TWM561633U - 軌道線型量測儀 - Google Patents

Abstract

本創作有關於一種軌道線型量測儀，其包含有一處理器；一慣性測量單元(Inertial measurement unit, IMU)，係電性連接處理器，用以紀錄軌道的動態三軸轉角與加速度；一線雷射掃描儀，係電性連接處理器；以及一GPS感測器，係電性連接處理器；藉此，能夠量測出軌道鋼軌的偏移量，並由慣性測量單元知道偏移發生時的轉角以及加速度數據。

Description

軌道線型量測儀

本創作係有關於一種軌道線型量測儀，尤其係指一種用於鐵路軌道的量測系統，可以量測到軌道鋼軌之五大線型的數據，對於經常乘受高速且大重量的軌道，能夠藉由量測得知其目前的使用狀況是否良好，以判斷是否需要維修或是進行替換，確保列車行駛時的安全。

鐵路運輸又稱軌道運輸，傳統上，通常是指一種以具有輪子的車輛沿鐵路軌道運行，以達到運送旅客或貨物的陸上運輸方式，隨著科技的進步，亦有非使用車輪的運輸形式，例如磁浮列車、纜車等，不過該等形式仍需要沿著固定的軌道才能行動。

按，一般最常見的鐵路軌道即為鐵路列車，一般俗稱火車，通常係由多節車廂所組成，可以載運乘客或是貨物，早期藉由燃燒煤炭作為動力來源，稱為蒸汽火車，現代火車基本上不使用火力，而是將電作為動力，以驅動火車，臺灣最為常見的鐵路即有分為普通鐵路及高速鐵路，兩者皆為民眾時常搭乘的大眾運輸工具，係往返城市之間相當重要的交通工具；其他土地面積更大的國家，更需要這種鐵路運輸系統以連接起各鄉鎮或城市，讓物資或乘客可以迅速的送達到目的地。

而鐵路運輸系統中最重要的除了列車本身之外，就是鐵路軌道，軌道通常由兩條以上平衡的鋼軌組成，常見的鐵路軌道通常會先鋪上一層道碴，即碎石頭，壓實後放上枕木以及鋼鐵製成的鋼軌，枕木的功用是把鋼軌的重量分開散布，和保持路軌固定，維持鋼軌間的軌距，道碴則能夠為軌道提供彈性及排水功能，並且減低列車經過時所帶來的震動及噪音，使得乘客的乘坐舒適程度增加。

在一天的時間中，一段鐵路可能要乘受數十個班次甚至百個班次的列車經過，列車高速行駛下會伴隨著龐大的震動，而在每天大量的使用下，鋼軌也就會逐漸地磨耗，甚至環境的溫度以及濕度都會造成鋼軌有些微扭曲及變形，許多肉眼看不出的損壞，都有可能會導致列車出軌的意外發生，進而造成車上乘客們的重大傷亡，也會嚴重延誤後續鐵路班次的時間，亦可能會再影響平面道路的交通，因此，可知軌道之鋼軌係需要檢測與維修，才能確保列車行駛途中的安全，但每次的檢測皆需要耗費相當的人力，亦可能係定期的檢查，並不能隨時得知軌道鋼軌目前的狀況。

爰此，如何能夠隨時監測鐵路之鋼軌的使用狀況，隨時判斷鋼軌是否需要進行維修或更換，以確保列車行駛以及乘客的最大安全，此即為創作人鑽研思及之方向。

今，創作人即是鑑於上述現有之軌道量測方式於實際實施使用時仍具有多處缺失，於是乃一本孜孜不倦之精神，並藉由其豐富專業知識及多年之實務經驗所輔佐，而加以改善，並據此研創出本創作。

本創作主要目的為提供一種用於鐵路軌道的量測系統，可以量測到鋼軌之五大線型的數據，包含有軌距、超高、弧面高低、軌道方向以及平面性，對於經常乘受高速且大重量的軌道，能夠藉由量測得知其目前的使用狀況是否良好，以判斷是否需要維修或是進行替換，確保列車行駛時的安全。

為了達到上述實施目的，本創作一種軌道線型量測儀，其包含有一處理器；一慣性測量單元(Inertial measurement unit, IMU)，係電性連接處理器，用以紀錄軌道的動態三軸轉角與加速度；一線雷射掃描儀，係電性連接處理器；以及一GPS感測器，係電性連接處理器。

於本創作之一實施例中，慣性測量單元係設置於鄰近鋼軌處，並與鋼軌接觸。

於本創作之一實施例中，線雷射掃描儀以及GPS係設置於距離鋼軌5~20公尺處。

於本創作之一實施例中，處理器選擇性電性連接一顯示介面模組。

本創作之目的及其結構功能上的優點，將依據以下圖面所示之結構，配合具體實施例予以說明，俾使審查委員能對本創作有更深入且具體之瞭解。

請參閱第一圖及第二圖，本創作一種軌道線型量測儀，其包含有一處理器(1)，可選擇性電性連接一顯示介面模組；一慣性測量單元(2)，係電性連接處理器(1)，用以紀錄軌道的動態三軸轉角與加速度；一線雷射掃描儀(3)，係電性連接處理器(1)；以及一GPS感測器(4)，係電性連接處理器(1)；其中，慣性測量單元(2)係設置於鄰近鋼軌處，線雷射掃描儀(3)以及GPS係設置於距離鋼軌5~20公尺處。

