一種基于角度量測的軌道沉降自動測量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于角度量測的軌道沉降自動測量裝置及方法，包括行走系統(tǒng)，用于提供測試過程搭載平臺和行進動力；測量系統(tǒng)，用于沉降測點的定位以及角度大小的量測；采集、計算和存儲系統(tǒng)，用于測點定位信息、角度量測信息的采樣，并按設(shè)定規(guī)則進行計算處理和帶格式存儲。所述行走系統(tǒng)通過行進車輪設(shè)置于軌道之上，并沿軌道勻速行進；所述測量系統(tǒng)和所述采集、計算和存儲系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)傳輸電纜連接，并均設(shè)置于所述行走系統(tǒng)的車架平臺上。該基于角度量測的軌道沉降自動測量裝置及方法操作簡便、測試快速、實用性強，可廣泛用于軌道工程中軌道沉降的自動連續(xù)測試。
【專利說明】一種基于角度量測的軌道沉降自動測量裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于角度量測的軌道沉降自動測量裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中，軌道沉降監(jiān)測仍大多采用傳統(tǒng)的水準儀、全站儀等儀器，上述方法儀 器設(shè)備成熟，但勞動強度大、測試速度慢，對施工作業(yè)或線路運營干擾大，特別是在隧道等 類似的封閉性地下空間內(nèi)，因光照不足，測試精度難以保證。近年來，隨著電子技術(shù)的迅速 發(fā)展，廣大科技工作者也針對上述缺陷研發(fā)了多種間接測量產(chǎn)品，如單點沉降計、靜力水準 儀等，但這些產(chǎn)品仍然存在較大的局限性，特別是該類產(chǎn)品價格昂貴、測點布置要求高、數(shù) 據(jù)傳輸受環(huán)境干擾大、使用壽命難以保證，這使得該類產(chǎn)品僅僅是在某些十分復雜或重要 的局部位置作為科研手段應用，難以大范圍推廣使用。
[0003] 軌道路基沉降監(jiān)測有多種方法，根據(jù)測點布置的兒何分布不同，主要可分為單點 沉降、分層沉降、橫剖面沉降以及縱剖面沉降等，根據(jù)量測方法又可分為沉降板法、電磁式 沉降儀、土位移計、測斜管法、靜力水準法、液壓沉降儀、光纖光柵傳感器及衛(wèi)星遙感（成本 高且精度有限）等方法。對于現(xiàn)有的測點布置方式及量測方法來說，測點布置要求高、工作 量大、尤其長期監(jiān)測時維護工作量大，量測時數(shù)據(jù)采集受外部環(huán)境影響較大且數(shù)據(jù)采集工 作量也較大。
[0004] 軌道沉降變形直接反映了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)以及線路正常運營的安全狀況，對其開 展監(jiān)測，實時掌握軌道形態(tài)對于安全評估和后期維護均具有重要的現(xiàn)實意義，因此，有必要 設(shè)計研發(fā)一種全新的軌道沉降測量設(shè)備和方法，以降低勞動強度、提高測試速度，減少對線 路的干擾、提升測試精度，實現(xiàn)快速精確的軌道變形測量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于角度量測的軌道沉降自動測量裝置 及方法，該基于角度量測的軌道沉降自動測量裝置及方法成本低、易于實施、測量精度高。 [0006] 發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0007] -種基于角度量測的軌道沉降自動測量裝置，包括：
[0008] 行走系統(tǒng)（1)，用于提供測試過程搭載平臺和行進動力；
[0009] 測量系統(tǒng)（2)，用于沉降測點的定位以及角度大小的量測；
[0010] 采集、計算和存儲系統(tǒng)（3)，集成有采集儀（31)、計算和存儲單元（32)、角度儀 (21)和測距編碼器（22)，用于測點定位信息和角度量測信息的采樣，并計算出每一個測點 的初始高程以及高程的變化值，并將計算結(jié)果進行存儲；
[0011] 所述行走系統(tǒng)（1)包括車架平臺（13)、設(shè)置在車架平臺上的動力裝置（15)以及設(shè) 置在車架平臺底部的4個行進車輪（11)，4個行進車輪兩兩一組分別通過滾軸（即滾珠軸 承）安裝在車架平臺的兩側(cè)；車架平臺通過行進車輪沿預設(shè)的軌道行進；
[0012] 所述測量系統(tǒng)（2)與所述采集、計算和存儲系統(tǒng)（3)通過數(shù)據(jù)傳輸電纜（33)連 接，并均設(shè)于所述行走系統(tǒng)（1)的車架平臺（13)上。
[0013] 所述行走系統(tǒng)還包括4組防側(cè)移裝置；每一組防側(cè)移裝置位于一個行進車輪附 近，包括可調(diào)支架（121)(又稱為曲桿可調(diào)鏈接）和防側(cè)移車輪組件，可調(diào)支架的一端固定 在車架平臺上，可調(diào)支架的另一端通過可調(diào)螺桿安裝有所述的防側(cè)移車輪組件；防側(cè)移車 輪組件中的防側(cè)移車輪（12)的軸線與車架平臺所在平面垂直，輪體的外表面設(shè)有與軌道 內(nèi)側(cè)凸沿適配的凹槽，行走系統(tǒng)在軌道上移動時，軌道內(nèi)側(cè)凸沿嵌入到該凹槽內(nèi)。【防側(cè)移 車輪組件包括防側(cè)移車輪、與該插裝在防側(cè)移車輪上的輪軸和用于安裝所述輪軸的輪架】
[0014] 所述車架平臺（13)包括2根橫軸（131)、2根聯(lián)系縱梁（132)和1塊方形平板 (133)；
[0015] 所述橫軸（131)分別通過所述滾軸與所述行進車輪（11)連接，通過可調(diào)支架 (121)與所述防側(cè)移車輪組件連接；【這里相當于也解釋了防側(cè)移車輪組件安裝在行進車 輪的附近】
[0016] 所述聯(lián)系縱梁（132)與所述橫軸（131)分別在端頭固定連接，形成一方形框架，用 于承載所述方形平板（133)。
[0017] 所述的車架平臺還包括2根縱向梁（14)，分別固定布置在所述橫軸（131)的兩端， 用于模擬兩根所述橫軸（131)范圍內(nèi)的坡度分布以及提供所述測距編碼器（22)和角度儀 (21)的安裝平臺；
[0018] 所述動力裝置（15)由電機、動力傳輸裝置、蓄電池以及變速和制動裝置組成，用 于提供行進動力。
[0019] 所述的測距編碼器和角度儀均為2個。
[0020] 所述的基于角度量測的軌道沉降自動測量裝置還包括用于將所述計算結(jié)果發(fā)送 出去的無線通信模塊以及用于記錄當前位置的GPS定位裝置。
[0021] 在軌道上等間距設(shè)定多個測點，分別是ApApAyAy……，分別稱為固定起始點、 第一點、第二點、第三點，…；相鄰測點的間距為L ;
[0022] 在計算和存儲單元（32)中執(zhí)行以下步驟得到每一個測點的初始高程以及高程的 變化值：
[0023] 步驟1 :獲取各測點的角度初始值并計算各測點的原始高程值：
[0024] 測量車從固定起始點開始，依次運行到第一點、第二點、第三點，…，直到終點；并 分別記錄每一測點處測量車傾斜的角度即角度初始值：α _、a lt(l、a 2t(l、a 3t(l、…；
[0025] 設(shè)固定起始點高程為Ηω，各測點的原始高程值為：
[0026] δ Alt〇 = HA0+Ltg a 〇t〇
[0027] δ A2t〇 = δ Alt0+Ltg α lt〇
[0028] δ A3t〇 - δ A2t〇+Ltg ct 2t0
[0029] ......
