轨道线路高低不平顺检测方法、装置及车载轨道检测系统与流程

1.本发明涉及轨道检测技术领域，尤其涉及轨道线路高低不平顺检测方法、装置及车载轨道检测系统。


背景技术：

2.本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
3.列车轨道线路的平顺性直接影响列车运行安全。轨道检查车、高速综合检测列车等车载轨道检测系统，是动态检测线路平顺性的自动化装备，主要检测轨距、轨向、高低、水平、超高、三角坑等轨道线路参数，其中高低是轨道线路平顺性的重要参数，特别是高速铁路轨道高低长波平顺性、城市轨道交通低速运行环境轨道高低平顺性。准确检测出轨道高低不平顺对铁路工务人员及时掌线路纵向线型的变化具有指导意义，可有效降低工务维修成本，保障列车运行安全，提高列车乘坐舒适度。
4.现有技术中，通常采用加速度测量法，根据惯性基准原理确定轨道线路的高低不平顺，该方法的缺点如下所示：(1)由于加速度传感器信号的信噪比在低速下迅速降低，在检测车低速运行时，车载轨道检测系统测量的轨道线路高低不平顺精度不能满足检测要求，轨道线路高低不平顺检测结果的准确性受检测车运行速度的限制；(2)能够准确检测的轨道线路高低不平顺的波长范围有限。
5.针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

6.本发明实施例提供一种轨道线路高低不平顺检测方法，用以消除检测车运行速度对轨道线路高低不平顺的检测精度的限制，扩大可以准确检测的轨道线路高低不平顺的波长范围，该方法包括：
7.在检测车以预设速度行驶于待检测轨道线路上时，每间隔预设采样间距获取：第一左高低位移传感器测量的车体与轮轴的第一竖向相对位移，左高低加速度传感器测量的检测车加速度，第二左高低位移传感器测量的车体与轮轴的第二竖向相对位移，陀螺组件中点头陀螺测量的车体纵向中心线的点头角速率，其中第一左高低位移传感器安装于四位轴轴箱盖正上方的车体底板左侧，左高低加速度传感器安装于第一左高低位移传感器顶部的车体底板左侧，第二左高低位移传感器安装于三位轴轴箱盖正上方的车体底板左侧；
8.在陀螺组件对检测车加速度进行修正后，根据修正后的检测车加速度，确定车体相对惯性基准的位移；根据车体相对惯性基准的位移和第一竖向相对位移，确定第一轨道高低不平顺值；
9.根据检测车行驶速度、采样间距、两轴间距，以及每间隔预设采样间距获取的：第一竖向相对位移、第二竖向相对位移、以及点头角速率，确定第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移，其中参照弦为车体左侧两个轮轨接触点
的连线，角位移为车体运行时参照弦与水平面之间的夹角对应的位移量；根据第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移，与轨道高低不平顺之间的传递函数，确定第二轨道高低不平顺值；
10.将第一轨道高低不平顺值输入互补滤波器进行滤波，滤波后得到第一轨道高低不平顺值中的短波成分；将第二轨道高低不平顺值输入互补滤波器进行滤波，滤波后得到第二轨道高低不平顺值中的长波成分；将第一轨道高低不平顺值中的短波成分，与第二轨道高低不平顺值中的长波成分进行合并，输出轨道高低不平顺值的全波成分；
11.将轨道高低不平顺值的全波成分输入高通滤波器，滤除低频成分，得到轨道线路左侧钢轨中特定截止波长的轨道高低不平顺值。
12.本发明实施例还提供一种轨道线路高低不平顺检测装置，用以消除检测车运行速度对轨道线路高低不平顺的检测精度的限制，扩大可以准确检测的轨道线路高低不平顺的波长范围，该装置包括：
13.获取模块，用于在检测车以预设速度行驶于待检测轨道线路上时，每间隔预设采样间距获取：第一左高低位移传感器测量的车体与轮轴的第一竖向相对位移，左高低加速度传感器测量的检测车加速度，第二左高低位移传感器测量的车体与轮轴的第二竖向相对位移，陀螺组件中点头陀螺测量的车体纵向中心线的点头角速率，其中第一左高低位移传感器安装于四位轴轴箱盖正上方的车体底板左侧，左高低加速度传感器安装于第一左高低位移传感器顶部的车体底板左侧，第二左高低位移传感器安装于三位轴轴箱盖正上方的车体底板左侧；
14.第一轨道高低不平顺值确定模块，用于在陀螺组件对检测车加速度进行修正后，根据修正后的检测车加速度，确定车体相对惯性基准的位移；根据车体相对惯性基准的位移和第一竖向相对位移，确定第一轨道高低不平顺值；
