轨道几何不平顺测量装置与方法与流程

本发明涉及轨道交通领域，具体而言，涉及一种轨道几何不平顺测量装置与方法。

背景技术：

轨道不平顺(trackirregularity)两根钢轨在高低和左右方向与钢轨理想位置几何尺寸的偏差。轨道不平顺对机车车辆系统是一种外部激扰，是产生机车车辆系统震动的主要根源。轨道不平顺随机变化规律的函数描述，是机车车辆与轨道系统动力分析的重要基础资料，这种动力分析是现代机车车辆和轨道设计、养护和质量评估的重要手段，因此对轨道不平顺的测量非常重要。

在现有技术中，通常采用三点弦测法测量对应的矢度偏差值，并通过设计数字逆滤波器的方法实现几何不平顺的复原，滤波过程会导致测量区段两端存在数据丢失现象，尤其对短波不平顺测量时的可靠度较低。尽管多点弦测法的传递特性较三点弦测法有所改善，但由于测量装置需增加许多测量轮，使车辆走形部分更为复杂，制造困难或采用基于动力响应的加速度二次积分法是利用惯性原理获得测量基准的检测方法，但由于采用高通滤波器等原因，车速较低时该系统不能正常测量，并且该系统比较复杂，对系统的瞬时特性和修正补偿的要求严格，价格昂贵。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种轨道几何不平顺测量装置与方法，以改善上述的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种轨道几何不平顺测量装置，所述轨道几何平面测量装置包括：

至少一个距离传感器，用于采集一处于运动中的检测装置相对待测轨道平面的弦测值；

陀螺仪，用于采集检测装置处于运动状态时陀螺仪的点头角；

位移传感器，用于采集所述检测装置在一预建立的坐标系中的位置信息，

处理器，分别与每个所述距离传感器、所述陀螺仪以及所述位移传感器电连接，用于接收所述距离传感器传输的弦测值、所述位移传感器传输的位置信息及所述陀螺仪传输的点头角，依据所述弦测值、所述位置信息、点头角以及预设定的所述陀螺仪与所述距离传感器的高程差计算出轨道平面的几何参数。

第二方面，本发明实施例还提供了一种轨道几何不平顺测量方法，所述轨道几何平面测量方法包括：

利用至少一个距离传感器采集一处于运动中的检测装置相对待测轨道平面的弦测值；

利用一陀螺仪采集检测装置处于运动状态时陀螺仪的点头角；

利用一位移传感器采集所述检测装置在一预建立的坐标系中的位置信息，

利用一处理器接收所述距离传感器传输的弦测值、所述位移传感器传输的位置信息及所述陀螺仪传输的点头角；

利用所述处理器依据所述弦测值、所述位置信息、点头角以及预设定的所述陀螺仪与所述距离传感器的高程差计算出轨道平面的几何参数。

第三方面，本发明实施例还提供了另一种轨道几何不平顺测量装置，所述轨道几何平面测量装置包括：

信息接收单元，用于接收至少一个距离传感器采集到的处于运动中的检测装置相对待测轨道平面的弦测值、一陀螺仪采集检测装置处于运动状态时陀螺仪的点头角、一位移传感器采集所述检测装置在一预建立的坐标系中的位置信息；

计算单元，用于依据所述弦测值、所述位置信息、点头角以及预设定的所述陀螺仪与所述距离传感器的高程差计算出轨道平面的几何参数。

第四方面，本发明实施例还提供了另一种轨道几何不平顺测量方法，所述轨道几何平面方法包括：

接收至少一个距离传感器采集到的处于运动中的检测装置相对待测轨道平面的弦测值、一陀螺仪采集检测装置处于运动状态时陀螺仪的点头角、一位移传感器采集所述检测装置在一预建立的坐标系中的位置信息；

