一种铁路里程测量方法与流程

[0001]
本发明属于铁路测量技术领域，尤其是涉及一种铁路里程测量方法。


背景技术：

[0002]
随着铁路建设的快速发展，铁路客运的安全已成为铁路运营的重大研究课题，铁路局工务部门需要掌握线路设备的变化规律，及时掌握线路的几何状态，加强线路检测管理是确保线路质量、保证运输安全的一项重要的基础性工作。
[0003]
铁路里程系统是铁路进行设备管理的唯一标准，对于铁路建设来说，里程系统是基于测绘基准来实现的，通过先进的测量手段可以实现精准的定位。对于运营线路来说，里程系统的精准定位是普遍的难题。
[0004]
目前，传统的方式采用钢尺丈量，其测量精度较低，还会采用一些测量设备以基于里程计的方式来进行里程标定，但是，这种里程测量方法对钢轨的光滑度和传感器的灵敏度可靠性有较高的要求，其推广应用十分困难。对于已建成的铁路，只有天窗点才能上道进行轨道检测作业，时间短，工作量大，测量困难大。我国现行规范要求的铁路建设投影精度普速要达到1/40000，高铁要达到1/100000，而目前通常采用钢尺丈量的测量方法，所测结果经分析，其测量精度仅为1/2000，这样的测量精度低，难以适用现代的铁路里程测量要求。
[0005]
因此，为了解决上述技术问题，需要设计一种能够安全系数高、提高里程测量的作业效率的里程测量方法。


技术实现要素：

[0006]
本发明的目的是提供一种测量精度高、安全系数高的铁路里程测量方法。
[0007]
本发明的技术方案如下：
[0008]
一种铁路里程测量方法，包括以下步骤：
[0009]
s1.铁路里程测量车沿铁路运行，通过测量车的gnss模块实时获取铁路里程测量车在铁路轨道上行进的铁路中线的经纬度坐标；
[0010]
s2.根据所需的测量类型，通过测量车的工控机配置里程间隔和海拔参数，当选择直线测量时，则执行步骤s3，当选择曲线测量时，则执行步骤s4；
[0011]
s3.直线测量的计算：
[0012]
s301.通过gnss模块获取每段里程间隔(里程间隔为直线)的起点a及终点b的经纬度坐标，其中，a点经纬度坐标为(wa,ja)，b点经纬度坐标为(wb,jb)，通过工控机将起点a(wa,ja)和终点b(wb,jb)的经纬度坐标换算为三维坐标a(xa，ya，za)，b(xb，yb，zb)，通过如下公式计算：
[0013]
[0014][0015]
其中，r为地球半径，r＝6378.137km；
[0016]
s302.根据所述s301的三维坐标a(xa，ya，za)，b(xb，yb，zb)，计算ab两点之间的直线长度，通过如下公式计算：
[0017]
ab2＝(xa-xb)2+(ya-yb)2+(za-zb)2[0018]
ꢀꢀꢀ
＝2r2(1-cos(wa)cos(wb)cos(ja-jb)-sin(wa)sin(wb))
ꢀꢀꢀ
(3)；
[0019]
s303.根据ab的直线长度，计算ab两点与地心之间的夹角∠aob，通过如下公式计算：
[0020][0021]
s304.根据所述s303的夹角∠aob，计算ab两点的弧长(由于地球是球体，铺设在地球表面的铁路线相对于地球表面是直线，但对于地球是弧线，因此需要计算出ab两点的弧长)通过如下公式计算：
[0022][0023]
s4.曲线测量的计算：
[0024]
s401.通过gnss模块获取每段里程间隔(里程间隔为曲线)的起点c及终点d的经纬度坐标，其中，c点经纬度坐标为(wc,jc)，d点经纬度坐标为(wd,jd)，通过工控机将起点c(wc,jc)和终点d(wd,jd)的经纬度坐标换算为三维坐标c(xc，yc，zc)，d(xd，yd，zd)，通过如下公式计算：
[0025][0026][0027]
其中，r为地球半径，r＝6378.137km；
[0028]
s402.根据所述s401的三维坐标c(xc，yc，zc)，d(xd，yd，zd)，计算cd两点之间的直线长度，通过如下公式计算：
