專利名稱：一種軌道曲線參數(shù)測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軌道曲線參數(shù)測(cè)量裝置及方法。
技術(shù)背景鐵路軌道的靜態(tài)曲線形狀與其設(shè)計(jì)值總是存在一定誤差的，誤差的存 在使得鐵軌的實(shí)際值是一條圍繞其設(shè)計(jì)值的波動(dòng)曲線，當(dāng)用一個(gè)測(cè)尺去測(cè) 量這個(gè)波動(dòng)時(shí)，長(zhǎng)于測(cè)尺的波動(dòng)是無法量出的，因此，必須采用特別的裝 置去在一個(gè)大尺度內(nèi)測(cè)量以消除長(zhǎng)波的影響。目前已有數(shù)種消除長(zhǎng)波的軌 道測(cè)量裝置，但多以激光及一個(gè)跟蹤靶標(biāo)為基礎(chǔ)，其中以普拉塞*陶依爾公 司最為典型，該方案包括一個(gè)可沿鐵軌行駛的測(cè)量車， 一個(gè)架設(shè)于固定點(diǎn) 的測(cè)量車， 一個(gè)激光發(fā)射裝置，以及一個(gè)可跟蹤激光的移動(dòng)靶標(biāo)組成，當(dāng) 測(cè)量車沿鐵軌走行時(shí)，靶標(biāo)移動(dòng)測(cè)出相對(duì)固定點(diǎn)的偏移，計(jì)算出鐵軌參數(shù)。 它存在的不足是僅使用于長(zhǎng)直線段區(qū)間作業(yè)，這些裝置中，激光束是固 定的，移動(dòng)的是激光靶標(biāo)，激光靶標(biāo)移動(dòng)范圍有限，當(dāng)其與激光發(fā)射點(diǎn)間 偏角過大時(shí)無法工作。在工作開始前，需要一個(gè)靶標(biāo)與激光的對(duì)準(zhǔn)過程。 需人工介入關(guān)注耙標(biāo)跟蹤狀況，如脫耙則需再次人工對(duì)準(zhǔn)。其它如中國(guó)專利公開號(hào)測(cè)量軌道的方法(CN 1263019A)，提出了一種利用兩部獨(dú)立測(cè)量 車測(cè)量軌道的方法，使用了一部GPS流動(dòng)站確定固定測(cè)量車的大地坐標(biāo)， 在兩部車之間有一個(gè)激光裝置確定其相對(duì)位置。測(cè)定一段軌道實(shí)際誤差的 方法(92105619. 2)，提出了利用兩部獨(dú)立測(cè)量車測(cè)定軌道參數(shù)誤差的方法， 測(cè)量車裝有GPS定位天線，通過接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)確定兩輛測(cè)量車的相對(duì)方位。 全站儀與GPS單頻實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)組合測(cè)量方法及其系統(tǒng)(CN 1967282A)，提出了一種全站儀組合系統(tǒng)，利用全站儀測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)GPS測(cè)量的快速初始化。 GPS全站儀(CN2864592Y)，提出了一種GPS與全站儀一體裝置，將GPS天 線安裝于全站儀中心處，通過GPS獲得全站儀的測(cè)站坐標(biāo)。他們都不同程 度上存在類似不足。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了提供一種軌道曲線參數(shù)測(cè)量裝置及方法，它是一 種GPS與全站儀相結(jié)合的鐵路軌道曲線參數(shù)的測(cè)量方法及裝置，利用該裝 置進(jìn)行鐵路施工作業(yè)，可以消除鐵路線路中的長(zhǎng)波誤差。一種軌道曲線參數(shù)測(cè)量裝置，它包括固定測(cè)量車1和移動(dòng)測(cè)量車2，所 述固定測(cè)量車1上安裝有電子全站儀3、可控制電子全站儀3運(yùn)動(dòng)的車載電 腦5和固定車全球定位系統(tǒng)GPS2，所述電子全站儀3通過數(shù)據(jù)線4與車載 電腦5相連；所述移動(dòng)測(cè)量車2.