依据所述弦测值、所述位置信息、点头角以及预设定的所述陀螺仪与所述距离传感器的高程差计算出轨道平面的几何参数。

与现有技术相比，本发明提供的一种轨道几何不平顺测量装置与方法，首先通过接收至少一个距离传感器采集到的处于运动中的检测装置相对待测轨道平面的弦测值、一陀螺仪采集检测装置处于运动状态时陀螺仪的点头角、一位移传感器采集所述检测装置在一预建立的坐标系中的位置信息；然后依据所述弦测值、所述位置信息、点头角以及预设定的所述陀螺仪与所述距离传感器的高程差计算出轨道平面的几何参数。该轨道几何不平顺测量装置与方法在运行时，不会因为滤波导致测量区段两端存在数据丢失现象，对短波不平顺测量时的可靠度很高，可以测试精确测量波从毫米级至上百米的长短波轨道几何不平顺，并且测试精确度高，并且需求的测试系统结构简单，价格低，节省了成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的检测装置检测轨道几何平面时的其中一种实施方式的示意图；

图2为本发明实施例提供的检测装置检测轨道几何平面时的另一种实施方式的示意图；

图3为本发明实施例提供的轨道几何不平顺测量装置的电路连接框图；

图4为本发明实施例提供的一种轨道几何不平顺测量方法的流程图；

图5为本发明实施例提供的一种轨道几何不平顺测量装置的功能模块框图；

图6为本发明实施例提供的另一种轨道几何不平顺测量方法的流程图。

图标：101-距离传感器；102-陀螺仪；103-位移传感器；104-处理器；105-通信模块；106-信息接收单元；107-计算单元；108-信息发送单元；109-检测板；110-车轮；111-待测轨道平面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1、图2、图3，本发明实施例提供了一种轨道几何不平顺测量装置，所述轨道几何平面测量装置包括：

至少一个距离传感器101，用于采集一处于运动中的检测装置相对待测轨道平面111的弦测值。

具体地，如图2、图3所示，检测装置可以采用一电动检测小车，电动检测小车包括车轮110、检测板109以及电机，车轮110与电机均安装于检测板109，车轮110置放于待测轨道平面111，电机用于驱动车轮110滚动，距离传感器101安装于检测板109的中点处，且至少一个距离传感器101与待测轨道平面111相对设置。

陀螺仪102，用于采集检测装置处于运动状态时陀螺仪102的点头角。

本实施例中，陀螺仪102采用六轴陀螺仪102，六轴陀螺仪102设置于检测板109，且陀螺仪102位于距离传感器101的上方。对短波(如波磨)的测量，由于小车的微小点头角会对短波成分造成较大的里程位置与幅值干扰，因此本发明实施例将测量小车的点头角考虑在内。

位移传感器103，用于采集所述检测装置在一预建立的坐标系中的位置信息。

位移传感器103用于记录检测装置从坐标原点移动到当前位置的位置信息。

对于考虑点头角时，陀螺仪102的位置与距离传感器101将不严格对应，因此当前陀螺仪102的横坐标x与弦测值h应进行修正，得到实际的当前陀螺仪102的横坐标xr与弦测值hr，可以理解地，xr＝x+(h+η)sin(α)，在当前陀螺仪１０２的横坐标xr下，陀螺仪102的测点高程值保持不变，即zr(xr)＝z(x)，zr(xr)为陀螺仪102的在竖直方向的实际坐标，z(x)为陀螺仪102的在竖直方向的理论坐标。

处理器104，分别与每个所述距离传感器101、所述陀螺仪102以及所述位移传感器103电连接，用于接收所述距离传感器101传输的弦测值、所述位移传感器103传输的位置信息及所述陀螺仪102传输的点头角，依据所述弦测值、所述位置信息、点头角以及预设定的所述陀螺仪102与所述距离传感器101的高程差计算出轨道平面的几何参数。

若距离传感器101的数量为一个时，轨道平面的几何参数f(xr)可以依据算式f(xr)＝zr-hr-g计算，g表示检测装置在存在点头角扰动时，陀螺仪102的中心位置与距离传感器101中心位置高度差。其中，

由此可以得出：

，即f(xr)＝z(x)-(h(x)+η)cos(α(x))。

因此，具体地，所述位置信息包括所述陀螺仪102的在竖直方向的坐标、陀螺仪102的横坐标，所述处理器104用于依据算式f(xr)＝z(x)-(h(x)+η)cos(α(x))，计算轨道平面的几何参数，其中，xr＝x(h(x)+η)sin(α(x))，其中，f(xr)为轨道平面的几何参数，z(x)为陀螺仪102的在竖直方向的坐标、h(x)为弦测值、η为预设定的所述陀螺仪102与所述距离传感器101的高程差、α(x)为点头角，x为陀螺仪102的横坐标。

