本申請涉及測量與控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種軌道動態(tài)測量系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

當前，軌道交通已經(jīng)日益成為人們出行的重要交通方式，與此同時，現(xiàn)代社會也對軌道交通的安全性及舒適性提出了越來越高的要求，也即要求建成軌道具有很高的平順性以及三維絕對位置精度。軌道的平順性以及三維絕對位置精度是通過軌道檢測設(shè)備對軌道進行測量及數(shù)據(jù)分析后才能進行評判的，因此，滿足實際作業(yè)需求的軌道檢測設(shè)備是建成高平順性軌道的前提。

在現(xiàn)有技術(shù)中，靜態(tài)軌道檢測技術(shù)的典型應(yīng)用場景是：

1、基于軌道線路兩旁建成的三維控制基準(例如，cpiii或?qū)Ь€網(wǎng))進行整平狀態(tài)下的全站儀自由設(shè)站，然后通過解算得到全站儀的站心三維坐標及定向參數(shù)；

2、自由設(shè)站完成后，使用全站儀觀測軌檢設(shè)備上的反射棱鏡，獲取反射棱鏡的三維坐標，然后再結(jié)合軌檢設(shè)備采集的軌距、超高等信息，解算得到軌檢設(shè)備當前所處位置的軌道三維坐標。

在上述第二步的數(shù)據(jù)采集過程中，全站儀保持不動，軌檢設(shè)備也保持不動；當一個點的數(shù)據(jù)采集完成后，推動軌檢設(shè)備到軌道上的下一個點，再次進行數(shù)據(jù)采集；重復(fù)上述過程，則可以得到關(guān)于軌道的數(shù)據(jù)序列，然后可以進行軌道平順性分析。

現(xiàn)有技術(shù)中的上述軌道檢測技術(shù)的優(yōu)點是精度高，能夠獲取軌道的內(nèi)外部幾何狀態(tài)信息(軌距、超高、扭曲、長短波平順性、三維坐標等)，但其缺點是：靜態(tài)數(shù)據(jù)采集導(dǎo)致作業(yè)效率低下，而且維持全站儀較高測量精度的使用條件也較為苛刻(例如，整平、大氣穩(wěn)定、溫度適中等因素)，從而進一步降低了作業(yè)效率。

因此，現(xiàn)有技術(shù)中還提出了一些動態(tài)軌道檢測技術(shù)。例如：

1、動態(tài)軌道檢測技術(shù)之一：將陀螺儀安裝在軌檢設(shè)備上，實現(xiàn)軌檢設(shè)備在軌道上運動時其姿態(tài)變化情況的測量，然后基于三軸姿態(tài)(俯仰、橫滾、航向)及里程、軌距等測量值，解算軌道的內(nèi)部幾何參數(shù)(例如，超高、扭曲、長短波平順性等)。該軌道檢測技術(shù)的優(yōu)點是不需要使用全站儀、能夠進行動態(tài)測量、作業(yè)效率高，而缺點則是：不能測量軌道的外部幾何參數(shù)(三維空間坐標)，不能將軌道測量數(shù)據(jù)用于有砟軌道搗固車搗固作業(yè)。

2、動態(tài)軌道檢測技術(shù)之二：在授權(quán)公告號為cn103207403b的中國專利中，公開了一種慣性測量技術(shù)與全球定位系統(tǒng)(gps，globalpositioningsystem)衛(wèi)星測量技術(shù)相組合的軌道動態(tài)檢測方法，并制定了一套數(shù)據(jù)處理方案。該方法使用雙gps天線構(gòu)成的短基線測量值來校準慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的俯仰及航向測量值，通過數(shù)據(jù)離線處理得到軌道的軌向及高低不平順。該方法的主要缺點有如下幾點：

1)、該方法對左右鋼軌單獨進行測量，不能檢測軌距、超高等項目；

2)、該方法需要使用gps測量數(shù)據(jù)用于校準，因此不能解決長大隧道中g(shù)ps信號缺失情況下的慣導(dǎo)校準數(shù)據(jù)的來源問題；

3)、該方法的絕對位置坐標依賴于gps測量及慣導(dǎo)系統(tǒng)的位置積分，精度難以滿足高速鐵路軌道測量對位置精度的要求。

3、動態(tài)軌道檢測技術(shù)之三：在授權(quán)公告號為cn103343498b的中國專利中，公開了一種慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(gnss，globalnavigationsatellitesystem)相組合的軌道動態(tài)檢測方法。該方法解決了軌距及超高的測量問題，同時擴展了衛(wèi)星測量范圍，兼容美國的gps、俄羅斯的格洛納斯(glonass)、中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(bds，beidounavigationsatellitesystem，bds)等主要的導(dǎo)航系統(tǒng)，采用事后動態(tài)差分定位算法進行g(shù)nss數(shù)據(jù)解算，結(jié)合慣導(dǎo)數(shù)據(jù)組合解算得到軌道平順性。該方法的主要缺點為：

