专利名称：铁路轨道几何形态检测方法
技术领域：
本发明涉及一种铁路轨道检测方法，尤其是涉及一种集铁路轨道内部几何形状测量(相对测量)和外部几何形态测量(绝对测量)于一体的铁路轨道几何形态测量方法。
背景技术：
现有轨道检测仪绝大多数只能应用于轨道内部几何形态测量，不能满足高速铁路对轨道不平顺管理的测量要求，适用范围受到限制。国内现有的可用于高速铁路轨道检测的同类产品，测量精度较差且不够稳定，无法满足高速铁路维护管理的需要，适用范围受到限制。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种铁路轨道几何形态检测方法，其测量精度高，且所使用的检测设备安装便捷，结构稳定。本发明提供一种铁路轨道几何形态检测方法，具体包括以下几个步骤:
步骤一、在铁路沿线上利用铁路沿线已知控制点进行全站仪设站；
步骤二、在铁路钢轨上摆放轨道几何形态检测设备；
步骤三、使用全站仪测量棱镜中心的空间三维坐标以及轨道几何形态检测设备的几何位置数据；
步骤四、根据所述空间坐标数据以及几何位置数据，获得轨道几何形态检测设备所处位置的铁路轨道几何形态数据；
步骤五、判断轨道几何形态检测设备距离全站仪的距离是否小于最小间距时，若否，则朝向全站仪的方向将轨道几何形态检测设备沿着钢轨向前推送一个轨枕间距，返回步骤三，测量下一个位置处的铁路轨道几何形态数据；若是，则停止向前推送，向推送方向前移将全站仪，返回步骤一，直至需要测量的钢轨长度范围内的所有测量完成。进一步地，所述步骤一中全站仪设站具体为:将全站仪安置在铁路线上方架设的三角基座上，进行整平工作，使全站仪机体处于水平状态，并使全站仪的望远镜瞄准安放在已知控制点上的棱镜中心，进行测量，通过测量所得的距离角度相关信息，进而计算出全站仪机体中心所处位置的空间坐标以及全站仪望远镜轴所处方位角，完成全站仪设站。进一步地，所述全站仪设站过程使用后方交会设站方法，在测量时需要测量的安装在已知点上的棱镜的数量不应少于4个，进行多余观察，得到的距离角度相关信息多于计算全站仪机体中心位置空间坐标所需要的基本数据，使用最小二乘法平差计算出全站仪所处位置的空间坐标的最优值，完成测量平差过程。进一步地，所述步骤二中轨道几何形态检测设备为轨道几何形态检测仪，并且该轨道几何形态检测仪与所述全站仪摆设于同一条钢轨线上。所述轨道几何形态检测仪包括几何状态测量装置包括车体，所述车体的左侧对应左侧轨道设置有左侧水平轮组件、左侧间距基准轮组件、左侧张紧组件和左侧间距检测单元，所述车体的右侧对应右侧轨道设置有右侧水平轮组件、右侧间距检测单元；所述车体的左右两侧还均安装有高低检测单元；所述里程检测单元安装于左侧水平轮组件或右侧水平轮组件上；所述车体上方通过棱镜座安装棱镜，所述的左侧间距检测单元、右侧间距检测单元、高低检测单元和里程检测单元均连接主控计算机；所述的左侧间距检测单元、右侧间距检测单元、高低检测单元和里程检测单元均连接主控计算机。进一步地，所述的车体包括左侧中间车架体、左侧前车架体、左侧后车架体、右侧主车架体、右侧延长架以及右侧轮座；所述左侧中间车架体的前后两端分别与左侧前车架体、左侧后车架体固定连接；所述的右侧主车架体的右侧面顺次与右侧延长架、右侧轮座固定连接，所述的左侧中间车架体的右侧面与右侧主车架体的左侧面相连接。进一步地，所述左侧前车架体的前端和左侧后车架体后端均安装有左侧水平轮组件，每个左侧水平轮组件下方均安装有左侧间距基准轮组件和左侧张紧组件，所述中间车架体上安装有左侧间距检测单元；所述的右侧水平轮组件安装于右侧轮座内部，右侧间距检测单元安装于右侧延长架上；两个高低检测单元分别安装于左侧中间车架体、右侧主车架体的内部；所述棱镜座安装在右侧主车架体的上方。