[發(fā)明專利]一種鐵路檢測車平臺(tái)晃動(dòng)的光電動(dòng)態(tài)測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610484014.4
• 申請日: 2016-06-28
• 公開（公告）號(hào): CN106114553B
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于起峰;張紅良;尚洋;張小虎;楊夏
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): B61K9/08
• 分類號(hào): B61K9/08
• 代理公司: 湖南省國防科技工業(yè)局專利中心43102
• 代理人: 馮青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及軌道交通動(dòng)態(tài)監(jiān)測、檢測車平臺(tái)晃動(dòng)光電測量領(lǐng)域，具體涉及一種高速鐵路檢測車平臺(tái)晃動(dòng)的光電動(dòng)態(tài)測量方法。本發(fā)明方法利用檢測車上光電設(shè)備動(dòng)態(tài)測量檢測車平臺(tái)相對(duì)鐵軌的晃動(dòng)，高精度得到檢測車平臺(tái)/鐵軌相對(duì)位姿，可建立檢測車平臺(tái)設(shè)備與鐵軌的相對(duì)關(guān)系，為利用軌檢車高精度測量高速鐵路鐵軌幾何參數(shù)、鐵路基礎(chǔ)沉降提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

背景技術(shù)

鐵路檢測車是動(dòng)態(tài)測量鐵路幾何參數(shù)的設(shè)備，但現(xiàn)有的各種鐵路檢測車均存在一定局限性，具備絕對(duì)沉降測量能力的軌檢小車采用手推模式，作業(yè)效率低，且嚴(yán)重依賴高速鐵路工程測量平面控制網(wǎng)；速度較快的綜合檢測車只能測量軌道相對(duì)不平順，不能檢測鐵路基礎(chǔ)的絕對(duì)沉降。鐵路橋梁與路基的絕對(duì)沉降量監(jiān)測需要達(dá)到2-5毫米測量精度的高要求，目前國際國內(nèi)沒有車載自動(dòng)高速動(dòng)態(tài)測量達(dá)到此精度的方法和手段。利用鐵路檢測車測量如此高精度的沉降量，除運(yùn)動(dòng)平臺(tái)自身位置姿態(tài)的高精度測量外，還需高精度測量和補(bǔ)償檢測車平臺(tái)相對(duì)鐵軌的晃動(dòng)。

光電測量是利用光電子器件對(duì)各種物理量進(jìn)行測量的技術(shù)。基于激光、攝像等光電測量手段可以動(dòng)態(tài)測量物體的位移、位置、姿態(tài)等變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)晃動(dòng)的測量。本發(fā)明給出一種基于激光攝像的高精度動(dòng)態(tài)測量方法，測量鐵路檢測車平臺(tái)的晃動(dòng)，為鐵路檢測車實(shí)現(xiàn)高精度測量提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種鐵路檢測車平臺(tái)晃動(dòng)的光電動(dòng)態(tài)測量方法，利用安裝在檢測車設(shè)備平臺(tái)上的多套鐵軌位移精密光電測量系統(tǒng)聯(lián)合工作，可以得到鐵軌上多個(gè)點(diǎn)處的相對(duì)位移，實(shí)現(xiàn)軌面和測量平臺(tái)相對(duì)位置和姿態(tài)信息動(dòng)態(tài)測量。

（1）檢測車平臺(tái)動(dòng)態(tài)晃動(dòng)測量

由于檢測車具有減震系統(tǒng)，檢測車在運(yùn)動(dòng)中會(huì)引起底盤振動(dòng)和晃動(dòng)，因此為利用檢測車精確得到鐵軌本身的基礎(chǔ)沉降和幾何參數(shù)，必須測量車載設(shè)備平臺(tái)相對(duì)鐵軌的位置、姿態(tài)變化，補(bǔ)償檢測車平臺(tái)晃動(dòng)的影響。

