EA041026B1

EA041026B1 - METHOD FOR CONTINUOUS NON-CONTACT REGISTRATION OF RAIL TRACK GEOMETRY AND DEVICE FOR CONTINUOUS NON-CONTACT REGISTRATION OF RAIL TRACK GEOMETRY

Info

Publication number: EA041026B1
Application number: EA201900308
Authority: EA
Inventors: Мартин Бюргер
Original assignee: Плассер Энд Тойрер Экспорт Фон Банбаумашинен Гмбх
Priority date: 2017-02-07
Filing date: 2018-01-05
Publication date: 2022-08-30

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение касается способа бесконтактной регистрации геометрии рельсового пути с помощью рельсового транспортного средства, которое перемещается на ходовых рельсовых механизмах вдоль рельсового пути, при этом с помощью лазерного сканнера регистрируются данные профиля рельсового пути в его поперечной плоскости. Изобретение касается также рельсового транспортного средства для выполнения заявленного способа.The invention relates to a method for non-contact registration of the geometry of a track using a rail vehicle that moves on running rail mechanisms along the track, while using a laser scanner, the profile data of the track is recorded in its transverse plane. The invention also relates to a rail vehicle for carrying out the claimed method.

Уровень техникиState of the art

Для ремонта полотна железной дороги необходимо проведение регулярных контролей. Для этой цели выполняется через регулярные промежутки времени объезд рельсового пути устройством для измерения рельсового пути в виде измерительного рельсового транспортного средства, которое регистрирует геометрию рельсового пути, чтобы в заключение оценить эти замеры. Поскольку геометрия рельсового пути влияет непосредственно на динамику движения транспортного средства, проезжающего по рельсовому пути, являются эти замеры решающими для оценки безопасности рельсового пути. Рельсовые транспортные средства для измерения рельсового пути уже давно известны.For the repair of the railway track, regular inspections are necessary. For this purpose, a detour of the track is carried out at regular intervals by a track measuring device in the form of a measuring rail vehicle, which records the track geometry in order to finally evaluate these measurements. Since the track geometry directly affects the driving dynamics of a vehicle traveling on the track, these measurements are decisive for assessing the safety of the track. Rail vehicles for track measurement have been known for a long time.

Часто измерительные системы используются с механическими сенсорами, которые постоянно находятся в контакте с рельсовым путём с помощью подвижных ощупывающих точек. На основании подвижных сенсоров можно в последующем определять геометрию рельсового пути.Measuring systems are often used with mechanical sensors that are permanently in contact with the track by means of movable touch points. Based on the movable sensors, the geometry of the track can subsequently be determined.

Также известны из уровня техники измерительные средства с измерительными тросами, например, из патента EP 1020563 A1. Для измерения действительного положения рельсового пути замеряются для этого три измерительных точки на рельсовом пути с помощью ходовых рельсовых механизмов (измерительный вагон). Для выполнения измерений натягивается измерительный трос между передним и задним измерительным вагоном. С помощью среднего измерительного вагона определяется отклонение троса и, тем самым, определяется действительное положение рельсового пути. Благодаря находящимся в постоянном контакте с рельсовым путём сенсорам эти измерительные системы имеют ограниченное применение, прежде всего, при высоких скоростях.Measuring devices with measuring cables are also known from the prior art, for example from EP 1020563 A1. In order to measure the actual position of the track, three measuring points on the track are measured using running rails (measuring car). To perform measurements, a measuring cable is pulled between the front and rear measuring cars. With the aid of the middle measuring car, the deflection of the cable is determined and thus the actual position of the track is determined. Due to the sensors that are in constant contact with the track, these measuring systems are of limited use, especially at high speeds.

В патенте AT 514502 A1 описывается измерительная система, в которой используется для определения положения постоянной точки рельсового пути непрерывно перемещающийся вдоль рельсового пути вращающийся лазер. На основании расстояния до замеренной постоянной точки определяется замеренное с помощью рельсового транспортного средства действительное положение рельсового пути относительно заданного положения. В связи с необходимостью определения базовых точек на рельсовом пути связана эта измерительная система, однако, с огромными затратами.AT 514502 A1 describes a measuring system that uses a rotating laser continuously moving along the track to determine the position of a fixed point on a track. Based on the distance to the measured fixed point, the actual position of the track relative to the target position measured by the rail vehicle is determined. Due to the need to determine reference points on the track, however, this measuring system is associated with enormous costs.

