专利名称：：激光测量仪及测量方法
技术领域：
：本发明涉及一种铁路轨道几何状态激光测量仪器，即利用激光的准直特性对铁路轨道状态进行测量的结构与方法。
背景技术：
：随着列车运行速度的不断提高，对铁路轨道几何状态要求也在不断提高，为了确保列车运行的安全性和客运列车的舒适性，以往列车轮轨间相互作用不明显的长大轨道几何不平顺(长波)现象逐渐影响到高速列车的运行安全和旅途舒适性。轨道在不同波长下的不平顺特性作用于不同的列车运行速度，因此按照实际运行列车的速度确定分析波长，这样分析轨道不平顺特性就更有针对性。轨道不平顺对列车车辆系统是一种外部干扰，是车辆走行部产生震动、甚至脱轨的主要根源。而且轨道的平顺性差还会使车辆轮轨接触表面受到很强的冲击力，加速轮轨的磨损和破坏，是行车安全的潜在威胁。目前测量方式主要有以下几种(1)目视测量方法，靠目视评估直线段的偏差，由于受人为因素影响较多，所以误差极大，完全不能适应高速线路的要求；(2)弦线测量法，利用10米或其它长度的线绳和钢板尺进行测量，由于弦线长度有限，且线绳摆动和人工读数误差，测量效率和准确性不能满足高速线路的测量要求；(3)利用轨距尺测量轨道的轨距和水平(曲线段叫“超高”)参数，人工逐点测量，工作量大，数据不连续，缺少平顺参数；(4)现有的小车式轨道检查仪，测量轨道平顺参数是利用陀螺仪实现的，民用陀螺仪精度低造成累计误差大，而且校准操作困难，测量精度根本达不到高速线路要求。近几年铁路客运专线建设的全面展开和不断深入，要求线路必须做到高平顺性，急需一种能够对轨道几何状态进行精密快速测量的仪器。本发明利用激光的高指向性和二维面阵激光接受靶的高精度的相对位置测量原理，很好的解决了高速轨道测量的难题。三、专利技术内容一种激光轨道测量仪(如图1、图2、图3所示)本发明是针对铁路提速后现有测量技术在轨道不平顺性测量中存在的问题，提供一种利用激光准直特性测量轨道几何参数的测量设备和方法。该激光测量仪利用激光束作为基准直线测量轨道的轨向、高低、正矢等参数，具有较高的测量精度和实用简介的方法；激光长弦测量的使用有效扩大了测量基准弦的长度，能直接测量轨道的各种波长的不平顺性，真实反映轨道状态，轨道平顺测量区段长度可达200m；通过计算机对数据进行分析，直接得出轨道在各种波长下的平顺性结论。轨道几何状态激光检测仪(如图1)包括激光发射车和激光接受靶车，可以在轨道上一前一后配合推行工作，设定激光基准直线，测量轨道与基准直线间的偏差，然后综合分析偏差数据，得出轨道几何状态的测量结果；激光发射车和激光接受靶车都装有无线通信装置(9)，用于数据交换和激光方向的无线遥控；激光发射车和激光接受靶车的车体结构是相同的，都是由结构车体(2)与测量车体(11)组成，这是为了便于携带而设计的分体结构，到达现场后组装成整体使用。激光接受靶车(如图2所示)的特征包括二维面阵激光接受靶(6)、方位调整机构(4)、数据处理电脑(3)、结构车体(2)和测量车体(11)组成。激光发射车(如图3所示)的特征包括激光发射器(13)、光学瞄准装置(14)、方位调整机构(15)、结构车体(2)和测量车体(11)组成。每个车的结构车体(2)包括基本股走行轮(5)、走行轮锁紧装置(1)、里程传感器(10)等；测量车体(11)包括轨距测量装置(16)、轨距测量装置伸缩机构(7)、水平测量轮(17)、电路板及电池(8)、无线通信装置(9)。一种轨道测量方法(如图4、图5所示)第一步两部测量车同时置于轨道(18)测量区段的起点Al(如图4.1所示)，激光发射车(24)在前、激光接受靶车(19)在后，锁定激光接受靶车的走行轮；第二步将激光发射车勻速向前推行一个测量段L到达A2点(如图4.2所示)，利用光学瞄准装置(14)、方位调整机构(15)调节激光发射器(27)的方位角，使得激光束(22)对准二维激光接受靶(20)的零位，此时基准直线建立完成；第三步将激光接受靶车(19)勻速向激光发射车推行，轨道的轨向、高低、正矢等几何参数由二维激光接受靶与激光基准线相对位置反映出来，数据由数据处理电脑(3)计算显示存储，直至激光接受靶车追上激光发射车为止(如图4.3所示)，一个测量段的测量任务完成。