轨道几何参数测量系统及方法技术方案

公开了一种轨道几何参数测量系统，包括测量小车，测量小车包括横梁和纵梁，横梁和纵梁连接组成L框架；横梁上设有手推组件以及通信模块；纵梁上设有电源模块以及GNSS接收机；在横梁与纵梁相交的一端、横梁的另一端以及纵梁的另一端分别设置有GNSS天线；手推组件上设有嵌入式计算机，用于从通信模块和GNSS接收机获取原始测量数据，并根据原始测量数据获取轨道几何参数。本发明专利技术还提供一种轨道几何参数测量方法，通过GNSS天线以及通过通信模块从外部的GNSS基准站获取原始测量数据，并对原始测量数据进行解算，获取轨道特征点坐标，再与惯性数据进行融合，得到逐枕毫米级定位，提高了测量精度以及测量效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于轨道测量
，更具体地，涉及一种轨道几何参数测量系统及方法。
技术介绍
铁道线路的平顺性直接影响列车行驶的平稳性、舒适性和安全性，所以对于轨道几何状态的评价和调整是线路检查和维护的主要工作之一。国际上，主要是采用动态轨道检测车，采集相关的轨道几何数据，结合轨道不平顺管理规范，对轨道进行整体评价和维护。在国内，我们采用静态和动态相结合的方法，进行线路检查。目前常规的轨道检测设备主要有轨道检测小车和高速综合轨检车。1、轨道检测小车是一种检测静态轨道不平顺的便捷工具。它采用电测传感器、专用便携式计算机等先进检测和数据处理设备，可检测高低、水平、扭曲、轨向等轨道不平顺参数。国外铁路在动静态不平顺差异较小的高平顺线路、无碴轨道线路，以及在新线施工中，整道、检查铺设精度、验收作业质量时，广泛应用轨道检测小车。在进行轨道中线坐标和轨面高程检测时，使用高精度全站仪实测出轨检小车上棱镜中心的三维坐标，然后结合事先严格标定的轨检小车的几何参数、小车的定向参数、水平传感器所测横向倾角及实测轨距，即可换算出对应里程处的中线位置和低轨的轨面高程。进而与该里程处的设计中线坐标和设计轨面高程进行比较，得到实测的线路绝对位置与理论设计之间的差值，根据技术指标对轨道的绝对位置精度进行评价。在轨距检测时，通过轨检小车上的轨距传感器进行轨距测量。轨检小车的横梁长度须事先严格标定，则轨距可由横梁的固定长度加上轨距传感器测量的可变长度而得到，进而进行实测轨距与设计轨距的比较。在进行水平检测时，由轨检小车上搭载的水平传感器测出小车的横向倾角，再结合两股钢轨顶面中心间的距离，即可求出线路超高，进而进行实测超高与设计超高的比较。实测中线平面坐标得到以后，在给定弦长的情况下，可计算出任一实测点的正矢值；该实测点向设计平曲线投影，则可计算出投影点的设计正矢值，实测正矢和设计正矢的偏差即为轨向/高低值。使用轨道检测小车进行轨道检测存在以下缺陷：(1)效率低下：由于采用手推式轨检小车，同时需要对检测区段架设全站仪等辅助检测设备，导致轨检小车工作效率低下，预计效率为100M/H。在高铁天窗时间内，只可对400-500M的区域进行检测，使得对整条线路的检测频率无法估量；天窗：是指列车运行图中不铺画列车运行线或调整、抽减列车运行，为营业线施工和维修作业预留的时间。按用途分为：施工天窗和维修天窗。(2)对CPIII的完全依赖：全站仪的自由设站需要完全依赖于6-8个控制点，但在实际作业过程中，控制点破坏现象严重、甚至完全被破坏；给实际检测过程带来诸多不便；CPIII：轨道控制网(TrackControlNetwork)，沿线路布设的平面、高程控制网，平面起闭于基础平面控制网(CPI)或线路控制网(CPII)、高程起闭于线路水准基点，一般在线下工程施工完成后进行施测，是轨道铺设和运营维护的基准。CPI：基础平面控制网(BasicPlaneControlNetwork)，在框架控制网(CP0)的基础上，沿线路走向布设，按GPS(GlobalPositioningSystem，全球定位系统)静态相对定位原理建立，为线路平面控制网(CPII)提供起闭的基准。