專利名稱：一種高速鐵路軌道平順性的檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高速鐵路軌道平順性的檢測方法。
背景技術(shù)：
隨著我國高速鐵路系統(tǒng)的迅速發(fā)展，列車運(yùn)營速度越來越快，對高速鐵路軌道的平順性要求越來越高。目前軌道的檢測方法主要分為慣性基準(zhǔn)法和弦測法，大型的軌檢車普遍采用慣性基準(zhǔn)法，通過對列車的加速度信號進(jìn)行二次積分直接求得位置或位移量，得出慣性基準(zhǔn)，其缺點(diǎn)在于測量結(jié)果受行車速度的影響，只能用于檢測已經(jīng)完工的路段，制造和使用成本很高，不便于日常線路檢測維護(hù)。便攜式軌檢車則大多采用弦測法，通過測量短弦矢高來推算長波不平順(CN200971459)，由于以小推大，存在誤差放大等問題，且弦測法傳遞函數(shù)收斂性差，測量值不能完全真實(shí)地反映軌道狀態(tài)，通過逆濾波處理也只能換算到 40米波長的測量值。為了提高長波不平順的測量精度，大連拉特激光有限公司采用激光準(zhǔn)直法進(jìn)行長弦測量(CN201575794U)，其缺點(diǎn)在于無法克服大氣湍流導(dǎo)致的激光光斑隨機(jī)抖動(dòng)，光斑中心的判讀誤差以及振動(dòng)等都會(huì)限制測量精度的進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述問題，突破慣性基準(zhǔn)法和弦測法這兩種傳統(tǒng)的檢測原理，提供一種新的高速鐵路的軌道平順性檢測方案，實(shí)現(xiàn)高速鐵路軌道不平順度的高精度、 高效率測量，從而為高速鐵路實(shí)現(xiàn)更高速度運(yùn)營的安全性和舒適性提供技術(shù)保障。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是一種高速鐵路軌道平順性的檢測方法，主要由測量小車(4)、光學(xué)基準(zhǔn)站( 和基準(zhǔn)標(biāo)桿組成，其中測量小車(4)主要包含橫向鎖相測頭(10)、垂向鎖相測頭(9)、自動(dòng)安平垂準(zhǔn)儀(8)、軌距激光測量裝置(1 、水平激光測距裝置(7)、小車車體(11)、小車輪軌(12)、電源及驅(qū)動(dòng)模塊( 和數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)模塊 (6)，基準(zhǔn)標(biāo)桿包括基準(zhǔn)標(biāo)桿A型(1)和基準(zhǔn)標(biāo)桿B型(3)。上述的基準(zhǔn)標(biāo)桿A型(1)帶有一個(gè)球型棱鏡，基準(zhǔn)標(biāo)桿B型C3)帶有兩個(gè)垂向分開的球型棱鏡，球型棱鏡作為軌道平順性檢測時(shí)的基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)標(biāo)桿A型(1)和基準(zhǔn)標(biāo)桿B 型(3)對稱于高速鐵路線路中心線，與CPIII基準(zhǔn)樁重合安放，每隔120米設(shè)置一對，并保證基準(zhǔn)點(diǎn)的連線垂直于線路中心線。上述的光學(xué)基準(zhǔn)站( 沿高速鐵路的線路中心線每隔120至360米設(shè)置一個(gè)，通過大地測量標(biāo)定光學(xué)基準(zhǔn)站的大地坐標(biāo)，每半年進(jìn)行一次標(biāo)定。上述的光學(xué)基準(zhǔn)站( 也可以與GPS裝置固定安放，通過GPS裝置來實(shí)時(shí)測量光學(xué)基準(zhǔn)站O)的大地坐標(biāo)。上述的橫向鎖相測頭(11)和垂向鎖相測頭(9)采用雙頻激光比對位相法來測量距離差，計(jì)算出測頭相對基準(zhǔn)點(diǎn)中心線的偏離量，并能夠?qū)鶞?zhǔn)標(biāo)桿進(jìn)行掃描和跟蹤。上述的橫向鎖相測頭(11)能夠測量出橫向鎖相測頭(11)到基準(zhǔn)標(biāo)桿A型(1)的球型棱鏡基準(zhǔn)點(diǎn)(26)，和橫向鎖相測頭(11)到基準(zhǔn)標(biāo)桿B型C3)的下球型棱鏡基準(zhǔn)點(diǎn)07)的距離差，來計(jì)算橫向鎖相測頭(11)相對線路中心線的橫向偏移量，測量小車(4)沿軌道運(yùn)動(dòng)，則可以通過擬合每一點(diǎn)的橫向偏移數(shù)據(jù)，求解出橫向鎖相測頭(11)的橫向不平順。