一種高鐵測量用慣性定位定向裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高鐵測量用慣性定位定向裝置及方法。裝置包括：T字型檢測車、位于其上的光纖慣導(dǎo)測量組件、里程計(jì)、軌道尺、定位針以及計(jì)算機(jī)。方法為：測量前，先以CPII點(diǎn)間距離為參考長度確定待測鐵軌路段，并在地面上選取參考點(diǎn)，利用這兩個(gè)參考點(diǎn)建立測量坐標(biāo)系；測量時(shí)，首先對光纖慣導(dǎo)進(jìn)行自標(biāo)定和精對準(zhǔn)，然后在起點(diǎn)獲取起點(diǎn)定位信息，接著推行小車并獲取小車軌跡相關(guān)參數(shù)信息，到達(dá)終點(diǎn)后獲取終點(diǎn)定位信息。到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，還對光纖慣導(dǎo)在此精對準(zhǔn)，并依據(jù)精對準(zhǔn)結(jié)果以及獲取的參數(shù)信息完成軌道閉環(huán)測量。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)長距離、高效率、高精度的高鐵軌道安全檢測，減少對控制網(wǎng)CPIII的依賴，易于操作使用和維護(hù)保養(yǎng)。
【專利說明】一種高鐵測量用慣性定位定向裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及軌道安全檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高鐵測量用慣性定位定向裝置及方法，尤其適用于高速鐵路的軌道安全檢測。
【背景技術(shù)】
[0002]高速鐵路的鐵軌會(huì)因?yàn)殚L期使用、氣溫變化、路基沉降等原因而發(fā)生一些改變；檢測這些改變，并將這些參數(shù)控制在足夠的精度范圍內(nèi)，才能保證高鐵安全、平穩(wěn)、舒適地運(yùn)
口 ο
[0003]目前公開的軌道安全檢測相關(guān)文獻(xiàn)中，一類是軌道檢測車；它是將檢測設(shè)備安裝在列車上，利用慣導(dǎo)、激光測距機(jī)、里程計(jì)、攝像頭等作為傳感器，可以監(jiān)測重載、動(dòng)態(tài)條件下的一些軌道參數(shù)，但不能解決鐵軌靜態(tài)情況下的有關(guān)參數(shù)。一類是全站儀測量法；該法首先要求在全程建立多級測量用控制控網(wǎng)，如圖1所示，而后以CPIII控制網(wǎng)為準(zhǔn)，將全站儀架在自由站點(diǎn)上，對鐵軌上離散的待測點(diǎn)進(jìn)行測量；其優(yōu)點(diǎn)是測量精度高，但缺點(diǎn)是控制網(wǎng)的建立、維護(hù)和管理體系極其龐大而昂貴，測量點(diǎn)離散且作業(yè)復(fù)雜、進(jìn)程極慢。還有一類是軌檢儀；它利用陀螺、傾角儀和里程計(jì)等作為傳感器，采用弦測法等手段，檢測與軌道平順性有關(guān)的參數(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格相對便宜，操作簡單易行，缺點(diǎn)是測量精度有限，無方位定向能力和彎道檢測能力。
[0004]總的來說，現(xiàn)有軌道安全檢測技術(shù)的缺點(diǎn)是，受GPS接收機(jī)的精度限制，定位定向能力有限；激光掃描和數(shù)碼成像屬光學(xué)類技術(shù)，使用時(shí)受諸多外部條件限制，而且只有在依托軌道控制網(wǎng)CPIII的條件下對數(shù)據(jù)進(jìn)行特殊處理才能將測量精度提升到毫米級；此外，圖像數(shù)據(jù)量龐大、快速運(yùn)動(dòng)帶來的問題是處理困難和容易失真。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種高鐵測量用慣性定位定向裝置及方法，實(shí)現(xiàn)長距離、高效率、高精度的高鐵軌道安全檢測。
[0006]一種高鐵測量用慣性定位定向裝置，其特征在于，包括:
[0007]T字型檢測車，由橫桿和縱桿構(gòu)成；
[0008]光纖慣導(dǎo)測量組件，安裝于橫桿與縱桿的交接點(diǎn)，用于測量檢測小車角速度信息和加速度信息；
[0009]里程計(jì)，安裝于T字型檢測車的三端點(diǎn)處的車輪上，用于測量車輪運(yùn)動(dòng)距離；
[0010]軌道尺，安裝于T字型檢測車的縱桿下表面，用于測量高鐵軌道寬度；
[0011]定位針，安裝于T字型檢測車的縱桿下表面，用于為光纖慣導(dǎo)測量組件提供測量基準(zhǔn)；
