專利名稱：鐵公路沉陷測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鐵公路測量系統(tǒng)，特別涉及一種鐵公路沉陷測量裝置，可避免習(xí)用耗費(fèi)大量人物力成本仍無法全面量測監(jiān)控的缺失，進(jìn)而可達(dá)到大幅降低成本、提升產(chǎn)品實(shí)用性及行車安全保障的功效。
背景技術(shù)：
鐵公路軌道的落差沉陷(differential settlement,或稱差異沉降)現(xiàn)象對高速行駛中的交通工具(例如高鐵)所造成的安全性影響已逐漸受到重視，目前業(yè)界對于軌道落差沉陷的測量，通常是由專業(yè)的量測人員操作經(jīng)緯儀與水準(zhǔn)儀等土木工程量測儀器，以人工作業(yè)方式進(jìn)行量測，而可得知并監(jiān)控各軌道路段的落差沉陷情況及落差沉陷值?，F(xiàn)有技術(shù)中的經(jīng)緯儀與水準(zhǔn)儀等儀器，雖可達(dá)到測量軌道落差沉陷值的目的，但 也具有一定危險(xiǎn)性；此外，此種方式須耗費(fèi)大量人力物力成本，因此很難頻繁地在軌道全線所有路段實(shí)施，通常只能選擇已知落差沉陷現(xiàn)象嚴(yán)重的重點(diǎn)路段進(jìn)行定期監(jiān)控，同時(shí)，這些量測數(shù)據(jù)并非列車或車輛于行駛過程中即時(shí)(real-time)檢測所得，無法提供列車或車輛可立即處置的判斷資訊，故其實(shí)用性較為有限且對行車安全的保障仍有空窗及盲點(diǎn)存在，因此實(shí)有改進(jìn)的必要。因此，如何將上述缺失加以摒除，即為本案發(fā)明人所欲解決的技術(shù)問題所在。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于現(xiàn)有軌道落差沉陷測量裝置，因成本高且無法提供即時(shí)量測訊，導(dǎo)致實(shí)用性及行車安全保障的提升非常有限，因此本實(shí)用新型的目的在于提供一種鐵公路沉陷測量裝置，通過該測量裝置本體內(nèi)設(shè)有加速度傳感器、GPS模塊與沉陷運(yùn)算處理模塊，而使本實(shí)用新型可全天候且自動(dòng)化量測軌道的落差沉陷值，并即時(shí)地將量測數(shù)據(jù)通過輸出裝置傳回行車電腦或遠(yuǎn)端的中控中心，以有效增進(jìn)行車的安全性，同時(shí)可避免現(xiàn)有技術(shù)耗費(fèi)大量人物力成本仍無法全面量測監(jiān)控的缺失，進(jìn)而使本實(shí)用新型達(dá)到大幅降低成本、提升產(chǎn)品實(shí)用性及行車安全保障的功效。為達(dá)成以上目的，本實(shí)用新型提供一種鐵公路沉陷測量裝置，其包含—測量裝置本體，所述測量裝置本體內(nèi)設(shè)有加速度傳感器、GPS模塊與沉陷運(yùn)算處理模塊，其中所述加速度傳感器與GPS模塊分別與所述沉陷運(yùn)算處理模塊電性連接，又所述測量裝置本體內(nèi)還包含有一輸出裝置，所述輸出裝置與所述沉陷運(yùn)算處理模塊電性連接;本實(shí)用新型提供的鐵公路沉陷測量裝置，其中，所述加速度傳感器為雙軸加速度傳感器或?yàn)槿S加速度傳感器。本實(shí)用新型提供的鐵公路沉陷測量裝置，其中，所述輸出裝置為顯示裝置。本實(shí)用新型提供的鐵公路沉陷測量裝置，其中，所述輸出裝置為無線發(fā)射裝置。[0011]本實(shí)用新型提供的鐵公路沉陷測量裝置，其中，所述沉陷運(yùn)算處理模塊為硬件電路模塊或?yàn)檐浖膽?yīng)用程序。本實(shí)用新型提供的鐵公路沉陷測量裝置，其中，所述GPS模塊為GPS軌跡記錄器。本實(shí)用新型提供的鐵公路沉陷測量裝置，其中，所述沉陷運(yùn)算處理模塊內(nèi)包含有取樣模塊、誤差修正模塊與沉陷量計(jì)算模塊。本實(shí)用新型提供的鐵公路沉陷測量裝置，其中，所述誤差修正模塊內(nèi)包含有校正模塊與去噪聲模塊。本實(shí)用新型提供的鐵公路沉陷測量裝置，其中，所述去噪聲模塊內(nèi)更進(jìn)一步包含 有傅立葉轉(zhuǎn)換運(yùn)算模塊、基頻取樣模塊與反傅立葉轉(zhuǎn)換運(yùn)算模塊。本實(shí)用新型的有益效果在于，通過在所述測量裝置本體內(nèi)設(shè)有加速度傳感器、GPS模塊與沉陷運(yùn)算處理模塊，而使本實(shí)用新型可全天候且自動(dòng)化量測軌道的落差沉陷值，并即時(shí)地將量測數(shù)據(jù)通過輸出裝置傳回行車電腦或遠(yuǎn)端的中控中心，以有效增進(jìn)行車的安全性，同時(shí)可避免現(xiàn)有技術(shù)耗費(fèi)大量人物力成本仍無法全面量測監(jiān)控的缺失，進(jìn)而使本實(shí)用新型達(dá)到大幅降低成本、提升產(chǎn)品實(shí)用性及行車安全保障的功效。