进一步地，将全站仪的望远镜中心十字丝瞄准轨道几何形态检测设备上设置的棱镜中心；使用主控计算机遥控全站仪对棱镜中心的空间三维坐标进行测量；并将测量结果回传给主控计算机，同时主控计算机通过数据线给左侧间距检测单元、右侧间距检测单元、高低检测单元和里程检测单元发送测量指令，测量当前位置处的轨道几何形态检测设备的倾斜状态、钢轨间距变化状态，并使用主控计算机读取所有测量结果。进一步地，所述步骤三具体为:所述步骤四中铁路轨道几何形态数据包括轨道的轨距、水平、超高数据。本发明具有的优点在于:
1、结构稳固；本发明提供的铁路轨道几何形态检测方法的主体结构可以使用铝块加工，一次成型，采用一体化设计保证了稳固的内结构，本发明在外部结构上采用框架式结构设计，保证了外部结构的受力分配及结构稳固性；
2、测量精准；本发明提供的铁路轨道几何形态检测方法使用了多个传感器偕同工作，精准的采集铁路轨道的微量变化，保证了本发明的测量精度，本发明的稳固的机体设计结构保证了测量的准确性；
3、安装使用方便快捷；本发明采用模块化设计安装，安装使用方便快捷，可在IOs内将本发明全部安装就位，使用起来非常方便。
图1-1:本发明提供的铁路轨道几何形态检测仪的侧视 图1-2:本发明提供的铁路轨道几何形态检测仪的正视 图1-3:本发明提供的铁路轨道几何形态检测仪的俯视 图2-1:本发明中车体的正视 图2-2:本发明中车体的俯视 图2-3:本发明中车体的A-A截面示意 图2-4:本发明中车体的B-B截面示意图； 图2-5:本发明中车体的C-C截面示意 图3:本发明中左侧水平轮组件的结构示意 图4:本发明中左侧间距基准轮组件的结构正视 图5:本发明中左侧张紧组件的结构示意 图6:本发明中左侧间距检测单元的正视 图7:本发明中里程检测单元的结构示意 图8:本发明中右侧水平轮组件的结构示意 图9:本发明中右侧间距检测单元的结构正视 图10:本发明中高低检测单元的结构正视 图11-1:本发明中推车杆组件的结构正视 图11-2:本发明中推车杆组件的结构侧视 图12-1:本发明中棱镜座的结构正视 图12-2:本发明中棱镜座的结构侧视 图13:铁路钢轨轨距示意 图14:铁路钢轨水平示意 图15:铁路钢轨超闻不意 图16:铁路钢轨轨向弦示意 图17:铁路钢轨30m弦计算意 图18:铁路钢轨150m弦计算不意 图19:铁路钢轨闻低弦不意图。图中:1-3_01:车体，1-3-02:左侧水平轮组件，1_2_03:左侧间距基准轮组件，
1-2-04:左侧张紧组件，1-1-05:左侧间距检测单元，1-1-06:里程检测单元，1_2_07:右侧水平轮组件，1-2-08:右侧间距检测单元，1-3-09:高低检测单元，1-3-10:推车杆组件，
1-2-11:棱镜座，2-2-01:左侧中间车架体，2-2-02:左侧前车架体，2_2_03:左侧后车架体，2-2-04:右侧主车架体，2-2-11:右侧延长架，2-2-12:右侧轮座，2_1_07:短螺栓轴，
