CN204662187U - 铁路轨道几何状态精密测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铁路轨道几何状态精密测量系统，包括测量小车，所述测量小车包括第一横梁、第二横梁以及第三横梁，第一横梁和第二横梁的一端分别与第三横梁连接组成Y型框架，所述第一横梁和第二横梁的另一端分别设有刹车轮，所述第三横梁的末端设有定位轮组件和花片轮，所述第一横梁和第二横梁之间架设有支撑板，所述第三横梁上设有手推组件、电器箱以及传感器，所述第一横梁、第二横梁和支撑板所围成的框架上设有安装平台，所述安装平台上固定有惯性导航仪，所述支撑板上设有第一GPS天线，所述惯性导航仪通过数据采集通讯线与电器箱连接。本实用新型基于惯性导航和全球定位技术，实现了铁路轨道几何状态的精确测量。

Description

铁路轨道几何状态精密测量系统

技术领域

本实用新型涉及一种铁路轨道的测量系统，尤其是一种铁路轨道几何状态精密测量系统，属于铁路轨道检测技术领域。

背景技术

2008年8月，时速达350km的京津城际客运专线的建成通车，标志着中国铁路已经跻身世界高速铁路发达行列，实现了铁路运输设备现代化、控制与管理科学化、检测与故障诊断智能化等安全保障技术的重大突破。高速铁路轨道安全检测技术成为实现高速铁路运输安全的基础。

我国对轨道几何状态的测量研究，最初是为解决普通铁路的轨道形位病害，采用的是相对测量方式的轨检仪，测量效率虽高，却不易解决测量精度和可靠性问题，其测量精度不能满足高速铁路轨道平顺性的要求。因此，京津、武广、郑西等最初建设的高速铁路，主要依靠进口设备，采用绝对测量模式进行轨道几何状态的测量。

随着铁路高速化的推进，对轨道不平顺性检测速度和调整精度要求越来越高。目前，国内外在进行钢轨铺设调整及长钢轨调整(联调联试)时多采用轨检仪的方式进行，测量效率为200米/日，但是轨检仪作业对环境要求非常高，必须在空窗时间进行并配合CPIII进行后方交会测量；而大型的设备如轨检车测量效率高，然而费用昂贵，普通的工务段很难承受价格购买，只有大型的铁路局才能承担。效率的低下及昂贵的费用，使得铁路建设工期显得异常紧张，这对铁路的建设及后期维护都是不利的。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种铁路轨道几何状态精密测量系统，该系统基于惯性导航和全球定位技术，实现了铁路轨道几何状态的精确测量，能快速检测高速铁路轨道的不平顺参数。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

铁路轨道几何状态精密测量系统，包括测量小车，所述测量小车包括第一横梁、第二横梁以及第三横梁，所述第一横梁和第二横梁的一端分别与第三横梁连接组成Y型框架，所述第一横梁和第二横梁的另一端分别设有刹车轮，所述第三横梁的末端设有定位轮组件和花片轮，所述第一横梁和第二横梁之间架设有支撑板，所述第三横梁上设有手推组件、电器箱以及传感器，所述第一横梁、第二横梁和支撑板所围成的框架上设有安装平台，所述安装平台上固定有惯性导航仪，所述支撑板上设有第一GPS天线，所述惯性导航仪通过数据采集通讯线与电器箱连接。

作为一种优选方案，所述安装平台上装有三个定位销、三个定位块以及与三个定位块相匹配的三个推紧螺钉，所述惯性导航仪的两定位边紧靠定位销，所述推紧螺钉在穿过定位块后将惯性导航仪固定，所述惯性导航仪的四周通过四个锁紧螺钉锁紧在安装平台上。

作为一种优选方案，所述手推组件包括推杆、第一锁紧装置、套管、手推座以及第二锁紧装置，所述套管的一端与手推座活动连接，另一端通过第一锁紧装置与推杆连接；所述套管通过手推座上下调整推行角度，在调整推行角度后通过第二锁紧装置将套管锁紧在手推座上。

作为一种优选方案，所述惯性导航仪具有内部GPS时，所述第一GPS天线通过GPS天线电缆线与惯性导航仪连接，所述惯性导航仪无内部GPS时，所述第一GPS天线与测量小车外部的一台一体化GNSS多频接收机移动站连接，且一体化GNSS多频接收机移动站通过数据电缆线与惯性导航仪连接；所述测量小车外部还设有第二GPS天线，所述第二GPS天线与测量小车外部的一台一体化GNSS多频接收机基准站连接，所述惯性导航仪、一体化GNSS多频接收机移动站和一体化GNSS多频接收机基准站组成惯性测量单元。

