CN114279335A - 一种轨旁限界测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨旁限界测量方法及装置，数据处理单元通过测量车的初始轨距信息和初始倾角信息，得到基于钢轨的初始坐标系，并将限界标准图录入至数据处理单元内，结合该初始坐标系得到基于钢轨初始状态的限界标准信息；并在测量车上设置了激光雷达和里程采集单元，利用激光雷达的高精度和动态检测实现了实时扫描数据的采集，并由里程采集单元采集实时里程信息；由数据处理单元接收并处理实时扫描数据和实时里程信息，结合测量车运行时的实时轨距信息和实时倾角信息得到限界检测数据信息，并由数据处理单元与限界标准信息比对即可得到轨旁限界数据报表。测量过程中，测量车可连续运行，检测效率更高，解决了现有限界测量中检测效率低的问题。

Description

一种轨旁限界测量方法及装置

技术领域

本发明属于轨道交通领域，尤其涉及一种轨旁限界测量方法及装置。

背景技术

铁路作为列车的配套服务设施，人流量大，人员密集。列车进出站时， 为确保轨旁与列车留有一定的安全距离，需要划分安全限界，轨旁限界对铁 路运输安全至关重要。

现有专利中，《一种基于激光扫描的电气化铁路限界检测方法及系统》 [发明]

公开号：CN112977535A

摘要:本发明公开了一种基于激光扫描的电气化铁路限界检测方法及系 统，属于测量技术领域，使用测量装置对所述定位点和跨中测量点进行扫描， 断面扫描装置对定位点和跨中测量点前后一定范围内的断面进行多次断面扫 描获得对应多个三维空间轮廓数据；将同一定位点和跨中测量点附近的三维 空间轮廓数据压缩拟合成二维数据，得到定位点和跨中测量点的二维断面图 数据；将二维断面图数据和标准限界数据进行对比，得出超限的数据。本发 明对定位点和跨中测量点进行扫描，能够实现快速对电气化铁路接触网及其 相关设备的限界测量，不会出现漏检的情况；将三维空间轮廓数据压缩拟合 成二维数据，即得到电气化铁路接触网的二维断面图数据，能够提高检测数 据的准确度。但该方案并不能实现连续测量，测量效率低。

《一种基于双轨的手推式站台限界测量仪》[实用新型]

授权公告号：CN212030372U

摘要:本实用新型涉及铁路站台检测的测量方法与设备的技术领域，尤 其是一种基于双轨的手推式站台限界测量仪，用于站台的限界测量，包括走 行车架、连接座和测量尺，走行车架主体为T字形结构，走行车架可在钢轨 上走行，测量尺通过连接座铰接于走行车架的一侧，测量尺为可伸缩结构， 测量尺的端部安装有一L形铰链，L形铰链的轮廓形状、大小满足于与站台 的边沿相吻合适配的要求。本实用新型是以轨面为测量基准，符合站台限界 测量的定义；采用双轨接触、推行搭靠的方式进行站台限界测量，测量效率 高；采用角度编码器数据合理准确，重复性好；整体折叠设计，运输携带方 便，操作简单，性价比高。但该方案仅能实现站台的限界测量。

轨旁的限界测量主要包括接触测量和非接触测量两种方式，目前对轨旁 限界的测量主要采用接触测量，人工通过直尺等测量工具对限界进行检测， 受人为因素、光线环境影响较大，也会因操作不当存在一定程度的测量误差。 限界影响着列车的行驶安全，限界检测往往对检测精度有着较高的要求，且 随着站台、雨棚、安全门等轨旁设施的限界检测需求日益增长，需要消耗更 多的人力，检测效率低

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种轨旁限界测量方法及装置，以解决 现有限界测量中检测效率低的问题。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

本发明的一种轨旁限界测量方法，

步骤如下：

步骤S1：数据处理单元获取测量车运行时钢轨的初始轨距信息和初始倾 角信息，得到基于钢轨的初始坐标系；

步骤S2：录入限界标准图至所述数据处理单元，所述数据处理单元基于 所述初始坐标系和所述限界标准图得到基于所述钢轨初始状态的限界标准信 息；

步骤S3：所述测量车运行，所述数据处理单元获取所述钢轨的实时轨距 信息和实时倾角信息并变换得到实时坐标系；激光雷达采集实时扫描数据， 里程采集单元采集实时里程数据；

