁俯仰角；

利用基于梯形窗函数的有限脉冲响应低通滤波器对基于坡度计的检测梁俯仰角及基于陀螺仪的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于坡度计及陀螺仪的检测梁俯仰角作为轨道线路倾角；

根据轨道线路倾角及轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定轨道线路坡度。

本发明实施例还提供一种轨道线路坡度检测装置，应用于包含检测梁的轨道线路检测系统，用以实现对轨道线路坡度的准确检测，该轨道线路坡度检测装置包括：

坡度计第一滤波模块，用于利用第三时间域数字低通滤波器，对检测梁惯性传感器中的X轴加速度及轨道列车加速度进行滤波，获得初始滤波后的X轴加速度及轨道列车加速度；以检测梁的中心为原点建立载体空间直角坐标系，惯性传感器位于检测梁中心位置处；

坡度计第二滤波模块，用于利用第四时间域数字低通滤波器及频率调整低通滤波器，对轨道列车加速度及等空间间隔采样后的X轴加速度进行滤波，确定滤波后的轨道列车加速度及X轴加速度；其中，第三时间域数字低通滤波器、第四时间域数字低通滤波器及频率调整低通滤波器级联形成互补滤波器组中的互补低通滤波器；

坡度计俯仰角确定模块，用于根据重力加速度、滤波后的轨道列车加速度及X轴加速度，确定基于坡度计的检测梁俯仰角；

陀螺仪滤波模块，用于利用第四时间域数字低通滤波器及级联滤波器，对检测梁惯性传感器中的点头陀螺输出数据及摇头陀螺输出数据进行滤波及等空间间隔采样，获得滤波及等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据及摇头陀螺输出数据；第四时间域数字低通滤波器及级联滤波器级联形成互补滤波器组中的互补高通滤波器；互补滤波器组中的互补低通滤波器与互补高通滤波器的频率响应之和为1；

陀螺仪俯仰角确定模块，用于根据滤波及等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据与摇头陀螺输出数据及检测梁侧滚角，利用积分运算获得基于陀螺仪的检测梁俯仰角；

轨道线路倾角确定模块，用于利用基于梯形窗函数的有限脉冲响应低通滤波器对基于坡度计的检测梁俯仰角及基于陀螺仪的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于坡度计及陀螺仪的检测梁俯仰角作为轨道线路倾角；

轨道线路坡度确定模块，用于根据轨道线路倾角及轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定轨道线路坡度。

本发明实施例还提供一种轨道线路检测系统，用以实现对轨道线路坡度的准确检测，该轨道线路检测系统包括上述任一实施例所述的轨道线路坡度检测装置。

本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述轨道线路坡度检测方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述轨道线路坡度检测方法的计算机程序。

在本发明实施例中，首先利用互补低通滤波器中的第三时间域数字低通滤波器、第四时间域数字低通滤波器及频率调整低通滤波器对坡度计的X轴加速度及轨道列车加速度进行滤波，进而根据重力加速度、滤波后的轨道列车加速度及X轴加速度，确定基于坡度计的检测梁俯仰角；然后利用互补高通滤波器中的第四时间域数字低通滤波器及级联滤波器，对陀螺仪的点头陀螺输出数据及摇头陀螺输出数据进行滤波及等空间间隔采样，进而根据滤波及等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据与摇头陀螺输出数据及检测梁侧滚角，利用积分运算获得基于陀螺仪的检测梁俯仰角；进而利用基于梯形窗函数的有限脉冲响应低通滤波器对基于坡度计的检测梁俯仰角及基于陀螺仪的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于坡度计及陀螺仪的检测梁俯仰角作为轨道线路倾角；最后根据轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定轨道线路坡度。鉴于互补低通滤波器能够消除坡度计输出数据中的高频噪声，互补高通滤波器能够消除陀螺仪输出数据中的低频噪声，利用坡度计及陀螺仪，通过频率特性互补的互补低通滤波器及互补高通滤波器的互补滤波实现坡度检测，极大的提高轨道线路坡度检测的准确性。

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。在附图中：

图1为本发明第一实施例提供的轨道线路坡度检测方法的实现流程图；

图1-1为本发明实施例提供的轨道线路纵断面线形示意图；

图1-2为本发明实施例提供的数字式轨道线路检测系统部分结构及坐标系示意图；

图1-3为本发明实施例提供的基于梯形窗函数的第一FIR滤波器的幅值-波长响应示意图；

图1-4为本发明实施例提供的利用(基于坡度计的)轨道线路坡度检测方法实现的某轨道线路坡度的检测结果示意图；

图2为本发明第二实施例提供的轨道线路坡度检测方法中步骤101的实现流程图；

图2-1为本发明实施例提供的时间域模拟低通滤波器的幅值-波长响应示意图；

图2-2为本发明实施例提供的时间域数字低通滤波器的幅值-波长响应示意图；

图2-3为本发明实施例提供的时间域数字低通滤波器、去移变滤波器及时间域数字低通滤波器、去移变滤波器级联之后的二阶混合滤波器的幅值-波长响应对比示意图；

图3为本发明第三实施例提供的轨道线路坡度检测方法中步骤101的实现流程图；

图4为本发明第四实施例提供的轨道线路坡度检测装置的功能模块图；

图5为本发明第五实施例提供的轨道线路坡度检测装置中第一滤波模块401的结构框图；

图6为本发明第六实施例提供的轨道线路坡度检测装置中第一滤波模块401的结构框图；

图7为本发明第七实施例提供的轨道线路坡度检测方法的实现流程图；

图7-1为本发明实施例提供的基于梯形窗函数的第二FIR滤波器的幅值-波长响应示意图；

图7-2为本发明实施例提供的利用(基于陀螺仪的)轨道线路坡度检测方法实现的某轨道线路坡度的检测结果示意图；

图8为本发明第八实施例提供的轨道线路坡度检测方法中步骤501的实现流程图；

图9为本发明第九实施例提供的轨道线路坡度检测方法中步骤501的实现流程图；

图10为本发明第十实施例提供的轨道线路坡度检测装置的功能模块图；

图11为本发明第十一实施例提供的轨道线路坡度检测装置中第二滤波模块1001的结构框图；

图12为本发明第十二实施例提供的轨道线路坡度检测装置中第二滤波模块1001的结构框图；

图13为本发明第十三实施例提供的轨道线路坡度检测方法的实现流程图；

图13-1为本发明实施例提供的互补低通滤波器的幅值-波长响应示意图；

图13-2为本发明实施例提供的互补高通滤波器的幅值-波长响应示意图；

图13-3为本发明实施例提供的轨道线路坡度检测过程中检测梁俯仰角及其低频成分和高频成分的相对关系示意图；

图13-4为本发明实施例提供的利用(基于坡度计及陀螺仪的)轨道线路坡度检测方法实现的某轨道线路坡度的检测结果示意图；

图13-5为本发明实施例提供的基于梯形窗函数的有限脉冲响应低通滤波器的幅值-波长响应示意图；

图14为本发明第十四实施例提供的轨道线路坡度检测装置的功能模块图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

图1示出了本发明第一实施例提供的轨道线路坡度检测方法的实现流程，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图1所示，轨道线路坡度检测方法应用于包含检测梁的轨道线路检测系统。轨道线路坡度检测方法包括：

步骤101，利用第一时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，对检测梁惯性传感器中的坡度计输出数据进行滤波，获得滤波后的坡度计输出数据；以检测梁的中心为原点建立载体空间直角坐标系，惯性传感器位于检测梁中心位置处；

步骤102，根据重力加速度及滤波后的坡度计输出数据，确定基于坡度计的检测梁俯仰角；

步骤103，利用基于梯形窗函数的第一有限脉冲响应低通滤波器对基于坡度计的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于坡度计的检测梁俯仰角作为第一轨道线路倾角；

步骤104，根据第一轨道线路倾角及轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定第一轨道线路坡度。

(一)轨道线路坡度定义

图1-1示出了本发明实施例提供的轨道线路纵断面线形示意。如图1-1所示，为了使变坡点处的坡度变化不那么剧烈，保证列车在经过变坡点时不会出现脱轨、脱钩等危及行车安全以及附加加速度超过允许值等影响乘客乘车舒适度的现象，故设计规范规定当相邻平坡段的坡度差的绝对值大于某个值时，会在变坡点处设置圆曲线形竖曲线，如图1-1中变坡点附近的曲线部分。

轨道线路的纵断面由坡度保持不变的平坡段i₁、i₂及i₃和连接相邻两个坡度不同的平坡段的竖曲线(例如平坡段i₁与i₂之间的竖曲线，平坡段i₂与i₃之间的竖曲线等)组成，变坡点1和变坡点2之间的水平距离L(m)定义为坡段长度，坡度值i为变坡点1和变坡点2之间的高度差H(m)与坡段长度L(m)的比值以千分数表示即i＝H/L×1000(‰)，上坡坡度取正值，下坡则取负值。其中，θ表示轨道线路倾角，R₁及R₂分别表示平坡段i₁与i₂之间的竖曲线的曲率半径及平坡段i₂与i₃之间的竖曲线的曲率半径。

(二)轨道线路检测系统

轨道线路检测系统目前一般采用模拟轨道线路检测系统或数字轨道线路检测系统，例如GJ-3、GJ-4、GJ-5、GJ-6A及GJ-6D等轨道线路检测系统。

图1-2示出了本发明实施例提供的数字式轨道线路检测系统部分结构示意及坐标系。如图1-2所示，以检测梁的中心为原点建立载体空间直角坐标系。数字式轨道线路检测系统的检测梁安装在车体下方的转向架上，检测梁左右两侧安装激光摄像测量单元C_l及C_r，负责计算轨距点处的左右横向位移和轨顶点处的左右垂向位移，检测梁中部预留一定空间用于安装惯性传感器IMU(Inertial Measurement Unit)，惯性传感器IMU位于检测梁中心位置处。IMU内部是高度集成三轴的加速度计和陀螺仪，检测梁底部安装数字ALD检测地面标志，此外，还在车体上安装数字加速度计用于测量车体在检测过程中横向和垂向的加速度，里程接收采用GPS定位。数字式轨道线路检测系统采用等空间间隔采样的方法采集传感器数据并计算合成得到轨道不平顺，其空间采样间隔为0.25m。