2-1-08:长螺栓轴，2-1-09:手轮螺母，2-1-10:环头螺栓，5_01:张紧轮，5_02:弹簧结构，5-03:乙型联动杆，6-01:联动杆，6-02:测量轮，6-03:位移传感器，6-04:弹簧，6-05:手动部件，7-01:编码器，10-01:水平仪套，10-02:电子水平仪，11-01:推杆，11-02:连接件，11-03:电脑支架，11-04:高度调整装置，12-01:基座；12-02:定位杆，12-03:棱镜座，把手2-1-15,2-1-16 支架。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。本发明的目的在于集铁路轨道几何形状测量(相对测量)和轨道外部几何形态测量(绝对测量提供一种体积小，重量轻，结构简单，测量精度高，运行稳定，拆装快捷，携带方便)于一体的高速铁路轨道精测仪及其检测方法。本发明提出一种铁路轨道几何形态检测方法，其中应用一种铁路轨道几何形态检测仪，主要包括轨道几何状态测量装置，搭配使用全站仪和主控计算机；其中轨道几何状态测量装置为本发明的主体结构，所述主控计算机与全站仪、轨道几何状态测量装置均连接，且所述主控计算机中安装有相应配套的数据处理单元，用于测量相应的几何形态数据。如图1-1、图1-2、图1-3所示，所述的轨道几何状态测量装置主要由11个部件组成，分别为车体1-3-01，左侧水平轮组件1-3-02、左侧间距基准轮组件1-2-03、左侧张紧组件1-2-04、左侧间距检测单元1-1-05、里程检测单元1-1-06、右侧水平轮组件1_2_07、右侧间距检测单元1-2-08、高低检测单元1-3-09、推车杆组件1-3-10和棱镜座1_2_11。所述的左侧间距检测单元1-1-05、里程检测单元1-1-06、右侧间距检测单元1-2-08、高低检测单元1-3-09均与主控计算机连接，所述的全站仪向棱镜组1-2-11上安装的冷静发射无线电信号，自动瞄准棱镜，获得棱镜中心的空间三维坐标。所述车体1-3-01是本发明的最重要的组成部分，是所有功能组件的承载体。车体1-3-01的主要技术要求需要满足:结构稳定、受力不易变形、拆装方便、轻便耐用。如图2-1、图2-2、图2-3、图2-4和图2_5所示，按照作图习惯，将车体1_3_01靠左侧的组件称为左侧，将右侧的组件称为右侧。所述车体1-3-01由6个组件组成，分别为:左侧中间车架体2-2-01、左侧前车架体2-2-02、左侧后车架体2-2-03、右侧主车架体2_2_04、右侧延长架2-2-11以及右侧轮座2-2-12。其中左侧中间车架体2-2-01前后两端分别与左侧前车架体2-2-02、左侧后车架体2-2-03固定连接，在使用过程当中不需要拆卸，左侧前车架体2-2-02与左侧中间车架体2-2-01的前端相连接，使用左侧中间车架体2-2-01上设计的凸起于左侧前车架体2-2-02上设计的凹槽配合定位连接位置，并使用螺丝将左侧中间车架体2-2-01与左侧前车架体2-2-02连接在一起；同理，左侧后车架体2-2-03与左侧中间车架体2_2_01的后端相连接，连接方法同上，这样形成一个结构体。右侧主车架体2-2-04、右侧延长架2-2-11、右侧轮座2_2_12三部分顺次做固定连接，在使用过程当中无需拆卸，右侧延长架2-2-11与右侧主车架体2-2-04的右侧面连接，使用右侧主车架体2-2-04上设计的中心定位销与右侧延长架2-2-11上设计的定位孔配合固定连接位置，并使用螺丝将右侧主车架体2-2-04与右侧延长架2-2-11连接在一起；同理，右侧轮座2-2-12与右侧延长架2-2-11的右侧面相连接，连接方法同上，这样形成另一个结构体。在使用的过程当中左侧中间车架体2-2-01、左侧前车架体2-2-02、左侧后车架体2-2-03所组成的结构体要与右侧主车架体2-2-04、右侧延长架2_2_11、右侧轮座2_2_12所组成的结构体连接在一起才能使用。形成的两个结构体之间的连接面是左侧中间车架体2-2-01的右侧面和右侧主车架体2-2-04的左侧面相连接，连接时使用中心定位销来进行定位，因为需要经常性的拆卸，每次使用都需要安装好后才能使用，使用完后需要拆卸装箱，为了提高定位精度故增加了一个防转定位销来提高定位精度。