15.第二轨道高低不平顺值确定模块，用于根据检测车行驶速度、采样间距、两轴间距，以及每间隔预设采样间距获取的：第一竖向相对位移、第二竖向相对位移、以及点头角速率，确定第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移，其中参照弦为车体左侧两个轮轨接触点的连线，角位移为车体运行时参照弦与水平面之间的夹角对应的位移量；根据第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移，与轨道高低不平顺之间的传递函数，确定第二轨道高低不平顺值；
16.第一滤波模块，用于将第一轨道高低不平顺值输入互补滤波器进行滤波，滤波后得到第一轨道高低不平顺值中的短波成分；将第二轨道高低不平顺值输入互补滤波器进行滤波，滤波后得到第二轨道高低不平顺值中的长波成分；将第一轨道高低不平顺值中的短波成分，与第二轨道高低不平顺值中的长波成分进行合并，输出轨道高低不平顺值的全波成分；
17.第二滤波模块，将轨道高低不平顺值的全波成分输入高通滤波器，滤除低频成分，得到轨道左侧线路中特定截止波长的轨道高低不平顺值。
18.本发明实施例还提供一种车载轨道检测系统，用以消除检测车运行速度对轨道线路高低不平顺的检测精度的限制，扩大可以准确检测的轨道线路高低不平顺的波长范围，所述多个传感器包括：
19.第一左高低位移传感器，安装于四位轴轴箱盖正上方的车体底板左侧，用于测量
车体与轮轴在其安装处的竖向相对位移；
20.第一右高低位移传感器，安装于四位轴轴箱盖正上方的车体底板右侧，用于测量车体与轮轴在其安装处的竖向相对位移；
21.第二左高低位移传感器，安装于三位轴轴箱盖正上方的车体底板左侧，用于测量车体与轮轴在其安装处的竖向相对位移；
22.第二右高低位移传感器，安装于三位轴轴箱盖正上方的车体底板右侧，用于测量车体与轮轴在其安装处的竖向相对位移；
23.左高低加速度传感器，安装于第一左高低位移传感器顶部的车体底板左侧，用于测量检测车在其安装处的加速度；
24.右高低加速度传感器，安装于第一右高低位移传感器顶部的车体底板右侧，用于测量检测车在其安装处的加速度；
25.陀螺组件，包括倾角计、侧滚陀螺、摇头陀螺和点头陀螺，安装于车体底板上车辆四位轴于车体纵向中心线的交汇处，用于测量车体姿态数据，根据车体姿态数据修正加速度传感器信号。
26.本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述轨道线路高低不平顺检测方法。
27.本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述轨道线路高低不平顺检测方法。
28.本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述轨道线路高低不平顺检测方法。
29.本发明实施例中，在检测车以预设速度行驶于待检测轨道线路上时，每间隔预设采样间距获取：第一左高低位移传感器测量的车体与轮轴的第一竖向相对位移，左高低加速度传感器测量的检测车加速度，第二左高低位移传感器测量的车体与轮轴的第二竖向相对位移，陀螺组件中点头陀螺测量的车体纵向中心线的点头角速率，其中第一左高低位移传感器安装于四位轴轴箱盖正上方的车体底板左侧，左高低加速度传感器安装于第一左高低位移传感器顶部的车体底板左侧，第二左高低位移传感器安装于三位轴轴箱盖正上方的车体底板左侧；在陀螺组件对检测车加速度进行修正后，根据修正后的检测车加速度，确定车体相对惯性基准的位移；根据车体相对惯性基准的位移和第一竖向相对位移，确定第一轨道高低不平顺值；根据检测车行驶速度、采样间距、两轴间距，以及每间隔预设采样间距获取的：第一竖向相对位移、第二竖向相对位移、以及点头角速率，确定第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移，其中参照弦为车体左侧两个轮轨接触点的连线，角位移为车体运行时参照弦与水平面之间的夹角对应的位移量；根据第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移，与轨道高低不平顺之间的传递函数，确定第二轨道高低不平顺值；将第一轨道高低不平顺值输入互补滤波器进行滤波，滤波后得到第一轨道高低不平顺值中的短波成分；将第二轨道高低不平顺值输入互补滤波器进行滤波，滤波后得到第二轨道高低不平顺值中的长波成分；将第一轨道高低不平顺值中的短波成分，与第二轨道高低不平顺值中的长波成分进行合并，输出轨道高低不平顺值的全波成分；将轨道高低不平顺值的全波成分输入高通滤波器，滤除