[0029][0030]
s403.根据cd两点之间的直线长度，计算cd两点与地心之间的夹角∠cod，通过如下公式计算：
[0031]
[0032]
s404.根据所述夹角∠cod，计算cd两点的弧长通过如下公式计算：
[0033][0034]
s405.根据所述cd两点的弧长铁路圆曲线圆心为p，铁路圆曲线半径r，计算出铁路圆曲线周长l与铁路圆曲线弧长lm对应的夹角∠cpd，(如图6所示，铁路圆曲线弧长lm是铁路线转弯的一段铁路弧长，根据三角函数的计算方法，弧长是相对于铁路圆曲线这段弧长的弦，通过弧长的弦计算出夹角∠cpd)，通过如下公式计算：
[0035]
l＝2πr
ꢀꢀꢀ
(11)
[0036][0037]
lm＝r∠cpd
ꢀꢀꢀ
(13)；
[0038]
s5.测量人员选择是否继续测量，若选择继续测量，则返回步骤s1重新测量，若选择终止测量，则导出工控机计算的里程数据，得出铁路里程距离，完成铁路里程测量。
[0039]
在上述技术方案中，在铁路里程测量车上设置平板电脑，所述平板电脑通过蓝牙与工控机通讯连接，测量人员通过平板电脑选择或控制测量车的运行，在所述步骤s1前，设置平板电脑与工控机蓝牙连接。
[0040]
一种铁路里程测量车，包括：车架、用于驱动车架沿待测铁路移动的行走机构、用于测量铁路里程的测量机构和用于定距喷码的喷码机构；
[0041]
所述车架包括底架和支撑架，所述支撑架竖直固装在底架的一端，所述底架的中间安装有一支撑横梁，所述底架上设有安装板，在所述安装板上安装有可拆卸地座椅以供测量人员乘坐；
[0042]
所述行走机构包括发电机、电机控制箱、一对轮毂电机和多个导向轮，一对轮毂电机对称安装在所述底架的底部，且该轮毂电机分别设置在所述支撑横梁的两端，用于驱动车体移动，所述导向轮安装在底架的底部，且该导向轮对称设置在底架的前后两侧，用于导向车体沿铁路推到行走，所述发电机安装在底架上，所述电机控制箱安装在底架上，所述发电机与电机控制箱电连接，所述电机控制箱与轮毂电机电连接，用于控制轮毂电机的运行；
[0043]
所述测量机构包括gnss模块和工控机，所述gnss模块安装在所述支撑架的顶部，用于采集铁路线路的中心坐标，所述工控机安装在支撑架的顶部，所述gnss模块与工控机通讯连接，用于将采集的铁路线路的中心坐标发送至工控机，所述工控机用于接收采集的铁路线路的中心坐标处理，计算生成车体的行走数据；
[0044]
所述喷码机构包括喷码箱、喷码管和喷嘴，所述喷码箱安装在底架上，所述喷码箱的出料口与喷码管的一端连接，喷码管的另一端与喷嘴连接，且该喷码管向车体的外侧伸出，所述喷嘴的出口朝下，用于向铁路上喷码标记。
[0045]
在上述技术方案中，所述底架由两个横梁和两个纵梁拼接构成，两个所述横梁平行设置，两个纵梁对称安装在两个横梁之间，所述支撑横梁安装在两个纵梁的中间，在一个横梁与支撑横梁之间安装有第一承载板和第二承载板，所述发电机安装在第二承载板上，所述电机控制箱安装在第一承载板上。
[0046]
在上述技术方案中，所述座椅的数量为两个，两个座椅对称安装在所述支撑横梁上的安装板上。
[0047]
在上述技术方案中，所述导向轮的数量为四个，每两个导向轮为一组导向轮组，每组导向轮组对称安装在底架底部的左右两侧，每个所述导向轮设置在底架的相对内侧，用于与铁路轨道的内侧相接触而导向车体，避免车体在行走过程中脱轨。
[0048]
在上述技术方案中，所述喷码箱通过固定板安装在底架上，且该喷码箱位于底架的一角。
[0049]
在上述技术方案中，所述电机控制箱内设有电机控制板和ac/dc转换器，所述电机控制板上设有电源开关和电机控制开关，所述发电机与ac/dc转换器电连接，用于将交流电转换为直流电并为电机控制板供电，所述电机控制开关与轮毂电机电连接以用于控制轮毂电机的启闭。
[0050]