图1-2所示的各符号的含义说明如下：

C_l及C_r分别为左右激光摄像测量单元；

x：轨道线路检测系统的正方向，指向纸里为正，通常为列车前进的方向。

y：向左为正。

z：向上为正。

检测梁摇头角，正X轴向正Y轴旋转为正，如曲线左拐。

θ：检测梁侧滚角，正Y轴向正Z轴旋转为正，如左轨升高。

ψ：检测梁点头角，正Z轴向正X轴旋转为正，如点头。

ω_x：侧滚陀螺输出。

ω_y：点头陀螺输出。

ω_z：摇头陀螺输出。

a_x：坡度计/纵向加速度计的输出。

a_y：倾角计/横向加速度计的输出。

a_z：垂向加速度计的输出。

γ_l：激光摄像组件输出的左右垂向位移。

γ_r：激光摄像组件输出的左右横向位移。

基于坡度计实现轨道线路坡度检测：

利用安装在检测梁上的惯性传感器可以测量出检测梁在三个方向上的倾角，在轨道列车动态检测中由于检测梁的振动，此时检测梁与轨面不平行，检测梁俯仰角与轨道倾角不相等，但是由于线路坡段长度较长，可以认为线路坡度是一个相对低频的信号，检测梁的振动引起的俯仰角的变化与坡度信号相比是一个相对高频的信号，故可以通过设计合适的低通滤波器对检测梁俯仰角进行低通滤波得到的检测梁俯仰角作为轨道线路倾角，进而计算出线路坡度。

在利用坡度计实现轨道线路坡度检测时，鉴于检测梁惯性传感器中的坡度计输出数据可能存在大量的高频噪声信号，利用第一时间域数字低通滤波器对检测梁惯性传感器中的坡度计输出数据进行滤波，能够消除坡度计输出数据中的高频噪声信号。进而，由于第一时间域数字低通滤波器的幅值-波长相应会随着轨道列车速度的变化而变化，为了消除轨道列车速度对轨道线路坡度检测的影响，继而对第一时间域数字低通滤波器滤波后的坡度计输出数据进行去移变滤波，得到最终滤波后的坡度计输出数据。

如图1-2所示，在轨道列车运行过程中，纵向加速度计(坡度计)敏感轨道列车的X轴加速度和检测梁俯仰角引起的重力加速度分量，故存在如下关系：

一般来讲检测梁俯仰角比较小，通常都在3°以内，故基于上述公式(1)，可以得到检测梁俯仰角的计算公式如下：

其中，ψ_b表示检测梁俯仰角，g表示重力加速度，a_x表示轨道列车的X轴加速度，

及

表示轨道列车加速度。

因此，在获得滤波后的坡度计输出数据(包含轨道列车的X轴加速度及轨道列车加速度)后，可以基于重力加速度及滤波后的坡度计输出数据，确定基于坡度计的检测梁俯仰角。

在根据坡度计输出数据确定基于坡度计的检测梁俯仰角后，为了消除噪声干扰，以提高轨道线路坡度检测准确性，进一步利用基于梯形窗函数的第一有限脉冲响应低通滤波器，对基于坡度计的检测梁俯仰角进行低通滤波，以获得低通滤波后基于坡度计的检测梁俯仰角，此时得到的低通滤波后基于坡度计的检测梁俯仰角即可作为第一轨道线路倾角。

依靠基于梯形窗函数的第一有限脉冲响应低通滤波器消除噪声干扰，原始信号信噪比极低，由于基于梯形窗函数的第一有限脉冲响应低通滤波器(FIR滤波器)的阻带衰减不够，只能通过增大滤波器截止波长的方式抑制其高频噪声。此处使用的第一FIR滤波器的截止波长已经达到187.85m，若滤波器截止波长过长，则会使某些坡段长度较短的线路的检测结果发生严重的畸变。故，为防止轨道线路坡度检测结果畸变，限制第一FIR滤波器的截止波长不大于预设截止波长，例如187m或190米或185米等等，本发明实施例对此不作特别的限制。

图1-3示出了本发明实施例提供的基于梯形窗函数的第一FIR滤波器的幅值-波长响应示意，基于梯形窗函数的第一FIR滤波器的传递函数如下所示：

其中，H_L(z)表示基于梯形窗函数的第一FIR滤波器的传递函数，z表示离散信号的复频率。

轨道线路倾角与轨道线路坡度之间存在如下的函数关系：

i＝tanθ； 公式(4)

另外，根据高速铁路设计规范的规定，线路最大设计坡度不超过35‰，对应的轨道线路倾角θ＝2.00453°＝0.03498rad。在三角函数中当角度较小时，存在如下函数关系：

i＝tanθ＝θ； 公式(5)

因此，在基于坡度计得到第一轨道线路倾角后，即可根据上述轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定第一轨道线路坡度，实现基于坡度计的轨道线路坡度检测。

由于轨道线路检测系统的坐标系定义为点头为正，这与轨道线路坡度符号的定义是相反的，故还需要对基于坡度计检测得到的轨道线路坡度取反后得到第一轨道线路坡度。

在本发明实施例中，通过滤波后的坡度计输出数据确定基于坡度计的检测梁俯仰角，进而利用基于梯形窗函数的第一有限脉冲响应低通滤波器对基于坡度计的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于坡度计的检测梁俯仰角作为第一轨道线路倾角，最后基于轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系确定第一轨道线路坡度，利用坡度计实现坡度检测，提高轨道线路坡度检测的准确性。

另外，为了进一步提高轨道线路坡度检测的准确性，在上述方法步骤的基础上，轨道线路坡度检测方法，还包括：

在轨道线路检测系统静止状态下，将利用检测梁中心位置处的惯性传感器获取的检测梁俯仰角作为第一轨道线路倾角。

在轨道列车静止状态下时可以认为检测梁与轨面平行，故其在X轴方向上的倾角(即检测梁俯仰角)等于轨道线路倾角。

为了进一步提高轨道线路坡度检测的准确性，在上述方法步骤的基础上，轨道线路坡度检测方法，还包括：

利用常数修正项对第一轨道线路坡度进行修正，获得修正后的第一轨道线路坡度。

图1-4示出了本发明实施例提供的某轨道线路坡度的检测结果示意，利用(基于坡度计的)轨道线路坡度检测方法，对包含轨道线路检测系统的综合讯检测和在柳南(柳州至南宁)铁路客专线路采集的坡度计输出数据进行合成计算，得到上述轨道线路坡度检测结果。从图1-4中可以看出，经过基于梯形窗函数的有限脉冲响应低通滤波器滤波后得到坡度的检测结果与真实的坡度之间存在一个常数的差异，这是由于检测梁安装不水平或者惯性器件安装不水平导致的，将坡度的检测值加上一个常数修正值之后与真实的坡度波形轮廓大致重合，以提高轨道线路坡度检测的准确性。

图2示出了本发明第二实施例提供的轨道线路坡度检测方法中步骤101的实现流程，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在本发明的一实施例中，检测梁惯性传感器中的坡度计输出数据至少包括轨道列车加速度，滤波后的坡度计输出数据包括滤波后的轨道列车加速度。为了提高确定轨道列车加速度的准确性，如图2所示，步骤101，利用第一时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，对检测梁惯性传感器中的坡度计输出数据进行滤波，获得滤波后的坡度计输出数据，包括：

步骤201，根据采样得到的轨道列车的等空间间隔采样参数确定轨道列车加速度；等空间间隔采样参数至少包括空间采样距离间隔及空间采样时间间隔；

步骤202，利用对第一时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第一时间域数字低通滤波器，对轨道列车加速度进行时间域数字低通滤波，获得时间域数字低通滤波后的轨道列车加速度；

步骤203，对时间域数字低通滤波后的轨道列车加速度进行等空间间隔采样，获得等空间间隔采样后的轨道列车加速度；

步骤204，利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的轨道列车加速度进行去移变滤波，获得滤波后的轨道列车加速度。

由公式(2)可以得知，可以通过纵向加速度计(坡度计)输出的X轴加速度及轨道列车加速度计算出轨道线路坡度。其中，可以根据采样得到的轨道列车的等空间间隔采样参数确定轨道列车加速度；等空间间隔采样参数至少包括空间采样距离间隔及空间采样时间间隔。轨道列车加速度计算公式如下：

其中，Δx＝0.25m为空间采样间隔，v_i为第i个采样时刻检测车的速度，v_i-1为第i-1个采样时刻检测车的速度，T_i为第i个采样时刻与第i-1个采样时刻之间的时间间隔，T_i-1为第i-1个采样时刻与第i-2个采样时刻之间的时间间隔。

在获得滤波后的轨道列车加速度时，首先利用基于第一时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第一时间域数字低通滤波器对坡度计输出数据中的轨道列车加速度进行时间域数字低通滤波，以获得时间域数字低通滤波后的轨道列车加速度。

图2-1示出了本发明实施例提供的时间域模拟低通滤波器的幅值-波长响应示意，第一时间域模拟低通滤波器可以采用图2-1所示的时间域模拟低通滤波器。图2-1所示的时间域模拟低通滤波器的传递函数如下所示：

其中，F(s)表示时间域模拟低通滤波器的传递函数，s表示复频率，数字角频率Ω₂为常数。

令s＝(1-z^-1)/T，即对基于第一时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到第一时间域数字低通滤波器，图2-2示出了本发明实施例提供的时间域数字低通滤波器的幅值-波长响应示意，第一时间域数字低通滤波器可以采用图2-2所示的时间域数字低通滤波器。图2-2所示的时间域数字低通滤波器的传递函数如下所示：

其中，F(z)表示第一时间域数字低通滤波器的传递函数，T表示采样时间间隔。

在得到时间域数字低通滤波后的轨道列车加速度后，基于收到的等空间间隔采样脉冲对时间域数字低通滤波后的轨道列车加速度进行等空间间隔采样，以获得等空间间隔采样后的轨道列车加速度。

然而，该第一时间域数字低通滤波器的幅值-波长响应会随着检测速度的变化而变化，故为了消除检测速度对轨道线路坡度检测结果的影响，还进一步利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的轨道列车加速度进行去移变滤波，以获得滤波后最终的轨道列车加速度。

