[发明专利]一种铁路轨道塌陷检测系统及检测方法

说明书

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，尤其涉及一种铁路轨道塌陷检测方法。

背景技术

铁路运输是陆上交通运输的一种重要方式,是国民经济的大动脉。随着国民经济持续高速增长,铁路运输的任务越来越繁重。近年来铁路连年提速,铁路维护工人可以有效作业的无车时间越来越短,铁路维护的任务日益增加。只有确保轨道的精确与平顺,才能保证高速铁路的安全运营。然而，由于机车的动力作用,会使轨道几何形状、尺寸和空间位置产生偏差，从而造成轨道塌陷。另外，在我国一些煤矿的生产区，由于常年的地下开挖，导致地面塌陷的事情时有发生。为了行车安全，需要经常对轨道的塌陷状况进行检测。轨道塌陷不但影响列车的运行速度,而且降低了列车运行的舒适性和平稳性,严重的时候还会危及行车安全,轨道塌陷在薄弱的曲线地段对行车安全的影响尤其突出。

目前，针对轨道塌陷的监测主要依靠两种手段，一是人工静态检测(弦测法)；二是调用大型轨道检测车进行动态监测。人工静态检测采用“三步一叩首,五步一弯腰”的人工拉线测量方法，虽然成本很低，但是存在很多弊端。既费时费工,又检测效率低下,而且也容易受到天气影响。随着铁路的第六次大提速,铁路干线越来越繁忙,传统的人工拉线检测方法对铁路工人的工作提出了相当的挑战。调用大型轨道检测车进行动态监测是目前轨道检测效率最高、检测最为可靠的设备，能保证检测精度。但是由于调用大型轨道检测车会干扰铁路线路正常运行,给运行调度带来很大的压力。因此不可能频繁的使用大型轨道检测车来完成铁路轨道的日常检修。大型轨道检测车巨大的成本压力也是它不能用来完成日常检测的重要原因,对于普通的铁路局工务段,配备大型轨道检测车几乎是不可能的。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种低成本的铁路轨道塌陷检测系统，在保证检测精度和大型轨道检测车相近的情况下，比起人工静态检测效率大大提高，而且不受天气影响的干扰、成本较低，可应用在各个普通的铁路局工务段甚至偏远地区。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种铁路轨道塌陷检测系统，包括数据采集单元、主控单元以及计算单元，数据采集单元将采集到的倾角以及位置数据发送给主控单元，主控单元通过计算单元对收到的倾角以及位置数据进行卡尔曼滤波数据融合。

进一步的，所述数据采集单元包括陀螺仪、GPS模块以及PLC，陀螺仪和GPS模块均与PLC相连；主控单元包括ARM单片机以及SD卡，SD卡与ARM单片机相连，ARM单片机与核心PLC相连；计算单元内置于ARM单片机，用于对陀螺仪以及陀螺仪采集到的倾角数据和GPS模块采集到的位置数据进行卡尔曼滤波数据融合。

进一步的，所述ARM单片机采用mini2440开发板。

一种铁路轨道塌陷检测方法，，包括：首先将轨道塌陷检测系统安装在机车上使其沿铁轨行驶并按照采样周期进行定点信息采样，采样信息包括采样点位置、采样点的轨道水平方向倾斜角度以及采样点的轨道垂直方向倾斜角度；

根据轨道水平塌陷和垂直塌陷的阈值分别计算出轨道水平方向倾斜角误差临界值和轨道垂直方向倾斜角误差临界值；

将在各采样点得到的水平方向倾斜角与在该采样点轨道正常情况下的水平方向倾斜角进行比较，若误差值大于轨道水平方向倾斜角误差临界值则说明该处的轨道水平塌陷超标；

将在各采样点得到的垂直方向倾斜角与在该采样点轨道正常情况下的垂直方向倾斜角进行比较，若误差值大于轨道垂直方向倾斜角误差临界值则说明该处的轨道垂直塌陷超标。

进一步的，所述将轨道塌陷检测系统安装在机车上使其沿铁轨行驶并按照采样周期进行定点信息采样具体为：将轨道塌陷检测系统安装在机车上，设定采样周期，当机车在待检测轨道上行驶的时候根据采样周期在第1个采样点到第n个采样点进行采样得到与之对应的轨道水平方向倾斜角度以及轨道垂直方向的倾斜角度。

进一步的，轨道水平方向倾斜角误差临界值和轨道垂直方向倾斜角误差临界值根据以下公式计算得出：

水平方向：

垂直方向：

L为检测距离，M为单轨宽度，θ为水平方向倾斜角误差临界值，α为垂直方向倾斜角误差临界值，H为塌陷阈值(在计算垂直方向是时H为垂直方向塌陷值，在计算水平方向时H为水平方向塌陷值)。