一種軌道靜態平順性檢測系統及方法與流程

本發明涉及軌道靜態平順性檢測領域，特別是涉及一種軌道靜態平順性檢測系統及方法。

背景技術：

目前高速鐵路、城市交通軌道靜態平順性測量普遍采用三維測量法。這種方法采用的設備主要是全站儀和軌檢小車的集成系統，國內外已經有很多成熟的產品或系統。這種方法主要采用定點測量方式，采用“走走停停”式測量方法，測量時需將軌檢小車在軌枕處停留數秒，軌檢小車的推行，只是為了進行設備的行進，停留位置為人眼判斷，里程精度要求較低，停留過程中進行數據采集。這樣實際上是一種靜態測量方式，測量數據間隔較大、測量速度較慢。由于高速鐵路以及城市交通運營時間較長，天窗時間較短，這種靜態測量方式很難滿足運營維護期間高速測量的需求。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種軌道靜態平順性檢測系統及方法，能夠提高軌道檢測效率。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種軌道靜態平順性檢測系統，包括：

客戶端、激光跟蹤儀、軌檢小車；

所述客戶端與所述激光跟蹤儀采用有線方式進行通訊；

所述客戶端與第一無線模塊電連接；

所述軌檢小車與第二無線模塊電連接；

所述第一無線模塊與所述第二無線模塊無線連接；

所述軌檢小車包括單片機、位移傳感器、傾角傳感器和靶球；

所述位移傳感器安置在所述軌檢小車框架內部，所述位移傳感器的測量磁環與所述軌檢小車移動端聯動；

所述傾角傳感器固定在所述軌檢小車內部，所述傾角傳感器的X軸向與所述軌檢小車橫梁平行，用于獲取軌道傾角；

所述位移傳感器所測量的數據和所述傾角傳感器所測量的數據采用串口方式集成到所述單片機上；

所述靶球安裝在所述軌檢小車上面；

所述客戶端與所述單片機通過無線模塊通信。

可選的，具體包括：

所述客戶端采用通用串行總線與所述第一無線模塊連接。

可選的，具體包括：

所述單片機采用串口方式與所述第二無線模塊相連。

可選的，具體包括：

所述靶球安裝在所述軌檢小車內的靶球支座上。

一種軌道靜態平順性檢測方法，所述方法應用于一種軌道靜態平順性檢測

系統，包括：

客戶端、激光跟蹤儀、軌檢小車；

所述客戶端與所述激光跟蹤儀采用有線方式進行通訊；

所述客戶端與第一無線模塊電連接；

所述軌檢小車與第二無線模塊電連接；

所述第一無線模塊與所述第二無線模塊無線連接；

所述軌檢小車包括單片機、位移傳感器、傾角傳感器和靶球；

所述位移傳感器安置在所述軌檢小車框架內部，所述位移傳感器的測量磁環與所述軌檢小車移動端聯動；

所述傾角傳感器固定在所述軌檢小車內部，所述傾角傳感器的X軸向與所述軌檢小車橫梁平行，用于獲取軌道傾角；

所述位移傳感器所測量的數據和所述傾角傳感器所測量的數據采用串口方式集成到所述單片機上；

所述靶球安裝在所述軌檢小車上面；

所述客戶端與所述單片機通過無線模塊通信；

所述方法包括：

獲取靶球的三維坐標；

獲取第一軌道長度；所述第一軌道長度表示為鐵軌頂面16mm范圍內兩股鋼軌作用之間的最小距離；所述鋼軌作用表示為列車通過鋼軌時的受力；

根據所述三維坐標計算軌道的橫向傾角；

結合所述第一軌道長度和所述橫向傾角進行超高計算并輸出；所述超高表示為軌道的超高，即一項軌道幾何參數，同一里程處左右軌高差。

可選的，所述根據所述三維坐標計算軌道的橫向傾角，具體包括：

獲取軌道外部幾何參數；

獲取軌道內部幾何參數；

利用激光跟蹤儀根據所述軌道外部幾何參數和所述軌道內部幾何參數計算軌道的橫向傾角；所述軌檢小車至少測量10個軌枕。

可選的，在所述獲取軌道的三維坐標之前，還包括：

控制激光跟蹤儀旋轉至預設的水平角和豎直角；

根據所述水平角、所述豎直角和所述鐵道軌枕間距計算軌道的三維坐標。