低频成分，得到轨道线路左侧钢轨中特定截止波长的轨道高低不平顺值，轨道线路高低不平顺的检测精度不受检测车运行速度的限制，同时可以扩大准确检测的轨道线路高低不平顺的波长范围。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
31.图1为本发明实施例中轨道线路高低不平顺检测方法的处理流程图；
32.图2为加速度测量法中车载轨道检测系统的传感器俯视示意图；
33.图3为本发明实施例中车载轨道检测系统的传感器俯视示意图；
34.图4为加速度测量法的一原理示意图；
35.图5为本发明实施例中轨道线路高低不平顺检测方法的一具体实例流程图；
36.图6为本发明实施例中轨道线路高低不平顺检测装置的结构示意图；
37.图7为本发明实施例中车载轨道检测系统系统的结构示意图；
38.图8为本发明一实施例的计算机设备结构示意图。
具体实施方式
39.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
40.发明人发现，现有技术中的轨道线路高低不平顺检测方法通常是采用加速度测量法，根据惯性基准原理确定轨道高低不平顺值，该方法对于测量轨道高低不平顺值中的短波成分精度较高；但是由于加速度传感器信号的信噪比在低速下迅速降低，利用该方法测量轨道线路高低不平顺，将受到检测车运行速度的限制，且该方法可以准确检测的轨道线路高低不平顺的波长范围有限，波长较大的长波成分测量精度不满足检测要求。因此，本发明可以通过增加多个传感器，采用角速度测量法确定轨道高低不平顺值，然后采用互补滤波测量法，将角速度测量法确定的轨道高低不平顺值中的长波成分，与加速度测量法确定的轨道高低不平顺值中的短波成分进行合并，得到准确性较高的轨道高低不平顺值的全波成分。
41.由于轨道线路可以分为左侧钢轨和右侧钢轨，且不同侧轨道线路钢轨的高低不平顺值不同，因此轨道两侧的轨道高低不平顺值需要分别测量，但轨道线路左侧钢轨和右侧钢轨的高低不平顺检测方法是相同的，因此在实施例中主要以轨道线路一侧钢轨为例进行说明。另外，本发明实施例除可应用于铁路轨道线路不平顺的检测车等车载轨道检测系统，也可用于公路、大桥、山坡不平顺公路工程车等车载检测系统。
42.具体实施时，可以以检测车的行车方向为参照，确定轨道线路左侧钢轨和轨道线路右侧钢轨，下面以检测轨道线路左侧钢轨的高低不平顺为例，说明轨道线路高低不平顺检测方法的实施步骤。
43.图1为本发明实施例中轨道线路高低不平顺检测方法的处理流程图。如图1所示，本发明实施例中轨道线路高低不平顺检测方法可以包括：
44.步骤101、在检测车以预设速度行驶于待检测轨道线路上时，每间隔预设采样间距获取：第一左高低位移传感器测量的车体与轮轴的第一竖向相对位移，左高低加速度传感器测量的检测车加速度，第二左高低位移传感器测量的车体与轮轴的第二竖向相对位移，陀螺组件中点头陀螺测量的车体纵向中心线的点头角速率，其中第一左高低位移传感器安装于四位轴轴箱盖正上方的车体底板左侧，左高低加速度传感器安装于第一左高低位移传感器顶部的车体底板左侧，第二左高低位移传感器安装于三位轴轴箱盖正上方的车体底板左侧；
45.步骤102、在陀螺组件对检测车加速度进行修正后，根据修正后的检测车加速度，确定车体相对惯性基准的位移；根据车体相对惯性基准的位移和第一竖向相对位移，确定第一轨道高低不平顺值；
46.步骤103、根据检测车行驶速度、采样间距、两轴间距，以及每间隔预设采样间距获取的：第一竖向相对位移、第二竖向相对位移、以及点头角速率，确定第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移，其中参照弦为车体左侧两个轮轨接触点的连线，角位移为车体运行时参照弦与水平面之间的夹角对应的位移量；根据第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移，与轨道高低不平顺之间的传递函数，确定第二轨道高低不平顺值；