1)、未能解決長大隧道中g(shù)nss信號缺失情況下的軌道測量問題；

2)、軌道絕對定位精度未能達到高速鐵路測量所要求的毫米級精度。

針對第一個缺點，在公開號為cn103821054a的中國專利中，公開了一種改進方案，該方案在長大隧道中g(shù)nss信號缺失時，基于6-8個軌道控制網(wǎng)(cpiii，controlpointiii)的控制點的自由設(shè)站法進行全站儀的設(shè)站及定向，然后采用全站儀觀測數(shù)據(jù)與慣導(dǎo)數(shù)據(jù)相組合解算軌道的平順性。該方法僅是作為gnss信號缺失時的一種補充，仍然未能解決軌道絕對位置測量精度的問題，且在隧道中每隔30s左右進行一次6-8個cpiii點的自由設(shè)站操作，也極大地影響了軌道測量效率。

綜上可知，現(xiàn)有技術(shù)中的軌道檢測技術(shù)未能很好地平衡軌道檢測絕對精度與檢測效率之間的矛盾。其中的靜態(tài)軌道檢測技術(shù)的精度高，但效率低；而動態(tài)軌道檢測技術(shù)的效率高，但絕對位置精度低。但是，恰好是軌道絕對位置檢測數(shù)據(jù)對于軌道維護具有重要作用，不可缺少。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種軌道動態(tài)測量系統(tǒng)及方法，從而可以在保證軌道絕對測量精度的前提下，大大提高軌道測量效率，避免gnss信號在長大隧道中缺失且測量精度不滿足使用要求的問題，實現(xiàn)軌道動態(tài)測量精度與效率的平衡。

本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實現(xiàn)的：

一種軌道動態(tài)測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：縱梁、橫梁、全站儀、控制器、慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器；

所述縱梁沿一根鋼軌的延伸方向設(shè)置；所述縱梁的兩端的下方設(shè)置有至少兩個與鋼軌頂面接觸的走行輪以及兩個與鋼軌內(nèi)側(cè)面接觸的測量輪；所述測量輪用于為軌距測量提供基準；

所述橫梁的一端與所述縱梁垂直連接，所述橫梁的另一端的下方設(shè)置有至少一個與另一根鋼軌頂面接觸的走行輪以及一個與另一根鋼軌內(nèi)側(cè)面接觸的軌距傳感器；

所述控制器設(shè)置在所述橫梁的頂部，用于當所述軌道動態(tài)測量系統(tǒng)靜止時，向所述全站儀發(fā)送觀測指令；當所述軌道動態(tài)測量系統(tǒng)運動時，向所述慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器發(fā)送測量指令，并對慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器進行時間同步控制；還用于根據(jù)所接收的控制點觀測值、空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)、軌距測量值和里程測量值，解算得到兩根鋼軌的軌道內(nèi)外部幾何狀態(tài)信息以及與設(shè)計線位相比較的偏差信息；

所述全站儀設(shè)置在所述縱梁的頂部，用于根據(jù)接收到的觀測指令，觀測距離最近的軌道控制網(wǎng)cpiii的控制點上的反射棱鏡并獲取控制點觀測值；將所述控制點觀測值傳輸給所述控制器；

所述慣性導(dǎo)航裝置設(shè)置在所述橫梁的頂部，用于根據(jù)接收到的測量指令，在預(yù)定的時間點測量得到其所在位置的空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)，并將測量得到的空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)傳輸給所述控制器；

所述軌距傳感器，用于根據(jù)接收到的測量指令，在預(yù)定的時間點測量兩根鋼軌之間的軌距，并將軌距測量值傳輸給所述控制器；

所述里程傳感器設(shè)置在所述橫梁靠近所述軌距傳感器的一端，用于根據(jù)接收到的測量指令，在預(yù)定的時間點進行里程測量，并將里程測量值傳輸給所述控制器。

較佳的，所述控制器還包括：數(shù)據(jù)同步采集板和計算單元；

所述數(shù)據(jù)同步采集板，用于當所述軌道動態(tài)測量系統(tǒng)靜止時，向所述全站儀發(fā)送觀測指令；當所述軌道動態(tài)測量系統(tǒng)運動時，向所述慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器發(fā)送測量指令，并對慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器進行時間同步控制，并將所接收的控制點觀測值、空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)、軌距測量值和里程測量值傳輸給所述計算單元；

所述計算單元，用于根據(jù)所接收的控制點觀測值、空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)、軌距測量值和里程測量值，解算得到兩根鋼軌的軌道內(nèi)外部幾何狀態(tài)信息以及與設(shè)計線位相比較的偏差信息。

