[發(fā)明專(zhuān)利]一種鐵路道砟厚度無(wú)損快速測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911358768.5
• 申請(qǐng)日: 2019-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111045004B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙廣茂;李國(guó)和;齊春雨;陳承申;陳亮;王燦為;韓松;張吉振;王銀
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01S13/88
• 分類(lèi)號(hào): G01S13/88;G01S13/89;G01S13/86;G01S13/08;G01S19/14;G01C23/00
• 代理公司: 天津賽凌知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 12270
• 代理人: 李蕊

1.一種鐵路道砟厚度無(wú)損快速測(cè)量方法，其通過(guò)鐵路道砟厚度無(wú)損快速測(cè)量系統(tǒng)按以下步驟進(jìn)行：

S₁、將搭載小車(chē)放置在鐵軌上，所述搭載小車(chē)(1)上設(shè)置或安裝有GPS接收天線(5)、光學(xué)攝像機(jī)(6)、操控臺(tái)(8)、探地雷達(dá)主機(jī)(4)、筆記本電腦(13)、懸掛桿(3)和測(cè)距輪(7)；其中：

所述搭載小車(chē)(1)放置在鐵軌(10)上；

所述GPS接收天線(5)用于獲取GPS衛(wèi)星信號(hào)，得到位置信息；

所述光學(xué)攝像機(jī)(6)用于記錄前方道砟的表面情況；

所述操控臺(tái)(8)用于控制搭載小車(chē)(1)的移動(dòng)及速度調(diào)節(jié)；

所述測(cè)距輪(7)安裝于搭載小車(chē)車(chē)輪的軸承上，用于測(cè)量搭載小車(chē)的移動(dòng)距離，與通過(guò)GPS接收天線獲取的位置信息配合使用；

在所述搭載小車(chē)(1)左右兩側(cè)中部各水平安裝一個(gè)所述懸掛桿(3)，在每個(gè)懸掛桿(3)上各安裝一探地雷達(dá)天線(2)，分別用于向地下發(fā)射電磁波和接收來(lái)自地下反射的電磁波；所述探地雷達(dá)主機(jī)(4)與兩根探地雷達(dá)天線(2)以及GPS接收天線(5)各通過(guò)一通訊電纜(11)連接，用于電磁波掃描信號(hào)的發(fā)射和接收以及GPS信號(hào)的接收；所述筆記本電腦(13)與所述探地雷達(dá)主機(jī)(4)、光學(xué)攝像機(jī)(6)、測(cè)距輪(7)之間各通過(guò)一通訊電纜(12)連接，用于采集光學(xué)攝像機(jī)采集的圖像信息、測(cè)距輪采集的距離信息、小車(chē)移動(dòng)速度并對(duì)探地雷達(dá)主機(jī)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；

S₂、多參數(shù)數(shù)據(jù)采集：

將筆記本電腦、探地雷達(dá)主機(jī)和光學(xué)攝像機(jī)開(kāi)機(jī)，通過(guò)探地雷達(dá)主機(jī)采集左右兩側(cè)探地雷達(dá)天線發(fā)射和接收的電磁波數(shù)據(jù)以及GPS接收天線采集的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，通過(guò)光學(xué)攝像機(jī)(6)和測(cè)距輪(7)分別采集道砟表面的光學(xué)影像和搭載小車(chē)(1)的移動(dòng)距離；

S₃、距離校準(zhǔn)：以時(shí)間信息為基準(zhǔn)，將步驟S₂中采集的GPS、測(cè)距輪和探地雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行位置標(biāo)定，然后將探地雷達(dá)數(shù)據(jù)按照定位信息進(jìn)行距離歸一化，得到在小車(chē)移動(dòng)范圍內(nèi)測(cè)點(diǎn)平均分布的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)；