[0012]計(jì)算機(jī)，分別與光纖慣導(dǎo)測量組件、軌道尺和里程計(jì)電連接，用于對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算得到高鐵的相關(guān)安全參數(shù)。
[0013]進(jìn)一步地，所述光纖慣導(dǎo)測量組件包括光纖慣導(dǎo)、手搖式四位置轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)、磁屏蔽罩和磁屏蔽底座，光纖慣導(dǎo)位于手搖式四位置轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)上，光纖慣導(dǎo)和手搖式四位置轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)一起置于磁屏蔽罩和磁屏蔽底座形成的密閉腔內(nèi)。
[0014]進(jìn)一步地，所述手搖式四位置轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)動(dòng)托盤、搖桿、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和鎖位機(jī)構(gòu)，光纖慣導(dǎo)安裝于轉(zhuǎn)動(dòng)托盤上，轉(zhuǎn)動(dòng)托盤通過齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接搖桿，在搖桿驅(qū)動(dòng)下，轉(zhuǎn)動(dòng)托盤能帶動(dòng)光纖慣導(dǎo)轉(zhuǎn)動(dòng)到0°、90°、180°、270°位置上并通過鎖位機(jī)構(gòu)鎖緊，鎖緊后角度固定精度優(yōu)于20 "，其中在0°位置時(shí)光纖慣導(dǎo)的前端正對測量的前方。
[0015]進(jìn)一步地，所述光纖慣導(dǎo)包括光纖陀螺和石英加速度計(jì)，光纖陀螺在Ih內(nèi)的精度優(yōu)于0.01° /h，石英加速度計(jì)在Ih內(nèi)的精度優(yōu)于50 μ g。
[0016]進(jìn)一步地，所述T字型檢測車的三端點(diǎn)處的三個(gè)車輪直徑相同且不超過10cm，與車輪相連接的三個(gè)里程計(jì)的精度相同且不低于3600線/周。
[0017]一種高鐵安全性能測量方法，具體為:
[0018](I)在高鐵鐵路路基地面上設(shè)置標(biāo)記點(diǎn)，標(biāo)記點(diǎn)盡量與CPII點(diǎn)接近且盡量位于兩條鐵軌之間的中間位置，利用GPS定位信息確定標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)值，定位精度優(yōu)于2cm，且測距誤差小于3_ ；
[0019](2)選取兩個(gè)標(biāo)記點(diǎn)作為測量的起點(diǎn)和終點(diǎn)，建立測量坐標(biāo)系，測量坐標(biāo)系的原點(diǎn)O位于起點(diǎn)上，X軸穿過起點(diǎn)和終點(diǎn)并由起點(diǎn)指向終點(diǎn)方向；
[0020](3)將權(quán)利要求1?5任意一項(xiàng)所述的裝置放置于高鐵軌道上，定位針位于原點(diǎn)0，軌道尺頂緊兩側(cè)軌道的側(cè)面；
[0021](4)啟動(dòng)光纖慣導(dǎo)；將光纖慣導(dǎo)轉(zhuǎn)至270°位置并鎖緊，光纖慣導(dǎo)采集數(shù)據(jù)；再將光纖慣導(dǎo)轉(zhuǎn)至90°位置并鎖緊，光纖慣導(dǎo)采集數(shù)據(jù)；光纖慣導(dǎo)利用270°和90°位置采集的數(shù)據(jù)完成粗對準(zhǔn)和自標(biāo)定；自標(biāo)定完成后，光纖慣導(dǎo)繼續(xù)采集數(shù)據(jù)，利用該數(shù)據(jù)完成90°位置上的第一次精對準(zhǔn)；90°位置精對準(zhǔn)完成后，控制光纖慣導(dǎo)處于導(dǎo)航狀態(tài)；將光纖慣導(dǎo)轉(zhuǎn)至0°位置并鎖緊，光纖慣導(dǎo)采集數(shù)據(jù)并完成0°位置第一次精對準(zhǔn)，再利用90°位置精對準(zhǔn)時(shí)的采集數(shù)據(jù)以及90度轉(zhuǎn)至O度位置時(shí)采集的數(shù)據(jù)對O°位置第一次精對準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行修訂；