較佳的，所述軌道內(nèi)外部幾何狀態(tài)信息包括：

左右軌平面坐標、左右軌高程、軌距、超高、扭曲、長短波軌向平順性和長短波高低平順性。

較佳的，所述橫梁的一端通過法蘭盤與所述縱梁垂直連接。

較佳的，所述控制點觀測值包括：

斜距、水平角、高度角、北坐標、東坐標和高程。

較佳的，所述控制點觀測值通過藍牙通信傳輸給所述控制器。

較佳的，所述測量輪與鋼軌內(nèi)側(cè)面的接觸點位于鋼軌頂面以下16mm處。

較佳的，所述軌道動態(tài)測量系統(tǒng)還進一步包括：電源；

所述電源，用于為所述軌道動態(tài)測量系統(tǒng)供電。

本發(fā)明還提供了一種軌道動態(tài)測量方法，該方法包括如下步驟：

a、將軌道動態(tài)測量系統(tǒng)設(shè)置在待測的一對鋼軌上，并將軌道動態(tài)測量系統(tǒng)推行至軌道控制網(wǎng)cpiii的一個控制點附近后靜止；

b、在距離最近的控制點上設(shè)置反射棱鏡，軌道動態(tài)測量系統(tǒng)中的控制器向設(shè)置在軌道動態(tài)測量系統(tǒng)的頂部的全站儀發(fā)送觀測指令；

c、全站儀根據(jù)接收到的觀測指令，觀測距離最近的控制點上的反射棱鏡并獲取控制點觀測值；將所述控制點觀測值傳輸給所述控制器；

d、判斷所述距離最近的控制點是否為最后一個控制點，如果是，則執(zhí)行步驟j；否則，執(zhí)行步驟e；

e、驅(qū)動所述軌道動態(tài)測量系統(tǒng)沿待測軌道向下一個控制點前進，控制器向設(shè)置在軌道動態(tài)測量系統(tǒng)上的慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器發(fā)送測量指令，并對慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器進行時間同步控制；

f、慣性導(dǎo)航裝置根據(jù)接收到的測量指令，在預(yù)定的時間點測量得到其所在位置的空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)，并將測量得到的空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)傳輸給所述控制器；

g、軌距傳感器根據(jù)接收到的測量指令，在預(yù)定的時間點測量兩根鋼軌之間的軌距，并將軌距測量值傳輸給所述控制器；

h、里程傳感器根據(jù)接收到的測量指令，在預(yù)定的時間點進行里程測量，并將里程測量值傳輸給所述控制器；

i、軌道動態(tài)測量系統(tǒng)推行至下一個控制點附近后靜止，返回執(zhí)行步驟b；

j、控制器根據(jù)所接收的控制點觀測值、空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)、軌距測量值和里程測量值，解算得到兩根鋼軌的軌道內(nèi)外部幾何狀態(tài)信息以及與設(shè)計線位相比較的偏差信息。

如上可見，在本發(fā)明中的軌道動態(tài)測量系統(tǒng)及方法中，由于在縱梁和橫梁上分別設(shè)置了全站儀和慣性導(dǎo)航裝置，另外還在縱梁和橫梁上分別設(shè)置了控制器、軌距傳感器和里程傳感器，因此，在進行軌道的動態(tài)檢測時，可以推動該軌道動態(tài)測量系統(tǒng)沿待測軌道前進，移動到軌道控制網(wǎng)(cpiii)的某一個控制點附近后靜止，此時，控制器可以控制全站儀觀測該控制點上的反射棱鏡并獲取該處的控制點觀測值；測量完成后，繼續(xù)推動該軌道動態(tài)測量系統(tǒng)沿待測軌道前進；在運動過程中，控制器則可以控制慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器分別進行測量，并分別得到空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)、軌距測量值和里程測量值。當軌道動態(tài)測量系統(tǒng)運動到下一個控制點附近時靜止，再次進行全站儀觀測，全站儀、慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器分別在軌道動態(tài)測量系統(tǒng)的靜止狀態(tài)下和運動狀態(tài)下進行測量，并由控制器記錄、存儲觀測數(shù)據(jù)；依次類推，直到完成待檢軌道及所有預(yù)設(shè)數(shù)量的控制點的檢測。當所有的測量工作完成之后，控制器即可根據(jù)其所記錄的各個控制點觀測值、空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)、軌距測量值和里程測量值，解算得到兩根鋼軌的軌道內(nèi)外部幾何狀態(tài)信息以及與設(shè)計線位相比較的偏差信息，完成對軌道的動態(tài)檢測。