47.步骤104、将第一轨道高低不平顺值输入互补滤波器进行滤波，滤波后得到第一轨道高低不平顺值中的短波成分；将第二轨道高低不平顺值输入互补滤波器进行滤波，滤波后得到第二轨道高低不平顺值中的长波成分；将第一轨道高低不平顺值中的短波成分，与第二轨道高低不平顺值中的长波成分进行合并，输出轨道高低不平顺值的全波成分；
48.步骤105、将轨道高低不平顺值的全波成分输入高通滤波器，滤除低频成分，得到轨道左侧线路中特定截止波长的轨道高低不平顺值。
49.在说明轨道线路高低不平顺检测方法的具体实施步骤之前，首先对车载轨道检测系统的改进作简要说明。
50.图2为加速度测量法中车载轨道检测系统的传感器俯视示意图，如图2所示，仍以检测车的行车方向为参照确定左右方向，现有技术的加速度测量法中车载轨道检测系统的传感器可以包括：左高低位移传感器lpdt，安装于四位轴轴箱盖正上方的车体底板左侧；左高低加速度传感器lacc，安装于左高低位移传感器lpdt顶部的车体底板左侧；右高低位移传感器rpdt，安装于四位轴轴箱盖正上方的车体底板右侧；右高低加速度传感器racc，安装于右高低位移传感器rpdt顶部的车体底板右侧；陀螺组件，包括倾角计incl、侧滚陀螺roll和摇头陀螺yaw，安装于车体底板上车辆四位轴于车体纵向中心线的交汇处。
51.图3为本发明实施例中车载轨道检测系统的传感器俯视示意图，如图3所示，仍以检测车的行车方向为参照确定左右方向，本发明实施例中车载轨道检测系统的传感器可以包括：第一左高低位移传感器lpdt1，安装于四位轴轴箱盖正上方的车体底板左侧；第一右高低位移传感器rpdt1，安装于四位轴轴箱盖正上方的车体底板右侧；左高低加速度传感器lacc，安装于第一左高低位移传感器lpdt1顶部的车体底板左侧；右高低加速度传感器racc，安装于第一右高低位移传感器rpdt1顶部的车体底板右侧；还包括新增加的：第二左
高低位移传感器lpdt2，安装于三位轴轴箱盖正上方的车体底板左侧；第二右高低位移传感器rpdt2，安装于三位轴轴箱盖正上方的车体底板右侧；陀螺组件cas，包括倾角计incl、侧滚陀螺roll和摇头陀螺yaw、以及新增加的点头陀螺pitch，安装于车体底板上车辆四位轴于车体纵向中心线的交汇处。具体实施时，上述多个位移传感器不拘于安装于四位轴或三位轴的轴箱盖正上方的车体底板，也可以安装于车体的其他合适位置，以利于参照弦角位移的计算。
52.下面以检测轨道左侧线路的高低不平顺为例，说明轨道线路高低不平顺检测方法的具体实施步骤。
53.首先可以在步骤101中获取本发明实施例中需要的多种数据，在检测车以预设速度行驶于待检测轨道线路上时，可以每间隔预设采样间距获取：第一左高低位移传感器测量的车体与轮轴的第一竖向相对位移(竖向相对位移为车体与轮轴在垂直于水平方向上的相对位移)，左高低加速度传感器测量的检测车加速度，第二左高低位移传感器测量的车体与轮轴的第二竖向相对位移，陀螺组件中点头陀螺测量的车体纵向中心线的点头角速率。
54.在步骤102中，由于检测车的姿态可能会影响检测车加速度的准确性，可以先利用陀螺组件对检测车加速度进行修正，然后可以采用加速度测量法，根据修正后的检测车加速度，确定车体相对惯性基准的位移，并根据车体相对惯性基准的位移和第一竖向相对位移，确定第一轨道高低不平顺值。
55.在一个实施例中，本发明实施例中的车载轨道检测系统还包括第一右高低位移传感器、右高低加速度传感器、以及第二右高低位移传感器；所述轨道线路高低不平顺检测方法还用于检测轨道线路右侧钢轨的高低不平顺，所述轨道线路右侧钢轨是以检测车行车方向为参照确定的，其中第一右高低位移传感器安装于三位轴轴箱盖正上方的车体底板右侧，右高低加速度传感器安装于第一右高低位移传感器顶部的车体底板右侧，第二右高低位移传感器安装于三位轴轴箱盖正上方的车体底板右侧。
56.图4为加速度测量法的一原理示意图，如图4所示，m为车体，k、c分别为弹簧和阻尼。测量轮轴半径r，位移传感器测量车体与轮轴的相对位移w，加速度传感器a输出值a经修正后二次积分，得到车体相对惯性基准的位移z。图4中加速度传感器a即为前述的lacc/racc，位移传感器为前述lpdt/rpdt。轨道高低不平顺值y的计算式为：
57.y＝z-w-r
58.因轮轴半径r为常量，实际测量时上式可为：
59.y＝z-w
60.基于上述加速度测量法的测量原理，可以在本发明实施中，先确定车体相对惯性基准的位移，再根据车体相对惯性基准的位移和第一竖向相对位移，确定第一轨道高低不平顺值。
61.在一个实施例中，根据修正后的检测车加速度，确定车体相对惯性基准的位移，可以包括：按如下公式，根据修正后的检测车加速度，确定车体相对惯性基准的位移：
