CN102092405A - 一种轨道曲线参数测量方法及***装置 - Google Patents
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Abstract
一种轨道曲线参数测量方法及装置，在被测轨道线路上放置两台测量小车，其中一台为固定测量小车，一台为移动测量小车，在固定测量小车上装有数字摄像头，在移动测量小车上装有光学靶标，由移动测量小车和固定测量小车组成一个轨道曲线参数摄像测量***，通过移动测量小车的数字摄像头移动与移动过程中与固定测量小车的光学靶标光学成像对轨道曲线参数绝对参数坐标进行测量分析，完成对轨道曲线参数测量过程。本发明采用绝对坐标测量***，将铁轨的每一点或铁轨上用于控制线型的标记点的实际大地绝对坐标计算出来，从而在施工中将其回复至理论大地绝对坐标处，有效解决相对坐标施工法中线型偏移、旋转等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种轨道的性能参数的测量方法及***装置，具体说是一种轨道曲线参数测量方法及***装置。
背景技术
受其承载的机车运行时产生的作用力的影响,铁路轨道的静态曲线形状随时间变化而不断偏离其设计值，当这个偏离值达到一定范围时,就会对行车造成影响,甚至对安全造成危害，为了在一个大尺度内测量出这种偏移的值。出现了数种轨道测量装置，但多以激光及一个跟踪靶标为基础，其中以普拉塞*陶依尔公司所开发的测量方法最为典型，该方案包括一个可沿铁轨行驶的测量车，一个架设于固定点的测量车，一个激光发射装置，以及一个可跟踪激光的移动靶标组成，当测量车沿铁轨走行时，靶标移动测出相对固定点的偏移，计算出铁轨参数。它存在的不足是：在这些装置中，激光束是固定的，移动的是激光接收靶标，激光靶标必须装配于一个由电机驱动的机械构架之上,以便于增大接收面积，在工作开始前，需要一个靶标与激光的对准过程。由于靶标的接收面积较小,激光容易产生脱靶现象,需人工介入关注靶标跟踪状况，如脱靶则需再次人工对准。因此尚有必要对此进一步加以改进。
发明内容
本发明的目的是针对现有轨道曲线参数测量方法及装置所存在的不足，提供一种测量时不易脱靶，不需要人工介入关注靶标跟踪状况的轨道曲线参数测量方法及装置。
本发明的技术方案为：一种轨道曲线参数测量方法，在被测轨道线路上放置两台测量小车，其中一台为固定测量小车，一台为移动测量小车，在固定测量小车上装有数字摄像头，在移动测量小车上装有光学靶标，由移动测量小车和固定测量小车组成一个轨道曲线参数摄像测量***，通过移动测量小车的数字摄像头移动与移动过程中与固定测量小车的光学靶标光学成像对轨道曲线参数绝对参数坐标进行测量分析，完成对轨道曲线参数测量过程。在一个测量过程中，首先将固定测量小车固定在被测线路的一头，将移动测量车安放在被测线路的另一头；再将固定测量小车上的高分辨率的数字摄像头对准安装于移动测量小车上的光学靶标，拍摄光学靶标得出一个靶标的初始位置值O′，再通过常规计算求出左右轨道到光学靶标中心O′的水平与垂直距离值，再将此左右轨道的水平与垂直距离值与光学靶标中心O′的空间坐标相叠加，即可得出在该测量点轨道的空间坐标；再开动移动测量小车，移动测量小车沿铁轨向固定测量小车以一定速度行驶，在此过程中固定测量小车上的摄像头不断纪录靶标的相对坐标，并将该数据传送给移动测量小车，移动测量小车上的轨道参数计算机接收该数据，根据前述原理，将每个测量点测得的轨道数据与测距轮测得的距离值相结合，从而行成完整的轨道空间参数曲线。
根据上述方法所提出的轨道曲线参数测量装置的测量方法，它包括以下步骤：
第一步，将两部测量小车装载于高速运载车的托运平台上，高速运送至欲施工作业的铁轨区段；