上述的垂向鎖相測頭(9)能夠測量出垂向鎖相測頭(9)到基準(zhǔn)標(biāo)桿B型C3)的上球型棱鏡基準(zhǔn)點(diǎn)08)和下球型棱鏡基準(zhǔn)點(diǎn)07)的距離差，來計(jì)算垂向鎖相測頭(9)相對于上球型棱鏡基準(zhǔn)點(diǎn)08)和下球型棱鏡基準(zhǔn)點(diǎn)(XT)中心線的垂向偏移量，測量小車(4) 沿軌道運(yùn)動(dòng)，則可以通過擬合每一點(diǎn)的橫向偏移數(shù)據(jù)，求解出垂向鎖相測頭(9)的垂向不平順。上述的自動(dòng)安平垂準(zhǔn)儀(8)能夠提供垂準(zhǔn)光線，來提取光學(xué)基準(zhǔn)站O)的大地坐標(biāo)信息，并且包含激光測距功能，能夠測出橫向鎖相測頭(11)到光學(xué)基準(zhǔn)站⑵的鉛垂距離，從而解算出橫向鎖相測頭(11)的大地坐標(biāo)，進(jìn)一步利用測量小車的剛性結(jié)構(gòu)的幾何關(guān)系，求解出小車坐標(biāo)系在大地坐標(biāo)下的值。測量時(shí)首先調(diào)整測量小車G)，使自動(dòng)安平垂準(zhǔn)儀(8)照準(zhǔn)光學(xué)基準(zhǔn)站O)，提取其大地坐標(biāo)信息，作為測量的起點(diǎn)。上述的軌距激光測距裝置(13)用于測量軌距，并測量出左右軌道到小車坐標(biāo)系的橫向距離，水平激光測距裝置(7)用于測量左右軌道踏面到小車坐標(biāo)系的垂向距離，結(jié)合橫向鎖相測頭(11)測得的橫向不平順數(shù)據(jù)和垂向鎖相測頭(9)測得的垂向不平順數(shù)據(jù)， 計(jì)算出軌道的橫向不平順和垂向不平順，從而完全真實(shí)地反映出軌道的空間不平順狀態(tài)， 進(jìn)一步可以處理數(shù)據(jù)得到軌距、水平(超高)、軌向(正矢)、高低、三角坑等軌道幾何參數(shù)。本發(fā)明能夠解決的主要技術(shù)問題及其積極效果是1、突破了慣性基準(zhǔn)法和弦測法這兩種傳統(tǒng)的軌道檢測原理，采用雙頻激光比對位相法測量原理，即利用測長分辨能力來檢測軌道的平順性，進(jìn)而用時(shí)間的精準(zhǔn)性完成空間的高精度測量；2、克服了短弦測量矢高來推算長波不平順時(shí)誤差放大等缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)軌道不平順的動(dòng)態(tài)連續(xù)測量，從而完全真實(shí)地反映出軌道姿態(tài)和位置的空間連續(xù)變化情況；3、由于采用雙頻激光比對位相法測量距離差，能夠抑制大氣擾動(dòng)等環(huán)境變化對測量結(jié)果造成的誤差，不存在光斑抖動(dòng)以及光斑中心的判定誤差對提高測量精度的限制，從而實(shí)現(xiàn)高精度，高穩(wěn)定性測量；4、檢測數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)、顯示和打印，提高了檢測效率；5、可廣泛應(yīng)用于高精度超長軌道直線度測量，大型水壩的變形監(jiān)測，地鐵軌道的維護(hù)和檢測等精密測量領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明的測量系統(tǒng)示意圖；圖2為本發(fā)明的測量小車結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的直線度測量原理圖；圖4為本發(fā)明的軌道平順性檢測原理圖。