[0022](5)調(diào)整檢測車前后位置與定位針的左右位置，使定位針正對測量起點(diǎn)，計(jì)算機(jī)接收起點(diǎn)定位參數(shù)信息即定位針相對兩側(cè)鐵軌的距離、定位針相對測量起點(diǎn)的距離；
[0023](6)推行T字型檢測車，在推行的過程中計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)接收光纖慣導(dǎo)輸出的檢測小車角速度信息和加速度信息、里程計(jì)的距離增量信息、軌道尺輸出的軌道寬度信息，依據(jù)這些信息進(jìn)行檢測小車在軌道上軌跡相關(guān)參數(shù)計(jì)算；
[0024](7)檢測車到達(dá)終點(diǎn)，調(diào)整檢測車前后位置與定位針的左右位置，使定位針正對測量終點(diǎn)，計(jì)算機(jī)接收終點(diǎn)定位參數(shù)信息即定位針相對量側(cè)鐵軌的距離、定位針相對終點(diǎn)的距離；
[0025](8)光纖慣導(dǎo)在0°位置處進(jìn)行第二次精對準(zhǔn)；將光纖慣導(dǎo)轉(zhuǎn)動(dòng)到90°位置，進(jìn)行第二次精對準(zhǔn)，利用0°位置第二次精對準(zhǔn)時(shí)采集的數(shù)據(jù)對90°位置第二次精對準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行修正；
[0026](9)計(jì)算機(jī)依據(jù)起點(diǎn)定位參數(shù)、檢測小車在軌道上軌跡相關(guān)參數(shù)、終點(diǎn)定位參數(shù)以及90°位置第二次精對準(zhǔn)修正結(jié)果進(jìn)行軌道閉環(huán)測量。
[0027]本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在:[0028]本發(fā)明以光纖慣導(dǎo)、軌道尺、里程計(jì)等作為傳感器，實(shí)現(xiàn)了長距離、高效率、高精度的高鐵軌道參數(shù)測量。測量前，先以CPII點(diǎn)間距離為參考長度確定待測鐵軌路段，并在路段兩頭的地面上選取兩個(gè)固定點(diǎn)作為參考點(diǎn)，參考點(diǎn)盡量位于兩條鐵軌的中間位置，用高精度衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)或?qū)Ь€測量法定位這2個(gè)參考點(diǎn)的地理坐標(biāo)；測量時(shí)利用這兩個(gè)參考點(diǎn)建立測量坐標(biāo)系，本發(fā)明輸出的測量結(jié)果均已該測量坐標(biāo)系為準(zhǔn)輸出，且精度均達(dá)到毫米級水平；因?yàn)檫@些參考點(diǎn)直接依附于CP1、CPII控制網(wǎng)，從而在測量時(shí)取消了對CPIII控制網(wǎng)的依賴。
[0029]由于本發(fā)明采用了精度較高的光纖慣導(dǎo)，可以比軌檢儀提供更全面的空間角速度、加速度信息；手搖式四位置轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)不但可以屏蔽外部電磁干擾對光纖慣導(dǎo)的影響，而且輔助光纖慣導(dǎo)完成自標(biāo)定可提高其使用精度數(shù)倍，輔助光纖慣導(dǎo)完成自對準(zhǔn)可提高其自對準(zhǔn)精度數(shù)倍，有效提升了發(fā)明裝置的測量精度，因此在測量時(shí)一次就可以推行更遠(yuǎn)的距離；小直徑車輪和里程計(jì)的輔助使用有效降低了石英加速度計(jì)帶來的位移測量誤差；參考點(diǎn)的精確定位以及定位針的使用，可以使建立和使用的地面測量坐標(biāo)系更準(zhǔn)確；檢測車的T字型構(gòu)造消除了車輪懸空的隱患；3個(gè)車輪上均安裝里程計(jì)、軌道尺的使用不但使軌距測量得到保證，也解決了側(cè)滑帶來的測量誤差。
[0030]本發(fā)明不但可以取代軌檢儀、全站儀的功能，而且還能夠連續(xù)測量，提供出軌道的姿態(tài)角(俯仰、橫滾)和航向角(與地理北向夾角)；操作上非常簡單易行，效率極高；測量時(shí)無需CPIII控制網(wǎng)的輔助，測量精度與全站儀一致，且測量距離長；由于減少了 CPIII控制網(wǎng)的建立和維護(hù)，也使高鐵建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)成本大幅度降低。
[0031]測試啟動(dòng)和結(jié)束時(shí)，對光纖傳導(dǎo)進(jìn)行多角度位置的精對準(zhǔn)以及對準(zhǔn)結(jié)果修正，達(dá)到縮短對準(zhǔn)時(shí)間和提高對準(zhǔn)精度的目的。
