CN213267350U - 基于惯导的轨道检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于惯导的轨道检测设备，包括，设备主体；数据采集组件，包括光纤惯导、里程编码器、测距仪以及激光雷达，所述光纤惯导、所述里程编码器、所述测距仪以及所述激光雷达分别安装于所述设备主体；所述里程编码器用于测量设备主体的行驶数据；所述测距仪用于获取轨距数据；所述光纤惯导用于获取所述设备主体的姿态数据；所述激光雷达用于采集隧道界限数据；工控机，所述工控机安装于所述设备主体，所述工控机能够基于所述光纤惯导、所述里程编码器、所述测距仪以及所述激光雷达的数据获得轨道检测数据。其能够提高轨道检测的效率，提高测量结果的精确度。

Description

基于惯导的轨道检测设备

技术领域

本实用新型涉及检测领域，进一步地涉及一种基于惯导的轨道检测设备。

背景技术

轨道几何状态的检测在轨道投运前和轨道的日常维护中至关重要，轨道的轨距、轨向、高低、水平/超高、扭曲(三角坑)、轨道中线坐标以及隧道界限等轨道状态参数，对于乘客乘车舒适性和安全性十分重要。

但是，需要指出的是，目前高速铁路、城市轨道静态平顺性测量通常是采用三维测量法，行业称为绝对测量。目前，常用的测量方式是全站仪架棱镜来测量轨道检测小车的准确位置，在测量的过程中需要频繁换站，测量过程繁琐，并且测量结果的精确度有赖于现场的控制网的控制精度，不仅测量效率较低，而且测量过程中耗费大量的人力和物力。目前，上述传统静态测量方式已经很难满足列车运行期间日常维护的需求。

综上所述，需要对传统轨道检测设备进行改进。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种基于惯导的轨道检测设备，所述基于惯导的轨道检测设备能够提高轨道检测的效率，提高测量结果的精确度，并且能够减少测量过程中的成本。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种基于惯导的轨道检测设备，包括：

设备主体；

数据采集组件，包括光纤惯导、里程编码器、测距仪以及激光雷达，所述光纤惯导、所述里程编码器、所述测距仪以及所述激光雷达分别安装于所述设备主体；其中所述里程编码器用于测量设备主体的行驶数据；所述测距仪用于获取轨距数据；所述光纤惯导用于获取所述设备主体的姿态数据；所述激光雷达用于采集隧道界限数据；

数据处理组件，包括工控机，所述工控机安装于所述设备主体，所述光纤惯导、所述里程编码器、所述测距仪以及所述激光雷达所检测的数据能够被传送至所述工控机，所述工控机能够基于所述光纤惯导、所述里程编码器、所述测距仪以及所述激光雷达的数据获得轨道检测数据。

在本实用新型的一些优选实施例中，所述的基于惯导的轨道检测设备还包括数据采集控制器，所述数据采集控制器分别通信连接于所述测距仪和所述工控机，所述数据采集控制器用于将所述测距仪所检测的数据转化为所述工控机可读的数据。

在本实用新型的一些优选实施例中，所述光纤惯导所获取的所述设备主体的姿态数据包括航向角、滚动角以及俯仰角。

在本实用新型的一些优选实施例中，所述设备主体进一步包括车体、一组行走轮以及一组测量轮，所述行走轮和所述测量轮分别安装于所述车体，所述行走轮连接于所述里程编码器；所述测量轮通过万向节连接于所述测距仪。

在本实用新型的一些优选实施例中，所述设备主体还包括安装于所述测距仪和所述测量轮之间的调节机构，所述调节机构用于调节测量轮之间的距离，以适应不同宽度的轨道。

在本实用新型的一些优选实施例中，所述设备主体还包括惯导安装基座，所述惯导安装基座安装于所述车体，所述光纤惯导可拆卸地安装于所述惯导安装基座。

在本实用新型的一些优选实施例中，所述设备主体还包括推杆，所述基于惯导的轨道检测设备还包括工业平板，所述推杆的一端铰接于所述车体，另一端具有一个平板支架，用于安装所述工业平板。

在本实用新型的一些优选实施例中，所述基于惯导的轨道检测设备还包括电源，所述电源可拆卸地安装于所述设备主体，并且电连接于所述光纤惯导、里程编码器、测距仪、激光雷达以及所述工控机。