62.z＝∫∫adtdt
63.其中，z为车体相对惯性基准的位移，a为左高低加速度传感器测量的检测车加速度。
64.在一个实施例中，根据车体相对惯性基准的位移和第一竖向相对位移，确定第一
轨道高低不平顺值，可以包括：按如下公式，根据车体相对惯性基准的位移和第一竖向相对位移，确定第一轨道高低不平顺值：
65.y1＝∫∫adtdt-δv66.其中，y1为第一轨道高低不平顺值，δv为第一左高低位移传感器测量的四位轴轴箱盖上方车体与轮轴的第二竖向相对位移。
67.在采用加速度测量法，利用车体相对惯性基准的位移，确定第一轨道高低不平顺值之后，可以在步骤103中根据第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移，确定第二轨道高低不平顺值。
68.具体实施时，检测车一侧的两个轮轨接触点的连线称为参照弦，由于轨道高低不平顺的存在，检测车运行时参照弦与水平面的夹角在不断地变化，且轨道高低不平顺与参照弦的角位移之间存在明确的传递关系；因此，可以先每间隔预设采样间距，确定第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移，再根据第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移，与轨道高低不平顺之间的传递函数，确定第二轨道高低不平顺值。
69.在一个实施例中，根据检测车行驶速度、采样间距、两轴间距，以及每间隔预设采样间距获取的：第一竖向相对位移、第二竖向相对位移、以及点头角速率，确定第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移，包括：按如下公式，根据检测车行驶速度、采样间距、两轴间距，以及每间隔预设采样间距获取的：第一竖向相对位移、第二竖向相对位移、以及点头角速率，确定第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移：
70.l＝mδ
[0071][0072]
其中，l为三位轴与四位轴之间的两轴间距，δ为采样间距，m整数，y为第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移，w为点头角速率，v为检测车行驶速度，δf为第二左高低位移传感器测量的三位轴轴箱盖上方车体与轮轴的第二竖向相对位移，δv为第一左高低位移传感器测量的四位轴轴箱盖上方车体与轮轴的第二竖向相对位移。
[0073]
在一个实施例中，根据第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移，与轨道高低不平顺之间的传递函数，确定第二轨道高低不平顺值，包括：按如下公式，根据第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移，与轨道高低不平顺之间的传递函数，确定第二轨道高低不平顺值：
[0074][0075]
其中，z为变换算子，y2(z)为第二轨道高低不平顺值的z变换，y(z)为第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移的z变换，δ为采样间距，m整数。
[0076]
具体实施时，上述三位轴与四位轴之间的两轴间距，实际反映的第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器之间的水平间距。由于在本发明实施例中，第一左高低位
移传感器安装于四位轴轴箱盖正上方的车体底板左侧，第二左高低位移传感器安装于三位轴轴箱盖正上方的车体底板左侧，因此第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器之间的水平间距，等于三位轴与四位轴之间的两轴间距；若第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器安装于车体其他合适位置，则此处应为实际测量得到的：第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器之间的水平间距。
[0077]