[0030] δ Ait〇 - δ (Ai_1)t〇+Ltg a (i_1)t0
[0031] ......;
[0032] 其中下標tO表示初次的數(shù)據(jù)；δ Ait(l表示第i個測點的初始位移值，i = 1，2, 3,…；
[0033] 步驟2 :獲取各測點的本次角度并計算各測點的本次高程值；
[0034] 測量車再次從初始點開始，依次運行到第一點、第二點、第三點，…，并分別記錄每 一測點處測量車傾斜的角度：α Μ1、a m、a 2tl、a 3tl、…；
[0035] 設(shè)固定起始點高程為Ηω，各測點的本次高程值為：
[0036] δ Altl = HA0+Ltg a 〇tl
[0037] δ A2tl = δ Am+Ltg α ltl
[0038] δ A3tl = δ A2tl+Ltg α 2tl
[0039] ......
[0040] δΜη = δ (Ai_1)tl+Ltga (i_1)tl
[0041] ......;
[0042] 其中下標tl表示本次的數(shù)據(jù)；δ Am表示第i個測點的本次高程值，i = 1，2, 3,…；
[0043] 步驟3 :計算得到各測點的沉降值；
[0044] ΑΑηι= δ Altl-δ Alt〇
[0045] A A2tl - δ A2tl_ δ A2t〇
[0046] A A3tl - δ A3tl_ δ A3t〇
[0047] ......
[0048] AAitl= δ Aitl-δ Ait〇
[0049] ......
[0050] AAitl是第i個測點的本次沉降值；i = l，2,3，…。
[0051] 所述的動力裝置中的電機采用NTC290型發(fā)動機，NTC290型發(fā)動機與RT-11509C 型變速箱傳動連接，角度測量儀采用LE-60型傾角儀；所述的L小于車架輪軸軸距；當 L < 3000mm車架移動速度控制在40Km/h以下，當3000mm < L < 6000mm時車架移動速度控 制在75Km/h以下。
[0052] -種基于角度量測的軌道沉降自動測量方法，采用前述的基于角度量測的軌道沉 降自動測量裝置；測量過程為：
[0053] 在軌道上等間距設(shè)定多個測點，分別是WAyAy……，分別稱為固定起始點、 第一點、第二點、第三點，…；相鄰測點的間距為L ;
[0054] 包括以下步驟：
[0055] 步驟1 :獲取各測點的角度初始值并計算各測點的原始高程值：
[0056] 測量車從固定起始點開始，依次運行到第一點、第二點、第三點，…，直到終點；并 分別記錄每一測點處測量車傾斜的角度即角度初始值：a _、a lt(l、a 2t(l、a 3t(l、…；
[0057] 設(shè)固定起始點高程為Ηω，各測點的原始高程值為：
[0058] δ Alt〇 = HA0+Ltg a 〇t〇
[0059] δ A2t〇 = δ Alt0+Ltg a lt〇
[0060] δ A3t〇 = δ A2t0+Ltg a 2t〇
[0061] ......
[0062] δ Ait〇 - δ (Ai_1)t〇+Ltg a (i_1)t0
[0063] ......;
[0064] 其中下標tO表示初次的數(shù)據(jù)；δ Ait(l表示第i個測點的初始位移值，i = 1，2, 3,…；
[0065] 步驟2 :獲取各測點的本次角度并計算各測點的本次高程值；
[0066] 測量車再次從初始點開始，依次運行到第一點、第二點、第三點，…，并分別記錄每 一測點處測量車傾斜的角度：α Μ1、a m、a 2tl、a 3tl、…；
[0067] 設(shè)固定起始點高程為Ηω，各測點的本次高程值為：
[0068] δ Altl = HA0+Ltg a 〇tl
[0069] δ A2tl = δ Am+Ltg α ltl
[0070] δ A3tl = δ A2tl+Ltg α 2tl
[0071] ......
[0072] δ Aitl - δ (Ai_1)tl+Ltg α (i_1)tl
[0073] ......;
[0074] 其中下標tl表示本次的數(shù)據(jù)；δ Am表示第i個測點的本次高程值，i = 1，2, 3,…；
[0075] 步驟3 :計算得到各測點的沉降值；
[0076] AAltl - δ Am_ δ Alt〇
[0077] A A2tl - δ A2tl_ δ A2t〇
[0078] A A3tl - δ A3tl_ δ A3t〇
[0079] ......
