[发明专利]一种轨道测量系统及测量方法

说明书

本发明提出一种轨道测量系统及测量方法，包括惯性测量组件数据处理、激光测量组件数据处理、惯性测量组件与激光测量组件数据融合，得到轨道的位置信息。本发明以惯性测量组件数据作为基准，将惯性测量组件与激光测量组件数据融合，实现轨道线形的高精度测量。

技术领域

本发明涉及一种轨道测量系统及测量方法，属于轨道检测应用技术领域。

背景技术

为保障轨道交通的运营安全，近年来，轨道精密检测技术得到快速发展，多个国家投入了大量的人力物力来研制和更新各种轨道检测方法，以满足当今铁路高速和重载的要求。由于车载式动态检测方式对正常运营影响小、效率高、速度快，且真实地反映了在列车运行条件下的基础设施状态，已经成为铁路和城轨交通基础设施安全状态的主要检测手段之一。

轨道几何参数状态检测主要包括轨距、轨向、高低等检测项目，其中轨距是指同一横截面左、右股钢轨工作面下16mm处轨距点之间的距离。常用的测量轨距方法主要有接触式测量和非接触式测量两大种类。接触式轨距测量方法是利用线位移传感器实现对轨距的测量，检测过程中通过机械结构保证传感器与待测轨道轨距点时刻接触，测量效率低，且不适用于高速测量。常用的非接触式轨距测量方法是利用摄像机构对轨距内侧断面连续摄像，通过图像重构的方法重现轨道内侧面曲线，计算出轨距值。这种测量方法测量精度高，且不受检测速度影响，但是这种方法易受光线干扰，对使用环境要求苛刻，使用范围受到限制。对轨道轨向、高低的检测方法主要包括弦测法、惯性基准法等，其中弦测法是指采用人工拉线的方法在轨道上真实搭建一条弦线，通过测量轨道轨顶面(轨距点)与该弦线的相对位移，评价轨道高低(轨向)平顺性。弦测法波长与检测弦的长度密切相关，当需要分析多种波长的轨道平顺性时，需要更换检测装置重新测量，或者根据当前检测结果进行“以小推大”的转换，前者增加了检测人员的工作量，工作效率低，后者存在较大误差。惯性基准法是在运用捷联惯性导航技术的基础上，分别用加速度计测量运载体在三个轴向的加速度信息，用陀螺仪测量三个轴向的角速率信息，通过加速度以及角速率信息建立一个惯性参考基准，再利用位移传感器或图像传感器测量轨道相对于基准的相对位置，从而得到钢轨在惯性坐标系内的相对位置。

目前，世界大多数国家的铁路轨道检测方法都经历了由弦测法到惯性基准法的转变，尤其在高速铁路检测领域，各个国家都在着力研制基于惯性技术的综合性强、精度高、速度快、高智能且高可靠性的先进轨道检测方法。如美国Ensco公司研制的T10型轨检车就采用了惯性基准测量原理和非接触式测量方法，可以对轨道几何参数，钢轨断面、波浪磨耗等参数进行测量。意大利“阿基米德”号综合检测列车同样采用基于惯性基准法的非接触式测量方案，能够检测包括轨道几何参数、钢轨断面、钢轨波浪磨耗、接触网及受流状态、通信和信号、车体和轴箱加速度以及轮轨作用力在内的119个不同参数。法国MVG综合检测列车，检测速度设计为320km/h，检测参数包括了轨道几何参数、钢轨断面、钢轨表面、通信信号、线路环境数字图像、扣件、枕木和道碴等各项基础设施状态。我国GJ-3型、GJ-4型以及GJ-5型轨道检测车均采用基于惯性技术的轨道检测方法，但对检测车的行驶速度有着严格的要求，以GJ-5型轨道检测车为例，其最高测量时速仅为180km/h。从国内外的技术发展来看，在高速环境下，基于惯性技术的非接触式测量是普遍采用的方式，主要是通过陀螺角速率信息不断更新姿态矩阵，将加速度信息转换到地理坐标系中，并对转换后的加速度信号进行连续的两次积分，从而获得惯性测量单元的空间运动轨迹，再通过图像重构等方法重现轨道内侧曲面计算，得到轨距、平顺性等轨道几何参数。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足之一，提供一种轨道测量系统及测量方法。

本发明的技术解决方案：一种轨道测量方法，包括以下步骤：

惯性测量组件数据处理，得到惯性测量组件的位置及姿态信息；

激光测量组件数据处理，利用轨道检测系统停车状态下解算得到的惯性测量组件的位置及姿态信息，得到激光测量组件相对于惯性测量组件的安装角度和杆臂距离；