在本实用新型的一些优选实施例中，所述车体的顶表面的中间位置进一步具有一个功能基座，用于安装棱镜和/或全站仪。

在本实用新型的一些优选实施例中，所述基于惯导的轨道检测设备还包括数据上传单元，所述数据传输单元通信连接于所述工业平板，用于将所述工控机的数据传送至所述工业平板。

本实用新型方案包括以下至少一项有益效果：

1、本实用新型所提供的基于惯导的轨道检测设备集成检测车速里程、轨距、姿态等传感器。所述基于惯导的轨道检测设备基于相对测量的原理，可实时检测地铁轨道的里程、轨距、水平(超高)、三角坑(扭曲)、轨向和高低等轨道几何平顺性评价参数及轨道中线相对位置坐标。

2、所述基于惯导的轨道检测设备能够通过惯导测出设备主体的三个姿态角，配合里程编码器测出的里程数据、测距仪测量获得的轨距数据以及激光雷达测量获得的界限数据计算获得轨道的里程计算获得基于惯导的轨道检测设备主体的坐标，并且计算获得轨道的里程、轨距、高低、水平(超高)、三角坑(扭曲)等轨道几何平顺性评价参数，以及隧道界限评价参数，能够提高轨道运维期间的测量效率，减少人力物力成本。具有精度高、误差小、操作简单且受外界环境较小等功能。可用于有砟轨道和无砟轨道日常维保测量维修检测。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本实用新型方案、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本实用新型的一个优选实施例的基于惯导的轨道检测设备的立体图；

图2是本实用新型的上述优选实施例的基于惯导的轨道检测设备的俯视图；

图3是本实用新型的上述优选实施例的基于惯导的轨道检测设备的框图；

图4和图5是“T”型轨道检测设备的运行过程示意图。

附图标号说明：

1设备主体，2数据采集组件，3工控机，4工业平板，5电池，6电源分线盒，8数据传送单元，11车体，12行走轮，13测量轮，14调节机构，15惯导安装基座，16推杆，17提手，18车体护罩，191电缆槽盒，192电源线，193通讯线，194电缆，195开关，21光纤惯导，22里程编码器，23测距仪，24激光雷达，25数据采集控制器，26功能基座，111绞接卡扣，121第一行走轮，122第二行走轮，131第一测量轮，132第二测量轮，142调节件，161平板支架。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

实施例1

参考说明书附图1至图3，本实用新型提供一种基于惯导的轨道检测设备，所述基于惯导的轨道检测设备能够通过惯导测出设备主体的三个姿态角，配合里程编码器测出的里程数据、测距仪测量获得的轨距数据以及激光雷达测量获得的界限数据计算获得轨道的里程计算获得基于惯导的轨道检测设备主体的坐标，并且计算获得轨道的里程、轨距、高低、水平(超高)、三角坑(扭曲)等轨道几何平顺性评价参数，以及隧道界限评价参数，能够提高轨道运维期间的测量效率，减少人力物力成本。

具体地，所述基于惯导的轨道检测设备包括一个设备主体1、一个数据采集组件2以及一个包括工控机3的数据处理组件，其中所述数据采集组件2包括一个光纤惯导(惯性导向光纤陀螺仪)21、一个里程编码器22、一个测距仪23以及一个激光雷达24，所述光纤惯导21、所述里程编码器22、所述测距仪23以及所述激光雷达24分别安装于所述设备主体21；其中所述里程编码器22用于测量所述设备主体1的行驶数据；所述测距仪23用于获取轨距数据；所述光纤惯导21用于获取所述设备主体1的姿态数据；所述激光雷达24用于采集隧道的界限数据；其中所述工控机3安装于所述设备主体1，所述光纤惯导21、所述里程编码器22、所述测距仪23以及所述激光雷达24分别通信连接于所述工控机3，所述光纤惯导21、所述里程编码器22、所述测距仪23以及所述激光雷达24所检测的数据能够被传送至所述工控机3，所述工控机3能够基于所述光纤惯导21、所述里程编码器22、所述测距仪23以及所述激光雷达24的数据获得轨道检测数据。

