專利名稱：一種軌道曲線參數測量裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種軌道曲線參數測量裝置及方法。
技術背景鐵路軌道的靜態曲線形狀與其設計值總是存在一定誤差的，誤差的存 在使得鐵軌的實際值是一條圍繞其設計值的波動曲線，當用一個測尺去測 量這個波動時，長于測尺的波動是無法量出的，因此，必須采用特別的裝 置去在一個大尺度內測量以消除長波的影響。目前已有數種消除長波的軌 道測量裝置，但多以激光及一個跟蹤靶標為基礎，其中以普拉塞*陶依爾公 司最為典型，該方案包括一個可沿鐵軌行駛的測量車， 一個架設于固定點 的測量車， 一個激光發射裝置，以及一個可跟蹤激光的移動靶標組成，當 測量車沿鐵軌走行時，靶標移動測出相對固定點的偏移，計算出鐵軌參數。 它存在的不足是僅使用于長直線段區間作業，這些裝置中，激光束是固 定的，移動的是激光靶標，激光靶標移動范圍有限，當其與激光發射點間 偏角過大時無法工作。在工作開始前，需要一個靶標與激光的對準過程。 需人工介入關注耙標跟蹤狀況，如脫耙則需再次人工對準。其它如中國專利公開號測量軌道的方法(CN 1263019A)，提出了一種利用兩部獨立測量 車測量軌道的方法，使用了一部GPS流動站確定固定測量車的大地坐標， 在兩部車之間有一個激光裝置確定其相對位置。測定一段軌道實際誤差的 方法(92105619. 2)，提出了利用兩部獨立測量車測定軌道參數誤差的方法， 測量車裝有GPS定位天線，通過接收衛星數據確定兩輛測量車的相對方位。 全站儀與GPS單頻實時動態組合測量方法及其系統(CN 1967282A)，提出了一種全站儀組合系統，利用全站儀測量數據實現GPS測量的快速初始化。 GPS全站儀(CN2864592Y)，提出了一種GPS與全站儀一體裝置，將GPS天 線安裝于全站儀中心處，通過GPS獲得全站儀的測站坐標。他們都不同程 度上存在類似不足。 發明內容本發明的目的是為了提供一種軌道曲線參數測量裝置及方法，它是一 種GPS與全站儀相結合的鐵路軌道曲線參數的測量方法及裝置，利用該裝 置進行鐵路施工作業，可以消除鐵路線路中的長波誤差。一種軌道曲線參數測量裝置，它包括固定測量車1和移動測量車2，所 述固定測量車1上安裝有電子全站儀3、可控制電子全站儀3運動的車載電 腦5和固定車全球定位系統GPS2，所述電子全站儀3通過數據線4與車載 電腦5相連；所述移動測量車2.上安裝有前端反射物6、移動全球定位系統 GPS1、無線數傳電臺7和傾角傳感器9，所述移動全球定位系統GPS1和 傾角傳感器9通過數據線與無線數傳電臺7相連；車載電腦5的無線接收 端口接收無線數傳電臺7發來的數據信號。還包括一個全球定位系統GPS基準站10，它位于工作區段附近擁有的 一個大地坐標已知的絕對坐標點上，用于為兩部測量車的GPS提供測量參 考基點。一種基于所述軌道曲線參數測量裝置的測量方法，它包括以下步驟 第一步，將流動測量車與固定測量車分別放置于欲施工作業的鐵軌區 段兩端；第二步，進行RTK-GPS測量，求出移動測量車與固定測量車的大地坐 標，將該坐標傳送至固定測量車車載電腦；第三步，車載電腦根據GPS數據計算出全站儀對前端反射物的搜索范 圍，并控制全站儀轉向該方位；第四步，全站儀在指定范圍內鎖定前端反射物并測量其坐標數據，并 將前端反射物的坐標數據傳送給車載電腦，車載電腦根據此坐標與傾角傳 感器值計算出當前鐵軌參數；第五步，移動車沿鐵軌向固定車開進，固定測量車上車載電腦持續讀 取全站儀與傾角傳感器數據，計算出鐵軌參數；第六步，當移動車靠近固定車時，即為一個工作循環的結束。當所述軌道曲線參數測量裝置還包括一個全球定位系統GPS基準站 時，所述第一步還應將GPS基站架設于一坐標已知點。它將GPS測量與全站儀光學測量相結合而實現鐵軌參數測量，利用 GPS數據控制全站儀的定向，全站儀進行精確測量。