作为另外一种实施方式，当轨道几何不平顺测量装置包括多个间隔设置的距离传感器101时，轨道平面的几何参数f(xr)可以依据算式f(xr)＝zr-hr-g计算，g表示检测装置在存在点头角扰动时，陀螺仪102的中心位置与距离传感器101中心位置高度差。其中，

由此可以得出：

即

因此，具体地，所述位置信息包括所述陀螺仪102的在竖直方向的坐标、陀螺仪102的横坐标，所述处理器104用于依据算式f(xr)＝z(x)-(h(x)+η)cos(α(x))计算轨道平面的几何参数，其中，xr＝x(hi(x)+η+di)sin(α(x))，其中，f(xr)为轨道平面的几何参数，z(x)为陀螺仪102的在竖直方向的坐标、h(x)为弦测值、η为预设定的所述陀螺仪102与所述距离传感器101的高程差、α(x)为点头角，x为陀螺仪102的横坐标，n表示距离传感器的总个数，hi(x)为第i个距离传感器检测得到的弦测值，di为位移传感器至第i个距离传感器的距离。其中，利用多个距离传感器得出的最后的轨道几何不平顺值更加精确。

另外，所述轨道几何不平顺测量装置还包括通信模块105，所述通信模块105与所述处理器104电连接，所述处理器104还用于将所述轨道平面的几何参数通过发送至一智能终端显示，用户即可通过智能终端查看到轨道平面的几何参数并对轨道平面的几何参数进行分析。

请参阅图4，本发明实施例还提供了一种轨道几何不平顺测量方法，需要说明的是，本实施例所提供的轨道几何不平顺测量方法，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。所述轨道几何平面测量方法包括：

步骤s201：利用至少一个距离传感器101采集一处于运动中的检测装置相对待测轨道平面111的弦测值。

步骤s202：利用一陀螺仪102采集检测装置处于运动状态时陀螺仪102的点头角。

步骤s203：利用一位移传感器103采集所述检测装置在一预建立的坐标系中的位置信息。

其中，步骤s201～步骤s203没有先后顺序关系。

步骤s204：利用一处理器104接收所述距离传感器101传输的弦测值、所述位移传感器103传输的位置信息及所述陀螺仪102传输的点头角。

步骤s205：利用所述处理器104依据所述弦测值、所述位置信息、点头角以及预设定的所述陀螺仪102与所述距离传感器101的高程差计算出轨道平面的几何参数。

具体地，若距离传感器101的数量位移一个时，处理器104可以依据算式f(xr)＝z(x)-(h(x)+η)cos(α(x))，计算轨道平面的几何参数，其中，xr＝x(h(x)+η)sin(α(x))，其中，f(xr)为轨道平面的几何参数，z(x)为陀螺仪102的在竖直方向的坐标、h(x)为弦测值、η为预设定的所述陀螺仪102与所述距离传感器101的高程差、α(x)为点头角，x为陀螺仪102的横坐标。

因此，若距离传感器101的数量为多个时，所述位置信息包括所述陀螺仪102的在竖直方向的坐标、陀螺仪102的横坐标，所述处理器104用于依据算式

计算轨道平面的几何参数，其中，xr＝x(hi(x)+η+di)sin(α(x))，f(xr)为轨道平面的几何参数，z(x)为陀螺仪102的在竖直方向的坐标、h(x)为弦测值、η为预设定的所述陀螺仪102与所述距离传感器101的高程差、α(x)为点头角，x为陀螺仪102的横坐标，n表示距离传感器的总个数，hi(x)为第i个距离传感器检测得到的弦测值，di为位移传感器至第i个距离传感器的距离。

步骤s206：利用所述处理器104将所述轨道平面的几何参数通过发送至一智能终端显示。

请参阅图5，本发明实施例提供了一种轨道几何不平顺测量装置，需要说明的是，本实施例所提供的轨道几何不平顺测量装置，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。所述轨道几何平面测量装置包括信息接收单元106、计算单元107以及信息发送单元108。

信息接收单元106用于接收距离传感器101采集到的处于运动中的检测装置相对待测轨道平面111的弦测值、一陀螺仪102采集检测装置处于运动状态时陀螺仪102的点头角、一位移传感器103采集所述检测装置在一预建立的坐标系中的位置信息。