需要指出的是，在本实用新型所提供的所述基于惯导的轨道检测设备中，所述基于惯导的轨道检测设备能够通过光纤惯导21测量获得所述设备主体1的三个姿态角，并能够配合里程编码器22所测量获得的里程数据、所述测距仪23测量获得的轨距数据、所述光纤惯导21测量获得的所述设备主体1的姿态数据以及所述激光雷达24测量获得的界限数据计算获得轨道的里程、轨距、高低、水平(超高)、三角坑(扭曲)等轨道几何平顺性评价参数，以及隧道界限评价参数，从而能够提高轨道运行维护期间的测量效率，减少人力、物力成本。

具体地，所述数据采集组件2还包括数据采集控制器25，所述数据采集控制器25分别连接于所述测距仪23和所述工控机3，所述数据采集控制器25用于将所述测距仪23所测量的数据转化为所述工控机3可读的数据。所述测距仪23所采集的轨距数据能够被传送至所述数据采集控制器25；所述数据采集控制器25将所述测距仪23所采集的轨道距离数据转化为所述工控机3可读的轨道数据，并由所述数据采集控制器25将转化后的轨道数据发送至所述工控机3。

优选地，所述光纤惯导21所获取的所述设备主体1的姿态角数据包括航向角、滚动角以及俯仰角。

进一步地，所述设备主体1进一步包括车体11、一组行走轮12以及一组测量轮13，所述行走轮12和所述测量轮13分别安装于所述车体11，其中所述行走轮12连接于所述里程编码器22，所述测量轮13通过万向节连接于所述测距仪23。优选地，所述行走轮12通过传动皮带连接于所述里程编码器22。可选地，所述行走轮12还能够通过其他方式连接于所述里程编码器22，所述行走轮12连接于所述里程编码器22的具体方式不应当构成对本实用新型的限制。

具体地，所述行走轮12包括一个第一行走轮121和两个第二行走轮122，其中所述第一行走轮121安装于所述车体11的一端，两个所述第二行走轮122对应安装于所述车体11的另一端，所述第一行走轮121和两个所述第二行走轮122呈三角形分布。

所述测量轮13包括一个第一测量轮131和两个第二测量轮132，其中所述第一测量轮131安装于两个所述第二行走轮122之间，两个所述第二测量轮132分别安装于所述第一行走轮121的两侧，所述第一行走轮121位于两个所述测量轮13之间。

所述第一行走轮121与所述里程编码器22通过皮带传动，用于测量里程数。两个所述第二测量轮132对侧安装所述测距仪23，所述测距仪23与所述第二测量轮132通过万向节连接。

参考说明书附图1，所述设备主体1进一步包括一个调节机构14，所述调节机构14安装于所述测距仪23和所述第一测量轮131之间，所述调节机构14用于调节所述第一测量轮131与两个所述第二测量轮132之间的距离，以使本实用新型所提供的所述基于惯导的轨道检测设备能够适用于不同宽度的轨道。

具体地，所述调节机构14包括弹性件141和调节件142，所述弹性件的一端安装于所述车体11，另一端安装于所述第一测量轮131，所述调节件142连接于所述弹性件141，通过所述调节件142通过牵引绳操控所述弹性件调整所述第一测量轮与两个所述第二测量轮132之间的间距。优选地，所述弹性件被实施为弹簧，所述调节件142被实施为调节杆。优选地，所述弹性件141是双弹簧，能够使得所述第一测量轮131和两个所述第二测量轮132保持对轨道的受力。

需要指出的是，所述调节机构14由测量轮、牵引绳以及弹簧构成。

优选地，本实用新型所提供的所述车体11是“I”型车体，并且所述车体11由铝合金材料一体制作而成，从而能够免去分体式车体组装的麻烦。优选地，所述车体11采用高强度铝合金材质，所述车体11的架构为左右中控方框结构。从而能够节约车体11的材料，减轻车体11的重量，降低车体11的制造成本，便于车体11的搬运。

进一步地，所述设备主体1还包括惯导安装基座15，所述惯导安装基座15安装于所述车体11，所述光纤惯导21安装于所述惯导安装基座15。所述光纤惯导21可拆卸地安装于所述惯导安装基座15，从而能够减少在设备搬运的过程中所述光纤惯导21损坏，同时减少设备的搬运重量，便于后续的检修和维护。

进一步地，所述设备主体1还包括推杆16。所述基于惯导的轨道检测设备还包括工业平板4，所述推杆16的一端安装于所述车体11，所述推杆16的另一端具有一个平板支架161，所述工业平板4适于安装于所述平板支架161。