在檢測車多個(gè)位置上安裝多套高精度位移光電測量系統(tǒng)1，這些位置分別在兩根鐵軌的正上方，能夠測量這些位置上車載設(shè)備平臺(tái)2相對(duì)鐵軌3對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位移，利用這些點(diǎn)的數(shù)據(jù)計(jì)算車載設(shè)備坐標(biāo)系和鐵軌平面的相對(duì)位姿關(guān)系。在檢測車行駛中，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量車載設(shè)備坐標(biāo)系相對(duì)鐵軌平面的位姿關(guān)系，實(shí)現(xiàn)檢測車平臺(tái)的晃動(dòng)動(dòng)態(tài)測量和補(bǔ)償。

（2）光電測量系統(tǒng)

由于測量精度要求高，本發(fā)明的光電測量系統(tǒng)由線激光器4、點(diǎn)激光器5和攝像機(jī)6組成，采用高精度點(diǎn)激光位移測量技術(shù)與線激光位移輪廓三角測量技術(shù)相結(jié)合的精密光電位移測量方法。車輛是高速動(dòng)態(tài)運(yùn)行的，其底盤的振動(dòng)、晃動(dòng)無法避免，因而點(diǎn)激光三角反射式位移傳感器在軌道表面的投射測量激光點(diǎn)的位置也是動(dòng)態(tài)改變的。鐵軌的表面是個(gè)弧面，位移傳感器投射的激光點(diǎn)在軌面位置的變化可能帶來位移測量值幾十甚至上百微米的變化。本發(fā)明光電測量系統(tǒng)高精度測量激光點(diǎn)的位移，利用線激光三角測量得到鐵軌截面輪廓，根據(jù)點(diǎn)激光與線激光的圖像關(guān)系確定激光點(diǎn)在軌面輪廓上的位置。系統(tǒng)可達(dá)到微米的位移測量精度，從而實(shí)現(xiàn)檢測車平臺(tái)相對(duì)鐵軌的毫米或亞毫米級(jí)位置和角秒級(jí)姿態(tài)的高精度測量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：

1）本發(fā)明方法解決了鐵路檢測車平臺(tái)相對(duì)鐵軌晃動(dòng)的高精度動(dòng)態(tài)測量難題，具有測量精度高、速度快的優(yōu)點(diǎn)。

2）本發(fā)明方法為鐵路檢測車提供了一種重要關(guān)鍵技術(shù)，配合車載高精度測量系統(tǒng)，鐵路檢測車可用于快速、高精度監(jiān)測鐵路基礎(chǔ)沉降和鐵軌軌距、軌向、水平（超高）、軌廓等幾何參數(shù)。

附圖說明

圖1為檢測車平臺(tái)/鐵軌相對(duì)晃動(dòng)位姿關(guān)系測量示意圖。

圖2為點(diǎn)激光位移測量技術(shù)與線激光位移輪廓三角測量技術(shù)相結(jié)合的精密光電位移測量原理圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明利用安裝在檢測車設(shè)備平臺(tái)上的多套鐵軌位移精密光電測量系統(tǒng)聯(lián)合工作，得到鐵軌上多個(gè)點(diǎn)處的相對(duì)位移，進(jìn)行軌面和測量平臺(tái)相對(duì)位置和姿態(tài)信息測量，實(shí)現(xiàn)一種鐵路檢測車平臺(tái)晃動(dòng)的光電動(dòng)態(tài)測量。

圖1中，鐵路檢測車平臺(tái)四個(gè)位置處的高精度位移光電測量系統(tǒng)測量設(shè)備平臺(tái)相對(duì)鐵軌A、B、C、D四點(diǎn)的位移，從而得到車載設(shè)備坐標(biāo)系和鐵軌平面坐標(biāo)系的相對(duì)位姿關(guān)系。假設(shè)A、B、C、D四點(diǎn)在鐵軌平面坐標(biāo)系（系）內(nèi)的位置分別為（），檢測車靜止時(shí)通過標(biāo)定得到這四個(gè)點(diǎn)在設(shè)備平臺(tái)坐標(biāo)系（系）內(nèi)的坐標(biāo)為（），則設(shè)備平臺(tái)坐標(biāo)系和鐵軌平面坐標(biāo)系之間的位姿關(guān)系（姿態(tài)矩陣和位移關(guān)系）滿足