一种利用光纤惯导的高铁轨道静态参数检测系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种利用光纤惯导的高铁轨道静态参数检测系统，包括信号传输装置、数据采集和处理装置和T型小车车架(5)，所述T型小车车架(5)内设有轨距测量装置(2)，其上表面设有光纤惯导(1)，光纤惯导(1)的顶部设有车载棱镜(3)，T型小车车架(5)的三个端点处均设有车轮和里程计，车轮与里程计之间设有车轮与里程计的连接体(4)，所述光纤惯导(1)接受三路里程计、轨距测量装置(2)和车轮与里程计的连接体(4)的信号，并与数据采集和处理装置信息互动得到数据。本发明专利技术还公开了一种利用光纤惯导的高铁轨道静态参数检测方法。本发明专利技术的利用光纤惯导的高铁轨道静态参数检测系统，能够实现内外参数的连续测量。

【技术实现步骤摘要】
一种利用光纤惯导的高铁轨道静态参数检测系统和方法
本专利技术属于高铁轨道测量的静态检测
，更具体地，涉及一种利用光纤惯导的高铁轨道静态参数检测系统和方法。
技术介绍
在高速铁路的勘测、施工、运营维护等各阶段，为确保高铁质量，工程上建立了基础框架平面控制网CP0、基础平面控制网CPⅠ、线路平面控制网CPⅡ、轨道控制网CPⅢ等。CPⅢ起闭于CPⅠ或CPⅡ，且CPⅢ控制点是一个内符合精度极高的独立控制网，相邻点位的相对点位中误差小于1mm。为保证平面测量成果的一致性，工程上要求做到“三网合一”。静态测量时，技术人员在“三网合一”的基础上利用全站仪、棱镜、轨道检测小车等对轨道静态参数进行测量，测量精度要求≤1mm。目前，高铁上常用的方法有：1.利用全站仪自由设站，结合CPⅢ点的参数，利用轨道检测小车上反射棱镜逐点测量铁轨的参数，然后通过计算得到相关的轨道静态参数，优点是可以同时测量轨道的内、外参数，缺点是效率极低，数据为离散性的点；2.将单轴或两轴陀螺安装到轨道检测小车上，做成高精度0级陀螺轨检仪，但只检测高铁轨道的部分静态内参数；3.在陀螺轨检仪上安装反射棱，测量轨迹两端的参数附着在CPIII上，这种方法可以兼顾一些外参数，但效率与可靠性仍不理想；4.惯导轨检仪检测法，在轨检小车上安装了高精度惯导、里程计、棱镜等，特点是测量效率高、测量精度高、测量参数全面，单趟推行测量距离也有很大提升，但受限于惯性导航误差随时间积累、里程计测量受侧滑限制等影响，单趟推行测量距离仍然有限；为此，有些产品甚至加装高精度差分GNSS接收机来解决单趟推行测量距离短的问题，甚至希望以此摆脱对原高铁测控网的依赖，但高精度差分GNSS接收机自身可靠性低，易受电磁干扰，大多情况下测量结果都是无效的。专利CN106595561公开了一种基于改进弦测法的轨检仪轨向不平顺度测量方法，该专利技术不易因测量得到的小误差而积累更大的误差，且在非圆曲线的轨道上计算轨向值也可以获得较为理想的结果，但测量参数不全面的。专利CN103507833A公开了一种铁路轨道偏矢矢距与矢距差快速测量方法，利用轨道检查仪能够快速、全面、准确的检测轨道短波不平顺的能力，构造递归算法，利用短弦的中点矢距信息测取轨道各点的不同测弦长度组合下的矢距及矢距差，该方法无需外部标志物的信息，测量与解算效率高，适合高铁轨道正线及道岔等设备的几何形位快速测量与日常养护，但该专利技术仍是测量高铁轨道的部分内参数。专利CN103754235A公开了一种高铁测量用惯性定位定向装置及方法，尽管提高了测量效率和精度，测量参数也比较全面，但与光纤惯导有关的部分过于复杂，对惯导的精度要求、使用要求都很高，另外将测控网上的参数引入方式也不方便。综上，现有测量方法存在测量参数不全，无法同时兼顾内外参数测量，光纤惯导结构复杂，且对光纤惯导的精度要求高和使用要求高等缺陷。