一种基于角度量测的轨道沉降量测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于角度量测的轨道沉降量测装置，包括设置在轨道上的测量车，测量车的车架上设有动力装置、车轮位置传感及测点编码器、角度测量仪以及采样和计算单元；所述动力装置用于驱动车轮；车轮位置传感及测点编码器用于检查测量车是否到达测点位置及测点编码；角度测量仪用于检查测量车的倾角；采样和计算单元用于对车轮位置传感及测点编码器和角度测量仪的输出信号进行采样，并执行数据计算以得到最终的各测点的沉降值；采样和计算单元中集成采样单元和用于执行数值计算的多个加法器和多个乘法器。该基于角度量测的轨道沉降量测装置成本低、易于实施、测量精度高。
【专利说明】一种基于角度量测的轨道沉降量测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种基于角度量测的轨道沉降量测装置。
【背景技术】
[0002]现有技术中，轨道路基沉降监测有多种方法，根据测点布置的儿何分布不同，主要可分为单点沉降、分层沉降、横剖面沉降以及纵剖面沉降等，根据量测方法又可分为沉降板法、电磁式沉降仪、土位移计、测斜管法、静力水准法、液压沉降仪、光纤光栅传感器及卫星遥感(成本高且精度有限)等方法。对于现有的测点布置方式及量测方法来说，测点布置要求高、工作量大、尤其长期监测时维护工作量大，量测时数据采集受外部环境影响较大且数据采集工作量也较大。因此，有必要设计一种全新的轨道沉降量测装置。
实用新型内容
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于角度量测的轨道沉降量测装置，该基于角度量测的轨道沉降量测装置成本低、易于实施、测量精度高。
[0004]实用新型的技术解决方案如下:
[0005]一种基于角度量测的轨道沉降量测装置，包括设置在轨道上的测量车，测量车的车架上设有动力装置、车轮位置传感及测点编码器、角度测量仪以及采样和计算单元；所述动力装置用于驱动车轮；车轮位置传感及测点编码器用于检查测量车是否到达测点位置及测点编码；角度测量仪用于检查测量车的倾角；采样和计算单元用于对车轮位置传感及测点编码器和角度测量仪的输出信号进行采样，并执行数据计算以得到最终的各测点的沉降值；采样和计算单元中集成采样单元和用于执行数值计算的多个加法器和多个乘法器。
[0006]所述的L小于车架轮轴轴距【轴距是指前后轮轴之间的距离】。
[0007]所述的动力装置采用NTC290型发动机，NTC290型发动机与RT-11509C型变速箱传动连接，车轮位置信号从RT-11509C型变速箱输出的里程信号中获取，角度测量仪采用LE-60型倾角仪。
[0008]L 小于 6m。
[0009]有益效果:
[0010]本实用新型的基于角度量测的轨道沉降量测装置，是一种全新而巧妙的方案；
[0011]本实用新型巧妙的利用了现有的轨道这一前提和基础，并基于此基础创造性地提出了一种独特的方案，虽然其实现方法本身是简单的，但是效果却是极其明显的，包括成本低(只需增加车架及少许测量设备和运算平台)、易于实施(可以实现全自动的数据采集和计算，而且计算过程简单)且精度极高。
[0012]本实用新型只需一个参考基点和若干个里程校核点(当监测范围较长时)，无需埋设其它测点，量测时将本实用新型中的量测装置沿被测轨道行走通过即可完成量测数据采集，沿线被测点数不限，沿线被测点间距不限。
[0013]本实用新型能应用于轨道(尤其是运营轨道如高铁、准轨、城铁、地铁等)的路堤、桥梁及隧道沉降量测，亦可在建已铺轨道的路堤、桥梁及隧道沉降量测，操作方便，对线路通行影响小。最大的优点是不需破坏路堤(路基)埋设沉降观测点，不受气象条件的影响，量测精度高，量测数据采集快等。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为基于角度量测的轨道沉降量测装置的结构示意图；