在上述技术方案中，所述支撑架上设有遥控器，所述遥控器与电机控制板相适配，用于通过遥控器控制轮毂电机的运行。
[0051]
在上述技术方案中，所述支撑横梁上设有喷码按钮，所述喷嘴上安装有电磁阀，所述电磁阀与喷码按钮电连接以用于控制喷嘴的启闭。
[0052]
在上述技术方案中，所述车架上安装有蓄电池，以用于作为车体的备用电源。
[0053]
在上述技术方案中，所述电机控制箱上设有备用电源接口和备用开关，所述蓄电池与备用电源接口连接，用于为车体供电。
[0054]
在上述技术方案中，所述底架上靠近支撑架的一侧上设有轨道铲，所述轨道铲用于铲除轨道上的障碍物，防止测量车脱轨。
[0055]
本发明具有的优点和积极效果是：
[0056]
1.铁路里程测量车的gnss模块与工控机通讯连接，gnss实时采集铁路中线坐标，并通过工控机内的算法能够计算出精确的铁路里程距离，有效提高了铁路里程测量精度，改变了传统的里程测量作业模式，提高了安全系数，测量效率高。
[0057]
2.铁路里程测量车上设置有电机控制箱转换电压，能够恒定输出轮毂电机所需的电压，测量车的工作电流变化范围小，有利于电机控制板的性能稳定和延长使用寿命，并且能够持续为测量车供电，使得测量车的续航时间长，使得车体运行稳定。
[0058]
3.铁路里程测量车上还设有轨道铲，用于铲除铁路轨道上的障碍物，防止测量车脱轨。
附图说明
[0059]
图1是本发明的铁路里程测量车的立体图(省略座椅)；
[0060]
图2是本发明的铁路里程测量车的俯视图；
[0061]
图3是本发明的铁路里程测量车的侧视图；
[0062]
图4是本发明的铁路里程测量车的正视图；
[0063]
图5是本发明的铁路里程测量方法的流程图；
[0064]
图6是实施例1中铁路圆弧线的示意图。
[0065]
图中：
[0066]
1、车架
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2、底架
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3、支撑架
[0067]
4、喷码箱
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5、喷码管
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6、喷嘴
[0068]
7、安装板
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8、座椅
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9、导向轮
[0069]
10、轮毂电机
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11、gnss模块
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12、电机控制箱
[0070]
13、发电机
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14、工控机
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15、第一承载板
[0071]
16、第二承载板
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17、喷码按钮
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18、轨道铲
具体实施方式
[0072]
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，决不限制本发明的保护范围。
[0073]
实施例1
