一种基于激光测距的高精度铁路限界测量方法与流程

本发明涉及一种铁路站台限界测量的方法，尤其是用于根据传感器和激光结合三角函数算法进行所需限界数据的精确测量。

背景技术：

近年来，我国的铁路建设得到了迅猛的发展，机车车辆的运行安全与其工作人员的安全也得到了很大的关注，而铁路限界正是安全的重要指标。那么，一种精确的限界测量方法的实施对铁路运输的安全提供了有力的保障。传统的限界测量方法则是人工用尺子实地测量，测量数据精确度不能保证，且工作量大， 配合人员多，工作效率低。

针对非接触式激光测距，国内学者提出了新的测量方法，利用四次激光测量轨面高度、站台高度、站台与仪器水平距离和轨面与仪器的水平距离后需要人工进行其限界计算。该类测量方法的灵敏度较传统方法有所提高，但是测量过程复杂，需要人工进行数据整理计算且测量的参数，且示值不直观。

现在国外铁路限界较为先进的BJXJ-B铁路限界检测仪,虽然使用了更为简单的后期处理软件，并且具有实现现场数据图像显示、处理功能。但还是需要钢尺进行定位，并且移动的主机需要小车协助，同时检测断面时间过长（接近1分钟）。BJGS-1激光隧道轨距接触网检测仪同样需要钢尺，太过笨重。BJGS-1激光隧道轨距接触网检测仪同样需要钢尺，太过笨重。

相对于以上测量技术与方法，本发明的优势在于操作简单，示值直观，且精度明显提高。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于激光测距的高精度铁路限界测量方法。

1.为实现上述目的，本发明采用的方案为：一种基于激光测距的高精度铁路限界测量系统及方法，其特征在于：包括一种基于激光测距的高精度铁路限界测量方法，其特征在于：包括

通过激光测距仪（1）测量出轨道线路中线与目标激光点之间的距离L；通过陀螺仪(2)测量出激光与水平面之间的夹角A；所测出的测量数据传输到单片机后利用函数算法与卡尔曼滤波算法精确计算出对应的建筑物顶部至轨道顶部的高度H和建筑物边缘距离轨道中心线的水平距离S，从而判断是否符合限界要求。

2.如权利要求1所述的基于激光测距的高精度铁路限界测量方法，其特点在于:数据处理中先利用单片机中的三角函数算法计算出建筑物高度与物轨距的测量数据，再根据测量时出现的系统误差对测量数据进行修正补偿，提高测量数据的精度。

3.如权利要求1所述的基于激光测距的高精度铁路限界测量方法，其特征在于：激光测量系统（1）中采用高强度激光辅助测距激光的方式，使得在白天工作的环境中也能够准确找到目标激光点。

4. 如权利要求1所述的基于激光测距的高精度铁路限界测量系统及方法，其特点在于:数据处理后，通过数据单片机内比较算法判别计算得出的H和S值是否符合安全要求，若不符合，报警系统实时发出声光报警。

有益效果：

本发明对比背景技术具有以下显著优点：

（1） 使用强度不同的激光，强度略低的激光进行瞄准目标建筑物，强度高的激光充当打在建筑物上目标激光点的可见辅助，保证在不同的环境中都可清晰准确地找到目标激光点；

（2） 一次激光测量后得到的信号采用三角函数算法与卡尔曼滤波法软件算法得出建筑物边缘距离轨道中心线水平距离S和建筑物顶部至轨道顶部的高度H，工作量降低，工作效率与数据精确度提高；

（3） 在测量限界的同时系统自动计算所需数据并判别是否符合要求，工作效率大大提高，且极大的方便了工作人员的操作。

附图说明：

图1为本发明高精度激光限界测量方法设计流程图；

图2为本发明方法测量数据示意图；

具体实施方式：

铁路建筑限界数据每个测量点最终计算出两个重要数据：铁路建筑物顶部至轨道顶部的高度H（简称：建筑物高度）与建筑物边缘距离轨道中心线水平距离S（简称：物轨距）。

建筑物限界高精度激光测距法按照以下几个步骤（如图1）实施测量工作：

（1）放置测量工具。将测量工具放置于轨面上（如图2所示），调整位置后将其固定。此时激光测距仪与陀螺仪皆在测量工具上。

在图2中，由于测量工具存在内部结构的关系，出现必不可少的系统误差：激光测距仪与测量工具下表面（相当于轨面高度）之间的距离为Y，且其距离接近目标建筑物的钢轨之间的距离为S’,轨距为S”，这些数据皆显示于测量工具上装有的显示屏中。；

（2）测量建筑物高度H。开启激光测距仪，通过陀螺仪将其进行旋转调整使得激光点尽量打在建筑物的最顶部，若在白天环境下，通过开启强激光设置，辅助激光点能够更加准确地打在准确的位置。根据图2数据表示，通过激光测距仪可以准确测量激光发射点到建筑物顶端激光线的长度为L，与此同时，陀螺仪测量出激光测距仪转过的角度A（也就是激光线与水平面的夹角）。结合步骤一测得的基本数据S”、S’和Y，利用单片机进行C语言编程，将三角函数公式与系统误差相结合，导入两个计算公式：

（a）计算H值：

（其中，Y为激光测距仪距离轨面的垂直高度，L为激光线长度。A为激光测距仪相对水平面旋转的角度）

（b）计算S值：

(其中，S”为轨距，S’为激光测距仪与接近目标建筑物的钢轨之间的距离)

此外，为了提高数据的准确度，从而实现测量的高精度，本发明方法对激光线长度L与角度A分别使用平均值法与卡尔曼滤波法。激光长度L：系统自动地将测量到的20组L值进行比较排列，舍弃前五个与后五个，然后对其余10组数据进行求取平均值的方法，降低了测量误差，使得L值十分接近于实际值。角度A：陀螺仪中设有一卡尔曼滤波器，在陀螺仪调整后，对多组记录的角度A进行数据观测得出预测值，根据预测值与测量值得到现今状态的最优估算值，此方法不仅让角度A最终值更加精确，且结合计算机编程能够对数据进行实时的更新与处理。

（3）经过以上计算后，其实际测量数据H和S值也将显示于显示屏中，所有数据将会实时传至电脑端。与此同时，报警系统根据被测建筑物的类型的确定，上位机能按技术标准自动填入其报警线量值，进而判断H与S值的测量结果是否符合限界要求，若当量值超出技术标准规定，报警系统实时发出声光报警；若当量值临界技术标准或操作错误，报警系统实时发出声光提示。且蜂鸣器在嘈杂的环境下，二米内能清晰可闻。

在一般铁路限界测量中，被测建筑物的类型决定了建筑物高度H的报警线量值：正线高柱信号机为2440mm；正线矮型信号机为2440mm；站线高柱信号机为2150mm；站线矮型信号机为2150mm；其他设备(正线1100mm以上)为 2440mm；其他设备(站线1100mm以上)为2150mm；其他设备(350~1100mm)为1875mm；其他设备(200~350mm)为 1725mm；其他设备(25~200mm)为1500mm；其他设备(25mm以下)为1400mm。同时，物轨距S的报警当量值为1200mm，且轨距S”范围应保持在1415mm到1465mm之内。

结束此测量点的测量，移动至下一测量点重复上述步骤。