《鐵路軌道幾何狀態精密測量系統》是廣州南方測繪儀器有限公司、中鐵二局集團新運工程有限公司於2015年4月17日申請的專利，該專利的公布號為CN204662187U，授權公布日為2015年9月23日，發明人是郭寶宇、楊世峰、張翔、方明、林國輝。該實用新型涉及一種鐵路軌道的測量系統，屬於鐵路軌道檢測技術領域。
《鐵路軌道幾何狀態精密測量系統》包括測量小車，所述測量小車包括第一橫樑、第二橫樑以及第三橫樑，第一橫樑和第二橫樑的一端分別與第三橫樑連線組成Y型框架，所述第一橫樑和第二橫樑的另一端分別設有剎車輪，所述第三橫樑的末端設有定位輪組件和花片輪，所述第一橫樑和第二橫樑之間架設有支撐板，所述第三橫樑上設有手推組件、電器箱以及感測器，所述第一橫樑、第二橫樑和支撐板所圍成的框架上設有安裝平台，所述安裝平台上固定有慣性導航儀，所述支撐板上設有第一GPS天線，所述慣性導航儀通過數據採集通訊線與電器箱連線。該實用新型基於慣性導航和全球定位技術，實現了鐵路軌道幾何狀態的精確測量。
2017年12月11日，《鐵路軌道幾何狀態精密測量系統》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《鐵路軌道幾何狀態精密測量系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：鐵路軌道幾何狀態精密測量系統
- 申請人：廣州南方測繪儀器有限公司、中鐵二局集團新運工程有限公司
- 申請日：2015年4月17日
- 申請號：2015202357884
- 公布號：CN204662187U
- 公布日：2015年9月23日
- 發明人：郭寶宇、楊世峰、張翔、方明、林國輝
- 地址：廣東省廣州市天河區科韻路24-26號南樓301房
- 代理機構：廣州市華學智慧財產權代理有限公司
- 代理人：黃磊
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
2008年8月，時速達350千米的京津城際客運專線的建成通車，標誌著中國鐵路已經躋身世界高速鐵路發達行列，實現了鐵路運輸設備現代化、控制與管理科學化、檢測與故障診斷智慧型化等安全保障技術的重大突破。高速鐵路軌道安全檢測技術成為實現高速鐵路運輸安全的基礎。
中國對軌道幾何狀態的測量研究，最初是為解決普通鐵路的軌道形位病害，採用的是相對測量方式的軌檢儀，測量效率雖高，卻不易解決測量精度和可靠性問題，其測量精度不能滿足高速鐵路軌道平順性的要求。因此，京津、武廣、鄭西等最初建設的高速鐵路，主要依靠進口設備，採用絕對測量模式進行軌道幾何狀態的測量。
隨著鐵路高速化的推進，對軌道不平順性檢測速度和調整精度要求越來越高。2015年前，中國國內外在進行鋼軌鋪設調整及長鋼軌調整（聯調聯試）時多採用軌檢儀的方式進行，測量效率為200米/日，但是軌檢儀作業對環境要求非常高，必須在空窗時間進行並配合CPIII進行後方交會測量；而大型的設備如軌檢車測量效率高，然而費用昂貴，普通的工務段很難承受價格購買，只有大型的鐵路局才能承擔。效率的低下及昂貴的費用，使得鐵路建設工期顯得異常緊張，這對鐵路的建設及後期維護都是不利的。
發明內容
專利目的
《鐵路軌道幾何狀態精密測量系統》的目的是為了解決上述2015年4月之前技術的缺陷，提供一種鐵路軌道幾何狀態精密測量系統，該系統基於慣性導航和全球定位技術，實現了鐵路軌道幾何狀態的精確測量，能快速檢測高速鐵路軌道的不平順參數。
技術方案
