[發明專利]基于絕對坐標測量參考系的軌道參數測量裝置及其方法

有效

• 申請號: 201110178497.2
• 申請日: 2011-06-29
• 公開（公告）號: CN102358325A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 伍啟天;季育文;馬世宏;龔軍
• 申請（專利權）人: 株洲南車時代電氣股份有限公司;株洲時代電子技術有限公司
• 主分類號: B61K9/08
• 分類號: B61K9/08;G01B11/00
• 代理公司: 株洲市奇美專利商標事務所 43105
• 代理人: 張繼綱

技術領域

本發明涉及一種軌道參數測量裝置及其方法，尤其是涉及一種基于絕對坐標測量參考系的鐵路機車軌道參數測量裝置及其方法。

背景技術

由于受承載的列車運動影響，鐵路軌道會逐漸偏移，沉降，鐵軌的靜態曲線參數也會隨時間逐漸發生變化，當軌道的曲線參數變化范圍超出一定的容許值時，就會對列車運行的平穩性帶來影響，甚至有可能造成列車的脫軌、傾覆等嚴重事故，為了精確控制軌道曲線參數，必須精確測量軌道的曲線形狀與曲線在大地坐標中的空間坐標值，但由于技術水平所限，在實際工程應用中，能較好的對軌道曲線形狀進行測量(稱為軌道曲線參數相對測量)，但對軌道的曲線空間坐標值測量難度較大(稱為軌道曲線參數絕對測量)。

對軌道的曲線空間坐標值測量，目前存在幾種技術方法，常見的軌道參數測量方法主要有：

1、差分GPS測量方法，利用全球定位系統測量軌道在大地坐標系中的絕對坐標；

2、全站儀法，該方法首先在鐵軌沿線建設一個測量控制基準網，再將全站儀架設與地面上，通過觀測控制基準網中控制點的坐標，解算出全站儀的大地絕對坐標，全站儀再去測量一個沿著鐵軌運動的小車的坐標，通過小車的坐標就可以計算出鐵軌曲線的參數。

現有的軌道的曲線空間坐標值測量方法普遍存在的問題是測量速度慢，效率低下，為了保證測量結果的精度，GPS數分鐘才能測量出一個點，然后對點的數據進行擬合得出整個曲線參數，而全站儀則必須每兩百米到三百米執行一個耗時長達數十分鐘的設站過程，單點測量時間也需數秒，因而整體效率難以有效提高。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于絕對坐標測量參考系的軌道參數測量裝置及其方法，能夠克服現有技術測量速度慢，效率低下，測量結果精度低的技術問題，在保證測量精度的前提下，有效地提高了測量效率。

本發明具體提供了一種基于絕對坐標測量參考系的軌道參數測量裝置的具體實施方式，一種基于絕對坐標測量參考系的軌道參數測量裝置，包括：

一個小車平臺，小車平臺沿鐵軌軌道運動，用于安裝軌道參數測量所需的設備；

一個慣性測量裝置，安裝于小車平臺之上，用于測量小車空間三個正交方向軸上的轉角運動量及加速度變化量；

一個三維激光掃描儀，安裝于小車平臺之上，用于測量出特定反射物相對于三維激光掃描儀原點的空間位置坐標值；

一個固定點及標記點觀測系統，用于小車初始空間位置的定位；

一個軌距測量裝置，安裝于小車平臺之上，用于測量小車平臺當前所處位置處鐵軌的軌距參數；

一臺姿態及曲線參數計算機，用于根據慣性測量裝置和三維激光掃描儀的測量值計算軌道的曲線參數。

作為本發明一種基于絕對坐標測量參考系的軌道參數測量裝置進一步的實施方式，慣性測量裝置包括三軸的高精密陀螺儀與加速度計。

作為本發明一種基于絕對坐標測量參考系的軌道參數測量裝置進一步的實施方式，軌道參數測量裝置包括固定點系統，固定點系統位于小車平臺之外的軌道沿線，包括一個或多個大地坐標固定的測量點。

作為本發明一種基于絕對坐標測量參考系的軌道參數測量裝置進一步的實施方式，固定點系統中的一個或多個大地坐標固定的測量點大地坐標已預先測定，固定點插入一個反射棱鏡或反射銷，用于三維激光掃描儀對目標進行判別，對于每一個大地坐標固定的測量點，存在一個唯一對應的標記點。

作為本發明一種基于絕對坐標測量參考系的軌道參數測量裝置進一步的實施方式，姿態及曲線參數計算機包括慣性測量裝置測量量與三維激光掃描儀測量量的耦合方程組解算模塊，耦合方程組解算模塊依據慣性測量裝置的測量量與三維激光掃描儀的測量量，建立一個耦合方程組，求解出小車空間姿態，得出三維激光掃描儀的原點在大地坐標系中的運動軌跡。

作為本發明一種基于絕對坐標測量參考系的軌道參數測量裝置進一步的實施方式，耦合方程組解算模塊包括Kalman(卡爾曼)濾波模塊。

一種利用上述基于絕對坐標測量參考系的軌道參數測量裝置進行軌道參數測量的方法，該方法包括以下步驟：

S101：將小車平臺放置于需測量的鐵軌軌道上，開進至所需測量的第一個標記點處，固定點及標記點觀測系統執行一個觀測動作，將小車平臺與標記點對齊，通過小車平臺結構上的幾何關系求出三維激光掃描儀的坐標系原點在大地坐標系中的坐標；

S102：三維激光掃描儀掃描標記點所對應的下一對固定點，求出它們在三維激光掃描儀坐標系中的坐標數據，同時記錄慣性測量裝置當前值作為耦合方程組的初始值；