本發(fā)明涉及一種通過在軌道上可走行的線路上部機械(Oberbaumaschine)測量和顯示軌道設(shè)備的軌道幾何形狀的方法，所述線路上部機械具有控制測量設(shè)備，用于在抬升矯正裝置之前測量待修正的軌道位置，所述線路上部機械還具有驗收測量設(shè)備，用于在抬升矯正裝置之后測量被修正的軌道位置，并且所述線路上部機械還具有配屬的用于顯示測量值的輸出單元，其中，所述抬升矯正裝置根據(jù)控制測量設(shè)備和驗收測量設(shè)備的測量值被控制，以便實現(xiàn)預(yù)設(shè)的軌道額定幾何形狀，所述軌道額定幾何形狀尤其以曲率圖(Krümmungsbild)、縱截面高度圖和超高圖的形式預(yù)設(shè)。

背景技術(shù)：

大多數(shù)鐵路設(shè)計為碎石道碴的上部建筑。在此軌枕位于碎石道碴中。碎石道碴的作用是將車輪力導(dǎo)入路基內(nèi)，吸收作用在鋼軌和軌枕上的橫向力，并且導(dǎo)出表面的水。通過在之上行駛的車輛作用的車輪力被無規(guī)律地作用到碎石道碴中并且導(dǎo)致軌道的側(cè)面位置形狀的變形。通過設(shè)置道床，在縱截面高度、超高(在彎道中)、扭曲和方向位置方面出現(xiàn)誤差。

如果超過了這些幾何尺寸的一些由列車方向確定的舒適度極值或安全性極值，則計劃進行維護作業(yè)并且按時實施。如果超過了固定的危險極值，則根據(jù)故障的程度降低速度或者鎖定軌道并且快速消除各個故障。幾何形狀的軌道誤差的消除和修正通常由線路上部工程機械實施。為了控制過程，具有測量系統(tǒng)用于測取當前的軌道位置，關(guān)于直線、抬升、扭曲和橫向傾斜的參數(shù)。

為了使軌道在這種軌道形狀改進作業(yè)之后可以被再次投入運行，線路上部機械裝配有所謂的驗收測量設(shè)備和驗收記錄設(shè)備。為了通過線路上部機械或其它方法改進軌道位置的質(zhì)量，列車管理者確定所謂的驗收公差。這表示對進行的形狀改進的質(zhì)量的最低要求。這通過驗收測量設(shè)備和驗收記錄設(shè)備檢測。記錄的結(jié)果是與安全相關(guān)的官方文件。因此，這種驗收測量設(shè)備和驗收記錄設(shè)備要經(jīng)過定期的校準和通過授權(quán)點的驗收。在此需要列舉的、修正的和記錄的量值是軌道的扭曲度、軌道的縱截面高度、軌道的定向或側(cè)面位置、軌道的軌距和橫向傾斜度或者超高。

鐵路軌道的額定形狀作為軌道規(guī)劃使用并且可以在輸入控制計算機之后用于在已知測量系統(tǒng)狀態(tài)的情況下計算系統(tǒng)誤差。在線路上部機械上具有前車廂操作員，其負責(zé)在額定形狀和通過數(shù)據(jù)記錄器的接收方面控制機械。在驗收記錄器顯示出現(xiàn)誤差時，必須通過機械例如往回運行并且修正誤差，由此保持驗收公差。

根據(jù)當前通常的方法，以軌道在彎道長度上的曲率曲線的形式為線路上部機械的前車廂操作員顯示軌道形狀。圖像可視性地以圖表的形式顯示在電腦屏幕上。在分離的附加的屏幕上向機械操作者顯示圖表，該圖標顯示了各個參數(shù)相對于額定位置的偏差。根據(jù)當前通常的方法，機械操作者可以根據(jù)這些偏差輸入附加的修正值。例如，他可以在軌道回彈時通過機械對軌道進行再壓入。但是，因為驗收記錄器在軌道位置加工點的大約10m之后才記錄軌道位置，所以修正值的效果只能延后地顯現(xiàn)。