[0080] Δ Aitl - δ Aitl_ δ Ait〇
[0081] ......
[0082] AAitl是第i個測點的本次沉降值；i = 1,2,3,…。
[0083] 所述的L小于車架輪軸軸距；
[0084] 當L < 3000mm車架移動速度控制在40Km/h以下，當3000mm < L < 6000mm時車 架移動速度控制在75Km/h以下。
[0085] 所述的動力裝置中的電機采用NTC290型發(fā)動機，NTC290型發(fā)動機與RT-11509C型 變速箱傳動連接，角度測量儀采用LE-60型傾角儀。
[0086] 有益效果：
[0087] 本發(fā)明的基于角度量測的軌道沉降自動測量裝置及方法，是一種全新而巧妙的方 案；
[0088] 本發(fā)明巧妙的利用了現(xiàn)有的軌道這一前提和基礎(chǔ)，并基于此基礎(chǔ)創(chuàng)造性地提出了 一種獨特的方案，雖然其實現(xiàn)方法本身是簡單的，但是效果卻是極其明顯的，包括成本低 (只需增加車架及少許測量設(shè)備和運算平臺）、易于實施（可以實現(xiàn)全自動的數(shù)據(jù)采集和計 算，而且計算過程簡單）且精度極高。
[0089] 本發(fā)明只需一個參考基點和若干個里程校核點（當監(jiān)測范圍較長時），無需埋設(shè) 其它測點，量測時將本發(fā)明中的量測裝置沿被測軌道行走通過即可完成量測數(shù)據(jù)采集，沿 線被測點數(shù)不限，沿線被測點間距不限（當測點間距大于6米時可按L < 3000mm模式或按 L < 6000mm模式進行數(shù)據(jù)采集，并在數(shù)據(jù)輸出時進行篩選【如果測點間距要求15m時，可按 L = 3000mm模式進行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)輸出時只輸出A。，A5, A1Q，…，等點的值】）。
[0090] 本發(fā)明能應用于軌道（尤其是運營軌道如高鐵、準軌、城鐵、地鐵等）的路堤、橋梁 及隧道沉降量測，亦可在建已鋪軌道的路堤、橋梁及隧道沉降量測，操作方便，對線路通行 影響小。最大的優(yōu)點是不需破壞路堤（路基）埋設(shè)沉降觀測點，不受氣象條件的影響，量測 精度高，量測數(shù)據(jù)采集快等。
[0091] 本發(fā)明中，對于兩個物理量均設(shè)置了平行（冗余）檢測裝置，采用兩平行裝置檢測 值的平均值作為輸出結(jié)果，提高了該設(shè)備對檢測結(jié)果的穩(wěn)定性、可靠性和精確性。
[0092] 另外，四個防側(cè)移車輪分別布置在所述行進車輪（11)附近，通過可調(diào)支架（121) 與所述車架平臺（13)連接，用于防止測試過程中裝置沿軌道橫向產(chǎn)生整體側(cè)向移動而影 響測試結(jié)果的準確性。
[0093] 這種基于角度量測的軌道沉降自動測量裝置配置有無線通信模塊和GPS定位裝 置后，還可以將檢測結(jié)果和計算結(jié)果發(fā)送給遠端的服務器或手機，便于工程師及時獲取各 測點的具體位置和沉降信息。
[0094] 本發(fā)明設(shè)計的車架平臺結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，縱向梁用于模擬兩根所述橫軸（131) 范圍內(nèi)的坡度分布以及提供所述測量系統(tǒng)（2)中角度儀（21)的安裝平臺。
[0095] 綜上所述，本發(fā)明操作簡便、測試快速、實用性強，可廣泛用于軌道工程中軌道沉 降的自動連續(xù)測試。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0096] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖（立面圖）；
[0097] 圖2為本發(fā)明的頂部結(jié)構(gòu)示意圖（俯視圖）；
[0098] 圖3為圖2中A-A剖面示意圖；
[0099] 圖4為車架平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0100] 圖5為圖2中的B-B剖面示意圖【即防側(cè)移裝置和行進車輪與軌道配合時的結(jié)構(gòu) 示意圖】。
[0101] 圖6為本發(fā)明數(shù)據(jù)傳輸示意圖；
[0102] 圖7為軌道上的測點及傾斜角的示意圖。
[0103] 標號說明：1、行走系統(tǒng)；11、行進車輪；12、防側(cè)移車輪；121、可調(diào)支架；13、車架平 臺；131、橫軸；132、聯(lián)系縱梁；133、方形平板；14、縱向梁；15、動力裝置；2、測量系統(tǒng)；21、 角度儀；22、測距編碼器；3、采集、計算和存儲系統(tǒng)；31、采集儀；32、計算和存儲單元；33、數(shù) 據(jù)電纜。

【具體實施方式】
[0104] 以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明：
[0105] 如圖1-6,一種基于角度量測的軌道沉降自動測量裝置，包括：
[0106] 行走系統(tǒng)（1)，用于提供測試過程搭載平臺和行進動力；
[0107] 測量系統(tǒng)（2)，用于沉降測點的定位以及角度大小的量測；
