专利名称：一种轨道曲线参数测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种轨道曲线参数测量装置及方法。
技术背景铁路轨道的静态曲线形状与其设计值总是存在一定误差的，误差的存 在使得铁轨的实际值是一条围绕其设计值的波动曲线，当用一个测尺去测 量这个波动时，长于测尺的波动是无法量出的，因此，必须采用特别的装 置去在一个大尺度内测量以消除长波的影响。目前已有数种消除长波的轨 道测量装置，但多以激光及一个跟踪靶标为基础，其中以普拉塞*陶依尔公 司最为典型，该方案包括一个可沿铁轨行驶的测量车， 一个架设于固定点 的测量车， 一个激光发射装置，以及一个可跟踪激光的移动靶标组成，当 测量车沿铁轨走行时，靶标移动测出相对固定点的偏移，计算出铁轨参数。 它存在的不足是仅使用于长直线段区间作业，这些装置中，激光束是固 定的，移动的是激光靶标，激光靶标移动范围有限，当其与激光发射点间 偏角过大时无法工作。在工作开始前，需要一个靶标与激光的对准过程。 需人工介入关注耙标跟踪状况，如脱耙则需再次人工对准。其它如中国专利公开号测量轨道的方法(CN 1263019A)，提出了一种利用两部独立测量 车测量轨道的方法，使用了一部GPS流动站确定固定测量车的大地坐标， 在两部车之间有一个激光装置确定其相对位置。测定一段轨道实际误差的 方法(92105619. 2)，提出了利用两部独立测量车测定轨道参数误差的方法， 测量车装有GPS定位天线，通过接收卫星数据确定两辆测量车的相对方位。 全站仪与GPS单频实时动态组合测量方法及其系统(CN 1967282A)，提出了一种全站仪组合系统，利用全站仪测量数据实现GPS测量的快速初始化。 GPS全站仪(CN2864592Y)，提出了一种GPS与全站仪一体装置，将GPS天 线安装于全站仪中心处，通过GPS获得全站仪的测站坐标。他们都不同程 度上存在类似不足。 发明内容本发明的目的是为了提供一种轨道曲线参数测量装置及方法，它是一 种GPS与全站仪相结合的铁路轨道曲线参数的测量方法及装置，利用该装 置进行铁路施工作业，可以消除铁路线路中的长波误差。一种轨道曲线参数测量装置，它包括固定测量车1和移动测量车2，所 述固定测量车1上安装有电子全站仪3、可控制电子全站仪3运动的车载电 脑5和固定车全球定位系统GPS2，所述电子全站仪3通过数据线4与车载 电脑5相连；所述移动测量车2.上安装有前端反射物6、移动全球定位系统 GPS1、无线数传电台7和倾角传感器9，所述移动全球定位系统GPS1和 倾角传感器9通过数据线与无线数传电台7相连；车载电脑5的无线接收 端口接收无线数传电台7发来的数据信号。还包括一个全球定位系统GPS基准站10，它位于工作区段附近拥有的 一个大地坐标已知的绝对坐标点上，用于为两部测量车的GPS提供测量参 考基点。一种基于所述轨道曲线参数测量装置的测量方法，它包括以下步骤 第一步，将流动测量车与固定测量车分别放置于欲施工作业的铁轨区 段两端；第二步，进行RTK-GPS测量，求出移动测量车与固定测量车的大地坐 标，将该坐标传送至固定测量车车载电脑；第三步，车载电脑根据GPS数据计算出全站仪对前端反射物的搜索范 围，并控制全站仪转向该方位；第四步，全站仪在指定范围内锁定前端反射物并测量其坐标数据，并 将前端反射物的坐标数据传送给车载电脑，车载电脑根据此坐标与倾角传 感器值计算出当前铁轨参数；第五步，移动车沿铁轨向固定车开进，固定测量车上车载电脑持续读 取全站仪与倾角传感器数据，计算出铁轨参数；第六步，当移动车靠近固定车时，即为一个工作循环的结束。当所述轨道曲线参数测量装置还包括一个全球定位系统GPS基准站 时，所述第一步还应将GPS基站架设于一坐标已知点。它将GPS测量与全站仪光学测量相结合而实现铁轨参数测量，利用 GPS数据控制全站仪的定向，全站仪进行精确测量。