附圖標(biāo)號說明1一基準(zhǔn)標(biāo)桿A型；2—光學(xué)基準(zhǔn)站；3—基準(zhǔn)標(biāo)桿B型；4一測量小車；5—電源及驅(qū)動(dòng)模塊；6—數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)模塊；7—水平激光測距裝置；8—自動(dòng)安平垂準(zhǔn)儀；9一垂向鎖相測頭；10—橫向鎖相測頭；11 一小車車體；12—小車輪軌；13—軌距激光測量裝置；14一雙頻激光器；15 —1/4波片；16—檢偏器；17—探測器；18—準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)；19一偏振分束棱鏡；20—轉(zhuǎn)臺；21—反射鏡；22—傳動(dòng)帶；23—分光棱；24—等腰直角棱鏡 Dl-90° ；25—分光鏡；26—基準(zhǔn)標(biāo)桿A型的球型棱鏡基準(zhǔn)點(diǎn)；27—基準(zhǔn)標(biāo)桿B型的下球型棱鏡基準(zhǔn)點(diǎn)；28—基準(zhǔn)標(biāo)桿B型的上球型棱鏡基準(zhǔn)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作出進(jìn)一步的詳細(xì)說明如圖1和圖2，本發(fā)明所涉及的一種高速鐵路軌道平順性的檢測方法，主要由測量小車G)、光學(xué)基準(zhǔn)站( 和基準(zhǔn)標(biāo)桿組成，其中測量小車(4)主要包含橫向鎖相測頭 (10)、垂向鎖相測頭(9)、自動(dòng)安平垂準(zhǔn)儀(8)、軌距激光測量裝置(13)、水平激光測距裝置 (7)、小車車體(11)、小車輪軌(12)、電源及驅(qū)動(dòng)模塊( 和數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)模塊(6)，基準(zhǔn)標(biāo)桿包括基準(zhǔn)標(biāo)桿A型(1)和基準(zhǔn)標(biāo)桿B型(3)?；鶞?zhǔn)標(biāo)桿A型⑴帶有一個(gè)球型棱鏡，基準(zhǔn)標(biāo)桿B型(3)帶有兩個(gè)垂向分開的球型棱鏡，球型棱鏡作為軌道平順性檢測時(shí)的基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)標(biāo)桿A型(1)和基準(zhǔn)標(biāo)桿B型(3) 對稱于高速鐵路線路中心線，與CPIII基準(zhǔn)樁重合安放，每隔120米設(shè)置一對，并保證基準(zhǔn)點(diǎn)的連線垂直于線路中心線。光學(xué)基準(zhǔn)站( 沿高速鐵路的線路中心線每隔120至360米設(shè)置一個(gè)，通過大地測量標(biāo)定光學(xué)基準(zhǔn)站的大地坐標(biāo)，每半年進(jìn)行一次標(biāo)定；也可以與GPS裝置固定安放，通過 GPS裝置來實(shí)時(shí)測量光學(xué)基準(zhǔn)站O)的大地坐標(biāo)。本發(fā)明的檢測原理如下1、直線度檢測原理如圖3所示，測量點(diǎn)表示為G，基準(zhǔn)點(diǎn)表示為S1和S2,測量點(diǎn)G到基準(zhǔn)點(diǎn)S1的距離表示為L1,測量點(diǎn)G到基準(zhǔn)點(diǎn)&的距離表示為L2,基準(zhǔn)點(diǎn)S1和&的距離表示為2d，測量點(diǎn) G到基準(zhǔn)點(diǎn)S1和&的連線的距離表示為L，測量點(diǎn)G相對基準(zhǔn)點(diǎn)S1和&的中心線的偏移量表示為δ。
L2 =L2+{d-δ)22 7 ’ [2^>(L2+Lx){L2-L{)^dS L22 =L2+{d +δ)
權(quán)利要求
1.一種高速鐵路軌道平順性的檢測方法，其特征在于由測量小車G)、光學(xué)基準(zhǔn)站 (2)和基準(zhǔn)標(biāo)桿組成，其中測量小車⑷主要包含橫向鎖相測頭(10)、垂向鎖相測頭(9)、自動(dòng)安平垂準(zhǔn)儀⑶、軌距激光測量裝置(13)、水平激光測距裝置(7)、小車車體(11)、小車輪軌(12)、電源及驅(qū)動(dòng)模塊( 和數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)模塊(6)，基準(zhǔn)標(biāo)桿包括基準(zhǔn)標(biāo)桿A型(1) 和基準(zhǔn)標(biāo)桿B型(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速鐵路軌道平順性的檢測方法，其特征在于所述的基準(zhǔn)標(biāo)桿A型(1)帶有一個(gè)球型棱鏡，基準(zhǔn)標(biāo)桿B型C3)帶有兩個(gè)垂向分開的球型棱鏡，球型棱鏡作為軌道平順性檢測時(shí)的基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)標(biāo)桿A型(1)和基準(zhǔn)標(biāo)桿B型C3)對稱于高速鐵路線路中心線，與CPIII基準(zhǔn)樁重合安放。