[發明專利]鐵路軌道外軌超高測量系統及方法

有效

• 申請號: 201710990836.4
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107642014B
• 公開（公告）日: 2023-02-10
• 發明（設計）人: 魏榕山;鮑曉天;張志勇;張小燕;張鑫剛
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: E01B35/00
• 分類號: E01B35/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊;薛金才

1.一種鐵路軌道外軌超高測量系統，其特征在于：包括中央控制模塊及分別與其相連接的空間定位模塊、坡角測量模塊、軌距測量模塊；

所述空間定位模塊包括一個增量型光電編碼器與一臺GPS定位器；

所述坡角測量模塊包括兩個加速度計、兩臺激光測距機及一個捷聯式慣性導航系統；

所述軌距測量模塊包括一臺黑白面陣相機及一臺紅外線性激光器；

所述中央控制模塊包括一部便攜式數據處理器、無線局域網交換機及一臺同步控制器；

基于測量系統的鐵路軌道外軌超高測量方法，包括兩種檢測模式：經典模式和巡檢模式；

經典模式包括以下步驟：

步驟S1：設m為列車質量，v為列車行駛速度，ρ為列車拐彎時的曲率半徑，g為重力加速度，G為列車所受重力，h為鐵路軌道外軌超高，其向心力表達式如下式所示：由受力平衡，得到Jcosγ＝Gsinγ；γ為坡角值；

步驟S2：將代入式Jcosγ＝Gsinγ，得到表達式：化簡可得S₁為鐵路軌距；

步驟S3：編碼器測量得點Q_i與點Q_i+1之間的里程為Δd，同時由慣導測得點Q_i對應的航向角為A_i，點Q_i+1對應的航向角A_i+1，因此得到曲率K_i如表達式：曲率半徑ρ：將代入得得到外軌超高的高度值h表達式:進一步的，

步驟S4：巡檢模式包括以下步驟：

由得到：h＝S₁×tanγ；

鐵路軌距S₁的測量包括以下步驟：

步驟一：設在兩個加速度計的輔助修正下由兩臺測距機測量鋁合金型材到鐵軌之間的距離分別為L₁、L₂，坡角測量模塊與鐵軌橫斷面的夾角為θ，則坡角測量模塊與鐵軌橫斷面的夾角滿足函數關系表達式：δ為由捷聯式慣性導航系統獲取坡角測量模塊與大地水平面的夾角，則γ、θ、δ的三角函數關系為：γ＝δ-θ；

D為兩臺激光測距機的橫向間距；

步驟二：軌距測量模塊收到來自同步控制器的觸發信號后通過黑白面陣相機拍攝紅外激光線生成的原始灰度圖像，此時激光線在圖像上呈現為白色亮線，將原始灰度圖像通過無線局域網交換機發送到便攜式數據處理器，在便攜式數據處理器中采用反溯算法濾除圖像背景后得到的圖像，采用反溯算法濾除白天檢測時兩條鋼軌反射日光形成的兩條帶狀亮線和夜晚檢測時兩條鋼軌反射相機閃光燈形成的兩條帶狀亮線后提取得到只含激光亮線的圖像；

步驟三：當相機和激光器安裝位置和角度確定后，根據三角函數關系易得相機靶面上每個像元的尺寸均對應一定的實際物理距離，將圖像中像素坐標映射為實際物理坐標后，由激光亮線在圖像中長度所占的像素個數乘上每個像素所代表的實際物理距離，即測得激光亮線的實際長度，亦即鐵路軌距。

2.根據權利要求1所述的鐵路軌道外軌超高測量系統，其特征在于：還包括一擴展模塊；所述擴展模塊包括用于上傳、下載和存儲鐵路各里程對應的鐵路軌道外軌超高測量數據的服務器。

3.根據權利要求1所述的鐵路軌道外軌超高測量系統，其特征在于：兩臺測距機垂直安裝在一根鋁合金型材上。

4.根據權利要求1所述的鐵路軌道外軌超高測量系統，其特征在于：所述黑白面陣相機相對鋼軌所在水平面的安裝夾角為α，α90°；紅外線性激光器相對鋼軌所在水平面的安裝夾角為β，β90°。

5.根據權利要求1所述的鐵路軌道外軌超高測量系統，其特征在于：所述GPS定位器安裝在車體頂部無遮擋處；增量型光電編碼器與車輪同軸固定連接；增量型光電編碼器隨車輪每轉動一周都會輸出固定數目和周期長度的方波脈沖。

6.根據權利要求1所述的鐵路軌道外軌超高測量系統，其特征在于：經典模式中要求將列車限制在v＝N*V_max，V_max是鐵路軌道所在地段最大設計時速，N為常數。