第二步，到达指定区域后，装载/放卸机械装置将移动测量小车和固定测量小车两部测量小车从高速运载车卸下并安放于铁轨之上；
第三步，测量小车分别行驶至轨道待测量区段的两端；固定测量小车，使之不能沿铁轨运动，打开无线数传电台，在移动测量小车和固定测量小车之间建立数据的传送与接收通道，将固定测量小车上的高分辨率的数字摄像头对准安装于移动测量小车之上的光学靶标，拍摄并计算此时靶标的位置作为初始值并记录；
第四步，移动测量小车沿轨道固定测量小车低速行驶，固定测量小车上的高分辨率的数字摄像头持续拍摄移动测量小车之上的光学靶标，通过图像的方法计算出后续图像中光学靶标相对于初始位置的偏移，并通过无线数传电台将该值传送给移动测量小车之中的轨道参数计算机，同时，轨道参数计算机在行驶过程中持续采集测距传感器输出值，用于确定小车测量几何中点与铁轨轨沿距离；采集倾角传感器输出值, 用于确定左右两轨高度差；采集旋转编码器输出值, 用于确定移动测量小车沿铁轨运动的位移值，在此基础上，结合无线数传电台所传送的数字图像处理***输出值，轨道参数计算机就可以计算出轨道实际的曲线状态数据值；
第五步，轨道参数计算机计算出轨道的理论状况数据，并将其与实际数据进行比较，生成偏差报告并输出；
第六步，当测量小车作业完毕，高速运载车重新将测量小车装载于托运平台上并通过锁紧装置锁紧，驰离作业现场。
根据上述方法所提出实施装置是：一种轨道曲线参数测量***装置，测量***为一套轨道绝对参数坐标测量***，包括移动测量小车和固定测量小车，在固定测量小车上装有数字摄像头，在移动测量车上装有光学靶标，由移动测量小车和固定测量小车组成一个轨道曲线参数摄像测量***；此外，在移动测量小车或固定测量小车上还可装有用于确定测量几何中点与铁轨轨沿距离的测距传感器、用于测量左右两轨高度差的倾角传感器，测量小车的运动距离的旋转编码器，一套显示轨道理论参数与实际参数并计算两者差值的轨道参数计算机；同时在移动测量小车装有控制小车沿铁轨的来回运动的动力驱动***；在移动测量小车和固定测量小车进行数据传送与接收的信号传输设备，移动测量小车和固定测量小车之间通过有线或无线进行通信。
所述的移动测量小车和固定测量小车可以是安装在一高速运载车上，通过装载/放卸机械装置将移动测量小车和固定测量小车在到达指定位置时放下或收起，在高速运载车设有一个安置并可以固定移动测量小车和固定测量小车的托运平台, 托运平台设有锁紧装置，实现在运载车高速运行时对小车进行固定的锁紧装置。
本发明的优点在于：本发明采用绝对坐标测量***，基于绝对坐标的施工方法在基于相对坐标的施工方法上增加了一套大地坐标控制点，通过这些控制点，可以将铁轨的每一点或铁轨上用于控制线型的标记点的实际大地绝对坐标计算出来，从而在施工中将其回复至理论大地绝对坐标处，有效解决相对坐标施工法中线型偏移、旋转等问题。
附图说明：
图1为本发明原理及组成示意图；
图2为本发明工作原理示意图；
图3为本发明在高速运载车的安装示意图。
具体实施方式：
下面将结合附图对本发明做进一步的描述。
图1、图2给出了本发明的原理框图，通过附图可以看出本发明涉及，一种轨道曲线参数测量方法，在被测轨道线路上放置两台测量小车，其中一台为固定测量小车，一台为移动测量小车，在固定测量小车上装有数字摄像头，在移动测量小车上装有光学靶标，由移动测量小车和固定测量小车组成一个轨道曲线参数摄像测量***，通过移动测量小车的数字摄像头移动与移动过程中与固定测量小车的光学靶标光学成像对轨道曲线参数绝对参数坐标进行测量分析，完成对轨道曲线参数测量过程。