专利名称：铁路隧道接触网连接点快速放样的自动测量系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于精密工程测量学、自动化测量技术领域。具体涉及一种铁路隧道接触网连接点快速放样的自动测量系统。
背景技术：
在如今的铁路隧道建设中，安全、准确、高效的放样出铁路隧道接触网连接点点位是尤为重要的。但这项放样却让铁路隧道工程建设中的测量人员头疼不已。这是由于施工人员想要放样出架设在空间的铁路隧道接触网的连接点点位，首先需要根据设计院设计出的坐标反算出待放样点位的坐标，再通过导线测量定出全站仪所在点位的坐标；再通过计算导出放样点与全站仪中心的角度、距离；得到上述数据后，一个测量人员使用全站仪，另一个人测量人员利用梯子爬到放样点周围，拿着反射棱镜待使用全站仪的测量人员观测，使用全站仪的测量人员需要间断性的找点观测，一直观察着距离与角度，并指示梯子上的人员移动到合适位置。而且，在铁轨拐弯处由于轨道面不水平，全站仪在这种情况下无法放样。综上，现阶段铁路隧道接触网连接点点位的放样技术缺点与弊端显而易见，具体如下:第一，工程建设中最重要的就是人员安全，施工人员爬上3、4米高的梯子还要不停地移动手中的棱镜，而且如果是对已有的接触网补点还有可能带电作业，危险性非常大。工程建设过程中由此引发的事故非常多；第二，放样出的点位精度不高。因为放样是一个不连续的、间断的过程，且施工过程中为了提高效率，往往把精度不是很高的点作为放样点；第三，效率过低。施工人员间断性找点观测，偶然性过大，导致效率过低；第四，特殊情况(如轨道面不平行)下无法常规测量，导致延缓工期。因此，上述现有的铁路隧道接触网连接点点位放样技术过于简单，不成体系，安全系数低，效率低，精度无保证，特殊情况无法及时处理。所以急需一种安全、准确、高效的接触网连接点点位放样的自动系统，对于铁路隧道工程施工有着重要的实际意义和应用价`值。
发明内容针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本实用新型的目的在于，提供一种铁路隧道接触网连接点快速放样的自动化测量系统，该系统能够实现高效、高精度的放样接触网连接点点位。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术解决方案:—种铁路隧道接触网连接点快速放样的自动测量系统，包括脚架和安装在脚架上的全站仪；所述脚架包括长方形工作台，工作台长度方向的两端下方分别安装支柱，其中一个支柱顶端通过旋转轴与工作台的一端连接，工作台能够绕旋转轴转动；另一个支柱上半部分中空，其中安插有伸缩杆，伸缩杆上端与工作台通过旋转轴连接，伸缩杆能够绕该旋转轴转动；伸缩杆能够在支柱中空部分上下移动，一个制动螺旋旋入支柱中空部分，通过旋紧制动螺旋能够使其顶住伸缩杆的下部从而将其固定在支柱内；伸缩杆的上半部分标有第一精密刻度标尺，第一精密刻度标尺的刻度值增大方向向下且其零刻度与工作台下边沿平齐；工作台上设有用于计算出工作台所在点位的坐标并显示的坐标定位器；工作台上表面设有圆水准器；工作台上表面设置有与工作台长度方向一致的导轨，导轨上安装有能够沿导轨滑动的全站仪安装底座，全站仪安装底座通过设置在工作台上的竖向制动螺旋固定；在工作台长度方向的边沿上设有第二精密刻度标尺，第二精密刻度标尺的零刻度与所述通过旋转轴连接工作台的支柱的中心线平齐，第二精密刻度标尺的中间刻度在两支柱中心线之间的中点；全站仪安装底座上设有定位线；全站仪安装底座的初始位置是将定位线对准第二精密刻度标尺的中间刻度；全站仪通过全站仪安装底座安装在工作台上。