[0108] 采集、計算和存儲系統(tǒng)（3)，集成有采集儀（31)、計算和存儲單元（32)、角度儀 (21)和測距編碼器（22)，用于測點定位信息和角度量測信息的采樣，并計算出每一個測點 的初始高程以及高程的變化值，并將計算結(jié)果進行存儲；
[0109] 所述行走系統(tǒng)（1)包括車架平臺（13)、設(shè)置在車架平臺上的動力裝置（15)以及設(shè) 置在車架平臺底部的4個行進車輪（11)，4個行進車輪兩兩一組分別通過滾軸（即滾珠軸 承）安裝在車架平臺的兩側(cè)；車架平臺通過行進車輪沿預設(shè)的軌道行進；
[0110] 所述測量系統(tǒng)（2)與所述采集、計算和存儲系統(tǒng)（3)通過數(shù)據(jù)傳輸電纜（33)連 接，并均設(shè)于所述行走系統(tǒng)（1)的車架平臺（13)上。
[0111] 所述行走系統(tǒng)還包括4組防側(cè)移裝置；每一組防側(cè)移裝置位于一個行進車輪附 近，包括可調(diào)支架（121)(又稱為曲桿可調(diào)鏈接）和防側(cè)移車輪組件，可調(diào)支架的一端固定 在車架平臺上，可調(diào)支架的另一端通過可調(diào)螺桿安裝有所述的防側(cè)移車輪組件；防側(cè)移車 輪組件中的防側(cè)移車輪（12)的軸線與車架平臺所在平面垂直，輪體的外表面設(shè)有與軌道 內(nèi)側(cè)凸沿適配的凹槽，行走系統(tǒng)在軌道上移動時，軌道內(nèi)側(cè)凸沿嵌入到該凹槽內(nèi)?！痉纻?cè)移 車輪組件包括防側(cè)移車輪、與該插裝在防側(cè)移車輪上的輪軸和用于安裝所述輪軸的輪架】
[0112] 所述車架平臺（13)包括2根橫軸（131)、2根聯(lián)系縱梁（132)和1塊方形平板 (133)；
[0113] 所述橫軸（131)分別通過所述滾軸與所述行進車輪（11)連接，通過可調(diào)支架 (121)與所述防側(cè)移車輪組件連接；【這里相當于也解釋了防側(cè)移車輪組件安裝在行進車 輪的附近】
[0114] 所述聯(lián)系縱梁（132)與所述橫軸（131)分別在端頭固定連接，形成一方形框架，用 于承載所述方形平板（133)。
[0115] 所述的車架平臺還包括2根縱向梁（14)，分別固定布置在所述橫軸（131)的兩端， 用于模擬兩根所述橫軸（131)范圍內(nèi)的坡度分布以及提供所述測距編碼器（22)和角度儀 (21)的安裝平臺；
[0116] 所述動力裝置（15)由電機、動力傳輸裝置、蓄電池以及變速和制動裝置組成，用 于提供行進動力。
[0117] 所述的測距編碼器和角度儀均為2個。
[0118] 所述的基于角度量測的軌道沉降自動測量裝置還包括用于將所述計算結(jié)果發(fā)送 出去的無線通信模塊以及用于記錄當前位置的GPS定位裝置。
[0119] 在軌道上等間距設(shè)定多個測點，分別是心、Αρ A2、A3、……，分別稱為固定起始點、 第一點、第二點、第三點，…；相鄰測點的間距為L ;
[0120] 在計算和存儲單元（32)中執(zhí)行以下步驟得到每一個測點的初始高程以及高程的 變化值：
[0121] 步驟1 :獲取各測點的角度初始值并計算各測點的原始高程值：
[0122] 測量車從固定起始點開始，依次運行到第一點、第二點、第三點，…，直到終點；并 分別記錄每一測點處測量車傾斜的角度即角度初始值：α _、a lt(l、a 2t(l、a 3t(l、…；
[0123] 設(shè)固定起始點高程為Ηω，各測點的原始高程值為：
[0124] δ Alt〇 = HA0+Ltg a 〇t〇
[0125] δ A2t〇 = δ Alt0+Ltg α lt〇
[0126] δ A3t〇 - δ A2t〇+Ltg ct 2t0
[0127] ......
[0128] δ Ait〇 - δ (Ai_1)t〇+Ltg a (i_1)t0
[0129] ......；
[0130] 其中下標t0表示初次的數(shù)據(jù)；δ Ait(l表示第i個測點的初始位移值，i = 1，2, 3,…；
[0131] 步驟2 :獲取各測點的本次角度并計算各測點的本次高程值；
[0132] 測量車再次從初始點開始，依次運行到第一點、第二點、第三點，…，并分別記錄每 一測點處測量車傾斜的角度：α Μ1、a m、a 2tl、a 3tl、…；
[0133] 設(shè)固定起始點高程為Ηω，各測點的本次高程值為：
[0134] δ Altl = HA0+Ltg a 〇tl
[0135] δ A2tl = δ Am+Ltg α ltl
[0136] δ A3tl = δ A2tl+Ltg α 2tl
[0137] ......
[0138] δ Aitl - δ (Ai_1)tl+Ltg α (i_1)tl
[0139] ......；
[0140] 其中下標11表示本次的數(shù)據(jù)；δ Aitl表示第i個測點的本次高程值，i = 1，2，3，…；
[0141] 步驟3 :計算得到各測點的沉降值；
[0142] ΑΑηι= δ Altl-δ Alt〇
[0143] AA2tl - δ A2tl_ δ A2t〇
[0144] ^ A3tl - δ A3tl_ δ A3t〇
[0145] ......
[0146] Δ Aitl = δ Aitl-δ Ait〇
[0147] ......
