基于并行激光雷达的火车接触网高度非接触式测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及激光测距技术领域，具体设及一种基于并行激光雷达W及太阳高度角 逆跟踪技术的铁路接触网导线高度的快速、高精度测量系统。
【背景技术】
[0002] 电力机车在行驶过程中，通过其顶端的受电弓从接触网获取持续不断的电能。但 是，火车在行驶过程中，由于外界地形起伏、布线结构W及外界环境因素等影响，导致接触 网高度存在不同程度的变化，进而导致因受电弓搭接角度调整不及时而造成经常性的电弧 放点，影响能效利用率。因此，必须采取一定的技术手段，在火车行进过程中对当前接触网 高度进行短距离快速预测，为受电弓搭接角度提供实时反馈。公开号为CN202229747U的专 利，采用拉线传感器的方式进行接触网高度测量。由于该方法采用的是接触式的高度间接 测量，使用过程中存在如下问题：一是长期机械接触式测量，对测量设备的磨损老化较为严 重；二是间接式测量常常不能反映接触网高度的真实情况；=是只能利用拉线传感器形变 后的结果反推测量结果，很难做到高度短期预测。公开号为CN2300909的专利，采用超声雷 达进行接触网高度测量。该方法虽然采用非接触式测量，但超声雷达传感器容易受到其他 声波干扰，且与激光雷达相比反应较慢。而公开号为CN103852011A的专利，虽然采用的是 激光雷达进行测量，但是没有充分考虑其他杂光，尤其是太阳光对测量结果的影响。
【发明内容】
[0003] 本发明为解决现有接触网导线测量方法中，采用超声雷达传感器容易受到其他声 波干扰，采用激光雷达时易受其它杂光影响测量结果等问题，提供一种基于并行激光雷达 的火车接触网高度非接触式测量系统。
[0004] 基于并行激光雷达的火车接触网高度非接触式测量系统，所述测量系统固定在火 车顶部受电弓装置前方规定距离处；该系统包括激光雷达阵列、GI^S太阳高度角定位模块、 数据采集及处理模块、激光雷达对准角度调整模块和接触网高度输出模块；
[0005] 所述GI^S太阳高度角定位模块，用于实时获取火车当前位置、时间信息，计算当前 太阳高度角；同时将太阳高度角信息传送至数据采集及处理模块；
[0006] 所述数据采集及处理模块，用于将太阳高度角信息发送至激光雷达对准角度调整 模块；还用于向激光雷达阵列发送时序驱动信号，控制激光雷达阵列中每个激光雷达依次 等间隔循环测量，W实现接触网导线高度的连续测量，并对测量的接触网高度信息进行处 理后发送至接触网高度输出模块；
[0007] 所述激光雷达阵列，根据接收数据采集及处理模块发送的时序驱动信号；对接触 网导线当前位置进行快速定位扫描和高度测量；并将采集到的扫描数据依次传输给数据采 集及处理模块；
[0008] 所述激光雷达对准角度调整模块，根据接收数据采集及处理模块发送的太阳高度 角信息，调整激光雷达阵列机械支撑臂的支撑方向，W控制激光雷达阵列的对准角度；
[0009] 所述接触网高度输出模块，用于接收数据采集与处理模块的接触网高度信息，并 将所述接触网高度信息实时反馈至受电弓控制端；
[0010] 接触网距离火车上表面高度的公式为：
[0011] H=Lcos口sin白+d
[0012] 式中，0为激光雷达与火车上表面夹角，a为接触网扫描位置与雷达扫描正前方 位置夹角；L为激光雷达测得的接触网距离，d为激光雷达祀面距火车上表面高度修正值，H 为接触网距离火车上表面高度。
[0013] 本发明的有益效果；本发明所述的测量系统，通过将多个激光雷达W分时复用方 式并行工作来提高导线定位与测量速度；具体体现W下方面：
[0014] 1、采用非接触式测量，可降低测量系统的复杂度和测量传感器的磨损；测量结果 速度快，且具有较高的测量精度。
[0015] 2、采用对接触网高度的直接测量，避免了其他间接方式测量过程中因其他因素而 导致的测量错误情况；
[0016] 3、采用激光雷达数量可变的并行激光雷达阵列，可根据具体测量的实时性需求， 灵活的修改测量间隔。
[0017] 4、采用太阳高度角跟踪模块，可通过调整激光雷达阵列调整角度，避免太阳直射 对测量结果的影响。
【附图说明】
[0018]图1为本发明所述的基于并行激光雷达的火车接触网高度非接触式测量系统的 框图；
[0019]图2为本发明所述的基于并行激光雷达的火车接触网高度非接触式测量系统安 装位置示意图；
[0020] 图3为本发明所述的基于并行激光雷达的火车接触网高度非接触式测量系统中 激光雷达扫描轮廓曲线示意图；
[0021]图4为本发明所述的基于并行激光雷达的火车接触网高度非接触式测量系统中 激光雷达阵列对准角度随太阳高度角调整示意图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0022] 一、结合图1至图4说明本实施方式，基于并行激光雷达的接触网高 度的快速高精度测量系统，包括激光雷达阵列、GI^S太阳高度角定位模块、数据采集及处理 模块、激光雷达对准角度调整结构和接触网高度输出模块。
[0023] 所述整个测量装置固定在火车顶部受电弓装置前方规定距离处。所述规定距离处 范围在Im~2m之间；
[0024] 所述激光雷达阵列，固定于测量装置顶部的激光雷达对准角度调整结构末端，其 扫描视场对准其前方规定距离处接触网之字型导线所有可能分布的位置范围。用于对接触 网导线当前位置进行快速定位扫描和高度测量。根据时序驱动信号，控制阵列中每个激光 雷达依次等间隔循环测量，W缩短整体单次测量时间。其计算表达式如下：
[00巧]T二心 N
[0026] 其中，为平均扫描测量时间，T为激光雷达单次扫描测量时间，N为级联的激光 雷达个数。W两个激光雷达的测量系统为例，当单个雷达的测量间隔为30ms