[0015]图2为轨道上的测点及倾斜角的示意图。
[0016]标号说明:1-轨道，2-车轮，3-车轮位置传感及测点编码器，4-角度测量仪，5-采样和计算单元，6-输出单元，7-动力装置。
【具体实施方式】
[0017]以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明:
[0018]如图1，一种基于角度量测的轨道沉降量测装置，包括设置在轨道上的测量车，测量车的车架上设有动力装置、车轮位置传感及测点编码器、角度测量仪以及采样和计算单元；所述动力装置用于驱动车轮；车轮位置传感及测点编码器用于检查测量车是否到达测点位置及测点编码；角度测量仪用于检查测量车的倾角；采样和计算单元用于对车轮位置传感及测点编码器和角度测量仪的输出信号进行采样，并执行数据计算以得到最终的各测点的沉降值；采样和计算单元中集成采样单元和用于执行数值计算的多个加法器和多个乘法器。
[0019]所述的L小于车架轮轴轴距【轴距是指前后轮轴之间的距离】。
[0020]所述的动力装置采用NTC290型发动机，NTC290型发动机与RT-11509C型变速箱传动连接，车轮位置信号从RT-11509C型变速箱输出的里程信号中获取，角度测量仪采用LE-60型倾角仪。
[0021]参照图2，该实用新型对应的轨道沉降量测方法如下:在轨道上设置一个测量车，测量车的车架上设有动力装置、车轮位置传感及测点编码器、角度测量仪以及采样和计算单元；所述动力装置用于驱动车轮；车轮位置传感及测点编码器用于检查测量车是否到达测点位置及测点编码；角度测量仪用于检查测量车的倾角；采样和计算单元用于对车轮位置传感及测点编码器和角度测量仪的输出信号进行采样，并执行数据计算以得到最终的各测点的沉降值；
[0022]在轨道上等间距设定多个测点，分别是&、A1, A2, A3,……，分别称为固定起始点(基点或高程参考点)、第一点、第二点、第三点，…；相邻测点的间距为L ；
[0023]所述的量测包括以下步骤:
[0024]步骤1:获取各测点的角度初始值并计算各测点的原始高程值:
[0025]测量车从固定起始点开始，依次运行到第一点、第二点、第三点，…，直到终点；并分别记录每一测点处测量车倾斜的角度即角度初始值:a oto> a lt(l> a 2t(l、a 3t(l、…；
[0026]设固定起始点为Haci,各测点的原始高程值为:
[0027]δ Alt0 = HA0+Ltg α _
[0〇28] δ A2t0 = δ Alt0+Ltg α lt0
[0029]δ A3t0 — δ A2t(i+Ltg α 2t0
[0030]......
[0031]δ Ait(l — δ (A1-Dto+Ltg α (i_1)t0
[0032]......;
[0033]其中下标tO表示初次的数据；δΜω表示第i个测点的初始位移值，i = 1，2，3，…；
[0034]步骤2:获取各测点的本次角度并计算各测点的本次高程值；
[0035]测量车再次从初始点开始，依次运行到第一点、第二点、第三点，…，并分别记录每一测点处测量车倾斜的角度:α Cit1、α m、α m、α Ml、…；
[0036]设固定起始点为Haci，各测点的本次高程值为:
[0037]δ Altl = HA0+Ltg a otl
[0038]δ A2tl = δ Altl+Ltg α ltl
[0039]δ A2tl — δ A2ti+Ltg α 2tl
[0040]......
[0041]δ Aitl = δ (Αη) tl+Ltga (i_1)tl
[0042]......;
[0043]其中下标tl表示本次的数据；δΑηι表示第i个测点的本次高程值，i = 1，2，3，…；
[0044]步骤3:计算得到各测点的沉降值；
[0045]Δ Altl = δ Am- δ Alt0
[0046]Δ A2tl — δ A2tl_ δ A2t0
[0047]Δ A3tl — δ A3t「δ A3t0
[0048]......
