[发明专利]利用姿态重构铁轨几何形态的高铁轨道不平顺性检测方法

说明书

本发明提供一种利用姿态重构铁轨几何形态的高铁轨道不平顺性检测方法，包括将GNSS、INS和里程计传感器搭载于轨检小车上，采集传感器原始数据；先进行前后向的松组合处理，再输入至RTS平滑器中分别进行前后向平滑处理；使用FBC平滑器进行组合，得到轨检小车在测量区间内各个里程处的位置和姿态；进行降采样，利用姿态对铁路轨道的三维空间位置进行重构，得到的重构后的位置结果序列，依据最小二乘方法进行旋转校正；线性插值至各个轨枕处，再与所测路段轨道的设计曲线进行对比，得到高铁轨道不平顺性的检测结果。本发明技术方案允许轨检小车连续动态作业，在保证高精度的同时大幅提高了作业效率，且基本不受外部因素的干扰。

技术领域

本发明属于高速铁路轨道不平顺性检测领域，尤涉及一种基于GNSS/INS(GlobalNavigation Satellite System/Inertial Navigation System,全球卫星导航系统/惯性导航系统)组合姿态重构铁轨几何形态的高铁轨道不平顺性检测方法。

背景技术

高速铁路运输对国家和地区的经济发展具有极大的促进作用。在过去二十年来，我国高速铁路网络建设迅速扩张，截至2017年底，中国高铁营运里程达2.5万公里。在列车高速运行状态下，高度平顺的轨道是机车安全和乘坐舒适度的重要保障之一。此外，超过警戒阈值的轨道形变也使得轮轨系统之间产生有害作用力，加速轨道和机车系统的老化。随着高速铁路的普及和不断提速，高铁铁路轨道的不平顺性检测显得越来越重要。

高铁轨道不平顺性检测的难点有二。其一，高铁轨道不平顺性的精度要求十分苛刻，根据《高铁铁路工程测量规范TB10601-2009》规定，30m波长内轨道不平顺允许值不超过2mm，300m波长范围内轨道不平顺允许值不超过10mm；其二，高速铁路运营繁忙，用于轨道检测的天窗时间有限，通常少于5小时/每天。高铁轨道不平顺性检测的核心问题的在于，如何在保证测量精确性的前提下，尽可能提高轨检作业的速度。

目前用于高铁轨道检测的主流设备是一种基于全站仪的便携型轨道几何状态检测仪，主要存在以下问题：

1)每经过一个轨枕都需要静止设站，需一次性观测6～8个CPIII(controlpointIII,第三级控制网点)控制点，作业速度缓慢，难以在短暂的天窗时间内完成规定的任务。

2)基于光学原理工作的全站仪鲁棒性差，受天气等外部因素影响较大。一旦遭遇雨雪或大雾天气作业时间严重受限甚至被迫取消测量任务。

3)全站仪依靠观测铁路轨道两侧布设的CPIII控制点进行作业，控制点精度是测量结果精度的决定因素之一。长时间未经检修的CPIII控制点位置精度可能偏离设计值较远，特别是地质疏松易发生沉降的路段，勘定的CPIII点位精度有效时间更短，从而导致全站仪测量结果不可用。

发明内容

本发明克服了现有技术缺陷，提出了一种利用姿态检测高铁轨道不平顺性的方法，该方法以GNSS/INS组合轨道几何状态检测仪(简称轨检小车)为硬件平台，具有测量精度高，可连续动态作业的特点，同时兼具轨道快速性和精确性。

本发明的技术方案提供一种利用姿态重构铁轨几何形态的高铁轨道不平顺性检测方法，包括以下步骤，

步骤1，将GNSS、INS和里程计传感器搭载于轨检小车上，通过人力或动力车在高速铁路轨道上推行，采集GNSS、INS和里程计原始数据；

步骤2，根据步骤1所采集的数据，先进行前后向的松组合处理，再输入至RTS平滑器中分别进行前后向平滑处理；

步骤3，根据步骤2中前向和后向RTS平滑处理后的结果，再使用FBC平滑器进行组合，得到轨检小车在测量区间内各个里程处的位置和姿态；

步骤4，对步骤3中轨检小车位置和姿态结果进行降采样；