此处的连接设计使用四个手轮进行紧固固定，由图2-1中的短螺栓轴2-1-07、长螺栓轴2-1-08、手轮螺母2_1_09、环头螺栓2-1-10四个结构体组成了快速拆装结构。短螺栓轴2-1-07与长螺栓轴2-1-08配合组成一个贯穿左侧中间车架体2-2-01的长轴，在长轴上穿了两个环头螺栓2-1-10，使得环头螺栓2-1-10可以以长轴为中心进行转动，在两个环头螺栓2-1-10上均安装上手轮螺母2-1-09，在不使用时，使环头螺栓2-1-10转动到与左侧中间车架体2-2-01的右侧面平行的位置，使用时将右侧主车架体2-2-04与左侧中间车架体2-2-01对接在一起，是定位销插紧，再将环头螺栓2-2-10转动到与左侧中间车架体2-2-01的右侧面垂直的位置刚好卡在右侧主车架体2-2-04上设计的凹槽内，拧紧手轮螺母2-1-09，使左侧中间车架体2-2-01的右侧面与右侧主车架体2-2-04的左侧面紧密连接即可使用。连接方便简单，可靠性高。所述的左侧前车架体2-2-02和左侧后车架体2-2-03的下方均设置有支架2_1_16，用于支撑，所述的左侧前车架体2-2-02和左侧后车架体2-2-03上方均设置有把手2_1_15。所述左侧水平轮组件1-3-02共有两组，如图3所示，分别安装在左侧前车架体2-2-02的前端和左侧后车架体2-2-03的后端；左侧水平轮组件1_3_02的轮体表面采用绝缘材料高分子聚乙烯制作，轮体表面绝缘；左侧水平轮组件1-3-02的轮子结构内部采用两个角接触球轴承，确保轮子的定位精度。所述左侧间距基准轮组件1-2-03分别对应左侧水平轮组件1-3-02共有两个，其主要作用是保证在车体放置在钢轨轨道上后，确定轨距测量基点。如图4所示，左侧间距基准轮组件安装于左侧水平轮组件1-3-02的左下方，主体由一个左型轮座、左侧间距基准轮、轴承、轴等结构组成。左侧间距基准轮表面使用绝缘材料制作，使左侧间距基准轮1-2-03的表面绝缘。所述左侧张紧组件1-2-04，分别对应左侧水平轮组件1-3-02共有两个，其主要作用是保证在车体放置于钢轨轨道上后，确保左侧间距基准轮1-2-03与相应左侧钢轨的内表面紧密接触。如图5所示，所述左侧张紧组件1-2-04安装于左侧水平轮组件1-3-02的右下方，主体由一个乙型联动杆5-03 (含手柄)、弹簧结构5-02、张紧轮5-01组成。乙型联动杆5-03的左上部为手柄，右下部连接张紧轮5-01，右上部横向连接弹簧结构5-02，在转动乙型联动杆5-03上的手柄时可带动张紧轮5-01相反方向转动，当张紧轮5-01接触到钢轨并对钢轨表面形成压力后弹簧结构5-02可使乙型联动杆5-03整体向左横移，使得张紧轮5-01保持对钢轨表面的压力，从而实现夹紧钢轨的目的。在使用时，将乙型联动杆5-03上的手柄转动到与左侧前车架体2-2-02的左侧表面垂直的位置，使张紧轮5-03与左侧间距基准轮配合将钢轨紧密的夹紧在两轮(张紧轮5-01与左侧间距基准轮1-2-03)之间。所述左侧间距检测单元1-1-05主要是为了测量左侧前后两个左侧间距基准轮
1-2-03之间的钢轨的凸凹状态的一个功能组件。如图6所示，所述左侧间距检测单元安装在左侧中间车架体2-2-01的左侧中间位置。左侧间距检测单元主要由位移传感器6-03、联动杆6-01、测量轮6-02、弹簧6-04、手动部件6_05组成；此单元安装在左侧中间车架体