《鐵路軌道幾何狀態精密測量系統》包括測量小車，所述測量小車包括第一橫樑、第二橫樑以及第三橫樑，所述第一橫樑和第二橫樑的一端分別與第三橫樑連線組成Y型框架，所述第一橫樑和第二橫樑的另一端分別設有剎車輪，所述第三橫樑的末端設有定位輪組件和花片輪，所述第一橫樑和第二橫樑之間架設有支撐板，所述第三橫樑上設有手推組件、電器箱以及感測器，所述第一橫樑、第二橫樑和支撐板所圍成的框架上設有安裝平台，所述安裝平台上固定有慣性導航儀，所述支撐板上設有第一GPS天線，所述慣性導航儀通過數據採集通訊線與電器箱連線。
作為一種優選方案，所述安裝平台上裝有三個定位銷、三個定位塊以及與三個定位塊相匹配的三個推緊螺釘，所述慣性導航儀的兩定位邊緊靠定位銷，所述推緊螺釘在穿過定位塊後將慣性導航儀固定，所述慣性導航儀的四周通過四個鎖緊螺釘鎖緊在安裝平台上。
作為一種優選方案，所述手推組件包括推桿、第一鎖緊裝置、套管、手推座以及第二鎖緊裝置，所述套管的一端與手推座活動連線，另一端通過第一鎖緊裝置與推桿連線；所述套管通過手推座上下調整推行角度，在調整推行角度後通過第二鎖緊裝置將套管鎖緊在手推座上。
作為一種優選方案，所述慣性導航儀具有內部GPS時，所述第一GPS天線通過GPS天線電纜線與慣性導航儀連線，所述慣性導航儀無內部GPS時，所述第一GPS天線與測量小車外部的一台一體化GNSS多頻接收機移動站連線，且一體化GNSS多頻接收機移動站通過數據電纜線與慣性導航儀連線；所述測量小車外部還設有第二GPS天線，所述第二GPS天線與測量小車外部的一台一體化GNSS多頻接收機基準站連線，所述慣性導航儀、一體化GNSS多頻接收機移動站和一體化GNSS多頻接收機基準站組成慣性測量單元。
作為一種優選方案，所述電器箱內部設有數據記錄儀和電源，所述數據記錄儀是基於ARM控制器的數據記錄儀，與感測器、慣性導航儀連線，以獲取感測器和慣性導航儀採集的數據；所述電源採用24伏鋰電池組，其通過電源轉化板為系統提供所需的電壓。
作為一種優選方案，所述定位輪組件包括滑軌、滑塊、第一彈簧、彈簧擋板、手柄裝置、活動軸、定位輪、第二彈簧、活動軸尾塊、活動軸連線板和定位輪豎軸；所述第一彈簧和第二彈簧套接在活動軸上，第一彈簧連線活動軸尾塊，活動軸連線板套接在活動軸後架設在滑塊上，所述滑塊設定在鐵路軌道上，第二彈簧的末端與彈簧擋板連線，所述活動軸的末端連線定位輪豎軸後與定位輪連線；所述手柄裝置與活動軸連線。
作為一種優選方案，所述第一橫樑和第二橫樑呈135°角，所述安裝平台設定在第一橫樑、第二橫樑和支撐板所圍成的框架中心位置上，所述第一GPS天線設定在支撐板的其中一邊。
作為一種優選方案，所述手推組件位於第三橫樑的前部，所述電器箱位於第三橫樑的後部。
作為一種優選方案，所述慣性導航儀包括三軸雷射陀螺儀和三軸加速度計。
作為一種優選方案，所述感測器包括直線位移感測器和里程感測器。
有益效果
《鐵路軌道幾何狀態精密測量系統》相對於2015年4月之前的技術具有如下的有益效果：
1、該實用新型測量精度高，通過在測量小車上設定慣性導航儀和GPS天線，可將慣性導航系統（INS）和全球定位系統（GNSS）的組合慣性測量技術套用於攜帶型的鐵路軌道測量小車上，測量精度超高≤0.2毫米、軌距≤0.2毫米，符合鐵路相關行標及國標要求。
2、該實用新型在測量小車的第一橫樑、第二橫樑和支撐板所圍成的框架上設有安裝平台，可以使測量小車運行穩定，並且能準確反映軌道姿態，慣性導航儀可拆卸方式固定在安裝平台上，可以保證慣性導航儀重複安裝的定位精度。
