基于K波段雷达的轨道非接触式变形高精度测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于K波段雷达的轨道非接触式变形高精度测量方法，充分利用K波段雷达绝对测距与相位检测相结合的手段，分别确定K波段雷达至钢轨的距离以及钢轨的位移变形，通过雷达发射电磁波与接收电磁波之间的延迟，测算雷达至钢轨间的距离s，然后，通过监测接收到电磁波的相位变化，可获得监测钢轨的实时变化

【技术实现步骤摘要】
基于K波段雷达的轨道非接触式变形高精度测量方法
本专利技术属于建筑工程测量领域，具体涉及一种基于K波段雷达的轨道非接触式变形高精度测量方法。
技术介绍
目前，随着高速铁路的发展，列车运行速度逐年提高，由最初的120Km/h向600Km/h迈进。但过高的列车速度，对铁路轨道提出了更高要求，如高速铁路轨道间距必须控制在1mm的精度范围内，除此之外，高速铁路运营过程中，需要对钢轨的沉降，进行严格控制。现阶段，对高铁轨道变形的检测，主要依靠人工定期巡检，人工巡检需要在夜里列车停运以后的短暂窗口期进行，增加了人工检测强度；除此之外，近年来，自动巡检车也被用于高铁轨道变形检测，通过将测距传感器(如激光测距、激光雷达、影响测距等)安装在自动巡检车，并与车内数据采集计算机连接，巡检车在行驶过程中对期所在轨道的变形进行检测。自动巡检车具有采集精度高、采集速率快等特点，但轨道自动巡检车作业仍需要在无列车停运期间完成轨道变形检测，影响了铁路运行效率，光学检测设备受阴雨、扬尘等环境影响严重，并且自动巡检车只能对其运行的轨道进行检测，检测设备昂贵、维护困难。雷达技术作为一种非接触测量技术，利用电磁波信号对被测物体进行非接触在线测量，避免了阴雨、扬尘等环境影响，目前已广泛被应用于进行变形测量。对于单条轨道，雷达技术可以快速分辨出待测钢轨变形，但对于多条轨道同时存在区域，利用K波段雷达进行变形测量，无法快速分辨每条轨道对应的钢轨，需要人员现场定位，且测量精度不够高，提高了监测复杂性及实施难度。对此，急需设计一种铁轨变形的高精度测量方法，以实现全天候轨道变形监测，并可以自动区分不同轨道的钢轨，避免人员现场定位，提高监测方便性和测量精度。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题基于此，本专利技术提出一种基于K波段雷达的轨道非接触式变形高精度测量方法，该测量方法不仅可以通过非接触手段实现轨道钢轨变形(如铁轨的沉降、轨间距变形)，实现了全天候轨道变形监测，对于多条铁路轨道集中区域，还可以自动区分不同轨道的钢轨，避免人员对复杂的多轨道现场进行定位，该方法充分的利用了K波段雷达的测量特性和便携特性，进一步提高了监测的方便性和测量精度。(二)技术方案为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于K波段雷达的轨道非接触式变形高精度测量方法，所述测量方法具体包含如下步骤：步骤1：在铁路轨道密集区域，设置K波段雷达对多轨道聚集区域的轨道变形进行测量，确定雷达安装位置与轨道之间的竖直高度差H；步骤2：通过K波段雷达发射电磁波与接收电磁波之间的延迟，计算各钢轨到雷达间的距离s，由竖直高度差H和距离s，通过勾股定理计算各钢轨至雷达之间的水平距离L；步骤3：根据步骤2中的各钢轨至雷达之间的水平距离L，判断各钢轨之间的距离D；步骤4：判断步骤3中各钢轨之间的距离D是否在预设范围内，如果距离D在预设范围内，则表示距离D的两端点对应的两条钢轨为同一条线路；步骤5：计算钢轨的水平和竖直方向的微变形；根据竖直高度差H和距离s，分别计算雷达与各钢轨之间的连线与水平之间的夹角φ；通过K波段雷达检测各钢轨反射信号与发射信号的相位差变化与距离变化Δs之间的关系计算K波段雷达与各钢轨之间距离向的微变形量Δs，其中λ为K波段雷达发射电磁波波长；最后，根据微变形量Δs和夹角φ，通过公式Δs*cosφ和Δs*sinφ分别计算出每条钢轨的水平和竖直方向的微变形量Δs(水平)、Δs(竖直)；步骤6：根据已辨出属于同一条线路的微变形量Δs(水平)，计算同一条线路中相邻钢轨间的水平距离变化ΔL。进一步的，所述步骤1中所述的K波段雷达安装在运动的自动巡检车上。进一步的，所述轨道的条数为两条以上，每条轨道包括2条钢轨。进一步的，所述步骤2中计算各钢轨到雷达间的距离s的公式为：s＝c*Δt/2其中，c电磁波传播速度，Δt接收信号与发射信号之间的时间延迟。进一步的，所述步骤4中的预设范围为(1.435±Δt)m，其中0<Δt≤0.1m。进一步的，在步骤2中提前进行K波段雷达与各钢轨之间距离向的微变形量Δs的计算。进一步的，步骤5中还包括如下判断方法：若微变形量Δs>0，则表示钢轨远离雷达方向变形，若微变形量Δs<0，则表示钢轨靠近雷达方向变形。进一步的，步骤6中还包括如下判断方法：当ΔL>0时，判断为轨间距变小，当ΔL<0时，判断为轨间距变大；当ΔL的绝对值大于某一设定阈值时，进行报警提示，并通过自动巡检车上的GPS定位轨道大幅度变形处的具体位置。此外，本专利技术还公开了一种基于K波段雷达的轨道非接触式变形高精度测量系统，包括：至少一个处理器以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如上述任一项的基于K波段雷达的轨道非接触式变形高精度测量方法。此外，本专利技术还公开了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如上述任一项所述的基于K波段雷达的轨道非接触式变形高精度测量方法。(三)有益效果本专利技术提出了一种基于K波段雷达的轨道非接触式变形高精度测量方法，与现有技术相比具有如下优点和有益效果：1)本专利技术的测量方法不仅可以通过非接触手段实现轨道钢轨变形(如铁轨的沉降、轨间距变形)，实现了全天候轨道变形监测，对于多条铁路轨道集中区域，还可以自动区分不同轨道的钢轨，避免人员对复杂的多轨道现场进行定位。2)本专利技术的测量方法利用了K波段雷达检测各钢轨反射信号与发射信号的相位差变化与距离变化间的关系，充分利用K波段雷达绝对测距与相位检测相结合的手段，且通过雷达发射电磁波与接收电磁波之间的延迟计算得出雷达与各钢轨之间的连线与水平之间的夹角，最后得出每条钢轨垂直和水平方向的微变形量，充分的利用了K波段雷达的测量特性和便携特性来提高计算的变形精度。3)此外，该测量方法无需增加更多的硬件，实施方式简单，且其计算量小，适合通过软件自动实现计算和判断。附图说明图1为本专利技术中K波段雷达轨道变形监测系统示意图，其中上图为侧视图，下图为俯视图。图2为本专利技术中基于K波段雷达的轨道非接触式变形高精度测量方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术进行清楚、完整地描述，同时也叙述了本专利技术技术方案解决的技术问题及有益效果，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。考虑在现有技术中的K波段雷达相对于其它波段的雷达(例如X波段)具有如下优点：(1)由波瓣宽度的比较，Ku波段雷达的定位精度高于X波段雷达；(2)由于Ku波段雷达的工作频率15.7GHz—16.7GHz远远高于X波段雷达的工作频率9.0GHz—9.5GHz，Ku波段雷达比X波段雷达更不易受干扰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于K波段雷达的轨道非接触式变形高精度测量方法，其特征在于，所述测量方法具体包含如下步骤：/n步骤1：在铁路轨道密集区域，设置K波段雷达对多轨道聚集区域的轨道变形进行测量，确定雷达安装位置与轨道之间的竖直高度差H；/n步骤2：通过K波段雷达发射电磁波与接收电磁波之间的延迟，计算各钢轨到雷达间的距离s，由竖直高度差H和距离s，通过勾股定理计算各钢轨至雷达之间的水平距离L；/n步骤3：根据步骤2中的各钢轨至雷达之间的水平距离L，计算各钢轨之间的距离D；/n步骤4：根据步骤3中的距离D，判断步骤3中各钢轨之间的距离D是否在预设范围内，如果距离D在预设范围内，则表示距离D的两端点对应的两条钢轨为同一条线路；/n步骤5：计算钢轨的水平和竖直方向的微变形。/n根据竖直高度差H和距离s，分别计算雷达与各钢轨之间的连线与水平之间的夹角φ；/n通过K波段雷达检测各钢轨反射信号与发射信号的相位差变化