曲率圖、縱向傾斜圖和超高圖的顯示是抽象的并且對于機械操作者不是普遍可理解的。由機械的顯示真正軌道位置的前擋風(fēng)玻璃的視線沒有與在屏幕上示出的數(shù)學(xué)抽象的電腦圖相重疊。這種通常的方法因此對機械操作者是復(fù)雜的要求，給出的信息不直觀、難于理解并且由此容易出現(xiàn)操作失誤。不僅由于兩個無關(guān)的電腦對于根據(jù)軌道額定位置和數(shù)字驗收記錄器的運行造成困難，而且在機械運行電腦和驗收記錄器之間的測量記錄的顯示軸線通常恰好是顛倒顯示的，也對作業(yè)造成困難。

幾何形狀的軌道位置的記錄當前標準地大多數(shù)情況下通過非對稱的弦測量系統(tǒng)實現(xiàn)(弦段a、b)。在此，在前面和后面單側(cè)地壓在軌道上的測量車輛之間居中地張緊弦。在張緊車輛之間安置測量車輛并且在一側(cè)壓緊。測量車輛支承有探測裝置，其從中間位置測量鋼弦的定位。這個數(shù)值稱為矢高。為了矯正，車輛壓在彎道外側(cè)。為了高度，彎道內(nèi)軌用作參考值。額定的曲率圖借助以下?lián)隙裙皆陬~定的撓度圖(曲率圖按比例)換算：

在測量時，由此計算的額定撓度與被測量的實際撓度相比較，并且標記出差別。針對這個差別由鐵路管路者預(yù)設(shè)驗收極值。該方法步驟也類似地使用縱向傾斜曲率圖。通過將重力軸線作為參考直接提供超高值，并且通過擺錘或其它傾斜測量器測量，并且通過與額定超高的比較提供偏差值。針對超高偏差也適用驗收極值。撓度測量由所謂的傳遞功能實現(xiàn)，也就是說，測量到的誤差的增強和階段位置是根據(jù)波長的并且僅質(zhì)量上相當于實際的軌道形狀誤差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種前述類型的方法，通過其將額定軌道形狀、實際軌道形狀和通過作業(yè)精度產(chǎn)生的與軌道額定幾何形狀的偏差如此直觀地顯示，從而降低機械的錯誤操作的可能性并且可以直觀地控制機械。

所述技術(shù)問題按照本發(fā)明通過一種方法解決，其中，首先根據(jù)軌道額定幾何形狀的曲率圖、縱截面高度圖和超高圖計算得出三維的位置圖，所述三維的位置圖以立體圖顯示并且通過輸出單元示出，并且為立體的位置圖補充關(guān)于軌道方向、超高、扭曲和縱截面高度這些軌道參數(shù)的測量到的誤差變化曲線。

額定軌道形狀、實際軌道形狀和通過作業(yè)精度產(chǎn)生的與軌道額定幾何形狀的偏差與校正措施相同地通過機械操作者立體地在圖像中示出，所述圖像基本上與從其窗口沿作業(yè)方向的視線重疊。此外，在該立體圖中標記確定的軌道標記(同步點)、如岔道位置、橋梁位置或彎道主點(方向曲率圖、縱向傾斜圖或超高圖中改變的軌道位置)。為此，所述軌道額定幾何形狀配有同步點，這些同步點在軌道延伸走向的立體圖的相應(yīng)位置上顯示，其中，在通過線路上部機械到達同步點時，軌道設(shè)備上的真實的同步點與立體圖的虛擬的同步點進行同步。

通過機械的前行連續(xù)地顯示所述線路上部機械在輸出單元的視圖中的位置和當前誤差值的視圖。由此，機械操作者從其窗口沿作業(yè)方向的視線始終基本上與立體的圖像重疊。剩余誤差的變化曲線根據(jù)測量到的誤差變化曲線和所實施的調(diào)整操作被預(yù)先計算并且可見地顯示出。

此外，在線路上部機械前面的軌道位置通過圖像采集裝置記錄，鋼軌的位置可以通過圖像分析計算，并且計算出的鋼軌的位置和軌道額定幾何形狀可以在位置圖中立體地顯示。由此，機械操作者可以在之前考慮到其得到的所需修正介入。為此建議，計算待修正的軌道位置相對于額定位置的偏差的走向，計算出變化趨勢并且在用于顯示的輸出單元上顯示，以便能夠通過按時地對抬升矯正裝置實施操作確保維持公差。對待修正的軌道位置相對于抬升矯正裝置前的額定位置計算出的偏差的修正由抬升矯正裝置的控制設(shè)備自動地實施。

