使用mems陀螺仪的便携式轨道几何量检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及铁路轨道几何量的检测领域，特别涉及使用MEMS陀螺仪的便携式轨道几何量检测系统。
【背景技术】
[0002]随着铁路客运高速化、货运重载化，特别是高速铁路的巨大发展，铁路运输跨入崭新的时代。轨道质量直接影响着铁路运输的安全和效率。除了机车车辆自身影响外，轨道状态的不平顺是破坏列车运行稳定性的主要原因。这些不平顺包括:轨道高低不平顺引起车辆剧烈地点头和浮沉振动；轨道水平不平顺使车辆产生侧滚振动；轨道扭曲不平顺使转向架出现支撑轮减载甚至悬浮；轨道轨向不平顺引起车辆的侧摆、摇头振动；轨道轨距不平顺会导致车轮掉道或卡轨；轨道复合不平顺可引起列车出现脱轨。为此，需对运营轨道定期进行轨道静态几何参数的测量，以对轨道进行调整，使其保持最佳状态。目前，轨道检查仪器与设备主要包括轨道检查机车和轻便的轨道检查仪。由于轨道检测车价格昂贵，在国外发达国家应用广泛。而国内日常轨道检查主要采用便携式的轨道检查仪进行铁路轨道静态几何参数的测量与检查。
[0003]铁路轨道静态几何参数包括轨距、轨矩变化率、超高、扭曲、高低、轨向、正矢、线路横向误差、线路垂向误差等。在这些参数测量中，高低、轨向、扭曲、正矢都涉及到测量方法的选择与确定的问题，而测量方法对测量精度有极大的影响。一般来说包括人工弦线法、弦测法与惯性法(轨迹法)。弦测法采用三点等弦弦测实现轨向等参数测量，通过各段弦高测量，采用“以小推大”的方法实现标准规定的1m弦等几何参数的间接测量，但这种测量存在累积误差，测量点数不能太多。中国实用新型专利201110089802即是采用该方法。惯性法测量轨向、高低平顺度的实质是按位置测量轨道水平方向的摆角或垂直方向的俯仰角，如采用光纤陀螺仪，实现各段角度变化测量，直接算出各段弦的轨向的变化。由于光纤陀螺测量得到的是全局坐标下的角度变化，并采用测量角度变化的实现直线不平顺的测量，没有测量的累积误差。还有一种采用绝对坐标的测量方方法，其在轨道侧建立参考标志，采用建立参考坐标系的方法实现全局坐标系下的坐标与角度的测量，从而实现轨道几何参数的测量。这种方法采用的是全站仪的方法。中国实用新型专利201110281839即采用该方法实现轨道几何状态检测。在轨道检查车上还采用线结构激光双目或单目视觉的方法实现铁路轨道几何参数测量，这种方法通过对线结构光线的非接触视觉测量，实现截面轨道轮廓的测量，但这种方法要配合惯性传感器(加速度传感器、倾角传感器)，通过间接的方法把测量结果转换到全局坐标下。这种方法由于要使用惯性传感器只能适用于在轨道检查车进行高速运行状态下进行轨道检查。
[0004]便携式轻便轨道检查仪对铁路轨道高低、轨向、扭曲等几何参数的测量必须通过直接或间接地数据处理，并把测量信息转换到全局坐标下。由于基于全站仪的轨检仪价格昂贵，在我国铁道检查实际大量使用弦测法轨道检查仪，但其测量精度不高。基于光纤陀螺测角的轨道检查仪虽然采用测角原理，测量精度高、没有累计误差，但在实际使用中光纤陀螺过于精密、可靠性不高、价格较高，因而一定程度上限制了基于测角方法在铁路轨道检查仪上的应用。因此，一种新型高可靠性、采用测角原理、没有累计误差的轨道几何状态测量与检查的方法有重要的应用背景与意义。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供使用MEMS陀螺仪的便携式轨道几何量检测系统。
[0006]本实用新型的目的通过以下的技术方案实现:
[0007]使用MEMS陀螺仪的便携式轨道几何量检测系统，包括便携式轨检仪本体、MEMS陀螺仪、里程计、左位移传感器、右位移传感器、信号采集/调理单元、嵌入式计算装置，其中MEMS陀螺仪、里程计、信号采集/调理单元、嵌入式计算装置均安装在便携式轨检仪本体上，左位移传感器、右位移传感器分别安装在便携式轨检仪本体左侧、右侧，MEMS陀螺仪、里程计、左位移传感器、右位移传感器输出信号依次经过信号采集/调理单元、嵌入式计算装置。
[0008]所述的嵌入式计算装置，包括顺序相连的信号增强模块、轨道几何状态计算模块、测量数据管理模块、作业定位与分析模块和远程通讯模块；其中轨道几何状态计算模块用于计算轨距、高低、轨向、扭曲轨道不平顺，测量数据管理模块用于完成作业前后的数据对比，作业定位与分析模块用于完成劳动作业位置定位和劳动安全监护。
[0009]所述的信号增强模块，采用小波和支持向量机方法进行降噪处理，同时采用支持向量机方法的温度波动动态补偿增强MEMS陀螺仪输出信号。
[0010]所述的左位移传感器、右位移传感器为非接触位移传感器。优选激光位移传感器。
[0011]所述的MEMS陀螺仪具有正交双轴，其测量平面为水平面和纵向垂直面。
[0012]使用MEMS陀螺仪的便携式轨道几何量检测方法，包含以下顺序的步骤:
[0013]S1.完成MEMS陀螺仪角速率信号与里程计信号的同步采集；
[0014]S2.完成MEMS陀螺仪角速率信号噪声建模与滤波增强；
[0015]S3.完成MEMS陀螺仪角速率信号温度动态补偿；
[0016]S4.根据增强、温度补偿后的角速率信号、里程信号，完成轨道不平顺的计算与评估。
[0017]步骤S2中，所述的MEMS陀螺仪角速率信号噪声建模与滤波增强采用小波和支持向量机方法。
[0018]步骤S3中，所述的MEMS陀螺仪角速率信号温度动态补偿采用支持向量机方法。
[0019]本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
[0020](I)本实用新型使用MEMS陀螺仪代替光纤陀螺仪，可以充分利用MEMS陀螺仪高可靠性、低成本的优势，提高便携式轨道检测仪的使用效率与降低使用成本。
[0021](2)本实用新型的轨道几何量检测方法与系统，具有远程数据传输、共享功能以及作业定位与劳动安全监护功能。
[0022](3)本实用新型的轨道几何量检测方法与系统，相比于弦测法的不平顺几何量的测量精度更高，并具有更好的可扩展性特点。
【附图说明】
[0023]图1为本实用新型所述的使用MEMS陀螺仪的便携式轨道几何量检测系统的结构示意图；
[0024]图2为本实用新型所述的使用MEMS陀螺仪的便携式轨道几何量检测方法的流程图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0026]如图1所示，一个典型的使用MEMS陀螺仪的便携式轨检仪系统包括便携式轨检仪本体102、MEMS陀螺仪104、左位移传感器1