其中，去移变滤波器的传递函数如下所示：

其中，G(z)表示去移变滤波器的传递函数，T_i及T_i-1分别表示第i个采样时间间隔和第i-1采样时间间隔，a及b分别为无实质含义的中间变量。

图2-3示出了本发明实施例提供的时间域数字低通滤波器、去移变滤波器及时间域数字低通滤波器、去移变滤波器级联之后的二阶混合滤波器的幅值-波长响应对比示意。从图2-3可以看出，经过去移变滤波器滤波后在任何速度下二阶混合滤波器的传递函数恒为1，故去移变滤波能够很好的消除检测速度对轨道列车加速度的影响。

在本发明实施例中，利用对第一时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第一时间域数字低通滤波器，对轨道列车加速度进行时间域数字低通滤波，能够消除轨道列车加速度中的高频噪音信号；利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的轨道列车加速度进行去移变滤波，能够消除检测速度对轨道线路坡度检测结果的影响，提高确定轨道列车加速度的准确性。

图3示出了本发明第三实施例提供的轨道线路坡度检测方法中步骤101的实现流程，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在本发明的一实施例中，检测梁惯性传感器中的坡度计输出数据包括X轴加速度，滤波后的坡度计输出数据包括滤波后的X轴加速度。为了提高确定X轴加速度的准确性，如图3所示，步骤101，利用第一时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，对检测梁惯性传感器中的坡度计输出数据进行滤波，获得滤波后的坡度计输出数据，包括：

步骤301，利用对第一时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第一时间域数字低通滤波器，对检测梁惯性传感器中的X轴加速度进行时间域数字低通滤波，获得时间域数字低通滤波后的X轴加速度；

步骤302，对时间域数字低通滤波后的X轴加速度进行等空间间隔采样，获得等空间间隔采样后的X轴加速度；

步骤303，利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的X轴加速度进行去移变滤波，获得滤波后的X轴加速度。

在获得滤波后的X轴加速度时，首先利用基于第一时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第一时间域数字低通滤波器对坡度计输出数据中的X轴加速度进行时间域数字低通滤波，以获得时间域数字低通滤波后的X轴加速度。其中，第一时间域模拟低通滤波器采用图2-1所示的时间域模拟低通滤波器，第一时间域数字低通滤波采用图2-2所示的时间域数字低通滤波器。

在得到时间域数字低通滤波后的X轴加速度后，基于收到的等空间间隔采样脉冲对时间域数字低通滤波后的X轴加速度进行等空间间隔采样，以获得等空间间隔采样后的X轴加速度。

然而，该第一时间域数字低通滤波器的幅值-波长响应会随着检测速度的变化而变化，故为了消除检测速度对轨道线路坡度检测结果的影响，还进一步利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的X轴加速度进行去移变滤波，以获得滤波后最终的X轴加速度。去移变滤波器采用前述图2对应实施例所述的去移变滤波器。

在本发明实施例中，利用对第一时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第一时间域数字低通滤波器，对X轴加速度进行时间域数字低通滤波，能够消除X轴加速度中的高频噪音信号；利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的X轴加速度进行去移变滤波，能够消除检测速度对轨道线路坡度检测结果的影响，提高确定X轴加速度的准确性。

本发明实施例还提供一种轨道线路坡度检测装置，如下面的实施例所述。由于这些装置解决问题的原理与轨道线路坡度检测方法相似，因此这些装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

图4示出了本发明第四实施例提供的轨道线路坡度检测装置的功能模块，为便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

参考图4，轨道线路坡度检测装置应用于包含检测梁的轨道线路检测系统。所述轨道线路坡度检测装置所包含的各个模块用于执行图1对应实施例中的各个步骤，具体请参阅图1以及图1对应实施例中的相关描述，此处不再赘述。本发明实施例中，所述轨道线路坡度检测装置包括第一滤波模块401、第一俯仰角确定模块402、第一轨道线路倾角确定模块403及第一轨道线路坡度确定模块404。

第一滤波模块401，用于利用第一时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，对检测梁惯性传感器中的坡度计输出数据进行滤波，获得滤波后的坡度计输出数据；以检测梁的中心为原点建立载体空间直角坐标系，惯性传感器位于检测梁中心位置处。

第一俯仰角确定模块402，用于根据重力加速度及滤波后的坡度计输出数据，确定基于坡度计的检测梁俯仰角。

第一轨道线路倾角确定模块403，用于利用基于梯形窗函数的第一有限脉冲响应低通滤波器对基于坡度计的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于坡度计的检测梁俯仰角作为第一轨道线路倾角。

第一轨道线路坡度确定模块404，用于根据第一轨道线路倾角及轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定第一轨道线路坡度。

在本发明实施例中，第一俯仰角确定模块402通过滤波后的坡度计输出数据确定基于坡度计的检测梁俯仰角，进而第一轨道线路倾角确定模块403利用基于梯形窗函数的第一有限脉冲响应低通滤波器对基于坡度计的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于坡度计的检测梁俯仰角作为第一轨道线路倾角，最后第一轨道线路坡度确定模块404基于轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系确定第一轨道线路坡度，利用坡度计实现坡度检测，提高轨道线路坡度检测的准确性。

为了进一步提高轨道线路坡度检测的准确性，在上述功能模块的基础上，轨道线路坡度检测装置，还包括：

第一静止倾角确定模块，用于在轨道线路检测系统静止状态下，将利用检测梁中心位置处的惯性传感器获取的检测梁俯仰角作为第一轨道线路倾角。

为了进一步提高轨道线路坡度检测的准确性，在上述功能模块的基础上，轨道线路坡度检测装置，还包括：

第一修正模块，用于利用常数修正项对第一轨道线路坡度进行修正，获得修正后的第一轨道线路坡度。

图5示出了本发明第五实施例提供的轨道线路坡度检测装置中第一滤波模块401的结构示意，为便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在本发明的一实施例中，检测梁惯性传感器中的坡度计输出数据包括轨道列车加速度，滤波后的坡度计输出数据包括滤波后的轨道列车加速度。为了提高确定轨道列车加速度的准确性，参考图5，所述第一滤波模块401所包含的各个单元用于执行图2对应实施例中的各个步骤，具体请参阅图2以及图2对应实施例中的相关描述，此处不再赘述。本发明实施例中，所述第一滤波模块401包括轨道列车加速度确定单元501、第一数字低通滤波单元502、第一等空间间隔采样单元503及第一去移变滤波单元504。

轨道列车加速度确定单元501，用于根据采样得到的轨道列车的等空间间隔采样参数确定轨道列车加速度；等空间间隔采样参数至少包括空间采样距离间隔及空间采样时间间隔。

第一数字低通滤波单元502，用于利用对第一时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第一时间域数字低通滤波器，对轨道列车加速度进行时间域数字低通滤波，获得时间域数字低通滤波后的轨道列车加速度。

第一等空间间隔采样单元503，用于对时间域数字低通滤波后的轨道列车加速度进行等空间间隔采样，获得等空间间隔采样后的轨道列车加速度。

第一去移变滤波单元504，用于利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的轨道列车加速度进行去移变滤波，获得滤波后的轨道列车加速度。

在本发明实施例中，第一数字低通滤波单元502利用对第一时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第一时间域数字低通滤波器，对轨道列车加速度进行时间域数字低通滤波，能够消除轨道列车加速度中的高频噪音信号；第一去移变滤波单元504利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的轨道列车加速度进行去移变滤波，能够消除检测速度对轨道线路坡度检测结果的影响，提高确定轨道列车加速度的准确性。

图6示出了本发明第六实施例提供的轨道线路坡度检测装置中第一滤波模块401的结构示意，为便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在本发明的一实施例中，检测梁惯性传感器中的坡度计输出数据包括X轴加速度，滤波后的坡度计输出数据包括滤波后的X轴加速度。为了提高确定X轴加速度的准确性，参考图6，所述第一滤波模块401所包含的各个单元用于执行图3对应实施例中的各个步骤，具体请参阅图3以及图3对应实施例中的相关描述，此处不再赘述。本发明实施例中，所述第一滤波模块401包括第二数字低通滤波单元601、第二等空间间隔采样单元602及第二去移变滤波单元603。

第二数字低通滤波单元601，用于利用对第一时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第一时间域数字低通滤波器，对检测梁惯性传感器中的X轴加速度进行时间域数字低通滤波，获得时间域数字低通滤波后的X轴加速度。

第二等空间间隔采样单元602，用于对时间域数字低通滤波后的X轴加速度进行等空间间隔采样，获得等空间间隔采样后的X轴加速度。

第二去移变滤波单元603，用于利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的X轴加速度进行去移变滤波，获得滤波后的X轴加速度。

在本发明实施例中，第二数字低通滤波单元601利用对第一时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第一时间域数字低通滤波器，对X轴加速度进行时间域数字低通滤波，能够消除X轴加速度中的高频噪音信号；第二去移变滤波单元603利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的X轴加速度进行去移变滤波，能够消除检测速度对轨道线路坡度检测结果的影响，提高确定X轴加速度的准确性。

综上所述，在本发明实施例中，通过滤波后的坡度计输出数据确定基于坡度计的检测梁俯仰角，进而利用基于梯形窗函数的第一有限脉冲响应低通滤波器对基于坡度计的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于坡度计的检测梁俯仰角作为第一轨道线路倾角，最后基于轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系确定第一轨道线路坡度，利用坡度计实现坡度检测，提高轨道线路坡度检测的准确性。

图7示出了本发明第七实施例提供的轨道线路坡度检测方法的实现流程，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图7所示，轨道线路坡度检测方法应用于包含检测梁的轨道线路检测系统。轨道线路坡度检测方法包括：

步骤701，利用第二时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，对检测梁惯性传感器中陀螺仪输出数据进行滤波，获得滤波后的陀螺仪输出数据；以检测梁的中心为原点建立载体空间直角坐标系，惯性传感器位于检测梁中心位置处；

步骤702，根据检测梁侧滚角及滤波后的陀螺仪输出数据，利用积分运算获得基于陀螺仪的检测梁俯仰角；

步骤703，利用基于梯形窗函数的第二有限脉冲响应低通滤波器对基于陀螺仪的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于陀螺仪的检测梁俯仰角作为第二轨道线路倾角；

