[发明专利]基于绝对坐标测量参考系的轨道参数测量装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轨道参数测量装置及其方法，尤其是涉及一种基于绝对坐标测量参考系的铁路机车轨道参数测量装置及其方法。

背景技术

由于受承载的列车运动影响，铁路轨道会逐渐偏移，沉降，铁轨的静态曲线参数也会随时间逐渐发生变化，当轨道的曲线参数变化范围超出一定的容许值时，就会对列车运行的平稳性带来影响，甚至有可能造成列车的脱轨、倾覆等严重事故，为了精确控制轨道曲线参数，必须精确测量轨道的曲线形状与曲线在大地坐标中的空间坐标值，但由于技术水平所限，在实际工程应用中，能较好的对轨道曲线形状进行测量(称为轨道曲线参数相对测量)，但对轨道的曲线空间坐标值测量难度较大(称为轨道曲线参数绝对测量)。

对轨道的曲线空间坐标值测量，目前存在几种技术方法，常见的轨道参数测量方法主要有：

1、差分GPS测量方法，利用全球定位系统测量轨道在大地坐标系中的绝对坐标；

2、全站仪法，该方法首先在铁轨沿线建设一个测量控制基准网，再将全站仪架设与地面上，通过观测控制基准网中控制点的坐标，解算出全站仪的大地绝对坐标，全站仪再去测量一个沿着铁轨运动的小车的坐标，通过小车的坐标就可以计算出铁轨曲线的参数。

现有的轨道的曲线空间坐标值测量方法普遍存在的问题是测量速度慢，效率低下，为了保证测量结果的精度，GPS数分钟才能测量出一个点，然后对点的数据进行拟合得出整个曲线参数，而全站仪则必须每两百米到三百米执行一个耗时长达数十分钟的设站过程，单点测量时间也需数秒，因而整体效率难以有效提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于绝对坐标测量参考系的轨道参数测量装置及其方法，能够克服现有技术测量速度慢，效率低下，测量结果精度低的技术问题，在保证测量精度的前提下，有效地提高了测量效率。

本发明具体提供了一种基于绝对坐标测量参考系的轨道参数测量装置的具体实施方式，一种基于绝对坐标测量参考系的轨道参数测量装置，包括：

一个小车平台，小车平台沿铁轨轨道运动，用于安装轨道参数测量所需的设备；

一个惯性测量装置，安装于小车平台之上，用于测量小车空间三个正交方向轴上的转角运动量及加速度变化量；

一个三维激光扫描仪，安装于小车平台之上，用于测量出特定反射物相对于三维激光扫描仪原点的空间位置坐标值；

一个固定点及标记点观测系统，用于小车初始空间位置的定位；

一个轨距测量装置，安装于小车平台之上，用于测量小车平台当前所处位置处铁轨的轨距参数；

一台姿态及曲线参数计算机，用于根据惯性测量装置和三维激光扫描仪的测量值计算轨道的曲线参数。

作为本发明一种基于绝对坐标测量参考系的轨道参数测量装置进一步的实施方式，惯性测量装置包括三轴的高精密陀螺仪与加速度计。

作为本发明一种基于绝对坐标测量参考系的轨道参数测量装置进一步的实施方式，轨道参数测量装置包括固定点系统，固定点系统位于小车平台之外的轨道沿线，包括一个或多个大地坐标固定的测量点。

作为本发明一种基于绝对坐标测量参考系的轨道参数测量装置进一步的实施方式，固定点系统中的一个或多个大地坐标固定的测量点大地坐标已预先测定，固定点插入一个反射棱镜或反射销，用于三维激光扫描仪对目标进行判别，对于每一个大地坐标固定的测量点，存在一个唯一对应的标记点。

作为本发明一种基于绝对坐标测量参考系的轨道参数测量装置进一步的实施方式，姿态及曲线参数计算机包括惯性测量装置测量量与三维激光扫描仪测量量的耦合方程组解算模块，耦合方程组解算模块依据惯性测量装置的测量量与三维激光扫描仪的测量量，建立一个耦合方程组，求解出小车空间姿态，得出三维激光扫描仪的原点在大地坐标系中的运动轨迹。

作为本发明一种基于绝对坐标测量参考系的轨道参数测量装置进一步的实施方式，耦合方程组解算模块包括Kalman(卡尔曼)滤波模块。

一种利用上述基于绝对坐标测量参考系的轨道参数测量装置进行轨道参数测量的方法，该方法包括以下步骤：

S101：将小车平台放置于需测量的铁轨轨道上，开进至所需测量的第一个标记点处，固定点及标记点观测系统执行一个观测动作，将小车平台与标记点对齐，通过小车平台结构上的几何关系求出三维激光扫描仪的坐标系原点在大地坐标系中的坐标；

S102：三维激光扫描仪扫描标记点所对应的下一对固定点，求出它们在三维激光扫描仪坐标系中的坐标数据，同时记录惯性测量装置当前值作为耦合方程组的初始值；