[0032]在測量的參數(shù)上，本發(fā)明裝置可以給出軌檢儀、全站儀、傾角傳感器所有的測量參數(shù)，測量參數(shù)的精度高于軌檢儀，與全站儀相同；此外還可以給出高鐵軌道的航向角(相對于當(dāng)?shù)卣姹钡膴A角)、俯仰角、橫滾角，測量更全面。
[0033]在測量的速度上，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過利用全站儀進(jìn)行光學(xué)測量的速度；以一個(gè)全站儀光學(xué)測量為例，6小時(shí)內(nèi)最多只能檢測300m左右的鐵軌長；若利用本發(fā)明裝置，即使以最低速度進(jìn)行推行測量，6小時(shí)內(nèi)至少可以檢測3.6km以上，操作上也無需依賴CPIII控制網(wǎng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1為高鐵的多級測量用控制網(wǎng)示意圖；
[0035]圖2為本發(fā)明裝置的硬件組成示意圖；
[0036]圖3為光纖慣導(dǎo)與手搖式四位置轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的組合體構(gòu)成示意圖；
[0037]圖4為測量時(shí)建立的測量坐標(biāo)系示意圖；
[0038]圖5為作業(yè)準(zhǔn)備流程示意圖；
圖6為測試流程示意圖；
圖7為作業(yè)后處理流程；
[0039]I—檢測車，2—光纖慣導(dǎo)測量組件，3—搖桿，4—里程計(jì)，5——軌道尺，
6——定位針，7——電池，8——檢測車的手推桿，9——計(jì)算機(jī)，10——光纖慣導(dǎo)，11——磁屏蔽外罩，12——手搖式四位置轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)托盤，13——手搖式四位置轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，14——磁屏蔽底座。
【具體實(shí)施方式】
[0040]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0041]如圖2所示，本發(fā)明涉及的高鐵測量用慣性定位定向裝置包括T字型檢測車1、光纖慣導(dǎo)測量組件2、里程計(jì)4、軌道尺5、定位針6和計(jì)算機(jī)9。
[0042]T字型檢測車I由橫桿和縱桿構(gòu)成，橫桿與縱桿的交接點(diǎn)處安裝有光纖慣導(dǎo)測量組件2，T字型檢測車I的縱桿下表面安裝有軌道尺5和定位針6，T字型檢測車I的三端點(diǎn)處的車輪上安裝有里程計(jì)4。光纖慣導(dǎo)測量組件2、軌道尺5和里程計(jì)4分別與計(jì)算機(jī)9電連接。光纖慣導(dǎo)測量組件2測量小車角速度信息和加速度信息以便計(jì)算小車相對軌道的三維姿態(tài)角、速度、位移，軌道尺5測量軌道寬度，里程計(jì)4測量車輪運(yùn)動(dòng)的距離，測量的數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)9，計(jì)算機(jī)對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算得到高鐵的相關(guān)參數(shù)；定位針6用于為光纖慣導(dǎo)測量組件2提供測量基準(zhǔn)。
[0043]光纖慣導(dǎo)測量組件2包括光纖慣導(dǎo)10、手搖式四位置轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)、磁屏蔽罩11和磁屏蔽底座14 ;磁屏蔽材料可采用坡膜合金、不銹鋼、高導(dǎo)磁率非晶合金、鐵鎳合金等。手搖式四位置轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)動(dòng)托盤12、搖桿3、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和鎖位機(jī)構(gòu)。光纖慣導(dǎo)安裝于手搖式四位置轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)托盤12上，且可隨轉(zhuǎn)動(dòng)托盤12 —起轉(zhuǎn)動(dòng)、鎖緊，慣導(dǎo)固定到手搖式四位置轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)后采用標(biāo)定的方法消除安裝誤差，標(biāo)定精度優(yōu)于2 "。