优选地，所述车体11的顶表面中间部位具有一个绞接卡扣111，所述推杆16的一端绞接于所述绞接卡扣111。所述工控机3安装于所述车体11的底板上。

进一步地，所述车体11的顶表面的中间位置进一步具有一个功能基座26，能够安装定制化的棱镜，能够安装定制化的高精密全站仪，以进一步矫正小车车体的坐标、水平、高程等。

优选地，所述设备主体1的所述行走轮12采用绝缘材料，举例但不限于，陶瓷。所述推杆16的把手安装有橡胶皮套。所述工业平板4的绝缘强度大于500MΩ，整个设备的绝缘大于1GΩ。从而能够最大程度保证人身安全和设备运行环境，防止因过电压对设备和人身造成伤害。

所述基于惯导的轨道检测设备还包括电池5，所述电池5安装于所述设备主体1，并且所述电池5电连接于所述光纤惯导21、所述里程编码器22、所述测距仪23、所述激光雷达24以及所述数据采集控制器25，用于向所述光纤惯导21、所述里程编码器22、所述测距仪23、所述激光雷达24以及所述数据采集控制器25供电。

所述基于惯导的轨道检测设备还包括电源分线盒6，所述电源分线盒6使用导轨固定。所述电池5和所述工控机3使用专用挡板嵌套。

优选地，所述光纤惯导21、所述电池5、所述工控机3、所述电源分线盒6分别采用可拆卸设计，以便于设备的搬运和检修。比如，能够在搬运基于惯导的轨道检测设备时，将电池5和所述光纤惯导21拆卸，由专人搬运，不仅能够减轻基于惯导的轨道检测设备的重量，还能够防止在搬运的过程中造成所述电池5和所述光纤惯导21损坏。所述工控机3和所述电源分线盒6采用可拆卸设计能够便于售后维护，当所述工控机3损坏时能够及时更换，保证测量的连续性。

优选地，所述电池5与所述光纤惯导21、所述里程编码器22、所述测距仪23、所述激光雷达24以及所述数据采集控制器25之间的供电线及各元件之间连接的通讯线缆均布置于电缆槽盒内，裸露于槽盒外的电缆使用缠绕管紧密包扎。

需要指出的是，所述工控机3、所述工业平板4、所述里程编码器22、所述测距仪23分别可拆卸地安装于所述设备主体1，能够便于设备的升级更新以及检修维护。还需要指出的是，本实用新型所提供的所述轨道检测设备是接插件开放的轨道检测设备。

进一步地，所述车体11的底板上设置有多个漏水孔，以防止所述车体11的安装槽内积水，同时减轻所述车体11的底板的重量，以减小基于惯导的轨道检测设备的整体重量。

需要指出的是，所述光纤惯导21、所述里程编码器22、所述测距仪23以及所述激光雷达24所采集的数据通过所述工控机3，设置轨检超限评判标准和测量控制设置，导入测试工程项目，生成轨道计划线参数，导入传感器标定值，经过整合得到轨距、水平、扭曲、高低、轨向、正矢等轨道几何平顺性评价参数以及相对中线坐标、报表等。

参考说明书附图3，所述工控机3的运行数据通过所述工控机3的MySQL数据库保存下来，用户可以对数据库进行新增、查询、更新、删除等操作，还可以以Excel报表的形式展示给用户，导入导出方便快捷，报表内容展示测量全部内容与平顺性超限报警信息。

所述基于惯导的轨道检测设备还包括数据传输单元8，所述数据传输单元8能够将所述工控机3所检测的数据传输以有线通讯的方式传输至所述工业平板4，良好地将数据处理的结果整合出来，所述工业平板4实时展示当前测量轨道几何平顺性评价，及时发现问题并予以解决。

参考说明书附图1，所述设备主体1进一步包括两个提手17，两个所述提手17分别安装于所述车体11的两端，以便于所述车体11的搬运。

参考说明书附图2，所述设备主体1还包括一组电源线192，所述电源线192的一端连接于所述电源分线盒6另一端通过开关195连接于所述电池5，经过所述电源分线盒6后被电连接于各用电元件。所述设备主体1还包括一组通讯线192，所述通讯线192的一端连接于所述工控机3另一端连接于所述数据传输单元8。所述设备主体1还包括一组电缆194，所述电缆194的一端连接于所述数据传输单元8，另一端连接于所述工业平板4。所述设备主体1还包括电缆槽盒191，所述电源线192、所述通讯线193以及所述电缆194分别收纳于所述电缆槽盒191。所述开关用于控制所述电池5与所述电源分线盒6之间的电连接的通断。

