一种轨道静态平顺性检测系统及方法与流程

本发明涉及轨道静态平顺性检测领域，特别是涉及一种轨道静态平顺性检测系统及方法。

背景技术：

目前高速铁路、城市交通轨道静态平顺性测量普遍采用三维测量法。这种方法采用的设备主要是全站仪和轨检小车的集成系统，国内外已经有很多成熟的产品或系统。这种方法主要采用定点测量方式，采用“走走停停”式测量方法，测量时需将轨检小车在轨枕处停留数秒，轨检小车的推行，只是为了进行设备的行进，停留位置为人眼判断，里程精度要求较低，停留过程中进行数据采集。这样实际上是一种静态测量方式，测量数据间隔较大、测量速度较慢。由于高速铁路以及城市交通运营时间较长，天窗时间较短，这种静态测量方式很难满足运营维护期间高速测量的需求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种轨道静态平顺性检测系统及方法，能够提高轨道检测效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种轨道静态平顺性检测系统，包括：

客户端、激光跟踪仪、轨检小车；

所述客户端与所述激光跟踪仪采用有线方式进行通讯；

所述客户端与第一无线模块电连接；

所述轨检小车与第二无线模块电连接；

所述第一无线模块与所述第二无线模块无线连接；

所述轨检小车包括单片机、位移传感器、倾角传感器和靶球；

所述位移传感器安置在所述轨检小车框架内部，所述位移传感器的测量磁环与所述轨检小车移动端联动；

所述倾角传感器固定在所述轨检小车内部，所述倾角传感器的X轴向与所述轨检小车横梁平行，用于获取轨道倾角；

所述位移传感器所测量的数据和所述倾角传感器所测量的数据采用串口方式集成到所述单片机上；

所述靶球安装在所述轨检小车上面；

所述客户端与所述单片机通过无线模块通信。

可选的，具体包括：

所述客户端采用通用串行总线与所述第一无线模块连接。

可选的，具体包括：

所述单片机采用串口方式与所述第二无线模块相连。

可选的，具体包括：

所述靶球安装在所述轨检小车内的靶球支座上。

一种轨道静态平顺性检测方法，所述方法应用于一种轨道静态平顺性检测

系统，包括：

客户端、激光跟踪仪、轨检小车；

所述客户端与所述激光跟踪仪采用有线方式进行通讯；

所述客户端与第一无线模块电连接；

所述轨检小车与第二无线模块电连接；

所述第一无线模块与所述第二无线模块无线连接；

所述轨检小车包括单片机、位移传感器、倾角传感器和靶球；

所述位移传感器安置在所述轨检小车框架内部，所述位移传感器的测量磁环与所述轨检小车移动端联动；

所述倾角传感器固定在所述轨检小车内部，所述倾角传感器的X轴向与所述轨检小车横梁平行，用于获取轨道倾角；

所述位移传感器所测量的数据和所述倾角传感器所测量的数据采用串口方式集成到所述单片机上；

所述靶球安装在所述轨检小车上面；

所述客户端与所述单片机通过无线模块通信；

所述方法包括：

获取靶球的三维坐标；

获取第一轨道长度；所述第一轨道长度表示为铁轨顶面16mm范围内两股钢轨作用之间的最小距离；所述钢轨作用表示为列车通过钢轨时的受力；

根据所述三维坐标计算轨道的横向倾角；

结合所述第一轨道长度和所述横向倾角进行超高计算并输出；所述超高表示为轨道的超高，即一项轨道几何参数，同一里程处左右轨高差。

可选的，所述根据所述三维坐标计算轨道的横向倾角，具体包括：

获取轨道外部几何参数；

获取轨道内部几何参数；

利用激光跟踪仪根据所述轨道外部几何参数和所述轨道内部几何参数计算轨道的横向倾角；所述轨检小车至少测量10个轨枕。

可选的，在所述获取轨道的三维坐标之前，还包括：

控制激光跟踪仪旋转至预设的水平角和竖直角；

根据所述水平角、所述竖直角和所述铁道轨枕间距计算轨道的三维坐标。

可选的，在结合所述第一轨道长度和所述横向倾角进行超高计算并输出之后，还包括：

判断轨道当前检测的距离是否到达预设要检测的轨道距离，得到第一判断结果；