3、該實用新型的測量效率高，實現了動態測量模式下的毫米級相對測量精度，極大地提高了高速鐵路軌道不平順的測量效率，並且自帶有動力裝置，長軌精調時一般16～20千米/工日。
4、該實用新型擺脫了以往必須藉助CPIII工程測量網才能實現對既有線路的精確測量的缺點，同時也可以通過在CPII點架設基準站實現與傳統測量的結合，為後期鐵路的維護創造了有利條件。
5、該實用新型相對於大型儀器軌檢車，具有性價比高的特點，並且由於測量效率高，各工程局施工節省了各種人力物力費用。
6、該實用新型結構簡單，採集的數據穩定，採用組合慣性測量技術，可以大幅度減少陽光、溫度、風、氣壓等外界因素對檢測結果的影響，具有較強的抗干擾能力。
附圖說明
圖1為《鐵路軌道幾何狀態精密測量系統》的立體結構示意圖。
圖2為該實用新型的鐵路軌道幾何狀態精密測量系統平面結構示意圖。
圖3為圖2中所示I處的放大示意圖。
圖4為該實用新型的鐵路軌道幾何狀態精密測量系統中慣性導航儀具有內部GPS時的數據採集原理框圖。
圖5為該實用新型的鐵路軌道幾何狀態精密測量系統中慣性導航儀無內部GPS時的數據採集原理框圖。
圖6為該實用新型的鐵路軌道幾何狀態精密測量系統中定位輪組件的結構示意圖。
其中，1-第一橫樑，2-第二橫樑，3-第三橫樑，4-剎車輪，5-定位輪組件，6-花片輪，7-支撐板，8-手推組件，9-電器箱，10-安裝平台，11-慣性導航儀，12-第一GPS天線，13-GPS天線電纜線，14-數據採集通訊線，15-定位銷，16-定位塊，17-推緊螺釘，18-鎖緊螺釘，19-推桿，20-第一鎖緊裝置，21-套管，22-手推座，23-第二鎖緊裝置，24-滑軌，25-滑塊，26-第一彈簧，27-彈簧擋板，28-手柄裝置，29-活動軸，30-定位輪，31-第二彈簧，32-活動軸尾塊，33-活動軸連線板，34-定位輪豎軸。
權利要求
1.《鐵路軌道幾何狀態精密測量系統》包括測量小車，所述測量小車包括第一橫樑、第二橫樑以及第三橫樑，所述第一橫樑和第二橫樑的一端分別與第三橫樑連線組成Y型框架，所述第一橫樑和第二橫樑的另一端分別設有剎車輪，所述第三橫樑的末端設有定位輪組件和花片輪，所述第一橫樑和第二橫樑之間架設有支撐板，其特徵在於：所述第三橫樑上設有手推組件、電器箱以及感測器，所述第一橫樑、第二橫樑和支撐板所圍成的框架上設有安裝平台，所述安裝平台上固定有慣性導航儀，所述支撐板上設有第一GPS天線，所述慣性導航儀通過數據採集通訊線與電器箱連線。
2.根據權利要求1所述的鐵路軌道幾何狀態精密測量系統，其特徵在於：所述安裝平台上裝有三個定位銷、三個定位塊以及與三個定位塊相匹配的三個推緊螺釘，所述慣性導航儀的兩定位邊緊靠定位銷，所述推緊螺釘在穿過定位塊後將慣性導航儀固定，所述慣性導航儀的四周通過四個鎖緊螺釘鎖緊在安裝平台上。
3.根據權利要求1所述的鐵路軌道幾何狀態精密測量系統，其特徵在於：所述手推組件包括推桿、第一鎖緊裝置、套管、手推座以及第二鎖緊裝置，所述套管的一端與手推座活動連線，另一端通過第一鎖緊裝置與推桿連線；所述套管通過手推座上下調整推行角度，在調整推行角度後通過第二鎖緊裝置將套管鎖緊在手推座上。
4.根據權利要求1所述的鐵路軌道幾何狀態精密測量系統，其特徵在於：所述慣性導航儀具有內部GPS時，所述第一GPS天線通過GPS天線電纜線與慣性導航儀連線；所述慣性導航儀無內部GPS時，所述第一GPS天線與測量小車外部的一台一體化GNSS多頻接收機移動站連線，且一體化GNSS多頻接收機移動站通過數據電纜線與慣性導航儀連線；所述測量小車外部還設有第二GPS天線，所述第二GPS天線與測量小車外部的一台一體化GNSS多頻接收機基準站連線，所述慣性導航儀、一體化GNSS多頻接收機移動站和一體化GNSS多頻接收機基準站組成慣性測量單元。