在确定第一轨道高低不平顺值与第二轨道高低不平顺值之后，可以采用互补滤波测量法，分别对第一轨道高低不平顺值、第二轨道高低不平顺值进行滤波，得到第一轨道高低不平顺值中的短波成分，以及第二轨道高低不平顺值中的长波成分，再将第一轨道高低不平顺值中的短波成分，与第二轨道高低不平顺值中的长波成分进行合并，输出轨道高低不平顺值的全波成分。
[0078]
具体实施时，由于在速度较低时，陀螺信号的信噪比仍然很高，利用上述角速度测量法测量长波轨道高低不平顺，比根据加速度测量法测量长波轨道高低不平顺的精度高很多。但是，上述角速度测量法对于短波轨道高低不平顺(即轨道高低不平顺的高频成分)的幅值存在一定的衰减，故又设计了互补滤波器以保证短波轨道高低不平顺的精度。可以将第一轨道高低不平顺值输入互补滤波器，经滤波器滤波后，得到第一轨道高低不平顺值中的短波成分；将第二轨道高低不平顺值输入互补滤波器，经滤波器滤波后，得到第二轨道高低不平顺值中的长波成分；然后将将第一轨道高低不平顺值中的短波成分，与第二轨道高低不平顺值中的长波成分进行合并，输出轨道高低不平顺值的全波成分；最后再经高通滤波器，滤除轨道高低不平顺值的全波成分中不必要的低频成分，可以得到特定截止波长的轨道高低不平顺值，不受运行速度的限制。
[0079]
下面举一个例子具体说明本发明的轨道线路高低不平顺检测方法的优势，已知在现有技术中，通常利用加速度测量法检测轨道线路高低不平顺；在检测车的运行速度达到25km/h时，轨道线路高低不平顺的波长检测范围是1.5m-25m；在检测车的运行速度达到40km/h时，轨道线路高低不平顺的波长检测范围是25m-70m；在检测车的运行速度达到70km/h时，轨道线路高低不平顺的波长检测范围是70m-120m；即在给定运行速度下，现有技术条件下的轨道线路高低不平顺的波长检测范围有限；此外，受加速度传感器信号的信噪比在低速下迅速降低的影响，在检测车的运行速度小于阈值时，加速度测量法的检测精度无法达到检测标准，导致轨道线路高低不平顺的检测结果与真实情况大相径庭，影响列车行车安全。
[0080]
而在本发明的轨道线路高低不平顺检测方法中，可以检测任意波长范围内的轨道线路高低不平顺值，例如本发明在实际应用中，已经可以实现精确测量截止波长为200m的轨道高低不平顺值；且不论检测车的运行速度是否小于原有阈值，均可以准确检测出轨道线路高低不平顺值，对工作人员及时掌线路纵向线型的变化具有指导意义，可有效降低工务维修成本，保障列车运行安全，提高列车乘坐舒适度。
[0081]
图5为本发明实施例中轨道线路高低不平顺检测方法的一具体实例流程图。如图5所示，本发明实施例中轨道线路高低不平顺检测方法可以分别确定左侧轨道高低不平顺和右侧轨道高低不平顺。
[0082]
其中对于左轨道高低不平顺可以是：根据第一左高低位移传感器lpdt1的测量结果，与左高低加速度传感器lacc经陀螺组件cas修正后的测量结果，得到左第一轨道高低不平顺，经过互补滤波器，得到左第一轨道高低不平顺的短波成分；根据根据第一左高低位移传感器lpdt1的测量结果、第二左高低位移传感器lpdt2的测量结果、点头陀螺pitch测量的车体点头角速率，得到左侧轨道参照弦线角位移，进而得到根据第二左高低位移传感器lpdt1的测量结果，经过互补滤波器，得到左第二轨道高低不平顺的长波成分；将左第一轨道高低不平顺的短波成分，与左第二轨道高低不平顺的长波成分合并后，得到左轨道高低不平顺的全波成分，经过高通滤波器，得到左特定借助波长的轨道高低不平顺。对于右轨道高低不平顺，如图6所示，与左轨道高低不平顺的处理流程相同，此处不在赘述。
[0083]
本发明实施例中还提供了一种轨道线路高低不平顺检测装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与轨道线路高低不平顺检测方法相似，因此该装置的实施可以参见轨道线路高低不平顺检测方法的实施，重复之处不再赘述。
[0084]
图6为本发明实施例中轨道线路高低不平顺检测装置的结构示意图。如图6所示，本发明实施例中轨道线路高低不平顺检测装置具体可以包括：
[0085]
获取模块601，用于在检测车以预设速度行驶于待检测轨道线路上时，每间隔预设采样间距获取：第一左高低位移传感器测量的车体与轮轴的第一竖向相对位移，左高低加速度传感器测量的检测车加速度，第二左高低位移传感器测量的车体与轮轴的第二竖向相对位移，陀螺组件中点头陀螺测量的车体纵向中心线的点头角速率，其中第一左高低位移传感器安装于四位轴轴箱盖正上方的车体底板左侧，左高低加速度传感器安装于第一左高低位移传感器顶部的车体底板左侧，第二左高低位移传感器安装于三位轴轴箱盖正上方的车体底板左侧；