在本發(fā)明的技術(shù)方案中，由于采用了慣性導(dǎo)航裝置與智能型全站儀相結(jié)合的軌道動態(tài)測量技術(shù)，因此可以在保證軌道絕對測量精度優(yōu)于5mm的前提下，大幅度地提高軌道測量效率，例如，測量速度可達3km/h，優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)中已公布的軌道動態(tài)測量方案。而且，由于本發(fā)明的技術(shù)方案中所采用的是高速鐵路全線統(tǒng)一的cpiii控制網(wǎng)作為軌道絕對測量的三維控制基準，因此避免了gnss信號在長大隧道中缺失且測量精度不滿足使用要求的問題；另外，本發(fā)明的技術(shù)方案中采用了慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器等高速傳感器實現(xiàn)對軌道的動態(tài)測量，并通過數(shù)據(jù)同步采集機制實現(xiàn)了多源傳感器數(shù)據(jù)采集的時間同步；此外，本發(fā)明的技術(shù)方案中還可采用多種有效的數(shù)據(jù)處理方法進行動態(tài)數(shù)據(jù)處理，獲得軌道所有的內(nèi)外部幾何狀態(tài)信息及與設(shè)計線位的偏差信息；還可采用多種數(shù)據(jù)輸出方式，以滿足現(xiàn)場對數(shù)據(jù)的使用要求。所以，通過使用本發(fā)明中的軌道動態(tài)測量系統(tǒng)和方法，實現(xiàn)了軌道動態(tài)測量精度與效率的平衡，解決高速鐵路軌道測量的效率與精度的兼顧問題，滿足了當前高速鐵路對軌道測量技術(shù)的需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中的軌道動態(tài)測量系統(tǒng)的俯視圖。

圖2為本發(fā)明實施例中的軌道動態(tài)測量系統(tǒng)的正視圖。

圖3為本發(fā)明實施例中的軌道動態(tài)測量方法的流程示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例中的數(shù)據(jù)采集時序示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實施例，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

圖1為本發(fā)明實施例中的軌道動態(tài)測量系統(tǒng)的俯視圖，圖2為本發(fā)明實施例中的軌道動態(tài)測量系統(tǒng)的正視圖。如圖1和圖2所示，本發(fā)明實施例中的可以設(shè)置在一對鋼軌上的軌道動態(tài)測量系統(tǒng)包括：縱梁11、橫梁12、全站儀13、控制器14、慣性導(dǎo)航裝置15、軌距傳感器16和里程傳感器17；

所述縱梁沿一根鋼軌21的延伸方向設(shè)置；所述縱梁的兩端的下方設(shè)置有至少兩個與鋼軌頂面接觸的走行輪23以及兩個與鋼軌內(nèi)側(cè)面接觸的測量輪24；所述測量輪用于為軌距測量提供基準；

所述橫梁的一端與所述縱梁垂直連接，所述橫梁的另一端的下方設(shè)置有至少一個與另一根鋼軌頂面接觸的走行輪以及一個與另一根鋼軌22內(nèi)側(cè)面接觸的軌距傳感器；

所述控制器設(shè)置在所述橫梁的頂部，用于當所述軌道動態(tài)測量系統(tǒng)靜止時，向所述全站儀發(fā)送觀測指令；當所述軌道動態(tài)測量系統(tǒng)運動時，向所述慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器發(fā)送測量指令，并對慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器進行時間同步控制；還用于根據(jù)所接收的控制點觀測值、空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)、軌距測量值和里程測量值，解算得到兩根鋼軌的軌道內(nèi)外部幾何狀態(tài)信息以及與設(shè)計線位相比較的偏差信息；

所述全站儀設(shè)置在所述縱梁的頂部，用于根據(jù)接收到的觀測指令，觀測距離最近的軌道控制網(wǎng)cpiii的控制點上的反射棱鏡并獲取控制點觀測值；將所述控制點觀測值傳輸給所述控制器；

所述慣性導(dǎo)航裝置設(shè)置在所述橫梁的頂部，用于根據(jù)接收到的測量指令，在預(yù)定的時間點測量得到其所在位置的空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)，并將測量得到的空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)傳輸給所述控制器；

所述軌距傳感器，用于根據(jù)接收到的測量指令，在預(yù)定的時間點測量兩根鋼軌之間的軌距，并將軌距測量值傳輸給所述控制器；

所述里程傳感器設(shè)置在所述橫梁靠近所述軌距傳感器的一端，用于根據(jù)接收到的測量指令，在預(yù)定的時間點進行里程測量，并將里程測量值傳輸給所述控制器。