因為線路上部機械大多數(shù)情況下通過計程儀測量彎道長度并且由于滑行、車輪的污物等具有較低的非精確性，所以機械在同步點上與額定彎道長度同步。為此，在線路上部機械前面的同步點可以通過圖像采集裝置標出，并且從可預(yù)選的近似點逐漸顯示在立體圖中以同步化。通過同步化避免彎道長度測量誤差的累積?？梢允謩拥鼗蜃詣拥貙崿F(xiàn)同步化。

按照本發(fā)明，通過用于側(cè)面位置的曲率圖、用于高度位置的縱截面傾斜圖和用于軌道超高的超高圖預(yù)先設(shè)定的軌道額定幾何形狀在三維空間曲線中換算，并且將軌道額定幾何形狀隨后立體可見地在屏幕或類似的裝置上顯示。測取到的所產(chǎn)生的軌道位置相對于額定位置的偏差記錄在立體圖中，并且為了校正通過控制或者在自動模式下或者在手動模式下使用。軌道的同步點用于將線路建造機械的測量到的彎道長度與實際的彎道長度同步，軌道的同步點同樣在其位置方面立體地顯示，同樣如其它重要的軌道點、如岔道、橋梁、鐵路交叉口等那樣地顯示。

剩余軌道形狀誤差的自動修正例如可以通過計算縱截面高度、定向和超高(例如在之前過去的10m上)記錄的誤差的平均值進行，方法是，相應(yīng)誤差的平均值追溯到用于修正的線路上部機械的控制(反饋循環(huán))。如果例如超高誤差的中值處于-2mm，則通過線路上部機械將超高側(cè)抬升2mm，以便補償這個誤差。類似地也適用于其它的測量參數(shù)。

立體圖可以通過平視投影儀投影在線路上部機械的前擋風(fēng)玻璃上和/或通過數(shù)據(jù)眼鏡顯示。此外，立體圖可以通過無線電數(shù)據(jù)線路傳輸?shù)皆诳臻g上遠離線路上部機械的使用位置的調(diào)度中心，用于監(jiān)測作業(yè)進度，其中，必要時通過調(diào)度中心遠程控制作業(yè)。

附圖說明

在附圖中示例地示出本發(fā)明的技術(shù)方案。在附圖中：

圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的額定曲率圖、超高圖和縱截面傾斜圖以及同步點的顯示器圖像，

圖2示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在實施維護工作之后的測量制圖的顯示器圖像，

圖3示出軌道幾何形狀、剩余的軌道誤差和同步點的按照本發(fā)明的立體圖，

圖4示出通過非對稱的弓弦法測量在平面圖中的軌道位置的地點圖，

圖5示出在平面圖中的軌道位置，具有對曲率半徑、軌道弧度角和貼靠的切線的說明，

圖6示出由平面圖、高度位置和超高組成的三維坐標視圖的組成視圖，

圖7示出由平面圖、高度位置和超高組成的三維坐標視圖的組成的細節(jié)視圖。

具體實施方式

圖1示例性地示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的軌道幾何形狀計算機的顯示器圖像A的示意圖。在第一欄1中標記了彎道長度的公里數(shù)。下一欄2示出所謂的曲率圖k(s)的曲線。曲率5等于軌道半徑1/R_j的倒數(shù)。為了使在從直線軌道開始行駛進入軌道彎道時不會產(chǎn)生較大的晃動，設(shè)計有所謂的過渡彎道。所述過渡彎道的最簡單的形狀是線性的過渡彎道，其中，曲率始終隨著彎道長度增大直至達到相當于軌道半徑的曲率。線性過渡彎道的曲率的變化曲線為：

