一種計算軌道中線坐標(biāo)與被檢測點坐標(biāo)的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于鐵路軌道的安裝質(zhì)量檢測及日常線路維護(hù)檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè) 及一種計算軌道中線坐標(biāo)與被檢測點坐標(biāo)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)階段的CPIII軌道控制網(wǎng)的軌道Ξ維檢測系統(tǒng)，其作業(yè)模式都是先對全站儀進(jìn) 行設(shè)站，然后依靠全站儀自動跟蹤軌道檢測小車上的棱鏡，靜態(tài)或動態(tài)測量W確定線路坐 標(biāo)，其主要缺點在于CPIII軌道控制網(wǎng)點精度不夠高，計算軌道被檢測點與中線坐標(biāo)的算法 較為繁瑣。 【實用新型內(nèi)容】
[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實用新型提供了一種計算軌道中線坐標(biāo)與被檢測點 坐標(biāo)的裝置，能夠提升檢測精度與效率。
[0004] 本實用新型基于上述需要解決的技術(shù)問題，提出的技術(shù)方案是：一種計算軌道中 線坐標(biāo)與被檢測點坐標(biāo)的裝置，包括右車架、輔助全站儀、基準(zhǔn)全站儀、左車架、雙傾角傳感 器，其中輔助全站儀安裝在軌道檢測小車的右車架上，基準(zhǔn)全站儀安裝在軌道檢測小車的 左車架上，左車架與右車架通過螺栓連接在一起，雙傾角傳感器設(shè)置在軌道檢測小車上。
[0005] 本實用新型的有益效果：采用高精度的CPIV軌道基準(zhǔn)網(wǎng)點作為軌道Ξ維檢測系 統(tǒng)的測量基準(zhǔn)，檢測精度有了較大提升。
【附圖說明】
[0006] 圖1為用于配合測量的雙全站儀軌道檢測小車結(jié)構(gòu)圖；
[0007] 圖2為基準(zhǔn)全站儀與輔助全站儀測量CPIV軌道基準(zhǔn)網(wǎng)棱鏡示意圖；
[0008] 圖3為軌道Ξ維坐標(biāo)系定義示意圖；
[0009] 圖4為剛體坐標(biāo)與歐拉角定義示意圖。
[0010] 圖中：1.右車架；2.輔助全站儀；3.基準(zhǔn)全站儀；4.左車架點雙傾角傳感器。
【具體實施方式】
[0011] 為使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面 結(jié)合【具體實施方式】，進(jìn)一步闡述本實用新型。
[0012] 如圖1所示，一種計算軌道中線坐標(biāo)與被檢測點坐標(biāo)的裝置，包括右車架1、輔助 全站儀2、基準(zhǔn)全站儀3、左車架4、雙傾角傳感器5,其中輔助全站2儀安裝在軌道檢測小車 的右車架1上，基準(zhǔn)全站儀3安裝在軌道檢測小車的左車架4上，左車架4與右車架1通過 螺栓連接在一起，雙傾角傳感器5設(shè)置在軌道檢測小車上。
[0013] 現(xiàn)階段的CPIII軌道控制網(wǎng)2-2的軌道Ξ維檢測系統(tǒng)，其作業(yè)模式都是先對全站儀 進(jìn)行設(shè)站，然后依靠全站儀自動跟蹤軌道檢測小車上的棱鏡，靜態(tài)或動態(tài)測量W確定線路 坐標(biāo)，其主要缺點在于CPIII軌道控制網(wǎng)點2-2精度不夠高，計算軌道被檢測點與中線坐標(biāo) 的算法較為繁瑣。如圖2、3、4所示，一種計算軌道中線坐標(biāo)與被檢測點坐標(biāo)的方法，其特征 在于采用高精度的CPIV軌道基準(zhǔn)網(wǎng)點2-1作為軌道Ξ維檢測系統(tǒng)的測量基準(zhǔn)，所述用于 計算軌道中線坐標(biāo)與軌道被檢測點坐標(biāo)的方法采用歐拉角與剛體運動規(guī)律的原理，步驟如 下：
[0014] 步驟一：選取兩個坐標(biāo)系，然后通過小車固有的幾何參數(shù)W及軌道檢測小車坐標(biāo) 系與CPIV基準(zhǔn)坐標(biāo)系的位置關(guān)系求解。運里軌道檢測小車坐標(biāo)系0'X'y'Z'為csyl， 坐標(biāo)系原點位于兩側(cè)行走輪輪緣最低處下16mm處連線的起點；另一個為CPIV基準(zhǔn)坐標(biāo)系 oxyz為csyO,如圖3所示。