步骤S4：所述数据处理单元接收所述实时坐标系、所述实时扫描数据和 所述实时里程数据，并形成限界检测数据信息；

步骤S5：所述数据处理单元基于所述限界检测数据信息和所述限界标准 信息生成轨旁限界数据报表。

本发明的轨旁限界测量方法，在所述步骤S1中，所述轨距信息由位移 传感器获取，所述倾角信息由倾角传感器获取。

本发明的轨旁限界测量方法，所述实时坐标系的横轴为所述钢轨的两条 轨道之间的连线，所述实时坐标系的纵轴为所述连线的中垂线；

其中，所述连线基于所述实时轨距信息和实时倾角信息得到。

本发明的轨旁限界测量方法，所述里程采集单元为里程编码器。

本发明的轨旁限界测量方法，还包括步骤S401：在所述测量车运行过程 中，所述数据处理单元实时比对所述扫描数据和所述限界标准信息，如发现 侵限情况，则实时报警。

本发明的轨旁限界测量方法，轨旁限界包括顶端90°部分、道床90°部 分、左侧90°部分和右侧90°部分；

所述扫描数据至少包括所述左侧90°部分和所述右侧90°部分。

本发明的轨旁限界测量方法，所述轨旁限界数据报表包括里程数据和侵 限坐标信息。

本发明的轨旁限界测量方法，在所述步骤S5中，所述数据处理单元还 包括数据查询模块，用于查询储存与所述数据处理单元内储存的所述轨旁限 界数据报表、所述实时扫描数据、所述实时里程数据和所述限界检测数据信 息。

本发明的一种轨旁限界测量装置，应用于上述任意一项所述的轨旁限界 测量方法，包括测量车，以及设于所述测量车上的位移传感器、倾角传感器、 激光雷达、里程编码器和数据处理单元。

本发明的轨旁限界测量装置，还包括显示单元，所述显示单元与所述数 据处理单元信号连接。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和 积极效果：

1、本发明一实施例中，数据处理单元通过测量车的初始轨距信息和初始 倾角信息，得到基于钢轨的初始坐标系，并将限界标准图录入至数据处理单 元内，结合该初始坐标系得到基于钢轨初始状态的限界标准信息；并在测量 车上设置了激光雷达和里程采集单元，利用激光雷达的高精度和动态检测实 现了实时扫描数据的采集，并由里程采集单元采集实时里程信息；由数据处 理单元接收并处理实时扫描数据和实时里程信息，结合测量车运行时的实时 轨距信息和实时倾角信息得到限界检测数据信息，并由数据处理单元与限界 标准信息比对即可得到轨旁限界数据报表。在测量过程中，测量车可连续运 行，无需停顿，具备更高的检测效率，解决了现有限界测量中检测效率低的 问题。

2、本发明一实施例中，采用激光雷达，不依赖激光线，且抗干扰能力强， 检测准确度高。

3、本发明一实施例配套了数据查询模块，可在数据查询模块上显示侵限 情况的实时报警，并且能够实现对数据的转储、分析、生成轨旁限界数据报 表，便于后续的分析。

附图说明

图1为本发明的轨旁限界测量方法的流程图；

图2为本发明的轨旁限界测量方法的原理图；

图3为本发明的轨旁限界测量装置的示意图；

图4为本发明的轨旁限界测量装置的激光雷达偏移示意图；

图5为本发明的轨旁限界测量装置的坐标系变换的示意图；

图6为本发明的轨旁限界测量装置的坐标系变换的另一示意图；

图7为本发明的轨旁限界测量装置的坐标系变换的另一示意图。

附图标记说明：1：测量车；2：激光雷达；3：左侧90°部分；4：右侧 90°部分。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种轨旁限界测量方法及装 置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将 更清楚。

实施例一

参看图1，在一个实施例中，一种轨旁限界测量方法，具体步骤如下：

步骤S1：数据处理单元获取测量车1运行时钢轨的初始轨距信息和初始 倾角信息，得到基于钢轨的初始坐标系；

步骤S2：录入限界标准图至数据处理单元，数据处理单元基于初始坐标 系和限界标准图得到基于钢轨初始状态的限界标准信息；

步骤S3：测量车1运行，数据处理单元获取钢轨的实时轨距信息和实时 倾角信息并变换得到实时坐标系；激光雷达2采集实时扫描数据，里程采集 单元采集实时里程数据；

步骤S4：数据处理单元接收实时坐标系、实时扫描数据和实时里程数据， 并形成限界检测数据信息；

步骤S5：数据处理单元基于限界检测数据信息和限界标准信息生成轨旁 限界数据报表。

在本实施例中，数据处理单元通过测量车1的初始轨距信息和初始倾角 信息，得到基于钢轨的初始坐标系，并将限界标准图录入至数据处理单元内， 结合该初始坐标系得到基于钢轨初始状态的限界标准信息；并在测量车1上 设置了激光雷达2和里程采集单元，利用激光雷达2的高精度和动态检测实 现了实时扫描数据的采集，并由里程采集单元采集实时里程信息；由数据处 理单元接收并处理实时扫描数据和实时里程信息，结合测量车1运行时的实 时轨距信息和实时倾角信息得到限界检测数据信息，并由数据处理单元与限界标准信息比对即可得到轨旁限界数据报表。在测量过程中，测量车1可连 续运行，无需停顿，具备更高的检测效率，解决了现有限界测量中检测效率 低的问题。

