一种轨枕水平度检验系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种轨枕水平度检验系统，其是设置在铁轨上，且包括车轮驱动模块、多个车轮、数字信号处理模块、存储模块、通讯模块、第一激光测距模块、第二激光测距模块、人机交互模块、GPS模块、水平倾角传感器、第一三轴加速度传感模块、以及第二三轴加速度传感模块，车轮驱动模块与多个车轮、以及数字信号处理模块电连接；数字信号处理模块还与存储模块、通讯模块、第一激光测距模块、第二激光测距模块、人机交互模块、GPS模块、水平倾角传感器、第一三轴加速度传感模块电连接。本发明专利技术能解决现有轨道下沉和塌陷的人工巡检方法存在的效率低、漏检概率大的技术问题，以及由于往往在事故发生后才能发现问题、从而严重影响行车安全的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种轨枕水平度检验系统及其工作方法
本专利技术属于铁路运营安全
，更具体地，涉及一种轨枕水平度检验系统及其工作方法。
技术介绍
在铁路建设快速发展的当下，因地质条件或者施工条件影响，会发生轨道下沉或者塌陷、进而影响铁路行车安全的问题，因此对于轨道下沉和塌陷的提前预防，对于铁路安全显得尤其重要。目前，轨道下沉和塌陷的预防主要靠人工巡检的方式，即巡检人员通过其双眼对轨道周边情况进行安全检测。然而，现有的人工巡检方式存在一些不可忽略的缺陷，第一，人工巡检的工作效率低，漏检概率大；第二，人工巡检往往只能在轨道下沉和塌陷发生后，才能发现轨道存在的问题，这会严重影响行车安全。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种轨枕水平度检验系统及其工作方法。其目的在于，解决现有轨道下沉和塌陷的人工巡检方法存在的效率低、漏检概率大的技术问题，以及由于往往在事故发生后才能发现问题、从而严重影响行车安全的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种轨枕水平度检验系统，其是设置在铁轨上，且包括车轮驱动模块、多个车轮、数字信号处理模块、存储模块、通讯模块、第一激光测距模块、第二激光测距模块、人机交互模块、GPS模块、水平倾角传感器、第一三轴加速度传感模块、以及第二三轴加速度传感模块，车轮驱动模块与多个车轮、以及数字信号处理模块电连接；数字信号处理模块还与存储模块、通讯模块、第一激光测距模块、第二激光测距模块、人机交互模块、GPS模块、水平倾角传感器、第一三轴加速度传感模块、以及第二三轴加速度传感模块电连接；第一激光测距模块和第二激光测距模块完全相同，二者的光轴平行。总体而言，通过本专利技术所构思的以上系统与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术采用激光测距结合水平仪测角的方式来测量轨枕是否存在肉眼无法轻易分辨的下沉和塌陷现象，精度高，可以在发生轨道发生下沉和完全塌陷之前提前发现问题，预防此类事故的发生，因此能够解决现有人工巡检效率低、漏检概率大，以及事故发生后才能发现问题从而严重影响行车安全的问题。2、本专利技术测量过程使用自动控制方式，不需要人工过多干预，即可完成规定路线的测量，效率高，时间成本低。3、本专利技术通过设置第一激光测距模块和第二激光测距模块，分别测量第一激光测距模块到一侧铁轨的高度，和第二激光测距模块到另一侧铁轨的高度，可以减小因为铁轨磨损不一致所造成的水平倾角测量误差过大的问题。4、本专利技术通过设置第一三轴加速度传感模块和第二三轴加速度传感模块对z轴方向加速度进行监测，可以减小装置运行过程中的振动对第一激光测距模块和第二激光测距模块测距精度的影响。