图1为本发明原理示意图；图2为本发明工作过程示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示， 一种轨道曲线参数测量装置，它包括固定测量车l、 移动测量车2和全球定位系统GPS基准站10，所述固定测量车1上安装有 电子全站仪3、可控制电子全站仪3运动的车载电脑5和固定车全球定位系 统GPS2，所述电子全站仪3通过数据线4与车载电脑5相连；所述移动测 量车2上安装有前端反射物6、移动全球定位系统GPS1、无线数传电台7 和倾角传感器9，所述移动全球定位系统GPS1和倾角传感器9通过数据线 与无线数传电台7相连；车载电脑5的无线接收端口接收无线数传电台7发来的数据信号。所述全球定位系统GPS基准站10位于工作区段附近拥有 的一个大地坐标已知的绝对坐标点上，用于为两部测量车的GPS提供测量 参考基点。前端反射物6为棱镜。一种基于所述轨道曲线参数测量装置的测量方法，它包括以下步骤 第一步，将流动测量车与固定测量车分别放置于欲施工作业的铁轨区段两端，将GPS基站架设于一坐标已知点；第二步，进行RTK-GPS测量，求出移动测量车与固定测量车的大地坐 标，将该坐标传送至固定测量车车载电脑；第三步，车载电脑根据GPS数据计算出全站仪对前端反射物的搜索范 围，并控制全站仪转向该方位；第四步，全站仪在指定范围内锁定前端反射物并测量其坐标数据，并 将前端反射物的坐标数据传送给车载电脑，车载电脑根据此坐标与倾角传 感器值计算出当前铁轨参数；第五步，移动车沿铁轨向固定车开进，固定测量车上车载电脑持续读 取全站仪与倾角传感器数据，计算出铁轨参数；第六步，当移动车靠近固定车时，即为一个工作循环的结束。具体来说，其工作过程和原理是在每个测量过程开始之前，将固定 测量车置于工作铁轨区段的一个坐标标志点附近，该标志点一般为位于接 触网电杆上的大地坐标已知的固定点，将电子全站仪朝向标志点，测量出 固定点对全站仪的相对坐标，从而反演推算出电子全站仪本身的大地坐标。 基于中国铁路实际状况的多样性，在有的地区，位于接触网电杆上的固定 点不能获得，其原因是尚未铺设，或遭受人为破坏，此时可用安装于固定 测量车上的GPS2测得一个大地坐标，由于GPS2与全站仪的安装位置是固定的，因此通过GPS2的大地坐标可以计算出全站仪的大地坐标。移动测量 车移动至铁轨工作区的另一端后，控制移动测量车车顶GPS1进行测量，测 量出GPS1的绝对坐标。由于GPS1与安装于前测量测量车的棱镜之间具体 的几何距离是确定的，因此，根据GPS1所在位置的大地坐标，进行一个几 何计算就可以得出棱镜的大地坐标，该大地坐标通过一个数传电台发送至 固定测量车上的车载电脑，车载电脑将棱镜的大地坐标与全站仪本身的大 地坐标进行运算，计算出反射棱镜相对于电子全站仪的极坐标方位。由于 RTK-GPS的测量精度只能到达厘米级，因此通过GPS数据计算出的该极坐 标值是不精确的，车载电脑在获得GPS1的大地坐标后，控制全站仪自动指 向向该方位，并在此极坐标值的一个误差容许范围内进行搜索，通过一个 光学的方法判别棱镜的精确位置。全站仪具有自动跟踪功能，在锁定棱镜 后，全站仪可在水平360度与纵向180度范围内跟踪棱镜的运动，并精确 测量棱镜相对于全站仪的极坐标值。在全站仪锁定棱镜以后，即可开动移 动测量车进行测量，移动测量车沿铁轨向固定测量车以一定速度行驶，在 此过程中电子全站仪不断纪录棱镜的相对坐标，该坐标与全站仪本身大地 坐标叠加即可推算出棱镜的大地坐标，根据由移动测量车上的一个倾角传 感器，可以测量出铁轨左右两边钢轨的水平高度差值，利用这个角度与棱 镜的大地坐标，即可计算出铁轨的曲线参数。