同时，本实施例采用激光雷达2，不依赖激光线，且抗干扰能力强，检 测准确度高。

下面对本实施例的轨旁限界测量方法的具体信息进行进一步说明：

在本实施例中，步骤S1中的轨距信息由位移传感器获取，倾角信息由 倾角传感器获取。位移传感器可通过接触式形变产生相应变化数据，体现出 位移。本发明专利中对设备位置变化要求较高，使用位移传感器可检测出设 备的实时位置偏移量，从而可得到测量车1相对于钢轨的实时位置偏移量， 而由于激光雷达2与测量车1的相对安装位置确定，从而可得激光雷达2中 心与轨距中心点之间的实时横向距离与垂向距离。

在初始状态下，倾角传感器对测量车1整体倾斜角度的检测，结合位移 传感器在初始状态下的检测，可实现激光雷达2中心对相对于钢轨的初始坐 标系的建立，坐标系的建立便于进行后续限界的检测。

在本实施例中，实时坐标系的横轴为钢轨的两条轨道之间的连线，实时 坐标系的纵轴为连线的中垂线。其中，连线则是基于前述的实时轨距信息和 实时倾角信息得到。

在本实施例中，里程采集单元为里程编码器，用于获取测量车1的运行 速度和运行里程。其中，为了减小累积误差，还可针对里程编码器设定里程 取整，例如每一公里或十公里进行重新测量，从而得到多份连续的轨旁限界 数据报表。

在本实施例中，步骤S4中还可包括步骤S401：在测量车1运行过程中， 数据处理单元实时比对扫描数据和限界标准信息，如发现侵限情况，则实时 报警。即激光雷达2测得的扫描数据传入数据处理单元内的上位机软件，会 自动与预设的限界图相关参数进行对比，超过阈值时，会有实时预警提示， 并生成侵限报告。

轨旁限界包括顶端90°部分、道床90°部分、左侧90°部分3和右侧 90°部分4。而在本实施例中，前述激光雷达2的扫描数据至少包括左侧90° 部分3和右侧90°部分4。扫描范围具体可根据实际情况进行确定，在此不 作具体限定。

在本实施例中，上述的轨旁限界数据报表包括里程数据和侵限坐标信息， 目的是体现侵限情况的里程位置，便于后期检查和记录。

在本实施例的步骤S5中，数据处理单元还可包括数据查询模块，用于 查询储存与数据处理单元内储存的轨旁限界数据报表、实时扫描数据、实时 里程数据和限界检测数据信息，可查看所有测量记录，每条记录对应测得的 各个参数。

参看图4至图7，下面对本实施例的轨旁限界测量方法中激光雷达坐标 变换和坐标系变换进行具体说明：

参看图4，(中间实心圆)图中小空心圆表示激光雷达2，实现表示静态 水平状态下的激光雷达2与钢轨位置关系，激光雷达2默认静态下安装在测 量车1相应位置，与地面垂直，在车体中垂线上，在系统中建立激光雷达2 位置与相应标准限界尺寸的位置关系。

(最左侧实心圆)当激光雷达2安装位置与测量车1相对位置关系发生

车辆限界坐标值(mm)

水平偏移，则根据雷达偏移距离将雷达的点云数据进行反向偏移补偿，以确 保测量的隧道点云数据与地面水平位置成固定关系，将偏移情况下的激光雷 达数据矫正为与安装在默认车体中垂线方向相同。

参看图5，坐标系XOY与坐标系X’O’Y’相应的坐标轴彼此平行， 并且具有相同的正向。坐标系X’O’Y’是由坐标系XOY平行移动而得到 的。设P点在坐标系XOY中的坐标为(x，y)，在X’O’Y’中坐标为(x’， y’)，而(a，b)是O’在坐标系XOY中的坐标，于是：

x＝x’+a

y＝y’+b

上式即一点在坐标系平移前后之坐标关系式。

(最右侧虚线圆+虚线线段)限界尺寸的标准坐标点默认为钢轨水平状 态，标准轨距情况下建立。当在线路运行状态中，限界尺寸与钢轨线路信息 实时对应，通过传感器对钢轨参数的测量，得到基础的轨距及倾角数据，从 而可得线路中钢轨之间的中垂线坐标系，根据轨距与倾角对限界尺寸坐标点 进行统一矩阵变换，形成新的坐标点。