[0086]
第一轨道高低不平顺值确定模块602，用于在陀螺组件对检测车加速度进行修正后，根据修正后的检测车加速度，确定车体相对惯性基准的位移；根据车体相对惯性基准的位移和第一竖向相对位移，确定第一轨道高低不平顺值；
[0087]
第二轨道高低不平顺值确定模块603，用于根据检测车行驶速度、采样间距、两轴间距，以及每间隔预设采样间距获取的：第一竖向相对位移、第二竖向相对位移、以及点头角速率，确定第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移，其中参照弦为车体左侧两个轮轨接触点的连线，角位移为车体运行时参照弦与水平面之间的夹角对应的位移量；根据第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移，与轨道高低不平顺之间的传递函数，确定第二轨道高低不平顺值；
[0088]
第一滤波模块604，用于将第一轨道高低不平顺值输入互补滤波器进行滤波，滤波后得到第一轨道高低不平顺值中的短波成分；将第二轨道高低不平顺值输入互补滤波器进行滤波，滤波后得到第二轨道高低不平顺值中的长波成分；将第一轨道高低不平顺值中的短波成分，与第二轨道高低不平顺值中的长波成分进行合并，输出轨道高低不平顺值的全波成分；
[0089]
第二滤波模块605，将轨道高低不平顺值的全波成分输入高通滤波器，滤除低频成分，得到轨道左侧线路中特定截止波长的轨道高低不平顺值。
[0090]
在一个实施例中，所述车载轨道检测系统还包括第一右高低位移传感器、右高低加速度传感器、以及第二右高低位移传感器；所述轨道线路高低不平顺检测方法还用于检
测轨道线路右侧钢轨的高低不平顺，所述轨道线路右侧钢轨是以检测车行车方向为参照确定的，其中第一右高低位移传感器安装于三位轴轴箱盖正上方的车体底板右侧，右高低加速度传感器安装于第一右高低位移传感器顶部的车体底板右侧，第二右高低位移传感器安装于三位轴轴箱盖正上方的车体底板右侧。
[0091]
在一个实施例中，第一轨道高低不平顺值确定模块具体用于：按如下公式，根据修正后的检测车加速度，确定车体相对惯性基准的位移：
[0092]
z＝∫∫adtdt
[0093]
其中，z为车体相对惯性基准的位移，a为左高低加速度传感器测量的检测车加速度。
[0094]
在一个实施例中，第一轨道高低不平顺值确定模块具体用于：按如下公式，根据车体相对惯性基准的位移和第一竖向相对位移，确定第一轨道高低不平顺值：
[0095]
y1＝∫∫adtdt-δv[0096]
其中，y1为第一轨道高低不平顺值，δv为第一左高低位移传感器测量的四位轴轴箱盖上方车体与轮轴的第二竖向相对位移。
[0097]
在一个实施例中，第二轨道高低不平顺值确定模块体用于：按如下公式，根据根据检测车行驶速度、采样间距、两轴间距，以及每间隔预设采样间距获取的：第一竖向相对位移、第二竖向相对位移、以及点头角速率，确定第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移：
[0098]
l＝mδ
[0099][0100]
其中，l为三位轴与四位轴之间的两轴间距，δ为采样间距，m整数，y为第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移，w为点头角速率，v为检测车行驶速度，δf为第二左高低位移传感器测量的三位轴轴箱盖上方车体与轮轴的第二竖向相对位移，δv为第一左高低位移传感器测量的四位轴轴箱盖上方车体与轮轴的第二竖向相对位移。
[0101]
在一个实施例中，第二轨道高低不平顺值确定模块体用于：按如下公式，根据第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移，与轨道高低不平顺之间的传递函数，确定第二轨道高低不平顺值：
[0102][0103]
其中，z为变换算子，y2(z)为第二轨道高低不平顺值的z变换，y(z)为第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移的z变换，δ为采样间距，m整数。
[0104]
图7为本发明实施例中车载轨道检测系统系统的结构示意图。如图7所示，本发明实施例中车载轨道检测系统系统具体可以包括：包括车体和多个传感器，所述多个传感器包括：