[0015] 步驟二：CPIV基準(zhǔn)點在全站儀上的測量，如圖2所示，其中CPIV基準(zhǔn)點棱鏡在基 準(zhǔn)全站儀3與輔助全站儀2上的坐標(biāo)為（X"i，y"i，z"1)和（X"2，y"2，z"2)，全站儀 對CPIV基準(zhǔn)棱鏡測量可得到Ξ個參數(shù)，運Ξ個參數(shù)為基準(zhǔn)棱鏡跟測站點之間的距離r、豎 直方向角度θι和水平方向角度Θ2,全站儀的測量點即基準(zhǔn)棱鏡在全站儀坐標(biāo)系中的坐標(biāo) 值女日下：x" =rcos白isin白2y" =rcos白icos白2z" =rsin白1
[0016] 步驟Ξ:計算基準(zhǔn)全站儀3與輔助全站儀2位置差，基準(zhǔn)全站儀3坐標(biāo)系原點到軌 道檢測小車坐標(biāo)系原點在X'方向上的距離定義為〇，y'方向上的距離定義為sl，z'方向 上的距離定義為s2,輔助全站儀2位于小車車架的右端，左右車架1，4聯(lián)接后會有誤差存在 則不適合直接采用兩全站儀在小車的固有參數(shù)進(jìn)行運算，故利用CPIV基準(zhǔn)網(wǎng)點在兩全站 儀測得坐標(biāo)去計算X，y，ZΞ個方向的長度，W消除左右車架連接誤差對全站儀位置精度的 影響，得輔助全站儀2在基準(zhǔn)全站儀3的X，y，Z方向的長度差為：
[0017] Δχ=X"1-X"2Ay=y"i+y"2Az=Z"1-Z"2
[0018] 對于基準(zhǔn)全站儀3,其測出的CPIV基準(zhǔn)棱鏡在軌道檢測小車坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值為 (X'l，y' 1，Z' 1)，同理對于輔助全站儀2(X' 2，y' 2，Z' 2)，則得到：
[001 引（X, 1,y'1,Z' 1) = (X"1，y"i-Sl,Z"i+S。
[0020] (X' 2,y' 2,z' 2)二（X"1+AX,y" 1-S1+Δy,z" i+S化Δz)
[0021] 步驟四：剛體坐標(biāo)與歐拉角定義，取軌道檢測小車坐標(biāo)系原點作為剛體坐標(biāo)系原 點，即軌道檢測小車坐標(biāo)系csyl作為剛體坐標(biāo)系，確定其在CPIV基準(zhǔn)坐標(biāo)系csyO的剛體 坐標(biāo)。計算剛體坐標(biāo)系原點0'在CPIV基準(zhǔn)坐標(biāo)系oxyz中的坐標(biāo)值（X'e，y。'，z'。）， W及坐標(biāo)軸X'，y'，z'分別與坐標(biāo)軸x，y，z的方向余弦，運用歐拉角進(jìn)行求解。如圖4 所示，W0'為原點，各坐標(biāo)軸分別與CPIV基準(zhǔn)坐標(biāo)系oxyz的坐標(biāo)軸對應(yīng)平行，建立一個 直角坐標(biāo)系0'ξnv。平面ξo'η與X' 0'y'的交線0'N稱為節(jié)線，在定義進(jìn)動 角Φ、自轉(zhuǎn)角、章動角Θ時，方向均按照逆時針方向進(jìn)行計算，則進(jìn)動角Φ取在Co'η 平面中軸0'ξ與節(jié)線0'Ν之間的夾角；自轉(zhuǎn)角0取在X' 0'y'平面中節(jié)線0'Ν與 0'X'之間的夾角；章動角Θ取對著節(jié)線0'N正上方的正向看去的軸0'ξ與0'Z' 之間的夾角。
[0022] 步驟五：軌道被檢測點坐標(biāo)計算，確定軌道檢測小車坐標(biāo)系csyl在CPIV基準(zhǔn)坐標(biāo) 系csyO下的坐標(biāo)和角度，需確定X'c，y。'，z'c，W及Φ,勢，Θ六個剛體坐標(biāo)。由于CPIV 軌道基準(zhǔn)網(wǎng)在軌道檢測小車坐標(biāo)系csyl上的坐標(biāo)為（X'，y'，z')，軌道檢測小車坐標(biāo) 系csyl在CPIV基準(zhǔn)坐標(biāo)系csyO下的坐標(biāo)為（X' 〇，y。'，z'。），軌道基準(zhǔn)網(wǎng)點在CPIV基 準(zhǔn)坐標(biāo)系csyO下的是（x，y，z)，結(jié)合傾角傳感器測得的縱向傾角Ωι和橫向傾角Ω2,可得 到六個剛體坐標(biāo)，并由剛體運動規(guī)律得：
[0023]