[0148] AAitl是第i個測點的本次沉降值；i = 1,2,3,…。
[0149] 所述的動力裝置中的電機采用NTC290型發(fā)動機，NTC290型發(fā)動機與RT-11509C 型變速箱傳動連接，角度測量儀采用LE-60型傾角儀；所述的L小于車架輪軸軸距；當 L < 3000mm車架移動速度控制在40Km/h以下，當3000mm < L < 6000mm時車架移動速度控 制在75Km/h以下。
[0150] 測試過程中，所述行進車輪（11)放置于待測軌道之上，用于支撐所述車架平臺并 保持車架平臺沿待測軌道行進。所述行進車輪（11)與待測軌道接觸的外表面包由一層橡 膠層，用于降低和緩沖測試過程中所述行進車輪（11)與待測軌道之間的碰撞震動。
[0151] 所述防側(cè)移車輪（12)為四個，分別布置在所述行進車輪（11)附近，通過可調(diào)支架 (121)與所述車架平臺（13)固定連接，用于防止測試過程中裝置沿軌道橫向產(chǎn)生整體側(cè)向 移動而影響測試結(jié)果的準確性。
[0152] 所述角度測量儀（21)分別安裝在所述縱向梁（14)上，用于檢測待測軌道不同位 置與水平面形成的角度大小，并按設(shè)定規(guī)則輸出對應測試信號。
[0153] 所述測距編碼器（22)安裝在縱向梁14上，用于實時檢測行進距離和表征測點位 置，并按設(shè)定規(guī)則輸出對應測試信號。
[0154] 所述采集儀（31)安裝在所述車架平臺（13)上，用于對所述測距編碼器（22)和所 述角度儀（21)的輸出信號進行采樣。
[0155] 所述計算和存儲單元（32)內(nèi)安裝在所述車架平臺（13)上，內(nèi)含多個加法器和乘 法器，用于對所述采集儀（31)的采樣執(zhí)行數(shù)值計算，并將計算結(jié)果按規(guī)則輸出，進行格式 存儲。
[0156] 所述采集儀（31)的采樣時間間隔滿足如下條件：采樣間隔時間段內(nèi)所述行進系 統(tǒng)（2)行進的距離應小于所述縱向梁（14)的長度。
[0157] 測試時，所述行走系統(tǒng)（1)行進時應滿足如下條件：應使得所述縱向梁（14)上的 起始端或標示為起始端與事先選定的已知高程和坐標的基準點對齊。對待測軌道不同時 間進行連續(xù)測試，即可得到不同時刻軌道的實際狀態(tài)，進一步對比，即可確定軌道的沉降情 況。
[0158] 所述2個角度儀（21)和所述2個測距編碼器（22)所測得的數(shù)據(jù)采用平均的方式 作為輸出結(jié)果，以提高測試精度。
[0159] 具體測量過程如下：
[0160] 在軌道上等間距設(shè)定多個測點，分別是心、Αρ A2、A3、……，分別稱為固定起始點 (基點或高程參考點）、第一點、第二點、第三點，…；相鄰測點的間距為L ;
[0161] 所述的量測包括以下步驟：
[0162] 步驟1 :獲取各測點的角度初始值并計算各測點的原始高程值：
[0163] 測量車從固定起始點開始，依次運行到第一點、第二點、第三點，…，直到終點；并 分別記錄每一測點處測量車傾斜的角度即角度初始值：α _、a lt(l、a 2t(l、a 3t(l、…；
[0164] 設(shè)固定起始點為Ηω，各測點的原始高程值為：
[0165] δ Alt〇 = HA0+Ltg a 〇t〇
[0166] δ A2t〇 = δ Alt〇+Ltg α lt〇
[0167] δ A3t0 = δ A2t0+Ltg α 2t〇
[0168] ......；
[0169] 其中下標t0表示初次的數(shù)據(jù)；δ AitQ表示第i個測點的初始位移值，i = 1，2, 3,…；
[0170] 步驟2 :獲取各測點的本次角度并計算各測點的本次高程值；
[0171] 測量車再次從初始點開始，依次運行到第一點、第二點、第三點，…，并分別記錄每 一測點處測量車傾斜的角度：α Μ1、a m、a 2tl、a 3tl、…；
[0172] 設(shè)固定起始點為Ηω，各測點的本次高程值為：
[0173] δ Altl = HA0+Ltg a 〇tl
[0174] δ A2tl = δ Am+Ltg α ltl
[0175] δ A3tl = δ A2tl+Ltg α 2tl
[0176] ......
[0177] 其中下標tl表示本次的數(shù)據(jù)；δΑηι表示第i個測點的本次高程值，i = 1，2,3,…；
[0178] 步驟3 :計算得到各測點的沉降值；
[0179] Δ Altl - δ Am_ δ Alt(l
[0180] ^ A2tl - δ A2tl_ δ A2t〇
[0181] ^ A3tl - δ A3tl_ δ A3t〇
[0182] ......
[0183] AAitl是第i個測點的本次量測沉降值【又稱為實際沉降值】；i = 1，2,3,…。
[0184] 圖1中的輸出單元用于顯示和打印相關(guān)數(shù)據(jù)。
[0185] 所述的L小于車架輪軸軸距【軸距是指前后輪軸之間的距離】。
[0186] 當L < 3000mm車架移動速度控制在40Km/h以下，當3000mm彡L彡6000mm時車 架移動速度控制在75Km/h以下。
[0187] 所述的動力裝置采用NTC290型發(fā)動機，NTC290型發(fā)動機與RT-11509C型變速箱 傳動連接，車輪位置信號由測距編碼器獲得（也可以從RT-11509C型變速箱輸出的里程信 號中獲?。嵌葴y量儀采用LE-60型傾角儀?！炯碦T-11509C型變速箱兼做車輪位置傳感 器】
[0188] 實施例1 :
[0189] 在本實例中，車架采用雙軸結(jié)構(gòu)，軸距6000mm，軌距1435mm(標準軌距），輪徑 840mm，配康明斯（Cummins)NTC290發(fā)動機及富勒（Fuller)RT-11509C變速箱，行走速度 50-100Km/h。車輪位置通過變速箱輸出的里程信號中獲取，通過車輪轉(zhuǎn)動的角度（ω)和周 數(shù)可精確計算移動的距離L。角度測量采用陜西航天長城測控有限公司LE-60高精度傾角 儀。Ε-60的測量范圍±15度，分辨率±0.001度，輸出速度1-5次/秒。
[0190] 操作時，先設(shè)定一端為固定起始點并讀出初始角度，在動力裝置控制下沿軌道勻 速移動車架至第一點（每次車架移動距離相同且不超過車架輪軸軸距【軸距是指前后輪軸 之間的距離，距離相同便于計算】）并讀出第一點的角度，如此類推第二點、第三點至最終 點，并進行計算作為初始值；再次操作時（此時，除起始點固定不動外，其余測點假設(shè)有沉 降發(fā)生），仍以一端固定起始點開始并讀出角度，移動車架至第一點并讀出第一點的角度， 如此類推第二點、第三點至最終點，并進行計算作本次量測值；前后兩次的讀數(shù)分別計算并 對同一點數(shù)值進行比較即可計算出軌道相對下沉量。
[0191] 需要注明的是：從圖7來看，是假設(shè)各測點（Α1和Α2等）在X軸上的投影點沒有變 化，實際上，只要軌道有沉降發(fā)生，投影點的位置是有細微區(qū)別的，但是由于L遠遠大于沉 降量，因此，這種差別太細微了，不影響測量精度，這種近似處理是工程上的基本處理手段。
[0192] 設(shè) 1、L = 2JI D = 2*31 *840 = 5278mm ;監(jiān)測范圍 30Km，則可測點數(shù)約為 5684 個。
[0193] 初始值（初始高程）：
[0194] δ Alt〇 = HA0+Ltg a _ = HA0+5278*tg3 = Hao+276. 61mm( α _ = 3° )
[0195] δ A2t〇 = δ Alt〇+Ltg α lt〇 = ΗΑ0+276· 61+5278*tg2. 998 = ΗΑ0+553· 03mm( α lt〇 = 2.998。 ）
[0196] δ A3t0 = δ A2t〇+Ltg α 2t〇 = ΗΑ0+553· 03+5278*tg2. 995 = ΗΑ0+829· 18mm( α 2t〇 = 2.995。）
[0197] ......