2-2-01的左端中间部位，联动杆6-01串联起测量轮6-02、弹簧6-04、位移传感器6-03三个部件，使得在测量轮6-02发生位移变换时联动杆6-01带动弹簧6-04及位移传感器6_03发生位移，此时，位移传感器6-03通过测量就可测量出测量轮位移的大小，同时弹簧6-04会给出一个与位移方向相反的力，保持测量轮6-02在不受力时可以回归原始位置。工作时测量轮6-02随着钢轨的凸凹状态不同而左右位移，测量轮6-02的左右位移又带动联动杆6-01左右位移，与联动杆6-01相连接的位移传感器6-03捕捉位移信号,从而测量出钢轨的凸凹状态。左侧间距检测单元的6-05手动部件的主要功能是调整左侧间距检测单元1-1-05的工作状态。所述里程检测单元1-1-06安装在左侧水平轮组件1-3-02的轮轴上；如图7所示，里程检测单元由一个编码器7-01组成，通过接收编码器7-01的电子信号可以测量出水平轮的转动状态，转动了多少，从而可以计算出水平轮行走的里程数。
所述右侧水平轮组件1-2-07安装在右侧轮座2-2-12的内部，如图8所示，主要结构与左侧水平轮组件1-3-02相同。所述右侧间距检测单元1-2-08安装在右侧延长架2-2-11右端，如图9所示，主要结构与原理与左侧间距检测单元1-1-05相同，主要左右是配合左侧间距检测单元1-1-05测量右侧钢轨的凹凸状态，从而测量出两根钢轨的轨距。所述高低检测单元1-3-09有两个，如图10所示，每个均由金属制成的电子水平仪套10-01和安装在该套内的电子水平仪10-02组成。两个高低检测单元，一个安装在左侧中间车架体2-2-01的左侧靠上方的位置，用来检测测量两个左侧水平轮组件1-3-02之间的钢轨的前后倾斜状态；另一个安装在右侧主车架体2-2-04内，用来检测测量左侧与右侧两根钢轨之间的倾斜状态。所述推车杆1-3-10安装在右侧主车架体2-2-04的左侧上部，如图11_1、图11_2所示，主要由推杆11-01、连接件11-02、电脑支架11-03、高度调整装置11-04等几部分组成。所述推车杆1-3-10的主要作用是在使用时方便人的操控性能，让人可以直接推着小车前行，同时通过电脑操作控制各个传感器采集数据。所述棱镜座1-2-11安装在右侧主车架体2-2-04的上部中间靠右的位置，如图12-1、图12-2所示，主要结构由定位杆12-02、基座12-01、棱镜座12-03三部分组成。基座12-01的主要功能是连接定位杆12-02和车体，定位杆12-02和棱镜座12-03配合安装可以高精度的重复定位棱镜座的位置。在使用的时候，棱镜安装在棱镜座上，通过全站仪对棱镜的测量可以测量出轨检小车上安装的棱镜位置的坐标，从而通过计算可以得到相对应的钢轨的各种参数。轨道内部 形态测量精度得到有效提高，通过实验，本系统对于轨道内部几何形态的测量精度优于国内外同类产品；测量效率得到明显提高。应用本发明的铁路轨道几何形态检测仪可以实现测量铁路钢轨的静态几何形态。铁路钢轨的静态几何形态测量主要包含以下内容:
轨距:同一轨道横截面内左右钢轨两轨距点之间的最短距离，及实际钢轨顶面以下钢轨内侧16mm处轮轨接触点之间的距离，如图13所示，我国新建铁路轨距统一规定为轨距a为1435mm。本发明中通过左侧间距检测单元1_1_05、右侧间距检测单元1_2_08实现轨距的测量。水平:同一轨道横截面上左右钢轨顶面所在水平面的高度差，即右侧轨道顶端高程与左侧轨道顶端高程差之间的高程差Ah，如图14所示，不含圆曲线上设置的超高和缓和曲线上超高顺坡量。超高b:曲线地段外轨顶面与内轨顶面设计水平高度之差，如图15所示。水平(超高)计算时左右钢轨顶面间距基准为m=1500mm。轨向c:钢轨内侧轨距点垂直于轨道方向偏离轨距点平均位置的偏差。