当所述第一判断结果表示为所述轨道当前检测的距离到达预设的轨道距离，则调转轨检小车方向和靶球方向至初始位置。

可选的，在获取第一轨道长度之前，还包括：

控制位移传感器按照预设的频率测量所述第一轨道长度。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：采用本发明的测量系统及方法，在轨检小车在静态测量时，超高通过倾角传感器获取；在轨检小车动态测量时，通过激光跟踪仪跟踪测量往返运行于轨道的轨检小车上靶球的三维坐标，进而计算出轨道横向倾角，根据所述横向倾角结合所述位移传感器测得的轨道长度进行超高计算，本发明的测量系统及方法能够实时自动对轨道平顺性进行动态测量，既能提高测量速率，又能获取厘米级的数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的检测系统结构图；

图2为本发明实施例检测方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种轨道静态平顺性检测系统及方法，能够提高轨道检测效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例的检测系统结构图，如图1所示，一种轨道静态平顺性检测系统，包括：客户端101、激光跟踪仪102、轨检小车103；

所述客户端101与所述激光跟踪仪102采用有线方式进行通讯；

所述客户端101与第一无线模块104电连接；

所述轨检小车与第二无线模块105电连接；

所述第一无线模块104与所述第二无线模块10

5无线连接；

所述轨检小车包括单片机1031、位移传感器1032、倾角传感器1033和靶球1034；

所述位移传感器1032安置在所述轨检小车框架内部，所述位移传感器1032的测量磁环与所述轨检小车移动端联动；所述倾角传感器1033固定在所述轨检小车103内部，所述倾角传感器1033的X轴向与所述轨检小车103横梁平行，用于获取轨道倾角；

所述位移传感器1032所测量的数据和所述倾角传感器1033所测量的数据采用串口方式集成到所述单片机1031上；

所述靶球1034安装在所述轨检小车103上面；

所述客户端101与所述单片机1031通过无线模块通信。

在实际应用中，具体包括：

所述客户端101采用通用串行总线与所述第一无线模块104连接。

在实际应用中，具体包括：

所述单片机1031采用串口方式与所述第二无线模块105相连。

在实际应用中，具体包括：

所述靶球1034安装在所述轨检小车103内的靶球支座1035上。

本发明的检测系统集成了所述激光跟踪仪102、所述轨检小车103和客户端101、无线通讯模块，其中所述激光跟踪仪102作为主体测量工具，测量时所述激光跟踪仪102安置在轨道中间或两侧，用于获取轨道两边的基桩控制网控制点(Base-piles Control Points III，CPIII)和轨道点的三维坐标，轨检小车安置所述靶球1034、所述位移传感器1032、所述倾角传感器1033以及所述单片机1031，所述位移传感器1032安置在所述轨检小车103框架内部，其测量磁环与所述轨检小车103移动端联动，用于获取轨距，倾角传感器1033固定在所述轨检小车103内部，其X轴向与所述轨检小车103横梁平行，用于获取轨道倾角，所述单片机1031用于集成处理所述位移传感器1032和所述倾角传感器1033的测量数据。客户端101作为激光跟踪仪和轨检小车的控制和系统的数据处理终端，客户端101应用软件系统，实现对所述激光跟踪仪102的控制和数据采集、处理及输出。

客户端101对所述激光跟踪仪102的通讯与控制主要基于所述激光跟踪仪102的开发指令，客户端101与所述激光跟踪仪102通过网线连接，客户端101通过开发包中函数控制所述激光跟踪仪102旋转指定水平角和竖直角、测量目标三维坐标，并能将数据结果返回给客户端101。

