轨道监测系统技术方案

提供一种用于安装到在包括至少一个钢轨的轨道上的车辆的轨道监测系统(及其方法)。轨道监测系统包括：位置和姿态测量单元，其配置为在车辆在轨道上的至少一次通过期间确定系统的地理位置和姿态；用于存储轨道几何数据的存储介质；激光成像和/或扫描单元，其被配置为确定在至少一次通过期间至少一个钢轨和周围环境相对于轨道监测系统的位置，以及至少一个钢轨相对于轨道监测系统的位置；处理器，其被配置为：在至少一次通过中基于钢轨监测系统的地理位置和姿态以及至少一个钢轨相对于系统的位置确定第一地理参考钢轨位置、在至少一次通过中基于钢轨监测系统的地理位置和姿态以及至少一个钢轨和周围环境相对于轨道监测系统的位置确定第二地理参考钢轨位置、基于第一地理参考钢轨位置和第二地理参考钢轨位置以及对应的地理参考轨道几何数据确定第三地理参考钢轨位置、在另一次通过中获取与钢轨相对于钢轨监测系统的每个位置以及位置和姿态测量单元的输出相关联的轨道几何数据、基于钢轨的第三地理参考位置更新在另一次通过中获取的轨道几何数据、以及将更新的轨道几何数据存储到存储介质。储到存储介质。储到存储介质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】轨道监测系统


[0001]本专利技术涉及铁路基础设施，更具体地，本专利技术涉及一种适于安装到车辆(例如货运或客运列车)的轨道监测系统。

技术介绍

[0002]监测铁路轨道或其构成的枕木、钢轨等的状况以确保长期运行的安全是必不可少的。例如，由于火车运动、天气条件和损坏轨道材料的其他因素造成的物理应力，轨道会随着时间的推移而遭受磨损和损坏。定期监测轨道有助于识别此类损坏或劣化。这反过来又能够实现对轨道的有效维护，例如，不会因检测时已无法修复的损坏轨道而产生额外成本。
[0003]近年来，市场上出现了许多专用的轨道检测系统。可以手动操作带有GPS系统和/或摄像头装置的手推车，以用于检查轨道上的不同位置，以便检测钢轨的不规则性/变形。然而，这种检查成本高、速度慢，并且要求轨道是空闲的(即未使用)，以便由操作员执行该方法。
[0004]此外，除了根据其地理空间坐标的3D字符串提供钢轨位置的准确测量值之外，还必须根据诸如轨距、纵向高度、对齐、倾斜和扭曲等称为轨道几何形状的参数来监测轨道质量和安全性，以用于指导维护工作。获得精确轨道几何值的方法包括多次测量轨道并对获得的轨道几何结果求平均，或以较低的速度(例如低于20公里/小时)测量轨道几何形状。
[0005]由于获取成本较高，大多数国家很少收集测量数据，通常每年收集两次以用于评估轨道质量，并且每隔几年收集一次以用于获得轨道的地理位置。
[0006]通过将扫描及成像设备与GNSS系统相结合，可以同时测量轨道的地理位置及其几何形状。然而，在本
，轨道的地理空间位置和轨道几何形状(轨道条件)被处理成单独的测量，因此很少分析它们的相关性。此外，由于GPS信号的不准确性，在本
不能使用钢轨的地理位置数据来改进轨道几何值。
[0007]因此，需要研究轨道的地理空间/地理的位置与其质量(或轨道廓形/几何形状)的相关性，并使用所述相关性定期监测和更新轨道的质量。还需要能够在车辆在其轨迹线上以较高速度移动单次期间收集和更新轨道几何形状。