优选的，所述两个支柱之间固定有与工作台平行的连接杆，在连接杆的中部宽度方向的两侧分别通过旋转轴安装有可伸缩的架腿，两个架腿顶端均能够绕旋转轴转动。优选的，所述支柱底部安装有固定滑动脚垫，固定滑动脚垫上安装有滑轮，滑轮能够在铁轨上滑动；滑动脚垫外侧设置有顶端带有竖向制动片的制动螺旋。与现有技术相比，本实用新型的优点如下:(I)本实用新型的自动测量系统进行点位放样，只需要一名测量人员即可操作，且测量过程安全、快速，大大节约了人力物力，且缩短了放样时间。(2)本实用 新型的自动测量装置设计合理，通过在其中一个立柱上设置伸缩杆、在工作台上设置水准泡和可移动的全站仪安装底座、在工作台下方设置两个可伸缩的架腿，并且在伸缩杆以及工作台上设置精密刻度标尺，使得放样点测量的过程操作轻松快速，不但保证了放样过程的连续性，而且测量结果精准。(3)本实用新型的放样容易操作，实现简单，能够连续快速地计算得到放样点位置，具有高精度、高效的优点。利用该方法高效准确地放样出铁路隧道接触网连接点点位，对于铁路隧道这种大型工程施工来说有着重要的实际意义和应用价值。
图1为自动化测量装置中脚架的结构示意图。图2为自动化测量装置中脚架的俯视图。图3为固定滑动脚垫的结构示意图。图4为在轨道不平行时自动化测量装置脚架使用示意图。图5为连接点点位所在的竖直面定位图。图6为轨道面水平情况下的放样图。图7为轨道面非水平情况下的放样图。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进一步解释说明。
具体实施方式
本实用新型的铁路隧道接触网连接点快速放样的自动测量系统，包括脚架和安装在脚架上的全站仪。参见图1-图3，所述脚架包括长方形工作台1，工作台I长度方向的两端下方分别安装支柱6，其中一个支柱6顶端通过旋转轴与工作台I的一端连接，工作台I能够绕旋转轴转动；另一个支柱6上半部分中空，其中安插有伸缩杆4，伸缩杆4上端与工作台I通过旋转轴连接，伸缩杆4能够绕该旋转轴转动；伸缩杆4能够在支柱6中空部分上下移动，一个制动螺旋5旋入支柱6中空部分，通过旋紧制动螺旋5能够使其顶住伸缩杆4的下部从而将其固定在支柱6内；伸缩杆4的上半部分标有第一精密刻度标尺10，第一精密刻度标尺10的刻度值增大方向向下且其零刻度与工作台I下边沿平齐。两个支柱6之间固定有与工作台I平行的连接杆7，在连接杆7的中部宽度方向的两侧分别通过旋转轴安装有可伸缩的架腿8，两个架腿8顶端均能够绕旋转轴转动；架腿8用以通过调整自身长度使工作台I在宽度方向上保持水平；支柱6底部安装有固定滑动脚垫9，固定滑动脚垫9上安装有滑轮16，滑轮16能够在铁轨上滑动；滑动脚垫9外侧设置有顶端带有竖向制动片17的制动螺旋2，制动螺旋2用于旋转带动制动片17顶住铁轨侧面，从而使滑动脚垫9锁紧在铁轨上。工作台I上设有坐标定位器12，坐标定位器12采用常规的里程计，用于通过里程计算出工作台所在点位的坐标并显示在自身带有的显示屏上；工作台I上表面设有圆水准器13用于判断工作台I是否水平；工作台I上表面设置有与工作台长度方向一致的导轨，导轨上安装有能够沿导轨滑动的全站仪安装底座11，全站仪安装底座11通过设置在工作台I上的竖向制动螺旋3固定；在工作台I长度方向的边沿上设有第二精密刻度标尺15，第二精密刻度标尺15的零刻度与所述通过旋转轴连接工作台I的支柱6的中心线平齐，第二精密刻度标尺15的中间刻度在两支柱6中心线之间的中点；全站仪安装底座11上设有定位线14 ;全站仪安装底座11的初始位置是将定位线14对准第二精密刻度标尺15的中间刻度；当需要改变全站仪安装底座11在导轨上的位置时，松动制动螺旋3，使全站仪安装底座11带动全站仪移动到定位线14对准新的刻度然后锁定制动螺旋3即可。Wince全站仪通过全站仪安装底座11安装在工作台I上。
