專利名稱：軌排測量定位系統(tǒng)及其測量定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種修建鐵路時鋪裝軌排的精確測量定位系統(tǒng)。
技術(shù)背景在新建鐵路特別是高速鐵路時有一種施工方法，是將軌枕按鋪裝規(guī)范等間距排列起來， 再安裝固定長度的鋼軌，再利用測量定位手段和施工設(shè)備將組裝好的軌排安放到理論位置。申請?zhí)枮?00610020625.X的中國專利公開了一種軌排測量定位方法，其步驟是先放樣 線路中線基標(biāo)，在基標(biāo)處吊垂球，手工量取垂球線至內(nèi)股或外股鋼軌軌底邊緣的距離，計算 出軌排中線與線路中線的偏差后利用施工機(jī)械作初步調(diào)整，初步調(diào)整結(jié)束后再利用拉鋼尺等 方法確定軌排上各個調(diào)整點橫斷面里程，并計算出各里程處內(nèi)外鋼軌的軌頂標(biāo)高，再利用水 準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺測量出各里程處內(nèi)外鋼軌的軌頂高程，利用架在中線基標(biāo)點上的全站儀測量出 軌排標(biāo)準(zhǔn)半軌距處的平面坐標(biāo)，從而得到軌排中線與線路的理論中線的偏差。該測量定位方 法測量時間長、數(shù)據(jù)計算量大、人工干預(yù)多、精度難以保證，并且調(diào)整量數(shù)據(jù)及相應(yīng)坐標(biāo)也 無法適時加入數(shù)據(jù)庫中，不便于后期數(shù)據(jù)化管理。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種軌排測量定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)能對鐵路軌排進(jìn)行高 精度的測量定位，并給出相應(yīng)調(diào)整量，指導(dǎo)自動化的調(diào)整設(shè)備對軌排進(jìn)行高精度的調(diào)整。 本發(fā)明還要提供一種上述系統(tǒng)的測量定位方法。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是軌排測量定位系統(tǒng)，包括全站儀，還包括控 制中心和測量小車，所述控制中心包括工控機(jī)、運行在工控機(jī)上的軌排測量定位系統(tǒng)軟件、 與工控機(jī)相連的第一數(shù)傳電臺；所述測量小車包括車架、測量棱鏡、傾斜傳感器和數(shù)傳電臺 ，在車架上設(shè)置有測量棱鏡和傾斜傳感器，所述傾斜傳感器與第二數(shù)傳電臺相連，通過第二 數(shù)傳電臺與控制中心進(jìn)行通訊；所述全站儀與控制中心的工控機(jī)相連。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明利用測量小車來實現(xiàn)相對應(yīng)軌排的空間位置測量，測量小 車的空間姿態(tài)就是與之相接觸的軌排的空間位置的真實反映；本發(fā)明測量過程中人工干預(yù)少 ，從開始測量到最終獲得軌排調(diào)整量數(shù)據(jù)需要的時間短，成倍提高作業(yè)效率，所有數(shù)據(jù)均由 計算機(jī)管理，特別適用于雙塊軌枕高速鐵路的軌排調(diào)整施工，也能用在普通有砟鐵路的軌排


圖l是本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。圖2是本發(fā)明的測量小車的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2的側(cè)視圖。
具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明的軌排測量定位系統(tǒng)包括控制中心、測量小車和全站儀。 控制中心包括工控機(jī)、運行在工控機(jī)上的軌排測量定位系統(tǒng)軟件、與工控機(jī)COM口相連 的第一數(shù)傳電臺和氣象傳感器。氣象傳感器將自動讀入當(dāng)時的環(huán)境溫度、濕度和大氣壓強(qiáng)， 然后調(diào)用改正公式對全站儀的測量結(jié)果進(jìn)行自動修正；軌排測量定位系統(tǒng)軟件可控制全站儀 對測量小車上的測量棱鏡5進(jìn)行自動測量，通過第一數(shù)傳電臺讀取測量小車上的傾斜傳感器 的值，利用事先輸入的軌道線路設(shè)計值參數(shù)，通過軟件中的數(shù)學(xué)模型計算出軌排的各項參數(shù) 實際值與理論值的偏差，并將這個偏差通過第一數(shù)傳電臺發(fā)布出去，該軟件還具有數(shù)據(jù)自動 化管理功能，工作過程中的所有數(shù)據(jù)均可適時加入到數(shù)據(jù)庫中。