[0198] 第一次高程值：
[0199] δ Altl = HA0+Ltg a 〇tl = HA0+5278*tg2. 998 = ΗΑ0+276· 42mm( a 〇tl = 2· 998。)
[0200] δ A2tl = δ Altl+Ltg a ltl = ΗΑ(ι+276· 42+5278*tg2. 998 = ΗΑ(ι+552· 84mm( a ltl = 2.998。 ）
[0201] δ A3tl = δ A2tl+Ltg a 2tl = HA(i+552. 84+5278*tg2. 994 = HA(i+828. 89mm( a 2tl = 2.994。）
[0202] ......
[0203] 第一次量測結(jié)果（沉降量，+為上升，-為下沉）
[0204] AAltl = δ Altl- δ Alt〇 = ΗΑ0+276· 42_ΗΑ0+276· 61 = _0· 19mm
[0205] Δ A2tl = δ A2tl- δ A2t〇 = ΗΑ0+552· 84_ΗΑ0+553· 03 = -〇· 19mm
[0206] ΔΑ3?1 = δ A3tl- δ A3t〇 = ΗΑ0+828· 89_ΗΑ0+829· 18 = -〇· 29mm
[0207] ......
[0208] 第二次高程值：
[0209] δ Alt2 = HA0+Ltg a 〇t2 = HA0+5278*tg2. 997 = ΗΑ0+276· 33mm( a 〇t2 = 2· 997。）
[0210] δ A2t2 = δ Alt2+Ltg a lt2 = ΗΑ(ι+276· 33+5278*tg2. 996 = ΗΑ(ι+552· 57mm( a lt2 = 2.996。）
[0211] δ A3t2 = δ A2t2+Ltg α 2t2 = ΗΑ0+552· 57+5278*tg2. 993 = ΗΑ0+828· 53mm( α 2t2 = 2.993。）
[0212] ......
[0213] 第二次量測結(jié)果（沉降量，+為上升，-為下沉）
[0214] ΔΑ1?2 = δ Alt2- δ Altl = Η Α0+276· 33_ΗΑ0+276· 42 = _0· 09mm
[0215] ΔΑ2?2 = δ A2t2- δ A2tl = Η Α0+552· 57_ΗΑ0+552· 84 = -〇· 27mm
[0216] ΔΑ3?2 = δ A3t2- δ A3tl = Η Α0+828· 53_ΗΑ0+828· 89 = -〇· 36mm
[0217] ......
[0218] 設(shè) 2、L = π Dc〇/360 = π *840*818. 5/360 = 6000mm ;監(jiān)測范圍 30Km，則可測點數(shù) 約為5000個。
[0219] 初始值（初始高程）：
[0220] δ Alt(l = HA(I+Ltg a _ = HA(l+6000*tgl = HA(i+104. 73mm( α _ = Γ )
[0221] δ A2t〇 = δ Alt〇+Ltg α lt〇 = ΗΑΟ+104· 73+6000*tg0. 998 = ΗΑΟ+209· 25mm( α lt〇 = 0.998。）
[0222] δ A3t0 = δ A2t〇+Ltg α 2t〇 = ΗΑΟ+209· 25+6000*tg0. 996 = ΗΑ0+313· 56mm( α 2t〇 = 0.996。）
[0223] ......
[0224] 第一次高程值：
[0225] δ Altl = HA0+Ltg a 〇tl = HA(l+6000*tg0. 997 = ΗΑΟ+104· 42mm( a 〇tl = 〇· 997。）
[0226] δ A2tl = δ Altl+Ltg a ltl = HAO+104. 42+6000*tg0. 996 = HAO+208. 73mm( a ltl = 0.996。）
[0227] δ A3tl = δ A2tl+Ltg a 2tl = HAO+208. 73+6000*tg0. 994 = HA0+312. 83mm( a 2tl = 0.994。）
[0228] ......
[0229] 第一次量測結(jié)果（沉降量，+為上升，-為下沉）
[0230] = δ Altl- δ Alt〇 = Hao+104. 42-Hao+104. 73 = -〇. 31mm
[0231] Δ A2tl = δ A2tl- δ A2t〇 = HAO+208. 73_HAO+209· 25 = _0· 52mm
[0232] ΔΑ3?1 = δ A3tl- δ A3t〇 = ΗΑ0+312· 83_Hao+313. 56 = -〇· 73mm
[0233] ......
[0234] 第二次高程值：
[0235] δ Alt2 = HA0+Ltg a 〇t2 = HA(l+6000*tg0. 997 = ΗΑΟ+104· 42mm( a 〇t2 = 〇· 997。）
[0236] δ A2t2 = δ Alt2+Ltg a lt2 = HAO+104. 42+6000*tg0. 995 = HAO+208. 63mm( a lt2 = 0.995。）
[0237] δ A3t2 = δ A2t2+Ltg a 2t2 = HAO+208. 63+6000*tg0. 993 = HA0+312. 63mm( a 2t2 = 0.993。）
[0238] ......