在一个轨道曲线参数测量过程中，首先将固定测量小车固定在被测线路的一头，将移动测量车安放在被测线路的另一头；再将固定测量小车上的高分辨率的数字摄像头对准安装于移动测量小车上的光学靶标，拍摄光学靶标得出一个靶标的初始位置值O′，再通过常规计算求出左右轨道到光学靶标中心O′的水平与垂直距离值，再将此左右轨道的水平与垂直距离值与光学靶标中心O′的空间坐标相叠加，即可得出在该测量点轨道的空间坐标；再开动移动测量小车，移动测量小车沿铁轨向固定测量小车以一定速度行驶，在此过程中固定测量小车上的摄像头不断纪录靶标的相对坐标，并将该数据传送给移动测量小车，移动测量小车上的轨道参数计算机接收该数据，根据前述原理，将每个测量点测得的轨道数据与测距轮测得的距离值相结合，从而行成完整的轨道空间参数曲线。
根据上述方法所提出实施装置是：一种轨道曲线参数测量***装置，测量***为一套轨道绝对参数坐标测量***，包括移动测量小车和固定测量小车，在固定测量小车上装有数字摄像头，在移动测量车上装有光学靶标，由移动测量小车和固定测量小车组成一个轨道曲线参数摄像测量***；此外，在移动测量小车或固定测量小车上还可装有用于确定测量几何中点与铁轨轨沿距离的测距传感器、用于测量左右两轨高度差的倾角传感器，测量小车的运动距离的旋转编码器，一套显示轨道理论参数与实际参数并计算两者差值的轨道参数计算机；同时在移动测量小车装有控制小车沿铁轨的来回运动的动力驱动***；在移动测量小车和固定测量小车上设有进行数据传送与接收的信号传输设备，移动测量小车和固定测量小车之间通过有线或无线进行通信。
所述的移动测量小车和固定测量小车可以是安装在一高速运载车3上，通过装载/放卸机械装置12将移动测量小车2和固定测量小车1在到达指定位置时放下或收起，在高速运载车3设有一个安置并可以固定移动测量小车2和固定测量小车1的托运平台13, 托运平台13设有锁紧装置14，实现在运载车高速运行时对小车进行固定的锁紧装置。以实现从一个地方到另一个地方的安全运输。
在实施测量作业时，高速运载车3将移动测量小车2和固定测量小车1运送至指定的施工地点，锁紧装置14解锁，装载/放卸机械装置12将移动测量小车2和固定测量小车1从托运平台13转移至轨道之上（如附图3所示），移动测量小车2和固定测量小车1进入测量工作过程，获得轨道曲线数据。在测量作业完毕后，装载/放卸机械装置12将移动测量小车2和固定测量小车1从轨道转移至托运平台13之上，锁紧装置14锁定小车，高速运载车3将移动测量小车2和固定测量小车1运送出指定的施工地点。
所述移动测量小车2上安装有高分辨率的数字摄像头及相应的数字图像处理***4；固定测量小车1上安装有用于测量的光学靶标5、用于确定测量几何中点与铁轨轨沿距离的测距传感器6、用于测量左右两轨高度差的倾角传感器7,一套显示轨道理论参数与实际参数并计算两者差值的轨道参数计算机8，移动测量小车2和固定测量小车1通过一对无线数传电台9进行数据的传送与接收,同时每部测量小车上都有一个动力驱动***10,控制小车沿铁轨的来回运动，一个旋转编码器11，测量小车的运动距离。
一种基于所述轨道曲线参数测量装置的测量方法，它包括以下步骤：
第一步，将两部测量小车装载于高速运载车3的托运平台13上，高速运送至欲施工作业的铁轨区段；
第二步，到达指定区域后，装载/放卸机械装置12将移动测量小车2和固定测量小车1两部测量小车从高速运载车3卸下并安放于铁轨之上；
第三步，测量小车分别行驶至轨道待测量区段的两端；固定测量小车1，使之不能沿铁轨运动，打开无线数传电台9，在移动测量小车2和固定测量小车1之间建立数据的传送与接收通道，将固定测量小车1上的高分辨率的数字摄像头对准安装于移动测量小车2之上的光学靶标，拍摄并计算此时靶标的位置作为初始值并记录；