步骤704，根据第二轨道线路倾角及轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定第二轨道线路坡度。

除了利用坡度计输出数据确定轨道线路坡度之外，还可以通过陀螺仪测量检测梁俯仰角(陀螺仪输出数据)确定轨道线路坡度。陀螺仪输出数据包括点头陀螺输出数据及摇头陀螺输出数据。点头陀螺输出数据敏感检测梁俯仰角的变化，当存在检测梁侧滚角时还有修正，检测梁侧滚角、点头陀螺输出数据与摇头陀螺输出数据，及检测梁俯仰角之间存在以下函数关系：

另外，摇头陀螺敏感检测梁方向角的变化，当检测梁存在侧滚角和俯仰角时还会有微小修正，函数关系如下所示：

其中，ω_z表示摇头陀螺输出数据，ω_y表示点头陀螺输出数据，φ_b表示检测梁方向角，ψ_b表示检测梁俯仰角，θ_b表示检测梁侧滚角。

一般来讲检测梁侧滚角θ_b通常在5°以内，即cosθ_b≈1，sinθ_b≈θ_b≤0.00152，检测梁俯仰角ψ_b通常在2°以内，其时间变化率更加微小，故可以忽略公式(11)中

修正项，即上述公式(11)可以变化为：

结合公式(10)及公式(12)，可以通过如下公式计算检测梁俯仰角ψ_b：

ψ_b＝∫(ω_y-sinθ_bω_z)dt 公式(13)

因此，在基于陀螺仪输出数据确定轨道线路坡度时，首先鉴于检测梁惯性传感器中的陀螺仪输出数据可能存在大量的高频噪声信号，利用第二时间域数字低通滤波器对检测梁惯性传感器中的陀螺仪输出数据进行滤波，能够消除陀螺仪输出数据中的高频噪声信号。进而，由于第二时间域数字低通滤波器的幅值-波长相应会随着轨道列车速度的变化而变化，为了消除轨道列车速度对轨道线路坡度检测的影响，继而对第二时间域数字低通滤波器滤波后的陀螺仪输出数据进行去移变滤波，得到最终滤波后的陀螺仪输出数据。

将公式(13)表示的积分过程离散化，得到如下函数关系：

ψ_b,i＝ψ_b,i-1+(ω_y,i-sinθ_b,iω_z,i)T_i 公式(14)

其中，ψ_b,i-1及ψ_b,i分别表示第i个采样时刻及第i-1个采样时刻的检测梁俯仰角，ω_y,i表示第i个采样时刻的点头陀螺输出数据，sinθ_b,i表示第i个采样时刻的检测梁侧滚角，ω_z,i表示第i个采样时刻的摇头陀螺输出数据，T_i表示第i个采样时刻与第i-1个采样时刻之间的采样时间间隔。

通过公式(14)可知，可以通过对点头陀螺输出数据、检测梁侧滚角和摇头陀螺输出数据合成之后进行积分运算得到检测梁俯仰角，检测梁侧滚角由检测系统计算得到，为已知量。据此，可以根据检测梁侧滚角及滤波后的陀螺仪输出数据，利用积分运算获得基于陀螺仪的检测梁俯仰角。

在根据陀螺仪输出数据确定基于陀螺仪的检测梁俯仰角后，为了消除噪声干扰，以提高轨道线路坡度检测准确性，进一步利用基于梯形窗函数的第二有限脉冲响应低通滤波器，对基于陀螺仪的检测梁俯仰角进行低通滤波，以获得低通滤波后基于陀螺仪的检测梁俯仰角，此时得到的低通滤波后基于陀螺仪的检测梁俯仰角即可作为第二轨道线路倾角。

第二有限脉冲响应低通滤波器(第二FIR滤波器)与第一有限脉冲响应低通滤波器一样，同样采用基于梯形窗函数的形式。图7-1示出了本发明实施例提供的基于梯形窗函数的第二FIR滤波器的幅值-波长响应示意，基于梯形窗函数的第二FIR滤波器的截止波长为33.17米，传递函数如下所示：

其中，H_L(z)表示第二FIR滤波器的传递函数。

因此，在基于陀螺仪得到第二轨道线路倾角后，即可根据上述轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定第二轨道线路坡度，实现基于陀螺仪的轨道线路坡度检测。

由于轨道线路检测系统的坐标系定义为点头为正，这与轨道线路坡度符号的定义是相反的，故还需要对基于陀螺仪检测得到的轨道线路坡度取反后得到第二轨道线路坡度。

在本发明实施例中，通过检测梁的侧滚角及滤波后的陀螺仪输出数据，利用积分运算确定基于陀螺仪的检测梁俯仰角，进而利用基于梯形窗函数的第二有限脉冲响应低通滤波器对基于陀螺仪的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于陀螺仪的检测梁俯仰角作为第二轨道线路倾角，最后基于轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系确定第二轨道线路坡度，利用陀螺仪实现坡度检测，提高轨道线路坡度检测的准确性。

另外，为了进一步提高轨道线路坡度检测的准确性，在上述方法步骤的基础上，轨道线路坡度检测方法，还包括：

在轨道线路检测系统静止状态下，将利用检测梁中心位置处的惯性传感器获取的检测梁俯仰角作为第二轨道线路倾角。

在轨道列车静止状态下时可以认为检测梁与轨面平行，故其在X轴方向上的倾角(即检测梁俯仰角)等于轨道线路倾角。

为了进一步提高轨道线路坡度检测的准确性，在上述方法步骤的基础上，轨道线路坡度检测方法，还包括：

通过调整检测梁俯仰角初始值对第二轨道线路坡度进行修正，获得修正后的第二轨道线路坡度。

图7-2示出了本发明实施例提供的某轨道线路坡度的检测结果示意，利用(基于陀螺仪的)轨道线路坡度检测方法，设初始状态时检测梁俯仰角ψ_b,0＝0，对包含轨道线路检测系统的综合讯检测和在柳南(柳州至南宁)铁路客专线路采集的坡度计输出数据进行合成计算，得到上述轨道线路坡度检测结果。

从图7-2中可以看出，由于初始状态时检测梁俯仰角ψ_b,0设置不对导致坡度检测结果与真实值存在偏差，经调整初值后初始位置坡度检测结果与真实值基本吻合。但由于陀螺仪的零偏现象，积分一段时间后其累计偏差逐渐增大(积分漂移)。但相较于基于加速度计的轨道线路坡度检测方法，基于陀螺仪的轨道线路坡度检测方法的检测结果信噪比较高，噪声干扰相对较小，故只需截止波长约为33m的第二FIR低通滤波器便对噪声有较好的抑制效果。

图8示出了本发明第八实施例提供的轨道线路坡度检测方法中步骤501的实现流程，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在本发明的一实施例中，陀螺仪输出数据包括点头陀螺输出数据，滤波后的陀螺仪输出数据包括滤波后的点头陀螺输出数据。为了提高确定点头陀螺输出数据的准确性，如图8所示，步骤501，利用第二时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，对检测梁惯性传感器中陀螺仪输出数据进行滤波，获得滤波后的陀螺仪输出数据，包括：

步骤801，利用对第二时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第二时间域数字低通滤波器，对点头陀螺输出数据进行时间域数字低通滤波，获得时间域数字低通滤波后的点头陀螺输出数据；

步骤802，对时间域数字低通滤波后的点头陀螺输出数据进行等空间间隔采样，获得等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据；

步骤803，利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据进行去移变滤波，获得去移变滤波后的点头陀螺输出数据。

在获得滤波后的点头陀螺输出数据时，首先利用基于第二时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第二时间域数字低通滤波器对坡度计输出数据中的点头陀螺输出数据进行时间域数字低通滤波，以获得时间域数字低通滤波后的点头陀螺输出数据。其中，第二时间域模拟低通滤波器采用图2-1所示的时间域模拟低通滤波器，第二时间域数字低通滤波器可以采用图2-2所示的时间域数字低通滤波器。

在得到时间域数字低通滤波后的点头陀螺输出数据后，基于收到的等空间间隔采样脉冲对时间域数字低通滤波后的点头陀螺输出数据进行等空间间隔采样，以获得等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据。

然而，该第二时间域数字低通滤波器的幅值-波长响应会随着检测速度的变化而变化，故为了消除检测速度对轨道线路坡度检测结果的影响，还进一步利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据进行去移变滤波，以获得滤波后最终的点头陀螺输出数据。去移变滤波器采用前述图2对应实施例所述的去移变滤波器。

在本发明实施例中，利用对第二时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第二时间域数字低通滤波器，对点头陀螺输出数据进行时间域数字低通滤波，能够消除点头陀螺输出数据中的高频噪音信号；利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据进行去移变滤波，能够消除检测速度对轨道线路坡度检测结果的影响，提高确定点头陀螺输出数据的准确性。

图9示出了本发明第九实施例提供的轨道线路坡度检测方法中步骤501的实现流程，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在本发明的一实施例中，陀螺仪输出数据包括摇头陀螺输出数据，滤波后的陀螺仪输出数据包括滤波后的摇头陀螺输出数据。为了提高确定摇头陀螺输出数据的准确性，如图9所示，步骤501，利用第二时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，对检测梁惯性传感器中陀螺仪输出数据进行滤波，获得滤波后的陀螺仪输出数据，包括：

步骤901，利用对第二时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第二时间域数字低通滤波器，对摇头陀螺输出数据进行时间域数字低通滤波，获得时间域数字低通滤波后的摇头陀螺输出数据。

步骤902，对时间域数字低通滤波后的摇头陀螺输出数据进行等空间间隔采样，获得等空间间隔采样后的摇头陀螺输出数据；

步骤903，利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的摇头陀螺输出数据进行去移变滤波，获得去移变滤波后的摇头陀螺输出数据。

在获得滤波后的摇头陀螺输出数据时，首先利用基于第二时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第二时间域数字低通滤波器对坡度计输出数据中的摇头陀螺输出数据进行时间域数字低通滤波，以获得时间域数字低通滤波后的摇头陀螺输出数据。其中，第二时间域模拟低通滤波器采用图2-1所示的时间域模拟低通滤波器，第二时间域数字低通滤波采用图2-2所示的时间域数字低通滤波器。

