[發明專利]軌道巡檢系統時空同步信息測量方法

在審

• 申請號: 202111085677.6
• 申請日: 2021-09-16
• 公開（公告）號: CN113602325A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 南京矢量智能測控技術有限公司
• 主分類號: B61L25/02
• 分類號: B61L25/02;G01C23/00;G01C25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于城市軌道交通領域，公開了軌道巡檢系統時空同步信息測量方法。本發明通過陀螺組件、加速度計組件測量信息完成列車速度的解算，通過優化狀態方程，提高了速度估計準確性，并將估計的列車速度折算成等效觸發脈沖，利用觸發脈沖對列車搭載的傳感器進行同步觸發采樣，避免時空同步效率降低，防止巡檢系統搭載的傳感器工作不同步。通過分段擬合插值實現了傳感器采樣時刻位置信息的準確匹配，提高了測量作業完成后的數據分析效率。

技術領域

本發明屬于城市軌道交通領域，涉及軌道巡檢系統的傳感器信息同步，特別涉及軌道巡檢系統時空同步信息測量方法。

背景技術

近年來，城市軌道交通發展迅速，城市地鐵、有軌電車、城際鐵路等交通工具在各地都得到了大力建設，極大地提高了人員的出行便利性。隨著軌道交通線路建設的增多以及線路運輸任務量的增大，對于軌道健康狀態的監控成為了軌道建設部門、線路運營單位十分關注的問題。隨著運營時間的增長，軌道會逐漸老化，出現平順性超差、軌距改變、扣件損壞甚至鋼軌斷裂的問題，極大影響軌道線路運行的安全性。

為了保障軌道交通線路運行的可靠、安全性，需要定期對軌道健康狀態進行監控。以往的軌道巡檢往往依賴于人工作業巡檢方式，該方式效率較低。近年來，巡檢小車、巡檢機器人、隨車檢測系統得到了大力研發，很大程度上解決了過去人工作業巡檢效率低下的問題。特別是隨車檢測系統，鑒于其無需專門的巡檢時間段，具有運行與檢測合一的特點，目前在線路運營部門廣受青睞。巡檢系統上搭載了很多傳感器，例如線陣相機、激光相機、軌距測量儀等等，通過對這些傳感器測量信息的分析處理可以掌握沿線軌道的狀態信息。為了將檢測、測量信息與軌道沿線位置點相對應，需要完成測量信息與沿線軌道位置點的同步，以便分析各位置點的軌道狀態，通常包括兩方面的同步：一是各傳感器之間的時間同步，二是傳感器采樣點與位置點的空間同步。目前通常的解決方案是利用巡檢系統上的里程計采樣脈沖信號同時觸發各傳感器，完成傳感器之間的時間同步及傳感器采樣點與沿線軌道位置點的同步標記。然而，這種工作方式僅適用于專門的巡檢系統，對于隨車測量系統而言并不適用，主要原因在于，軌道運營部門不允許在運行車輛的車輪上加裝里程計，并且即使允許在車輪上加裝里程計，也還存在采樣點與沿線軌道位置點(三維位置坐標)不能很好對應的問題(主要原因在于里程計推算位置只是簡單的一維位置推算，當線路是曲線時，位置推算存在誤差，難以達到毫米級分辨率)。

基于隨車測量系統現有的傳感器配置，通過陀螺組件、加速度計組件測量信息完成列車速度的解算，利用列車提供的測速信號對解算的列車速度進行融合校正，實現高頻、高精度的列車速度估計，并將估計的列車速度折算成等效觸發脈沖，利用觸發脈沖對列車搭載的傳感器進行同步觸發采樣，以實現時間同步；進一步，利用高精度的位置估計值實現列車準確位置點與傳感器采樣點的精準對應。

因此，軌道巡檢系統的時空同步信息測量即對應于列車的速度、位置信息測量，基于準確的速度、位置信息可完成巡檢系統搭載傳感器的時空同步。但軌道巡檢系統上加裝的陀螺組件、加速度計組件精度有限，在對列車速度進行解算時會導致速度誤差增大，雖然通過設計卡爾曼濾波器，利用列車提供的測速信號、間或的位置裝訂信息能夠對速度誤差、位置誤差進行抑制。但是由于列車運行狀態下存在很多振動，通過加速度計組件速度增量輸出求解比力加速度，進而在卡爾曼濾波器中使用該比力加速度信息時，會導致狀態方程的非線性增大，直接影響卡爾曼濾波器的穩定性，導致速度、位置信息估計誤差增大，影響時空同步的準確性，導致巡檢系統搭載的傳感器不能同步協調工作。此外，巡檢系統搭載的傳感器的采樣時刻需要獲得準確的位置信息，以便于將采樣信息與位置信息準確對應，但由于慣性測量單元位置解算頻率與采樣頻率不一致，導致無法直接獲得采樣時刻的位置信息，需要基于慣性測量單元的位置解算信息獲取采樣時刻的位置信息。

發明內容

本發明要解決的技術問題就在于：1.如何實現車載軌道巡檢系統時空同步信息的精確測量，對列車的速度、位置信息準確估計，解決列車振動導致狀態方程非線性增大、進而影響卡爾曼濾波器穩定性的問題；2.如何解決慣性測量單元解算頻率與巡檢系統傳感器采樣頻率不一致導致的采樣信息與位置不匹配的問題。