在两个轨道构成的轨道面不水平时，为了保证全站仪正常工作，需要调整工作台I所在平面水平，具体做法是通过调整伸缩杆4的高度从而间接调整伸缩杆4所在支柱6的长度，直至工作台I所在平面水平；伸缩杆4调整后，与其所在支柱6的上边沿平齐的第一精密刻度标尺10的刻度值作为超高距d，超高距d用于计算全站仪安装底座11在导轨上移动后定位线14所指的第二精密刻度标尺15的刻度。使用本实用新型对铁路隧道接触网连接点快速放样自动测量系统进行放样的操作如下:步骤1:安装脚架并将其移动到测站点；将脚架架设在某已知点位处的铁轨上并将Wince全站仪安装在全站仪安装底座11上，将定位线14对准第二精密刻度标尺15的中间刻度；伸缩杆4所在立柱6的顶端接触工作台I下表面；初始化坐标定位器12并输入脚架架设处的已知点坐标到坐标定位器12内，测量人员推动脚架沿轨道向待放样的接触网连接点C点(坐标已知)的方向滑动至某个与连接点C点通视的点位,将该点作为后视点A点，此时坐标定位器12显示后视点A点的坐标(xA，yA, zA);测量人员推动脚架继续滑行，实时观察坐标定位器12上显示的X坐标和y坐标与连接点C点的X坐标和y坐标对应的差值均出现增大趋势时停止滑动，将该停止点作为测站点B点,锁定制动螺旋2,此时坐标定位器12显示测站点B点坐标(xB, yB, zb)o步骤2:根据轨道面是否水平，调整脚架使得工作台I水平且全站仪自然位于两铁轨的中线上；(I)当轨道面水平时，如图6所示，测量人员调整架腿8的长度直至工作台I上的圆水准器13居中，保证工作台I水平，此时全站仪自然位于两铁轨的中线上；(2)当轨道面不水平时，自动化测量装置所在位置无法对应实地坐标，需移动自动化测量装置使工作台水平，由于调整过程中，全站仪随着工作台I的移动偏移了两铁轨垂直连线的中点，因此还需要调整全站仪安装底座11在工作台I上的位置；具体调整如下:参见图4、7，测量人员调整架腿8的长度，同时松动制动螺旋5调节伸缩杆4在支柱6内的位置直至圆水准器13居中，拧紧制动螺旋5，保证工作台I水平；读取伸缩杆4上的第一精密刻度标尺10上刻度作为超高距d (超高距d的初始值为零，即在轨道面水平情况下d的值为零)，量取脚架高度H;然后通过界面向全站仪输入两铁轨中线间距离1，超高距d，脚架高度H，全站仪利用公式I计算得到刻度a并显示在界面上；测量人员移动全站仪安装底座11直至定位线14对准刻度a，使得全站仪位于两铁轨的中线上，然后锁定制动螺旋3 ；a=cos (arctand/l) *l/2_sin (arctand/l) *H (公式 I)其中，d为超高距，初始值为零，I为两铁轨中线间距离(MN的长度)，H为脚架高度。步骤3:测量并放样；参见图5、图6和图7，测量人员量取仪器高h，并通过界面向全站仪输入放样点C点坐标(xc，yc, zc)、仪器高h、工程中所设定的限差Mtl ;全站仪通过公式2计算得到转向角α并显示在界面上；测量人员使全站仪瞄准后视点A后转过转向角α (见图5)，此时得到接触网连接点点位所在的竖直面，也即B、C两点所确定的竖直平面；测量人员在已确定的竖直面内缓慢转动全站仪镜头并使其连续观测，观测过程中获得多组测量数据(包括测设角β和其对应的测设距离b)，全站仪实时将每组测设数据代入公式3，当公式3成立时全站仪报警；此时停止测量并记录该组测设角β和其对应的测设距离b;全站仪打出激光显示在隧道壁上的一点即为放样点，测量人员在隧道壁上标出该点，放样完毕。