[0074]
如图1所示，本发明的一种铁路里程测量车，包括：包括：车架1、用于驱动车架1沿待测铁路移动的行走机构、用于测量铁路里程的测量机构和用于定距喷码的喷码机构；
[0075]
所述车架1包括底架2和支撑架3，所述支撑架3竖直固装在底架2的一端，所述底架2的中间安装有一支撑横梁，所述底架2上设有安装板7，在安装板7上安装有可拆卸地座椅8以供测量人员乘坐；
[0076]
所述行走机构包括发电机13、电机控制箱12、一对轮毂电机10(采用36v四寸有齿无刷电机)和多个导向轮9，一对所述轮毂电机10对称安装在所述底架2的底部，且一对轮毂电机10分别设置在所述支撑横梁的两端，用于驱动车体移动，所述导向轮9安装在底架2的底部，且该导向轮对称设置在底架的前后两侧，用于导向车体沿铁路轨道行走(防止车体在行走过程中脱轨)，所述发电机13安装在底架2上，所述电机控制箱12安装在底架2上，所述发电机13与电机控制箱12电连接用于转换电流电压，所述电机控制箱12与轮毂电机10电连接，用于控制轮毂电机10的运行；
[0077]
所述测量机构包括gnss模块11和工控机14，所述gnss模块11安装在所述支撑架3的顶部，用于采集铁路线路的中心坐标，所述工控机14(采用平板电脑)安装在支撑架3的顶部，所述gnss模块11与工控机14通讯连接(采用蓝牙通讯连接)，用于将采集的铁路线路的中心坐标发送至工控机14，所述工控机14用于接收采集的铁路线路的中心坐标处理，计算生成车体的行走数据；
[0078]
所述喷码机构包括喷码箱4、喷码管5和喷嘴6，所述喷码箱4安装在底架2上，所述喷码箱4的出料口与所述喷码管5的一端连接，喷码管5的另一端与喷嘴6连接，且该喷码管5向车体的外侧伸出，所述喷嘴6的出口朝下以用于向铁路轨道上喷码标记。
[0079]
进一步地说，所述底架2由两个横梁和两个纵梁拼接构成，两个所述横梁平行设置，在两个横梁之间对称安装两个所述纵梁，所述支撑横梁设置在纵梁的中间，在一个横梁与支撑横梁之间安装有第一承载板15和第二承载板16，所述发电机13安装在第二承载板16上，所述电机控制箱12安装在第一承载板15上。
[0080]
进一步地说，所述底架的长度为1.6m，宽0.8m。
[0081]
进一步地说，所述座椅8的数量为两个，两个所述座椅8对称安装在支撑横梁上。
[0082]
进一步地说，所述导向轮9的数量为四个，每两个导向轮9为一组导向轮9组，每组导向轮9组对称安装在底架2底部的左右两侧，每个所述导向轮9设置在底架2的相对内侧，用于与铁路轨道的内侧相接触而导向车体，避免车体在行走过程中脱轨。
[0083]
进一步地说，所述喷码箱4通过固定板安装在底架2上，且该喷码箱4位于在底架2的一角。
[0101]
ꢀꢀꢀ
＝2r2(1-cos(wa)cos(wb)cos(ja-jb)-sin(wa)sin(wb))
ꢀꢀꢀ
(3)；
[0102]
s303.根据ab的直线长度，计算ab两点与地心之间的夹角∠aob，通过如下公式计算：
[0103][0104]
s304.根据所述s303的夹角∠aob，计算ab两点的弧长(由于地球是球体，铺设在地球表面的铁路线相对于地球表面是直线，但对于地球是弧线，因此需要计算出ab两点的弧长通过如下公式计算：
[0105][0106]
s4.曲线测量的计算：
[0107]
s401.通过gnss模块获取每段里程间隔(里程间隔为曲线)的起点c及终点d的经纬度坐标，其中，c点经纬度坐标为(wc,jc)，d点经纬度坐标为(wd,jd)，通过工控机将起点c(wc,jc)和终点d(wd,jd)的经纬度坐标换算为三维坐标c(xc，yc，zc)，d(xd，yd，zd)，通过如下公式计算：
[0108][0109][0110]
其中，r为地球半径，r＝6378.137km；
[0111]
s402.根据所述s401的三维坐标c(xc，yc，zc)，d(xd，yd，zd)，计算cd两点之间的直线长度，通过如下公式计算：