Краткое описание изобретенияBrief description of the invention

В основе изобретения лежит задача - разработать улучшенный способ указанного выше типа по сравнению с уровнем техники. Другая задача состоит в том, чтобы предложить рельсовое транспортное средство для выполнения способа.The invention is based on the task - to develop an improved method of the type indicated above in comparison with the prior art. Another object is to provide a rail vehicle for carrying out the method.

В соответствии с заявленным способом эти задачи решаются с помощью способа благодаря признакам п. 1 формулы изобретения и рельсового транспортного средства согласно пункту 9 формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения описываются предпочтительные варианты выполнения изобретения.In accordance with the claimed method, these problems are solved using the method due to the characteristics of paragraph 1 of the claims and the rail vehicle according to paragraph 9 of the claims. The dependent claims describe preferred embodiments of the invention.

Согласно заявленному изобретению предусматривается, что с помощью вычислительного устройства оцениваются данные о профиле по отношению к относительному базису, заданному рельсовым транспортным средством, чтобы на основе этих данных определить положение центральной линии рельсового пути и/или рельса. Собственно оцениваются снятые с помощью лазерного сканнера данные профиля рельсового пути, чтобы на основании этих данных определить траекторию рельсового пути. При этом на рельсовом транспортном средстве задаётся соответствующий относительный базис. Таким образом, может почти каждое рельсовое транспортное средство использоваться для размещения на нём лазерного сканнера для измерения параметров рельсового пути.According to the claimed invention, it is envisaged that the profile data is evaluated with respect to a relative basis set by the rail vehicle using a computing device in order to determine the position of the center line of the track and/or rail on the basis of these data. The track profile data captured by the laser scanner is actually evaluated in order to determine the track trajectory based on these data. In this case, an appropriate relative basis is set on the rail vehicle. Thus, almost every rail vehicle can be used to carry a laser scanner to measure the parameters of the rail track.

В одном предпочтительном варианте выполнения заявленного изобретения предусматривается, что в качестве относительного базиса задаётся базовая плоскость, направленная на поворотные точки ходовых рельсовых механизмов и на лазерный сканнер, что на основании профильных данных определяется смещение базовой плоскости относительно точки, расположенной на кромке рельса, и что на сновании этих данных и расстояний между поворотными точками ходовых рельсовых механизмов и лазерного сканнера определяется закругление или же радиус закругления дуги рельсового пути. Для многих случаев применения оказывается достаточным относительный базис, образованный поворотными точками ходовых рельсовых механизмов, так что для выполнения способа не требуется других измерительных компонентов.In one preferred embodiment of the claimed invention, it is provided that a reference plane is set as a relative basis, directed to the turning points of the running rail mechanisms and to the laser scanner, that, based on the profile data, the displacement of the reference plane relative to the point located on the edge of the rail is determined, and that on Based on these data and the distances between the turning points of the running rail mechanisms and the laser scanner, the rounding or the radius of the rounding of the arc of the track is determined. For many applications, the relative basis formed by the turning points of the running rails is sufficient, so that no other measuring components are required to carry out the method.

В одном предпочтительном варианте выполнения заявленного изобретения предусматривается, что непрерывно регистрируется положение поворотных точек ходовых рельсовых механизмов по отношению к рельсам рельсового пути. Тем самым, определяются незначительные отклонения поворотных точек относительно центральной линии рельсового пути. Они могут, например, возникать в результате маятниковых движений или подпружинивания колёс. При регистрации геометрии рельсового пути приводит компенсация таких отклонений к повышенной точности.In one preferred embodiment of the claimed invention, it is provided that the position of the turning points of the running rail mechanisms with respect to the rails of the track is continuously recorded. Thus, slight deviations of the turning points relative to the center line of the track are determined. They can, for example, arise as a result of pendulum movements or wheel springs. When registering the geometry of the track, the compensation of such deviations leads to increased accuracy.

