一种基于组合测量的轨道几何状态检测方法与流程

本发明涉及一种轨道检测方法，尤其涉及一种基于组合测量的轨道几何状态检测方法。

背景技术：

铁路建造技术的发展和成熟，尤其是高铁技术的发展和成熟，使得方便快捷的铁路出行成为人们的选择。但是随着列车运行速度的加快、铁路运营量的加大以及路基沉降等现象的发生，轨道几何状态发生变化给列车的行车安全构成威胁。为了保证列车的行车安全并给乘客提供平稳舒适的乘车环境，铁路部门必须对轨道状态进行严格检测。

目前，轨道几何状态检测方法包括相对测量和绝对测量两种。相对测量通常采用轨道几何状态检查仪(简称轨检小车)测量轨道的内部几何状态参数，测量速度快但精度低并且无法获得轨道的绝对坐标；绝对测量通常采用全站仪测量轨道的绝对坐标，测量精度高但速度慢，无法满足我国漫长铁路干线的检测需求。

因此，有必要结合相对测量速度快和绝对测量精度高的优点，得到一种新的测量方法，以实现轨道几何状态的高效率检测。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于组合测量的轨道几何状态检测方法，该方法能够实现轨道平面坐标和高程的快速及高精度测量。

为解决上述技术问题，本发明所提供的基于组合测量的轨道几何状态检测方法，包括以下步骤：

1)在一条完整的检测线路上每隔一定间距设置站点；

2)在轨道上设置轨道几何状态检查仪；

3)使用全站仪测得轨检小车上棱镜中心点在各站点位置时在绝对坐标系内的坐标；

4)根据棱镜中心点在轨检小车上的安装位置得到棱镜中心点在各站点位置时在轨检小车坐标系内的坐标；

5)根据轨检小车在各站点位置的方位角、水平倾角、高低倾角求得各站点位置的轨道点在绝对坐标系内的坐标，计算公式如下：

式中：α是方位角；β是水平倾角；θ是高低倾角；(x,y,z)为轨道点在轨检小车坐标系内的坐标；(e0,n0,h0)为棱镜中心点在站点位置时在绝对坐标系内的坐标；(x0,y0,z0)为棱镜中心点在站点位置时在轨检小车坐标系内的坐标；

6)在任意相邻的两站点之间使用轨检小车等间距采集轨道几何状态的相对信息，采样点数量为n，间距为δ，轨向陀螺输出的角度变化为δi(i＝1,2,3,…,n)，高低陀螺输出的角度变化为σi(i＝1,2,3,…,n)，定义其中一站点为起始站点a，另一站点为终止站点b，以起始站点为原点，沿轨检小车的前进方向为x轴，以轨道的宽度方向为y轴，建立平面内的相对坐标系xoy；则在起始站点至终止站点范围内的轨道点在相对坐标系xoy内的坐标为(xi,yi)：

式中：当i＝1时，起始站点处轨道点坐标(x0,y0)为(0,0)；

式中：la为起始站点的里程；lb为终止站点的里程；n为起始站点到终止站点范围内的采样点数；

最后，得到起始站点到终止站点范围内的轨道点的平面坐标(ei,ni)：

式中：

其中(ea,na)为起始站点处轨道点的平面坐标，(eb,nb)为终止站点处轨道点的平面坐标，均可由(式1)得到；(xa,ya)为起始站点处轨道点在xoy内的坐标，(xb,yb)为终止站点处轨道点在xoy内的坐标，均可由(式2)得到；

对于起始站点到终止站点范围内轨道的高程，其求解过程与轨道的平面坐标的求解过程类似，具体步骤如下：

以起始站点为原点，以轨检小车的前进方向为x'轴，以竖直向上的方向为y'轴，建立竖面内的相对坐标系x'o'y'，则在起始站点至终止站点范围内的轨道点在相对坐标系x'o'y'内的坐标为(x'i,y'i)：

式中：δ为采样间距，由(式3)得到；σi为高低陀螺输出的角度变化；当i＝1时，起始站点处轨道点坐标(x'0,y'0)为(0,0)；

最后，得到起始站点到终止站点范围内的轨道的高程和里程(li,hi)：

式中：

其中ha为起始站点处轨道点的高程，hb为终止站点处轨道点的高程，均可由(式1)得到；la为起始站点处轨道点的里程，lb为终止站点处轨道点的里程，均为已知值；(x'a,y'a)为起始站点处轨道点在x'o'y'内的坐标，(x'b,y'b)为终止站点处轨道点在x'o'y'内的坐标，均可由(式5)得到；