[0112][0113]
s403.根据cd两点之间的直线长度，计算cd两点与地心之间的夹角∠cod，通过如下公式计算：
[0114][0115]
s404.根据所述夹角∠cod，计算cd两点的弧长通过如下公式计算：
[0116][0117]
s405.根据所述cd两点的弧长铁路圆曲线圆心为p，铁路圆曲线半径r，计算出铁路圆曲线周长l与铁路圆曲线弧长lm对应的夹角∠cpd，(如图6所示，铁路圆曲线弧长lm是铁路线转弯的一段铁路弧长，根据三角函数的计算方法，弧长是相对于铁路圆曲线这段弧长的弦，通过弧长的弦计算出夹角∠cpd)，通过如下公式计算：
[0118]
l＝2πr
ꢀꢀꢀ
(11)
[0119][0120]
lm＝r∠cpd
ꢀꢀꢀ
(13)；
[0121]
s5.测量人员选择是否继续测量，若选择继续测量，则返回步骤s1重新测量，若选择终止测量，则导出工控机计算的里程数据，得出铁路里程距离，完成铁路里程测量。
[0122]
进一步地说，由于铁路在铺设过程中，不是理想状态的圆曲线或直线，在实际铁路的铺设过程中，直线和圆曲线之间都存在一段较短的铁路线(即缓和曲线)，既不包含在圆曲线半径的计算范围内，也不包含在直线的计算范围内，因此，需要在缓和曲线的1/2处位置作为测量方式的切换点，使得该段缓和曲线分为两半分别在直线测量和曲线测量方式中做近似计算。
[0123]
进一步地说，所述铁路圆曲线半径r是铁路部门提供的已知数，在计算前手动输入该参数即可。
[0124]
进一步地说，在铁路里程测量车上设置平板电脑，所述平板电脑通过蓝牙与工控机通讯连接，测量人员通过平板电脑选择或控制测量车的运行，在所述步骤s1前，设置平板电脑与工控机蓝牙连接。
[0125]
本发明的里程测量方法与传统的双轨测量后差分方法相比，通过铁路里程测量车的行进，实现一次测量而获得铁路铁轨的中线里程，通过本发明的里程测量方法，其精度可以达到1/20000的精度。
[0126]
采用本发明的里程测量方法在呼和实验基地k0+000—k8+150里程测量，测试总长度为8200m，从起点0m开始测量，至测量终点8150m，(从起点0m-650m由于线路原因，其测量误差较大，因此在测量值中省略)，铁路里程测量的测试结果如表1：
[0127]
表1铁路里程测量数值及精度
[0128]
[0129]
[0130]
[0131][0132]
由表1可以看出，直线测量的精度可以达到1/40000，与所要求的测量精度标准1/20000相比，其测量精度明显提高，且该测量中间没有明显误差突变。
[0133]
在测量时，可通过从线路终点返回至线路起点反推测量，以校验里程测量的准确性。
[0134]
实施例3
[0135]
在实施例1的基础上，所述车架1上安装有蓄电池，用作车体的备用电源。
[0136]
进一步地说，所述电机控制箱12上设有备用电源接口和备用开关，所述蓄电池与备用电源接口电连接，用于为车体供电。
[0137]
进一步地说，所述蓄电池采用锂电池。
[0138]
进一步地说，所述工控机14采用平板电脑(平板电脑内嵌入基于安卓系统的处理软件而作为数据处理平台)，通过平板电脑直接显示出测试中所需要的数据。
[0139]
进一步地说，所述喷码箱4内填充的物料是由乳胶漆和防冻液混合而成。
[0140]
进一步地说，所述底架2上靠近支撑架3的一侧上设有轨道铲，所述轨道铲用于铲出轨道上的障碍物，防止测量车脱轨。
[0141]
为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
[0142]
而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0143]
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。