根據(jù)上述的軌道動態(tài)測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可知，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，在縱梁和橫梁上分別設(shè)置了全站儀和慣性導(dǎo)航裝置，另外還分別設(shè)置了控制器、軌距傳感器和里程傳感器。因此，在進行軌道的動態(tài)檢測時，可以推動該軌道動態(tài)測量系統(tǒng)沿待測軌道前進，移動到cpiii的某一個控制點附近后靜止，此時，控制器可以控制全站儀觀測該控制點上的反射棱鏡并獲取該處的控制點觀測值；測量完成后，繼續(xù)推動該軌道動態(tài)測量系統(tǒng)沿待測軌道前進；在運動過程中，控制器則可以控制慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器分別進行測量，并分別得到空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)、軌距測量值和里程測量值。當軌道動態(tài)測量系統(tǒng)運動到下一個控制點附近時靜止，再次進行全站儀觀測。全站儀、慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器分別在軌道動態(tài)測量系統(tǒng)的靜止狀態(tài)下和運動狀態(tài)下進行測量，并由控制器記錄、存儲觀測數(shù)據(jù)；依次類推，直到完成待檢軌道及所有預(yù)設(shè)數(shù)量的控制點的檢測。當所有的測量工作完成之后，控制器即可根據(jù)其所記錄的各個控制點觀測值、空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)、軌距測量值和里程測量值，解算得到兩根鋼軌的軌道內(nèi)外部幾何狀態(tài)信息以及與設(shè)計線位相比較的偏差信息，完成對軌道的動態(tài)檢測。

另外，較佳的，在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述控制器還可包括：數(shù)據(jù)同步采集板和計算單元；

所述數(shù)據(jù)同步采集板，用于當所述軌道動態(tài)測量系統(tǒng)靜止時，向所述全站儀發(fā)送觀測指令；當所述軌道動態(tài)測量系統(tǒng)運動時，向所述慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器發(fā)送測量指令，并對慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器進行時間同步控制，并將所接收的控制點觀測值、空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)、軌距測量值和里程測量值傳輸給所述計算單元；

所述計算單元，用于根據(jù)所接收的控制點觀測值、空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)、軌距測量值和里程測量值，解算得到兩根鋼軌的軌道內(nèi)外部幾何狀態(tài)信息以及與設(shè)計線位相比較的偏差信息。

另外，較佳的，在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述軌道內(nèi)外部幾何狀態(tài)信息可以包括：左右軌平面坐標、左右軌高程、軌距、超高、扭曲、長短波軌向平順性和長短波高低平順性等信息。

此外，較佳的，在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述橫梁的一端通過法蘭盤25與所述縱梁垂直連接。

因此，在上道作業(yè)時，可以通過所述法蘭盤將縱梁和橫梁連接在一起作為一個整體；而在作業(yè)完畢后，則可以將其拆分，從而便于安放及運輸。

另外，較佳的，在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述控制點觀測值可以包括：斜距、水平角、高度角、北坐標和東坐標和高程等數(shù)值。

另外，較佳的，在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述控制點觀測值可以通過藍牙通信傳輸給所述控制器。

此外，較佳的，在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述全站儀還可用于根據(jù)接收到的觀測指令，與距離最近的軌道控制網(wǎng)cpiii的控制點上的反射棱鏡進行目標自動照準，向所述反射棱鏡發(fā)送測量光束(例如，可見激光束或紅外光束)，并接收被所述反射棱鏡的反射表面反射的反射光束，進而計算得到控制點觀測值，例如，所述全站儀與所述反射棱鏡的反射表面之間的觀測距離、斜距、水平角、高度角、北坐標、東坐標和高程等數(shù)值。

另外，較佳的，在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述測量輪與鋼軌內(nèi)側(cè)面的接觸點位于鋼軌頂面以下16mm處，可以用于為軌距測量提供基準。

另外，較佳的，在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述軌道動態(tài)測量系統(tǒng)還可以進一步包括：電源18；

所述電源18，用于為所述軌道動態(tài)測量系統(tǒng)供電。

此外，根據(jù)上述的軌道動態(tài)測量系統(tǒng)，本發(fā)明中還提供了一種軌道動態(tài)測量方法。

圖3為本發(fā)明實施例中的軌道動態(tài)測量方法的流程示意圖。如圖3所示，本發(fā)明實施例中的軌道動態(tài)測量方法可以包括如下所述的步驟：

步驟301，將軌道動態(tài)測量系統(tǒng)設(shè)置在待測的一對鋼軌上，并將軌道動態(tài)測量系統(tǒng)推行至cpiii的一個控制點附近后靜止。

在本發(fā)明的技術(shù)方案中，軌道線路的兩旁同步建設(shè)有點對形式的cpiii(這也是我國高速鐵路的建設(shè)要求)，因此，一般情況下，軌道兩旁每隔約50-60米就設(shè)置有一對控制點。由于cpiii具有全線路統(tǒng)一的三維坐標基準，且每個控制點都具有高精度的三維坐標，因此各個控制點是用于軌道測量及控制的絕佳參考點。