技术实现思路

[0008]本专利技术旨在克服上述缺点中的至少一个。本专利技术的其他优点将在技术特征的详细描述中变得更加明显。
[0009]根据本专利技术的一方面，提供一种用于安装到包括至少一根钢轨的轨道上的车辆的轨道监测系统(及其方法)。轨道监测系统包括：位置和姿态测量单元，其被配置为在车辆在轨道上的至少一次通过期间确定系统的地理位置和姿态；用于存储轨道几何数据的存储介质；激光成像和/或扫描单元，其被配置为确定至少一根钢轨相对于轨道监测系统的位置，以及在至少一次通过期间至少一根钢轨和周围环境相对于轨道监测系统的位置；处理器，其被配置为在至少一次通过期间基于钢轨监测系统的地理位置和姿态以及至少一根钢轨
相对于系统的位置确定第一地理参考钢轨位置，在至少一次通过期间基于钢轨监测系统的地理位置和姿态以及至少一根钢轨和周围环境相对于钢轨监测系统的位置确定第二地理参考钢轨位置，基于第一和第二地理参考钢轨位置以及对应的地理参考轨道几何数据确定第三地理参考钢轨位置，在另一次通过期间获取与钢轨相对于钢轨监测系统的每个位置以及位置和姿态测量单元的输出相关联的轨道几何数据，基于钢轨的第三地理参考位置，更新在另一次通过期间获取的轨道几何数据，并将更新的轨道几何数据存储到存储介质。
附图说明
[0010]图1示出根据本专利技术的实施例的处于车辆安装位置的轨道监测系统。
[0011]图2示出根据本专利技术的实施例的轨道监测系统的部件的框图布置和方法的流程图。
[0012]图3a示出由本专利技术的实施例中的轨道监测系统获取的绝对高度(z)曲线的示例。
[0013]图3b
‑
图3c示出由本专利技术的实施例中的系统执行的方法的另一示例。
[0014]图4示出根据本专利技术的实施例的用于更新轨道几何轮廓的流程图。
具体实施方式
[0015]提供在本说明书中举例说明的事项，以辅助全面地理解参照附图公开的本专利技术的各种示例性实施例。因此，本领域的技术人员将认识到，在不脱离要求保护的本专利技术的范围的情况下，可以对这里描述的示例性实施例进行各种改变和修改。特别地，可以对本专利技术的各个方面的特定特征进行组合。通过增加关于本专利技术的一方面或实施例描述的特征，可以进一步有利地增强本专利技术的另一个方面或实施例。
[0016]此外，无论是本地还是远程，与任何特定装置相关联的功能可以是集中式的或分布式的。可能有利地，阐明术语“包括”和“包含”及其派生词表示包括但不限于。此外，不定冠词“一”或“一个”对元件的引用并不排除存在多个元件的可能性，除非上下文明确要求存在一个且仅存在一个元件。因此，不定冠词“一”或“一个”通常表示“至少一个”。
[0017]术语“轨道”或“铁路轨道”应理解为包括轨道枕木(枕木)、固定在枕木上的钢轨和嵌入所述枕木(或平板轨道)的道碴，以及下面的路基。轨道还可以被理解为至少所述零部件的集合，所述零部件使得车辆能够在轨道的多个表面上移动。术语“钢轨”虽然在说明书中可与轨道互换使用，但主要被理解为轨道的组成部分。每个钢轨可包括内表面和外表面，其中，钢轨的内表面面向彼此。
[0018]术语“轨头”应理解为钢轨的上部部分，当车辆经过轨道时，该上部部分被设置为与车辆接触。术语“轨脚”应理解为钢轨的下部部分，该下部部分被设置为与地面接触。轨头和轨脚可以彼此连接形成单个连续表面。
[0019]术语“周围环境”可包括位于钢轨或轨道周围或附近的区域。周围环境可包括车辆的轨迹线附近的物体或障碍物，并且还可包括相邻轨道。
[0020]笛卡尔坐标系已被用于描述本专利技术的示例性实施例的空间坐标/位置数据。“x”坐标可用于表示空间中位于轨道方向上的轴上的点，并且可对应于车辆在轨道上的移动方向。“y”坐标可用于表示空间中位于垂直于钢轨的外/内表面的轴上的点。“z”坐标可用于表示空间中位于垂直于地面的轴上的点，并可用于表示钢轨的从地面测量的高度。“位置”被
