CN117949007A - 一种轨道检查仪里程定位装置及其误差校正方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明针对现阶段轨道检查仪里程校正特征及存在不足,公开了一种轨道检查仪里程定位装置,可稳固地安装在多种尺寸的轨道检查仪车体横梁上。在此基础上,基于线路贯通里程控制体系和卫星实时定位技术,提出了一种轨道检查仪里程误差快速校正方法,可实现卫星信号良好区段线路任意位置处轨道检查仪里程误差的实时、准确校正,大幅提高工务人员轨道检测效率,为铁路精确维修工作提供支撑。
Description
技术领域
本发明涉及一种装置及其方法,尤其是涉及一种用于校正轨道检查仪里程误差的装置及方法和应用。
背景技术
良好的轨道几何形位是保证列车安全、平稳运行的重要前提,也是线路养修的重要工作之一。轨道检查仪由于具有检测速度快、内容全等优点,目前被我国铁路工务部门广泛应用于轨道静态几何形位检测工作中。根据轨道检查仪获取的轨道静态几何参数信息,可有效掌握轨道静态几何服役状态,进而针对轨道几何形位超限地段制定维修方案,在此基础上,通过轨道精确调整作业使其恢复至理想形位,保证轨道处于高平顺性状态。轨道检查仪输出里程信息的准确性是保证铁路工务部门实现精确维修的必要前提,现阶段轨道检查仪主要通过布设在车体一侧的里程测量轮获取其所在位置信息。然而在测量过程中,受制于轨道检查仪里程测量轮磨损、打滑,里程编码器失准失效,曲线区段内、外轨长度不一致等因素影响,轨道检查仪测量里程结果与线路实际里程存在一定误差,且呈现出随测量里程的增加而逐渐累积的趋势。为有效消除轨道检查仪测量过程中产生的里程误差,通常需在线路沿线里程桩位置处,根据里程桩对应的里程值对轨道检查仪里程信息进行校正,从而保证轨道检查仪输出里程结果与现场一致。但在现场应用中,仍存在如下问题:一是受线路基础变形,现有里程体系维护成本较高、里程桩日常维护不到位等因素影响,部分线路沿线里程桩实际里程值已与设计资料中里程值产生较大误差,个别桩位里程误差高达50m,严重影响轨道检查仪里程校正结果准确性;二是线路里程桩通常距轨道有一定距离,在里程校正过程中,测量人员难以将轨道检查仪和线路里程桩严格对准,导致里程校正结果存在一定误差;三是在测量过程中轨道检查仪必须在里程桩位置处方可进行里程校正,无法实现线路任意位置处的里程实时校正,便携性、实时性较差。
现有基于卫星定位技术的里程定位方法均用于校正捣固车里程(如202310272148.X和202310186573.7),尚未有适用于校正轨道检查仪里程误差的便携式装置及智能化方法。
因此,亟需结合轨道检查仪里程校正方式及现状,形成准确度高、便携性强的轨道检查仪里程校正方法,进一步提高轨道检查仪里程校正效率及准确度。
发明内容
针对现阶段轨道检查仪里程校正特征及存在不足,本发明形成了一种用于校正轨道检查仪里程误差的装置及方法,可实现卫星信号良好区段线路任意位置处轨道检查仪里程误差的实时、准确校正,大幅提高轨道检查仪里程校正效率和准确度。
本发明由以下技术方案实现:
本发明的第一方面公开了一种轨道检查仪里程定位装置,其主体采用不锈钢和合金材料,通过调节横向松紧装置和竖向松紧装置,可稳固地安装于多种尺寸的轨道检查仪横梁上。主要组成部分如下:
主体抱箍(1),其整体呈倒“L”形,上方与螺杆固结,底部设有螺栓孔;附属抱箍(2),其整体呈倒“L”形,上方设有螺栓孔,可与主体抱箍(1)中的螺杆相连接组成抱箍,底部同样设有螺栓孔;横向松紧装置(3),安装于附属抱箍(2)中的螺杆端部,用于调节主体抱箍(1)与附属抱箍(2)间的横向距离;竖向松紧装置(4),安装于主体抱箍(1)和附属抱箍(2)底部的螺栓孔中,其长度大于螺栓孔长度,用于调节主体抱箍(1)和附属抱箍(2)与轨道检查仪横梁间的竖向距离;卫星信号接收机固定底座(5),固结于主体抱箍(1)顶部,用于安装固定卫星信号接收机;卫星信号接收机(6),固定于卫星信号接收机固定底座(5),用于接收卫星和基准站信号,实时获得所在位置平面坐标。
基于轨道检查仪里程定位装置,提出了一种轨道检查仪里程误差校正方法:
A.基于线路平面线形参数成果,沿线路增里程方向提取每个平面线元(直线、缓和曲线、圆曲线)的起终点里程、方位角和平面坐标信息,建立线路贯通里程控制体系;