圖I為本實(shí)用新型的方塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型中沉陷運(yùn)算模塊的局部方塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖2A為本實(shí)用新型中去噪聲模塊的局部方塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型的動(dòng)作示意圖。圖4為本實(shí)用新型中去噪聲模塊的中繼沉陷信號(hào)的曲線圖。圖5為本實(shí)用新型中去噪聲模塊的頻譜信號(hào)圖。圖6為本實(shí)用新型中去噪聲模塊的最終沉陷信號(hào)的曲線圖。附圖標(biāo)記說明3_測量裝置本體；31_加速度傳感器；32_GPS模塊；33_沉陷運(yùn)算處理模塊；34_輸出裝置；35_取樣模塊；36_誤差修正模塊；37_沉陷量計(jì)算模塊；38_校正模塊；39_去噪聲模塊；391_傅立葉轉(zhuǎn)換運(yùn)算模塊；392_基頻取樣模塊；393_反傅立葉轉(zhuǎn)換運(yùn)算模塊；S1_中繼沉陷信號(hào)；S2-基頻信號(hào)；S3-最終沉陷信號(hào)
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)作更詳細(xì)的說明。請參閱圖I所示，本實(shí)用新型提供一種鐵公路沉陷測量裝置，其包含一測量裝置本體3，該測量裝置本體3內(nèi)設(shè)有加速度傳感器31、GPS(GlobalPositioning System,全球定位系統(tǒng))模塊32與沉陷運(yùn)算處理模塊33,其中該加速度傳感器31與GPS模塊32分別與該沉陷運(yùn)算處理模塊33電性連接，該加速度傳感器31用來檢測物體移動(dòng)所產(chǎn)生的加速度變化，其中該加速度傳感器31可為雙軸加速度傳感器(XY軸向)或?yàn)槿S加速度傳感器(XYZ軸向)，就本實(shí)用新型的目的而言，只要能感測Z軸方向即可符合要求，故如采用雙軸加速度傳感器，也只需令該雙軸加速度傳感器轉(zhuǎn)個(gè)角度垂直放置即可，該GPS模塊32更具體地可為一 GPS軌跡記錄器，該GPS軌跡記錄器可用以記錄物體移動(dòng)的速度、軌跡與時(shí)間等信息，又該加速度傳感器31與GPS模塊32的局部結(jié)構(gòu)與動(dòng)作原理屬于現(xiàn)有技術(shù)且非本案技術(shù)特征，故在此不予詳述，此外，本實(shí)用新型的測量裝置本體3內(nèi)還可包含有一輸出裝置34，該輸出裝置34與該沉陷運(yùn)算處理模塊33電性連接，又該輸出裝置34可為顯示裝置或?yàn)闊o線發(fā)射裝置，藉此，而使該輸出裝置34可將測量結(jié)果直接顯示輸出，或?qū)y量結(jié)果通過無線射頻信號(hào)發(fā)送至遠(yuǎn)端的中控中心或行車電腦進(jìn)行監(jiān)控與判讀處理，該沉陷運(yùn)算處理模塊33可為硬件電路模塊例如特殊應(yīng)用集成電路(ApplicationSpecific Integrated Circuit,ASIC)或?yàn)檐浖膽?yīng)用程序,請?jiān)倥浜蠀㈤唸D2所示,該沉陷運(yùn)算處理模塊33內(nèi)可包含有取樣模塊35、誤差修正模塊36與沉陷量計(jì)算模塊37，其中該誤差修正模塊36分別與該取樣模塊35及沉陷量計(jì)算模塊37電性連接，又該誤差修正模塊36內(nèi)可包含有校正模塊38與去噪聲模塊39，其中該校正模塊38與去噪聲模塊39電性連接；請參閱圖3所示，當(dāng)本實(shí)用新型安裝置設(shè)于鐵公路的列車或車輛內(nèi)，該加速度傳感器31即可開始運(yùn)作并產(chǎn)生該列車或車輛行進(jìn)時(shí)加速度變化的數(shù)據(jù)，該加速度傳感器31 