参看图6和图7，对于以上坐标关系，我们可以作如下描述：坐标系O-XY 逆时针旋转theta(或顺时针旋转-theta)后与坐标系O'-X'Y'重合，或者坐标 系顺时针旋转theta(或逆时针旋转-theta)后与坐标系O-XY重合。利用简单 的之间三角形的余弦定理和正玄定理就可以得到以下公式

坐标系关系描述：

即有

或

综上可知，当发生偏移加旋转(即轨距与倾角发生变化时)

x＝x’cosθ-y’sinθ+a

y”＝y’cosθ+x’sinθ+b

实施例二

本实施例提供了一种轨旁限界测量装置，应用于上述实施例一中的轨旁 限界测量方法，包括测量车1，以及设于测量车1上的位移传感器、倾角传 感器、激光雷达2、里程编码器和数据处理单元。

其中，位移传感器、倾角传感器、激光雷达2均为固定安装在测量车1 上，因此位移传感器、倾角传感器、激光雷达2与测量车1的相对位置关系 固定，由于测量车1与钢轨为相对位置固定的，因此可由实时限界标准信息 得到激光雷达2的测量角度以及测量距离。

激光雷达2测量距离可表示为：

式中L为测量距离,c为光在空气中传播的速度，T为调制信号的周期时 间，

为发射与接收波形的相位差。

在本实施例中，轨旁限界测量装置还可包括显示单元，显示单元与数据 处理单元信号连接，从而可将测量记录进行显示，并且在发现侵限情况时进 行报警。

在本实施例中，测量车1可为手推式双轨车。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于 上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利 要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种轨旁限界测量方法，其特征在于，步骤如下：

步骤S1：数据处理单元获取测量车运行时钢轨的初始轨距信息和初始倾角信息，得到基于钢轨的初始坐标系；

步骤S2：录入限界标准图至所述数据处理单元，所述数据处理单元基于所述初始坐标系和所述限界标准图得到基于所述钢轨初始状态的限界标准信息；

步骤S3：所述测量车运行，所述数据处理单元获取所述钢轨的实时轨距信息和实时倾角信息并变换得到实时坐标系；激光雷达采集实时扫描数据，里程采集单元采集实时里程数据；

步骤S4：所述数据处理单元接收所述实时坐标系、所述实时扫描数据和所述实时里程数据，并形成限界检测数据信息；

步骤S5：所述数据处理单元基于所述限界检测数据信息和所述限界标准信息生成轨旁限界数据报表。

2.如权利要求1所述的轨旁限界测量方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述轨距信息由位移传感器获取，所述倾角信息由倾角传感器获取。

3.如权利要求1所述的轨旁限界测量方法，其特征在于，所述实时坐标系的横轴为所述钢轨的两条轨道之间的连线，所述实时坐标系的纵轴为所述连线的中垂线；

其中，所述连线基于所述实时轨距信息和实时倾角信息得到。

4.如权利要求1所述的轨旁限界测量方法，其特征在于，所述里程采集单元为里程编码器。

5.如权利要求1所述的轨旁限界测量方法，其特征在于，还包括步骤S401：在所述测量车运行过程中，所述数据处理单元实时比对所述扫描数据和所述限界标准信息，如发现侵限情况，则实时报警。

6.如权利要求1所述的轨旁限界测量方法，其特征在于，轨旁限界包括顶端90°部分、道床90°部分、左侧90°部分和右侧90°部分；

所述扫描数据至少包括所述左侧90°部分和所述右侧90°部分。

7.如权利要求1所述的轨旁限界测量方法，其特征在于，所述轨旁限界数据报表包括里程数据和侵限坐标信息。

8.如权利要求1所述的轨旁限界测量方法，其特征在于，在所述步骤S5中，所述数据处理单元还包括数据查询模块，用于查询储存与所述数据处理单元内储存的所述轨旁限界数据报表、所述实时扫描数据、所述实时里程数据和所述限界检测数据信息。

9.一种轨旁限界测量装置，其特征在于，应用于如权利要求1-8任意一项所述的轨旁限界测量方法，包括测量车，以及设于所述测量车上的位移传感器、倾角传感器、激光雷达、里程编码器和数据处理单元。

10.如权利要求9所述的轨旁限界测量装置，其特征在于，还包括显示单元，所述显示单元与所述数据处理单元信号连接。

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