CN103510439B - 一种直接测量轨道中线的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种直接测量轨道中线的方法及装置，将小车棱镜光学中心设置于轨道测量仪左、右轮系的走行轮下母线的连线中点上；轨道测量仪左、右轮系以轨道作用边为基准将小车棱镜中心自动强制对中，使上述连线中点与轨道中线点重合。装置包括测量梁、连接轴和辅助梁，测量梁与辅助梁由连接轴连接；测量梁的左侧梁通过自动强制对中装置与右侧梁连接，左侧梁外侧下端安装左轮系，右侧梁的外侧下端安装右轮系，自动强制对中装置处于测量梁的中线位置；辅助梁与测量梁结构相同；本发明将测量的误差环节减到了最少，轨道中线测量的精度仅取决于全站仪，不受轨距、水平、坡度、方位角等参数的影响，是一种自动、连续、高精度直接测量轨道中线的有效测量方法。

Description

一种直接测量轨道中线的方法及装置

技术领域

本发明属于轨道测量技术领域。

背景技术

轨道中线坐标是轨道工程质量状况最基本的评价指标。通过检测轨道实测坐标值并与轨道设计值进行比较，获得轨道中线的横、垂向偏差，可以全面直观地反映轨道工程质量。

目前轨道中线的测量方法主要有两种：一、采用全站仪+水准仪进行人工观测；二、采用轨道测量仪自动观测。

人工观测时，可利用二端设置有棱镜的轨道尺或直接置镜于钢轨顶面，在轨道的同一断面上对左右轨棱镜分别进行一次人工照准和观测，二次测量点的连线中点的坐标，扣除棱镜到轨面的固定高差后即可视为轨道中线的坐标。与对应点的轨道设计中线坐标进行比较，得到实测的轨道中线横、垂向偏差。该方法为间接测量轨道中线坐标的方法，需二次人工照准和观测并进行坐标换算，且人工计算工作量大，测量效率低。同时，该方法还受轨距、超高、方位角、坡度等因素的测量，在扣除棱镜到轨面的固定高差时会带来角度误差，且人工补偿难度很大，是一种非精确的测量方法。

人工观测时，还可利用带强制对中结构轨道中线尺（成都普罗米新科技责任有限公司，申请号201110092323.4），只需进行简单的操作就可将棱镜准确定位在轨道中线上，一次人工照准和测量即可获得轨道中线坐标，且不受轨距、超高、方位角、坡度等因素的影响，人工计算工作量减小，测量精度和测量效率得以提高。该方法虽属于直接测量轨道中线坐标的方法，但仍属于人工测量，需人工调整轨道中线尺使尺体与轨道中线垂直、人工操作提手使棱镜随尺体在轨道上强制对中、人工操作全站仪进行照准和观测、人工计算轨道中线横垂向偏差。同时，该方法为定点测量，每点测量时都必须按“放置轨道中线尺、调整尺体与轨道中线的垂直状态、棱镜的强制对中、全站仪照准和观测、提起轨道中线尺并搬运到下一个测量点”的顺序进行繁琐的人工操作，因此，该方法只适用于对轨道中线的少量点进行人工抽查。

自动观测时，计算机遥控高精度全站仪实测出轨道测量仪上棱镜点的三维坐标，并与轨道测量仪同步测量的姿态参数（轨距、超高、方位角、坡度等）进行信息融合，实时计算出对应点处的轨道中线点实测坐标、设计坐标，及轨道中线横、垂向偏差。轨道测量仪为小车结构，可沿轨道推行，根据需要进行连续测量或定点测量，操作简单快捷，并依赖计算机来完成复杂的数据处理，自动化程度和测量效率均显著地高于人工观测方法，是目前高速铁路轨道中线测量的主要方法。该方法为间接测量轨道中线的方法，参与坐标换算的信息既包括棱镜点坐标，还包括轨距、超高等测量项目的测量值，同时还需根据轨道设计资料估计轨道的实际方位角、坡度等的实际值，误差环节较多，信息融合后的误差叠加现象明显，从而对小车结构、各测量项目的误差控制，特别是对全站仪的精度等级提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种直接测量轨道中线的测量方法及装置。可以自动、连续、高精度的直接测量轨道中线。

本发明所述的自动测量轨道中线，是指采用该测量方法的新型轨道测量仪在其内部主控计算机的控制下，遥控型全站仪自动完成对小车棱镜的搜索、跟踪、照准、观测和测量数据无线上传，自动进行轨道中线实测坐标的计算，自动查询轨道中线设计坐标并计算轨道中线横、垂向偏差，自动进行测量结果的显示、存储和应用。

本发明所述的连续测量轨道中线，是指该新型轨道测量仪能依靠其自身的轮系沿轨道运动，在走行过程中始终保持与轨道的密贴以维持正确的测量姿态，能对轨道中线坐标进行连续的或定点的快速测量，无需进行测量前的重新定位等操作。