分左右轨向两种。轨向也称作方向，可以分别按不同弦长的正矢和不同波长范围的空间曲线输出，如图16所示，为相对测量IOm (或20m)弦的示意图，其中d标记为IOm (或20m)弦。30m弦的计算方法如图17，其中实线的圆弧表示钢轨实际所处位置，虚直线表示钢轨设计位置，ΡΓΡ49为测量的点的位置，h25、h33为钢轨实际位置与设计位置的偏差值，30m弦，测量间隔8a，其中a为轨间距，轨间距为0.625时为5m。300m弦计算方法如图18所示，其中实线的圆弧表示钢轨实际位置，虚直线表示300m弦的测量范围，Γ720为测量点位置，300m弦，测量间隔240a，其中a为轨间距为0.625时为150m。其中水平、超高以及轨向均通过全站仪、棱镜组获得P点的空间位置坐标对应通过主控计算机计算获得相应数值信息。高低e:钢轨顶面垂直于轨道方向偏离钢轨顶面平均位置的偏差，如图19所示，分左右高低两种。可以分别按不同弦长的正矢和不同波长范围的空间曲线输出，其中图19中的标记f对应表示10 (20)米弦。本发明中轨道高低的数据通过左右两轨道的高低检测单元1-3-09对应输出至主控计算机中获得。轨距变化率:是以2.5m基长轨距测量值的差值与基长的比值。该项目评价的实际几何不平顺是轨向，它重点评价较短范围内的轨向不平顺。轨距变化率直接影响轮轨接触，对车体的横向振动影响较弱，对行车安全性和舒适性有影响。水平变化率:又称三角坑。是以2.5m基长水平测量值的差值与基长的比值。该项目评价的实际几何不平顺是高低，它重点评价较短范围内的高低不平顺。水平变化率直接影响车体倾斜，对车体的横向振动影响较强，对行车安全性和舒适性有影响。本发明中轨距变化率和水平变化率均通过获得空间P点的空间坐标经主控计算机处理后获得。本发明提供的铁路轨道几何形态检测方法，包括以下几个步骤:
步骤1、使用全站仪在铁路沿线利用铁路沿线已知控制点设站
将全站仪安置在铁路线上架设的三角基座上，进行整平工作，使全站仪机体处于水平状态；并使全站仪的望远镜十字丝瞄准安放在已知控制点上的棱镜中心，进行测量，通过测量所得的距离角度等信息计算出全站仪机体中心所处位置的空间坐标及全站仪望远镜轴所处方位角的过程叫做全站仪设站。
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此处全站仪设站使用的是后方交会设站方法，及使用全站仪望远镜十字丝瞄准测量多个已知点上安放的棱镜，使用得到的距离角度等相关信息，计算出全站仪机体中心位置的空间坐标及全站仪望远镜轴所处方位角；测量时需要测量的安装在已知点上的棱镜的数量不应少于4个，一般在新建高速铁路上需要测量8个控制点，此时得到的距离角度信息多于计算全站仪机体中心位置空间坐标所需要的基本数据，我们称多余的测量数据为多余观测，此时可以使用最小二乘法平差计算出全站仪所处位置的空间坐标的最优值，此过程我们称之为测量平差。以上的全站仪设站及测量平差过程可使用全站仪机载的后方交会设站程序直接使用全站仪进行设站及平差。相应的测量方法均属于公知内容，在此不再赘述。步骤2、将本发明摆放在铁路钢轨上