- 1 041026- 1 041026

При этом оказывается выгодным, если базовая плоскость задаётся как плоскость, проходящую через ось лазерного сканнера и через поворотные точки. В результате этого выполняется более простой и более быстрый расчёт положения рельсового пути.In this case, it turns out to be advantageous if the reference plane is defined as a plane passing through the axis of the laser scanner and through the turning points. This results in a simpler and faster track position calculation.

При этом предусматривается другое улучшение в том, что для каждого рельса определяется точка на кромке рельса и что в результате этого определяется смещение базовой плоскости относительно центральной оси рельсового пути. Смещение является очень просто определяемой величиной, из которой определяют через геометрические соотношения кривизну дуги рельсового пути.This provides another improvement in that for each rail a point on the edge of the rail is determined and that, as a result, the offset of the reference plane relative to the central axis of the track is determined. The offset is a very easily determined quantity from which the curvature of the track arc is determined via geometrical relations.

Получается предпочтительный другой вариант выполнения заявленного изобретения, если задаётся базовая плоскость рельсового пути, проложенная через несколько точек на кромке рельса, и если превышение высоты рельсового пути определяется на основании отклонения относительно базиса от этой базовой плоскости. Тем самым, на основании смещения относительной системы (например, вертикальная ось лазерного сканнера) относительно базовой плоскости может определяться простым образом превышение высоты рельсового пути с учётом наклона железнодорожного полотна.A preferred alternative embodiment of the claimed invention is obtained if a base plane of the rail track is specified, laid through several points on the edge of the rail, and if the height excess of the rail track is determined based on the deviation relative to the base from this base plane. In this way, based on the displacement of the relative system (eg the vertical axis of the laser scanner) relative to the reference plane, the excess height of the track can be determined in a simple way, taking into account the inclination of the railway track.

При этом получают преимущество в том, когда в качестве базовой плоскости задают вертикальную плоскость, проходящую симметрично между точками, расположенными на кромке рельса. Эта базовая плоскость перемещается непрерывно в направлении движения вместе с рельсовым транспортным средством и воспроизводит простым образом в данный момент положение рельсового пути по отношению к относительному базису.In this case, an advantage is obtained when the reference plane is set to a vertical plane passing symmetrically between points located on the edge of the rail. This reference plane moves continuously in the direction of travel together with the rail vehicle and reproduces in a simple way the current position of the rail track in relation to the relative reference.

Необязательно предусматривается, что определяют наклон железнодорожного полотна с помощью измерителя наклона. Таким образом, возможно точное определение превышение высоты рельсового пути при незначительных затратах на расчёты.It is optionally provided that the inclination of the railroad track is determined by means of an inclination meter. Thus, it is possible to accurately determine the excess height of the track with little effort for calculations.

Рельсовое транспортное средство в соответствии с заявленным изобретением для непрерывной бесконтактной регистрации геометрии рельсового пути включает в себя расположенный на рельсовом транспортном средстве лазерный сканнер для регистрации профильных данных рельсового пути в его поперечном направлении и вычислительное устройство, которое установлено для выполнения указанного выше способа. Подобное рельсовое транспортное средство поставляет с помощью простых средств точные результаты замеров, при этом также обычные рельсовые транспортные средства могут применяться в качестве измерительных транспортных средств.The rail vehicle in accordance with the claimed invention for continuous non-contact recording of the geometry of the rail track includes a laser scanner located on the rail vehicle for recording the profile data of the rail track in its transverse direction and a computing device that is installed to perform the above method. Such a rail vehicle delivers accurate measurement results by simple means, and conventional rail vehicles can also be used as measuring vehicles.