【技术特征摘要】
1.一种基于K波段雷达的轨道非接触式变形高精度测量方法，其特征在于，所述测量方法具体包含如下步骤：
步骤1：在铁路轨道密集区域，设置K波段雷达对多轨道聚集区域的轨道变形进行测量，确定雷达安装位置与轨道之间的竖直高度差H；
步骤2：通过K波段雷达发射电磁波与接收电磁波之间的延迟，计算各钢轨到雷达间的距离s，由竖直高度差H和距离s，通过勾股定理计算各钢轨至雷达之间的水平距离L；
步骤3：根据步骤2中的各钢轨至雷达之间的水平距离L，计算各钢轨之间的距离D；
步骤4：根据步骤3中的距离D，判断步骤3中各钢轨之间的距离D是否在预设范围内，如果距离D在预设范围内，则表示距离D的两端点对应的两条钢轨为同一条线路；
步骤5：计算钢轨的水平和竖直方向的微变形。
根据竖直高度差H和距离s，分别计算雷达与各钢轨之间的连线与水平之间的夹角φ；
通过K波段雷达检测各钢轨反射信号与发射信号的相位差变化与距离变化Δs之间的关系计算K波段雷达与各钢轨之间距离向的微变形量Δs，其中λ为K波段雷达发射电磁波波长；
最后，根据微变形量Δs和夹角φ，通过公式Δs*cosφ和Δs*sinφ分别计算出每条钢轨的水平和竖直方向的微变形量Δs(水平)、Δs(竖直)；
步骤6：根据已辨出属于同一条线路的微变形量Δs(水平)，计算同一条线路中相邻钢轨间的水平距离变化ΔL。


2.根据权利要求1所述的基于K波段雷达的轨道非接触式变形高精度测量方法，其特征在于，所述步骤1中所述的K波段雷达安装在运动的自动巡检车上。


3.根据权利要求1所述的基于K波段雷达的轨道非接触式变形高精度测量方法，其特征在于，所述轨道的条数为两条以上，每条轨道包括2条钢轨。


4.根据权利要求1所述的基于K波段雷达的轨道非接触式变形高精度测量方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕晓猛，肖斌，胡泽超，
申请(专利权)人：湖南中大检测技术集团有限公司，湖南中云科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43