作为一种优选方案，所述电器箱内部设有数据记录仪和电源，所述数据记录仪是基于ARM控制器的数据记录仪，与传感器、惯性导航仪连接，以获取传感器和惯性导航仪采集的数据；所述电源采用24V锂电池组，其通过电源转化板为系统提供所需的电压。

作为一种优选方案，所述定位轮组件包括滑轨、滑块、第一弹簧、弹簧挡板、手柄装置、活动轴、定位轮、第二弹簧、活动轴尾块、活动轴连接板和定位轮竖轴；所述第一弹簧和第二弹簧套接在活动轴上，第一弹簧连接活动轴尾块，活动轴连接板套接在活动轴后架设在滑块上，所述滑块设置在铁路轨道上，第二弹簧的末端与弹簧挡板连接，所述活动轴的末端连接定位轮竖轴后与定位轮连接；所述手柄装置与活动轴连接。

作为一种优选方案，所述第一横梁和第二横梁呈135°角，所述安装平台设置在第一横梁、第二横梁和支撑板所围成的框架中心位置上，所述第一GPS天线设置在支撑板的其中一边。

作为一种优选方案，所述手推组件位于第三横梁的前部，所述电器箱位于第三横梁的后部。

作为一种优选方案，所述惯性导航仪包括三轴激光陀螺仪和三轴加速度计。

作为一种优选方案，所述传感器包括直线位移传感器和里程传感器。

本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本实用新型测量精度高，通过在测量小车上设置惯性导航仪和GPS天线，可将惯性导航系统(INS)和全球定位系统(GNSS)的组合惯性测量技术应用于便携式的铁路轨道测量小车上，测量精度超高≤0.2mm、轨距≤0.2mm，符合铁路相关行标及国标要求。

2、本实用新型在测量小车的第一横梁、第二横梁和支撑板所围成的框架上设有安装平台，可以使测量小车运行稳定，并且能准确反映轨道姿态，惯性导航仪可拆卸方式固定在安装平台上，可以保证惯性导航仪重复安装的定位精度。

3、本实用新型的测量效率高，实现了动态测量模式下的毫米级相对测量精度，极大地提高了高速铁路轨道不平顺的测量效率，并且自带有动力装置，长轨精调时一般16～20km/工日。

4、本实用新型摆脱了以往必须借助CPIII工程测量网才能实现对既有线路的精确测量的缺点，同时也可以通过在CPII点架设基准站实现与传统测量的结合，为后期铁路的维护创造了有利条件。

5、本实用新型相对于大型仪器轨检车，具有性价比高的特点，并且由于测量效率高，各工程局施工节省了各种人力物力费用。

6、本实用新型结构简单，采集的数据稳定，采用组合惯性测量技术，可以大幅度减少阳光、温度、风、气压等外界因素对检测结果的影响，具有较强的抗干扰能力。

附图说明

图1为本实用新型的铁路轨道几何状态精密测量系统立体结构示意图。

图2为本实用新型的铁路轨道几何状态精密测量系统平面结构示意图。

图3为图2中所示I处的放大示意图。

图4为本实用新型的铁路轨道几何状态精密测量系统中惯性导航仪具有内部GPS时的数据采集原理框图。

图5为本实用新型的铁路轨道几何状态精密测量系统中惯性导航仪无内部GPS时的数据采集原理框图。

图6为本实用新型的铁路轨道几何状态精密测量系统中定位轮组件的结构示意图。

其中，1-第一横梁，2-第二横梁，3-第三横梁，4-刹车轮，5-定位轮组件，6-花片轮，7-支撑板，8-手推组件，9-电器箱，10-安装平台，11-惯性导航仪，12-第一GPS天线，13-GPS天线电缆线，14-数据采集通讯线，15-定位销，16-定位块，17-推紧螺钉，18-锁紧螺钉，19-推杆，20-第一锁紧装置，21-套管，22-手推座，23-第二锁紧装置，24-滑轨，25-滑块，26-第一弹簧，27-弹簧挡板，28-手柄装置，29-活动轴，30-定位轮，31-第二弹簧，32-活动轴尾块，33-活动轴连接板，34-定位轮竖轴。

具体实施方式

实施例1：

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1～图3所示，本实施例的1的铁路轨道几何状态精密测量系统，包括测量小车，所述测量小车包括第一横梁1、第二横梁2以及第三横梁3，所述第一横梁1和第二横梁2的一端分别与第三横梁3连接组成Y型框架，所述第一横梁1和第二横梁2的另一端分别设有刹车轮4，所述第三横梁3的末端设有定位轮组件5和花片轮6，所述第一横梁1和第二横梁2之间架设有支撑板7，所述第三横梁3上设有手推组件8、电器箱9以及传感器，所述第一横梁1、第二横梁2和支撑板7所围成的框架中心位置上设有安装平台10，所述安装平台10上固定有惯性导航仪11，所述支撑板7的其中一边设有第一GPS天线12，所述惯性导航仪11通过数据采集通讯线14与电器箱9连接。