CPII：线路平面控制网(RoutePlaneControlNetwork)，在基础平面控制网(CPI)基础上沿线路附近布设，为勘测、施工阶段的线路测量和轨道控制网测量提供平面起闭的基准。(3)不利于长波检测：由于全站仪对设站距离限制，一般为70米左右，当测量条件较差时，根据具体环境缩短目标距离；所以对于波长超过70米甚至更长时，就难以准确检测。(4)环境条件要求苛刻：轨检小车采用机械组件、光学测量等设备进行测量。所以对环境的风力、风向、能见度等要求较大；恶劣条件下，基本不能作业。(5)作业成本高：单台设备价格昂贵、作业效率低下、对CPIII的依赖、检测人员的专业要求，决定了其巨大的作业成本。2、高速综合轨检车采用惯性基准测量原理，但引入了全新的激光摄像测量、网络和数据库技术，包含轨道几何测量系统、车体振动加速度测量系统、GPS里程自动修正系统，环境监视系统等。轨道几何测量系统包含轨距、轨向、高低、水平、三角坑、超高、曲率等项目，车体振动加速度测量系统包含车体垂直加速度和水平加速度两个项目。根据新的轨道动态管理标准，GJ-5型轨检车在原有项目上增加了高低、轨向长波长(70m)、轨距变化率、曲率变化率和横加变化率。新增加的长波长高低、轨向和三个变化率指标主要用于评价高速区段的列车运行的安全性与舒适性。变化率是轨道不平顺局部波形特征描述的方法之一，其反应的是幅值的变化快慢，不同于单纯的幅值大小。使用高速综合轨检车进行轨道检测(1)作业成本高：高速轨检列车是包括一系列的检测设备和机车，机车成本本身就高，在作业的过程中，需要多部门配合执行，于是对机车购置、人员的作业成本都很高；(2)不利于长波检测：由于列车长度及技术限制，高速轨检车仍不能提供波长大于70米的长波不平顺的检测，而长波不平顺是导致列车乘客不舒适的主要原因；(3)不能提供绝对的精确定位：由于高速轨检车辆是通过后处理的方式生成相关统计数据和表达。同时对检测异常点的定位通常会精确到10-20甚至更长的区域，在检修的过程中无疑又得通过其他技术在给定的区域内再次确认异常点的精确位置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种轨道几何参数测量系统及方法。根据本专利技术的一方面，提供一种轨道几何参数测量系统，其特征在于，包括测量小车，所述测量小车包括横梁和纵梁，所述横梁和纵梁连接组成L型框架；所述横梁的两端以及所述纵梁远离所述横梁的一端分别设有行走轮；所述横梁上设有手推组件以及通信模块；所述纵梁上设有电源模块以及GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem，全球卫星导航系统)接收机；在所述横梁与纵梁相交的一端、所述横梁的另一端以及所述纵梁的另一端分别设置有GNSS天线；所述通信模块、GNSS接收机分别通过数据采集通讯线与电源模块连接；所述手推组件上设有嵌入式计算机，与通信模块和GNSS接收机连接，用于从所述通信模块和GNSS接收机获取原始测量数据，并根据原始测量数据获取轨道几何参数。优选地，所述电源模块用于向轨道几何参数测量系统提供所需的电压。优选地，所述GNSS接收机内设置有惯性传感器，包括三轴激光陀螺仪和三轴加速度计，用于获取测量小车的惯性信息，其中，所述惯性信号包括三维加速度和三维角速度。优选地，所述GNSS接收机内设置有轨枕识别器，包括直线位移传感器和里程传感器，用于获取轨枕信息，所述轨枕信息包括轨枕编号、运行方向和轨枕里程。优选地，所述嵌入式计算机包括CPU单元和接口控制单元，所述CPU单元向所述接口控制单元发送控制信号，所述接口控制单元根据所述控制信号从所述通信模块和GNSS接收机获取原始测量数据。