會(huì)再將該數(shù)據(jù)傳送至該沉陷運(yùn)算處理模塊33進(jìn)行后續(xù)處理，當(dāng)列車或車輛經(jīng)過落差沉陷的路段時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生一明顯的加速度變化，此時(shí)該沉陷運(yùn)算處理模塊33的取樣模塊35即可擷取該段由落差沉陷所造成的加速度變化的數(shù)據(jù)，而可得到一初始沉陷信號(hào)，由于該初始沉陷信號(hào)為加速度對時(shí)間的函數(shù)，故可依據(jù)物理學(xué)中拋物線運(yùn)動(dòng)及自由落體運(yùn)動(dòng)等原理，利用對該初始沉陷信號(hào)對時(shí)間求積分的數(shù)學(xué)方法，即可計(jì)算出(Z軸方向的)位移，也就是軌道的落差沉陷值，此為本實(shí)用新型的理論基礎(chǔ)與依據(jù)，但實(shí)際上，為使最終的計(jì)算結(jié)果更為精確，該初使沉陷信號(hào)仍須先經(jīng)過校正及去除噪聲等動(dòng)作，因此該取樣模塊35會(huì)先將該初始沉陷信號(hào)傳送至誤差修正模塊36內(nèi)的校正模塊38進(jìn)行校正動(dòng)作，由于地球本身存在一重力加速度，且地球上不同緯度的地區(qū)其重力加速度皆不相同，故各地區(qū)的實(shí)際重力加速度可依據(jù)緯度數(shù)據(jù)來加以校正(此為地球科學(xué)領(lǐng)域中的公知常識(shí))，因此該校正模塊38會(huì)先依據(jù)目前所在的地區(qū)校正出實(shí)際重力加速度，再將該初始沉陷信號(hào)減去靜止時(shí)的重力加速度(即經(jīng)過校正后的實(shí)際重力加速度)，請?jiān)倥浜蠀㈤唸D4所示，如此即可得到一中繼沉陷信號(hào)SI，該中繼沉陷信號(hào)SI即已排除重力加速度而只保留因軌道落差沉陷所造成的加速度變化，然因列車或車輛于高速行駛時(shí)仍會(huì)受到其轉(zhuǎn)向架或減震系統(tǒng)、空氣阻力、環(huán)境等因素而造成震動(dòng)，這些震動(dòng)會(huì)干擾加速度傳感器31的量測而成為該中繼沉陷信號(hào)SI里的噪聲成分，故必須將之濾除，該校正模塊38會(huì)再將該中繼沉陷信號(hào)SI傳送至去噪聲模塊39進(jìn)行濾除噪聲動(dòng)作，該去噪聲模塊39 —般可為低通濾波器或其他濾波電路，在本實(shí)施例中，貝1J是以傅立葉轉(zhuǎn)換(Fourier Transform)的原理來達(dá)到濾除噪聲的目的,請配合參閱圖所示，其中本實(shí)用新型的去噪聲模塊39內(nèi)更可進(jìn)一步包含有傅立葉轉(zhuǎn)換運(yùn)算模塊391、基頻取樣模塊392與反傅立葉轉(zhuǎn)換運(yùn)算模塊393，該基頻取樣模塊392分別與該傅立葉轉(zhuǎn)換運(yùn)算模塊391及反傅立葉轉(zhuǎn)換運(yùn)算模塊393電性連接，其濾除噪聲的原理及動(dòng)作流程是由該傅立葉轉(zhuǎn)換運(yùn)算模塊391對該中繼沉陷信號(hào)SI進(jìn)行快速傅立葉轉(zhuǎn)換(Fast FourierTransform,FFT)運(yùn)算,請?jiān)倥浜蠀㈤唸D5所示,而可將原屬時(shí)域(time domain)的中繼沉陷信號(hào)SI轉(zhuǎn)換成頻域(frequency domain)的頻譜信號(hào),而如圖5所示，由該頻譜信號(hào)中可看出較高頻部分的信號(hào)其振幅成分皆很微弱，可知為噪聲，而頻譜信號(hào)中的基頻(baseband)信號(hào)S2即為軌道落差沉陷所造成，因此該基頻取樣模塊392即會(huì)擷取該頻譜信號(hào)的基頻信號(hào)S2，再將該基頻信號(hào)S2傳送給該反傅立葉轉(zhuǎn)換運(yùn)算模塊393，該反傅立葉轉(zhuǎn)換運(yùn)算模塊393即可對該基頻信號(hào)S2進(jìn)行反傅立葉轉(zhuǎn)換(Inverse