本发明所述的高精度直接测量轨道中线，是指该新型轨道测量仪有自动强制对中装置，能保证在轨道中线连续或定点测量过程中，小车棱镜光学中心始终与轨道中线点重合，全站仪测量棱镜光学中心所获得的坐标值就是轨道中线点的实测坐标值，因此，这是一种直接测量方法，并且测量结果不受轨距、超高、方位角、坡度等因素的影响，影响测量过程的误差环节被减少到最小，因此，这又是一种高精度的测量方法。

本发明所述的测量方法是通过以下技术方案实现的。

（1）将小车棱镜光学中心设置于轨道测量仪左、右轮系的走行轮下母线（即左、右轨顶面）的连线中点上。

（2）轨道测量仪左、右轮系以轨道作用边（轨顶面下16mm处）为基准将小车棱镜光学中心自动强制对中，使上述连线中点与轨道中线点重合，并不受轨道轨距、水平、坡度、方位角等变化的影响。

本发明所述的轨道测量仪，其特征是采用独特的结构，能保证自动强制对中装置与轨道的相对位置关系，即自动强制对中装置与测量梁始终处于与轨道中线垂直的状态，自动强制对中装置的空间姿态随轨道位置的变化而自动适应。

本发明所述的轨道测量仪，其特征是包括测量梁（1）、连接轴（2）和辅助梁（3）组成，测量梁（1）与辅助梁（3）由连接轴（2）连接。

本发明所述的测量梁（1）包括左轮系（4）、左侧梁（5）、自动强制对中装置（6）、右侧梁（7）以及右轮系（8）等组成。左侧梁（5）通过自动强制对中装置（6）与右侧梁（7）连接，左侧梁（5）外侧下端安装左轮系（4），右侧梁（7）的外侧下端安装右轮系（8），自动强制对中装置（6）处于测量梁（1）的中线位置。

本发明所述的辅助梁（3）与测量梁（1）具有完全相同的结构，可以互换。作为测量梁的梁的自动强制对中装置（6）的底部安装一个小车棱镜固定座，小车棱镜（17）安装在小车棱镜固定座上。且小车棱镜（17）的光学中心处于左轮系（4）与右轮系（8）的走行轮下母线的连线中点上。

本发明所述的连接轴（2），采用回转机构。

本发明所述的自动强制对中装置（6），其特征是轨道测量仪在走行、测量等过程中，能够始终保持左轮系（4）、右轮系（8）分别与左轨（9）、右轨（10）作用边的密贴，同时保证中心箱体（12）自动强制对中，从而确保小车棱镜光学中心始终与轨道中线点重合。

本发明所述的自动强制对中装置（6），采用直线对中机构。

本发明左侧梁（5）和右侧梁（7）上还分别安装了两个提手。

本发明的技术效果是：直接测量轨道中线的自动观测方法从测量原理上将测量的误差环节减到了最少，轨道中线测量的精度仅取决于全站仪，不受轨距、水平、坡度、方位角等参数的影响，是一种自动、连续、高精度直接测量轨道中线的有效测量方法，具有广泛的应用前景。

附图说明

附图1为本发明的一种具体实施方式的新型轨道测量仪的整体结构示意图。其中，1为测量梁，2为连接轴，3为辅助梁。

附图2为本发明图1中的测量梁工作时的结构示意图。其中，4为左轮系，5为左侧梁，6为自动强制对中装置，7为右侧梁，8为右轮系，9为左轨，10为右轨。

附图3为本发明的强制对中装置6及小车棱镜固定座的一种具体实施方式的结构示意图。其中，11为上齿条，12为中心箱体，13为光学中心齿轮，14为下齿条，15为下棱镜底座，16为磁铁，17为球形棱镜。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，测量装置的整体结构呈“工”字型结构，测量梁1与辅助梁3通过连接轴2连接。采用“工”字型结构的新型轨道测量仪在测量轨道中线过程中能够保持姿态的稳定。在连接轴2的适当位置安装推杆座组件，将推杆组件安装在推杆座组件上后，新型轨道测量仪可沿轨道推行，对轨道中线坐标等轨道几何状态进行测量。

如图2所示，测量装置的测量梁1放置在左轨9与右轨10组成的轨道上。左侧梁5与右侧梁7、左轮系4与右轮系8均对称布置且结构相同。提手的作用是用于方便新型轨道测量仪的搬运。

如图3所示，自动强制对中装置6主要由中心箱体12、安装在中心箱体上的中心齿轮13、上齿条11、下齿条14及两个压缩弹簧等组成，中心齿轮（13）同时与上齿条（11）、下齿条（14）啮合；上齿条（11）的一端与左侧梁（5）、下齿条（14）的一端与右侧梁（7）固连在一起，上齿条（11）和下齿条（14）的另一端处于自由状态；两个压缩弹簧分别放置在中心箱体与左侧梁、右侧梁的中间。且自动强制对中装置6位于测量梁1的中间位置。小车棱镜固定座主要由下棱镜底座15、磁铁16等组成。磁铁16通过螺钉固定在下棱镜底座15上，而下棱镜底座15同样通过螺钉固定在中心箱体12上。