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种利用光纤惯导的高铁轨道静态参数检测系统，T型结构的小车车架的三个端点处设计里程计，形成三路里程计，够实现三维矢量化测量，带棱镜惯导轨检小车的转弯属于侧滑转弯，三路里程计的输出不一致反映的转弯角在微小量情况下可以修正惯导敏感的姿态角误差，车轮与里程计的连接体进行推行距离测量测量，光纤惯导中心点与车载棱镜中心点的连线通过小车车架的中心点，且与T型小车车架横杆和纵杆构成的平面垂直，保证光纤惯导和车载棱镜检测中数据的精确性，光纤惯导负责接收车轮与里程计的连接体、轨距测量装置、数据采集和处理装置发送过来的参考点的信息和控制指令，并利用自身的导航计算机完成各传感器信息的信息融合、信息存储、数据解算，其中数据解算包括自对准、组合导航、误差分离计算等，并将最终计算和处理结果发送到数据采集和处理装置得到最终测量结果。本专利技术提供一种利用光纤惯导的高铁轨道静态参数检测方法，以光纤惯导、轨距测量装置、三路里程计、车载棱镜和全站仪等作为传感器，在待测量的高铁轨道线路上设置多个参考点，提供一种可以长距离、高效率、高精度且同时可以测量高铁轨道静态内外参数的测量方法，测量方法虽然仍依赖高铁测控网的CPIII控制网，并在待测路线上增加了多个参考点作为后续处理计算的基准，但测量精度更高，兼顾了高铁轨道的所有静态内、外参数，同时还能提供铁路的轨道姿态角参数，能够连续测量，无需二次转换即可提供出与高铁测控网完全一致的轨道静态内、外参数，测量时增加的参考点之间不是将传统多个测量段简单拼接或叠加，而是参考点之间会通过测量数据建立起内在函数关系，不但精度提高，而且相邻参考点之间的间距也远远超过传统方法之间的间距。为了实现上述目的，本专利技术提供一种利用光纤惯导的高铁轨道静态参数检测系统，包括信号传输装置、数据采集和处理装置，还包括T型小车车架，所述T型小车车架内设有轨距测量装置，其上表面设有光纤惯导和推行手柄，所述光纤惯导的顶部设有车载棱镜；所述T型小车车架的三个端点处均设有车轮和里程计，三处里程计形成反映三维矢量的三路里程计，所述车轮与所述里程计之间设有用于推行距离测量车轮与里程计的连接体；所述T型小车车架包括横杆和纵杆，所述纵杆与横杆垂直设置，且所述横杆的一端与所述纵杆连接，所述纵杆相对于所述横杆轴对称设置，所述光纤惯导的中心点与所述车载棱镜的中心点的连线通过所述T型小车车架的中心点，且与所述横杆和纵杆构成的平面垂直；所述光纤惯导接受三路里程计、轨距测量装置和车轮与里程计的连接体的信号，并通过信号传输装置与数据采集和处理装置形成反馈互动，以得到参数检测数据。进一步地，所述光纤惯导包括光纤陀螺、石英加速度计、自身的导航计算机和对外硬件接口，且所述光纤陀螺和石英加速度计均与所述数据采集和处理装置连接。进一步地，所述光纤陀螺和石英加速度计均为三只。进一步地，所述光纤陀螺的精度优于0.01°/h。进一步地，所述轨距测量装置精度不低于0.5mm，静态测试时其精度不低于0.2mm，推行中其动态测量精度不低于0.5mm。一种利用光纤惯导的高铁轨道静态参数检测方法，步骤如下：S1测量各个参考点的位置参数，确定待测路线并在所述待测路线上确定若干个参考点，将带棱镜惯导轨检小车停在各个参考点上，依托高铁测控网，利用全站仪测量出各个参考点的位置参数，其中，作为测量起点、终点的位置参数还要换算出对应的经度、纬度和海拔；S2校准车载棱镜中心点的位置参数，带棱镜惯导轨检小车停在参考点中的起点上，用全站仪校准车载棱镜中心点的位置参数，并将起点校正后的位置参数通过数据采集和处理装置和信号传输装置发送给所述光纤惯导；S3所述光纤惯导在静止状态下进行在线自标定，所述光纤惯导依据起点校正后的位置参数和三路里程计信号和光纤惯导信号的数据，进行在线自标定以剔除所述光纤惯导自身的传感器误差；S4利用起点的经度、纬度和海拔参数和各传感器数据即外部参考点的信息，所述光纤惯导进行静基座条件下的自对准；S5转为惯性组合导航状态，并向数据采集和处理装置发送提示信息令操作人员沿预定待测路线推行；其中，惯性组合导航中位移计算公式为式中，为个采样时间节点内测量到的位移矢量变化量，为该采样节点内所述光纤惯导的姿态转换阵，通过所述光纤惯导可获得相关数据为所述光纤惯导的石英加速度计信号、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用光纤惯导的高