可選的，在結合所述第一軌道長度和所述橫向傾角進行超高計算并輸出之后，還包括：

判斷軌道當前檢測的距離是否到達預設要檢測的軌道距離，得到第一判斷結果；

當所述第一判斷結果表示為所述軌道當前檢測的距離到達預設的軌道距離，則調轉軌檢小車方向和靶球方向至初始位置。

可選的，在獲取第一軌道長度之前，還包括：

控制位移傳感器按照預設的頻率測量所述第一軌道長度。

根據本發明提供的具體實施例，本發明公開了以下技術效果：采用本發明的測量系統及方法，在軌檢小車在靜態測量時，超高通過傾角傳感器獲取；在軌檢小車動態測量時，通過激光跟蹤儀跟蹤測量往返運行于軌道的軌檢小車上靶球的三維坐標，進而計算出軌道橫向傾角，根據所述橫向傾角結合所述位移傳感器測得的軌道長度進行超高計算，本發明的測量系統及方法能夠實時自動對軌道平順性進行動態測量，既能提高測量速率，又能獲取厘米級的數據。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例的檢測系統結構圖；

圖2為本發明實施例檢測方法流程圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明的目的是提供一種軌道靜態平順性檢測系統及方法，能夠提高軌道檢測效率。

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖1為本發明實施例的檢測系統結構圖，如圖1所示，一種軌道靜態平順性檢測系統，包括：客戶端101、激光跟蹤儀102、軌檢小車103；

所述客戶端101與所述激光跟蹤儀102采用有線方式進行通訊；

所述客戶端101與第一無線模塊104電連接；

所述軌檢小車與第二無線模塊105電連接；

所述第一無線模塊104與所述第二無線模塊10

5無線連接；

所述軌檢小車包括單片機1031、位移傳感器1032、傾角傳感器1033和靶球1034；

所述位移傳感器1032安置在所述軌檢小車框架內部，所述位移傳感器1032的測量磁環與所述軌檢小車移動端聯動；所述傾角傳感器1033固定在所述軌檢小車103內部，所述傾角傳感器1033的X軸向與所述軌檢小車103橫梁平行，用于獲取軌道傾角；

所述位移傳感器1032所測量的數據和所述傾角傳感器1033所測量的數據采用串口方式集成到所述單片機1031上；

所述靶球1034安裝在所述軌檢小車103上面；

所述客戶端101與所述單片機1031通過無線模塊通信。

在實際應用中，具體包括：

所述客戶端101采用通用串行總線與所述第一無線模塊104連接。

在實際應用中，具體包括：

所述單片機1031采用串口方式與所述第二無線模塊105相連。

在實際應用中，具體包括：

所述靶球1034安裝在所述軌檢小車103內的靶球支座1035上。

本發明的檢測系統集成了所述激光跟蹤儀102、所述軌檢小車103和客戶端101、無線通訊模塊，其中所述激光跟蹤儀102作為主體測量工具，測量時所述激光跟蹤儀102安置在軌道中間或兩側，用于獲取軌道兩邊的基樁控制網控制點(Base-piles Control Points III，CPIII)和軌道點的三維坐標，軌檢小車安置所述靶球1034、所述位移傳感器1032、所述傾角傳感器1033以及所述單片機1031，所述位移傳感器1032安置在所述軌檢小車103框架內部，其測量磁環與所述軌檢小車103移動端聯動，用于獲取軌距，傾角傳感器1033固定在所述軌檢小車103內部，其X軸向與所述軌檢小車103橫梁平行，用于獲取軌道傾角，所述單片機1031用于集成處理所述位移傳感器1032和所述傾角傳感器1033的測量數據。客戶端101作為激光跟蹤儀和軌檢小車的控制和系統的數據處理終端，客戶端101應用軟件系統，實現對所述激光跟蹤儀102的控制和數據采集、處理及輸出。