7)重复步骤6)直至计算出所有站点间轨道的平面坐标和高程。

进一步的，相邻站点之间的间距在80m至120m之间。

本发明结合相对测量和绝对测量的优点，采用轨检小车搭配全站仪的组合测量方法，得到整条轨道的平面坐标和高程，进而反映轨道的平顺性；该组合测量方法整体提高了轨道几何状态的检测效率，而且节省了大量的人力物力，适合高速铁路轨道几何状态的日常检测和维护。

附图说明

图1为站点设置示意图；

图2为计算站点处轨道平面坐标和高程的流程；

图3为计算站点间轨道平面坐标和高程的流程。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步地说明。

如图1-图3所示，本发明所提供的基于组合测量的轨道几何状态检测方法，包括以下步骤：

1)在一条完整的检测线路上每隔80m至120m的间距设置一个站点，并依次编号；

2)在轨道上设置轨道几何状态检查仪；

3)使用全站仪测得轨检小车上棱镜中心点在各站点位置时在绝对坐标系内的坐标；

4)根据棱镜中心点在轨检小车上的安装位置得到棱镜中心点在各站点位置时在轨检小车坐标系内的坐标；

5)根据轨检小车在各站点位置的方位角、水平倾角、高低倾角求得各站点位置的轨道点在绝对坐标系内的坐标，计算公式如下：

式中：α是方位角；β是水平倾角；θ是高低倾角；(x,y,z)为轨道点在轨检小车坐标系内的坐标；(e0,n0,h0)为棱镜中心点在站点位置时在绝对坐标系内的坐标；(x0,y0,z0)为棱镜中心点在站点位置时在轨检小车坐标系内的坐标；

所述绝对坐标系是指地球坐标系oenh，o代表原点，e代表东方向，即东坐标，n代表北方向，即北坐标，东坐标e和北坐标n合称为平面坐标，h代表高方向，即高程；并且全站仪在绝对坐标系内进行测量；

轨检小车坐标系oxyz固定在轨检小车上，o代表原点，x指向轨检小车纵梁方向(即轨检小车前进方向)，y指向轨检小车横梁方向，z指向竖直向上方向；

6)在任意相邻的两站点之间(包括两站点)使用轨检小车等间距采集轨道几何状态的相对信息，采样点数量为n，间距为δ，轨向陀螺输出的角度变化为δi(i＝1,2,3,…,n)，高低陀螺输出的角度变化为σi(i＝1,2,3,…,n)，定义其中一站点为起始站点a，另一站点为终止站点b，以起始站点为原点，沿轨检小车的前进方向为x轴(x轴指向轨检小车的前进方向，也即小车的纵梁所指方向)，以轨道的宽度方向为y轴(y轴相对于x轴在水平面内逆时针偏转90°得到)，建立平面内的相对坐标系xoy；则在起始站点至终止站点范围内的轨道点在相对坐标系xoy内的坐标为(xi,yi)：

式中：当i＝1时，起始站点处轨道点坐标(x0,y0)为(0,0)；

式中：la为起始站点的里程；lb为终止站点的里程；n为起始站点到终止站点范围内的采样点数；

最后，得到起始站点到终止站点范围内的轨道点的平面坐标(ei,ni)：

式中：

其中(ea,na)为起始站点处轨道点的平面坐标，(eb,nb)为终止站点处轨道点的平面坐标，均可由(式1)得到；(xa,ya)为起始站点处轨道点在xoy内的坐标，(xb,yb)为终止站点处轨道点在xoy内的坐标，均可由(式2)得到；

对于起始站点到终止站点范围内轨道的高程，其求解过程与轨道的平面坐标的求解过程类似，具体步骤如下：

以起始站点为原点，以轨检小车的前进方向为x'轴(x'轴指向轨检小车的前进方向，也即小车的纵梁所指方向)，以竖直向上的方向为y'轴，建立竖面内的相对坐标系x'o'y'，则在起始站点至终止站点范围内的轨道点在相对坐标系x'o'y'内的坐标为(x'i,y'i)：

式中：δ为采样间距，由(式3)得到；σi为高低陀螺输出的角度变化；当i＝1时，起始站点处轨道点坐标(x'0,y'0)为(0,0)；

最后，得到起始站点到终止站点范围内的轨道的高程和里程(li,hi)：

式中：

其中ha为起始站点处轨道点的高程，hb为终止站点处轨道点的高程，均可由(式1)得到；la为起始站点处轨道点的里程，lb为终止站点处轨道点的里程，均为已知值；(x'a,y'a)为起始站点处轨道点在x'o'y'内的坐标，(x'b,y'b)为终止站点处轨道点在x'o'y'内的坐标，均可由(式5)得到；

7)重复步骤6)直至计算出所有站点间轨道的平面坐标和高程。