[0239] 第二次量測結(jié)果（沉降量，+為上升，-為下沉）
[0240] ΔΑ1?2 = δ Alt2- δ Altl = ΗΑ(Ι+104· 42_ΗΑ(Ι+104· 42 = 0· 00mm
[0241] ΔΑ2?2 = δ A2t2- δ A2tl = ΗΑΟ+208· 63_ΗΑΟ+208· 73 = -〇· 10mm
[0242] ΔΑ3?2 = δ A3t2- δ A3tl = ΗΑ0+312· 73_Η Α0+312· 83 = -〇· 10mm
[0243] ......
[0244] 設(shè)Λ Ai為Ai在t0?tn的累計沉降（總沉降），且0 < η，則
[0245] ΔΜ(?0ι?η) = ΔΑ--0+ΔΑ--1+ΔΑ--2+···+··· + ΔΑ--η_2+ΔΑ--η_1+ΔΑ--η
[0246] 設(shè)Λ Ai為Ai在ti?t j的累計沉降，且0 < i < j < η，則
[0247] AAi(ti,tj) = ΔAiti+1+ΔAiti+2+ΔAiti+3+…+… + ΔAitj_2+ΔAitj_1+ΔAitj
[0248] 若數(shù)據(jù)采集時間間隔為n分鐘，則平均每分鐘的沉降速度為
[0249] νΔΜ = ( Δ Aitn-Δ Aitn_!)/η
[0250] 若數(shù)據(jù)采集時間間隔為η小時，則平均每小時的沉降速度為
[0251] νΔΜ = ( Δ Aitn-Δ Aitn_!)/η
[0252] 若數(shù)據(jù)采集時間間隔為η天，則平均每天的沉降速度為
[0253] VAAi = (AA^-AU/n
[0254] ......
[0255] 根據(jù)上述測試計算，當L < 3000mm時，分辨率為0. 005mm ;3000mm < L < 6000時， 分辨率為0.01mm。精度高于現(xiàn)有的量測方法的精度【現(xiàn)有量測方法的精度〇. 1_，更低位數(shù) 即0.01位時為估讀數(shù)】
[0256] 注意事項：
[0257] 1、數(shù)據(jù)采集時，當L< 3000mm車架移動速度宜控制在40Km/h以下，當 3000 S L < 6000mm時車架移動速度宜控制在75Km/h以下。
[0258] 2、當采取L = 2639mm (車輪轉(zhuǎn)動一周）進行數(shù)據(jù)采集時，建議車架每移動200Km 進行一次里程確認，當采取2639 < L < 6000mm進行數(shù)據(jù)采集時，建議車架每移動600Km進 行一次里程確認?！疽苑览塾嬚`差導致測量失準】
[0259] 3、若能確定&點為不動點，便可從&點開始采集數(shù)據(jù)并進行計算；若不能確定& 點為不動點則每次應從已知不動點來確定&點高程，再從&點開始采集數(shù)據(jù)并進行計算。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于角度量測的軌道沉降自動測量裝置，其特征在于，包括： 行走系統(tǒng)（1)，用于提供測試過程搭載平臺和行進動力； 測量系統(tǒng)（2)，用于沉降測點的定位以及角度大小的量測； 采集、計算和存儲系統(tǒng)（3)，集成有采集儀（31)、計算和存儲單元（32)、角度儀（21)和 測距編碼器（22)，用于測點定位信息和角度量測信息的采樣，并計算出每一個測點的初始 高程以及高程的變化值，并將計算結(jié)果進行存儲； 所述行走系統(tǒng)（1)包括車架平臺（13)、設(shè)置在車架平臺上的動力裝置（15)以及設(shè)置在 車架平臺底部的4個行進車輪（11)，4個行進車輪兩兩一組分別通過滾軸安裝在車架平臺 的兩側(cè)；車架平臺通過行進車輪沿預設(shè)的軌道行進； 所述測量系統(tǒng)（2)與所述采集、計算和存儲系統(tǒng)（3)通過數(shù)據(jù)傳輸電纜（33)連接，并 均設(shè)于所述行走系統(tǒng)（1)的車架平臺（13)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于角度量測的軌道沉降自動測量裝置，其特征在于，所述 行走系統(tǒng)還包括4組防側(cè)移裝置；每一組防側(cè)移裝置位于一個行進車輪附近，包括可調(diào)支 架（121)和防側(cè)移車輪組件，可調(diào)支架的一端固定在車架平臺上，可調(diào)支架的另一端通過 可調(diào)螺桿安裝有所述的防側(cè)移車輪組件；防側(cè)移車輪組件中的防側(cè)移車輪（12)的軸線與 車架平臺所在平面垂直，輪體的外表面設(shè)有與軌道內(nèi)側(cè)凸沿適配的凹槽，行走系統(tǒng)在軌道 上移動時，軌道內(nèi)側(cè)凸沿嵌入到該凹槽內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于角度量測的軌道沉降自動測量裝置，其特征在于， 所述車架平臺（13)包括2根橫軸（131)、2根聯(lián)系縱梁（132)和1塊方形平板（133); 所述橫軸（131)分別通過所述滾軸與所述行進車輪（11)連接，通過可調(diào)支架（121)與 所述防側(cè)移車輪組件連接； 所述聯(lián)系縱梁（132)與所述橫軸（131)分別在端頭固定連接，形成一方形框架，用于承 載所述方形平板（133)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于角度量測的軌道沉降自動測量裝置，其特征在于，所述 的車架平臺還包括2根縱向梁（14)，分別固定布置在所述橫軸（131)的兩端，用于模擬兩根 所述橫軸（131)范圍內(nèi)的坡度分布以及提供所述測距編碼器（22)和角度儀（21)的安裝平 臺； 所述動力裝置（15)由電機、動力傳輸裝置、蓄電池以及變速和制動裝置組成，用于提 供行進動力。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于角度量測的軌道沉降自動測量裝置，其特征在于，所述 的測距編碼器和角度儀均為2個。