为了确保测量精度，本发明提供的轨道几何形态检测仪摆放于与全站仪处于同一条钢轨线上，且距离全站仪的距离不应大于100m。摆放时，应保证轨道几何形态检测仪的三个水平轮组件(两个左侧水平轮组件1-3-02、一个右侧水平轮组件1-2-07)都与钢轨的上顶面密切接触，且保证本发明的两个左侧间距基准轮(左侧间距基准轮组件1-2-03中的)及两个间距测量轮6-02 (左侧间距检测单元1-1-05和右侧间距检测单元1-2-08)与钢轨内侧面紧密接触。将棱镜安置于本发明的棱镜座，并使棱镜的玻璃体面正对全站仪。连接本发明与主控计算机:将主控计算机安装在电脑支架11-03上，使用数据线连接主控计算机及本发明，所述的左侧间距检测单元1-1-05、右侧间距检测单元1-2-08、高低检测单元1-3-09和里程检测单元1-1-06均连接主控计算机，保证本发明上的所有传感器数据能够传输到主控计算机上，所述的主控计算机可以选择为笔记本电脑。步骤3、将全站仪望远镜中心十字丝瞄准本发明的上安放的棱镜的中心 使用主控计算机遥控全站仪对本发明上安放的棱镜的中心进行测量，测量出本发明
上安放的棱镜中心位置的空间三维坐标，并将测量所得到的坐标数据无线传输给主控计算机。与此同时，主控计算机通过数据线给本发明上所有的传感器(即左侧间距检测单元1-1-05、右侧间距检测单元1-2-08、高低检测单元1-3-09和里程检测单元1_1_06)发送测量指令，命令本发明上所有的传感器对当前所处状态进行测量(高低检测单元1-3-09测量本发明的倾斜状态，左侧间距检测单元1-1-05、右侧间距检测单元1-2-08测量钢轨间距变化状态，里程检测单元1-1-06测量里程)，并使用主控计算机读取传感器测量结果。步骤4、根据本发明上安放的棱镜中心的空间坐标数据、各个传感器测量所得数据及本发明机体固有的各个部件的位置关系，使用主控计算机计算出本发明所处的钢轨的轨距、水平(超高)数值。步骤5、将本发明朝向全站仪的方向沿着钢轨向前推送一个轨枕间距(钢轨下方的轨枕与轨枕间的距离)，返回步骤3，重复执行步骤3及步骤4。步骤6、当本发明距离全站仪的距离小于IOm时，停止本发明不再向前推送，将全站仪收起，向本发明推送方向前移(前移距离应与铁路周边布设的控制点间距相同，如铁路周边布设的控制点间距为60m/对，则前移60m)，返回步骤1，重新测量下一个位置处的数据。当步骤I完成后，将本发明向远离全站仪的方向沿钢轨推送10个轨枕间距，重复步骤3、步骤4、步骤5。步骤7、当需要测量的钢轨测量完成后，收起本发明，使用主控计算机对测量所得数据进行数据整理，并根据测量数据计算出钢轨的轨向、高低、轨距变化率、水平变化率等数据，并整理成表，即得到测量成果。以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
权利要求
1.一种铁路轨道几何形态检测方法，其特征在于:包括以下几个步骤: 步骤一、在铁路沿线上利用铁路沿线已知控制点进行全站仪设站； 步骤二、在铁路钢轨上摆放轨道几何形态检测设备； 步骤三、使用全站仪测量棱镜中心的空间三维坐标以及轨道几何形态检测设备的几何位置数据； 步骤四、根据所述空间坐标数据以及几何位置数据，获得轨道几何形态检测设备所处位置的铁路轨道几何形态数据； 步骤五、判断轨道几何形态检测设备距离全站仪的距离是否小于最小间距时，若否，则朝向全站仪的方向将轨道几何形态检测设备沿着钢轨向前推送一个轨枕间距，返回步骤三，测量下一个位置处的铁路轨道几何形态数据；若是，则停止向前推送，向推送方向前移全站仪，返回步骤一，直至需要测量的钢轨长度范围内的所有测量完成。
2.根据权利要求1所述的铁路轨道几何形态检测方法，其特征在于:所述步骤一中全站仪设站具体为:将全站仪安置在铁路线上方架设的三角基座上，进行整平工作，使全站仪机体处于水平状态，并使全站仪的望远镜瞄准安放在已知控制点上的棱镜中心，进行测量，通过测量所得的距离角度相关信息，进而计算出全站仪机体中心所处位置的空间坐标以及全站仪望远镜轴所处方位角，完成全站仪设站。