[0105]
第一左高低位移传感器701，安装于四位轴轴箱盖正上方的车体底板左侧，用于测量车体与轮轴在其安装处的竖向相对位移；
[0106]
第一右高低位移传感器702，安装于四位轴轴箱盖正上方的车体底板右侧，用于测量车体与轮轴在其安装处的竖向相对位移；
[0107]
第二左高低位移传感器703，安装于三位轴轴箱盖正上方的车体底板左侧，用于测量车体与轮轴在其安装处的竖向相对位移；
[0108]
第二右高低位移传感器704，安装于三位轴轴箱盖正上方的车体底板右侧，用于测量车体与轮轴在其安装处的竖向相对位移；
[0109]
左高低加速度传感器705，安装于第一左高低位移传感器顶部的车体底板左侧，用于测量检测车在其安装处的加速度；
[0110]
右高低加速度传感器706，安装于第一右高低位移传感器顶部的车体底板右侧，用于测量检测车在其安装处的加速度；
[0111]
陀螺组件707，包括倾角计、侧滚陀螺、摇头陀螺和点头陀螺，安装于车体底板上车辆四位轴于车体纵向中心线的交汇处，用于测量车体姿态数据，根据车体姿态数据修正加速度传感器信号。
[0112]
基于前述发明构思，如图8所示，本发明还提出了一种计算机设备800，包括存储器810、处理器820及存储在存储器810上并可在处理器820上运行的计算机程序830，所述处理器820执行所述计算机程序830时实现前述轨道线路高低不平顺检测方法。
[0113]
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述轨道线路高低不平顺检测方法。
[0114]
本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述轨道线路高低不平顺检测方法。
[0115]
本发明实施例中，在检测车以预设速度行驶于待检测轨道线路上时，每间隔预设采样间距获取：第一左高低位移传感器测量的车体与轮轴的第一竖向相对位移，左高低加速度传感器测量的检测车加速度，第二左高低位移传感器测量的车体与轮轴的第二竖向相对位移，陀螺组件中点头陀螺测量的车体纵向中心线的点头角速率，其中第一左高低位移传感器安装于四位轴轴箱盖正上方的车体底板左侧，左高低加速度传感器安装于第一左高低位移传感器顶部的车体底板左侧，第二左高低位移传感器安装于三位轴轴箱盖正上方的车体底板左侧；在陀螺组件对检测车加速度进行修正后，根据修正后的检测车加速度，确定车体相对惯性基准的位移；根据车体相对惯性基准的位移和第一竖向相对位移，确定第一轨道高低不平顺值；根据检测车行驶速度、采样间距、两轴间距，以及每间隔预设采样间距获取的：第一竖向相对位移、第二竖向相对位移、以及点头角速率，确定第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移，其中参照弦为车体左侧两个轮轨接触点的连线，角位移为车体运行时参照弦与水平面之间的夹角对应的位移量；根据第一左高低位移传感器和第二左高低位移传感器于每次采样间的参照弦角位移，与轨道高低不平顺之间的传递函数，确定第二轨道高低不平顺值；将第一轨道高低不平顺值输入互补滤波器进行滤波，滤波后输出第一轨道高低不平顺值中的短波成分；将第二轨道高低不平顺值输入互补滤波器进行滤波，滤波后输出第二轨道高低不平顺值中的长波成分；将第一轨道高低不平顺值中的短波成分，与第二轨道高低不平顺值中的长波成分进行合并，得到轨道高低不平顺值的全波成分；将轨道高低不平顺值的全波成分输入高通滤波器，滤除低频成分，得到轨道左侧线路中特定截止波长的轨道高低不平顺值，可以消除检测车运行
速度对轨道线路高低不平顺的检测精度的限制，扩大可以准确检测的轨道线路高低不平顺的波长范围。
[0116]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0117]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0118]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0119]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0120]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。