上安裝有前端反射物6、移動(dòng)全球定位系統(tǒng) GPS1、無線數(shù)傳電臺(tái)7和傾角傳感器9，所述移動(dòng)全球定位系統(tǒng)GPS1和 傾角傳感器9通過數(shù)據(jù)線與無線數(shù)傳電臺(tái)7相連；車載電腦5的無線接收 端口接收無線數(shù)傳電臺(tái)7發(fā)來的數(shù)據(jù)信號(hào)。還包括一個(gè)全球定位系統(tǒng)GPS基準(zhǔn)站10，它位于工作區(qū)段附近擁有的 一個(gè)大地坐標(biāo)已知的絕對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)上，用于為兩部測(cè)量車的GPS提供測(cè)量參 考基點(diǎn)。一種基于所述軌道曲線參數(shù)測(cè)量裝置的測(cè)量方法，它包括以下步驟 第一步，將流動(dòng)測(cè)量車與固定測(cè)量車分別放置于欲施工作業(yè)的鐵軌區(qū) 段兩端；第二步，進(jìn)行RTK-GPS測(cè)量，求出移動(dòng)測(cè)量車與固定測(cè)量車的大地坐 標(biāo)，將該坐標(biāo)傳送至固定測(cè)量車車載電腦；第三步，車載電腦根據(jù)GPS數(shù)據(jù)計(jì)算出全站儀對(duì)前端反射物的搜索范 圍，并控制全站儀轉(zhuǎn)向該方位；第四步，全站儀在指定范圍內(nèi)鎖定前端反射物并測(cè)量其坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并 將前端反射物的坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳送給車載電腦，車載電腦根據(jù)此坐標(biāo)與傾角傳 感器值計(jì)算出當(dāng)前鐵軌參數(shù)；第五步，移動(dòng)車沿鐵軌向固定車開進(jìn)，固定測(cè)量車上車載電腦持續(xù)讀 取全站儀與傾角傳感器數(shù)據(jù)，計(jì)算出鐵軌參數(shù)；第六步，當(dāng)移動(dòng)車靠近固定車時(shí)，即為一個(gè)工作循環(huán)的結(jié)束。當(dāng)所述軌道曲線參數(shù)測(cè)量裝置還包括一個(gè)全球定位系統(tǒng)GPS基準(zhǔn)站 時(shí)，所述第一步還應(yīng)將GPS基站架設(shè)于一坐標(biāo)已知點(diǎn)。它將GPS測(cè)量與全站儀光學(xué)測(cè)量相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)鐵軌參數(shù)測(cè)量，利用 GPS數(shù)據(jù)控制全站儀的定向，全站儀進(jìn)行精確測(cè)量。


圖1為本發(fā)明原理示意圖；圖2為本發(fā)明工作過程示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1、圖2所示， 一種軌道曲線參數(shù)測(cè)量裝置，它包括固定測(cè)量車l、 移動(dòng)測(cè)量車2和全球定位系統(tǒng)GPS基準(zhǔn)站10，所述固定測(cè)量車1上安裝有 電子全站儀3、可控制電子全站儀3運(yùn)動(dòng)的車載電腦5和固定車全球定位系 統(tǒng)GPS2，所述電子全站儀3通過數(shù)據(jù)線4與車載電腦5相連；所述移動(dòng)測(cè) 量車2上安裝有前端反射物6、移動(dòng)全球定位系統(tǒng)GPS1、無線數(shù)傳電臺(tái)7 和傾角傳感器9，所述移動(dòng)全球定位系統(tǒng)GPS1和傾角傳感器9通過數(shù)據(jù)線 與無線數(shù)傳電臺(tái)7相連；車載電腦5的無線接收端口接收無線數(shù)傳電臺(tái)7發(fā)來的數(shù)據(jù)信號(hào)。