測量小車包括車架l、測量輪2、棱鏡桿4、檢校棱鏡3、測量棱鏡5、傾斜傳感器6和第二 數(shù)傳電臺，如圖2所示。車架l采用工字鋼加工成牢固的工字形，四角安裝有能和軌頂面7精 密接觸的測量輪2;在車架1上靠近四個測量輪2的位置分別設(shè)置了1個方便拆卸安裝并能準(zhǔn)確 復(fù)位的檢校棱鏡3，這4個檢校棱鏡的位置分別與相靠近的測量輪2與軌頂面7的接觸處保持固 定的幾何關(guān)系；為便于測量，在測量小車的中央位置設(shè)置了棱鏡桿4，用于安放測量棱鏡5， 棱鏡桿4的高度可調(diào)，以滿足測量棱鏡5與全站儀需通視的要求，棱鏡桿4可以通過內(nèi)外兩根 桿相套的方式來控制其高度，如圖2和圖3所示；車架l中部安裝有感應(yīng)整個車架l的前后傾斜 量(反映軌排的前后傾斜)和左右傾斜量(反映軌排內(nèi)外軌高差)的高精度雙軸(X軸和Y軸 )傾斜傳感器6，傾斜傳感器6與第二數(shù)傳電臺相連，通過第二數(shù)傳電臺與控制中心的第一數(shù) 傳電臺進(jìn)行通訊。全站儀直接與工控機(jī)的COM口相連，由工控機(jī)里的軌排測量定位系統(tǒng)軟件控制其對測量 小車上的測量棱鏡5進(jìn)行測量，再根據(jù)傾斜傳感器6的值通過數(shù)學(xué)模型得到測量小車的實際三 維空間姿態(tài)。全站儀與工控機(jī)的連接可以采用有線或無線方式。由于測量小車上的測量棱鏡5和測量輪2的幾何關(guān)系固定，傾斜傳感器6和測量小車的縱 向和橫向姿態(tài)固定，所以在使用全站儀對測量棱鏡5進(jìn)行坐標(biāo)測量和使用傾斜傳感器6獲得相 對應(yīng)的傾角后，利用相關(guān)數(shù)學(xué)模型即可真實再現(xiàn)所有測量輪2與軌頂面接觸處的空間位置坐 標(biāo)，系統(tǒng)將該坐標(biāo)與設(shè)計坐標(biāo)進(jìn)行比對，計算出經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的差異量，最后將該調(diào)整信 息通過數(shù)傳電臺發(fā)送至安裝在自動化調(diào)整設(shè)備上的工業(yè)控制系統(tǒng)中(如PLC)，用它來控制自 動化調(diào)整設(shè)備進(jìn)行軌排調(diào)整工作，上述過程可能需要反復(fù)進(jìn)行兩到三次，直至各軌排的實際 位置與理論位置偏差小于規(guī)定限差。為真實反映整個軌排的空間姿態(tài)，往往一個軌排上需放置多臺測量小車，比如12.5m長 的軌排安放三至四臺測量小車，25m長的軌排安放五臺測量小車，分別反映軌排各段的空間 姿態(tài)，使整個軌排調(diào)整結(jié)束后更平順。每個測量小車的機(jī)械加工尺寸均存在不同程度的誤差，在使用過程中也難免會發(fā)生形變，通過對4個檢校棱鏡3和測量棱鏡5的測量、讀取傾斜傳感器6雙軸的傾斜量，可以利用軌排 測量定位系統(tǒng)軟件內(nèi)的數(shù)學(xué)模型計算出測量棱鏡5與左右軌面的高差、測量棱鏡5中心在軌 道平面的投影位置、傾斜傳感器6的零位檢校值等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。這個步驟稱為測量小車數(shù)學(xué)模 型檢校，它能確保每個測量小車都有對應(yīng)的修正值，這樣就能精度均勻的調(diào)整軌排。 本發(fā)明的測量定位方法，包括以下步驟(1) 確定全站儀自身位置全站儀在任意點架站，通過觀測已經(jīng)建立好的施工控制網(wǎng)點(也叫CPIII點，沿線路每 60米布設(shè)一對的三維控制網(wǎng)， 一般在線下工程施工完成后施測，每個點都有精密的坐標(biāo)值， 是軌道鋪設(shè)和營運維護(hù)的基準(zhǔn)。)得出全站儀自身測站坐標(biāo)和定位方向。(2) 對測量棱鏡進(jìn)行測量將測量小車放置于軌排上，將設(shè)計院給出的線路平、縱面理論設(shè)計參數(shù)和曲線段的超高 參數(shù)等理論數(shù)據(jù)輸入軌排測量定位系統(tǒng)軟件內(nèi)，人工將全站儀對準(zhǔn)線路前進(jìn)方向的首臺測量 小車上的測量棱鏡，進(jìn)行初次測量后，即可獲得該測量小車的實際三維坐標(biāo)。利用后續(xù)安放 在軌排上的各測量小車之間的距離作為已知的條件，用相關(guān)數(shù)學(xué)模型就可計算出位于各測量 小車中心的測量棱鏡的概略坐標(biāo)。全站儀根據(jù)這些概略坐標(biāo)依次自動對后續(xù)各測量小車上的 測量棱鏡進(jìn)行測量，以獲取實際的精確坐標(biāo)。(3) 讀取傾斜角度根據(jù)傾斜傳感器測量出的測量小車前后方向和內(nèi)外軌方向的傾斜量，可以得到整個軌排 的前后和內(nèi)外軌方向空間姿態(tài)。(4) 計算調(diào)整量并進(jìn)行軌排調(diào)整工作