所述第一横梁1、第二横梁2、第三横梁3以及支撑板7是测量小车的基础结构，是其他功能组件的承载体，可以达到结构稳定、测量精准、使用寿命长、定位准确、拆装便捷的目的；按照测量小车实际运作时的摆放方位和行走方向，第一横梁1和第二横梁2所在的一边称为左侧，第三横梁3所在的一边称为右侧；而第一横梁1、第二横梁2、支撑板7和两个刹车轮4统称为测量小车的双轮部分，第三横梁3、定位轮组件5和花片轮6统称为测量小车的单轮部分。

所述安装平台10可以使测量小车运行稳定，并且能准确反映轨道姿态，安装平台10上装有三个定位销15、三个定位块16以及与三个定位块16相匹配的三个推紧螺钉17；为保证惯性导航仪11重复安装的定位精度，将惯性导航仪11放在安装平台10上，两定位边紧靠定位销15，所述推紧螺钉17在穿过定位块16后将惯性导航仪11固定，再用四个锁紧螺钉18将惯性导航仪11的四周锁紧在安装平台10上。

所述手推组件8主要作用是可以让工作人员推动小车运行，其位于第三横梁3的前部，包括推杆19、第一锁紧装置20、套管21、手推座22以及第二锁紧装置23，所述套管21的一端与手推座22活动连接，另一端通过第一锁紧装置20与推杆19连接，松开第一锁紧装置20时，推杆19可以通过套管21滑动伸长或缩短，当确定推杆19和套管21的整体长度后，再将第一锁紧装置20锁紧；所述套管21可以通过手推座22上下调整推行角度，在调整到合适的推行角度后再通过第二锁紧装置23将套管21锁紧在手推座22上，调整长度和推行角度都方便了不同的工作人员使用。

所述惯性导航仪11采用激光捷联惯性导航仪，包括三轴激光陀螺仪和三轴加速度计，若惯性导航仪11具有内部GPS时，所述第一GPS天线12通过GPS天线电缆线13与惯性导航仪11连接，如图1和图4所示；若惯性导航仪11无内部GPS时，所述第一GPS天线12与测量小车外部的一台一体化GNSS多频接收机移动站连接，且一体化GNSS多频接收机移动站通过数据电缆线与惯性导航仪11连接，如图5所示；所述测量小车外部还设有第二GPS天线，所述第二GPS天线与测量小车外部的一台一体化GNSS多频接收机基准站连接；所述惯性导航仪11采用了惯性导航系统(INS)，所述一体化GNSS多频接收机基准站和一体化GNSS多频接收机移动站均为现有设备，采用了全球定位系统(GNSS)，惯性导航仪、一体化GNSS多频接收机基准站和一体化GNSS多频接收机移动站一起组成惯性测量单元。

所述电器箱9位于第三横梁3的后部，内部设有数据记录仪和电源，所述数据记录仪是基于ARM控制器的数据记录仪，与传感器、惯性导航仪11连接，控制传感器和惯性导航仪11工作，以获取传感器和惯性导航仪11采集的数据，数据记录仪获取的数据可以传输给大容量数据采集设备(如PC机)，以实现系统数据的快速采集、存储及文件管理；所述电源采用24V锂电池组，其通过电源转化板为系统提供所需的24V、12V、5V、3.3V等多种电压；所述传感器可以包括直线位移传感器和里程传感器。

如图6所示，所述定位轮组件5包括滑轨24、滑块25、第一弹簧26、弹簧挡板27、手柄装置28、活动轴29、定位轮30、第二弹簧31、活动轴尾块32、活动轴连接板33和定位轮竖轴34；所述第一弹簧26和第二弹簧31套接在活动轴29上，第一弹簧26连接活动轴尾块32，活动轴连接板33套接在活动轴29后架设在滑块25上，所述滑块25设置在铁路轨道上，第二弹簧31的末端与弹簧挡板27连接，所述活动轴29的末端连接定位轮竖轴34后与定位轮30连接；所述手柄装置28与活动轴29连接。