因此，在本步驟中，可以先將軌道動態(tài)測量系統(tǒng)按照要求組織完畢后，設(shè)置在待測的一對鋼軌上，然后推動該軌道動態(tài)測量系統(tǒng)前進至cpiii的一個控制點附近后靜止。

步驟302，在距離最近的控制點上設(shè)置反射棱鏡，軌道動態(tài)測量系統(tǒng)中的控制器向設(shè)置在軌道動態(tài)測量系統(tǒng)的頂部的全站儀發(fā)送觀測指令。

步驟303，全站儀根據(jù)接收到的觀測指令，觀測距離最近的控制點上的反射棱鏡并獲取控制點觀測值；將所述控制點觀測值傳輸給所述控制器。

通過上述的步驟302和303，即可獲得該距離最近的控制點的觀測值。此時，雖然軌道動態(tài)測量系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)，但是慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器仍然處于工作狀態(tài)，但不進行數(shù)據(jù)采集。

在上述的步驟302和303中，在上述全站儀的觀測過程中，軌道動態(tài)測量系統(tǒng)將停留在軌道上保持靜止。上述的全站儀在觀測時，可以將望遠鏡視線方向大致瞄準cpiii控制點上的反射棱鏡，即可利用全站儀的目標自動照準功能完成觀測，節(jié)省了現(xiàn)有技術(shù)中全站儀需要整平后才能觀測的整平步驟，使得整個觀測過程的持續(xù)時間可以不超過25s，從而大大提高了觀測效率，節(jié)約了測量時間。

步驟304，判斷所述距離最近的控制點是否為最后一個控制點，如果是，則執(zhí)行步驟310；否則，執(zhí)行步驟305；

步驟305，驅(qū)動所述軌道動態(tài)測量系統(tǒng)沿待測軌道向下一個控制點前進，控制器向設(shè)置在軌道動態(tài)測量系統(tǒng)上的慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器發(fā)送測量指令，并對慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器進行時間同步控制。

在本步驟中，當所述軌道動態(tài)測量系統(tǒng)運動時，全站儀將停止工作，控制器將向所述慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器發(fā)送測量指令，并對慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器進行時間同步控制。

其中，通過上述的時間同步控制，可以使得慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器在進行數(shù)據(jù)采集(即測量)時，各個測量操作之間的時間差足夠小，以保證同一組測量數(shù)據(jù)在空間上指向鋼軌的同一個位置，從而可以保證最終測量結(jié)果的準確性和精度。

步驟306，慣性導(dǎo)航裝置根據(jù)接收到的測量指令，在預(yù)定的時間點測量得到其所在位置的空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)，并將測量得到的空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)傳輸給所述控制器。

在本發(fā)明的技術(shù)方案中，由于慣性導(dǎo)航裝置與載體(即上述的軌道動態(tài)測量系統(tǒng))固連，將隨著載體的運動而運動，因此能夠準確的反應(yīng)載體在運動狀態(tài)下的空間三維姿態(tài)變化，并進行高頻率(例如，大于100hz)的空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)輸出。所輸出的空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)可以被所述控制器獲取并存儲下來。由于所述的軌道動態(tài)測量系統(tǒng)是在軌道上運動，載體的空間三維姿態(tài)的變化是由軌道在里程方向的三維空間位置的變化所引起的，因此慣性導(dǎo)航裝置所測量的空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)，所反映的就是軌道在里程方向的三維空間中位置變化。

步驟307，軌距傳感器根據(jù)接收到的測量指令，在預(yù)定的時間點測量兩根鋼軌之間的軌距，并將軌距測量值傳輸給所述控制器。

步驟308，里程傳感器根據(jù)接收到的測量指令，在預(yù)定的時間點進行里程測量，并將里程測量值傳輸給所述控制器。

另外，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，上述的步驟306～308可以是同步進行的，也可以是根據(jù)測量指令按照預(yù)設(shè)執(zhí)行順序和執(zhí)行時間順序執(zhí)行的。

例如，較佳的，圖4為本發(fā)明實施例中的數(shù)據(jù)采集時序示意圖，如圖4所示，控制器(或者控制器中的數(shù)據(jù)同步采集板)可以在t1時刻向全站儀發(fā)送觀測指令，全站儀根據(jù)該觀測指令獲取距離最近的控制點的控制點觀測值；將所述控制點觀測值傳輸給所述控制器，該觀測過程將于t2時刻結(jié)束。在t1～t2這段時間內(nèi)，慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器處于工作狀態(tài)，但不進行數(shù)據(jù)采集。

在t2時刻，軌道動態(tài)測量系統(tǒng)沿待測軌道向下一個控制點前進，控制器向慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器發(fā)送測量指令。