第四步，移动测量小车2沿轨道固定测量小车1低速行驶，固定测量小车1上的高分辨率的数字摄像头4持续拍摄移动测量小车2之上的光学靶标，通过图像的方法计算出后续图像中光学靶标相对于初始位置的偏移，并通过无线数传电台9将该值传送给移动测量小车2之中的轨道参数计算机8，同时，轨道参数计算机8在行驶过程中持续采集测距传感器6输出值，用于确定小车测量几何中点与铁轨轨沿距离；采集倾角传感器7输出值, 用于确定左右两轨高度差；采集旋转编码器11输出值, 用于确定移动测量小车2沿铁轨运动的位移值，在此基础上，结合无线数传电台9所传送的数字图像处理***4输出值，轨道参数计算机8就可以计算出轨道实际的曲线状态数据值；
第五步，轨道参数计算机8计算出轨道的理论状况数据，并将其与实际数据进行比较，生成偏差报告并输出；
第六步，当测量小车作业完毕，高速运载车3重新将测量小车装载于托运平台13上并通过锁紧装置14锁紧，驰离作业现场。
本测量方法所依据原理如图2所示，光学靶标5,倾角传感器7测距传感器6的安装位置是固定的,它们与测量小车的左右两个轮子的几何关系也是确定的，因此，当测量小车沿铁轨运动时，小车轮子的空间位置就反映了铁轨的空间曲线参数。在小车的轮轴上安装有倾角传感器与测距传感器，测距传感器发射一束激光，通过计算反射光束的角度，实时测量出自身与轨道的相对距离h′，由于两个测距传感器之间的几何安装尺寸是固定的，因此根据h′可以求得两轨道之间的距离H,由简单的几何学关系，利用倾角传感器传感器的倾角值输出a，可以计算出两轨道之间的水平高度差,并由此可以计算出左右轨道到光学靶标中心O的水平与垂直距离值。
在一个测量过程中，首先固定测量小车1，将固定测量小车1上的高分辨率的数字摄像头对准安装于移动测量小车2之上的光学靶标，拍摄光学靶标得出一个靶标的初始位置值O’，求出左右轨道到光学靶标中心O’的水平与垂直距离值，此左右轨道的水平与垂直距离值与光学靶标中心O’的空间坐标相叠加，即可得出在该测量点轨道的空间坐标，开动移动测量小车2，移动测量小车2沿铁轨向固定测量车以一定速度行驶，在此过程中固定测量小车1上的摄像头不断纪录靶标的相对坐标，并将该数据传送给移动测量小车2，移动测量小车2上的轨道参数计算机接收该数据，根据前述原理，将每个测量点测得的轨道数据与测距轮测得的距离值相结合，从而行成完整的轨道空间参数曲线。
固定测量小车1和移动测量小车2可以是安放在可以高速行走的高速运载车3上，由高速运载车3运送至测量现场的（如附图3所示）。
本方法实现装置简单，由于采用数字摄像技术，因此无须目标靶的随动机构，简化了***，也降低了***的维护成本，无需激光测量法中繁琐的人工对准过程，同时操作更直观，可由屏幕直接观察测量情况，降低在测量过程中出现失锁与错误跟踪等状况，提高了工作效率。因此本方法经过算法改进工作可以更好的适用于大曲率轨道参数的测量，改变了激光等方法用于曲线线路测量时受曲率半径限制的缺点。
Claims (8)
1.一种轨道曲线参数测量方法，其特征在于：在被测轨道线路上放置两台测量小车，其中一台为固定测量小车，一台为移动测量小车，在固定测量小车上装有数字摄像头，在移动测量小车上装有光学靶标，由移动测量小车和固定测量小车组成一个轨道曲线参数摄像测量***，通过移动测量小车的数字摄像头移动与移动过程中与固定测量小车的光学靶标光学成像对轨道曲线参数绝对参数坐标进行测量分析，完成对一个轨道曲线参数测量过程。
