GNSS辅助惯性测量的轨道几何状态快速测量系统的制作方法

本发明属于轨道测量技术领域，具体涉及一种gnss辅助惯性测量的轨道几何状态快速测量系统。

背景技术：

轨道准确的几何尺寸是保证列车安全运行的基本条件，理论研究和实践分析表明，只有在高平顺的轨道上才能实现高速行车。轨道高平顺性状态的建立与保持，关键在于轨道几何状态的高效精准测量。

目前，轨道的几何状态主要采用轨检小车进行测量。根据技术原理和测量模式的不同，轨检小车可以分为绝对测量轨检小车和相对测量轨检小车，其中绝对测量轨检小车通常是以全站仪为核心测量设备，而相对测量轨检小车通常是以陀螺仪为核心测量设备。

基于全站仪的绝对测量轨检小车是将全站仪架设于轨道中线附近，利用沿线已布设的轨道控制网进行自由设站，并采用极坐标测量方法测量轨检小车上的棱镜，以“一步一停”的静态测量模式获取轨道的几何状态。这类设备的优点是测量精度较高，能够获取轨道的内外部几何状态，但缺点是对轨道控制网的依赖性较强，数据采集效率低下，且全站仪受外界环境影响较大，通常只能在阴天或晚上作业，从而进一步降低了作业效率。

基于陀螺仪的相对测量轨检小车是将陀螺仪安装在轨检小车上，通过连续采集轨检小车在轨道上运行时的姿态变化，实现轨道的几何状态测量。这类设备的优点是不依赖于轨道控制网，能够进行动态测量，作业效率较高，但缺点是不能获取轨道的外部几何状态，很难满足轨道长波不平顺的测量精度，且无法用于轨枕定位和大机捣固作业。

综上所述，既有轨道测量设备在数据获取、测量精度、作业效率及应用环境等方面，或多或少都受到制约与限制，难以满足当前我国轨道交通对轨道精准安装和高平顺性保持的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种gnss辅助惯性测量的轨道几何状态快速测量系统，解决既有轨道测量设备在诸多方面存在的缺陷或不足，实现轨道几何状态的高效精准测量，满足当前我国轨道交通对轨道精准安装和高平顺性保持的要求。

本发明所采用的技术方案为：

gnss辅助惯性测量的轨道几何状态快速测量系统，其特征在于：

所述系统包括搭载平台和其上设置的测量单元；

所述搭载平台为轨道车；所述测量单元包括控制终端、数据采集模块、gnss接收机和传感器；

数据采集模块向传感器发送测量指令，接收、存储及时间同步传感器数据，并向控制终端实时发送采集数据；gnss接收机根据测量指令，接收gnss信号，并将接收到的定位信息传输给数据采集模块，进而发送给控制终端。

轨道车为t型轨道车，包括纵梁和其一侧与其垂直的横梁，纵梁前后两端底部和横梁外端底部均设置有与钢轨顶面接触的走行轮，横梁底部两端设置有与钢轨内侧面接触的测量轮，纵梁的走行轮侧面设置有与钢轨内侧面接触的导向轮。

传感器包括惯性测量装置、位移传感器、倾角传感器、编码器、轨枕识别器和温度传感器。

惯性测量装置位于横梁顶部，连续测量搭载平台的空间三维姿态。

位移传感器设置在横梁两端内部，与测量轮并行连接，测量两根钢轨之间的轨距变化量。

倾角传感器设置在横梁中段内部，测量搭载平台当前的位置姿态。

编码器通过一组耦合齿轮与走行轮连接，测量走行轮的转动里程。

轨枕识别器为激光测距传感器，位于横梁一端内部，测量搭载平台与轨道道床之间的距离。

温度传感器设置在横梁内部，测量周边环境温度。

控制终端基于推杆的支撑布置于横梁上方；

数据采集模块布置在横梁内部；

gnss接收机基于支撑立柱的支撑布置于横梁上方。

本发明具有以下优点：

1、本发明所述的gnss辅助惯性测量的轨道几何状态快速测量系统设计了分离式的搭载平台和测量单元，实现了系统“化整为零”，便于现场操作人员的搬运、组装和使用。

2、本发明所述的gnss辅助惯性测量的轨道几何状态快速测量系统充分利用了gnss的实时定位能力和惯性测量的相对测量优势，采用了绝对测量辅助相对测量的方式，实现了轨道几何状态的全面高效精准测量。