光纖慣導(dǎo)主要由3個(gè)光纖陀螺、3個(gè)石英加速度計(jì)、信號采集電路、嵌入式導(dǎo)航計(jì)算機(jī)構(gòu)成，光纖陀螺在Ih內(nèi)的精度優(yōu)于0.01° /h，石英加速度計(jì)在Ih內(nèi)的精度優(yōu)于50 μ g ;手搖式四位置轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)固定在檢測車一側(cè)橫梁的中心，可以帶著光纖慣導(dǎo)轉(zhuǎn)動(dòng)到0°、90°、180°、270°位置上并鎖緊，鎖緊后角度固定精度優(yōu)于20 "，其中在0°位置時(shí)光纖慣導(dǎo)的前端正對測量的前方；
[0044]軌道尺5安裝在檢測車上，其軌寬的測量精度優(yōu)于1mm，且相對與定位針6的數(shù)據(jù)是可以精確計(jì)算和測量的。
[0045]檢測車為T字型構(gòu)造，安裝的3個(gè)車輪，直徑相同且不超過10cm，目的是避免車輪直徑過大造成滾動(dòng)時(shí)偏擺過大，其中2個(gè)車輪位于同一側(cè)鐵軌上，第3個(gè)車輪位于另一側(cè)鐵軌上；與車輪相連接的3個(gè)里程計(jì)4的精度相同且不低于3600線/周，這樣不但使測量距離時(shí)當(dāng)量相同，而且即使移動(dòng)極小的距離，里程計(jì)也可以敏感到并輸出測量信號。
[0046]定位針6是一個(gè)安裝在檢測車I橫桿下方的一個(gè)針形裝置，且相對橫桿的位置可調(diào)，調(diào)整帶來的位置相對變化、定位針針尖相對地面上參考點(diǎn)的距離均可以用尺子測量出來，這樣便于在測量時(shí)對正參考點(diǎn)，提供更加準(zhǔn)確的測量基準(zhǔn)。
[0047]計(jì)算機(jī)9實(shí)時(shí)接收光纖慣導(dǎo)處理后的光纖陀螺和石英加速度計(jì)信息、3個(gè)里程計(jì)信息、軌道尺的軌寬信息，通過計(jì)算機(jī)上的軟件操作界面人工輸入2個(gè)參考點(diǎn)的定位信息、定位針的位置信息；最后利用這些信息，配合手搖式四位置轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)以及推行等動(dòng)作，在專用軟件上完成相關(guān)運(yùn)算并輸出測量結(jié)果。
[0048]如圖4:測量前，先在鐵路路基的地面上為設(shè)置一些固定點(diǎn)作為標(biāo)記點(diǎn)(圖中只畫了 2個(gè)作為示意),標(biāo)記點(diǎn)盡量與CPII點(diǎn)接近且盡量位于2條鐵軌的中間位置；標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)值(緯度、經(jīng)度、海拔)定位精度優(yōu)于2cm，且測距中誤差小于3mm，相關(guān)數(shù)據(jù)可以事先用高精度衛(wèi)星導(dǎo)航定位儀器或?qū)Ь€測量法儀器等獲取；
[0049]如圖4所示,選取2個(gè)標(biāo)記點(diǎn)作為測量的起點(diǎn)和終點(diǎn)，建立測量坐標(biāo)系,測量坐標(biāo)系的原點(diǎn)O位于起點(diǎn)上，X軸穿過起點(diǎn)和終點(diǎn)并由起點(diǎn)指向終點(diǎn)方向，Y軸位于當(dāng)?shù)厮矫鎯?nèi)并指向右側(cè)，Z軸與X軸、Y軸垂直并指向下方。
[0050]測量開始，將本發(fā)明裝置架設(shè)到高鐵鋼軌上，定位針位于原點(diǎn)O附近，確認(rèn)架設(shè)可靠，軌道尺嚴(yán)格頂緊兩側(cè)鋼軌的側(cè)面，然后轉(zhuǎn)入如圖5作業(yè)準(zhǔn)備流程；
[0051]如圖5:操作員首先通電，裝置運(yùn)行自檢程序；若發(fā)現(xiàn)不正常，就通過筆記本電腦上的軟件發(fā)出告警；若檢測正常，筆記本電腦上的軟件會(huì)提示操作員輸入待檢路段2個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)值(即緯度、經(jīng)度、海拔值，誤差<2cm);坐標(biāo)值正確輸入并確認(rèn)后，軟件會(huì)自動(dòng)建立測量坐標(biāo)系；操作員在軟件的提示下將光纖慣導(dǎo)轉(zhuǎn)至270°位置并鎖緊；確認(rèn)后操作員不動(dòng)，軟件自動(dòng)采集數(shù)據(jù)3min并將數(shù)據(jù)保存