在本發(fā)明的技術(shù)方案中，慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器等傳感器均為高速傳感器。例如，較佳的，在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述慣性導(dǎo)航裝置內(nèi)部的陀螺儀和加速度計等敏感器件響應(yīng)速度很快，慣性導(dǎo)航裝置中的系統(tǒng)處理器為高速dsp處理器，與外部通信采用高速異步串口或can總線，因而測量系統(tǒng)響應(yīng)速度很快。再例如，較佳的，在本發(fā)明的一個具體實施例中，軌距傳感器可以是磁致伸縮位移傳感器，其接口采用高速同步串行接口(ssi)，借助專用ssi協(xié)議解析芯片ssi208p，可以實現(xiàn)軌距傳感器的實時數(shù)據(jù)讀取。再例如，較佳的，在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述里程傳感器可以是采用正交編碼脈沖方式的增量光電編碼器，因此可以借助采集計算機(即控制器)的正交編碼(qep)功能模塊實現(xiàn)對編碼器的無縫實時數(shù)據(jù)解析。

因此，在控制器中的數(shù)據(jù)同步采集板的控制下，可以對上述的慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器進行高速采樣，于t3時刻完成一輪數(shù)據(jù)采集，使t2～t3的時間差小于100ms，從而可以確保各傳感器之間的時間誤差。所以，在軌道動態(tài)測量系統(tǒng)被沿著軌道推行的過程中，可以由控制器中的數(shù)據(jù)同步采集板自動接收慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器連續(xù)測量得到的測量數(shù)據(jù)并存儲，從而完成對軌道的動態(tài)測量。

步驟309，軌道動態(tài)測量系統(tǒng)推行至下一個控制點附近后靜止，返回執(zhí)行步驟302；

步驟310，控制器根據(jù)所接收的控制點觀測值、空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)、軌距測量值和里程測量值，解算得到兩根鋼軌的軌道內(nèi)外部幾何狀態(tài)信息以及與設(shè)計線位相比較的偏差信息。

例如，較佳的，在本發(fā)明的一個具體實施例中，可以根據(jù)所接收的控制點觀測值、空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)、軌距測量值和里程測量值，采用卡爾曼濾波(kalmanfilter)、希爾伯特-黃變換(hht，hilbert-huangtransform)等數(shù)據(jù)處理方法，經(jīng)解算得到軌道的左右軌平面坐標、左右軌高程、軌距、超高、扭曲、長短波軌向平順性、長短波高低平順性等一系列軌道內(nèi)外部幾何狀態(tài)信息及與設(shè)計線位相比較的偏差信息。

另外，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，上述的軌道內(nèi)外部幾何狀態(tài)信息可以以多種形式的報表導(dǎo)出，以滿足線路養(yǎng)護維修對數(shù)據(jù)的使用需要。其中，最為重要的一種數(shù)據(jù)導(dǎo)出，是利用軌道動態(tài)測量系統(tǒng)與搗固車的數(shù)據(jù)接口技術(shù)，將軌道實際位置與設(shè)計線位相比較而得到的平面偏差及高程偏差等信息輸出，從而可以指導(dǎo)搗固車按照軌道檢測數(shù)據(jù)進行線路的搗固作業(yè)，實現(xiàn)在數(shù)據(jù)引導(dǎo)下的線路養(yǎng)護維修作業(yè)模式。

通過上述的步驟301～310，即可完成對軌道的動態(tài)檢測。

在上述的步驟306中，通過慣性導(dǎo)航裝置測量得到了其所在位置的空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)，并將測量得到的空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)傳輸給所述控制器。

通過上述慣性導(dǎo)航裝置測量得到的數(shù)據(jù)的一個顯著特征就是隨著時間的推移，數(shù)據(jù)將呈現(xiàn)一種發(fā)散狀態(tài)。不管是空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)還是經(jīng)過對時間的二次積分而得到的空間三維位置數(shù)據(jù)，都具有這種特征。

為了解決這個問題，現(xiàn)有技術(shù)中一般是利用gnss動態(tài)觀測數(shù)據(jù)融合慣導(dǎo)測量值進行組合解算，從而有效控制三維姿態(tài)及位置數(shù)據(jù)的發(fā)散問題。但是，三維位置精度的上限為gnss的動態(tài)測量精度。在現(xiàn)有技術(shù)中，單點gnss動態(tài)測量的方法有動態(tài)差分定位(rtk)、精密單點定位(ppp)、單點定位(spp)等，在數(shù)據(jù)處理方面又有在線解算及事后解算兩種方式，并可利用連續(xù)運行參考站(cors)的數(shù)據(jù)來進一步提高解算精度。然而，當前的現(xiàn)有技術(shù)中的所有上述gnss動態(tài)測量方式的三維位置精度均達不到5mm的量級，因此也就從根本上決定了gnss與慣導(dǎo)相組合的測量方式不能為軌道維護提供足夠精度的空間三維位置信息。