S₄、零時(shí)標(biāo)定及時(shí)間深度轉(zhuǎn)換：輸入探地雷達(dá)天線高度、道砟層介電常數(shù)，選擇零時(shí)刻后進(jìn)行零時(shí)標(biāo)定，然后根據(jù)介電常數(shù)進(jìn)行時(shí)間深度轉(zhuǎn)換，得到道砟層的厚度及定位信息；其中，進(jìn)行時(shí)間深度轉(zhuǎn)換的公式為：

v＝C/(ε_r)^1/2

其中：

C為電磁波在真空中的傳播速度，為3×10⁸m/s；

S₅、在步驟S₄得到的道砟層厚度及定位信息基礎(chǔ)上，進(jìn)行道砟層厚度人機(jī)交互自動(dòng)化解譯，得到道砟層厚度數(shù)據(jù)序列；其中，進(jìn)行道砟層厚度人機(jī)交互自動(dòng)化解譯的步驟為：

(1)標(biāo)志層選擇：

在經(jīng)過(guò)距離校準(zhǔn)和零時(shí)標(biāo)定處理后的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，在探地雷達(dá)圖像找到第一反射層，即道砟層底，該反射層表現(xiàn)為能量最強(qiáng)，同向軸振幅較大，從圖像上整體觀察，選擇處于中間時(shí)段的數(shù)據(jù)序列，并記錄該數(shù)據(jù)序列的第一反射層旅行時(shí)t₀；

(2)設(shè)定搜尋時(shí)間區(qū)段和積分滑動(dòng)窗口：

圍繞旅行時(shí)t₀設(shè)定搜尋區(qū)段和積分滑動(dòng)窗口，搜尋區(qū)段為t₀±5ns；積分滑動(dòng)窗口設(shè)定為2ns或積分滑動(dòng)窗口的1/10；

(3)區(qū)間內(nèi)滑動(dòng)積分找尋最大值：

從第1觀測(cè)道開(kāi)始，在搜尋區(qū)段內(nèi)，滑動(dòng)積分窗口不斷積分，并保存積分最大值Δ₁和相應(yīng)時(shí)間t₁；

(4)相鄰道選定時(shí)間區(qū)段內(nèi)按積分窗口滑動(dòng)積分：

在步驟(2)設(shè)定的搜尋時(shí)間區(qū)段內(nèi)，對(duì)相鄰的第2觀測(cè)道開(kāi)展滑動(dòng)窗口積分，并記錄積分最大值Δ₂和相應(yīng)時(shí)間t₂；

(5)判斷是否與選定測(cè)道積分值接近：

判斷步驟(4)中積分最大值Δ₂與步驟(3)中積分最大值Δ₁是否接近：

1)當(dāng)時(shí)，認(rèn)為兩者接近，保存積分最大值位置的時(shí)間t₂；

2)當(dāng)時(shí)，認(rèn)為該位置與相鄰道積分最大值不是同一層的反射信號(hào)，則返回步驟(4)，并擴(kuò)大時(shí)間區(qū)段為原來(lái)的2倍，重新滑動(dòng)窗口進(jìn)行積分，查找與步驟(3)中的積分最大值接近的位置，并保存該位置的時(shí)間t₂；如無(wú)法找到接近值時(shí)，則保存擴(kuò)大時(shí)間區(qū)段2倍后積分最大值位置的時(shí)間t₂；

(6)下一道尋找直至最后一道：

以上一道為基礎(chǔ)，繼續(xù)在下一道執(zhí)行步驟(3)-(5)；

(7)輸出層數(shù)據(jù)：

當(dāng)所有道完成積分最大值查找后，輸出所有測(cè)道的道砟層位數(shù)據(jù)；

S₆、依據(jù)步驟S₅得到的道砟層厚度數(shù)據(jù)序列和S₂得到的搭載小車(chē)(1)的移動(dòng)距離繪制道砟層厚度隨小車(chē)移動(dòng)距離變化的曲線，在該曲線下方添加相應(yīng)里程的道砟表面情況照片，并添加工程名稱(chēng)、制圖者和審核者信息。