优选为:步骤A的具体流程为:
A-1.若线路绝对位置变形较小且具有带有绝对坐标信息的平面线形成果,则可直接基于线路平面线形参数成果,提取线路起点(QD)、平面线形特征点(直缓点ZH、缓圆点HY、圆缓点YH、缓直点HZ)、终点(ZD)的里程(L)、方位角(a)和平面坐标(X,Y)信息,在此基础上,沿线路增里程方向整理每个平面线元(直线、缓和曲线、圆曲线)的起终点里程、方位角和平面坐标信息,建立线路贯通里程控制体系;
A-2.线路绝对位置变形较大或无带有绝对坐标信息的平面线形成果,则需对线路平面线形进行复测和重构设计,获取带有绝对坐标信息的平面线形成果,进而按照步骤A-1建立线路贯通里程控制体系。
B.将里程定位装置安装在车体横梁上,在轨道检查仪测量过程中,将里程定位装置中的卫星信号接收机与基准站进行联测,并通过坐标转换,获取里程定位装置所在位置处的平面坐标;
优选为:步骤B的具体流程为:
B-1.轨道检查仪测量作业开始前,需在测量区段附近的已知点上架设基准站,为轨道检查仪里程定位装置坐标测量提供位置基准服务;
B-2.在轨道检查仪测量过程中,基准站实时将测得的载波相位观测值、伪距观测值和基准站坐标通过网络传输至里程定位装置中的卫星信号接收机。卫星信号接收机将载波相位信息进行实时差分处理,得到基准站和卫星信号接收机间的基线向量(Δx,Δy,Δz),在此基础上,将基线向量与基准站坐标相加即可得到卫星信号接收机所在位置处的坐标,并通过坐标参数转换将坐标结果转换至与线路贯通里程控制体系一致的坐标系中。
C.基于线路贯通里程控制体系和里程定位装置所在位置平面坐标测量成果,判断轨道检查仪所处平面线元,并将坐标投影至该线元上计算得到所在位置的里程信息;
优选为:所述步骤C的具体流程为:
C-1.根据平面线元起终点切线方位角、测点与平面线元起终点间的方位角结果判断测点所处线元;
C-2.将测点平面坐标投影至所属平面线元,计算该点的里程信息。
根据卫星信号接收机中心点至里程测量轮之间的里程差,计算里程测量轮处实际里程,对轨道检查仪里程进行校正,消除里程误差。
本发明还公开一种非易失性存储介质,其特征在于,所述非易失性存储介质包括存储的程序,其中,所述程序运行时控制非易失性存储介质所在的设备执行上述的方法。
本发明还公开一种电子设备,所属电子设备包括:至少一个处理器;以及,与所述至少一个处理器通信连接的存储器;其中,所属存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令,所属指令被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器执行上述的方法。
有益效果:
(1)本发明公开了一种轨道检查仪里程定位装置,通过调节横向松紧装置和竖向松紧装置,可稳固地安装在多种尺寸的轨道检查仪车体横梁上,具有安装牢固、便携、适应性强的优点;
(2)本发明基于平面线形参数成果建立了线路贯通里程控制体系,该里程控制体系为一虚拟参考系,可提供线路任意位置处的精确里程信息;此外,该里程控制体系无需在铁路沿线布设里程桩,因此不存在传统里程控制体系中桩位变化导致的复测维护问题;
(3)本发明公开了一种轨道检查仪里程误差校正方法,将里程定位装置实时获取的平面坐标信息投影至线路贯通里程控制体系,可快速获取轨道检查仪所在位置处里程信息,并对设备里程误差进行精确校正;通过该方法实现了卫星信号良好区段线路任意位置处轨道检查仪里程误差的实时、准确校正,解决了现有轨道检查仪里程校正方法效率低、准确度差的问题,为铁路精细化维修工作提供技术支撑。
附图说明
图 1为本发明里程定位装置;
图 2为本发明安装示意图;
图 3为本发明线路贯通里程控制体系;
图 4为本发明平面线形重构设计流程图;
图 5为本发明平面坐标测量示意图;
图 6为本发明测点所属线元判断示意图;
图 7为本发明测点里程计算示意图;
图 8为本发明轨道检查仪里程误差校正示意图;
图9为本发明轨道检查仪里程误差校正方法流程图。
具体实施方式
实施例1