圖1為本發明原理示意圖；圖2為本發明工作過程示意圖。
具體實施方式
如圖1、圖2所示， 一種軌道曲線參數測量裝置，它包括固定測量車l、 移動測量車2和全球定位系統GPS基準站10，所述固定測量車1上安裝有 電子全站儀3、可控制電子全站儀3運動的車載電腦5和固定車全球定位系 統GPS2，所述電子全站儀3通過數據線4與車載電腦5相連；所述移動測 量車2上安裝有前端反射物6、移動全球定位系統GPS1、無線數傳電臺7 和傾角傳感器9，所述移動全球定位系統GPS1和傾角傳感器9通過數據線 與無線數傳電臺7相連；車載電腦5的無線接收端口接收無線數傳電臺7發來的數據信號。所述全球定位系統GPS基準站10位于工作區段附近擁有 的一個大地坐標已知的絕對坐標點上，用于為兩部測量車的GPS提供測量 參考基點。前端反射物6為棱鏡。一種基于所述軌道曲線參數測量裝置的測量方法，它包括以下步驟 第一步，將流動測量車與固定測量車分別放置于欲施工作業的鐵軌區段兩端，將GPS基站架設于一坐標已知點；第二步，進行RTK-GPS測量，求出移動測量車與固定測量車的大地坐 標，將該坐標傳送至固定測量車車載電腦；第三步，車載電腦根據GPS數據計算出全站儀對前端反射物的搜索范 圍，并控制全站儀轉向該方位；第四步，全站儀在指定范圍內鎖定前端反射物并測量其坐標數據，并 將前端反射物的坐標數據傳送給車載電腦，車載電腦根據此坐標與傾角傳 感器值計算出當前鐵軌參數；第五步，移動車沿鐵軌向固定車開進，固定測量車上車載電腦持續讀 取全站儀與傾角傳感器數據，計算出鐵軌參數；第六步，當移動車靠近固定車時，即為一個工作循環的結束。具體來說，其工作過程和原理是在每個測量過程開始之前，將固定 測量車置于工作鐵軌區段的一個坐標標志點附近，該標志點一般為位于接 觸網電桿上的大地坐標已知的固定點，將電子全站儀朝向標志點，測量出 固定點對全站儀的相對坐標，從而反演推算出電子全站儀本身的大地坐標。 基于中國鐵路實際狀況的多樣性，在有的地區，位于接觸網電桿上的固定 點不能獲得，其原因是尚未鋪設，或遭受人為破壞，此時可用安裝于固定 測量車上的GPS2測得一個大地坐標，由于GPS2與全站儀的安裝位置是固定的，因此通過GPS2的大地坐標可以計算出全站儀的大地坐標。移動測量 車移動至鐵軌工作區的另一端后，控制移動測量車車頂GPS1進行測量，測 量出GPS1的絕對坐標。由于GPS1與安裝于前測量測量車的棱鏡之間具體 的幾何距離是確定的，因此，根據GPS1所在位置的大地坐標，進行一個幾 何計算就可以得出棱鏡的大地坐標，該大地坐標通過一個數傳電臺發送至 固定測量車上的車載電腦，車載電腦將棱鏡的大地坐標與全站儀本身的大 地坐標進行運算，計算出反射棱鏡相對于電子全站儀的極坐標方位。由于 RTK-GPS的測量精度只能到達厘米級，因此通過GPS數據計算出的該極坐 標值是不精確的，車載電腦在獲得GPS1的大地坐標后，控制全站儀自動指 向向該方位，并在此極坐標值的一個誤差容許范圍內進行搜索，通過一個 光學的方法判別棱鏡的精確位置。全站儀具有自動跟蹤功能，在鎖定棱鏡 后，全站儀可在水平360度與縱向180度范圍內跟蹤棱鏡的運動，并精確 測量棱鏡相對于全站儀的極坐標值。在全站儀鎖定棱鏡以后，即可開動移 動測量車進行測量，移動測量車沿鐵軌向固定測量車以一定速度行駛，在 此過程中電子全站儀不斷紀錄棱鏡的相對坐標，該坐標與全站儀本身大地 坐標疊加即可推算出棱鏡的大地坐標，根據由移動測量車上的一個傾角傳 感器，可以測量出鐵軌左右兩邊鋼軌的水平高度差值，利用這個角度與棱 鏡的大地坐標，即可計算出鐵軌的曲線參數。