客戶端101對所述激光跟蹤儀102的通訊與控制主要基于所述激光跟蹤儀102的開發指令，客戶端101與所述激光跟蹤儀102通過網線連接，客戶端101通過開發包中函數控制所述激光跟蹤儀102旋轉指定水平角和豎直角、測量目標三維坐標，并能將數據結果返回給客戶端101。

所述位移傳感器1032和所述傾角傳感器1033的數據集成和通訊依靠所述單片機1031，所述單片機1031與客戶端101之間采用無線通訊模塊進行無線通訊。測量過程中，客戶端101發送指令通過無線模塊傳輸到所述單片機1031，進而控制所述位移傳感器1032和所述傾角傳感器1033按照指定的頻率輸出軌距和傾角結果。所述激光跟蹤儀102與客戶端101采用網線連接方式通訊，客戶端101采用USB方式連接無線模塊，另一無線模塊采用串口方式與所述軌檢小車103上的所述單片機1031相連。所述軌檢小車103上所述位移傳感器1032和所述傾角傳感器1033的數據通過串口方式集成到單片機上，客戶端101通過與所述單片機103的通訊，實現對所述位移傳感器1032和所述傾角傳感器1033的統一控制與數據通訊。

所述軌檢小車103上的靶球1034用于配合所述激光跟蹤儀102進行軌道絕對坐標的獲取。本發明的檢測系統采用兩種工作方式，即軌道靜態精調測量和軌道平順性動態檢測。在軌道靜態精調測量中，所述激光跟蹤儀102對所述軌檢小車103上所述靶球1034采用“走-停”方式測量；在軌道運營維護期間，采用動態測量方式，即軌檢小車在軌道上動態往返運行，激光跟蹤儀跟蹤軌檢小車上的靶球進行軌道點坐標的獲取。本發明的測量系統與原有的測量系統相比，主要是實現了軌道靜態平順性的動態測量。現有系統進行軌道靜態平順性測量時，采用“走走停停”式測量方法，測量時需將軌檢小車在軌枕處停留數秒，停留位置為人眼判斷，里程精度要求較低，停留過程中進行數據采集，實際上是一種靜態測量方式，測量數據間隔較大、測量速度較慢。本發明的測量系統，實現了軌道靜態平順性的動態測量，既能提高測量速率，又能獲取厘米級的數據，更有利于軌道靜態平順性的快速測量和基于準確位置的軌道狀態分析。

本發明還包括一種軌道靜態平順性檢測方法，圖2為本發明實施例檢測方法流程圖，如圖2所示，所述方法包括：

步驟S201：獲取靶球的三維坐標；

步驟S202：獲取第一軌道長度；所述第一軌道長度表示為鐵軌頂面16mm范圍內兩股鋼軌作用之間的最小距離；所述鋼軌作用表示為列車通過鋼軌時的受力；

步驟S203：根據所述三維坐標計算軌道的橫向傾角；

步驟S204：結合所述第一軌道長度和所述橫向傾角進行超高計算并輸出。

在實際應用中，所述根據所述三維坐標計算軌道的橫向傾角，具體包括：

獲取軌道外部幾何參數；

獲取軌道內部幾何參數；

利用激光跟蹤儀根據所述軌道外部幾何參數和所述軌道內部幾何參數計算軌道的橫向傾角；軌檢小車至少測量10個軌枕。

在實際應用中，在所述獲取軌道的三維坐標之前，還包括：

控制激光跟蹤儀旋轉至預設的水平角和豎直角；

根據所述水平角、所述豎直角和所述鐵道軌枕間距計算軌道的三維坐標。

在實際應用中，在結合所述第一軌道長度和所述橫向傾角進行超高計算并輸出之后，還包括：

判斷軌道當前檢測的距離是否到達預設要檢測的軌道距離；

若是，則調轉軌檢小車方向和靶球方向至初始位置；

若否，所述軌檢小車繼續行駛至初始位置。

在實際應用中，在獲取第一軌道長度之前，還包括：

控制位移傳感器按照預設的頻率測量軌道軌枕間距。

采用本發明系統及方法主要完成兩項任務，即軌道精調測量和軌道靜態平順性動態檢測。在具體工作中，首先需要進行的工作是：1)安置激光跟蹤儀、靶球和軌檢小車；2)本系統設置和自由設站設置，主要進行設計數據導入、傳感器通訊參數、測量方式、測回、測量距離、自由設站學習點數及自由設站測量點和測回數等的設置；3)儀器檢校(激光跟蹤儀前后視檢查、軌檢小車傾角檢校)；4)學習測量與自由設站，即先手動測量3-4個CPIII點，然后重復多測回測量4-8個CPIII控制點。