优选地，所述通信模块根据所述控制信号用于从外部的GT-CORS(GaoTieContinuouslyOperatingReferenceStations，高铁多基站网络RTK技术建立的连续运行参考站)基准站网获取测量小车在轨道特征点的几何信息，实时记录第一原始测量数据，其中，所述轨道特征点根据测量区间以及轨道几何参数测量的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轨道几何参数测量系统，其特征在于，包括测量小车，所述测量小车包括横梁和纵梁，所述横梁和纵梁连接组成L型框架；所述横梁的两端以及所述纵梁远离所述横梁的一端分别设有行走轮；所述横梁上设有手推组件以及通信模块；所述纵梁上设有电源模块以及GNSS接收机；在所述横梁与纵梁相交的一端、所述横梁的另一端以及所述纵梁的另一端分别设置有GNSS天线；所述通信模块、GNSS接收机分别通过数据采集通讯线与电源模块连接；所述手推组件上设有嵌入式计算机，与通信模块和GNSS接收机连接，用于从所述通信模块和GNSS接收机获取原始测量数据，并根据原始测量数据获取轨道几何参数。

【技术特征摘要】
1.一种轨道几何参数测量系统，其特征在于，包括测量小车，所述测量小车包括横梁和纵梁，所述横梁和纵梁连接组成L型框架；所述横梁的两端以及所述纵梁远离所述横梁的一端分别设有行走轮；所述横梁上设有手推组件以及通信模块；所述纵梁上设有电源模块以及GNSS接收机；在所述横梁与纵梁相交的一端、所述横梁的另一端以及所述纵梁的另一端分别设置有GNSS天线；所述通信模块、GNSS接收机分别通过数据采集通讯线与电源模块连接；所述手推组件上设有嵌入式计算机，与通信模块和GNSS接收机连接，用于从所述通信模块和GNSS接收机获取原始测量数据，并根据原始测量数据获取轨道几何参数。2.根据权利要求1所述的轨道几何参数测量系统，其特征在于，所述电源模块用于向轨道几何参数测量系统提供所需的电压。3.根据权利要求1所述的轨道几何参数测量系统，其特征在于，所述GNSS接收机内设置有惯性传感器，包括三轴激光陀螺仪和三轴加速度计，用于获取测量小车的惯性信息，其中，所述惯性信号包括三维加速度和三维角速度。4.根据权利要求3所述的轨道几何参数测量系统，其特征在于，所述GNSS接收机内设置有轨枕识别器，包括直线位移传感器和里程传感器，用于获取轨枕信息，所述轨枕信息包括轨枕编号、运行方向和轨枕里程。5.根据权利要求4所述的轨道几何参数测量系统，其特征在于，所述嵌入式计算机包括CPU单元和接口控制单元，所述CPU单元向所述接口控制单元发送控制信号，所述接口控制单元根据所述控制信号从所述通信模块和GNSS接收机获取原始测量数据。6.根据权利要求5所述的轨道几何参数测量系统，其特征在于，所述通信模块根据所述控制信号用于从外部的GT-CORS基准站网获取测量小车在轨道特征点的几何信息，实时记录第一原始测量数据，其中，所述轨道特征点根据测量区间以及轨道几何参数测量的精度获取。7.根据权利要求5所述的轨道几何参数测量系统，其特征在于，在轨道的两侧间隔一定距离设置GNSS基准站，组成GT-CORS基准站网。8.根据权利要求5所述的轨道几何参数测量系统，其特征在于，所述GNSS接收机用于根据所述控制信号通过GNSS天线获取测量小车在轨道特征点的几何信息，实时记录第二原始测量数据。9.根据权利要求6所述的轨道几何参数测量系统，其特征在于，所述嵌入式计算机还包括存储单元和解算单元，其中，所述存储单元用于存储从所述通信模块和GNSS接收机获取的第一原始测...

【专利技术属性】
技术研发人员：过静珺，丁志刚，向征东，
申请(专利权)人：山东北斗华宸导航技术股份有限公司，北京华宸万泰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37