5.根據權利要求1所述的鐵路軌道幾何狀態精密測量系統，其特徵在於：所述電器箱內部設有數據記錄儀和電源，所述數據記錄儀是基於ARM控制器的數據記錄儀，與感測器、慣性導航儀連線，以獲取感測器和慣性導航儀採集的數據；所述電源採用24伏鋰電池組，其通過電源轉化板為系統提供所需的電壓。
6.根據權利要求1所述的鐵路軌道幾何狀態精密測量系統，其特徵在於：所述定位輪組件包括滑軌、滑塊、第一彈簧、彈簧擋板、手柄裝置、活動軸、定位輪、第二彈簧、活動軸尾塊、活動軸連線板和定位輪豎軸；所述第一彈簧和第二彈簧套接在活動軸上，第一彈簧連線活動軸尾塊，活動軸連線板套接在活動軸後架設在滑塊上，所述滑塊設定在鐵路軌道上，第二彈簧的末端與彈簧擋板連線，所述活動軸的末端連線定位輪豎軸後與定位輪連線；所述手柄裝置與活動軸連線。
7.根據權利要求1所述的鐵路軌道幾何狀態精密測量系統，其特徵在於：所述第一橫樑和第二橫樑呈135°角，所述安裝平台設定在第一橫樑、第二橫樑和支撐板所圍成的框架中心位置上，所述第一GPS天線設定在支撐板的其中一邊。
8.根據權利要求1所述的鐵路軌道幾何狀態精密測量系統，其特徵在於：所述手推組件位於第三橫樑的前部，所述電器箱位於第三橫樑的後部。
9.根據權利要求1-8任一項所述的鐵路軌道幾何狀態精密測量系統，其特徵在於：所述慣性導航儀包括三軸雷射陀螺儀和三軸加速度計。
10.根據權利要求1-8任一項所述的鐵路軌道幾何狀態精密測量系統，其特徵在於：所述感測器包括直線位移感測器和里程感測器。
實施方式
實施例1
如圖1～圖3所示，該實施例的1的鐵路軌道幾何狀態精密測量系統，包括測量小車，所述測量小車包括第一橫樑1、第二橫樑2以及第三橫樑3，所述第一橫樑1和第二橫樑2的一端分別與第三橫樑3連線組成Y型框架，所述第一橫樑1和第二橫樑2的另一端分別設有剎車輪4，所述第三橫樑3的末端設有定位輪組件5和花片輪6，所述第一橫樑1和第二橫樑2之間架設有支撐板7，所述第三橫樑3上設有手推組件8、電器箱9以及感測器，所述第一橫樑1、第二橫樑2和支撐板7所圍成的框架中心位置上設有安裝平台10，所述安裝平台10上固定有慣性導航儀11，所述支撐板7的其中一邊設有第一GPS天線12，所述慣性導航儀11通過數據採集通訊線14與電器箱9連線。
所述第一橫樑1、第二橫樑2、第三橫樑3以及支撐板7是測量小車的基礎結構，是其他功能組件的承載體，可以達到結構穩定、測量精準、使用壽命長、定位準確、拆裝便捷的目的；按照測量小車實際運作時的擺放方位和行走方向，第一橫樑1和第二橫樑2所在的一邊稱為左側，第三橫樑3所在的一邊稱為右側；而第一橫樑1、第二橫樑2、支撐板7和兩個剎車輪4統稱為測量小車的雙輪部分，第三橫樑3、定位輪組件5和花片輪6統稱為測量小車的單輪部分。
所述安裝平台10可以使測量小車運行穩定，並且能準確反映軌道姿態，安裝平台10上裝有三個定位銷15、三個定位塊16以及與三個定位塊16相匹配的三個推緊螺釘17；為保證慣性導航儀11重複安裝的定位精度，將慣性導航儀11放在安裝平台10上，兩定位邊緊靠定位銷15，所述推緊螺釘17在穿過定位塊16後將慣性導航儀11固定，再用四個鎖緊螺釘18將慣性導航儀11的四周鎖緊在安裝平台10上。