权利要求1.一种铁路隧道接触网连接点快速放样的自动化测量系统，其特征在于，包括脚架和安装在脚架上的全站仪；所述脚架包括长方形工作台(1)，工作台(I)长度方向的两端下方分别安装支柱(6),其中一个支柱(6)顶端通过旋转轴与工作台(I)的一端连接,工作台(I)能够绕旋转轴转动；另一个支柱(6)上半部分中空，其中安插有伸缩杆(4)，伸缩杆(4)上端与工作台(I)通过旋转轴连接，伸缩杆(4)能够绕该旋转轴转动；伸缩杆(4)能够在支柱(6 )中空部分上下移动，一个制动螺旋(5)旋入支柱(6)中空部分，通过旋紧制动螺旋(5)能够使其顶住伸缩杆(4)的下部从而将其固定在支柱(6)内；伸缩杆(4)的上半部分标有第一精密刻度标尺(10)，第一精密刻度标尺(10)的刻度值增大方向向下且其零刻度与工作台(I)下边沿平齐； 工作台(I)上设有坐标定位器(12 );工作台(I)上表面设有圆水准器(13 );工作台(I)上表面设置有与工作台长度方向一致的导轨，导轨上安装有能够沿导轨滑动的全站仪安装底座(11 )，全站仪安装底座(11)通过设置在工作台(I)上的竖向制动螺旋(3 )固定；在工作台(I)长度方向的边沿上设有第二精密刻度标尺(15 )，第二精密刻度标尺(15 )的零刻度与所述通过旋转轴连接工作台(I)的支柱(6)的中心线平齐，第二精密刻度标尺(15)的中间刻度在两支柱(6)中心线之间的中点；全站仪安装底座(11)上设有定位线(14);全站仪安装底座(11)的初始位置是将定位线(14)对准第二精密刻度标尺(15)的中间刻度；全站仪通过全站仪安装底座(11)安装在工作台(I)上。
2.如权利要求1所述的铁路隧道接触网连接点快速放样的自动化测量系统，其特征在于，所述自动测量系统的两个支柱(6)之间固定有与工作台(I)平行的连接杆(7)，在连接杆(7)的中部宽度方向的两侧分别通过旋转轴安装有可伸缩的架腿(8)，两个架腿(8)顶端均能够绕旋转轴转动。
3.如权利要求1所述的铁路隧道接触网连接点快速放样的自动化测量系统，其特征在于，所述支柱(6)底部安装有固定滑动脚垫(9)，固定滑动脚垫(9)上安装有滑轮(16)，滑轮(16)能够在铁轨上滑动；滑动脚垫(9)外侧设置有顶端带有竖向制动片(17)的制动螺旋(2)。·
专利摘要本实用新型公开了一种铁路隧道接触网连接点快速放样的自动测量系统，包括脚架和安装在脚架上的全站仪；脚架包括工作台，工作台下方安装支柱，一个支柱与工作台连接；另一个支柱上半部分中空其中安插伸缩杆，伸缩杆上端与工作台通过旋转轴连接；工作台上设有坐标定位器、圆水准器；工作台上表面设置有与工作台长度方向一致的导轨，导轨上安装全站仪安装底座；在工作台长度方向的边沿上设有第二精密刻度标尺，第二精密刻度标尺的零刻度与所述通过旋转轴连接工作台的支柱的中心线平齐，第二精密刻度标尺的中间刻度在两支柱中心线之间的中点；全站仪安装底座上设有定位线；本实用新型的系统能够实现高效、高精度的放样接触网连接点点位。
文档编号G01C15/00GK203132545SQ201320005259
公开日2013年8月14日 申请日期2013年1月6日 优先权日2013年1月6日
发明者杨志强, 王超 申请人:长安大学