通過第2步和第3步的測量以及測量小車的檢校模型，軌排測量定位系統(tǒng)軟件可以算出每 臺小車中線處與理論中線值的橫向和縱向的偏離值，結(jié)合軌排空間分布信息和曲線段的超高 參數(shù)，系統(tǒng)就可以獲得各測量小車實際應(yīng)該調(diào)整的前后、左右和垂向的三維調(diào)整量，最后將 該調(diào)整信息通過第一數(shù)傳電臺發(fā)送至安裝在自動化調(diào)整設(shè)備上的控制系統(tǒng)中，用它來控制各 自動化調(diào)整設(shè)備進(jìn)行軌排調(diào)整工作。本發(fā)明的軌排測量定位系統(tǒng)從開始工作，三分鐘后即可完成測量定位作業(yè)并計算輸出相 應(yīng)的調(diào)整量給自動化的調(diào)整設(shè)備，調(diào)整設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)動作完成軌排調(diào)整，然后軌排測量定位 系統(tǒng)重復(fù)測量定位作業(yè)，如果第二次輸出的調(diào)整量大于需要達(dá)到的誤差范圍，則重復(fù)上述作 業(yè)過程，如果輸出的調(diào)整量小等于需要達(dá)到的誤差范圍，則軌排調(diào)整作業(yè)結(jié)束。本發(fā)明借助測量小車來實現(xiàn)相對應(yīng)軌排的空間位置測量，測量小車的空間姿態(tài)就是與之 相接觸的軌排的空間位置的真實反映。本發(fā)明特別適用于雙塊軌枕高速鐵路的軌排調(diào)整施工 ，也能用在普通有砟鐵路的軌排施工。
權(quán)利要求
權(quán)利要求1軌排測量定位系統(tǒng)，包括全站儀，其特征在于還包括控制中心和測量小車，所述控制中心包括工控機(jī)、運行在工控機(jī)上的軌排測量定位系統(tǒng)軟件、與工控機(jī)相連的第一數(shù)傳電臺；所述測量小車包括車架(1)、測量棱鏡(5)、傾斜傳感器(6)和數(shù)傳電臺，在車架(1)上設(shè)置有測量棱鏡(5)和傾斜傳感器(6)，所述傾斜傳感器(6)與第二數(shù)傳電臺相連，通過第二數(shù)傳電臺與控制中心進(jìn)行通訊；所述全站儀與控制中心的工控機(jī)相連。
2.如權(quán)利要求l所述的軌排測量定位系統(tǒng)，其特征在于所述車架( 1)四角安裝有能和軌頂面(7)精密接觸的測量輪(2)。
3.如權(quán)利要求l所述的軌排測量定位系統(tǒng)，其特征在于在所述車架 (1)上設(shè)置有檢校棱鏡(3)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的軌排測量定位系統(tǒng)，其特征在于在所述 車架(l)上靠近四個測量輪(2)的位置分別設(shè)置了l個檢校棱鏡(3)。
5.如權(quán)利要求l所述的軌排測量定位系統(tǒng)，其特征在于在所述車架 (1)上設(shè)置有棱鏡桿(4)，所述測量棱鏡(5)安放在棱鏡桿(4)上。
6.如權(quán)利要求5所述的軌排測量定位系統(tǒng)，其特征在于所述棱鏡桿 (4)的高度可調(diào)。
7.如權(quán)利要求l所述的軌排測量定位系統(tǒng)，其特征在于所述控制中心還包括氣象傳感器，所述氣象傳感器與工控機(jī)相連。
8.軌排測量定位系統(tǒng)的測量定位方法，其特征在于該方法包括以 下步驟1)確定全站儀自身位置；2)對測量棱鏡進(jìn)行測量；3)讀取傾斜角度；4)計算調(diào) 整量并進(jìn)行軌排調(diào)整工作。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種軌排測量定位系統(tǒng)，包括全站儀，還包括控制中心和測量小車，所述控制中心包括工控機(jī)、運行在工控機(jī)上的軌排測量定位系統(tǒng)軟件、與工控機(jī)相連的第一數(shù)傳電臺；所述測量小車包括車架、測量棱鏡、傾斜傳感器和數(shù)傳電臺，在車架上設(shè)置有測量棱鏡和傾斜傳感器，所述傾斜傳感器與第二數(shù)傳電臺相連，通過第二數(shù)傳電臺與控制中心進(jìn)行通訊；所述全站儀與控制中心的工控機(jī)相連。本發(fā)明利用測量小車來實現(xiàn)相對應(yīng)軌排的空間位置測量，測量小車的空間姿態(tài)就是與之相接觸的軌排的空間位置的真實反映，本發(fā)明測量過程中人工干預(yù)少，特別適用于雙塊軌枕高速鐵路的軌排調(diào)整施工，也能用在普通有砟鐵路的軌排施工。
文檔編號E01B35/00GK101392481SQ20081030542
公開日2009年3月25日 申請日期2008年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月7日
發(fā)明者周敬勇, 姚云峰, 娛 楊, 羅小軍, 書 蔣, 陳心一 申請人:成都普羅米新科技有限責(zé)任公司