而在本發(fā)明的技術(shù)方案中，是采用了智能型全站儀觀測鐵路軌道兩旁的cpiii控制點來為整個軌道動態(tài)測量系統(tǒng)提供絕對位置基準，且不論隧道內(nèi)與隧道外都可采用這種方式而不受環(huán)境的限制。由于根據(jù)我國高速鐵路建設(shè)要求，軌道線路的兩旁都同步建設(shè)有點對形式的cpiii，軌道兩旁每隔約50-60米就設(shè)置有一對控制點，而且cpiii具有全線路統(tǒng)一的三維坐標基準，且每個點都具有高精度的三維坐標，因此，將全站儀觀測cpiii控制點的控制點觀測值與慣性導(dǎo)航裝置測得的空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)相融合，經(jīng)組合解算即可得到軌道的空間三維坐標，而且測量精度優(yōu)于5毫米，完全能夠滿足有砟高速鐵路線路搗固作業(yè)對軌道測量數(shù)據(jù)的精度要求。而且，在此基礎(chǔ)上通過分析軌道的軌向、高低等平順性指標，還可進一步得到軌道更為精細的調(diào)整量，并為無砟軌道的扣件精調(diào)服務(wù)。

綜上所述，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，由于在縱梁和橫梁上分別設(shè)置了全站儀和慣性導(dǎo)航裝置，另外還在縱梁和橫梁上分別設(shè)置了控制器、軌距傳感器和里程傳感器，因此，在進行軌道的動態(tài)檢測時，可以推動該軌道動態(tài)測量系統(tǒng)沿待測軌道前進，移動到cpiii的某一個控制點附近后靜止，此時，控制器可以控制全站儀觀測該控制點上的反射棱鏡并獲取該處的控制點觀測值；測量完成后，繼續(xù)推動該軌道動態(tài)測量系統(tǒng)沿待測軌道前進；在運動過程中，控制器則可以控制慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器分別進行測量，并分別得到空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)、軌距測量值和里程測量值。當軌道動態(tài)測量系統(tǒng)運動到下一個控制點附近時靜止，再次進行全站儀觀測，全站儀、慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器分別在軌道動態(tài)測量系統(tǒng)的靜止狀態(tài)下和運動狀態(tài)下進行測量，并由控制器記錄、存儲觀測數(shù)據(jù)；依次類推，直到完成待檢軌道及所有預(yù)設(shè)數(shù)量的控制點的檢測。當所有的測量工作完成之后，控制器即可根據(jù)其所記錄的各個控制點觀測值、空間三維姿態(tài)數(shù)據(jù)、軌距測量值和里程測量值，解算得到兩根鋼軌的軌道內(nèi)外部幾何狀態(tài)信息以及與設(shè)計線位相比較的偏差信息，完成對軌道的動態(tài)檢測。

因此，本發(fā)明的技術(shù)方案實際上是一種采用慣性導(dǎo)航裝置與智能型全站儀相結(jié)合的軌道動態(tài)測量技術(shù)，可以在保證軌道絕對測量精度優(yōu)于5mm的前提下，大幅度地提高軌道測量效率，例如，測量速度可達3km/h，優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)中已公布的軌道動態(tài)測量方案。而且，由于本發(fā)明的技術(shù)方案中所采用的是高速鐵路全線統(tǒng)一的cpiii作為軌道絕對測量的三維控制基準，因此避免了gnss信號在長大隧道中缺失且測量精度不滿足使用要求的問題；另外，本發(fā)明的技術(shù)方案中采用了慣性導(dǎo)航裝置、軌距傳感器和里程傳感器等高速傳感器實現(xiàn)對軌道的動態(tài)測量，并通過數(shù)據(jù)同步采集機制實現(xiàn)了多源傳感器數(shù)據(jù)采集的時間同步；此外，本發(fā)明的技術(shù)方案中還可采用多種有效的數(shù)據(jù)處理方法進行動態(tài)數(shù)據(jù)處理，獲得軌道所有的內(nèi)外部幾何狀態(tài)信息及與設(shè)計線位的偏差信息；還可采用多種數(shù)據(jù)輸出方式，以滿足現(xiàn)場對數(shù)據(jù)的使用要求。所以，通過使用本發(fā)明中的軌道動態(tài)測量系統(tǒng)和方法，實現(xiàn)了軌道動態(tài)測量精度與效率的平衡，解決高速鐵路軌道測量的效率與精度的兼顧問題，滿足了當前高速鐵路對軌道測量技術(shù)的需求。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護的范圍之內(nèi)。