[0049]Δ Aitl — δ Ait「δ Ait0
[0050]......;
[0051]AAitl是第i个测点的本次沉降值【又称为实际沉降值】；i = 1,2,3,…。
[0052]对本实用新型中涉及到的数值计算部分的说明:
[0053]计算单元执行的加法和减法通过加法器来完成，乘法通过乘法器来完成，角度的正切值通过查表(即从存储器中读取数据)获得，因此，该数值计算不涉及到任何软件，完全采用成熟的硬件模块完成，计算速度快。
[0054]图1中的输出单元用于显示和打印相关数据。
[0055]所述的L小于车架轮轴轴距【轴距是指前后轮轴之间的距离】。
[0056]当L < 3000mm车架移动速度控制在40Km/h以下，当3000mm ^ L ^ 6000mm时车架移动速度控制在75Km/h以下。
[0057]所述的动力装置采用NTC290型发动机，NTC290型发动机与RT-11509C型变速箱传动连接，车轮位置信号从RT-11509C型变速箱输出的里程信号中获取，角度测量仪采用LE-60型倾角仪。【即RT-11509C型变速箱兼做车轮位置传感器】
[0058]实施例1:
[0059]在本实例中，车架采用双轴结构,轴距6000mm,轨距1435mm,轮径840mm,配康明斯(Cummins)NTC290发动机及富勒(Fuller) RT-11509C变速箱，行走速度50_100Km/h。车轮位置通过变速箱输出的里程信号中获取，通过车轮转动的角度(ω)或周数可精确计算移动的距离L。角度测量采用陕西航天长城测控有限公司LE-60高精度倾角仪。Ε-60的测量范围±15度，分辨率±0.001度，输出速度1-5次/秒。
[0060]操作时，先设定一端为固定起始点并读出初始角度，在动力装置控制下沿轨道匀速移动车架至第一点(每次车架移动距离相同且不超过车架轮轴轴距)并读出第一点的角度，如此类推第二点、第三点至最终点，并进行计算作为初始值；再次操作时(此时，除起始点固定不动外，其余测点假设有沉降发生)，仍以一端固定起始点开始并读出角度，移动车架至第一点并读出第一点的角度，如此类推第二点、第三点至最终点，并进行计算作本次量测值；前后两次的读数分别计算并对同一点数值进行比较即可计算出轨道相对下沉量。
[0061]设1、L = 2jiD = 2*3i*840 = 5278mm ;监测范围 30Km，则可测点数约为 5684 个。
[0062]初始值(初始高程):
[0063]δ Alt0 = HA0+Ltg α _ = HA0+5278*tg3 = ΗΑ0+276.61mm( α oto = 3° )
[0064]δ A2t0 = δ Alt0+Ltg α lt0 = ΗΑ0+276.61+5278*tg2.998 = ΗΑ0+553.03mm( α lt0 =
2.998。)
[0065]δ A3t0 = δ A2t0+Ltg α 2t0 = ΗΑ0+553.03+5278*tg2.995 = ΗΑ0+829.18mm( α 2t(l =
2.995。)
[0066]......
[0067]第一次高程值:
[0068]δ Altl = HA0+Ltg a otl = HA0+5278*tg2.998 = HA0+276.42mm ( a otl = 2.998。)
[0069]δ A2tl = δ Altl+Ltg a ltl = HA(l+276.42+5278*tg2.998 = HA0+552.84mm ( a ltl =
2.998。)
[0070]δ A3tl = δ A2tl+Ltg a 2tl = HA(l+552.84+5278*tg2.994 = HA0+828.89mm ( a 2tl =2.994。)
[0071]......
[0072]第一次量测结果(沉降量，+为上升，-为下沉)
[0073]Δ Altl = δ Altl- δ Alt(l = Hao+276.42_Hao+276.61 = -0.19mm
[0074]Δ A2tl = δ A2tl- δ A2t(l = Hao+552.84_Hao+553.03 = -0.19mm
[0075]Δ A3tl = δ A3tl- δ A3t(l = Hao+828.89_Hao+829.18 = -0.29mm
[0076]......
[0077]第二次高程值:
[0078]δ Alt2 = HA0+Ltg a 0t2 = HA0+5278*tg2.997 = HA0+276.33mm ( a 0t2 = 2.997。)
[0079]δ A2t2 = δ Alt2+Ltg a lt2 = HA0+276.33+5278*tg2.996 = HA0+552.57mm( a lt2 =
2.996。)
[0080]δ A3t2 = δ A2t2+Ltg a 2t2 = HA0+552.57+5278*tg2.993 = HA0+828.53mm( a 2t2 =2.993。)
[0081]......
[0082]第二次量测结果(沉降量，+为上升，-为下沉)
[0083]Δ Alt2 = δ Alt2- δ Altl = Hao+276.33_Ηαο+276.42 = _0.09mm
[0084]Δ A2t2 = δ A2t2- δ A2tl = Ηαο+552.57_Ηαο+552.84 = -0.27mm
[0085]Δ A3t2 = δ A3t2- δ A3tl = Ηαο+828.53_Ηαο+828.89 = -0.36mm
[0086]......
[0087]设2、L= 3i D ω/360 = π *840*818.5/360 = 6000mm ;监测范围 30Km，则可测点数约为5000个。
[0088]初始值(初始高程):
[0089]δ Alt0 = HA0+Ltg α _ = HAO+6000*tgl = Hao+104.73mm( α oto = I。)
[0090]δ A2t0 = δ Alt0+Ltg a lt0 = ΗΑΟ+104.73+6000*tg0.998 = ΗΑΟ+209.25mm( a lt0 =0.998。)
[0091]δ A3t0 = δ A2t0+Ltg a 2t0 = ΗΑΟ+209.25+6000*tg0.996 = ΗΑ0+313.56mm( a 2t(l =0.996。)
[0092]......