在測量過程中，車載電腦還 同時接收GPS1數據，通過GPS1數據計算出棱鏡相對于全站儀不精確的極 坐標值，當該數據與全站儀自測的棱鏡極坐標值超出一定誤差范圍內時， 車載電腦提醒操作人員進行校驗，以防止全站儀對錯誤目標實行跟蹤。在 出現棱鏡失鎖時，車載電腦可利用GPS1數據進行一個重定位過程。它自動化程度高，由于采用GPS數據為全站儀定向，因此整個過程中無須人工干預，無需繁瑣的人工對準過程，在測量過程中出現失鎖與錯誤 跟蹤等狀況也可以由車載電腦自動判斷出；測量范圍廣，由于全站儀可在 水平范圍內360度跟蹤目標，因此本方法可以適用于大曲率軌道參數的測 量，改變了激光等方法僅適用于長直線路的局限。
權利要求
1、一種軌道曲線參數測量裝置，其特征在于它包括固定測量車(1)和移動測量車(2)，所述固定測量車(1)上安裝有電子全站儀(3)、可控制電子全站儀(3)運動的車載電腦(5)和固定車全球定位系統(GPS2)，所述電子全站儀(3)通過數據線(4)與車載電腦(5)相連；所述移動測量車(2)上安裝有前端反射物(6)、移動全球定位系統(GPS1)、無線數傳電臺(7)和傾角傳感器(9)，所述移動全球定位系統(GPS1)和傾角傳感器(9)通過數據線與無線數傳電臺(7)相連；所述車載電腦(5)的無線接收端口接收無線數傳電臺(7)發來的數據信號。
2、 如權利要求1的一種軌道曲線參數測量裝置，其特征在于它還包括 一個全球定位系統GPS基準站(10)，它位于工作區段附近擁有的一個大地 坐標已知的絕對坐標點上，用于為兩部測量車的GPS提供測量參考基點。
3、 如權利要求1或2的一種軌道曲線參數測量裝置，其特征在于所述 前端反射物(6)為棱鏡。
4、 一種軌道曲線參數測量方法，它基于如權利要求1或2的軌道曲線 參數測量裝置，其特征在于它包括以下步驟第一步，將流動測量車與固定測量車分別放置于欲施工作業的鐵軌區 段兩端；第二步，進行RTK-GPS測量，求出移動測量車與固定測量車的大地坐 標，將該坐標傳送至固定測量車車載電腦；第三步，車載電腦根據GPS數據計算出全站儀對前端反射物的搜索范 圍，并控制全站儀轉向該方位；第四步，全站儀在指定范圍內鎖定前端反射物并測量其坐標數據，并將前端反射物的坐標數據傳送給車載電腦，車載電腦根據此坐標與傾角傳感器值計算出當前鐵軌參數；第五步，移動車沿鐵軌向固定車開進，固定測量車上車載電腦持續讀取全站儀與傾角傳感器數據，計算出鐵軌參數；第六步，當移動車靠近固定車時，即為一個工作循環的結束。
5、如權利要求4的一種軌道曲線參數測量方法，其特征在于當所述軌道曲線參數測量裝置還包括一個全球定位系統GPS基準站時，所述第一步將GPS基站架設于一坐標已知點。
全文摘要
一種軌道曲線參數測量裝置，包括安裝有電子全站儀、車載電腦和固定車全球定位系統的固定測量車，安裝有前端反射物、移動全球定位系統、無線數傳電臺和傾角傳感器的移動測量車，一個全球定位系統基準站。其方法是通過RTK-GPS測量鐵軌區段兩端的移動測量車與固定測量車的大地坐標，計算全站儀對前端反射物的搜索范圍，并控制全站儀轉向該方位；全站儀在指定范圍內鎖定前端反射物并測量其坐標數據，車載電腦根據此坐標與傾角傳感器值計算出當前鐵軌參數；移動車沿鐵軌向固定車開進，車載電腦根據新數據連續計算出鐵軌參數。它將GPS測量與全站儀光學測量相結合而實現鐵軌參數測量，利用GPS數據控制全站儀的定向，全站儀進行精確測量。
文檔編號G01S19/42GK101306691SQ200810031650
公開日2008年11月19日 申請日期2008年7月3日 優先權日2008年7月3日
發明者伍啟天, 馬世宏, 軍 龔 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司;株洲時代電子技術有限公司