一种高速铁路轨道平顺性的检测方法技术

本发明专利技术属于光学测量领域，涉及一种高速铁路轨道平顺性的检测方法。该检测方案主要包含测量小车(4)、光学基准站(2)和基准标杆三大部分，突破了惯性基准法和弦测法这两种传统的检测原理，采用双频激光比对位相法测量距离差，利用测长分辨能力来测量轨道平顺性，进而用时间的精准性完成空间的高精度测量。本发明专利技术提供了一种新的高精度的轨道平顺性检测方案，从而为高速铁路实现更高速度运营的安全性和舒适性提供了技术保障，并可广泛应用于高精度超长轨道直线度测量，大型水坝的变形监测，地铁轨道的维护和检测等精密测量领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学测量
，涉及。
技术介绍
随着我国高速铁路系统的迅速发展，列车运营速度越来越快，对高速铁路轨道的平顺性要求越来越高。目前轨道的检测方法主要分为惯性基准法和弦测法，大型的轨检车普遍采用惯性基准法，通过对列车的加速度信号进行二次积分直接求得位置或位移量，得出惯性基准，其缺点在于测量结果受行车速度的影响，只能用于检测已经完工的路段，制造和使用成本很高，不便于日常线路检测维护。便携式轨检车则大多采用弦测法，通过测量短弦矢高来推算长波不平顺(CN200971459)，由于以小推大，存在误差放大等问题，且弦测法传递函数收敛性差，测量值不能完全真实地反映轨道状态，通过逆滤波处理也只能换算到 40米波长的测量值。为了提高长波不平顺的测量精度，大连拉特激光有限公司采用激光准直法进行长弦测量(CN201575794U)，其缺点在于无法克服大气湍流导致的激光光斑随机抖动，光斑中心的判读误差以及振动等都会限制测量精度的进一步提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述问题，突破惯性基准法和弦测法这两种传统的检测原理，提供一种新的高速铁路的轨道平顺性检测方案，实现高速铁路轨道不平顺度的高精度、 高效率测量，从而为高速铁路实现更高速度运营的安全性和舒适性提供技术保障。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是，主要由测量小车(4)、光学基准站( 和基准标杆组成，其中测量小车(4)主要包含横向锁相测头(10)、垂向锁相测头(9)、自动安平垂准仪(8)、轨距激光测量装置(1 、水平激光测距装置(7)、小车车体(11)、小车轮轨(12)、电源及驱动模块( 和数据处理及存储模块 (6)，基准标杆包括基准标杆A型(1)和基准标杆B型(3)。上述的基准标杆A型(1)带有一个球型棱镜，基准标杆B型C3)带有两个垂向分开的球型棱镜，球型棱镜作为轨道平顺性检测时的基准点，基准标杆A型(1)和基准标杆B 型(3)对称于高速铁路线路中心线，与CPIII基准桩重合安放，每隔120米设置一对，并保证基准点的连线垂直于线路中心线。上述的光学基准站( 沿高速铁路的线路中心线每隔120至360米设置一个，通过大地测量标定光学基准站的大地坐标，每半年进行一次标定。上述的光学基准站( 也可以与GPS装置固定安放，通过GPS装置来实时测量光学基准站O)的大地坐标。上述的横向锁相测头(11)和垂向锁相测头(9)采用双频激光比对位相法来测量距离差，计算出测头相对基准点中心线的偏离量，并能够对基准标杆进行扫描和跟踪。上述的横向锁相测头(11)能够测量出横向锁相测头(11)到基准标杆A型(1)的球型棱镜基准点(26)，和横向锁相测头(11)到基准标杆B型C3)的下球型棱镜基准点07)的距离差，来计算横向锁相测头(11)相对线路中心线的横向偏移量，测量小车(4)沿轨道运动，则可以通过拟合每一点的横向偏移数据，求解出横向锁相测头(11)的横向不平顺。上述的垂向锁相测头(9)能够测量出垂向锁相测头(9)到基准标杆B型C3)的上球型棱镜基准点08)和下球型棱镜基准点07)的距离差，来计算垂向锁相测头(9)相对于上球型棱镜基准点08)和下球型棱镜基准点(XT)中心线的垂向偏移量，测量小车(4) 沿轨道运动，则可以通过拟合每一点的横向偏移数据，求解出垂向锁相测头(9)的垂向不平顺。上述的自动安平垂准仪(8)能够提供垂准光线，来提取光学基准站O)的大地坐标信息，并且包含激光测距功能，能够测出横向锁相测头(11)到光学基准站⑵的铅垂距离，从而解算出横向锁相测头(11)的大地坐标，进一步利用测量小车的刚性结构的几何关系，求解出小车坐标系在大地坐标下的值。