[發(fā)明專利]一種衛(wèi)星導(dǎo)航與慣性測量組合軌道測量系統(tǒng)與方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310014507.8
• 申請(qǐng)日: 2013-01-15
• 公開（公告）號(hào): CN103207403A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓云飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 薩伏威（西安）導(dǎo)航技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G01S19/50
• 分類號(hào): G01S19/50;G01S19/49
• 代理公司: 西安西交通盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 61217
• 代理人: 陳翠蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于軌道檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用GPS、北斗、GLONASS、Galileo等衛(wèi)星導(dǎo)航與慣性測量組合系統(tǒng)檢測軌道外部幾何形狀及內(nèi)部不平順的系統(tǒng)與測量方法。?

背景技術(shù)

對(duì)于高速鐵路來說，軌道的外部幾何形狀及內(nèi)部高平順性是保證動(dòng)車的快速、平穩(wěn)、舒適、安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。保持軌道的高平順性是高鐵軌道養(yǎng)護(hù)的宗旨，對(duì)軌道不平順的精密檢測則是軌道維護(hù)工作的關(guān)鍵。目前高鐵對(duì)檢測設(shè)備所提出的嚴(yán)格要求已超出了傳統(tǒng)檢測設(shè)備的能力，檢測設(shè)備技術(shù)滯后已成為阻礙我國高速鐵路今后持續(xù)健康發(fā)展的一個(gè)瓶頸。?

多年來，國內(nèi)外都在積極開展靜態(tài)軌道不平順檢測技術(shù)、方法和設(shè)備的研究，目前以使用激光測量技術(shù)為主，但至今為止，收效甚微。激光測量技術(shù)是一種相對(duì)測量技術(shù)，需要依靠基準(zhǔn)點(diǎn)作為參照坐標(biāo)，最常用的檢測手段是，使用全站儀和CPIII控制點(diǎn)測量軌道上觀測點(diǎn)的絕對(duì)位置坐標(biāo)或相對(duì)位置坐標(biāo)，通過參考設(shè)計(jì)線路位置坐標(biāo)確定軌道的不平順。?

全站儀是一種精度較高的位置測量設(shè)備，但具有許多弊病。首先它的作用范圍有限，最長測量距離僅為100米左右，其次位置測量精度受到測量距離的影響，測量距離越大，位置精度就越低，同時(shí)受到外界環(huán)境和人為因素的影響也很大。使用激光技術(shù)測量軌道線路需要CPIII控制網(wǎng)配合使用，CPIII控制網(wǎng)建設(shè)和維護(hù)成本要遠(yuǎn)大于測量成本，同時(shí)也增加了工作量，降低了測量速度和測量精度。另外，若要依靠位置測量確定軌道不平順，還需依靠設(shè)計(jì)線路作為檢測基準(zhǔn)。使用這種方式只能確定軌道在位置上的絕對(duì)偏差或相對(duì)偏差，不是真正意義上的不平順。這些偏差往往要大于實(shí)際軌道的不平順，大幅度地增加了軌道維護(hù)工作的成本和難度，甚至?xí)稣{(diào)軌范圍，無法達(dá)到應(yīng)有的維修效果。?

目前存在許多測量軌道不平順的方法，例如，弦測法、長弦測量法、慣性基準(zhǔn)法和絕對(duì)測量法等。除了絕對(duì)測量法外，其它測量法均屬于相對(duì)測量法，以測量位移或位置偏差為手段。因?yàn)橄鄬?duì)測量法僅考慮軌道局部的內(nèi)部幾何狀態(tài)，不考慮全局的外部幾何形狀，也就不能區(qū)分測量數(shù)據(jù)中的設(shè)計(jì)信息和非設(shè)計(jì)信息，軌道不平順屬于非設(shè)計(jì)信息中的一部分。因此，使用位移測量方法是不能準(zhǔn)確測量軌道不平順的。相對(duì)測量只能保證短波不平順的準(zhǔn)確性，不能保證長波不平順的準(zhǔn)確性。絕對(duì)測量法的特性則相反，它雖然可以較為準(zhǔn)確地測量軌道的絕對(duì)不平順，但是相對(duì)不平順，特別是短波的不平順的測量結(jié)果是不夠準(zhǔn)確的。?

傳統(tǒng)檢測方法都是以位置測量和位置對(duì)比為手段的。因?yàn)槊總€(gè)測量點(diǎn)位置信息彼此是獨(dú)立的，所有位置測量數(shù)據(jù)之間缺乏相關(guān)性，因而很難共同處理。軌道不平順描述的是一種線路形狀變化屬性，與位置無關(guān)，也是位置測量數(shù)據(jù)中所不包含的信息。所以，人們無法直接從位置測量數(shù)據(jù)中提取不平順數(shù)值，僅能依靠幾何函數(shù)和參考數(shù)據(jù)進(jìn)行近似模擬，幾何函數(shù)同時(shí)處理多個(gè)測量點(diǎn)位置信息的能力十分有限，準(zhǔn)確度和精度都會(huì)隨著處理數(shù)據(jù)的增大而降低，這是為什么傳統(tǒng)檢測方法無法精確測量軌道不平順的根本原因。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種衛(wèi)星導(dǎo)航與慣性測量組合軌道測量系統(tǒng)與方法，本發(fā)明利用航空導(dǎo)航測量系統(tǒng)——雙天線GPS慣性測量組合設(shè)備和單軌測量小車，以100Hz的速率，實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道全方位信息的實(shí)時(shí)測量和數(shù)據(jù)記錄，然后使用后處理軟件對(duì)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行離線處理，計(jì)算有關(guān)軌道線路的外部幾何信息，如位置，線型和線型參數(shù)，以及軌道內(nèi)部幾何信息，如軌向不平順、高低不平順、水平不平順和三角坑等，生成檢測結(jié)果報(bào)表和提供軌道維修方案。?

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。?

一種衛(wèi)星導(dǎo)航與慣性測量組合軌道測量系統(tǒng)，包括測量單元和數(shù)據(jù)后處理單元，所述測量單元包括兩個(gè)獨(dú)立的衛(wèi)星導(dǎo)航與慣性測量組合設(shè)備，該兩個(gè)測量設(shè)備分別安放在兩根單軌上，通過牽引設(shè)備牽引兩個(gè)獨(dú)立的衛(wèi)星導(dǎo)航與慣性測量組?合設(shè)備沿鋼軌平穩(wěn)運(yùn)行，用于在線連續(xù)測量設(shè)備沿雙軌運(yùn)行時(shí)的幾何信息和物理信息，實(shí)時(shí)記錄原始數(shù)據(jù)，并將該原始測量數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)后處理單元進(jìn)行離線處理。?

本發(fā)明設(shè)備所述進(jìn)一步的特征在于：?

所述牽引設(shè)備為一便攜式軌道牽引小車，包括側(cè)部敞開的車廂、車廂底部設(shè)置雙軌輪，在車廂內(nèi)設(shè)有動(dòng)力系統(tǒng)、操縱機(jī)構(gòu)和載人座位。?

所述衛(wèi)星導(dǎo)航與慣性測量組合設(shè)備為一單軌式測量小車，包括一個(gè)與單軌非接觸的雙天線GPS慣性測量中心、置于其兩側(cè)通過主板連接的一對(duì)車輪組，以及位于車輪組兩側(cè)的一對(duì)GPS天線。?

所述一對(duì)GPS天線通過天線支架與單軌非接觸性連接，天線支架上設(shè)有與便攜式軌道牽引小車相連的拉環(huán)。?