В предпочтительном варианте выполнения заявленного изобретения предусматривается, что лазерный сканнер выполнен конструктивно как элемент лазерной системы, используемой для других оценок результатов замеров. Для этого могут оборудоваться также уже выполненные с лазерными сканнерами рельсовые транспортные средства. Также и локомотивы, приводимые транспортные средства или вагоны могут использоваться для расположения лазерного сканнера для измерения рельсового пути.In a preferred embodiment of the claimed invention, it is envisaged that the laser scanner is designed as an element of a laser system used for other evaluations of measurement results. Rail vehicles already built with laser scanners can also be equipped for this. Also, locomotives, driven vehicles or wagons can be used to position a laser scanner to measure the track.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Заявленное изобретение поясняется ниже более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи. На чертежах схематически изображено:The claimed invention is explained below in more detail with reference to the accompanying drawings. The drawings show schematically:

на фиг. 1 - вид сбоку на рельсовое транспортное средство;in fig. 1 is a side view of a rail vehicle;

на фиг. 2 - показан вид сверху на дугу рельсового пути;in fig. 2 - shows a top view of the arc of the rail track;

на фиг. 3 - вид спереди на рельсовое транспортное средство на дуге рельсового пути;in fig. 3 is a front view of a rail vehicle on an arc of the track;

на фиг. 4 - вид спереди на рельсовое транспортное средство при превышении высоты рельсового пути.in fig. 4 is a front view of the rail vehicle when the track height is exceeded.

Описание вариантов выполнения изобретенияDescription of embodiments of the invention

На фиг. 1 изображено в упрощённом виде рельсовое транспортное средство 1 для непрерывной бесконтактной регистрации геометрии рельсового пути 2 с перемещающимися по рельсам 3 ходовыми рельсовыми механизмами 4, выполненными в форме поворотных платформ, и с опирающейся на них рамой 5 транспортного средства вместе с конструкцией 6. В центре на передней части конструкции 6 расположен на монтажной раме 7 лазерный сканнер 8. Рама 5 транспортного средства вместе конструкцией 6 образует платформу, с которой выполняются замеры лазерным сканнером 8. Лазерный сканнер 8 выполнен конструктивно выгодным образом как вращающий сканнер, который вращается вокруг оси 9 лазерного сканнера и ощупывает рельсовый путь 2 в вертикальном направлении относительно этой оси. Также может применяться направленный вниз линейный сканнер. На рельсовом транспортном средстве 1 располагается вычислительное устройство 10 для вычисления результатов измерения.In FIG. 1 shows in a simplified form a rail vehicle 1 for continuous non-contact registration of the geometry of the rail track 2 with running rail mechanisms 4 moving along the rails 3, made in the form of turntables, and with the frame 5 of the vehicle resting on them, together with the structure 6. In the center, the front of the structure 6 is located on the mounting frame 7 laser scanner 8. The frame 5 of the vehicle together with the structure 6 forms a platform from which measurements are taken by the laser scanner 8. The laser scanner 8 is designed in a constructively advantageous way as a rotating scanner that rotates around the axis 9 of the laser scanner and probes track 2 in the vertical direction about this axis. A downward-facing line scanner may also be used. A computing device 10 is located on the rail vehicle 1 for calculating the measurement results.

Необязательно могут располагаться на ходовых рельсовых механизмах 4 другие измерительные устройства (например, направленный на рельсы 3 линейный лазерный сканнер), чтобы регистрировать незначительные движения поворотных точек 13 относительно рельсового пути 2. С помощью выполненных вычислительным устройством 10 расчётов эти зарегистрированные движения компенсируются.Optionally, other measuring devices (for example, a line laser scanner directed at the rails 3) can be located on the running rail mechanisms 4 in order to register minor movements of the turning points 13 relative to the track 2. With the help of calculations performed by the computing device 10, these registered movements are compensated.

На фиг. 2 показано в упрощённом виде рельсовое транспортное средство 1 на дуге рельсового пути 11. В качестве относительного базиса 12 выполнена базовая плоскость на лазерном сканнере 8 и на поворотных точках 13 ходовых рельсовых механизмов 4. На виде сверху показана базовая плоскость при отсутствии наклона транспортного средства как продольная центральная линия, проходящая через точки поворота 13 и ось 9 лазерного сканнера. С помощью вращающегося лазерного луча лазерного сканнера 8 регистрируются профильные данные рельсового пути в регистрирующей плоскости 15 рельсового путиIn FIG. 2 shows in a simplified form a rail vehicle 1 on an arc of the track 11. As a relative basis 12, a reference plane is made on the laser scanner 8 and on the turning points 13 of the running rail mechanisms 4. The top view shows the reference plane in the absence of a tilt of the vehicle as a longitudinal the center line passing through the pivot points 13 and axis 9 of the laser scanner. With the help of the rotating laser beam of the laser scanner 8, profile data of the rail track is recorded in the recording plane 15 of the rail track.