在得到时间域数字低通滤波后的摇头陀螺输出数据后，基于收到的等空间间隔采样脉冲对时间域数字低通滤波后的摇头陀螺输出数据进行等空间间隔采样，以获得等空间间隔采样后的摇头陀螺输出数据。

然而，该第二时间域数字低通滤波器的幅值-波长响应会随着检测速度的变化而变化，故为了消除检测速度对轨道线路坡度检测结果的影响，还进一步利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的摇头陀螺输出数据进行去移变滤波，以获得滤波后最终的摇头陀螺输出数据。去移变滤波器采用前述图2对应实施例所述的去移变滤波器。

在本发明实施例中，利用对第二时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第二时间域数字低通滤波器，对摇头陀螺输出数据进行时间域数字低通滤波，能够消除摇头陀螺输出数据中的高频噪音信号；利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的摇头陀螺输出数据进行去移变滤波，能够消除检测速度对轨道线路坡度检测结果的影响，提高确定摇头陀螺输出数据的准确性。

本发明实施例还提供一种轨道线路坡度检测装置，如下面的实施例所述。由于这些装置解决问题的原理与轨道线路坡度检测方法相似，因此这些装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

图10示出了本发明第十实施例提供的轨道线路坡度检测装置的功能模块，为便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

参考图10，轨道线路坡度检测装置应用于包含检测梁的轨道线路检测系统。所述轨道线路坡度检测装置所包含的各个模块用于执行图7对应实施例中的各个步骤，具体请参阅图7以及图7对应实施例中的相关描述，此处不再赘述。本发明实施例中，所述轨道线路坡度检测装置包括第二滤波模块1001、第二俯仰角确定模块1002、第二轨道线路倾角确定模块1003及第二轨道线路坡度确定模块1004。

第二滤波模块1001，用于利用第二时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，对检测梁惯性传感器中陀螺仪输出数据进行滤波，获得滤波后的陀螺仪输出数据；以检测梁的中心为原点建立载体空间直角坐标系，惯性传感器位于检测梁中心位置处。

第二俯仰角确定模块1002，用于根据检测梁侧滚角及滤波后的陀螺仪输出数据，利用积分运算获得基于陀螺仪的检测梁俯仰角。

第二轨道线路倾角确定模块1003，用于利用基于梯形窗函数的第二有限脉冲响应低通滤波器对基于陀螺仪的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于陀螺仪的检测梁俯仰角作为第二轨道线路倾角。

第二轨道线路坡度确定模块1004，用于根据第二轨道线路倾角及轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定第二轨道线路坡度。

在本发明实施例中，第二俯仰角确定模块1002通过检测梁的侧滚角及滤波后的陀螺仪输出数据，利用积分运算确定基于陀螺仪的检测梁俯仰角，进而第二轨道线路倾角确定模块1003利用基于梯形窗函数的第二有限脉冲响应低通滤波器对基于陀螺仪的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于陀螺仪的检测梁俯仰角作为第二轨道线路倾角，最后第二轨道线路坡度确定模块1004基于轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系确定第二轨道线路坡度，利用陀螺仪实现坡度检测，提高轨道线路坡度检测的准确性。

为了进一步提高轨道线路坡度检测的准确性，在上述功能模块的基础上，轨道线路坡度检测装置，还包括：

第二静止倾角确定模块，用于在轨道线路检测系统静止状态下，将利用检测梁中心位置处的惯性传感器获取的检测梁俯仰角作为轨道线路倾角。

为了进一步提高轨道线路坡度检测的准确性，在上述功能模块的基础上，轨道线路坡度检测装置，还包括：

第二修正模块，用于通过调整检测梁俯仰角初始值对轨道线路坡度进行修正，获得修正后的轨道线路坡度。

图11示出了本发明第十一实施例提供的轨道线路坡度检测装置中第二滤波模块1001的结构示意，为便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在本发明的一实施例中，陀螺仪输出数据包括点头陀螺输出数据，滤波后的陀螺仪输出数据包括滤波后的点头陀螺输出数据。为了提高确定点头陀螺输出数据的准确性，参考图11，所述第二滤波模块1001所包含的各个单元用于执行图8对应实施例中的各个步骤，具体请参阅图8以及图8对应实施例中的相关描述，此处不再赘述。本发明实施例中，所述第二滤波模块1001包括第三数字低通滤波单元1101、第三等空间间隔采样单元1102及第三去移变滤波单元1103。

第三数字低通滤波单元1101，用于利用对第二时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第二时间域数字低通滤波器，对点头陀螺输出数据进行时间域数字低通滤波，获得时间域数字低通滤波后的点头陀螺输出数据。

第三等空间间隔采样单元1102，用于对时间域数字低通滤波后的点头陀螺输出数据进行等空间间隔采样，获得等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据；

第三去移变滤波单元1103，用于利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据进行去移变滤波，获得去移变滤波后的点头陀螺输出数据。

在本发明实施例中，第三数字低通滤波单元1101利用对第二时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第二时间域数字低通滤波器，对点头陀螺输出数据进行时间域数字低通滤波，能够消除点头陀螺输出数据中的高频噪音信号；利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据进行去移变滤波，第三去移变滤波单元1103能够消除检测速度对轨道线路坡度检测结果的影响，提高确定点头陀螺输出数据的准确性。

图12示出了本发明第十二实施例提供的轨道线路坡度检测装置中第二滤波模块1001的结构示意，为便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在本发明的一实施例中，陀螺仪输出数据包括摇头陀螺输出数据，滤波后的陀螺仪输出数据包括滤波后的摇头陀螺输出数据。为了提高确定摇头陀螺输出数据的准确性，参考图12，所述第二滤波模块1001所包含的各个单元用于执行图9对应实施例中的各个步骤，具体请参阅图9以及图9对应实施例中的相关描述，此处不再赘述。本发明实施例中，所述第二滤波模块1001包括第四数字低通滤波单元1201、第四等空间间隔采样单元1202及第四去移变滤波单元1203。

第四数字低通滤波单元1201，用于利用对第二时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第二时间域数字低通滤波器，对摇头陀螺输出数据进行时间域数字低通滤波，获得时间域数字低通滤波后的摇头陀螺输出数据。

第四等空间间隔采样单元1202，用于对时间域数字低通滤波后的摇头陀螺输出数据进行等空间间隔采样，获得等空间间隔采样后的摇头陀螺输出数据。

第四去移变滤波单元1203，用于利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的摇头陀螺输出数据进行去移变滤波，获得去移变滤波后的摇头陀螺输出数据。

在本发明实施例中，第四数字低通滤波单元1201利用对第二时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第二时间域数字低通滤波器，对点头陀螺输出数据进行时间域数字低通滤波，能够消除点头陀螺输出数据中的高频噪音信号；第四去移变滤波单元1203利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据进行去移变滤波，能够消除检测速度对轨道线路坡度检测结果的影响，提高确定点头陀螺输出数据的准确性。

综上所述，本发明实施例通过检测梁侧滚角及滤波后的陀螺仪输出数据，利用积分运算确定基于陀螺仪的检测梁俯仰角，进而利用基于梯形窗函数的第二有限脉冲响应低通滤波器对基于陀螺仪的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于陀螺仪的检测梁俯仰角作为第二轨道线路倾角，最后基于轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系确定第二轨道线路坡度，利用陀螺仪实现坡度检测，提高轨道线路坡度检测的准确性。

图13示出了本发明第十三实施例提供的轨道线路坡度检测方法的实现流程，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图13所示，轨道线路坡度检测方法应用于包含检测梁的轨道线路检测系统。轨道线路坡度检测方法包括：

步骤1301，利用第三时间域数字低通滤波器，对检测梁惯性传感器中的X轴加速度及轨道列车加速度进行滤波，获得初始滤波后的X轴加速度及轨道列车加速度；以检测梁的中心为原点建立载体空间直角坐标系，惯性传感器位于检测梁中心位置处；

步骤1302，利用第四时间域数字低通滤波器及频率调整低通滤波器，对轨道列车加速度及等空间间隔采样后的X轴加速度进行滤波，确定滤波后的轨道列车加速度及X轴加速度；其中，第三时间域数字低通滤波器、第四时间域数字低通滤波器及频率调整低通滤波器级联形成互补滤波器组中的互补低通滤波器；

步骤1303，根据重力加速度、滤波后的轨道列车加速度及X轴加速度，确定基于坡度计的检测梁俯仰角；

步骤1304，利用第四时间域数字低通滤波器及级联滤波器，对检测梁惯性传感器中的点头陀螺输出数据及摇头陀螺输出数据进行滤波及等空间间隔采样，获得滤波及等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据及摇头陀螺输出数据；第四时间域数字低通滤波器及级联滤波器级联形成互补滤波器组中的互补高通滤波器；互补滤波器组中的互补低通滤波器与互补高通滤波器的频率响应之和为1；

步骤1305，根据滤波及等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据与摇头陀螺输出数据及检测梁侧滚角，利用积分运算获得基于陀螺仪的检测梁俯仰角；

步骤1306，利用基于梯形窗函数的有限脉冲响应低通滤波器对基于坡度计的检测梁俯仰角及基于陀螺仪的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于坡度计及陀螺仪的检测梁俯仰角作为轨道线路倾角；

步骤1307，根据轨道线路倾角及轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定轨道线路坡度。

基于坡度计的轨道线路坡度检测方法虽然没有零偏现象，但是由于坡度信号较微弱，加速度传感器动态特性不良，受噪声干扰严重，信噪比很低；而基于陀螺仪的轨道线路坡度检测方法由于陀螺仪零偏现象，长时间积分后其累计误差逐步增大，但由于陀螺仪动态特性良好，抗干扰能力较强，故其检测结果信噪比更高，使其可以通过一个截止波长较短的低通滤波器便能得到较好的结果。

基于以上两种方法的特点，综合考虑到两种方法的缺点与不足，提出了一种基于互补滤波的轨道线路坡度检测方法。互补滤波基本思想是通过两个或两个以上频率互补的滤波器(频率响应之和为1)分别对测量同一个量的不同传感器的测量结果进行滤波，然后将滤波的结果相加得到最终的测量值。