下來，而后操作員在軟件的提示下將光纖慣導(dǎo)轉(zhuǎn)至90°位置并鎖緊；確認(rèn)后操作員不動(dòng)，軟件先采集3in數(shù)據(jù)并完成粗對準(zhǔn)，同時(shí)將這3min數(shù)據(jù)保存下來；在完成粗對準(zhǔn)的同時(shí)，利用存儲的數(shù)據(jù)完成光纖慣導(dǎo)的自標(biāo)定，之后在自標(biāo)定的基礎(chǔ)上自動(dòng)采集數(shù)據(jù)5min以完成90°位置上的精對準(zhǔn)；精對準(zhǔn)輸出的數(shù)據(jù)一方面作為裝置轉(zhuǎn)導(dǎo)航的初始條件，另一方面作為內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)暫時(shí)保留；軟件轉(zhuǎn)導(dǎo)航后自動(dòng)提示操作員將光纖慣導(dǎo)轉(zhuǎn)至0°位置，轉(zhuǎn)動(dòng)過程中軟件一直屬于導(dǎo)航狀態(tài)；操作員將光纖慣導(dǎo)轉(zhuǎn)至0°位置并鎖緊，然后在軟件界面上點(diǎn)擊確認(rèn)，軟件會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)入5min精對準(zhǔn)；0°位置上精對準(zhǔn)后，再利用90°位置精對準(zhǔn)時(shí)的采集數(shù)據(jù)以及90度轉(zhuǎn)至O度位置時(shí)采集的數(shù)據(jù)對0°位置精對準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行修訂，以達(dá)到縮短對準(zhǔn)時(shí)間和提高對準(zhǔn)精度的目的；本次精對準(zhǔn)完成后，軟件在此轉(zhuǎn)導(dǎo)航，并提示操作員進(jìn)入了測試狀態(tài)，軟件也自動(dòng)轉(zhuǎn)入了如圖6的測試流程狀態(tài)。
[0052]如圖6:作業(yè)準(zhǔn)備完成后就自動(dòng)轉(zhuǎn)入測試流程狀態(tài)；在軟件處于導(dǎo)航的狀態(tài)下，調(diào)整檢測車前后位置與定位針的左右位置，使定位針正對起始位置地面標(biāo)記點(diǎn)的中心(誤差小于0.5_)，之后將定位針和檢測車鎖緊不動(dòng)，通過計(jì)算機(jī)將定位針相對兩側(cè)鐵軌的距離、定位針相對地面上標(biāo)記點(diǎn)的距離等初始定位參數(shù)輸入到軟件中，同時(shí)這些數(shù)據(jù)也存入數(shù)據(jù)文件中，而后軟件提示可以推行；操作員根據(jù)軟件提示開始推行檢測車，推行速度小于4km/h即可，直至推行到終點(diǎn)附近；在推行的過程中軟件將接收慣導(dǎo)輸出的角速度信息和加速度信息、里程計(jì)的距離增量信息、軌道尺輸出的軌道寬度信息進(jìn)行軌道上軌跡相關(guān)參數(shù)計(jì)算，計(jì)算后的信息業(yè)存儲到數(shù)據(jù)文件中；
[0053]到達(dá)終點(diǎn)附近后，調(diào)整檢測車前后位置與定位針的左右位置，使定位針正對終點(diǎn)位置地面標(biāo)記點(diǎn)的中心(誤差小于0.5_)，之后將定位針和檢測車鎖緊不動(dòng)，通過計(jì)算機(jī)將定位針相對兩側(cè)鐵軌的距離、定位針相對地面上標(biāo)記點(diǎn)的距離等終點(diǎn)定位參數(shù)輸入到軟件中，同時(shí)這些數(shù)據(jù)也存入數(shù)據(jù)文件中；該操作過程中軟件也始終處于開環(huán)計(jì)算狀態(tài)；至此，測試流程結(jié)束，軟件自動(dòng)轉(zhuǎn)入如圖7的作業(yè)后處理流程。
[0054]如圖7:作業(yè)后處理流程是為提高測量精度、輸出最終測量結(jié)果而設(shè)置的；其與上一個(gè)流程銜接過程中，軟件始終處于導(dǎo)航狀態(tài)；根據(jù)軟件提示，待操作員確認(rèn)后進(jìn)行0°位置上5min精對準(zhǔn)，其對準(zhǔn)結(jié)果一方面作為裝置轉(zhuǎn)導(dǎo)航的初始條件，另一方面作為內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)暫時(shí)保留；軟件繼續(xù)處于導(dǎo)航狀態(tài)并提示操作員轉(zhuǎn)動(dòng)到90°位置并鎖緊，確認(rèn)后軟件再進(jìn)行5min精對準(zhǔn)，對準(zhǔn)時(shí)使用0°位置精對準(zhǔn)輸出的內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行精確修正；精對準(zhǔn)完成后，軟件調(diào)用90°位置上精對準(zhǔn)的數(shù)據(jù)和開環(huán)測量時(shí)存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行閉環(huán)測量和參數(shù)精確修正，以消除測量中的姿態(tài)誤差、速度誤差、位置誤差，平滑掉推行中由于車體振動(dòng)、軌道尺抖動(dòng)等因素帶來的動(dòng)態(tài)誤差，輸出最終的測量結(jié)果。