藉此，有接觸到軌道的慣性測量單元(2)能夠感測到列車經過時的軌道震動以及轉動角度，並將鋼軌所產生的慣性動作逐一紀錄，可搭配線雷射掃描儀(3)所量測出的軌道五種線型，得知偏移或誤差的發生時機。

此外，藉由下述具體實施例，可進一步證明本創作可實際應用之範圍，但不意欲以任何形式限制本創作之範圍。

實際操作時，整段軌道中，會間隔一段距離設置多組本創作軌道線型量測儀，由GPS感測器(4)定位出每個量測儀的位置， 且可從其中一個軌道線型量測儀之處理器(1)連接出一個顯示介面模組，檢視其他量測儀的鋼軌量測情形。

請參閱第一圖與第二圖，量測儀啟動時，慣性測量單元(2)以及線雷射掃描儀(3)即會開始進行感測或量測，設置在鋼軌上的慣性測量單元(2)，會將數據回傳至處理器(1)再進行相關數據的計算。

列車行經軌道時，會給鋼軌帶來龐大的震動而產生一個三軸的加速度，慣性測量單元(2)會測量此加速度並紀錄，已得知鋼軌的震動情形，又再紀錄鋼軌的三軸轉角角度，將軌道的慣性動作完整紀錄下來，作為日後查詢時可參考的資料。

線雷射掃描儀(3)掃描鋼軌之方式可以參考第三圖~第七圖，主要係掃描量測鋼軌的五種線型，第一種為軌距，即軌道中鋼軌間的距離，由其中一邊的鋼軌作為基準點，量測至另一邊鋼軌的距離，再看是否與原先設定的軌距數值有所誤差；第二種為超高，即為軌道中兩條鋼軌的高度是否有誤差，其放式係量測兩邊鋼軌的高度是否一致；第三種為弧面高低係指現代鋼軌通常為「工」字形，但其頂面並非為平面，而具有弧度，因此線雷射掃描儀(3)即量測此弧面的是否有誤差，係由弧面中的一點，取其到兩邊弧線以及頂點的距離，作為判斷的標準；第四種為軌道的方向量測，軌道亦有轉彎的部分，其量測方法類似於第三種弧面高低的量測，係量測出軌道路徑是否有所偏移；第五種為平面性的量測，此係量測軌道一段距離中是否有保持一定的平面，量測時係選擇四個點，取其中三個點，再去量測第四點，由四個點的數值比對即可知道，軌道之平面性是否良好，或是有所誤差。

由上述之實施說明可知，本創作與現有技術相較之下，本創作具有以下優點：

1.本創作軌道線型量測儀具有慣性測量單元，因此可紀錄軌道的動態三軸轉角與加速度，將列車經過時的軌道慣性動作完整紀錄下來，方便日後檢測出軌道有誤差時，可以知道當時軌道紀錄，以便維修人員作出更完善的修正措施。

2.本創作軌道線型量測儀具有線雷射掃描儀可分別掃描量測軌道的軌距、超高、弧面高低、軌道方向以及平面性五大線型，藉由雷射射線，知道鋼軌是否有變形或是偏移產生，以判斷軌道是否需要進行維修，以降低列車意外事故的發生，提供乘客高安全的行車環境。

綜上所述，本創作之軌道線型量測儀，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本創作亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出新型專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本創作之較佳實施例，非為限定本創作之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本創作之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本創作之設計範疇。

(1)‧‧‧處理器

(2)‧‧‧慣性測量單元

(3)‧‧‧線雷射掃描儀

(4)‧‧‧GPS感測器

第一圖：本創作其較佳實施例之系統方塊示意圖。

第二圖：本創作其較佳實施例之量測操作示意圖

第三圖：本創作其較佳實施例之軌距量測示意圖。

第四圖：本創作其較佳實施例之超高量測示意圖。

第五圖：本創作其較佳實施例之弧面高低量測示意圖。

第六圖：本創作其較佳實施例之軌道方向量測示意圖。

第七圖：本創作其較佳實施例之平面性量測示意圖。

Claims (4)

1. 一種軌道線型量測儀，其包含有： 一處理器； 一慣性測量單元(Inertial measurement unit, IMU)，係電性連接該處理器，用以紀錄動態三軸轉角與加速度； 一線雷射掃描儀，係電性連接該處理器；以及 一GPS感測器，係電性連接該處理器。
2. 如申請專利範圍第1項所述軌道線型量測儀，其中該慣性測量單元係設置於鄰近鋼軌處，並與鋼軌接觸。
3. 如申請專利範圍第1項所述軌道線型量測儀，其中該線雷射掃描儀以及GPS係設置於距離鋼軌5~20公尺處。
4. 如申請專利範圍第1項所述軌道線型量測儀，其中該處理器選擇性電性連接一顯示介面模組。