参见图 1所示,一种轨道检查仪里程定位装置,主要组成部分包括:主体抱箍(1),其整体呈倒“L”形,上方与螺杆固结,底部设有螺栓孔;附属抱箍(2),其整体呈倒“L”形,上方设有螺栓孔,可与主体抱箍(1)中的螺杆相连接组成抱箍,底部同样设有螺栓孔;横向松紧装置(3),安装于附属抱箍(2)中的螺杆端部,用于调节主体抱箍(1)与附属抱箍(2)间的横向距离;竖向松紧装置(4),安装于主体抱箍(1)和附属抱箍(2)底部的螺栓孔中,其长度大于螺栓孔长度,用于调节主体抱箍(1)和附属抱箍(2)与轨道检查仪横梁间的竖向距离;卫星信号接收机固定底座(5),固结于主体抱箍(1)顶部,用于安装固定卫星信号接收机;卫星信号接收机(6),固定于卫星信号接收机固定底座(5),用于接收卫星和基准站信号,实时获得所在位置平面坐标。
该里程定位装置主体采用不锈钢和合金材料,通过调节横向松紧装置和竖向松紧装置,可稳固地安装于多种尺寸的轨道检查仪横梁上,安装示意图如图 2所示。
实施例2
基于轨道检查仪里程定位装置,提出了一种轨道检查仪里程误差校正方法,主要包括线路贯通里程控制体系建立、里程定位装置所在位置平面坐标测量、里程投影计算和轨道检查仪里程误差校正四个步骤,具体实施方式如下:
A.基于线路平面线形参数成果,建立线路贯通里程控制体系,如图 3所示:
A-1.若线路绝对位置变形较小且具有带有绝对坐标信息的平面线形成果,则可直接基于线路平面线形参数成果,提取线路起点(QD)、平面线形特征点(直缓点ZH、缓圆点HY、圆缓点YH、缓直点HZ)、终点(ZD)的里程(L)、方位角(a)和平面坐标(X,Y)信息,在此基础上,沿线路增里程方向整理每个平面线元(直线、缓和曲线、圆曲线)的起终点里程、方位角和平面坐标信息,建立线路贯通里程控制体系;
A-2.若线路绝对位置变形较大或无带有绝对坐标信息的平面线形成果,则需对线路平面线形进行复测和重构设计,获取带有绝对坐标信息的平面线形成果,具体如下:
A-2-1.沿线路按照一定间隔采集轨道中线平面坐标数据,坐标系统应采用基于CGCS2000基准的工程独立坐标系,相邻坐标间隔不宜大于10m,测量数据质量应满足平面定位精度≤15mm;
A-2-2.基于轨道中线平面坐标测量数据,对线路平面线形进行重构设计,具体流程如图 4所示。
① 根据轨道中线平面坐标测量数据,计算沿线路里程分布的曲率信息,在此基础上,对测量数据所属线形进行分段,分为夹直线段测量数据和曲线段测量数据;
② 根据线形分段结果,采用正交最小二乘拟合法完成夹直线重构设计,计算夹直线方位角、交点坐标和平面偏差,并判断直线区段重构设计线形绝对位置是否满足线间距、桥梁偏心和建筑限界等约束条件,当不满足时通过调整夹直线方位角改变重构设计线形绝对位置;
③ 结合规范要求和现场线路实际,确定圆曲线区段设计变量(曲线半径、前后缓和曲线长度)搜索范围,一般上限取原始台账值的1.5倍,下限取原始台账值的0.8倍。在设计变量搜索范围内,采用不同曲线半径R和前后缓和曲线长度l组合对曲线地段进行重构设计,计算四大桩点里程及坐标、平面偏差等信息,并将所有绝对位置满足线间距、桥梁偏心和建筑限界等约束条件的重构设计结果进行存储。在此基础上,选取整体平面偏差平方和最小的一组设计变量作为最终的重构设计结果,从而完成线路平面重构设计。
A-2-3.基于平面重构设计成果,按照步骤A-1中方法建立线路贯通里程控制体系。
B.如图 5所示,将里程定位装置稳固地安装在车体横梁上,在轨道检查仪测量过程中,将里程定位装置中的卫星信号接收机与基准站进行联测,并通过坐标转换,获取里程定位装置所在位置P处的平面坐标(x P , y P ),具体如下:
B-1.基准站架设:轨道检查仪测量作业开始前,需在测量区段附近的已知点上架设基准站。基准站所在点位应满足:距离测量区段最大距离不宜>10km;点位所在位置宜有10度以上地平高度角的卫星通视条件,困难环境条件下高度角可放宽至25度;距电磁干扰区、易产生多路径效应的地物不宜小于200m。
B-2.平面坐标测量:在轨道检查仪测量过程中,基准站实时将测得的载波相位观测值、伪距观测值和基准站坐标通过网络传输至里程定位装置中的卫星信号接收机。卫星信号接收机将载波相位信息进行实时差分处理,得到基准站和卫星信号接收机间的基线向量(Δx,Δy,Δz),在此基础上,将基线向量与基准站坐标相加即可得到卫星信号接收机所在位置处的坐标。最终,通过七参数坐标转换将坐标结果转换至与线路贯通里程控制体系一致的坐标系中,并提取里程定位装置所在位置处的平面坐标(x P , y P )。