3.根据权利要求2所述的铁路轨道几何形态检测方法，其特征在于:所述全站仪设站过程使用后方交会设站方法，在测量时需要测量的安装在已知点上的棱镜的数量不应少于4个，进行多余观察，得到的距离角度相关信息多于计算全站仪机体中心位置空间坐标所需要的基本数据，使用最小二乘法平差计算出全站仪所处位置的空间坐标的最优值，完成测量平差过程。
4.根据权利要求1所述 的铁路轨道几何形态检测方法，其特征在于:所述步骤二中轨道几何形态检测设备为轨道几何形态检测仪，并且该轨道几何形态检测仪与所述全站仪摆设于同一条钢轨线上； 所述轨道几何形态检测仪包括几何状态测量装置包括车体，所述车体的左侧对应左侧轨道设置有左侧水平轮组件、左侧间距基准轮组件、左侧张紧组件和左侧间距检测单元，所述车体的右侧对应右侧轨道设置有右侧水平轮组件、右侧间距检测单元；所述车体的左右两侧还均安装有高低检测单元；所述里程检测单元安装于左侧水平轮组件或右侧水平轮组件上；所述车体上方通过棱镜座安装棱镜，所述的左侧间距检测单元、右侧间距检测单元、高低检测单元和里程检测单元均连接主控计算机；所述的左侧间距检测单元、右侧间距检测单元、高低检测单元和里程检测单元均连接主控计算机。
5.根据权利要求4所述的铁路轨道几何形态检测方法，其特征在于，所述的车体包括左侧中间车架体、左侧前车架体、左侧后车架体、右侧主车架体、右侧延长架以及右侧轮座；所述左侧中间车架体的前后两端分别与左侧前车架体、左侧后车架体固定连接；所述的右侧主车架体的右侧面顺次与右侧延长架、右侧轮座固定连接，所述的左侧中间车架体的右侧面与右侧主车架体的左侧面相连接。
6.根据权利要求5所述的铁路轨道几何形态检测方法，其特征在于，所述左侧前车架体的前端和左侧后车架体后端均安装有左侧水平轮组件，每个左侧水平轮组件下方均安装有左侧间距基准轮组件和左侧张紧组件，所述中间车架体上安装有左侧间距检测单元；所述的右侧水平轮组件安装于右侧轮座内部，右侧间距检测单元安装于右侧延长架上；两个高低检测单元分别安装于左侧中间车架体、右侧主车架体的内部；所述棱镜座安装在右侧主车架体的上方。
7.根据权利要求6所述的铁路轨道几何形态检测方法，其特征在于，所述步骤三具体为:将全站仪的望远镜中心十字丝瞄准轨道几何形态检测设备上设置的棱镜中心；使用主控计算机遥控全站仪对棱镜中心的空间三维坐标进行测量；并将测量结果回传给主控计算机，同时主控计算机通过数据线给左侧间距检测单元、右侧间距检测单元、高低检测单元和里程检测单元发送测量指令，测量当前位置处的轨道几何形态检测设备的倾斜状态、钢轨间距变化状态，并使用主控计算机读取所有测量结果。
8.根据权利要求7所述的铁路轨道几何形态检测方法，其特征在于，所述步骤三具体为:所述步骤四中铁路轨 道几何形态数据包括轨道的轨距、水平、超高数据。
全文摘要
本发明公开了一种铁路轨道几何形态检测方法，包括在铁路沿线上利用铁路沿线已知控制点进行全站仪设站；在铁路钢轨上摆放轨道几何形态检测设备；使用全站仪测量棱镜中心的空间三维坐标以及轨道几何形态检测设备的几何位置数据；根据所述空间坐标数据以及几何位置数据，获得轨道几何形态检测设备所处位置的铁路轨道几何形态数据。本发明提供的铁路轨道几何形态检测方法，其测量精度高，且所需安装的铁路轨道几何形态检测仪的结构简单，安装便捷。
文档编号E01B35/04GK103205920SQ20131011616
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月3日 优先权日2013年4月3日
发明者冯光东, 郭良浩, 刘志友, 孙基平, 徐雪花, 郭宝安 申请人:中铁第四勘察设计院集团有限公司