[0093]第一次高程值:
[0094]δ Altl = HA0+Ltg a otl = HA(l+6000*tg0.997 = Hao+104.42mm ( a otl = 0.997。)
[0095]δ A2tl = δ Altl+Ltg a ltl = HAO+104.42+6000*tg0.996 = HAO+208.73mm( a ltl =0.996。)
[0096]δ A3tl = δ A2tl+Ltg a 2tl = HAO+208.73+6000*tg0.994 = HA0+312.83mm( a 2tl =0.994。)
[0097]......
[0098]第一次量测结果(沉降量，+为上升，-为下沉)
[0099]= δ Altl- δ Alt(l = Hao+104.42_ΗΑΟ+104.73 = _0.31mm
[0100]Δ A2tl = δ A2tl- δ A2t(l = Ηαο+208.73_Ηαο+209.25 = -0.52mm
[0101]Δ A3tl = δ A3tl- δ A3t0 = Ηαο+312.83_Ηαο+313.56 = -0.73mm
[0102]......
[0103]第二次高程值:
[0104]δ Alt2 = HA0+Ltg a 0t2 = HA(l+6000*tg0.997 = Hao+104.42mm ( a 0t2 = 0.997。)
[0105]δ A2t2 = δ Alt2+Ltg a lt2 = HAO+104.42+6000*tg0.995 = HAO+208.63mm( a lt2 =0.995。)
[0106]δ A3t2 = δ A2t2+Ltg a 2t2 = HAO+208.63+6000*tg0.993 = HA0+312.63mm( a 2t2 =0.993。)
[0107]......
[0108]第二次量测结果(沉降量，+为上升，-为下沉)
[0109]Δ Alt2 = δ Alt2- δ Altl = Hao+104.42_ΗΑ(Ι+104.42 = 0.0Omm
[0110]Δ A2t2 = δ A2t2- δ A2tl = Ηαο+208.63_Ηαο+208.73 = -0.1Omm
[0111]Δ A3t2 = δ A3t2- δ A3tl = Ηαο+312.73_Ηαο+312.83 = -0.1Omm
[0112]......
[0113]设Λ Ai为Ai在to?tn的累计沉降(总沉降)，且O < n，则
[0114]Δ Ai(to, tn) =Δ Aito+ Δ Aitl+ Δ Ait2+...+…+ Λ Aitn_2+ Δ Aitlri+ Δ Aitn
[0115]设Λ Ai为Ai在ti?t j的累计沉降，且O < i < j < n，则
[0116]Δ Ai (ti, tj) —A Aiti+1+ Δ Aiti+2+ Δ Aiti+3+…+…+ Δ AitJ-_2+ Δ Aitj^1+ Δ Aitj-
[0117]若数据采集时间间隔为η分钟，则平均每分钟的沉降速度为
[0118]Vam = ( Δ Aitn- Δ Aitlri)/n
[0119]若数据采集时间间隔为η小时，则平均每小时的沉降速度为
[0120]VAAi = (Akit-Akit^1)Zn
[0121]若数据采集时间间隔为η天，则平均每天的沉降速度为
[0122]VAAi = (Akit-Akit^1)Zn
[0123]......
[0124]根据上述测试计算，当L < 3000mm时，分辨率为0.005mm ；3000mm彡L彡6000时，分辨率为0.01_。精度高于现有的量测方法。
[0125]数据采集时，iL< 3000mm车架移动速度宜控制在40Km/h以下，当3000 ^ L ^ 6000mm时车架移动速度宜控制在75Km/h以下。
【权利要求】
1.一种基于角度量测的轨道沉降量测装置，其特征在于，包括设置在轨道上的测量车，测量车的车架上设有动力装置、车轮位置传感及测点编码器、角度测量仪以及采样和计算单元；所述动力装置用于驱动车轮；车轮位置传感及测点编码器用于检查测量车是否到达测点位置及测点编码；角度测量仪用于检查测量车的倾角；采样和计算单元用于对车轮位置传感及测点编码器和角度测量仪的输出信号进行采样，并执行数据计算以得到最终的各测点的沉降值；采样和计算单元中集成采样单元和用于执行数值计算的多个加法器和多个乘法器。
2.根据权利要求1所述的基于角度量测的轨道沉降量测装置，其特征在于，所述的动力装置采用NTC290型发动机，NTC290型发动机与RT-11509C型变速箱传动连接，车轮位置信号从RT-11509C型变速箱输出的里程信号中获取，角度测量仪采用LE-60型倾角仪。
【文档编号】E01B35/12GK203977242SQ201420292355
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】邱业建, 雷明锋, 彭立敏, 施成华 申请人:中南大学