所述全球定位系統(tǒng)GPS基準(zhǔn)站10位于工作區(qū)段附近擁有 的一個(gè)大地坐標(biāo)已知的絕對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)上，用于為兩部測(cè)量車的GPS提供測(cè)量 參考基點(diǎn)。前端反射物6為棱鏡。一種基于所述軌道曲線參數(shù)測(cè)量裝置的測(cè)量方法，它包括以下步驟 第一步，將流動(dòng)測(cè)量車與固定測(cè)量車分別放置于欲施工作業(yè)的鐵軌區(qū)段兩端，將GPS基站架設(shè)于一坐標(biāo)已知點(diǎn)；第二步，進(jìn)行RTK-GPS測(cè)量，求出移動(dòng)測(cè)量車與固定測(cè)量車的大地坐 標(biāo)，將該坐標(biāo)傳送至固定測(cè)量車車載電腦；第三步，車載電腦根據(jù)GPS數(shù)據(jù)計(jì)算出全站儀對(duì)前端反射物的搜索范 圍，并控制全站儀轉(zhuǎn)向該方位；第四步，全站儀在指定范圍內(nèi)鎖定前端反射物并測(cè)量其坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并 將前端反射物的坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳送給車載電腦，車載電腦根據(jù)此坐標(biāo)與傾角傳 感器值計(jì)算出當(dāng)前鐵軌參數(shù)；第五步，移動(dòng)車沿鐵軌向固定車開進(jìn)，固定測(cè)量車上車載電腦持續(xù)讀 取全站儀與傾角傳感器數(shù)據(jù)，計(jì)算出鐵軌參數(shù)；第六步，當(dāng)移動(dòng)車靠近固定車時(shí)，即為一個(gè)工作循環(huán)的結(jié)束。具體來說，其工作過程和原理是在每個(gè)測(cè)量過程開始之前，將固定 測(cè)量車置于工作鐵軌區(qū)段的一個(gè)坐標(biāo)標(biāo)志點(diǎn)附近，該標(biāo)志點(diǎn)一般為位于接 觸網(wǎng)電桿上的大地坐標(biāo)已知的固定點(diǎn)，將電子全站儀朝向標(biāo)志點(diǎn)，測(cè)量出 固定點(diǎn)對(duì)全站儀的相對(duì)坐標(biāo)，從而反演推算出電子全站儀本身的大地坐標(biāo)。 基于中國(guó)鐵路實(shí)際狀況的多樣性，在有的地區(qū)，位于接觸網(wǎng)電桿上的固定 點(diǎn)不能獲得，其原因是尚未鋪設(shè)，或遭受人為破壞，此時(shí)可用安裝于固定 測(cè)量車上的GPS2測(cè)得一個(gè)大地坐標(biāo)，由于GPS2與全站儀的安裝位置是固定的，因此通過GPS2的大地坐標(biāo)可以計(jì)算出全站儀的大地坐標(biāo)。移動(dòng)測(cè)量 車移動(dòng)至鐵軌工作區(qū)的另一端后，控制移動(dòng)測(cè)量車車頂GPS1進(jìn)行測(cè)量，測(cè) 量出GPS1的絕對(duì)坐標(biāo)。由于GPS1與安裝于前測(cè)量測(cè)量車的棱鏡之間具體 的幾何距離是確定的，因此，根據(jù)GPS1所在位置的大地坐標(biāo)，進(jìn)行一個(gè)幾 何計(jì)算就可以得出棱鏡的大地坐標(biāo)，該大地坐標(biāo)通過一個(gè)數(shù)傳電臺(tái)發(fā)送至 固定測(cè)量車上的車載電腦，車載電腦將棱鏡的大地坐標(biāo)與全站儀本身的大 地坐標(biāo)進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算出反射棱鏡相對(duì)于電子全站儀的極坐標(biāo)方位。