其中，k＝0至

在平面圖中，線性過渡彎道是回旋曲線。除了這種過渡彎道也存在其它的實施方式，如所謂的具有根據(jù)以下等式的曲率走向的單純的過渡彎道：

正弦形狀或余弦形狀、以及四乘冪形狀(Helmert)的過渡彎道和其它形狀也是已知的。尤其是，用于獲得平面圖的笛卡爾坐標系的分析方法是無法使用的，而是必須使用近似值方法或數(shù)字方法。關(guān)于彎道長度k(s)的曲率的顯示允許在雙重積分的笛卡爾坐標系中表示。

下一欄3示出超高6u(s)的變化曲線。通常，以mm標示超高。這是彎道外側(cè)鋼軌相對于作為參考的彎道內(nèi)側(cè)鋼軌升高的量度或者說尺寸。

最后一欄4示出縱截面傾斜圖h(s)7，該縱向傾斜圖同樣顯示為曲率圖。因為在鐵道中傾斜相對較小，所以關(guān)于縱截面高度不需要過渡彎道。大多數(shù)情況下，從一個傾斜度到另一個傾斜度的過渡僅需要較小的或不需要倒圓。在欄1中，也標志性地示出在彎道主要點15上的同步點或者用于特別的位置、如用于橋梁34或道岔34的同步點。當在作業(yè)時，機械22的位置在幾何形狀中通過水平的線示出。

圖2示出在軌道位置校正作業(yè)之后按照現(xiàn)有技術(shù)的幾何軌道位置的數(shù)字標記記錄的顯示器屏B的示意圖。最下面的一行1示出公里數(shù)(彎道長度)。在最上面的一行8中示出測量的矢高(方向)的變化曲線，并且圍繞該測量值示出允許的公差14。如果超出了公差，則通過信號警告機械操作者。從上數(shù)第二行9示出測量的超高的變化曲線和公差線。在位置16上存在向下的超出。在這種情況下機械必須退回并且再一次校正該區(qū)域直至與公差相匹配。從上數(shù)第三行10示出具有公差線的縱截面高度的變化曲線。在此，在位置12上也存在超出。最后，在從上數(shù)的第四行11示出由超高導(dǎo)出的參量(扭曲)。扭曲是一個參量，其由于它對于脫軌安全性的意義是特別安全重要的。在位置13所示的超出需要通過搗固機械進行再處理。垂直線28的位置示出當前的測量標記的位置。

圖3示出機械操作的按照本發(fā)明的立體圖。在彎道長度上的曲率圖中的用于軌道位置計算機A和驗收記錄器B的兩個不同的顯示器圖像，以軌道位置的立體成像的形式集成在圖像中。根據(jù)軌道額定幾何形狀預(yù)設(shè)、還根據(jù)軌道額定幾何形狀的曲率圖k_(s)2、縱截面高度圖h_(s)4和超高圖u_(s)3，計算出三維位置圖。所述三維位置圖19置入立體圖中并且通過輸出單元示出。此外，立體位置圖關(guān)于軌道方向39、超高23、扭曲49和縱截面高度20補充了測量的軌道參數(shù)的誤差曲線。在笛卡爾坐標系中計算空間上的額定曲線，并且換算和顯示為立體圖。19示出計算的軌道的額定位置的軌跡。通過29符號地示出機械的作業(yè)位置。28示出線路上部機械的當前位置。22示出記錄器標記的位置。20示出縱截面高度與軌道額定高度的偏差。21示出當前最后的偏差。該偏差的值在區(qū)域40中示出。31示出應(yīng)通過修正調(diào)節(jié)形成的預(yù)測值。線44示出在機械操作者通過補償電位計手動施加影響時的之前計算的變化曲線。在自動模式下，計算機自動計算出并且進行需要的修正。48示出關(guān)于測量的驗收參數(shù)的允許的極限值。R表示mm為單位的矯正位置的偏差，H表示mm為單位的高度位置的偏差，u表示以mm為單位的超高的偏差，并且‰表示千分比的扭曲的允許極限值。線39提供了相對于軌道的額定曲線的水平的軌道位置偏差。在38中，在當前測量位置上存在的偏差數(shù)值形式地輸出。43又是在手動或自動修正時的預(yù)先計算出的曲線走向。在37中給出偏差的預(yù)先計算出的值。23示出超高的偏差。陰影線的角度表示，超高誤差是向上的或是向下的。此外，50數(shù)字性地示出當前的偏差。24示出超高的標志。因為涉及左轉(zhuǎn)彎道，所以右側(cè)鋼軌超高。矯正位置的偏差在此始終在彎道外側(cè)的鋼軌上顯示，并且在彎道內(nèi)側(cè)的鋼軌上顯示縱截面高度，因為其是用于高度的參考鋼軌。42在相應(yīng)的手動或自動修正時也是超高誤差的發(fā)展的預(yù)測曲線。35表示在再次測量時預(yù)測的值。27是在測量位置上的超高的當前的偏差。49表示扭曲的偏差曲線。25是扭曲的標記。26是在測量位置上的當前的偏差。45也是手動或自動地施加修正的預(yù)先計算的曲線。33是在作業(yè)位置上的當前修正值的情況下形成的值。在超過驗收曲線的極限值時或者在驗收曲線理想地延伸時，顯示標記17。在此，右側(cè)的標記表示無瑕疵的變化曲線，在中間的標記顯示對公差的不允許的超出，而在最左邊表示，偏差的趨勢意味著即將超過極限值。通過36標記彎道主要點的同步點。其它的可能的同步點、如橋梁34或道岔41以“描述的”方式表示。32顯示水平線。如果機械接近至同步點的預(yù)設(shè)的極限值(例如5m)，則發(fā)出光學(xué)的和/或聲學(xué)的警報，并且在30中逐漸顯示同步點視頻攝像頭的圖像。通過機械操作者借助視頻圖像或者通過從窗戶觀察手動地通過按鍵實現(xiàn)同步化。通常，在鋼軌上標出同步點。如果前面的夾緊車廂準確地處在同步點上，則被同步化。圖像C從略微鳥瞰的視角立體地示出，兩個鋼軌共同地在無限遠處具有消失點。鋼軌的延伸走向在此只計算和顯示至有限的長度(如50m)。