理解为在x、y、z方向上表达的坐标的集合。
[0021]图1示出根据本专利技术的实施例的轨道监测系统。
[0022]轨道监测系统可以被配置为可以安装在车辆上的单个单元。该系统可以附接到例如火车的车辆的外部部分(例如前部或后部)，并且该系统包括：位置和姿态测量单元101，其用于测量系统的位置数据(包括角位置/方向)；惯性测量单元(IMU)1011，其作为位置和姿态测量单元的一部分，以用于测量系统的旋转以及加速度；存储介质或存储器102；激光扫描和/或成像单元103，其包括至少一个激光扫描仪1031，例如包括360度光探测和测距(LIDAR)扫描仪1032，以获得钢轨和/或周围环境(例如平台、植被、桥梁)相对于系统和/或至少一个图像传感器或相机1033的距离/和方向，以用于获取钢轨和/或周围环境的图像或动画。激光扫描单元可以包括至少一个激光器，其用于照射和收集构成轨道的每个钢轨的信息或/和周围物体的信息。扫描单元适于绕其轴线360度旋转，以获本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种轨道监测系统(100)，所述轨道监测系统用于安装到包括至少一个钢轨的轨道上的车辆，所述轨道监测系统包括：位置和姿态测量单元(101)，其被配置成在车辆在轨道上的至少一次通过期间确定系统的地理位置和姿态；用于存储轨道几何数据的存储介质(102)；激光成像和/或扫描单元(103)，其被配置为确定在所述至少一次通过期间至少一个钢轨和周围环境相对于所述轨道监测系统的位置，以及至少一个钢轨相对于所述轨道监测系统的位置；处理器(104)，其被配置成：在所述至少一次通过中，基于所述钢轨监测系统的地理位置和姿态以及至少一个钢轨相对于所述系统的位置来确定第一地理参考钢轨位置；在所述至少一次通过中，基于所述钢轨监测系统的地理位置和姿态以及至少一个钢轨和周围环境相对于所述钢轨监测系统的位置来确定第二地理参考钢轨位置；基于所述第一地理参考钢轨位置和所述第二地理参考钢轨位置以及对应的地理参考轨道几何数据来确定第三地理参考钢轨位置；在另一次通过中，获取与钢轨相对于钢轨监测系统的每个位置以及所述位置和姿态测量单元的输出相关联的轨道几何数据；基于钢轨的所述第三地理参考位置，更新在所述另一次通过中获取的轨道几何数据，以及将更新的轨道几何数据存储到存储介质。2.根据权利要求1所述的轨道监测系统，其中，所述处理器被配置为在轨道的一段延展范围内，基于从所述至少一个钢轨反射的光确定所述第一地理参考钢轨位置，并且基于从所述至少一个钢轨反射的光结合所述至少一个钢轨的周围环境确定所述第二地理参考钢轨位置。3.根据权利要求1
‑
2中任一项所述的轨道监测系统，其中，所述处理器(103)被配置为通过以下方式更新所述轨道几何数据：在稍后的时间段内在另一次通过中获得第二组轨道几何数据；用第二轨道几何数据的一部分替换轨道几何数据的一部分。4.根据权利要求3所述的轨道监测系统，其中，用所述第二轨道几何数据的一部分替换所述轨道几何数据的一部分包括：确定所述第二轨道几何数据的所述部分偏离所述轨道几何数据的所述部分，以及确定偏差是否超过预定阈值；如果偏差超过预定阈值，则用所述第二轨道几何数据的所述部分替换所述轨道几何数据的所述部分。5.根据权利要求4所述的轨道监测系统，其中，所述处理器(103)被配置为使用对应于所述钢轨的所述第三地理参考位置的地理参考轨道几何数据来校正更新的轨道几何数据。6.根据权利要求3所述的轨道监测系统，其中，用所述第二轨道几何数据的所述部分替换所述轨道几何数据的所述部分包括：确定所述第二轨道几何数据的所述部分偏离第一轨道几...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩宇，阿德里阿那斯，
申请(专利权)人：弗诺威IP私人有限公司，
类型：发明
国别省市：