[0024]其中α1，β1，丫1，α2,β2,丫2,α3,03,丫3為CPIV基準(zhǔn)坐標(biāo)系X軸、y軸、Ζ軸分 別于軌道檢測小車坐標(biāo)系X'軸、y'軸、Z'軸的方向余弦，則得：
[00 巧]
[0026] 丫3= cos Θ
[0027]結(jié)合雙軸傾角傳感器5測量得到的兩個方向角度Ωι和Ω2,有：
[0028] 丫1= cos(90。-Ω1)
[0029] 丫2=cos(90。-Ω2)
[0030] 計算得：
[0031]
[0032]
[003引兩個CPIV軌道基準(zhǔn)網(wǎng)的棱鏡坐標(biāo)為（XI，yi，Zi)和（X2, 72,Z2)，而其在軌道檢測小 車坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為（X'l，y'l，z'1)和（X'2，y'2，Z'2)。
[0036] 結(jié)合一系列式子可W得到；
[0037]
[0040] 由此得軌道檢測小車坐標(biāo)系csyl在CPIV基準(zhǔn)坐標(biāo)系csyO下的坐標(biāo) (X' 0,y〇' ，Z' 0)為：
[0041]
[0044] 由于軌道檢測小車固連的坐標(biāo)系原點位于兩側(cè)行走輪輪緣最低處下16mm處連線 的起點，即軌道被檢測點的坐標(biāo)為（X'e，y。'，z'。）
[0045] 步驟六：軌道中線坐標(biāo)計算，由于軌道檢測小車軌距傳感器所測得的軌距為L則 將坐標(biāo)（X'i+L/2，y'i，z' 1)和（X' 2+L/2，y' 2，z' 2)代入上式就可W求得軌道中線坐 申不為：（X。中，y。中，Z帥）
[0046] W上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行 業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述 的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還 會有各種變化和改進(jìn)，運些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型 要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項】
1. 一種計算軌道中線坐標(biāo)與被檢測點坐標(biāo)的裝置，其特征在于，包括右車架（1)、輔助 全站儀（2)、基準(zhǔn)全站儀（3)、左車架（4)和雙傾角傳感器（5); 所述輔助全站儀（2)安裝在軌道檢測小車的右車架（1)上，所述基準(zhǔn)全站儀（3)安裝 在軌道檢測小車的左車架（4)上，所述左車架（4)與右車架（1)相連接，所述雙傾角傳感器 (5)設(shè)置在軌道檢測小車上。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算軌道中線坐標(biāo)與被檢測點坐標(biāo)的裝置，其特征在于，所 述左車架（4)與右車架（1)通過螺栓相連接。
【專利摘要】本實用新型公開了一種計算軌道中線坐標(biāo)與被檢測點坐標(biāo)的裝置，包括右車架(1)、輔助全站儀(2)、基準(zhǔn)全站儀(3)、左車架(4)、雙傾角傳感器(5)，其中輔助全站儀(2)安裝在軌道檢測小車的右車架(1)上，基準(zhǔn)全站儀(3)安裝在軌道檢測小車的左車架(4)上，左車架(4)與右車架(1)通過螺栓連接在一起，雙傾角傳感器(5)設(shè)置在軌道檢測小車上。本實用新型的檢測點坐標(biāo)的方法及軌道檢測小車通過歐拉角與剛體運動規(guī)律的原理簡化了檢測系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，可以快速計算出軌道被檢測點坐標(biāo)與軌道中線坐標(biāo)，提升了檢測精度與效率。
【IPC分類】E01B35/00
【公開號】CN205012176
【申請?zhí)枴緾N201520610184
【發(fā)明人】楊雪榮, 植立才, 成思源, 洪思敏, 朱明宏
【申請人】廣東工業(yè)大學(xué), 廣州南方測繪儀器有限公司
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年8月13日