由于 RTK-GPS的測(cè)量精度只能到達(dá)厘米級(jí)，因此通過GPS數(shù)據(jù)計(jì)算出的該極坐 標(biāo)值是不精確的，車載電腦在獲得GPS1的大地坐標(biāo)后，控制全站儀自動(dòng)指 向向該方位，并在此極坐標(biāo)值的一個(gè)誤差容許范圍內(nèi)進(jìn)行搜索，通過一個(gè) 光學(xué)的方法判別棱鏡的精確位置。全站儀具有自動(dòng)跟蹤功能，在鎖定棱鏡 后，全站儀可在水平360度與縱向180度范圍內(nèi)跟蹤棱鏡的運(yùn)動(dòng)，并精確 測(cè)量棱鏡相對(duì)于全站儀的極坐標(biāo)值。在全站儀鎖定棱鏡以后，即可開動(dòng)移 動(dòng)測(cè)量車進(jìn)行測(cè)量，移動(dòng)測(cè)量車沿鐵軌向固定測(cè)量車以一定速度行駛，在 此過程中電子全站儀不斷紀(jì)錄棱鏡的相對(duì)坐標(biāo)，該坐標(biāo)與全站儀本身大地 坐標(biāo)疊加即可推算出棱鏡的大地坐標(biāo)，根據(jù)由移動(dòng)測(cè)量車上的一個(gè)傾角傳 感器，可以測(cè)量出鐵軌左右兩邊鋼軌的水平高度差值，利用這個(gè)角度與棱 鏡的大地坐標(biāo)，即可計(jì)算出鐵軌的曲線參數(shù)。在測(cè)量過程中，車載電腦還 同時(shí)接收GPS1數(shù)據(jù)，通過GPS1數(shù)據(jù)計(jì)算出棱鏡相對(duì)于全站儀不精確的極 坐標(biāo)值，當(dāng)該數(shù)據(jù)與全站儀自測(cè)的棱鏡極坐標(biāo)值超出一定誤差范圍內(nèi)時(shí)， 車載電腦提醒操作人員進(jìn)行校驗(yàn)，以防止全站儀對(duì)錯(cuò)誤目標(biāo)實(shí)行跟蹤。在 出現(xiàn)棱鏡失鎖時(shí)，車載電腦可利用GPS1數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)重定位過程。它自動(dòng)化程度高，由于采用GPS數(shù)據(jù)為全站儀定向，因此整個(gè)過程中無須人工干預(yù)，無需繁瑣的人工對(duì)準(zhǔn)過程，在測(cè)量過程中出現(xiàn)失鎖與錯(cuò)誤 跟蹤等狀況也可以由車載電腦自動(dòng)判斷出；測(cè)量范圍廣，由于全站儀可在 水平范圍內(nèi)360度跟蹤目標(biāo)，因此本方法可以適用于大曲率軌道參數(shù)的測(cè) 量，改變了激光等方法僅適用于長(zhǎng)直線路的局限。
權(quán)利要求
1、一種軌道曲線參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于它包括固定測(cè)量車(1)和移動(dòng)測(cè)量車(2)，所述固定測(cè)量車(1)上安裝有電子全站儀(3)、可控制電子全站儀(3)運(yùn)動(dòng)的車載電腦(5)和固定車全球定位系統(tǒng)(GPS2)，所述電子全站儀(3)通過數(shù)據(jù)線(4)與車載電腦(5)相連；所述移動(dòng)測(cè)量車(2)上安裝有前端反射物(6)、移動(dòng)全球定位系統(tǒng)(GPS1)、無線數(shù)傳電臺(tái)(7)和傾角傳感器(9)，所述移動(dòng)全球定位系統(tǒng)(GPS1)和傾角傳感器(9)通過數(shù)據(jù)線與無線數(shù)傳電臺(tái)(7)相連；所述車載電腦(5)的無線接收端口接收無線數(shù)傳電臺(tái)(7)發(fā)來的數(shù)據(jù)信號(hào)。
2、 如權(quán)利要求1的一種軌道曲線參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于它還包括 一個(gè)全球定位系統(tǒng)GPS基準(zhǔn)站(10)，它位于工作區(qū)段附近擁有的一個(gè)大地 坐標(biāo)已知的絕對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)上，用于為兩部測(cè)量車的GPS提供測(cè)量參考基點(diǎn)。