輸出的參數(shù)包括鐵軌軌跡上各點(diǎn)的航向角(相對于真北)、俯仰角、滾動(dòng)角、軌道里程、軌道中線坐標(biāo)、軌面高程、軌距、軌距變化率、超高、軌道扭曲(三角坑)、軌向、鋼軌高低以及軌道外部幾何參數(shù)。
[0055]根據(jù)實(shí)際需要，一次測量完成后，操作人員可以根據(jù)需要選擇轉(zhuǎn)下一次測量或結(jié)束測量。
[0056]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)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)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高鐵測量用慣性定位定向裝置，其特征在于，包括: T字型檢測車(I)，由橫桿和縱桿構(gòu)成； 光纖慣導(dǎo)測量組件(2)，安裝于橫桿與縱桿的交接點(diǎn)，用于測量檢測小車角速度信息和加速度信息； 里程計(jì)(4)，安裝于T字型檢測車(I)的三端點(diǎn)處的車輪上，用于測量車輪運(yùn)動(dòng)距離； 軌道尺(5)，安裝于T字型檢測車(I)的縱桿下表面，用于測量高鐵軌道寬度； 定位針(6)，安裝于T字型檢測車(I)的縱桿下表面，用于為光纖慣導(dǎo)測量組件(2)提供測量基準(zhǔn)； 計(jì)算機(jī)(9)，分別與光纖慣導(dǎo)測量組件(2)、軌道尺(5)和里程計(jì)(4)電連接，用于對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算得到高鐵的相關(guān)安全參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鐵測量用慣性定位定向裝置，其特征在于，所述光纖慣導(dǎo)測量組件(2)包括光纖慣導(dǎo)(10)、手搖式四位置轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)、磁屏蔽罩(11)和磁屏蔽底座(14)，光纖慣導(dǎo)(10)位于手搖式四位置轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)上，光纖慣導(dǎo)(10)和手搖式四位置轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)一起置于磁屏蔽罩(11)和磁屏蔽底座(14)形成的密閉腔內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高鐵測量用慣性定位定向裝置，其特征在于，所述手搖式四位置轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)動(dòng)托盤(12)、搖桿(3)、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和鎖位機(jī)構(gòu),光纖慣導(dǎo)安裝于轉(zhuǎn)動(dòng)托盤(12)上，轉(zhuǎn)動(dòng)托盤(12)通過齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接搖桿(3)，在搖桿(3)驅(qū)動(dòng)下，轉(zhuǎn)動(dòng)托盤(12)能帶動(dòng)光纖慣導(dǎo)轉(zhuǎn)動(dòng)到0°、90°、180°、270°位置上并通過鎖位機(jī)構(gòu)鎖緊，鎖緊后角度固定精度優(yōu)于20 "，其中在0°位置時(shí)光纖慣導(dǎo)的前端正對測量的前方。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的高鐵測量用慣性定位定向裝置，其特征在于，所述光纖慣導(dǎo)包括光纖陀螺和石英加速度計(jì)，光纖陀螺在Ih內(nèi)的精度優(yōu)于0.01° /h，石英加速度計(jì)在Ih內(nèi)的精度優(yōu)于50 μ go