在轨道线路坡度检测中，坡度计和点头陀螺均可以测量出检测梁俯仰角，坡度计输出数据中包含大量高频噪声信号，故对其进行低通滤波来消除高频噪声干扰；同理，陀螺仪高频特性良好，但是包含低频噪声(陀螺仪零偏)，故对其采用高通滤波器滤除低频噪声；低通滤波器和高通滤波器的频率特性互补，最后将两个滤波器的滤波结果求和得到较为准确的测量结果。

基于上述思想，以检测梁的中心为原点建立载体空间直角坐标系，惯性传感器位于检测梁中心位置处。在进行轨道线路坡度检测时，一方面利用第三时间域数字低通滤波器对坡度计输出数据中的X轴加速度及轨道列车加速度进行时间域数字低通滤波，以获得时间域数字低通滤波后的X轴加速度及轨道列车加速度。第三时间域数字低通滤波器的传递函数如下所示：

其中，H_L1(s)表示第三时间域数字低通滤波器的传递函数。

在得到滤波后的X轴加速度后，基于收到的等空间间隔采样脉冲对滤波后的X轴加速度进行等空间间隔采样，以获得等空间间隔采样后的X轴加速度。

其次，利用第四时间域数字低通滤波器及频率调整低通滤波器，对轨道列车加速度及等空间间隔采样后的X轴加速度进行滤波，确定滤波后的轨道列车加速度及X轴加速度。其中，互补滤波器组包括频率特性互补(频率响应之和为1)的互补低通滤波器与互补高通滤波器。第三时间域数字低通滤波器、第四时间域数字低通滤波器及频率调整低通滤波器级联形成互补滤波器组中的互补低通滤波器，频率调整低通滤波器用于调整互补低通滤波器与互补高通滤波器的交接频率。第四时间域数字低通滤波器的传递函数、频率调整低通滤波器的传递函数分别如下所示：

其中，H_L2(s)表示第四时间域数字低通滤波器的传递函数，H_L3(s)表示频率调整低通滤波器的传递函数，数字角频率Ω₁、Ω₂及Ω₃为常数，s表示复频率。

图13-1示出了本发明实施例提供的互补低通滤波器的幅值-波长响应示意，图13-2示出了本发明实施例提供的互补高通滤波器的幅值-波长响应示意。其中，互补低通滤波器的传递函数及互补高通滤波器的传递函数分别如下所示：

ξ＝Ω₁+Ω₂+Ω₃、η＝Ω₂ ²+Ω₁Ω₂+Ω₂Ω₃+Ω₁Ω₃+Ω₃ ²、

κ＝Ω₂Ω₃(Ω₂+Ω₃)+Ω₁(Ω₂ ²+Ω₂Ω₃+Ω₃ ²)

其中，H_L(s)表示互补低通滤波器的传递函数，H_H(s)表示互补高通滤波器的传递函数；ξ、η及κ分别为无实际物理含义的中间变量。

因此，在获得滤波后的X轴加速度及轨道列车加速度后，可以利用公式(2)基于重力加速度及滤波后的轨道列车加速度及X轴加速度，确定基于坡度计的检测梁俯仰角。

另一方面，首先利用第四时间域数字低通滤波器对坡度计输出数据中的点头陀螺输出数据及摇头陀螺输出数据进行时间域第二数字低通滤波，以获得时间域第二数字低通滤波后的点头陀螺输出数据及摇头陀螺输出数据，进而基于收到的等空间间隔采样脉冲对对滤波后的点头陀螺输出数据及摇头陀螺输出数据进行等空间间隔采样，以获得等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据及摇头陀螺输出数据。

其中，互补滤波器组中的互补低通滤波器与互补高通滤波器的频率响应之和为1，第四时间域数字低通滤波器及级联滤波器级联形成互补滤波器组中的互补高通滤波器。第四时间域数字低通滤波器的传递函数如上所示。鉴于第四时间域数字低通滤波器及级联滤波器级联后的传递函数即为互补滤波器组中的互补高通滤波器的传递函数H_H(s)，故存在如下函数关系：

H_L2(s)×P(s)＝H_H(s) 公式(21)

其中，H_H(s)表示互补高通滤波器的传递函数，H_L2(s)表示第四时间域数字低通滤波器的传递函数，P(s)表示级联滤波器的传递函数。

则基于公式(17)及公式(20)解得级联滤波器的传递函数P(s)如下所示：

在获得滤波及等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据与摇头陀螺输出数据后，即可基于公式(13)及公式(14)，结合检测梁侧滚角，利用积分运算获得基于陀螺仪的检测梁俯仰角。

点头陀螺输出数据经传递函数为H_L2(s)的第四时间域数字低通滤波器处理后，再经过传递函数为P(s)的级联滤波器的滤波处理，之后还需对其进行积分运算，将积分过程与级联滤波器的传递函数P(s)合并，得到传递函数Q(s)的表达式如下所示。

通过上述分别获得基于坡度计的检测梁俯仰角及基于陀螺仪的检测梁俯仰角后，进一步利用基于梯形窗函数的有限脉冲响应低通滤波器，对基于坡度计的检测梁俯仰角及基于陀螺仪的检测梁俯仰角进行低通滤波，以获得低通滤波后基于坡度计及陀螺仪的检测梁俯仰角，此时得到的低通滤波后基于坡度计及陀螺仪的检测梁俯仰角即可作为轨道线路倾角。最后，根据轨道线路倾角及反映轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系的公式(4)及公式(5)，即可确定轨道线路坡度。

由于轨道线路检测系统的坐标系定义为点头为正，这与轨道线路坡度符号的定义是相反的，故还需要对基于坡度计及陀螺仪检测得到的轨道线路坡度取反后得到轨道线路坡度。

图13-3示出了本发明实施例提供的轨道线路坡度检测过程中检测梁俯仰角ψ_b及其低频成分

和高频成分

的相对关系示意，图13-4示出了本发明实施例提供的利用(基于坡度计及陀螺仪的)轨道线路坡度检测方法实现的某轨道线路坡度的检测结果示意，利用(基于坡度计及陀螺仪的)轨道线路坡度检测方法，对包含轨道线路检测系统的综合讯检测和在柳南(柳州至南宁)铁路客专线路采集的坡度计输出数据进行合成计算，得到上述轨道线路坡度检测结果。

图13-5示出了本发明实施例提供的基于梯形窗函数的有限脉冲响应低通滤波器的幅值-波长响应示意。基于梯形窗函数的有限脉冲响应低通滤波器的截止波长为45.64m。基于梯形窗函数的有限脉冲响应低通滤波器的传递函数如下所示：

其中，H_L(z)表示基于梯形窗函数的有限脉冲响应低通滤波器的传递函数。

从图13-3及图13-4中可以得出结论，基于互补滤波的轨道线路坡度检测方法很好的克服了单独使用纵向加速度计(坡度计)或单独使用点头陀螺检测轨道线路坡度的缺点，无积分漂移的现象，滤波前的原始信号的信噪比较高，可以看出检测梁俯仰角随里程变化的大致轮廓，故只需对其使用一个截止波长较短(约为45m)的低通滤波器便能得到坡度的检测结果。

需要说明的是，本发明实施例提供的轨道线路坡度检测方法中，步骤1301至步骤1303(基于坡度计确定检测梁俯仰角)可以与步骤1304至步骤1305(基于陀螺仪确定检测梁俯仰角)同步执行，也可先执行步骤1301至步骤1303，再执行步骤1304至步骤1305；或先执行步骤1304至步骤1305，再执行步骤1301至步骤1303，本发明实施例对此不作特别的限制。

在本发明实施例中，首先利用互补低通滤波器中的第三时间域数字低通滤波器、第四时间域数字低通滤波器及频率调整低通滤波器对坡度计的X轴加速度及轨道列车加速度进行滤波，进而根据重力加速度、滤波后的轨道列车加速度及X轴加速度，确定基于坡度计的检测梁俯仰角；然后利用互补高通滤波器中的第四时间域数字低通滤波器及级联滤波器，对陀螺仪的点头陀螺输出数据及摇头陀螺输出数据进行滤波及等空间间隔采样，进而根据滤波及等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据与摇头陀螺输出数据及检测梁侧滚角，利用积分运算获得基于陀螺仪的检测梁俯仰角；进而利用基于梯形窗函数的有限脉冲响应低通滤波器对基于坡度计的检测梁俯仰角及基于陀螺仪的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于坡度计及陀螺仪的检测梁俯仰角作为轨道线路倾角；最后根据轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定轨道线路坡度。鉴于互补低通滤波器能够消除坡度计输出数据中的高频噪声，互补高通滤波器能够消除陀螺仪输出数据中的低频噪声，利用坡度计及陀螺仪，通过频率特性互补的互补低通滤波器及互补高通滤波器的互补滤波实现坡度检测，极大的提高轨道线路坡度检测的准确性。

本发明实施例还提供一种轨道线路坡度检测装置，如下面的实施例所述。由于这些装置解决问题的原理与轨道线路坡度检测方法相似，因此这些装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

图14示出了本发明实施例提供的轨道线路坡度检测装置的功能模块，为便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

参考图14，所述轨道线路坡度检测装置所包含的各个模块用于执行图13对应实施例中的各个步骤，具体请参阅图13以及图13对应实施例中的相关描述，此处不再赘述。本发明实施例中，所述轨道线路坡度检测装置包括坡度计第一滤波模块1401、坡度计第二滤波模块1402、坡度计俯仰角确定模块1403、陀螺仪滤波模块1404、陀螺仪俯仰角确定模块1405、轨道线路倾角确定模块1406及轨道线路坡度确定模块1407。

坡度计第一滤波模块1401，用于利用第三时间域数字低通滤波器，对检测梁惯性传感器中的X轴加速度及轨道列车加速度进行滤波，获得初始滤波后的X轴加速度及轨道列车加速度；以检测梁的中心为原点建立载体空间直角坐标系，惯性传感器位于检测梁中心位置处。