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速鐵路軌道平順性的檢測方法，其特征在于所述的光學(xué)基準(zhǔn)站( 沿高速鐵路的線路中心線每隔120至360米設(shè)置一個(gè)，通過大地測量標(biāo)定光學(xué)基準(zhǔn)站的大地坐標(biāo)，每半年進(jìn)行一次標(biāo)定；光學(xué)基準(zhǔn)站( 也可以與GPS裝置固定安放，通過GPS裝置來實(shí)時(shí)測量光學(xué)基準(zhǔn)站O)的大地坐標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速鐵路軌道平順性的檢測方法，其特征在于所述的橫向鎖相測頭(11)和垂向鎖相測頭(9)采用雙頻激光比對位相法來測量距離差，計(jì)算出測頭相對基準(zhǔn)點(diǎn)中心線的偏離量，并能夠?qū)鶞?zhǔn)標(biāo)桿進(jìn)行掃描和跟蹤。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速鐵路軌道平順性的檢測方法，其特征在于所述的自動(dòng)安平垂準(zhǔn)儀(8)能夠提供垂準(zhǔn)光線，來提取光學(xué)基準(zhǔn)站(2)的大地坐標(biāo)信息，并且包含激光測距功能，能夠測出橫向鎖相測頭(11)到光學(xué)基準(zhǔn)站O)的鉛垂距離，從而解算出橫向鎖相測頭(11)的大地坐標(biāo)，進(jìn)一步利用測量小車剛性結(jié)構(gòu)的幾何關(guān)系，求解出小車坐標(biāo)系在大地坐標(biāo)下的值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速鐵路軌道平順性的檢測方法，其特征在于所述的軌距激光測距裝置(13)用于測量軌距，并測量出左右軌道到小車坐標(biāo)系的橫向距離，水平激光測距裝置(7)用于測量左右軌道踏面到小車坐標(biāo)系的垂向距離，結(jié)合橫向鎖相測頭 (11)測得的橫向不平順數(shù)據(jù)和垂向鎖相測頭(9)測得的垂向不平順數(shù)據(jù)，計(jì)算出軌道的橫向不平順和垂向不平順，進(jìn)一步可以處理數(shù)據(jù)得到軌距、水平(超高)、軌向(正矢)、高低、 三角坑等軌道幾何參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速鐵路軌道平順性的檢測方法，其特征在于可以應(yīng)用于高精度超長軌道直線度測量，大型水壩的變形監(jiān)測，地鐵軌道的維護(hù)和檢測等精密測量領(lǐng)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速鐵路軌道平順性的檢測方法，其特征在于檢測過程中，軌道的橫向不平順和垂向不平順分別由式(4)和式( 計(jì)算，
全文摘要
本發(fā)明屬于光學(xué)測量領(lǐng)域，涉及一種高速鐵路軌道平順性的檢測方法。該檢測方案主要包含測量小車(4)、光學(xué)基準(zhǔn)站(2)和基準(zhǔn)標(biāo)桿三大部分，突破了慣性基準(zhǔn)法和弦測法這兩種傳統(tǒng)的檢測原理，采用雙頻激光比對位相法測量距離差，利用測長分辨能力來測量軌道平順性，進(jìn)而用時(shí)間的精準(zhǔn)性完成空間的高精度測量。本發(fā)明提供了一種新的高精度的軌道平順性檢測方案，從而為高速鐵路實(shí)現(xiàn)更高速度運(yùn)營的安全性和舒適性提供了技術(shù)保障，并可廣泛應(yīng)用于高精度超長軌道直線度測量，大型水壩的變形監(jiān)測，地鐵軌道的維護(hù)和檢測等精密測量領(lǐng)域。
文檔編號E01B35/00GK102304884SQ201110120209
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月11日
發(fā)明者張磊, 王加科, 賀文俊, 鄭建平, 鄭陽 申請人:長春理工大學(xué)