小车棱镜固定座安装在测量梁1的对称中心、中心箱体12的下方。安装面高度与棱镜底座15的直径与高度、球形棱镜17直径等构成一个垂向尺寸链，按完全互换原则进行设计、加工与调整；横向位置按完全对称结构进行设计、加工与调整，从而有效保证将球形棱镜17光学中心设置于新型轨道测量仪左轮系4、右轮系8的走行轮下母线的连线中点上。

球形棱镜17安装在棱镜底座15的中线位置，由于球形棱镜17的外壳为导磁材料，球形棱镜17在磁铁16的磁力作用下可准确定位和固定在棱镜底座15上。

其中，中心齿轮13同时与上齿条11、下齿条14啮合，组成直线对中机构，根据相对运动原理，中心齿轮13与齿条的节点为二者的速度瞬心，当任一齿条带动中心齿轮13时，中心齿轮13都同时带动另一齿条做相反方向的直线运动，并且两齿条的移动距离相等，从而确保上齿条11、下齿条14中心箱体12中能够同步伸出或缩回，发挥强制对中的作用。压缩弹簧施加一个驱动左侧梁5与右侧梁7伸出的弹簧力，始终保持左轮系4、右轮系8与轨道的密贴，实现自动强制对中的作用。此外，自动强制对中装置6的上齿条11、下齿条14还分别为左侧梁5、右侧梁7提供双轴导向的作用。因此，有效保证轨道测量仪左轮系4、右轮系8以轨道作用边为基准将球形棱镜17光学中心自动强制对中，使新型轨道测量仪左轮系4、右轮系8的走行轮下母线的连线中点与轨道中线点重合，并不受轨道轨距、水平、坡度、方位角等变化的影响。

当工作人员在左轨9与右轨10组成的轨道上推行新型轨道测量仪测量轨道几何参数时，由于小车棱镜固定座使球形棱镜17光学中心处于新型轨道测量仪左轮系4、右轮系8的走行轮下母线的连线中点上，即轨道中线点上，并且自动强制对中装置6能够始终保持左轮系4、右轮系8分别与左轨9、右轨10作用边的密贴，确保球形棱镜17光学中心始终与轨道中线点重合。因此，通过上述两个技术方案即可有效保证新型轨道测量仪在轨道中线测量过程中，随着轨道位置的变化，球形棱镜17光学中心始终与轨道中线点重合，全站仪测得的球形棱镜17光学中心坐标即是轨道中线点的坐标，实现对轨道中线的直接测量，通过沿轨道的不断测量，即可直接测得轨道中线。这是一种直接测量轨道中线的自动观测方法，该方法从测量原理上将测量的误差环节减到了最少，轨道中线测量的精度仅取决于全站仪，不受轨距、水平、坡度、方位角等参数的影响，是一种自动、连续、高精度直接测量轨道中线的有效测量方法，具有广泛的应用前景。

Claims (3)

1.一种直接测量轨道中线的方法，其特征是：

（1）将小车棱镜光学中心设置于轨道测量仪左、右轮系的走行轮下母线的连线中点上；

（2）轨道测量仪左、右轮系以轨道作用边为基准，将小车棱镜光学中心自动连续强制对中，且保持自动强制对中装置及测量梁始终处于与轨道中线垂直的状态，使上述连线中点与轨道中线点重合。

2.一种实现权利要求1所述的方法的轨道测量仪，其特征是包括测量梁（1）、连接轴（2）和辅助梁（3），测量梁（1）与辅助梁（3）由连接轴（2）连接；

所述的测量梁（1）包括左轮系（4）、左侧梁（5）、自动强制对中装置（6）、右侧梁（7）以及右轮系（8）；左侧梁（5）通过自动强制对中装置（6）与右侧梁（7）连接，左侧梁（5）外侧下端安装左轮系（4），右侧梁（7）的外侧下端安装右轮系（8），自动强制对中装置（6）处于测量梁（1）的中线位置；

所述的辅助梁（3）与测量梁（1）具有完全相同的结构；

测量梁（1）的自动强制对中装置（6）的底部安装一个小车棱镜固定座，小车棱镜（17）安装在小车棱镜固定座上，且小车棱镜（17）的光学中心处于左轮系（4）与右轮系（8）的走行轮下母线的连线中点上；

所述的连接轴（2），采用回转机构；

所述的自动强制对中装置（6），采用直线对中机构。

3.根据权利要求2所述的轨道测量仪，其特征是所述的自动强制对中装置包括中心箱体（12）、安装在中心箱体上的中心齿轮（13）、上齿条（11）、下齿条（14）及两个压缩弹簧，中心齿轮（13）同时与上齿条（11）、下齿条（14）啮合；上齿条（11）的一端与左侧梁（5）、下齿条（14）的一端与右侧梁（7）固连在一起，上齿条（11）和下齿条（14）的另一端处于自由状态；两个压缩弹簧分别放置在中心箱体与左侧梁、右侧梁的中间。