2.如权利要求1的一种轨道曲线参数测量方法，其特征在于：在一个轨道曲线参数测量过程中，首先将固定测量小车固定在被测线路的一头，将移动测量小车安放在被测线路的另一头；再将固定测量小车上的数字摄像头对准安装于移动测量小车上的光学靶标，拍摄光学靶标得出一个靶标的初始位置值O′，通过常规计算求出左右轨道到光学靶标中心O′的水平与垂直距离值，再将左右轨道的水平与垂直距离值与光学靶标中心O′的空间坐标相叠加，即可得出在该测量点轨道的空间坐标；再开动移动测量小车，移动测量小车沿铁轨向固定测量小车以一定速度行驶，在此过程中固定测量小车上的摄像头不断纪录靶标的相对坐标，并将该数据传送给移动测量小车，移动测量小车上的轨道参数计算机接收该数据，根据前述原理，将每个测量点测得的轨道数据与测距轮测得的距离值相结合，从而行成完整的轨道空间参数曲线。
3.如权利要求2的一种轨道曲线参数测量方法，其特征在于：所述的轨道曲线参数测量过程包括以下步骤：
第一步，将两部测量小车装载于高速运载车的托运平台上，高速运送至欲施工作业的铁轨区段；
第二步，到达指定区域后，装载/放卸机械装置将移动测量小车和固定测量小车两部测量小车从高速运载车卸下并安放于铁轨之上；
第三步，测量小车分别行驶至轨道待测量区段的两端；固定测量小车，使之不能沿铁轨运动，打开无线数传电台，在移动测量小车和固定测量小车之间建立数据的传送与接收通道，将固定测量小车上的高分辨率的数字摄像头对准安装于移动测量小车之上的光学靶标，拍摄并计算此时靶标的位置作为初始值并记录；
第四步，移动测量小车沿轨道固定测量小车低速行驶，固定测量小车上的高分辨率的数字摄像头持续拍摄移动测量小车之上的光学靶标，通过图像的方法计算出后续图像中光学靶标相对于初始位置的偏移，并通过无线数传电台将该值传送给移动测量小车之中的轨道参数计算机，同时，轨道参数计算机在行驶过程中持续采集测距传感器输出值，用于确定小车测量几何中点与铁轨轨沿距离；采集倾角传感器输出值, 用于确定左右两轨高度差；采集旋转编码器输出值, 用于确定移动测量小车沿铁轨运动的位移值，在此基础上，结合无线数传电台所传送的数字图像处理***输出值，轨道参数计算机就可以计算出轨道实际的曲线状态数据值；
第五步，轨道参数计算机计算出轨道的理论状况数据，并将其与实际数据进行比较，生成偏差报告并输出；
第六步，当测量小车作业完毕，高速运载车重新将测量小车装载于托运平台上并通过锁紧装置锁紧，驰离作业现场。
4.一种轨道曲线参数测量***装置，其特征在于：测量***为一套轨道绝对参数坐标测量***，包括移动测量小车和固定测量小车，在固定测量小车上装有数字摄像头，在移动测量车上装有光学靶标，由移动测量小车和固定测量小车组成一个轨道曲线参数摄像测量***。
5.如权利要求4所述的轨道曲线参数测量***装置，其特征在于：在移动测量小车或固定测量小车上还装有用于确定测量几何中点与铁轨轨沿距离的测距传感器、用于测量左右两轨高度差的倾角传感器，测量小车的运动距离的旋转编码器，一套显示轨道理论参数与实际参数并计算两者差值的轨道参数计算机。
6.如权利要求5所述的轨道曲线参数测量***装置，其特征在于：在移动测量小车装有控制小车沿铁轨的来回运动的动力驱动***。
7.如权利要求5所述的轨道曲线参数测量***装置，其特征在于：在移动测量小车和固定测量小车进行数据传送与接收的信号传输设备，移动测量小车和固定测量小车之间通过有线或无线进行通信。
8.如权利要求4-7任意一项权利要求所述的轨道曲线参数测量***装置，其特征在于：所述的移动测量小车和固定测量小车安装在一高速运载车上，通过装载/放卸机械装置将移动测量小车和固定测量小车在到达指定位置时放下或收起，在高速运载车设有一个安置并可以固定移动测量小车和固定测量小车的托运平台, 托运平台设有锁紧装置，实现在运载车高速运行时对小车进行固定的锁紧装置。
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