按照本专利技术的另一方面，提供了一种上述轨枕水平度检验系统的工作方法，包括以下步骤：(1)数字信号处理模块接收用户输入的轨枕水平检验指令，并控制车轮驱动模块使至少一个车轮处于静止状态，其中该轨枕水平检验指令用于指示检验方向和检验路程；(2)数字信号处理模块分别获取第一三轴加速度传感模块沿着x轴方向输出的多个加速度信号、沿着y轴方向输出的多个加速度信号，以及第二三轴加速度传感模块沿着x轴方向输出的多个加速度信号、沿着y轴方向输出的多个加速度信号，分别对获取的四个信号集合获取其平均值，从而得到第一三轴加速度传感模块在静止状态下沿x轴和y轴方向的加速度信号平均值Ax1avg、Ay1avg，以及第二三轴加速度传感模块在静止状态下沿x轴和y轴方向的加速度信号平均值Ax2avg、Ay2avg，并将这些平均值存入存储模块，设置计数器i＝1，并设置定时器Tgps；(3)数字信号处理模块读取GPS模块输出的数据；(4)数字信号处理模块判断读取的数据中是否包含有效位置信息，如果是则存储该数据，并进入步骤(5)，否则判断定时器Tgps是否超时，如果是则进入步骤(18)，否则返回步骤(3)；(5)数字信号处理模块指示车轮驱动模块控制车轮按照轨枕水平检验指令中的检测方向匀速行驶，并且命令第一三轴加速度传感模块和第二三轴加速度传感模块分别获取沿x轴方向的第i次加速度值Axli和Ax2i，计算第i次加速度值Axli与第一三轴加速度传感模块在静止状态下沿x轴方向的加速度信号平均值Ax1avg之间的差值Axli’、以及Ax2i与第二三轴加速度传感模块在静止状态下沿x轴方向的加速度信号平均值Ax20之间的差值Ax2i’，并命令第一三轴加速度传感模块和第二三轴加速度传感模块分别获取z轴方向上的第i次加速度值Azli和Az2i；(6)数字信号处理模块判断步骤(5)得到的差值Axli’和Ax2i’和的绝对值是否小于第一预设阈值b，如果是则转入步骤(7)，否则设置i＝i+1，并返回步骤(5)；(7)数字信号处理模块设置采样定时器T1＝t1，设置计数器j＝1，并计算第一三轴加速度传感模块在z轴方向上的加速度平均值Azlavg＝(Azl1+…+Azli)/i，以及第二三轴加速度传感模块在z轴方向上的加速度平均值Az2avg＝(Az21+…+Az2i)/i；(8)数字信号处理模块控制第一激光测距模块和第二激光测距模块开始工作，以分别获得第j次测距数据D1j和D2j，读取水平倾角传感器输出的第j次倾斜角ANGj，命令第一三轴加速度传感模块和第二三轴加速度传感模块分别获取z轴方向上的第j次加速度值Azlj和Az2j，并分别计算第一和第二三轴加速度传感模块在垂直方向的第j次当前速度v1j＝(Az1j+Az1j-1)*t1/2，v2j＝(Az2j+Az2j-1)*t1/2；(9)数字信号处理模块分别根据第一和第二三轴加速度传感模块在垂直方向的第j次当前速度v1j和v2j计算第一和第二三轴加速度传感模块从第j-1次到第j次的垂直方向位移S1j和S2j；(10)数字信号处理模块分别对步骤(9)得到的第一和第二三轴加速度传感模块的所有垂直方向位移S1j和S2j进行求和，以得到第一求和结果和第二求和结果，并根据第一求和结果和第二求和结果分别计算第一和第二三轴加速度传感模块的测试距离D1j’和D2j’；(11)数字信号处理模块判断是否有测试距离D1j’小于第二预设阈值a1，且有D2j’小于第二预设阈值a1，如果是则进入步骤(12)，否则进入步骤(16)；(12)数字信号处理模块根据第一和第二三轴加速度传感模块的测试距离D1j’和D2j’、以及水平倾角传感器输出的第j次倾斜角ANGj计算轨枕相对于水平面的第j次倾斜角度INCj＝arctan(D1j’-D2j’)/L+ANGj，读取GPS模块当前输出的数据，并命令第一三轴加速度传感模块和第二三轴加速度传感模块分别获取沿y轴方向的第i次加速度值Ayli和Ay2i，其中L表示第一激光测距模块和第二激光测距模块沿着光轴的距离；(13)数字信号处理模块判断是否有a3>Ay1j-Ay1avg>a2且a3>Ay2j-Ay2avg>a2成立，如果是则表示轨枕水平度检验系统没有进入弯道，并进入步骤(14)，否本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轨枕水平度检验系统，其是设置在铁轨上，且包括车轮驱动模块、多个车轮、数字信号处理模块、存储模块、通讯模块、第一激光测距模块、第二激光测距模块、人机交互模块、GPS模块、水平倾角传感器、第一三轴加速度传感模块、以及第二三轴加速度传感模块，其特征在于，/n车轮驱动模块与多个车轮、以及数字信号处理模块电连接；/n数字信号处理模块还与存储模块、通讯模块、第一激光测距模块、第二激光测距模块、人机交互模块、GPS模块、水平倾角传感器、第一三轴加速度传感模块、以及第二三轴加速度传感模块电连接；/n第一激光测距模块和第二激光测距模块完全相同，二者的光轴平行。/n