所述手推組件8主要作用是可以讓工作人員推動小車運行，其位於第三橫樑3的前部，包括推桿19、第一鎖緊裝置20、套管21、手推座22以及第二鎖緊裝置23，所述套管21的一端與手推座22活動連線，另一端通過第一鎖緊裝置20與推桿19連線，鬆開第一鎖緊裝置20時，推桿19可以通過套管21滑動伸長或縮短，當確定推桿19和套管21的整體長度後，再將第一鎖緊裝置20鎖緊；所述套管21可以通過手推座22上下調整推行角度，在調整到合適的推行角度後再通過第二鎖緊裝置23將套管21鎖緊在手推座22上，調整長度和推行角度都方便了不同的工作人員使用。
所述慣性導航儀11採用雷射捷聯慣性導航儀，包括三軸雷射陀螺儀和三軸加速度計，若慣性導航儀11具有內部GPS時，所述第一GPS天線12通過GPS天線電纜線13與慣性導航儀11連線，如圖1和圖4所示；若慣性導航儀11無內部GPS時，所述第一GPS天線12與測量小車外部的一台一體化GNSS多頻接收機移動站連線，且一體化GNSS多頻接收機移動站通過數據電纜線與慣性導航儀11連線，如圖5所示；所述測量小車外部還設有第二GPS天線，所述第二GPS天線與測量小車外部的一台一體化GNSS多頻接收機基準站連線；所述慣性導航儀11採用了慣性導航系統（INS），所述一體化GNSS多頻接收機基準站和一體化GNSS多頻接收機移動站均為2015年4月之前的設備，採用了全球定位系統（GNSS），慣性導航儀、一體化GNSS多頻接收機基準站和一體化GNSS多頻接收機移動站一起組成慣性測量單元。
所述電器箱9位於第三橫樑3的後部，內部設有數據記錄儀和電源，所述數據記錄儀是基於ARM控制器的數據記錄儀，與感測器、慣性導航儀11連線，控制感測器和慣性導航儀11工作，以獲取感測器和慣性導航儀11採集的數據，數據記錄儀獲取的數據可以傳輸給大容量數據採集設備（如PC機），以實現系統數據的快速採集、存儲及檔案管理；所述電源採用24伏鋰電池組，其通過電源轉化板為系統提供所需的24伏、12伏、5伏、3.3伏等多種電壓；所述感測器可以包括直線位移感測器和里程感測器。
如圖6所示，所述定位輪組件5包括滑軌24、滑塊25、第一彈簧26、彈簧擋板27、手柄裝置28、活動軸29、定位輪30、第二彈簧31、活動軸尾塊32、活動軸連線板33和定位輪豎軸34；所述第一彈簧26和第二彈簧31套接在活動軸29上，第一彈簧26連線活動軸尾塊32，活動軸連線板33套接在活動軸29後架設在滑塊25上，所述滑塊25設定在鐵路軌道上，第二彈簧31的末端與彈簧擋板27連線，所述活動軸29的末端連線定位輪豎軸34後與定位輪30連線；所述手柄裝置28與活動軸29連線。
該實用新型在通過三軸雷射陀螺儀、三軸加速度計、GNSS、直線位移感測器和里程感測器等採集到數據後，再採用後處理方式對數據進行處理：通過PPK解算、慣導解算、坐標系統轉換、慣導與定位聯合解算、軌道偏差計算及綜合數據後處理，能夠快速準確對三角坑、軌距變化率、超高遞變率、左右軌軌向、左右軌高程、水平、軌距、長短波不平順、扭曲和里程等進行檢測，並針對軌道不平順的地方對應每根軌枕給出調整量，指導軌道調整。可用於長軌精調與複測、既有線複測與調整、軌道變形監測，該實用新型的測量系統不依託CPIII控制網，具有高可靠性和高精度，成本低等優勢，測量效率達到16～20千米/日。
榮譽表彰
2017年12月11日，《鐵路軌道幾何狀態精密測量系統》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