本实用新型在通过三轴激光陀螺仪、三轴加速度计、GNSS、直线位移传感器和里程传感器等采集到数据后，再采用后处理方式对数据进行处理：通过PPK解算、惯导解算、坐标系统转换、惯导与定位联合解算、轨道偏差计算及综合数据后处理，能够快速准确对三角坑、轨距变化率、超高递变率、左右轨轨向、左右轨高程、水平、轨距、长短波不平顺、扭曲和里程等进行检测，并针对轨道不平顺的地方对应每根轨枕给出调整量，指导轨道调整。可用于长轨精调与复测、既有线复测与调整、轨道变形监测，本实用新型的测量系统不依托CPIII控制网，具有高可靠性和高精度，成本低等优势，测量效率达到16～20km/日。

以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其实用新型专利构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。

Claims (10)

1.铁路轨道几何状态精密测量系统，包括测量小车，所述测量小车包括第一横梁、第二横梁以及第三横梁，所述第一横梁和第二横梁的一端分别与第三横梁连接组成Y型框架，所述第一横梁和第二横梁的另一端分别设有刹车轮，所述第三横梁的末端设有定位轮组件和花片轮，所述第一横梁和第二横梁之间架设有支撑板，其特征在于：所述第三横梁上设有手推组件、电器箱以及传感器，所述第一横梁、第二横梁和支撑板所围成的框架上设有安装平台，所述安装平台上固定有惯性导航仪，所述支撑板上设有第一GPS天线，所述惯性导航仪通过数据采集通讯线与电器箱连接。

2.根据权利要求1所述的铁路轨道几何状态精密测量系统，其特征在于：所述安装平台上装有三个定位销、三个定位块以及与三个定位块相匹配的三个推紧螺钉，所述惯性导航仪的两定位边紧靠定位销，所述推紧螺钉在穿过定位块后将惯性导航仪固定，所述惯性导航仪的四周通过四个锁紧螺钉锁紧在安装平台上。

3.根据权利要求1所述的铁路轨道几何状态精密测量系统，其特征在于：所述手推组件包括推杆、第一锁紧装置、套管、手推座以及第二锁紧装置，所述套管的一端与手推座活动连接，另一端通过第一锁紧装置与推杆连接；所述套管通过手推座上下调整推行角度，在调整推行角度后通过第二锁紧装置将套管锁紧在手推座上。

4.根据权利要求1所述的铁路轨道几何状态精密测量系统，其特征在于：所述惯性导航仪具有内部GPS时，所述第一GPS天线通过GPS天线电缆线与惯性导航仪连接；所述惯性导航仪无内部GPS时，所述第一GPS天线与测量小车外部的一台一体化GNSS多频接收机移动站连接，且一体化GNSS多频接收机移动站通过数据电缆线与惯性导航仪连接；所述测量小车外部还设有第二GPS天线，所述第二GPS天线与测量小车外部的一台一体化GNSS多频接收机基准站连接，所述惯性导航仪、一体化GNSS多频接收机移动站和一体化GNSS多频接收机基准站组成惯性测量单元。

5.根据权利要求1所述的铁路轨道几何状态精密测量系统，其特征在于：所述电器箱内部设有数据记录仪和电源，所述数据记录仪是基于ARM控制器的数据记录仪，与传感器、惯性导航仪连接，以获取传感器和惯性导航仪采集的数据；所述电源采用24V锂电池组，其通过电源转化板为系统提供所需的电压。

6.根据权利要求1所述的铁路轨道几何状态精密测量系统，其特征在于：所述定位轮组件包括滑轨、滑块、第一弹簧、弹簧挡板、手柄装置、活动轴、定位轮、第二弹簧、活动轴尾块、活动轴连接板和定位轮竖轴；所述第一弹簧和第二弹簧套接在活动轴上，第一弹簧连接活动轴尾块，活动轴连接板套接在活动轴后架设在滑块上，所述滑块设置在铁路轨道上，第二弹簧的末端与弹簧挡板连接，所述活动轴的末端连接定位轮竖轴后与定位轮连接；所述手柄装置与活动轴连接。

7.根据权利要求1所述的铁路轨道几何状态精密测量系统，其特征在于：所述第一横梁和第二横梁呈135°角，所述安装平台设置在第一横梁、第二横梁和支撑板所围成的框架中心位置上，所述第一GPS天线设置在支撑板的其中一边。

8.根据权利要求1所述的铁路轨道几何状态精密测量系统，其特征在于：所述手推组件位于第三横梁的前部，所述电器箱位于第三横梁的后部。

9.根据权利要求1-8任一项所述的铁路轨道几何状态精密测量系统，其特征在于：所述惯性导航仪包括三轴激光陀螺仪和三轴加速度计。

10.根据权利要求1-8任一项所述的铁路轨道几何状态精密测量系统，其特征在于：所述传感器包括直线位移传感器和里程传感器。