C.基于线路贯通里程控制体系和里程定位装置所在位置平面坐标测量成果,判断轨道检查仪所属平面线元,并将坐标投影至该线元上计算得到所在位置的里程信息。具体如下:
C-1.判断里程定位装置所在位置P所属平面线元。如图 6所示,沿线路前进方向,设线元起点A处的切线方位角为a A ,线元终点B处的切线方位角为a B ,则有:
(1)
式中,
a AP ——线元起点A至里程定位装置所在位置P处的坐标方位角(°);
a BP ——线元终点B至里程定位装置所在位置P处的坐标方位角(°);
根据a 1,a 2 的范围可以确定P是否在该线元中,具体判别条件如表 1所示:
表 1 线元判别条件
C-2.如图 7所示,确定测点P所属线元后,根据测点坐标及所在线元参数采用计算测点所在里程,具体步骤如下:
① 计算点P与所属线元起点A法线间的垂距d 1,公式如下:
(2)
式中,
x P , y P ——测点P坐标(m);
x A , y A ——线元起点A坐标(m)。
② 以垂距d 1为线元起点A至线元上点P 1间的弧长l A-P1,采用高斯五节点计算P 1点平面坐标(x P1, y P1),公式如下:
(3)
(4)
式中,
K A ——线元起点A位置处曲率(1/m);
K B ——线元终点B位置处曲率(1/m);
l s ——测点P所在线元长度(m);
±——当测点位于直线时,取“±”均可;当测点位于曲线时,曲线左偏取“-”,右偏取“+”。
③计算线元上点P 1所在位置切线方位角a P1,具体如下:
当点P 1所在线元为直线时:
(5)
当点P 1所在线元为圆曲线时:
(6)
式中,
L A-B ——线元起终点A、B间的距离(m);
当点P 1所在线元为前缓和曲线时:
(7)
式中,
R——点P所属曲线的半径值(m);
l q ——前缓和曲线长度(m)。
当点P 1所在线元为后缓和曲线时:
(8)
式中,
l h ——后缓和曲线长度(m)。
④ 计算测点P与所属线元上点P 1法线间的垂距d 2,公式如下:
(9)
式中,
x P1 , y P1 ——线元上点P 1坐标(m)。
⑤ 以垂距d 1、d 2之和为线元起点A至线元上点P 2间的弧长l A-P2,采用高斯五节点计算P 2点坐标,并计算测点P与所属线元上点P 2法线间的垂距d 3。重复上述步骤,当d i ≤1mm时停止循环,计算点P处的里程,公式如下:
(10)
式中,
L P ——测点P位置处里程(m);
L A ——线元起点A位置处里程(m)。
D.如图 8所示,根据预先量取的卫星信号接收机中心点至里程测量轮之间的里程差dL,计算里程测量轮处实际里程,当其与轨道检查仪里程测量结果存在误差时,则对轨道检查仪里程进行校正,从而消除里程误差。
实施例3
本发明还涉及一种电子设备,所属电子设备包括:
至少一个处理器;以及,
与所述至少一个处理器通信连接的存储器;其中
所属存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令,所属指令被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行权利要求2中所述的方法。
本发明针对现阶段轨道检查仪里程校正特征及存在不足,公开了一种轨道检查仪里程定位装置,可稳固地安装在多种尺寸的轨道检查仪车体横梁上,并实时获取所在位置处平面坐标信息;在此基础上,基于平面线形参数成果建立了线路贯通里程控制体系,通过将里程定位装置实时获取的平面坐标信息投影至该控制体系,可快速获取轨道检查仪所在位置处里程信息,并对设备里程误差进行精确校正;通过该技术方案解决了传统里程控制体系里程桩位不稳定、准确度差的问题,实现了卫星信号良好区段线路任意位置处轨道检查仪里程误差的实时、准确校正,大幅提高了轨道检查仪里程校正效率和准确度,为铁路精细化维修工作提供技术支撑。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (7)
1.一种轨道检查仪里程定位装置,其特征在于,包括:
主体抱箍(1),其整体呈倒“L”形,上方与螺杆固结,底部设有螺栓孔;