坡度计第二滤波模块1402，用于利用第四时间域数字低通滤波器及频率调整低通滤波器，对轨道列车加速度及等空间间隔采样后的X轴加速度进行滤波，确定滤波后的轨道列车加速度及X轴加速度；其中，第三时间域数字低通滤波器、第四时间域数字低通滤波器及频率调整低通滤波器级联形成互补滤波器组中的互补低通滤波器。

坡度计俯仰角确定模块1403，用于根据重力加速度、滤波后的轨道列车加速度及X轴加速度，确定基于坡度计的检测梁俯仰角。

陀螺仪滤波模块1404，用于利用第四时间域数字低通滤波器及级联滤波器，对检测梁惯性传感器中的点头陀螺输出数据及摇头陀螺输出数据进行滤波及等空间间隔采样，获得滤波及等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据及摇头陀螺输出数据；第四时间域数字低通滤波器及级联滤波器级联形成互补滤波器组中的互补高通滤波器；互补滤波器组中的互补低通滤波器与互补高通滤波器的频率响应之和为1。

陀螺仪俯仰角确定模块1405，用于根据滤波及等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据与摇头陀螺输出数据及检测梁侧滚角，利用积分运算获得基于陀螺仪的检测梁俯仰角。

轨道线路倾角确定模块1406，用于利用基于梯形窗函数的有限脉冲响应低通滤波器对基于坡度计的检测梁俯仰角及基于陀螺仪的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于坡度计及陀螺仪的检测梁俯仰角作为轨道线路倾角。

轨道线路坡度确定模块1407，用于根据轨道线路倾角及轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定轨道线路坡度。

在本发明实施例中，首先坡度计第一滤波模块1401及坡度计第二滤波模块1402利用互补低通滤波器中的第三时间域数字低通滤波器、第四时间域数字低通滤波器及频率调整低通滤波器对坡度计的X轴加速度及轨道列车加速度进行滤波，进而坡度计俯仰角确定模块1403根据重力加速度、滤波后的轨道列车加速度及X轴加速度，确定基于坡度计的检测梁俯仰角；然后陀螺仪滤波模块1404利用互补高通滤波器中的第四时间域数字低通滤波器及级联滤波器，对陀螺仪的点头陀螺输出数据及摇头陀螺输出数据进行滤波及等空间间隔采样，进而陀螺仪俯仰角确定模块1405根据滤波及等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据与摇头陀螺输出数据及检测梁侧滚角，利用积分运算获得基于陀螺仪的检测梁俯仰角；进而轨道线路倾角确定模块1406利用基于梯形窗函数的有限脉冲响应低通滤波器对基于坡度计的检测梁俯仰角及基于陀螺仪的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于坡度计及陀螺仪的检测梁俯仰角作为轨道线路倾角；最后轨道线路坡度确定模块1407根据轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定轨道线路坡度。鉴于互补低通滤波器能够消除坡度计输出数据中的高频噪声，互补高通滤波器能够消除陀螺仪输出数据中的低频噪声，利用坡度计及陀螺仪，通过频率特性互补的互补低通滤波器及互补高通滤波器的互补滤波实现坡度检测，极大的提高轨道线路坡度检测的准确性。

需要说明的是，本发明实施例提供的轨道线路坡度检测方法中，第一、第二、第三及第四等仅用于区分不同实施例的名词或概念，不作为对某个名词的具体限定。例如，第一时间域数字低通滤波器、第二时间域数字低通滤波器、第三时间域数字低通滤波器及第四时间域数字低通滤波器等，第一、第二等仅用于区分不同实施例中的时间域数字低通滤波器，不作为对时间域数字低通滤波器的具体限定。

本发明提供的列车轨道线路坡度检测方法，设计三种坡度检测方法，分别为基于加速度计的坡度检测方法、基于陀螺仪的坡度检测方法、基于加速度计及陀螺仪的互补滤波的坡度检测方法，最终结果表明基于互补滤波的检测方法可以在最后使用的FIR低通滤波器的截止波长较短时对线路的坡度有较好的检测结果，解决了目前轨道检测系统不能检测线路坡度参数的难题，填补了轨道线路检测系统没有轨道线路坡度参数检测项目的空白。

轨道线路坡度参数是轨道线路平顺性的重要参数，特别是山区线路，如川藏铁路线。准确检测出坡度轨道线路参数对铁路工务人员及时掌线路纵断面线型的变化具有指导意义。这种检测方法检测数据准确可靠，为指导工务安全生产提供了科学依据，成功解决了坡度轨道线路检测维修等技术难题，也为即将开通的川藏铁路奠定了基础。

本发明提供的列车轨道线路坡度检测方法可在轨道检查车、高速综合检测列车、综合巡检车、轨道状态确认车、实际运营车辆等多种铁路车辆的轨道检测系统中应用，包括国家铁路、地方铁路、地铁轻轨的轨道车等，还可应用于铁路轨道线路不平顺轨道检查车等轨道检测系统，以及可用于公路、大桥、山坡不平顺公路工程车等车载检测系统。

综上所述，本发明实施例首先利用互补低通滤波器中的第三时间域数字低通滤波器、第四时间域数字低通滤波器及频率调整低通滤波器对坡度计的X轴加速度及轨道列车加速度进行滤波，进而根据重力加速度、滤波后的轨道列车加速度及X轴加速度，确定基于坡度计的检测梁俯仰角；然后利用互补高通滤波器中的第四时间域数字低通滤波器及级联滤波器，对陀螺仪的点头陀螺输出数据及摇头陀螺输出数据进行滤波及等空间间隔采样，进而根据滤波及等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据与摇头陀螺输出数据及检测梁侧滚角，利用积分运算获得基于陀螺仪的检测梁俯仰角；进而利用基于梯形窗函数的有限脉冲响应低通滤波器对基于坡度计的检测梁俯仰角及基于陀螺仪的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于坡度计及陀螺仪的检测梁俯仰角作为轨道线路倾角；最后根据轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定轨道线路坡度。鉴于互补低通滤波器能够消除坡度计输出数据中的高频噪声，互补高通滤波器能够消除陀螺仪输出数据中的低频噪声，利用坡度计及陀螺仪，通过频率特性互补的互补低通滤波器及互补高通滤波器的互补滤波实现坡度检测，极大的提高轨道线路坡度检测的准确性。

本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述轨道线路坡度检测方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述轨道线路坡度检测方法的计算机程序。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种轨道线路坡度检测方法，其特征在于，应用于包含检测梁的轨道线路检测系统，包括：

利用第一时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，对检测梁惯性传感器中的坡度计输出数据进行滤波，获得滤波后的坡度计输出数据；以检测梁的中心为原点建立载体空间直角坐标系，惯性传感器位于检测梁中心位置处；

根据重力加速度及滤波后的坡度计输出数据，确定基于坡度计的检测梁俯仰角；

利用基于梯形窗函数的第一有限脉冲响应低通滤波器对基于坡度计的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于坡度计的检测梁俯仰角作为第一轨道线路倾角，基于梯形窗函数的第一有限脉冲响应低通滤波器的传递函数为：

其中，H_L(z)表示基于梯形窗函数的第一有限脉冲响应低通滤波器的传递函数，z表示离散信号的复频率；

根据第一轨道线路倾角及轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定第一轨道线路坡度；

其中，检测梁惯性传感器中的坡度计输出数据包括轨道列车加速度和X轴加速度，滤波后的坡度计输出数据包括滤波后的轨道列车加速度和滤波后的X轴加速度，利用第一时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，

对检测梁惯性传感器中的坡度计输出数据进行滤波，获得滤波后的坡度计输出数据，包括：根据采样得到的轨道列车的等空间间隔采样参数确定轨道列车加速度；等空间间隔采样参数至少包括空间采样距离间隔及空间采样时间间隔；利用对第一时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第一时间域数字低通滤波器，对轨道列车加速度进行时间域数字低通滤波，获得时间域数字低通滤波后的轨道列车加速度；对时间域数字低通滤波后的轨道列车加速度进行等空间间隔采样，获得等空间间隔采样后的轨道列车加速度；利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的轨道列车加速度进行去移变滤波，获得滤波后的轨道列车加速度；

利用第一时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，对检测梁惯性传感器中的坡度计输出数据进行滤波，获得滤波后的坡度计输出数据，包括：利用对第一时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第一时间域数字低通滤波器，对检测梁惯性传感器中的X轴加速度进行时间域数字低通滤波，获得时间域数字低通滤波后的X轴加速度；对时间域数字低通滤波后的X轴加速度进行等空间间隔采样，获得等空间间隔采样后的X轴加速度；利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的X轴加速度进行去移变滤波，获得滤波后的X轴加速度。

2.一种轨道线路坡度检测装置，其特征在于，应用于包含检测梁的轨道线路检测系统，包括：

第一滤波模块，用于利用第一时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，对检测梁惯性传感器中的坡度计输出数据进行滤波，获得滤波后的坡度计输出数据；以检测梁的中心为原点建立载体空间直角坐标系，惯性传感器位于检测梁中心位置处；

第一俯仰角确定模块，用于根据重力加速度及滤波后的坡度计输出数据，确定基于坡度计的检测梁俯仰角；

第一轨道线路倾角确定模块，用于利用基于梯形窗函数的第一有限脉冲响应低通滤波器对基于坡度计的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于坡度计的检测梁俯仰角作为第一轨道线路倾角，基于梯形窗函数的第一有限脉冲响应低通滤波器的传递函数为：

其中，H_L(z)表示基于梯形窗函数的第一有限脉冲响应低通滤波器的传递函数，z表示离散信号的复频率；

第一轨道线路坡度确定模块，用于根据第一轨道线路倾角及轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定第一轨道线路坡度；

其中，检测梁惯性传感器中的坡度计输出数据包括轨道列车加速度和X轴加速度，滤波后的坡度计输出数据包括滤波后的轨道列车加速度和滤波后的X轴加速度；

利用第一时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，对检测梁惯性传感器中的坡度计输出数据进行滤波，获得滤波后的坡度计输出数据，包括：根据采样得到的轨道列车的等空间间隔采样参数确定轨道列车加速度；等空间间隔采样参数至少包括空间采样距离间隔及空间采样时间间隔；利用对第一时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第一时间域数字低通滤波器，对轨道列车加速度进行时间域数字低通滤波，获得时间域数字低通滤波后的轨道列车加速度；对时间域数字低通滤波后的轨道列车加速度进行等空间间隔采样，获得等空间间隔采样后的轨道列车加速度；利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的轨道列车加速度进行去移变滤波，获得滤波后的轨道列车加速度；