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的高鐵測量用慣性定位定向裝置，其特征在于，所述T字型檢測車的三端點(diǎn)處的三個(gè)車輪直徑相同且不超過10cm，與車輪相連接的三個(gè)里程計(jì)的精度相同且不低于3600線/周。
6.利用權(quán)利要求1~5任意一項(xiàng)所述的裝置進(jìn)行高鐵安全性能測量的方法，其特征在于，具體為: (I)在高鐵鐵路路基地面上設(shè)置標(biāo)記點(diǎn)，標(biāo)記點(diǎn)盡量與CPII點(diǎn)接近且盡量位于兩條鐵軌之間的中間位置，利用GPS定位信息確定標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)值，定位精度優(yōu)于2cm，且測距誤差小于3mm ； (2 )選取兩個(gè)標(biāo)記點(diǎn)作為測量的起點(diǎn)和終點(diǎn),建立測量坐標(biāo)系,測量坐標(biāo)系的原點(diǎn)O位于起點(diǎn)上，X軸穿過起點(diǎn)和終點(diǎn)并由起點(diǎn)指向終點(diǎn)方向； (3)將權(quán)利要求1~5任意一項(xiàng)所述的裝置放置于高鐵軌道上，定位針位于原點(diǎn)0，軌道尺頂緊兩側(cè)軌道的側(cè)面； (4)啟動(dòng)光纖慣導(dǎo)；將光纖慣導(dǎo)轉(zhuǎn)至270°位置并鎖緊，光纖慣導(dǎo)采集數(shù)據(jù)；再將光纖慣導(dǎo)轉(zhuǎn)至90°位置并鎖緊，光纖慣導(dǎo)采集數(shù)據(jù)；光纖慣導(dǎo)利用270°和90°位置采集的數(shù)據(jù)完成粗對準(zhǔn)和自標(biāo)定；自標(biāo)定完成后，光纖慣導(dǎo)繼續(xù)采集數(shù)據(jù)，利用該數(shù)據(jù)完成90°位置上的第一次精對準(zhǔn)；90°位置精對準(zhǔn)完成后，控制光纖慣導(dǎo)處于導(dǎo)航狀態(tài)；將光纖慣導(dǎo)轉(zhuǎn)至O。位置并鎖緊，光纖慣導(dǎo)采集數(shù)據(jù)并完成0°位置第一次精對準(zhǔn)，再利用90°位置精對準(zhǔn)時(shí)的采集數(shù)據(jù)以及90度轉(zhuǎn)至O度位置時(shí)采集的數(shù)據(jù)對O°位置第一次精對準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行修訂； (5)調(diào)整檢測車前后位置與定位針的左右位置，使定位針正對測量起點(diǎn)，計(jì)算機(jī)接收起點(diǎn)定位參數(shù)信息即定位針相對兩側(cè)鐵軌的距離、定位針相對測量起點(diǎn)的距離； (6)推行T字型檢測車，在推行的過程中計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)接收光纖慣導(dǎo)輸出的檢測小車角速度信息和加速度信息、里程計(jì)的距離增量信息、軌道尺輸出的軌道寬度信息，依據(jù)這些信息進(jìn)行檢測小車在軌道上軌跡相關(guān)參數(shù)計(jì)算； (7)檢測車到達(dá)終點(diǎn)，調(diào)整檢測車前后位置與定位針的左右位置，使定位針正對測量終點(diǎn)，計(jì)算機(jī)接收終點(diǎn)定位參數(shù)信息即定位針相對量側(cè)鐵軌的距離、定位針相對終點(diǎn)的距離； (8)光纖慣導(dǎo)在0°位置處進(jìn)行第二次精對準(zhǔn)；將光纖慣導(dǎo)轉(zhuǎn)動(dòng)到90°位置，進(jìn)行第二次精對準(zhǔn)，利用0°位置第二次精對準(zhǔn)時(shí)采集的數(shù)據(jù)對90°位置第二次精對準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行修正； (9)計(jì)算機(jī)依據(jù)起點(diǎn)定位參數(shù)、檢測小車在軌道上軌跡相關(guān)參數(shù)、終點(diǎn)定位參數(shù)以及90°位置第二次精對準(zhǔn)修正結(jié)果進(jìn)行軌道`閉環(huán)測量。
【文檔編號】B61K9/08GK103754235SQ201310723747
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】王勇剛, 陳貴金, 潘靜, 陳成 申請人:湖北三江航天紅峰控制有限公司