所述位移传感器1032和所述倾角传感器1033的数据集成和通讯依靠所述单片机1031，所述单片机1031与客户端101之间采用无线通讯模块进行无线通讯。测量过程中，客户端101发送指令通过无线模块传输到所述单片机1031，进而控制所述位移传感器1032和所述倾角传感器1033按照指定的频率输出轨距和倾角结果。所述激光跟踪仪102与客户端101采用网线连接方式通讯，客户端101采用USB方式连接无线模块，另一无线模块采用串口方式与所述轨检小车103上的所述单片机1031相连。所述轨检小车103上所述位移传感器1032和所述倾角传感器1033的数据通过串口方式集成到单片机上，客户端101通过与所述单片机103的通讯，实现对所述位移传感器1032和所述倾角传感器1033的统一控制与数据通讯。

所述轨检小车103上的靶球1034用于配合所述激光跟踪仪102进行轨道绝对坐标的获取。本发明的检测系统采用两种工作方式，即轨道静态精调测量和轨道平顺性动态检测。在轨道静态精调测量中，所述激光跟踪仪102对所述轨检小车103上所述靶球1034采用“走-停”方式测量；在轨道运营维护期间，采用动态测量方式，即轨检小车在轨道上动态往返运行，激光跟踪仪跟踪轨检小车上的靶球进行轨道点坐标的获取。本发明的测量系统与原有的测量系统相比，主要是实现了轨道静态平顺性的动态测量。现有系统进行轨道静态平顺性测量时，采用“走走停停”式测量方法，测量时需将轨检小车在轨枕处停留数秒，停留位置为人眼判断，里程精度要求较低，停留过程中进行数据采集，实际上是一种静态测量方式，测量数据间隔较大、测量速度较慢。本发明的测量系统，实现了轨道静态平顺性的动态测量，既能提高测量速率，又能获取厘米级的数据，更有利于轨道静态平顺性的快速测量和基于准确位置的轨道状态分析。

本发明还包括一种轨道静态平顺性检测方法，图2为本发明实施例检测方法流程图，如图2所示，所述方法包括：

步骤S201：获取靶球的三维坐标；

步骤S202：获取第一轨道长度；所述第一轨道长度表示为铁轨顶面16mm范围内两股钢轨作用之间的最小距离；所述钢轨作用表示为列车通过钢轨时的受力；

步骤S203：根据所述三维坐标计算轨道的横向倾角；

步骤S204：结合所述第一轨道长度和所述横向倾角进行超高计算并输出。

在实际应用中，所述根据所述三维坐标计算轨道的横向倾角，具体包括：

获取轨道外部几何参数；

获取轨道内部几何参数；

利用激光跟踪仪根据所述轨道外部几何参数和所述轨道内部几何参数计算轨道的横向倾角；轨检小车至少测量10个轨枕。

在实际应用中，在所述获取轨道的三维坐标之前，还包括：

控制激光跟踪仪旋转至预设的水平角和竖直角；

根据所述水平角、所述竖直角和所述铁道轨枕间距计算轨道的三维坐标。

在实际应用中，在结合所述第一轨道长度和所述横向倾角进行超高计算并输出之后，还包括：

判断轨道当前检测的距离是否到达预设要检测的轨道距离；

若是，则调转轨检小车方向和靶球方向至初始位置；

若否，所述轨检小车继续行驶至初始位置。

在实际应用中，在获取第一轨道长度之前，还包括：

控制位移传感器按照预设的频率测量轨道轨枕间距。

采用本发明系统及方法主要完成两项任务，即轨道精调测量和轨道静态平顺性动态检测。在具体工作中，首先需要进行的工作是：1)安置激光跟踪仪、靶球和轨检小车；2)本系统设置和自由设站设置，主要进行设计数据导入、传感器通讯参数、测量方式、测回、测量距离、自由设站学习点数及自由设站测量点和测回数等的设置；3)仪器检校(激光跟踪仪前后视检查、轨检小车倾角检校)；4)学习测量与自由设站，即先手动测量3-4个CPIII点，然后重复多测回测量4-8个CPIII控制点。