3、本发明所述的gnss辅助惯性测量的轨道几何状态快速测量系统充分利用了gnss的定位特点，摆脱了轨道几何状态测量对于轨道控制网的依赖，实现了轨道几何状态测量的全天候作业。

4、本发明所述的gnss辅助惯性测量的轨道几何状态快速测量系统由搭载平台和测量单元组成，通过推动搭载平台，可使测量单元沿轨道前后移动。当开展轨道测量作业时，只需将本发明所述的gnss辅助惯性测量的轨道几何状态快速测量系统推行至测段的起点处静止，待gnss接收机锁星和惯性测量装置初始化后，再连续推行前进，直至测段终点结束。gnss为惯性测量装置提供长距离、大范围相对精确的辅助修正信息，惯性测量装置动态采集轨道的空间三维姿态，而位移、倾角、编码器等高速传感器则实时采集轨道的轨距、超高、里程等信息。控制终端通过对测量单元获取的多源采集数据进行综合解算，可得到轨道的内外部几何状态信息，完成对轨道的高效精准测量。

附图说明

图1为本发明的正视图。

图2为本发明的俯视图。

图3为本发明的侧视图。

图4为本发明的仰视图。

图中，1-横梁，2-纵梁，3-走行轮，4-测量轮，5-导向轮，6-刹车装置，7-推杆，8-支撑立柱，9-控制终端，10-数据采集模块，11-惯性测量装置，12-gnss接收机，13-位移传感器，14-倾角传感器，15-编码器，16-轨枕识别器，17-温度传感器。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种gnss辅助惯性测量的轨道几何状态快速测量系统，所述系统包括搭载平台和其上设置的测量单元；所述搭载平台为轨道车；所述测量单元包括控制终端9、数据采集模块10、gnss接收机12和传感器；数据采集模块10向传感器发送测量指令，接收、存储及时间同步传感器数据，并向控制终端9实时发送采集数据；gnss接收机12根据测量指令，接收gnss信号，并将接收到的定位信息传输给数据采集模块10，进而发送给控制终端9。

轨道车为t型轨道车，包括纵梁2和其一侧与其垂直的横梁1，纵梁2前后两端底部和横梁1外端底部均设置有与钢轨顶面接触的走行轮3，横梁1底部两端设置有与钢轨内侧面接触的测量轮4，纵梁2的走行轮3侧面设置有与钢轨内侧面接触的导向轮5。

传感器包括惯性测量装置11、位移传感器13、倾角传感器14、编码器15、轨枕识别器16和温度传感器17。

惯性测量装置11位于横梁1顶部（可选型号为零偏稳定性优于0.01°/h的三轴惯性测量装置），连续测量搭载平台的空间三维姿态。

位移传感器13设置在横梁1两端内部，与测量轮4并行连接，测量两根钢轨之间的轨距变化量。位移传感器可选型号为novotechniktr系列。

倾角传感器14设置在横梁1中段内部（可选型号为测角精度优于0.005°的双轴倾角传感器），测量搭载平台当前的位置姿态。

编码器15通过一组耦合齿轮与走行轮3连接，测量走行轮3的转动里程。编码器可选型号为宜科ec50p-5000。

轨枕识别器16为激光测距传感器，位于横梁1一端内部，测量搭载平台与轨道道床之间的距离。激光测距传感器可选型号为基恩士cmos模拟激光传感器il系列。

温度传感器17设置在横梁1内部（可选型号为探头式热电阻温度传感器），测量周边环境温度。

控制终端9（安装有控制程序的便携式计算机）基于推杆7的支撑布置于横梁1上方；数据采集模块10布置在横梁1内部；gnss接收机12基于支撑立柱8的支撑布置于横梁1上方。