Fourier Transform)運(yùn)算,請?jiān)倥浜蠀㈤唸D6所示，而可得到一不含噪聲的最終沉陷信號(hào)S3，至此即已完成將落差沉陷所造成的加速度變化對時(shí)間的信號(hào)予以校正及濾除噪聲的動(dòng)作流程，請?jiān)賲㈤唸D3所示，該去噪聲模塊39可再將該最終沉陷信號(hào)S3傳送至該沉陷量計(jì)算模塊37，而使該沉陷量計(jì)算模塊37可依下述的原理及公式計(jì)算出軌道的落差沉陷值根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)
權(quán)利要求1.一種鐵公路沉陷測量裝置，其特征在于，包含 一測量裝置本體，所述測量裝置本體內(nèi)設(shè)有加速度傳感器、GPS模塊與沉陷運(yùn)算處理模塊，其中所述加速度傳感器與GPS模塊分別與所述沉陷運(yùn)算處理模塊電性連接，又所述測量裝置本體內(nèi)還包含有一輸出裝置，所述輸出裝置與所述沉陷運(yùn)算處理模塊電性連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鐵公路沉陷測量裝置，其特征在于，所述加速度傳感器為雙軸加速度傳感器或?yàn)槿S加速度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鐵公路沉陷測量裝置，其特征在于，所述輸出裝置為顯示裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鐵公路沉陷測量裝置，其特征在于，所述輸出裝置為無線發(fā)射裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鐵公路沉陷測量裝置，其特征在于，所述沉陷運(yùn)算處理模塊為硬件電路模塊或?yàn)檐浖膽?yīng)用程序。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鐵公路沉陷測量裝置，其特征在于，所述GPS模塊為GPS軌跡記錄器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的鐵公路沉陷測量裝置，其特征在于，所述沉陷運(yùn)算處理模塊內(nèi)包含有取樣模塊、誤差修正模塊與沉陷量計(jì)算模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鐵公路沉陷測量裝置，其特征在于，所述誤差修正模塊內(nèi)包含有校正模塊與去噪聲模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鐵公路沉陷測量裝置，其特征在于，所述去噪聲模塊內(nèi)更進(jìn)一步包含有傅立葉轉(zhuǎn)換運(yùn)算模塊、基頻取樣模塊與反傅立葉轉(zhuǎn)換運(yùn)算模塊。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種鐵公路沉陷測量裝置，其包含一測量裝置本體，該測量裝置本體內(nèi)設(shè)有加速度傳感器、GPS模塊與沉陷運(yùn)算處理模塊，其中該加速度傳感器與GPS模塊分別與該沉陷運(yùn)算處理模塊電性連接，又該測量裝置本體內(nèi)尚包含有一輸出裝置，該輸出裝置與該沉陷運(yùn)算處理模塊電性連接；通過該測量裝置本體內(nèi)設(shè)有加速度傳感器、GPS模塊與沉陷運(yùn)算處理模塊，而使本實(shí)用新型可全天候且自動(dòng)化量測軌道的落差沉陷值，并即時(shí)地將量測數(shù)據(jù)通過輸出裝置傳回行車電腦或遠(yuǎn)端的中控中心，并可有效增進(jìn)行車的安全性，同時(shí)可避免現(xiàn)有技術(shù)中耗費(fèi)大量人物力成本仍無法全面周到量測監(jiān)控的缺失，進(jìn)而使本實(shí)用新型達(dá)到大幅降低成本、提升產(chǎn)品實(shí)用性及行車安全保障的功效。
文檔編號(hào)E01C23/01GK202658486SQ201220149439
公開日2013年1月9日 申請日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者吳承儒 申請人:嚳巃科技有限公司