需要指出的是，在本优选实施例中，所述电源线192和所述通讯线193分别采用不同的颜色进行区分，以便于检修和维护。

参考说明书附图4和图5，在本优选实施例中，当“T”型轨道检测设备走直线段时，所述测距仪23测量的轨距为真实值；当所述轨道检测设备在曲线段行走时，右侧的侧壁梁在钢轨上变成了钢轨的一条弦，已知D为所述轨道检测设备的所述测距仪23测量得到的轨距，L为所述轨道检测设备的壁梁长度，那么X为轨距与所述轨道检测设备的测量值之差，即为所述轨道检测设备的所述测距仪23的测量误差。

取曲率半径最小值R＝300m，L＝400mm，取实际轨距为标准轨距为D＝1435mm，轨距误差分析有：

R²＝(R-X)²+(L/2)²

式中，求得X＝0.067mm。根据推理的本实用新型所提供的所所述基于惯导的轨道检测设备测量误差小于0.1mm，不存在如传统“T”型轨检检测设备假轨距问题，误差范围符合地铁规范标准。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于惯导的轨道检测设备，其特征在于，包括：

设备主体；

数据采集组件，包括光纤惯导、里程编码器、测距仪以及激光雷达，所述光纤惯导、所述里程编码器、所述测距仪以及所述激光雷达分别安装于所述设备主体；其中所述里程编码器用于测量设备主体的行驶数据；所述测距仪用于获取轨距数据；所述光纤惯导用于获取所述设备主体的姿态数据；所述激光雷达用于采集隧道界限数据；

工控机，所述工控机安装于所述设备主体，所述光纤惯导、所述里程编码器、所述测距仪以及所述激光雷达所检测的数据能够被传送至所述工控机，所述工控机能够基于所述光纤惯导、所述里程编码器、所述测距仪以及所述激光雷达的数据获得轨道检测数据。

2.根据权利要求1所述的基于惯导的轨道检测设备，其特征在于，还包括数据采集控制器，所述数据采集控制器分别通信连接于所述测距仪和所述工控机，所述数据采集控制器用于将所述测距仪所检测的数据转化为所述工控机可读的数据。

3.根据权利要求1所述的基于惯导的轨道检测设备，其特征在于，其中所述光纤惯导所获取的所述设备主体的姿态数据包括航向角、滚动角以及俯仰角。

4.根据权利要求1所述的基于惯导的轨道检测设备，其特征在于，其中所述设备主体进一步包括车体、一组行走轮以及一组测量轮，所述行走轮和所述测量轮分别安装于所述车体，所述行走轮连接于所述里程编码器；所述测量轮通过万向节连接于所述测距仪。

5.根据权利要求4所述的基于惯导的轨道检测设备，其特征在于，其中所述设备主体还包括安装于所述测距仪和所述测量轮之间的调节机构，所述调节机构用于调节测量轮之间的距离，以适应不同宽度的轨道。

6.根据权利要求4所述的基于惯导的轨道检测设备，其特征在于，其中所述设备主体还包括惯导安装基座，所述惯导安装基座安装于所述车体，所述光纤惯导可拆卸地安装于所述惯导安装基座。

7.根据权利要求4所述的基于惯导的轨道检测设备，其特征在于，其中所述设备主体还包括推杆，所述基于惯导的轨道检测设备还包括工业平板，所述推杆的一端铰接于所述车体，另一端具有一个平板支架，用于安装所述工业平板。

8.根据权利要求4所述的基于惯导的轨道检测设备，其特征在于，其中所述车体的顶表面的中间位置进一步具有一个功能基座，用于安装棱镜和/或全站仪。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的基于惯导的轨道检测设备，其特征在于，其中所述基于惯导的轨道检测设备还包括电池，所述电池可拆卸地安装于所述设备主体，并且电连接于所述光纤惯导、里程编码器、测距仪、激光雷达以及所述工控机。

10.根据权利要求7所述的基于惯导的轨道检测设备，其特征在于，还包括数据上传单元，所述数据上传单元通信连接于所述工业平板，用于将所述工控机的数据传送至所述工业平板。

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