[发明专利]基于双垂向加速度计辅助的轨道巡检系统时空同步装置

说明书

本发明属于城市轨道交通领域，公开了基于双垂向加速度计辅助的轨道巡检系统时空同步装置。本发明适用于随车测量巡检系统，无需在轨道车辆车轮上加装里程计，并且不需要与列车进行信号交互，能够基于两只相对位置固定安装的垂向加速度计的输出信息实现参考速度测量。本发明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，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，本发明实现了巡检系统搭载传感器测量信息的时空同步，能够有效提高测量效率。

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，特别涉及基于双垂向加速度计辅助的轨道巡检系统时空同步装置。

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)。

因此，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，并在列车通过相邻轨道连接点时，通过固定安装的两只垂向加速度计分别对轨道连接点进行振动检测，并记录两只垂向加速度计通过轨道连接点的时间差，以此求解得到列车的运行速度，进一步以此速度作为观测值对解算得到的速度值进行融合校正，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。本发明将有效解决轨道巡检系统的同步问题，实现时间、空间的精准同步，并且不需要与列车进行信号交互。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：如何解决轨道巡检系统上搭载的多传感器的时间同步问题，并将传感器采样点与轨道位置点精准对应，提高随车测量系统的工作效率，并且不需要与列车进行信号交互。

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：

基于双垂向加速度计辅助的轨道巡检系统时空同步装置，所述装置由电源模块、陀螺组件、加速度计组件、隔离模块、数据接收模块、故障检测模块、数据平滑模块、通信模块、标定补偿模块、重力敏感性误差补偿模块、温度补偿模块、时间基准记录模块、姿态处理模块、速度处理模块、参考速度计算模块、数据融合模块、位置装订模块、频率计算模块、分频模块、高精度时钟模块、时间同步模块、传感器信息采集模块、空间同步模块、标校模块及中央控制单元组成；

所述电源模块包括一次电源模块、二次电源模块及电源管理模块；