专利名称：一种轨道校正的测量与控制方法
技术领域：
本发明涉及一种轨道校正的测量与控制装置及方法。
背景技术：
轨道校正装置是铁道维护用捣固车的一个专用装置，利用该装置将铁 路钢轨移动至期望位置，从而使得铁路线路恢复设计的曲线形状。铁路轨 道的静态曲线形状必须在一定时期内进行校正维护，在用于维护铁道线路 机械捣固车中，该校正装置称之为起拨道装置，起拨道装置一般由一个轨 道参数测量小车与拨道夹钳组成，在最典型的普拉塞*陶依尔公司方案中， 测量小车包括一个靠铁轨行驶的轮轴，安装于轮轴上的倾角传感器， 一个 电阻式位移传感器及其相应的钢弦，拨道夹钳包括一对夹持装置，在液压 油缸的作用下，夹钳将铁轨拨动至指定位置，测量小车测量这个位移并控 制夹钳移动。现有测量小车的测量必须以一根张紧的钢弦为水平位移测量 基准，该钢弦在捣固车振动时易产生震动，从而带来测量的误差。钢弦是 固定于捣固车车身机架上的，由于作业时的强大应力，机架本身会发生形 变，从而带来钢弦的形变。整个测量系统包含三根钢弦，四个传感器，结
构复杂，整体误差大。如捣固车(中国专利号200320100835 ),提出了 一种捣固车专利，包含一个捣固装置与一个起道装置，该起道装置包含一 个使用钢弦的测量系统。校正轨道位置用的线路作业机械(94118173. 1)， 提出了一种线路校正作业机械专利，包含一个拨道驱动机构与一个测量小 车，测量小车与一个作为基准的基架， 一组测值传感器一起，组成一个轨道参数的测量系统。这些技术方案也在不同程度上存在以上不足。
发明内容
本发明提出了一种简单精确的轨道校正装置测量与控制装置及方法，
它包括随拨道作业车1 一起安装的轨道参数测量小车2、倾角传感器4、 预存有铁轨在正常工况下以大地坐标参数纪录的静态曲线值的车载电脑 5，在拨道作业车1的轨道参数测量小车2上安装有反射物3，以及一台 架设在轨道曲线的圆心侧观测点位置并具有自动跟踪功能的全站仪6;所 述倾角传感器4、车载电脑5和全站仪6之间还建立了一个用于数据双向 流动的数据链7，该数据链7建立在包括但不限于数传电台、蓝牙、2.4G 信道通讯装置上。
当在一个没有大地坐标测量基准点的作业区段使用该系统时，该装置 还必须增加一个用于全站仪绝对大地坐标定位的全球定位系统GPS。
全站仪，即全站型电子速测仪(Electronic Total Station)。
一种轨道校正的测量与控制的方法，它基于上述轨道校正的测量与控 制装置，包括以下步骤
第一步，选择一个施工区段，在作业车的远端架设全站仪，测量全站 仪大地坐标；全站仪6应架设在轨道曲线的圆心侧观测点位置；
第二步，控制全站仪锁定安装在随拨道作业车1一起安装的轨道参数 测量小车2上的反射物3，通过数据链7建立全站仪与车载电脑的数据连 接通道；
第三步，车载电脑接收全站仪与倾角传感器数据，计算当前铁轨曲线 参数；第四步，车载电脑根据当前铁轨曲线参数与预存的铁轨在正常工况下 以大地坐标参数纪录的静态曲线值比较，生成并输出控制起拨道夹钳作业 的控制参数，在此过程中，全站仪、车载电脑、作业车的起拨道夹钳、测
量小车形成一个闭环的控制过程；
第五步，在一个工作点的轨道参数达到预期之后，所述第四步的闭环 控制过程结束，作业车移动至下一工作点，重新开始一个闭环的控制过程；
第六步，当作业车施工至靠近至全站仪时，该区段施工完毕，将全站 仪移至下一施工区段，重新设站测量。
当本装置在一个有大地坐标测量基准点网的区段作业时，所述第一步 测量全站仪大地坐标的方法是先将全站仪架设于作业区段的一端，将全 站仪对准已知测量基准点上的反射棱镜，对4 8个基准点进行测量；通过 对这些基准点的坐标与观测结果进行计算并平差后，计算出全站仪本身的 精确大地坐标。
在本装置的作业区段观测基准点网尚未建立的情况下，所述第一步测 量全站仪大地坐标的方法是在施工作业之前，选取一些适当的观测点，并 通过全球定位系统GPS测量设站点的坐标，将全站仪架设该处。
本发明利用光学的方法测量轨道曲线参数，因为不使用钢弦，从而消 除了应使用钢弦带来的震动、重力下垂等因素产生的误差。测量系统相对 简化，使用一台全站仪加一个倾角传感器就取代了钢弦系统使用多个倾角 传感器与位移传感器才完成的工作，减低了复杂系统出错概率，减少了维 护工作量。