附属抱箍(2),其整体呈倒“L”形,上方设有螺栓孔,可与主体抱箍(1)中的螺杆相连接组成抱箍,底部设有螺栓孔;
横向松紧装置(3),安装于附属抱箍(2)中的螺杆端部,用于调节主体抱箍(1)与附属抱箍(2)间的横向距离;
竖向松紧装置(4),安装于主体抱箍(1)和附属抱箍(2)底部的螺栓孔中,其长度大于螺栓孔长度,用于调节主体抱箍(1)和附属抱箍(2)与轨道检查仪横梁间的竖向距离;
卫星信号接收机固定底座(5),固结于主体抱箍(1)顶部,用于安装固定卫星信号接收机;
卫星信号接收机(6),固定于卫星信号接收机固定底座(5),用于接收卫星和基准站信号,实时获得所在位置平面坐标。
2.一种轨道检查仪里程误差校正方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
步骤1:基于线路平面线形参数成果,沿线路增里程方向提取每个平面线元的起终点里程、方位角和平面坐标信息,建立线路贯通里程控制体系;
步骤2:将权利要求1所述的轨道检查仪里程定位装置安装在车体横梁上,在轨道检查仪测量过程中,将里程定位装置中的卫星信号接收机与基准站进行联测,并通过坐标转换,获取里程定位装置所在位置处的平面坐标;
步骤3:基于线路贯通里程控制体系和里程定位装置所在位置平面坐标测量成果,判断轨道检查仪所处平面线元,并将坐标投影至该线元上计算得到所在位置的里程信息;
步骤4:根据卫星信号接收机中心点至里程测量轮之间的里程差,计算里程测量轮处实际里程,对轨道检查仪里程进行校正,消除里程误差。
3.根据权利要求2所述的轨道检查仪里程误差校正方法,其特征在于,所述步骤1进一步包括如下内容:
A-1.若线路绝对位置变形较小且具有带有绝对坐标信息的平面线形成果,则可直接基于线路平面线形参数成果,提取线路起点、平面线形特征点、终点的里程、方位角和平面坐标信息,在此基础上,沿线路增里程方向整理每个平面线元的起终点里程、方位角和平面坐标信息,建立线路贯通里程控制体系;
A-2.线路绝对位置变形较大或无带有绝对坐标信息的平面线形成果,则需对线路平面线形进行复测和重构设计,获取带有绝对坐标信息的平面线形成果,进而按照步骤A-1建立线路贯通里程控制体系。
4.根据权利要求2所述的轨道检查仪里程误差校正方法,其特征在于,所述步骤2进一步包括如下内容:
B-1.轨道检查仪测量作业开始前,需在测量区段附近的已知点上架设基准站,为轨道检查仪里程定位装置坐标测量提供位置基准服务;
B-2.在轨道检查仪测量过程中,基准站实时将测得的载波相位观测值、伪距观测值和基准站坐标通过网络传输至里程定位装置中的卫星信号接收机;卫星信号接收机将载波相位信息进行实时差分处理,得到基准站和卫星信号接收机间的基线向量,在此基础上,将基线向量与基准站坐标相加得到卫星信号接收机所在位置处的坐标,并通过坐标参数转换将坐标结果转换至与线路贯通里程控制体系一致的坐标系中。
5.根据权利要求2所述的轨道检查仪里程误差校正方法,其特征在于,所述步骤3进一步包括如下内容:
C-1.根据平面线元起终点切线方位角、测点与平面线元起终点间的方位角结果判断测点所处线元;
C-2.将测点平面坐标投影至所属平面线元,计算该点的里程信息。
6.一种非易失性存储介质,其特征在于,所述非易失性存储介质包括存储的程序,其中,所述程序运行时控制非易失性存储介质所在的设备执行权利要求2至5中任一所述的方法。
7.一种电子设备,其特征在于,所述电子设备包括:
至少一个处理器;以及,
与所述至少一个处理器通信连接的存储器;其中
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行权利要求2-5任一所述的方法。
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- 2024-03-26 CN CN202410346237.9A patent/CN117949007B/zh active Active
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---|---|
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