圖4在平面圖中示出彎道46。通常，用于測量軌道位置的線路上部機械采用矢高測量方法。在此，長度l＝a+b的弦(a、b)通過測量車輛沿著彎道(彎道長度s)在鋼軌上導(dǎo)引。47顯示軌道誤差。計算出的額定矢高f_ab通過機械與測量的矢高f’_ab進行比較。由此形成偏差F，所述偏差F通過機械通過適合的矯正補償。通常，使用具有區(qū)段長度a和b的非對稱的弦。矢高由此得出：

圖5在平面圖(x、y坐標)中示出彎道46的示意圖和在彎道角與彎道尺寸s之間的關(guān)聯(lián)。為了坐標顯示的計算，適用以下數(shù)學(xué)關(guān)系：

因為通常積分不是分析可解的，其是數(shù)字計算的。k(s)在此是平面圖中的曲率走向。對于高度位置類似地進行，高度變化曲線投影在y、z平面內(nèi)。超高可以直接地計算(因為作為u(s)給定)，并且相對于參考鋼軌的z軸(始終是彎道外側(cè)的鋼軌)與其相加。鋼軌具有間距d(d＝軌距，標準軌距＝1435mm)。

圖6示出如何由平面圖(在x、y平面)、高度圖(y、z平面)、超高u和軌距d計算鋼軌的三維延伸走向。

圖7詳細地示出組成。在x、y平面內(nèi)的具有坐標(x_i、y_i)的計算出的點(P_i,0)通過高度圖的z坐標補充為具有坐標(x_i、y_i、z_i)的三維點P_i,1。因為涉及右轉(zhuǎn)彎道，所以在左側(cè)鋼軌上描繪超高u。形成具有坐標(x_i、y_i、z_i+u_i)的點P_i,2。在平面圖中在切線t(斜率k_si)上的垂線(-1/k_si)被軌距d截取，由此針對平行鋼軌形成具有坐標(x’_i、y’_i)的點P’_i,0。為了得到三維點P’_i,1，通過z坐標補充為(x’_i、y’_i、z’_i)。在準確的計算中，(彎道外側(cè)的)超高不垂直于x、y平面，而是輕微的傾斜(最大大約6°)。偏差F’對于立體圖是不重要的并且由此被忽略。