图1为本发明原理示意图； 图2为本发明施工原理示意图。
具体实施例方式
如图l、图2所示， 一种轨道校正的测量与控制装置，它包括随拨道 作业车1 一起安装的轨道参数测量小车2、倾角传感器4、预存有铁轨在 正常工况下以大地坐标参数纪录的静态曲线值的车载电脑5,在拨道作业 车1的轨道参数测量小车2上安装有反射物3，以及一台架设在轨道曲线 的圆心侧观测点位置并具有自动跟踪功能的全站仪6;所述倾角传感器4、 车载电脑5和全站仪6之间还建立了一个用于数据双向流动的数据链7， 该数据链7建立在包括但不限于数传电台、蓝牙、2.4G信道通讯装置上。
为适应无大地坐标测量基准点网作业区段作业需要，本装置还包括一 个用于全站仪绝对大地坐标定位的全球定位系统GPS。
全站仪，即全站型电子速测仪(Electronic Total Station)。
一种轨道校正的测量与控制的方法，它基于上述轨道校正的测量与控 制装置，包括以下步骤
第一步，选择一个施工区段，在作业车的远端架设全站仪，测量全站 仪大地坐标；全站仪6应架设在轨道曲线的圆心侧观测点位置；
第二步，控制全站仪锁定安装在随拨道作业车1一起安装的轨道参数
测量小车2上的反射物3,通过数据链7建立全站仪与车载电脑的数据连 接通道；
第三步，车载电脑接收全站仪与倾角传感器数据，计算当前铁轨曲线 参数；第四步，车载电脑根据当前铁轨曲线参数与预存的铁轨在正常工况下 以大地坐标参数纪录的静态曲线值比较，生成并输出控制起拨道夹钳作业 的控制参数，在此过程中，全站仪、车载电脑、作业车的起拨道夹钳、测
量小车形成一个闭环的控制过程；
第五步，在一个工作点的轨道参数达到预期之后，所述第四步的闭环 控制过程结束，作业车移动至下一工作点，重新开始一个闭环的控制过程；
第六步，当作业车施工至靠近至全站仪时，该区段施工完毕，将全站 仪移至下一施工区段，重新设站测量。
当本装置在一个有大地坐标测量基准点网的区段作业时，所述第一步 测量全站仪大地坐标的方法是先将全站仪架设于作业区段的一端，将全 站仪对准己知测量基准点上的反射棱镜，对4 8个基准点进行测量；通过 对这些基准点的坐标与观测结果进行计算并平差后，计算出全站仪本身的 精确大地坐标。
在本装置的作业区段观测基准点网尚未建立的情况下，所述第一步测 量全站仪大地坐标的方法是在施工作业之前，选取一些适当的观测点，并 通过全球定位系统GPS测量设站点的坐标，将全站仪架设该处。
本发明可以工作于一套大地坐标测量基准点网络中，这些基准点一般 位于铁轨接触网电杆上，其精确大地坐标已知，在基准点处有一个安装插 座，可以将一个棱镜或反射片安装于这个安装插座之上。轨道参数测量小 车2上安装的反射物3为棱镜。
在实际施工时，1.架设观测点在对一个区段进行施工作业前，先 将全站仪架设于作业区段的一端，架设点应选取轨道曲线的圆心侧，以保证在整个施工过程中全站仪与棱镜的通视，同时设站点应保证对4 8个基 准点进行测量。棱镜首先对坐标已知的观测点进行观测，通过对这些基准 点的坐标与观测结果进行计算并平差后，计算出全站仪本身的精确大地坐 标。在有的线路该观测基准点网尚未建立的情况下，可以在施工作业之前， 选取一些适当的观测点，并通过全球定位系统GPS测量的方法测量这些观 测点的坐标，在轨道维护施工时，全站仪就可以架设于这些坐标已知点之 上。2.安装有起拨道装置的施工车辆行驶到欲施工区段的另一端，在全 站仪完成设站后，将全站仪转向施工区段另一端的起拨道装置，将全站仪 照准安装于起拨道装置上的反射棱镜并跟踪锁定，启动全站仪与车载电脑 之间的数据连接链路，建立双向数据收发通道。全站仪可以精确测量捣固 工作点处棱镜的相对于全站仪的极坐标，该相对坐标叠加全站仪的大地坐 标值，即可计算出棱镜的大地坐标，通过数据链路，该数据发送给控制起 拨道作业车载电脑，车载电脑同时采集倾角传感器的角度数据，利用三角 几何关系，即可计算出铁轨的绝对坐标值，该测得值与储存在车载电脑中 的预期轨道坐标值进行比较，根据比较值控制捣固装置的起拨道量。
其关键点是它包括1. 一套全站仪光学测量系统，包含一个安装于 起拨道装置上的反射目标， 一个安装于固定点的全站仪。2， 一部车载电 脑及相应软件， 一套数传电台，数传电台建立车载电脑与全站仪光学测量 系统之间的数据链路连接，以便将测量数据发送至车载电脑。3.由全站 仪精确测量轨道曲线参数，车载电脑根据全站仪测得数据控制起拨道装置 运动，将铁轨参数修正至指定值的实现办法。