【技术特征摘要】
1.一种轨枕水平度检验系统，其是设置在铁轨上，且包括车轮驱动模块、多个车轮、数字信号处理模块、存储模块、通讯模块、第一激光测距模块、第二激光测距模块、人机交互模块、GPS模块、水平倾角传感器、第一三轴加速度传感模块、以及第二三轴加速度传感模块，其特征在于，
车轮驱动模块与多个车轮、以及数字信号处理模块电连接；
数字信号处理模块还与存储模块、通讯模块、第一激光测距模块、第二激光测距模块、人机交互模块、GPS模块、水平倾角传感器、第一三轴加速度传感模块、以及第二三轴加速度传感模块电连接；
第一激光测距模块和第二激光测距模块完全相同，二者的光轴平行。


2.一种根据权利要求1所述的轨枕水平度检验系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)数字信号处理模块接收用户输入的轨枕水平检验指令，并控制车轮驱动模块使至少一个车轮处于静止状态，其中该轨枕水平检验指令用于指示检验方向和检验路程；
(2)数字信号处理模块分别获取第一三轴加速度传感模块沿着x轴方向输出的多个加速度信号、沿着y轴方向输出的多个加速度信号，以及第二三轴加速度传感模块沿着x轴方向输出的多个加速度信号、沿着y轴方向输出的多个加速度信号，分别对获取的四个信号集合获取其平均值，从而得到第一三轴加速度传感模块在静止状态下沿x轴和y轴方向的加速度信号平均值Ax1avg、Ay1avg，以及第二三轴加速度传感模块在静止状态下沿x轴和y轴方向的加速度信号平均值Ax2avg、Ay2avg，并将这些平均值存入存储模块，设置计数器i＝1，并设置定时器Tgps；
(3)数字信号处理模块读取GPS模块输出的数据；
(4)数字信号处理模块判断读取的数据中是否包含有效位置信息，如果是则存储该数据，并进入步骤(5)，否则判断定时器Tgps是否超时，如果是则进入步骤(18)，否则返回步骤(3)；
(5)数字信号处理模块指示车轮驱动模块控制车轮按照轨枕水平检验指令中的检测方向匀速行驶，并且命令第一三轴加速度传感模块和第二三轴加速度传感模块分别获取沿x轴方向的第i次加速度值Axli和Ax2i，计算第i次加速度值Axli与第一三轴加速度传感模块在静止状态下沿x轴方向的加速度信号平均值Ax1avg之间的差值Axli’、以及Ax2i与第二三轴加速度传感模块在静止状态下沿x轴方向的加速度信号平均值Ax20之间的差值Ax2i’，并命令第一三轴加速度传感模块和第二三轴加速度传感模块分别获取z轴方向上的第i次加速度值Azli和Az2i；
(6)数字信号处理模块判断步骤(5)得到的差值Axli’和Ax2i’和的绝对值是否小于第一预设阈值b，如果是则转入步骤(7)，否则设置i＝i+1，并返回步骤(5)；
(7)数字信号处理模块设置采样定时器T1＝t1，设置计数器j＝1，并计算第一三轴加速度传感模块在z轴方向上的加速度平均值Azlavg＝(Azl1+…+Azli)/i，以及第二三轴加速度传感模块在z轴方向上的加速度平均值Az2avg＝(Az21+…+Az2i)/i；
(8)数字信号处理模块控制第一激光测距模块和第二激光测距模块开始工作，以分别获得第j次测距数据D1j和D2j，读取水平倾角传感器输出的第j次倾斜角ANGj，命令第一三轴加速度传感模块和第二三轴加速度传感模块分别获取z轴方向上的第j次加速度值Azlj和Az2j，并分别计算第一和第二三轴加速度传感模块在垂直方向的第j次当前速度v1j＝(Az1j+Az1j-1)*t1/2，v2j＝(Az2j+Az2j-1)*t1/2；
(9)数字信号处理模块分别根据第一和第二三轴加速度传感模块在垂直方向的第j次当前速度v1j和v2j计算第一和第二三轴加速度传感模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：李思丰，
申请(专利权)人：中科湖南先进轨道交通研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43