参见附图：

本发明所述的gnss辅助惯性测量的轨道几何状态快速测量系统由搭载平台和测量单元组成，通过推动搭载平台，可使测量单元沿轨道前后移动。

所述搭载平台呈“t”型框架结构，主要包括横梁1、纵梁2、走行轮3、测量轮4、导向轮5、刹车装置6、推杆7、支撑立柱8等。

所述测量单元主要包括控制终端9、数据采集模块10、惯性测量装置11、gnss接收机12、位移传感器13、倾角传感器14、编码器15、轨枕识别器16、温度传感器17等。

所述横梁1的一端与纵梁2垂直连接，而另一端的下方设置有一个与钢轨顶面接触的走行轮3。横梁1的底部两端各垂直设置有一个与钢轨内侧面接触的测量轮4。

所述纵梁2由左、右端盒组成，沿钢轨的延伸方向设置。左、右端盒的底部分别设置有一个与钢轨顶面接触的走行轮3，而走行轮3侧面设置有与其垂直的导向轮5。

所述测量轮4与钢轨内侧面的接触点位于钢轨顶面以下16mm处，为轨距测量提供基准。

所述导向轮5与钢轨内侧面接触，保证搭载平台与轨道正交。

所述刹车装置6分别设置在左、右端盒内部，由失电制动器、制动轴、制动齿轮组成。制动轴与走行轮3的轮轴平行设置。制动齿轮与走行轮3的齿轮互相啮合。

所述推杆7通过两个活动插销安装在横梁1上部的推杆底座上，用于推动搭载平台沿轨道前后移动，推杆7把手处设置有一个托盘，用于控制终端9的安放。

所述支撑立柱8通过底部转接板安装在横梁1上部的基座上，支撑立柱8内置系统电源，用于gnss辅助惯性测量的轨道几何状态快速测量系统供电，支撑立柱8上部设置有卡具，用于gnss接收机12的固定安装。

所述控制终端9用于向数据采集模块10发送采集指令，接收、存储采集数据，并通过处理所接收的多源数据，经综合解算得到轨道内外部几何状态信息。

所述数据采集模块10安放在横梁1的内部，用于向惯性测量装置11、gnss接收机12、位移传感器13、倾角传感器14、编码器15、轨枕识别器16和温度传感器17发送测量指令，接收、存储及时间同步各类采集数据，并向控制终端9实时发送采集数据。

所述惯性测量装置11通过底部转接板安装在横梁1上部的基座上，用于根据测量指令，连续测量搭载平台的空间三维姿态，并将测量得到的空间三维姿态数据传输给数据采集模块10。

所述gnss接收机12安装于支撑立柱8顶部的卡具上，用于根据测量指令，接收gnss信号，并将接收到的定位信息传输给数据采集模块10。

所述位移传感器13分别设置在横梁1两端内部，与测量轮4并行连接，用于根据测量指令，测量两根钢轨之间的轨距变化量，并将轨距变化量传输给数据采集模块10。

所述倾角传感器14设置在横梁1中段内部，用于根据测量指令，测量搭载平台当前的位置姿态，并将测量得到的位置姿态数据传输给数据采集模块10。

所述编码器15分别设置在左、右端盒内部，编码器15通过一组耦合齿轮与走行轮3连接，实现1:1同步转动，用于根据测量指令，测量走行轮3的转动里程，并将里程测量值传输给数据采集模块10。

所述轨枕识别器16为激光测距传感器，垂直安装于横梁1靠近纵梁2一端的内部，用于根据测量指令，测量搭载平台与轨道道床之间的距离，并将距离测量值传输给数据采集模块10。

所述温度传感器17设置在横梁1内部，用于根据测量指令，测量周边环境温度，并将温度测量值传输给数据采集模块10。

当开展轨道测量作业时，只需将本发明所述的gnss辅助惯性测量的轨道几何状态快速测量系统推行至测段的起点处静止，待gnss接收机12锁星和惯性测量装置11初始化后，再连续推行前进，直至测段终点结束。gnss为惯性测量装置11提供长距离、大范围相对精确的辅助修正信息，惯性测量装置11动态采集轨道的空间三维姿态，而位移传感器13、倾角传感器14、编码器15等高速传感器则实时采集轨道的轨距、超高、里程等信息。控制终端9可对测量单元获取的多源采集数据进行综合解算，得到轨道的内外部几何状态信息，完成对轨道的高效精准测量。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

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