3、 如權(quán)利要求1或2的一種軌道曲線參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于所述 前端反射物(6)為棱鏡。
4、 一種軌道曲線參數(shù)測(cè)量方法，它基于如權(quán)利要求1或2的軌道曲線 參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于它包括以下步驟第一步，將流動(dòng)測(cè)量車與固定測(cè)量車分別放置于欲施工作業(yè)的鐵軌區(qū) 段兩端；第二步，進(jìn)行RTK-GPS測(cè)量，求出移動(dòng)測(cè)量車與固定測(cè)量車的大地坐 標(biāo)，將該坐標(biāo)傳送至固定測(cè)量車車載電腦；第三步，車載電腦根據(jù)GPS數(shù)據(jù)計(jì)算出全站儀對(duì)前端反射物的搜索范 圍，并控制全站儀轉(zhuǎn)向該方位；第四步，全站儀在指定范圍內(nèi)鎖定前端反射物并測(cè)量其坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并將前端反射物的坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳送給車載電腦，車載電腦根據(jù)此坐標(biāo)與傾角傳感器值計(jì)算出當(dāng)前鐵軌參數(shù)；第五步，移動(dòng)車沿鐵軌向固定車開進(jìn)，固定測(cè)量車上車載電腦持續(xù)讀取全站儀與傾角傳感器數(shù)據(jù)，計(jì)算出鐵軌參數(shù)；第六步，當(dāng)移動(dòng)車靠近固定車時(shí)，即為一個(gè)工作循環(huán)的結(jié)束。
5、如權(quán)利要求4的一種軌道曲線參數(shù)測(cè)量方法，其特征在于當(dāng)所述軌道曲線參數(shù)測(cè)量裝置還包括一個(gè)全球定位系統(tǒng)GPS基準(zhǔn)站時(shí)，所述第一步將GPS基站架設(shè)于一坐標(biāo)已知點(diǎn)。
全文摘要
一種軌道曲線參數(shù)測(cè)量裝置，包括安裝有電子全站儀、車載電腦和固定車全球定位系統(tǒng)的固定測(cè)量車，安裝有前端反射物、移動(dòng)全球定位系統(tǒng)、無線數(shù)傳電臺(tái)和傾角傳感器的移動(dòng)測(cè)量車，一個(gè)全球定位系統(tǒng)基準(zhǔn)站。其方法是通過RTK-GPS測(cè)量鐵軌區(qū)段兩端的移動(dòng)測(cè)量車與固定測(cè)量車的大地坐標(biāo)，計(jì)算全站儀對(duì)前端反射物的搜索范圍，并控制全站儀轉(zhuǎn)向該方位；全站儀在指定范圍內(nèi)鎖定前端反射物并測(cè)量其坐標(biāo)數(shù)據(jù)，車載電腦根據(jù)此坐標(biāo)與傾角傳感器值計(jì)算出當(dāng)前鐵軌參數(shù)；移動(dòng)車沿鐵軌向固定車開進(jìn)，車載電腦根據(jù)新數(shù)據(jù)連續(xù)計(jì)算出鐵軌參數(shù)。它將GPS測(cè)量與全站儀光學(xué)測(cè)量相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)鐵軌參數(shù)測(cè)量，利用GPS數(shù)據(jù)控制全站儀的定向，全站儀進(jìn)行精確測(cè)量。
文檔編號(hào)G01S19/42GK101306691SQ200810031650
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月3日
發(fā)明者伍啟天, 馬世宏, 軍 龔 申請(qǐng)人:株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司;株洲時(shí)代電子技術(shù)有限公司