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于角度量測的軌道沉降自動測量裝置，其特征在于，所述 的基于角度量測的軌道沉降自動測量裝置還包括用于將所述計算結(jié)果發(fā)送出去的無線通 信模塊以及用于記錄當前位置的GPS定位裝置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的基于角度量測的軌道沉降自動測量裝置，其特征在 于， 在軌道上等間距設(shè)定多個測點，分別是ApApAyAy……，分別稱為固定起始點、第一 點、第二點、第三點，…；相鄰測點的間距為L ; 在計算和存儲單元（32)中執(zhí)行以下步驟得到每一個測點的初始高程以及高程的變化 值： 步驟1 :獲取各測點的角度初始值并計算各測點的原始高程值： 測量車從固定起始點開始，依次運行到第一點、第二點、第三點，…，直到終點； 并分別記錄每一測點處測量車傾斜的角度即角度初始值：α _、a lt(l、a 2t(l、a 3t(l、…； 設(shè)固定起始點高程為HA(I，各測點的原始高程值為： 5 Alto = HA〇+Ltg a 〇t〇 ^ A2t0 - ^ AltO+Ltg α lto ^ A3t0 - S A2t0+Ltg α 2t0 ^ AitO - ^ (Ai-l)tO+Ltg α (i-l)tO 其中下標to表示初次的數(shù)據(jù)；δ Ait(l表示第i個測點的初始位移值，i = 1，2,3，···； 步驟2 :獲取各測點的本次角度并計算各測點的本次高程值； 測量車再次從初始點開始，依次運行到第一點、第二點、第三點，…，并分別記錄每一測 點處測量車傾斜的角度：α Μ1、a m、a 2tl、a 3tl、…； 設(shè)固定起始點高程為HA(I，各測點的本次高程值為： 5 Aiti = HA〇+Ltg a 〇tl 5 A2ti = 5 Aiti+Ltg a ltl ^ A3tl _ ^ A2tl+Ltg Q 2tl ^ Aitl - S (Ai-l)tl+Ltg α (i-i)ti 其中下標tl表示本次的數(shù)據(jù)；SAitl表示第i個測點的本次高程值，i = 1，2,3，···； 步驟3 :計算得到各測點的沉降值； A Altl - δ Altl~ δ Alt〇 A A2U - ^ A2tl_ ^ A2t0 A A3tl - δ A3tl~ δ A3t〇 A Aitl - δ Aitl~ δ Ait〇 AAitl是第i個測點的本次沉降值；i = 1,2,3,…。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于角度量測的軌道沉降自動測量裝置，其特征在于，所述 的動力裝置中的電機采用NTC290型發(fā)動機，NTC290型發(fā)動機與RT-11509C型變速箱傳動 連接，角度測量儀采用LE-60型傾角儀；所述的L小于車架輪軸軸距；當L < 3000mm車架移 動速度控制在40Km/h以下，當3000mm < L < 6000mm時車架移動速度控制在75Km/h以下。
9. 一種基于角度量測的軌道沉降自動測量方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-6任一 項所述的基于角度量測的軌道沉降自動測量裝置；測量過程為： 在軌道上等間距設(shè)定多個測點，分別是ApApAyAy……，分別稱為固定起始點、第一 點、第二點、第三點，…；相鄰測點的間距為L ; 包括以下步驟： 步驟1 :獲取各測點的角度初始值并計算各測點的原始高程值： 測量車從固定起始點開始，依次運行到第一點、第二點、第三點，…，直到終點； 并分別記錄每一測點處測量車傾斜的角度即角度初始值：α _、a lt(l、a 2t(l、a 3t(l、…； 設(shè)固定起始點高程為HA(I，各測點的原始高程值為： 5 Alto = HA〇+Ltg a 〇t〇 ^ A2t0 - ^ AltO+Ltg α lto ^ A3t0 - S A2t0+Ltg α 2t0 ^ AitO - ^ (Ai-l)tO+Ltg α (i-l)tO 其中下標to表示初次的數(shù)據(jù)；δ Ait(l表示第i個測點的初始位移值，i = 1，2,3，···； 步驟2 :獲取各測點的本次角度并計算各測點的本次高程值； 測量車再次從初始點開始，依次運行到第一點、第二點、第三點，…，并分別記錄每一測 點處測量車傾斜的角度：α Μ1、a m、a 2tl、a 3tl、…； 設(shè)固定起始點高程為HA(I，各測點的本次高程值為： 5 Aiti = HA〇+Ltg a 〇tl 5 A2ti = 5 Aiti+Ltg a ltl ^ A3tl _ ^ A2tl+Ltg Q 2tl ^ Aitl - S (Ai-l)tl+Ltg α (i-i)ti 其中下標tl表示本次的數(shù)據(jù)；SAitl表示第i個測點的本次高程值，i = 1，2,3，···； 步驟3 :計算得到各測點的沉降值； A Altl - δ Altl~ δ Alt〇 A A2U - ^ A2tl_ ^ A2t0 A A3tl - δ A3tl~ δ A3t〇 A Aitl - δ Aitl~ δ Ait〇 AAitl是第i個測點的本次沉降值；i = 1,2,3,…。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于角度量測的軌道沉降自動測量方法，其特征在于，所述 的L小于車架輪軸軸距； 當L < 3000mm車架移動速度控制在40Km/h以下，當3000mm < L < 6000mm時車架移 動速度控制在75Km/h以下。 所述的動力裝置中的電機采用NTC290型發(fā)動機，NTC290型發(fā)動機與RT-11509C型變 速箱傳動連接，角度測量儀采用LE-60型傾角儀。
【文檔編號】B61D15/08GK104047212SQ201410287234
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】邱業(yè)建, 雷明鋒, 彭立敏, 施成華 申請人:中南大學