利用第一时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，对检测梁惯性传感器中的坡度计输出数据进行滤波，获得滤波后的坡度计输出数据，包括：利用对第一时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第一时间域数字低通滤波器，对检测梁惯性传感器中的X轴加速度进行时间域数字低通滤波，获得时间域数字低通滤波后的X轴加速度；对时间域数字低通滤波后的X轴加速度进行等空间间隔采样，获得等空间间隔采样后的X轴加速度；利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的X轴加速度进行去移变滤波，获得滤波后的X轴加速度。

3.一种轨道线路坡度检测方法，其特征在于，应用于包含检测梁的轨道线路检测系统，包括：

利用第二时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，对检测梁惯性传感器中陀螺仪输出数据进行滤波，获得滤波后的陀螺仪输出数据；以检测梁的中心为原点建立载体空间直角坐标系，惯性传感器位于检测梁中心位置处；

根据检测梁侧滚角及滤波后的陀螺仪输出数据，利用积分运算获得基于陀螺仪的检测梁俯仰角；

利用基于梯形窗函数的第二有限脉冲响应低通滤波器对基于陀螺仪的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于陀螺仪的检测梁俯仰角作为第二轨道线路倾角，基于梯形窗函数的第二有限脉冲响应低通滤波器的传递函数为：

其中，H_L(z)表示基于梯形窗函数的第二有限脉冲响应低通滤波器的传递函数，z表示离散信号的复频率；

根据第二轨道线路倾角及轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定第二轨道线路坡度；

其中，陀螺仪输出数据包括点头陀螺输出数据和摇头陀螺输出数据，滤波后的陀螺仪输出数据包括滤波后的点头陀螺输出数据和滤波后的摇头陀螺输出数据；

利用第二时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，对检测梁惯性传感器中陀螺仪输出数据进行滤波，获得滤波后的陀螺仪输出数据，包括：利用对第二时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第二时间域数字低通滤波器，对点头陀螺输出数据进行时间域数字低通滤波，获得时间域数字低通滤波后的点头陀螺输出数据；对时间域数字低通滤波后的点头陀螺输出数据进行等空间间隔采样，获得等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据；利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据进行去移变滤波，获得去移变滤波后的点头陀螺输出数据；

利用第二时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，对检测梁惯性传感器中陀螺仪输出数据进行滤波，获得滤波后的陀螺仪输出数据，包括：利用对第二时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第二时间域数字低通滤波器，对摇头陀螺输出数据进行时间域数字低通滤波，获得时间域数字低通滤波后的摇头陀螺输出数据；对时间域数字低通滤波后的摇头陀螺输出数据进行等空间间隔采样，获得等空间间隔采样后的摇头陀螺输出数据；利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的摇头陀螺输出数据进行去移变滤波，获得去移变滤波后的摇头陀螺输出数据。

4.一种轨道线路坡度检测装置，其特征在于，应用于包含检测梁的轨道线路检测系统，包括：

第二滤波模块，用于利用第二时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，对检测梁惯性传感器中陀螺仪输出数据进行滤波，获得滤波后的陀螺仪输出数据；以检测梁的中心为原点建立载体空间直角坐标系，惯性传感器位于检测梁中心位置处；

第二俯仰角确定模块，用于根据检测梁侧滚角及滤波后的陀螺仪输出数据，利用积分运算获得基于陀螺仪的检测梁俯仰角；

第二轨道线路倾角确定模块，用于利用基于梯形窗函数的第二有限脉冲响应低通滤波器对基于陀螺仪的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于陀螺仪的检测梁俯仰角作为第二轨道线路倾角，基于梯形窗函数的第二有限脉冲响应低通滤波器的传递函数为：

其中，H_L(z)表示基于梯形窗函数的第二有限脉冲响应低通滤波器的传递函数，z表示离散信号的复频率；

第二轨道线路坡度确定模块，用于根据第二轨道线路倾角及轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定第二轨道线路坡度；

其中，陀螺仪输出数据包括点头陀螺输出数据和摇头陀螺输出数据，滤波后的陀螺仪输出数据包括滤波后的点头陀螺输出数据和滤波后的摇头陀螺输出数据；

利用第二时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，对检测梁惯性传感器中陀螺仪输出数据进行滤波，获得滤波后的陀螺仪输出数据，包括：利用对第二时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第二时间域数字低通滤波器，对点头陀螺输出数据进行时间域数字低通滤波，获得时间域数字低通滤波后的点头陀螺输出数据；对时间域数字低通滤波后的点头陀螺输出数据进行等空间间隔采样，获得等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据；利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据进行去移变滤波，获得去移变滤波后的点头陀螺输出数据；

利用第二时间域数字低通滤波器及去移变滤波器，对检测梁惯性传感器中陀螺仪输出数据进行滤波，获得滤波后的陀螺仪输出数据，包括：利用对第二时间域模拟低通滤波器进行反向差分得到的第二时间域数字低通滤波器，对摇头陀螺输出数据进行时间域数字低通滤波，获得时间域数字低通滤波后的摇头陀螺输出数据；对时间域数字低通滤波后的摇头陀螺输出数据进行等空间间隔采样，获得等空间间隔采样后的摇头陀螺输出数据；利用去移变滤波器对等空间间隔采样后的摇头陀螺输出数据进行去移变滤波，获得去移变滤波后的摇头陀螺输出数据。

5.一种轨道线路坡度检测方法，其特征在于，应用于包含检测梁的轨道线路检测系统，包括：

利用第三时间域数字低通滤波器，对检测梁惯性传感器中的X轴加速度及轨道列车加速度进行滤波，获得初始滤波后的X轴加速度及轨道列车加速度；以检测梁的中心为原点建立载体空间直角坐标系，惯性传感器位于检测梁中心位置处；

利用第四时间域数字低通滤波器及频率调整低通滤波器，对轨道列车加速度及等空间间隔采样后的X轴加速度进行滤波，确定滤波后的轨道列车加速度及X轴加速度；其中，第三时间域数字低通滤波器、第四时间域数字低通滤波器及频率调整低通滤波器级联形成互补滤波器组中的互补低通滤波器；

根据重力加速度、滤波后的轨道列车加速度及X轴加速度，确定基于坡度计的检测梁俯仰角；

利用第四时间域数字低通滤波器及级联滤波器，对检测梁惯性传感器中的点头陀螺输出数据及摇头陀螺输出数据进行滤波及等空间间隔采样，获得滤波及等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据及摇头陀螺输出数据；第四时间域数字低通滤波器及级联滤波器级联形成互补滤波器组中的互补高通滤波器；互补滤波器组中的互补低通滤波器与互补高通滤波器的频率响应之和为1；

根据滤波及等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据与摇头陀螺输出数据及检测梁侧滚角，利用积分运算获得基于陀螺仪的检测梁俯仰角；

利用基于梯形窗函数的有限脉冲响应低通滤波器对基于坡度计的检测梁俯仰角及基于陀螺仪的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于坡度计及陀螺仪的检测梁俯仰角作为轨道线路倾角，基于梯形窗函数的有限脉冲响应低通滤波器的传递函数为：

其中，H_L(z)表示基于梯形窗函数的有限脉冲响应低通滤波器的传递函数，z表示离散信号的复频率；

根据轨道线路倾角及轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定轨道线路坡度。

6.一种轨道线路坡度检测装置，其特征在于，应用于包含检测梁的轨道线路检测系统，包括：

坡度计第一滤波模块，用于利用第三时间域数字低通滤波器，对检测梁惯性传感器中的X轴加速度及轨道列车加速度进行滤波，获得初始滤波后的X轴加速度及轨道列车加速度；以检测梁的中心为原点建立载体空间直角坐标系，惯性传感器位于检测梁中心位置处；

坡度计第二滤波模块，用于利用第四时间域数字低通滤波器及频率调整低通滤波器，对轨道列车加速度及等空间间隔采样后的X轴加速度进行滤波，确定滤波后的轨道列车加速度及X轴加速度；其中，第三时间域数字低通滤波器、第四时间域数字低通滤波器及频率调整低通滤波器级联形成互补滤波器组中的互补低通滤波器；

坡度计俯仰角确定模块，用于根据重力加速度、滤波后的轨道列车加速度及X轴加速度，确定基于坡度计的检测梁俯仰角；

陀螺仪滤波模块，用于利用第四时间域数字低通滤波器及级联滤波器，对检测梁惯性传感器中的点头陀螺输出数据及摇头陀螺输出数据进行滤波及等空间间隔采样，获得滤波及等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据及摇头陀螺输出数据；第四时间域数字低通滤波器及级联滤波器级联形成互补滤波器组中的互补高通滤波器；互补滤波器组中的互补低通滤波器与互补高通滤波器的频率响应之和为1；

陀螺仪俯仰角确定模块，用于根据滤波及等空间间隔采样后的点头陀螺输出数据与摇头陀螺输出数据及检测梁侧滚角，利用积分运算获得基于陀螺仪的检测梁俯仰角；

轨道线路倾角确定模块，用于利用基于梯形窗函数的有限脉冲响应低通滤波器对基于坡度计的检测梁俯仰角及基于陀螺仪的检测梁俯仰角进行低通滤波，将低通滤波后基于坡度计及陀螺仪的检测梁俯仰角作为轨道线路倾角，基于梯形窗函数的有限脉冲响应低通滤波器的传递函数为：

其中，H_L(z)表示基于梯形窗函数的有限脉冲响应低通滤波器的传递函数，z表示离散信号的复频率；

轨道线路坡度确定模块，用于根据轨道线路倾角及轨道线路倾角与轨道线路坡度之间的函数关系，确定轨道线路坡度。

7.一种轨道线路检测系统，其特征在于，包括如权利要求2或4或6所述轨道线路坡度检测装置。

8.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1或权利要求3或权利要求5所述轨道线路坡度检测方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1或权利要求3或权利要求5所述轨道线路坡度检测方法的计算机程序。

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