--

Claims

2 extending perpendicular to the reference plane. In this recording plane 15, the internal point 16 on the edge of the rail of the corresponding rail 3 is felt.

The computing device 10 recognizes, by means of simple calculation methods, as pattern recognition in the recorded profile data, the typical cross-section of the rails and determines, using the example of points 16 located on the edge of the rail, the position of the center line 17 of the rail track. For example, a certain coordinate system is defined with the base plane and the registration plane 15 in order to accumulate the registered points using the values of these coordinates. The next step is to determine the offset 18 with respect to the relative basis 12 relative to the Central line 17 of the track. In the simplest case, this turns out to be the horizontal distance between the base plane and the center line 17 of the track along the recording plane 15.

The combination of the longitudinal center line with offset 18 is used here as a measuring cable in combination with a sag arrow to determine the curvature or radius of curvature of the arc 11 of the track. This applies the geometric relationship between the rounding, the offset and the remaining distances 19, 20 between the turning points 13 and the laser scanners 8.

In FIG. 3 shows a front view of a rail vehicle 1 with a centrally positioned laser scanner 8 as it travels along a curved track. The profile of the track on the registration plane 15 is made in solid lines. Thin dash-dotted lines depict the running rail mechanism 4 on the plane located behind it. The reference plane 12 passes through the laser scanner 8 and turning points 13 as a relative basis 12. The registered points 16 on the rail edge determine the horizontal plane 21 of the rail track 2. The vertical reference plane 14 is set symmetrically between the points 16 on the rail edge. 2, the laser scanner 8 is located exactly above the center line 17 of the rail track and, based on the profile data, the displacement 18 of the base plane relative to the vertical reference plane 14 is calculated.

In FIG. 4 shows a rail vehicle 1 in a section 22 exceeding the height of the track. Exceedings 22 of the height of the rail track are clearly limited by the arc 11 of the rail track, since the structure 6 of the rail vehicle 1 has an inward tilt due to the springing of the turntables 4. In the design example, the reference plane (relative basis 12) is tilted by an angle of inclination 23. This angle of inclination is 23 and the position of the inclined axis 24 are set at low speeds depending on the elevation of the track, since dynamic influences may not be taken into account. This also sets the tilt-induced displacement 18 along the horizontal plane 21.

To determine the elevation 22 of the track height, the inclination of the structure 6 is first determined. This is done, for example, by evaluating the profile data, in which case the instantaneous inclination angle of the laser scanner 8 is obtained from the distortion of the track profile. additional tilt sensor. In the computing device 10, the predetermined inclinations 23 are accumulated in relation to the elevation 22 of the track height in the form of tables or functions. By adjusting with the calculated slope, the immediately resulting elevations of the track can be determined.

If, with the inclination of the structure 6, the calculated displacement 18 does not correspond to the displacement given due to the presence of the inclination, then this fact should be attributed to the existing arc 11 of the track. To calculate the curvature of the track 2, the difference between the resulting offset 18 and the specified offset due to the inclination is then used.

CLAIM

1. A method for continuous non-contact registration of the geometry of a rail track (2) using a rail vehicle (1), which includes a computing tool (10) with a laser scanner (8) and which moves on running rail mechanisms (4) along the rail track ( 2), while using a laser scanner (8) the profile data of the rail track (2) is provided, taken in the transverse plane of the rail track, characterized in that using a computing device (10) the profile data is evaluated in relation to the relative basis (12) given on the rail vehicle (1) in order to determine the position of the center line (17) of the track and/or rail.

2. The method according to claim 1, characterized in that the relative plane is set as the relative basis (12), passing through the turning points (13) of the running rail mechanisms (4) and along the laser scanner (8), which is determined based on the profile data displacement (18) of the relative plane with respect to the point (16) on the edge of the rail and that based on this and based on the distances between the turning points (13) and the laser scanner (8) the rounding of the arc (11) of the rail track is calculated.

-