铁轨道静态参数检测系统，包括信号传输装置、数据采集和处理装置，其特征在于，还包括T型小车车架(5)，所述T型小车车架(5)内设有轨距测量装置(2)，其上表面设有光纤惯导(1)和推行手柄(6)，所述光纤惯导(1)的顶部设有车载棱镜(3)；所述T型小车车架(5)的三个端点处均设有车轮和里程计，三处里程计形成反映三维矢量的三路里程计，所述车轮与所述里程计之间设有用于推行距离测量车轮与里程计的连接体(4)；所述T型小车车架(5)包括横杆和纵杆，所述纵杆与横杆垂直设置，且所述横杆的一端与所述纵杆连接，所述纵杆相对于所述横杆轴对称设置，所述光纤惯导(1)的中心点与所述车载棱镜(3)的中心点的连线通过所述T型小车车架(5)的中心点，且与所述横杆和纵杆构成的平面垂直；所述光纤惯导(1)接受三路里程计、轨距测量装置(2)和车轮与里程计的连接体(4)的信号，并通过信号传输装置与数据采集和处理装置形成反馈互动，以得到参数检测数据。

【技术特征摘要】
1.一种利用光纤惯导的高铁轨道静态参数检测系统，包括信号传输装置、数据采集和处理装置，其特征在于，还包括T型小车车架(5)，所述T型小车车架(5)内设有轨距测量装置(2)，其上表面设有光纤惯导(1)和推行手柄(6)，所述光纤惯导(1)的顶部设有车载棱镜(3)；所述T型小车车架(5)的三个端点处均设有车轮和里程计，三处里程计形成反映三维矢量的三路里程计，所述车轮与所述里程计之间设有用于推行距离测量车轮与里程计的连接体(4)；所述T型小车车架(5)包括横杆和纵杆，所述纵杆与横杆垂直设置，且所述横杆的一端与所述纵杆连接，所述纵杆相对于所述横杆轴对称设置，所述光纤惯导(1)的中心点与所述车载棱镜(3)的中心点的连线通过所述T型小车车架(5)的中心点，且与所述横杆和纵杆构成的平面垂直；所述光纤惯导(1)接受三路里程计、轨距测量装置(2)和车轮与里程计的连接体(4)的信号，并通过信号传输装置与数据采集和处理装置形成反馈互动，以得到参数检测数据。2.根据权利要求1所述的一种利用光纤惯导的高铁轨道静态参数检测系统，其特征在于，所述光纤惯导(1)包括光纤陀螺、石英加速度计、自身的导航计算机和对外硬件接口，且所述光纤陀螺和石英加速度计均与所述数据采集和处理装置连接。3.根据权利要求2所述的一种利用光纤惯导的高铁轨道静态参数检测系统，其特征在于，所述光纤陀螺和石英加速度计均为三只。4.根据权利要求3所述的一种利用光纤惯导的高铁轨道静态参数检测系统，其特征在于，所述光纤陀螺的精度高于0.01°/h。5.根据权利要求1所述的一种利用光纤惯导的高铁轨道静态参数检测系统，其特征在于，所述轨距测量装置(2)精度不低于0.5mm，静态测试时其精度不低于0.2mm，推行中其动态测量精度不低于0.5mm。6.一种利用光纤惯导的高铁轨道静态参数检测方法，应如权利要求1～5中任一项所述的一种利用光纤惯导的高铁轨道静态参数检测系统实现，步骤如下：S1测量各个参考点的位置参数，确定待测路线并在所述待测路线上确定若干个参考点，将带棱镜惯导轨检小车停在各个参考点上，依托高铁测控网，利用全站仪测量出各个参考点的位置参数，其中，作为测量起点、终点的位置参数还要换算出对应的经度、纬度和海拔；S2校准车载棱镜(3)中心点的位置参数，带棱镜惯导轨检小车停在参考点中的起点上，用全站仪校准车载棱镜中心点的位置参数，并将起点校正后的位置参数通过数据采集和处理装置和信号传输装置发送给所述光纤惯导(1)；S3所述光纤惯导(1)在静止状态下进行在线自标定，所述光纤惯导(1)依据起点校正后的位置参数和三路里程计信号和光纤惯导信号的数据，进行在线自标定以剔除所述光纤惯导(1)自身的传感器误差；S4利用起点的经度、纬度和海拔参数和各传感器数据即外部参考点的信息，所述光...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇刚，彭志强，李亮，李亚珍，翁海诠，
申请(专利权)人：湖北三江航天红峰控制有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42