[发明专利]轨道巡检系统时空同步信息测量方法

说明书

本发明属于城市轨道交通领域，公开了轨道巡检系统时空同步信息测量方法。本发明通过陀螺组件、加速度计组件测量信息完成列车速度的解算，通过优化状态方程，提高了速度估计准确性，并将估计的列车速度折算成等效触发脉冲，利用触发脉冲对列车搭载的传感器进行同步触发采样，避免时空同步效率降低，防止巡检系统搭载的传感器工作不同步。通过分段拟合插值实现了传感器采样时刻位置信息的准确匹配，提高了测量作业完成后的数据分析效率。

技术领域

本发明属于城市轨道交通领域，涉及轨道巡检系统的传感器信息同步，特别涉及轨道巡检系统时空同步信息测量方法。

背景技术

近年来，城市轨道交通发展迅速，城市地铁、有轨电车、城际铁路等交通工具在各地都得到了大力建设，极大地提高了人员的出行便利性。随着轨道交通线路建设的增多以及线路运输任务量的增大，对于轨道健康状态的监控成为了轨道建设部门、线路运营单位十分关注的问题。随着运营时间的增长，轨道会逐渐老化，出现平顺性超差、轨距改变、扣件损坏甚至钢轨断裂的问题，极大影响轨道线路运行的安全性。

为了保障轨道交通线路运行的可靠、安全性，需要定期对轨道健康状态进行监控。以往的轨道巡检往往依赖于人工作业巡检方式，该方式效率较低。近年来，巡检小车、巡检机器人、随车检测系统得到了大力研发，很大程度上解决了过去人工作业巡检效率低下的问题。特别是随车检测系统，鉴于其无需专门的巡检时间段，具有运行与检测合一的特点，目前在线路运营部门广受青睐。巡检系统上搭载了很多传感器，例如线阵相机、激光相机、轨距测量仪等等，通过对这些传感器测量信息的分析处理可以掌握沿线轨道的状态信息。为了将检测、测量信息与轨道沿线位置点相对应，需要完成测量信息与沿线轨道位置点的同步，以便分析各位置点的轨道状态，通常包括两方面的同步：一是各传感器之间的时间同步，二是传感器采样点与位置点的空间同步。目前通常的解决方案是利用巡检系统上的里程计采样脉冲信号同时触发各传感器，完成传感器之间的时间同步及传感器采样点与沿线轨道位置点的同步标记。然而，这种工作方式仅适用于专门的巡检系统，对于随车测量系统而言并不适用，主要原因在于，轨道运营部门不允许在运行车辆的车轮上加装里程计，并且即使允许在车轮上加装里程计，也还存在采样点与沿线轨道位置点(三维位置坐标)不能很好对应的问题(主要原因在于里程计推算位置只是简单的一维位置推算，当线路是曲线时，位置推算存在误差，难以达到毫米级分辨率)。

基于随车测量系统现有的传感器配置，通过陀螺组件、加速度计组件测量信息完成列车速度的解算，利用列车提供的测速信号对解算的列车速度进行融合校正，实现高频、高精度的列车速度估计，并将估计的列车速度折算成等效触发脉冲，利用触发脉冲对列车搭载的传感器进行同步触发采样，以实现时间同步；进一步，利用高精度的位置估计值实现列车准确位置点与传感器采样点的精准对应。

因此，轨道巡检系统的时空同步信息测量即对应于列车的速度、位置信息测量，基于准确的速度、位置信息可完成巡检系统搭载传感器的时空同步。但轨道巡检系统上加装的陀螺组件、加速度计组件精度有限，在对列车速度进行解算时会导致速度误差增大，虽然通过设计卡尔曼滤波器，利用列车提供的测速信号、间或的位置装订信息能够对速度误差、位置误差进行抑制。但是由于列车运行状态下存在很多振动，通过加速度计组件速度增量输出求解比力加速度，进而在卡尔曼滤波器中使用该比力加速度信息时，会导致状态方程的非线性增大，直接影响卡尔曼滤波器的稳定性，导致速度、位置信息估计误差增大，影响时空同步的准确性，导致巡检系统搭载的传感器不能同步协调工作。此外，巡检系统搭载的传感器的采样时刻需要获得准确的位置信息，以便于将采样信息与位置信息准确对应，但由于惯性测量单元位置解算频率与采样频率不一致，导致无法直接获得采样时刻的位置信息，需要基于惯性测量单元的位置解算信息获取采样时刻的位置信息。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：1.如何实现车载轨道巡检系统时空同步信息的精确测量，对列车的速度、位置信息准确估计，解决列车振动导致状态方程非线性增大、进而影响卡尔曼滤波器稳定性的问题；2.如何解决惯性测量单元解算频率与巡检系统传感器采样频率不一致导致的采样信息与位置不匹配的问题。