在测量过程中，车载电脑还 同时接收GPS1数据，通过GPS1数据计算出棱镜相对于全站仪不精确的极 坐标值，当该数据与全站仪自测的棱镜极坐标值超出一定误差范围内时， 车载电脑提醒操作人员进行校验，以防止全站仪对错误目标实行跟踪。在 出现棱镜失锁时，车载电脑可利用GPS1数据进行一个重定位过程。它自动化程度高，由于采用GPS数据为全站仪定向，因此整个过程中无须人工干预，无需繁琐的人工对准过程，在测量过程中出现失锁与错误 跟踪等状况也可以由车载电脑自动判断出；测量范围广，由于全站仪可在 水平范围内360度跟踪目标，因此本方法可以适用于大曲率轨道参数的测 量，改变了激光等方法仅适用于长直线路的局限。
权利要求
1、一种轨道曲线参数测量装置，其特征在于它包括固定测量车(1)和移动测量车(2)，所述固定测量车(1)上安装有电子全站仪(3)、可控制电子全站仪(3)运动的车载电脑(5)和固定车全球定位系统(GPS2)，所述电子全站仪(3)通过数据线(4)与车载电脑(5)相连；所述移动测量车(2)上安装有前端反射物(6)、移动全球定位系统(GPS1)、无线数传电台(7)和倾角传感器(9)，所述移动全球定位系统(GPS1)和倾角传感器(9)通过数据线与无线数传电台(7)相连；所述车载电脑(5)的无线接收端口接收无线数传电台(7)发来的数据信号。
2、 如权利要求1的一种轨道曲线参数测量装置，其特征在于它还包括 一个全球定位系统GPS基准站(10)，它位于工作区段附近拥有的一个大地 坐标已知的绝对坐标点上，用于为两部测量车的GPS提供测量参考基点。
3、 如权利要求1或2的一种轨道曲线参数测量装置，其特征在于所述 前端反射物(6)为棱镜。
4、 一种轨道曲线参数测量方法，它基于如权利要求1或2的轨道曲线 参数测量装置，其特征在于它包括以下步骤第一步，将流动测量车与固定测量车分别放置于欲施工作业的铁轨区 段两端；第二步，进行RTK-GPS测量，求出移动测量车与固定测量车的大地坐 标，将该坐标传送至固定测量车车载电脑；第三步，车载电脑根据GPS数据计算出全站仪对前端反射物的搜索范 围，并控制全站仪转向该方位；第四步，全站仪在指定范围内锁定前端反射物并测量其坐标数据，并将前端反射物的坐标数据传送给车载电脑，车载电脑根据此坐标与倾角传感器值计算出当前铁轨参数；第五步，移动车沿铁轨向固定车开进，固定测量车上车载电脑持续读取全站仪与倾角传感器数据，计算出铁轨参数；第六步，当移动车靠近固定车时，即为一个工作循环的结束。
5、如权利要求4的一种轨道曲线参数测量方法，其特征在于当所述轨道曲线参数测量装置还包括一个全球定位系统GPS基准站时，所述第一步将GPS基站架设于一坐标已知点。
全文摘要
一种轨道曲线参数测量装置，包括安装有电子全站仪、车载电脑和固定车全球定位系统的固定测量车，安装有前端反射物、移动全球定位系统、无线数传电台和倾角传感器的移动测量车，一个全球定位系统基准站。其方法是通过RTK-GPS测量铁轨区段两端的移动测量车与固定测量车的大地坐标，计算全站仪对前端反射物的搜索范围，并控制全站仪转向该方位；全站仪在指定范围内锁定前端反射物并测量其坐标数据，车载电脑根据此坐标与倾角传感器值计算出当前铁轨参数；移动车沿铁轨向固定车开进，车载电脑根据新数据连续计算出铁轨参数。它将GPS测量与全站仪光学测量相结合而实现铁轨参数测量，利用GPS数据控制全站仪的定向，全站仪进行精确测量。
文档编号G01S19/42GK101306691SQ200810031650
公开日2008年11月19日 申请日期2008年7月3日 优先权日2008年7月3日
发明者伍启天, 马世宏, 军 龚 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司;株洲时代电子技术有限公司