在进行轨道精调测量时，完成自由设站测量后，就沿某一行进方向测量，测量时采用“走-停式”测量方法，即行进时停留在轨枕处并进行测量，测量时，位移传感器获取轨距数据，倾角传感器获取轨道横向倾角，激光跟踪仪获取轨检小车上靶球坐标。测量时保证站间测量至少10个轨枕，并进行反复测量。进行轨道精调测量时，如果导入了设计数据，轨道调整量可以实时显示，如果未导入设计数据，可以后续内业处理，进行调整量计算。

在进行轨道静态平顺性检测任务时，在完成自由设站测量后，利用跟踪仪，在轨检小车在轨道上沿里程增大方向(或减小方向)行进过程中，对轨检小车上固定端的靶球进行实时跟踪(或基于时间间隔、距离间隔)测量，位移传感器动态获取轨距，测量至设置的终止距离。然后掉转轨检小车方向和靶球方向，即沿里程减小方向(或增大方向)，重复测量至设置终止距离。轨道静态平顺性检测测量数据会以文本形式自动保存。

轨道平顺性检测是轨道检测的主要内容，一般通过轨道内部几何状态和外部几何状态来描述。轨道内部几何参数(也叫轨道相对几何参数)包括：轨距、超高(水平)、轨向、高低、扭曲(三角坑)等。这些轨道几何状态描述了轨道的相对几何状态。轨道外部几何状态(也叫轨道绝对几何参数)包括：轨道的中线、左右轨相对于设计线位的平面(横向)、高程(垂向)偏差。

在静态工作时，超高通过倾角传感器进行获取；动态测量时，通过激光跟踪仪跟踪测量往返运行于轨道上轨检小车上的靶球的三维坐标并进行轨道横向倾角的计算，结合轨距进行超高计算。其余轨道参数可参考现有轨道测量系统进行计算。

采用本发明提供一种轨道静态平顺性检测系统及方法，能够大大提高轨道检测效率。

为了验证本发明的检测系统及方法，上海地铁13号线在建某区间进行了轨道平顺性动态测量实验，并与现有测量系统进行对比。对比系统采用SGJ-T-CEC-Ⅰ型客运专线轨道几何状态测量仪，SGJ-T-CEC-Ⅰ型客运专线轨道几何状态测量仪是中铁工程设计咨询集团有限公司研发并生产的轨道几何状态静态检测的工具，可用于轨道的绝对测量和相对测量，即可以测量轨道的轨距、超高和轨道中线等参数，该轨道几何状态测量仪可应用于高速铁路(客运专线)无砟轨道线路的新线施工、整道、检查布设精度、质量验收及既有线的运营维护等作业的指导工作，该测量仪已经成功应用到了京津城际、沪宁城际、合宁城际等数项轨道精调及轨道几何状态静态精密检测与咨询评估。

表1为本发明的检测系统与SGJ-T-CEC-Ⅰ型客运专线轨道几何状态测量仪的几何参数偏差的统计表，对比结果如表1所示。从表1可知本发明中的基于激光跟踪仪的轨道静态平顺性检测系统与现有SGJ-T-CEC-Ⅰ型客运专线轨道几何状态测量仪的测量结果相当。

表1

由于本发明中采用动态测量方式，在轨道测量中可按照人走行速度推行测量，在测量速度上对比现有方法有了很大程度的提升，对比现有轨道测量方法“走走停停”式测量方法，本发明既能够满足轨道施工中的精调测量，也适用于在轨道运营维护期间的轨道平顺性测量，由此可知，本发明的检测方法及系统在保证精确度的同时，还提高了对轨道的检测效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。