[發明專利]一種GPS軌道不平順檢測系統及其檢測方法

有效

• 申請號: 201010230227.7
• 申請日: 2010-07-19
• 公開（公告）號: CN102337710A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 韓云飛
• 申請（專利權）人: 西安奧通數碼科技有限公司
• 主分類號: E01B35/00
• 分類號: E01B35/00
• 代理公司: 西安西交通盛知識產權代理有限責任公司 61217
• 代理人: 黃瑞華

技術領域：

本發明屬于軌道檢測領域，涉及一種GPS軌道檢測裝置及其檢測方法，尤其是一種GPS軌道不平順檢測系統及其檢測方法。

背景技術：

軌檢車、精簡小車、軌檢小車、弦線和道尺是目前測量軌道不平順的主要設備。由于各種自身的原因，使傳統測量設備的精度受到限制而無法實現對高鐵無碴軌道進行快速、有效的檢測。

軌檢車雖然可以快速檢測軌道，但需要使用眾多的慣性傳感器來完成各項檢測任務、結構復雜、操作繁復，需要培訓專業人員進行測量。因為存有偏移誤差，軌檢車所能檢測軌道不平順的波長和測量精度都有限，僅能作為日常測量后的驗證使用，因造價高，全國僅配備有十幾臺機組，無法滿足對全國8.6萬公里軌道的檢測需求。

精簡小車是唯一符合高鐵軌道對檢測精度要求的測量設備，所能達到的測量精度較高，約1.4毫米，但因其主要采用全站儀測量軌道外部幾何狀態，對測量環境條件，如溫度、濕度、光線、能見度、風速等要求很高，同時，由于全站儀自身是相對測量設備，不帶有固定的參照系統，需要借助鐵路工程測量網的幫助，對眾多的CPIII參照點的觀測，以確定軌道外部幾何狀態，因而費時費力，操作極為復雜，測量速度和效率都很低，同樣不能滿足對既有軌道的檢測要求，僅適用于鐵路建設施工的標定和驗收。另外，精檢小車的價格十分昂貴，每臺高達130萬元人民幣。

目前工務部門多用軌檢小車對軌道進行日常測量，然而絕大部分軌檢小車的檢測任務都是針對傳統有碴軌道的檢測精度和周期，其測量精度無法滿足高鐵軌道的要求，存在測量速度慢、需要在線停頓打點、精度不高、測量波長有限等缺點。

還有一些沒有配備機械化檢測設備的偏遠小站，只能使用最為原始和落后的弦線和道尺對軌道不平順進行測量。這兩種工具測量速度最慢、并且是由肉眼讀出數據，受人為因素的影響較大，測量精度低，不能量化和信息化管理，根本不適合對高速鐵路的檢測。

從表面上看，影響各種軌道檢測設備測量精度的因素各有不同，但實際上，它們存在著幾個共有而常被人們所忽視的因素，比如，所有設備的主要測量對象僅限于線路中某一點或若干點的幾何位置，而不是整軌道條線路本身，另外，所使用的測量方法中沒有建立完美測量標準線路的能力，如弦測法和慣性基準法。這是由目前所使用的測量理論和方法本身的局限性所造成的。

經過分析，我們將影響軌道檢測設備精度的主要原因歸納為以下幾點：

1.測量理論上的局限性

理論上講，軌道測量實屬于線路測量，更確切地說，是對平滑曲線的測量?？蓚鹘y的測量理論是不能對平滑曲線進行完美描述的，因此也就不具備處理平滑曲線的能力。目前所廣泛使用的測量理論都是基于直角坐標系對線路的位置進行描述和處理的，其主要方法是：首先對若干個點進行位置觀測，然后將這些點的位置坐標標入到一個直角坐標系中，再將這些點與點按順序用直線相連，組合成一條連線作為被測線路進行計算處理。用這種方法所組成連線，實際上不是平滑曲線，而只是一條折線。因此，無論測量點的數目有多少，用此方法所組成的連線與實際軌道曲線總是存在著差別的，影響被測軌道的精度。

平滑曲線是有方向性的，因為曲線上每一個觀測點的方向都指向下一個臨近點的位置。因為平滑曲線本身是連續的，下一個臨近點與它的觀測點是無限接近的。這說明，失去了曲線的方向，也失去了曲線上點與點之間的幾何關系。直角坐標系是沒有表示方向的能力的，這就是在直角坐標系中是無法對軌道進行完整的描述的根本原因。

如果要想準確測量軌道，首先就必須考慮如何準確描述平滑曲線。

我們對平滑曲線進行一個定義：平滑曲線是一條除兩個端點外在位置上和方向上保持有唯一和連續特征的連線。位置上的唯一性和連續性保證了曲線本身在幾何位置上是一條連續的，不存著錯位或斷點的連線；而方向上的唯一性和連續性則保證了連線中不存在著拐點和交點；

對于軌道來說，交點表示里程中的某一位置存在多個交叉軌道(此情況不考慮道岔)，錯位表示里程中在某點上有兩根軌道，斷點表示里程中在某一點上沒有軌道，而拐點則指里程上存在一個軌道折點。顯而易見，對于軌道來說，這幾種情況都是不應該存在的，也就是說，軌道上任意一點的位置和方向都是唯一和連續的，因此可以說，軌道是一條平滑曲線。使用直角坐標系，僅使用位置測量和處理方法對軌道進行測量是不適宜的。

2.測量方法上的局限性