测量时首先调整测量小车G)，使自动安平垂准仪(8)照准光学基准站O)，提取其大地坐标信息，作为测量的起点。上述的轨距激光测距装置(13)用于测量轨距，并测量出左右轨道到小车坐标系的横向距离，水平激光测距装置(7)用于测量左右轨道踏面到小车坐标系的垂向距离，结合横向锁相测头(11)测得的横向不平顺数据和垂向锁相测头(9)测得的垂向不平顺数据， 计算出轨道的横向不平顺和垂向不平顺，从而完全真实地反映出轨道的空间不平顺状态， 进一步可以处理数据得到轨距、水平(超高)、轨向(正矢)、高低、三角坑等轨道几何参数。本专利技术能够解决的主要技术问题及其积极效果是1、突破了惯性基准法和弦测法这两种传统的轨道检测原理，采用双频激光比对位相法测量原理，即利用测长分辨能力来检测轨道的平顺性，进而用时间的精准性完成空间的高精度测量；2、克服了短弦测量矢高来推算长波不平顺时误差放大等缺陷，能够实现轨道不平顺的动态连续测量，从而完全真实地反映出轨道姿态和位置的空间连续变化情况；3、由于采用双频激光比对位相法测量距离差，能够抑制大气扰动等环境变化对测量结果造成的误差，不存在光斑抖动以及光斑中心的判定误差对提高测量精度的限制，从而实现高精度，高稳定性测量；4、检测数据可以存储、显示和打印，提高了检测效率；5、可广泛应用于高精度超长轨道直线度测量，大型水坝的变形监测，地铁轨道的维护和检测等精密测量领域。附图说明图1为本专利技术的测量系统示意图；图2为本专利技术的测量小车结构示意图；图3为本专利技术的直线度测量原理图；图4为本专利技术的轨道平顺性检测原理图。附图标号说明1一基准标杆A型；2—光学基准站；3—基准标杆B型；4一测量小车；5—电源及驱动模块；6—数据处理及存储模块；7—水平激光测距装置；8—自动安平垂准仪；9一垂向锁相测头；10—横向锁相测头；11 一小车车体；12—小车轮轨；13—轨距激光测量装置；14一双频激光器；15 —1/4波片；16—检偏器；17—探测器；18—准直扩束系统；19一偏振分束棱镜；20—转台；21—反射镜；22—传动带；23—分光棱；24—等腰直角棱镜 Dl-90° ；25—分光镜；26—基准标杆A型的球型棱镜基准点；27—基准标杆B型的下球型棱镜基准点；28—基准标杆B型的上球型棱镜基准点。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作出进一步的详细说明如图1和图2，本专利技术所涉及的，主要由测量小车G)、光学基准站( 和基准标杆组成，其中测量小车(4)主要包含横向锁相测头 (10)、垂向锁相测头(9)、自动安平垂准仪(8)、轨距激光测量装置(13)、水平激光测距装置 (7)、小车车体(11)、小车轮轨(12)、电源及驱动模块( 和数据处理及存储模块(6)，基准标杆包括基准标杆A型(1)和基准标杆B型(3)。基准标杆A型⑴带有一个球型棱镜，基准标杆B型(3)带有两个垂向分开的球型棱镜，球型棱镜作为轨道平顺性检测时的基准点，基准标杆A型(1)和基准标杆B型(3) 对称于高速铁路线路中心线，与CPIII基准桩重合安放，每隔120米设置一对，并保证基准点的连线垂直于线路中心线。光学基准站( 沿高速铁路的线路中心线每隔120至360米设置一个，通过大地测量标定光学基准站的大地坐标，每半年进行一次标定；也可以与GPS装置固定安放，通过 GPS装置来实时测量光学基准站O)的大地坐标。本专利技术的检测原理如下1、直线度检测原理如图3所示，测量点表示为G，基准点表示为S1和S2,测量点G到基准点S1的距离表示为L1,测量点G到基准点&的距离表示为L2,基本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种高速铁路轨道平顺性的检测方法，其特征在于：由测量小车（４）、光学基准站（２）和基准标杆组成，其中测量小车（４）主要包含横向锁相测头（１０）、垂向锁相测头（９）、自动安平垂准仪（８）、轨距激光测量装置（１３）、水平激光测距装置（７）、小车车体（１１）、小车轮轨（１２）、电源及驱动模块（５）和数据处理及存储模块（６），基准标杆包括基准标杆Ａ型（１）和基准标杆Ｂ型（３）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贺文俊，郑阳，王加科，张磊，郑建平，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：82