计算单元107用于依据所述弦测值、所述位置信息、点头角以及预设定的所述陀螺仪102与所述距离传感器101的高程差计算出轨道平面的几何参数。

具体地，若距离传感器101的数量为一个时，计算单元107用于依据算式f(xr)＝z(x)-(h(x)+η)cos(α(x))，计算轨道平面的几何参数，其中，xr＝x(h(x)+η)sin(α(x))，其中，f(xr)为轨道平面的几何参数，z(x)为陀螺仪102的在竖直方向的坐标、h(x)为弦测值、η为预设定的所述陀螺仪102与所述距离传感器101的高程差、α(x)为点头角，x为陀螺仪102的横坐标。

若距离传感器101的数量为多个时，所述位置信息包括所述陀螺仪102的在竖直方向的坐标、陀螺仪102的横坐标，计算单元107用于依据算式

计算轨道平面的几何参数，其中，xr＝x(hi(x)+η+di)sin(α(x))，f(xr)为轨道平面的几何参数，z(x)为陀螺仪102的在竖直方向的坐标、h(x)为弦测值、η为预设定的所述陀螺仪102与所述距离传感器101的高程差、α(x)为点头角，x为陀螺仪102的横坐标，n表示距离传感器的总个数，hi(x)为第i个距离传感器检测得到的弦测值，di为位移传感器至第i个距离传感器的距离。

信息发送单元108用于将所述轨道平面的几何参数发送至一智能终端显示。

请参阅图6，本发明实施例还提供了一种轨道几何不平顺测量方法，需要说明的是，本实施例所提供的轨道几何不平顺测量方法，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。所述轨道几何平面方法包括：

步骤s401：接收距离传感器101采集到的处于运动中的检测装置相对待测轨道平面111的弦测值。

步骤s402：接收一陀螺仪102采集的检测装置处于运动状态时陀螺仪102的点头角。

步骤s403：接收一位移传感器103采集所述检测装置在一预建立的坐标系中的位置信息。

其中，步骤s401～步骤s403之间没有先后顺序。

步骤s404：依据所述弦测值、所述位置信息、点头角以及预设定的所述陀螺仪102与所述距离传感器101的高程差计算出轨道平面的几何参数。

具体地，步骤s403可以包括以下两种：

第一种，若距离传感器101的数量为一个时，依据算式f(xr)＝z(x)-(h(x)+η)cos(α(x))，计算轨道平面的几何参数，其中，xr＝x(h(x)+η)sin(α(x))，其中，f(xr)为轨道平面的几何参数，z(x)为陀螺仪102的在竖直方向的坐标、h(x)为弦测值、η为预设定的所述陀螺仪102与所述距离传感器101的高程差、α(x)为点头角，x为陀螺仪102的横坐标。

第二种，若距离传感器101的数量为多个时，所述位置信息包括所述陀螺仪102的在竖直方向的坐标、陀螺仪102的横坐标，依据算式计算轨道平面的几何参数，其中，xr＝x(hi(x)+η+di)sin(α(x))，f(xr)为轨道平面的几何参数，z(x)为陀螺仪102的在竖直方向的坐标、h(x)为弦测值、η为预设定的所述陀螺仪102与所述距离传感器101的高程差、α(x)为点头角，x为陀螺仪102的横坐标，n表示距离传感器的总个数，hi(x)为第i个距离传感器检测得到的弦测值，di为位移传感器至第i个距离传感器的距离。

综上所述，本发明提供的一种轨道几何不平顺测量装置与方法，首先通过接收至少一个距离传感器采集到的处于运动中的检测装置相对待测轨道平面的弦测值、一陀螺仪采集检测装置处于运动状态时陀螺仪的点头角、一位移传感器采集所述检测装置在一预建立的坐标系中的位置信息；然后依据所述弦测值、所述位置信息、点头角以及预设定的所述陀螺仪与所述距离传感器的高程差计算出轨道平面的几何参数。该轨道几何不平顺测量装置与方法在运行时，不会因为滤波导致测量区段两端存在数据丢失现象，对短波不平顺测量时的可靠度很高，可以测试精确测量波从毫米级至上百米的长短波轨道几何不平顺，并且测试精确度高，并且需求的测试系统结构简单，价格低，节省了成本。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。