在進行軌道精調測量時，完成自由設站測量后，就沿某一行進方向測量，測量時采用“走-停式”測量方法，即行進時停留在軌枕處并進行測量，測量時，位移傳感器獲取軌距數據，傾角傳感器獲取軌道橫向傾角，激光跟蹤儀獲取軌檢小車上靶球坐標。測量時保證站間測量至少10個軌枕，并進行反復測量。進行軌道精調測量時，如果導入了設計數據，軌道調整量可以實時顯示，如果未導入設計數據，可以后續內業處理，進行調整量計算。

在進行軌道靜態平順性檢測任務時，在完成自由設站測量后，利用跟蹤儀，在軌檢小車在軌道上沿里程增大方向(或減小方向)行進過程中，對軌檢小車上固定端的靶球進行實時跟蹤(或基于時間間隔、距離間隔)測量，位移傳感器動態獲取軌距，測量至設置的終止距離。然后掉轉軌檢小車方向和靶球方向，即沿里程減小方向(或增大方向)，重復測量至設置終止距離。軌道靜態平順性檢測測量數據會以文本形式自動保存。

軌道平順性檢測是軌道檢測的主要內容，一般通過軌道內部幾何狀態和外部幾何狀態來描述。軌道內部幾何參數(也叫軌道相對幾何參數)包括：軌距、超高(水平)、軌向、高低、扭曲(三角坑)等。這些軌道幾何狀態描述了軌道的相對幾何狀態。軌道外部幾何狀態(也叫軌道絕對幾何參數)包括：軌道的中線、左右軌相對于設計線位的平面(橫向)、高程(垂向)偏差。

在靜態工作時，超高通過傾角傳感器進行獲取；動態測量時，通過激光跟蹤儀跟蹤測量往返運行于軌道上軌檢小車上的靶球的三維坐標并進行軌道橫向傾角的計算，結合軌距進行超高計算。其余軌道參數可參考現有軌道測量系統進行計算。

采用本發明提供一種軌道靜態平順性檢測系統及方法，能夠大大提高軌道檢測效率。

為了驗證本發明的檢測系統及方法，上海地鐵13號線在建某區間進行了軌道平順性動態測量實驗，并與現有測量系統進行對比。對比系統采用SGJ-T-CEC-Ⅰ型客運專線軌道幾何狀態測量儀，SGJ-T-CEC-Ⅰ型客運專線軌道幾何狀態測量儀是中鐵工程設計咨詢集團有限公司研發并生產的軌道幾何狀態靜態檢測的工具，可用于軌道的絕對測量和相對測量，即可以測量軌道的軌距、超高和軌道中線等參數，該軌道幾何狀態測量儀可應用于高速鐵路(客運專線)無砟軌道線路的新線施工、整道、檢查布設精度、質量驗收及既有線的運營維護等作業的指導工作，該測量儀已經成功應用到了京津城際、滬寧城際、合寧城際等數項軌道精調及軌道幾何狀態靜態精密檢測與咨詢評估。

表1為本發明的檢測系統與SGJ-T-CEC-Ⅰ型客運專線軌道幾何狀態測量儀的幾何參數偏差的統計表，對比結果如表1所示。從表1可知本發明中的基于激光跟蹤儀的軌道靜態平順性檢測系統與現有SGJ-T-CEC-Ⅰ型客運專線軌道幾何狀態測量儀的測量結果相當。

表1

由于本發明中采用動態測量方式，在軌道測量中可按照人走行速度推行測量，在測量速度上對比現有方法有了很大程度的提升，對比現有軌道測量方法“走走停停”式測量方法，本發明既能夠滿足軌道施工中的精調測量，也適用于在軌道運營維護期間的軌道平順性測量，由此可知，本發明的檢測方法及系統在保證精確度的同時，還提高了對軌道的檢測效率。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的系統而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。