分析方法及主要技术特点数据采集方法(如图5.1所示)，设定完成测量基准直线(激光束)后，激光接受靶车沿着实际轨道勻速向激光发射车推行，激光束落在靶面上的激光点坐标为(Xi，yi)，按设定的间距读取此坐标数值，传给计算机储存分析。理论线路下激光点坐标(XyYi)是计算机调取线路设计的理论数据库，经计算得出的理论参数，激光点实际测量坐标(Xpyi)与理论线路下激光点坐标(Xi,Yi)之间的差，即为轨道的偏差测量值(如图5.2所示)。本发明的轨道几何状态测量主要参数及测量精度<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>本发明利用激光准直技术和二维面阵激光接受靶，解决了轨道长波不平顺性的测量问题，有效地满足了高速铁路要求高精度、高可靠度、多参数分析的需要，可大大提高了轨道交通的安全性、舒适性和延长轮轨使用寿命。图1是测量仪系统工作原理2是激光接受车结构3是激光发射车结构4.1是测量第一步示意4.2是测量第二步示意4.3是测量第三步示意5.1是曲线测量原理中1_激光发射器；2-基准直线(激光束)；3-实际线路；4-理论曲线；R-曲线半径；L-测量段长度；B1,…，Br两维激光接受靶的测量点；图5.2是第i点测量点与理论点在二维接受靶上的坐标关系示意图权利要求一种激光测量仪(如图1)，用于铁路轨道几何状态动态精确测量，其构成特征是包括激光发射车和激光接受靶车，两部测量车在轨道上配合工作；激光发射车和激光接受靶车都装有无线通信装置(9)，用于数据交换和激光方向的无线遥控；激光发射车和激光接受靶车的车体结构是相同的，都是由结构车体(2)与测量车体(11)组成，这是为了便于携带而设计的分体结构，到达现场后组装成整体使用。2.根据权利要求1所述激光接受靶车(如图2)的特征包括二维面阵激光接受靶(6)、方位调整机构(4)、数据处理电脑(3)、结构车体(2)和测量车体f(11)组成。3.根据权利要求1所述激光发射车(如图3)的特征包括激光发射器(13)、光学瞄准装置(14)、方位调整机构(15)、结构车体⑵和测量车体(11)组成。4.根据权利要求1所述的结构车体(2)包括基本股走行轮(5)、走行轮锁紧装置(1)、里程传感器(10)；测量车体(11)包括轨距测量装置(16)、轨距测量装置伸缩机构(7)、水平测量轮(17)、电路板及电池(8)、无线通信装置(9)。5.一种测量方法(如图4、图5所示)第一步两部测量车同时置于轨道(18)测量区段的起点Al(如图4.1)，激光发射车(24)在前、激光接受靶车(19)在后，锁定激光接受靶车的走行轮；第二步将激光发射车勻速向前推行一个测量段L到达A2点(如图4.2)，利用光学瞄准装置(14)、方位调整机构(15)调节激光发射器(27)的方位角，使得激光束(22)对准二维激光接受靶(20)的零位，此时基准直线建立完成；第三步将激光接受靶车(19)勻速向激光发射车推行，轨道的轨向、高低、正矢等几何参数由二维激光接受靶与激光基准线相对位置反映出来，数据由数据处理电脑(3)计算显示存储，直至激光接受靶车追上激光发射车为止(如图4.3)，一个测量段的测量任务完成。不断重复以上三个步骤，即实现了逐段测量轨道的任务。全文摘要本发明涉及一种轨道几何状态激光测量仪及测量方法。激光测量仪包括激光发射车装置和激光接收车装置，两部测量车在轨道上配合工作；激光发射车和激光接收车上都安装有无线通信装置，用于数据传输及遥控调节激光束零位；激光发射车装置包括激光发射器、光学瞄准装置、方向调整机构、组合车体及走行机构；激光接收车装置包括二维面阵激光接受靶、数据处理计算机和组合车体及走行机构。本发明利用激光的准直特性和二维面阵激光接受靶的相对偏移测量原理，解决了高速铁路轨道几何状态精确测量的难题，可对轨道平顺性进行高精度评估，轨道平顺测量距离可达200m。该激光测量仪不但可以作为线路竣工验收的设备，同时其测量结果也可以直接用来指导有渣线路日常维护作业。文档编号B61K9/08GK101804822SQ20091007141公开日2010年8月18日申请日期2009年2月18日优先权日2009年2月18日发明者郑小飞申请人:哈尔滨安通测控技术开发有限公司