本发明利用光学的方法测量轨道曲线参数，因为不使用钢弦，从而消除了应使用钢弦带来的震动、重力下垂等因素产生的误差。测量系统相对 简化，使用一台全站仪加一个倾角传感器就取代了钢弦系统使用多个倾角 传感器与位移传感器才完成的工作，减低了复杂系统出错概率，减少了维 护工作量。
权利要求
1、一种轨道校正的测量与控制装置，其特征在于它包括随拨道作业车(1)一起安装的轨道参数测量小车(2)、倾角传感器(4)、预存有铁轨在正常工况下以大地坐标参数纪录的静态曲线值的车载电脑(5)，在拨道作业车(1)的轨道参数测量小车(2)上安装有反射物(3)，以及一台架设在轨道曲线的圆心侧观测点位置并具有自动跟踪功能的全站仪(6)；所述倾角传感器(4)、车载电脑(5)和全站仪(6)之间还建立了一个用于数据双向流动的数据链(7)，该数据链(7)建立在包括但不限于数传电台、蓝牙、2.4G信道通讯装置上。
2、 如权利要求1的一种轨道校正的测量与控制装置，其特征在于当 作业区段没有一套大地坐标测量基准点时，该装置还包括一个与所述全站 仪通过数据线相连的全球定位系统(GPS)。
3、 如权利要求1或2的一种轨道校正的测量与控制装置，其特征在 于其特征在于所述反射物(3)为棱镜。
4、 一种轨道校正的测量与控制的方法，其特征在于它基于权利要求 1或2所述的轨道校正的测量与控制装置，包括以下步骤第一步，选择一个施工区段，在作业车的远端架设全站仪，测量全站 仪大地坐标；全站仪应架设在轨道曲线的圆心侧观测点位置；第二步，控制全站仪锁定安装在随拨道作业车一起安装的轨道参数测 量小车上的反射物，通过数据链建立全站仪与车载电脑的数据连接通道；第三步，车载电脑接收全站仪与倾角传感器数据，计算当前铁轨曲线第四步,车载电脑根据当前铁轨曲线参数与预存的铁轨在正常工况下 以大地坐标参数纪录的静态曲线值比较，生成并输出控制起拨道夹钳作业 的控制参数，在此过程中，全站仪、车载电脑、作业车的起拨道夹钳、测量小车形成一个闭环的控制过程；第五步，在一个工作点的轨道参数达到预期之后，所述第四步的闭环 控制过程结束，作业车移动至下一工作点，重新开始一个闭环的控制过程；第六步，当作业车施工至靠近至全站仪时，该区段施工完毕，将全站 仪移至下一施工区段，重新设站测量。
5、 如权利要求4的一种轨道校正的测量与控制的方法，其特征在于它所述第一步测量全站仪大地坐标是在作业区段有一套大地坐标测量基 准点时进行的，其方法是先将全站仪架设于作业区段的一端，将全站仪 对准已知测量基准点上的反射棱镜，对4 8个基准点进行测量；通过对这 些基准点的坐标与观测结果进行计算并平差后，计算出全站仪本身的精确 大地坐标。
6、 如权利要求4的一种轨道校正的测量与控制的方法，其特征在于 它所述第一步测量全站仪大地坐标是在观测基准点网尚未建立的情况下 进行，其方法是在施工作业之前，选取一些适当的观测点，并通过全球定 位系统GPS测量设站点的坐标，将全站仪架设该处。
全文摘要
一种轨道校正的测量与控制装置，包括随拨道作业车一起安装的轨道参数测量小车、倾角传感器、车载电脑，反射物全站仪；倾角传感器、车载电脑和全站仪之间还建立了一个用于数据双向流动的数据链，其方法是选择一个施工区段，测量全站仪大地坐标；全站仪锁定反射物，建立数据连接通道，车载电脑接收全站仪与倾角传感器数据，计算当前铁轨曲线参数，将其与预存的铁轨在正常工况下以大地坐标参数纪录的静态曲线值比较，生成并输出控制起拨道夹钳作业的控制参数，形成一个闭环的控制过程；如此循环，完成一个区段施工。它消除了应使用钢弦带来的震动、重力下垂等因素产生的误差，测量系统相对简化，减低了复杂系统出错概率，减少了维护工作量。
文档编号E01B29/00GK101307584SQ20081003165
公开日2008年11月19日 申请日期2008年7月3日 优先权日2008年7月3日
发明者伍启天, 马世宏, 军 龚 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司;株洲时代电子技术有限公司