一种电客车轨检装置及系统的制作方法

本技术涉及铁路工程机械，尤其涉及一种应用于城市轨道交通的电客车轨检装置及系统。

背景技术：

1、目前国内城市轨道交通发展迅速，据统计截至2023年，全国城市轨道交通运营里程近10000km。为了及时发现线路状态异常，保障运营安全，工务维修中心通常采取人工定期对线路状态进行目视巡检、仪器检测及静态小车检测，并采用专门的动态综合检测车对线路进行定期动态检测。动态综合检测车采用以专门设计的轨道工程车辆为载体，搭载各种线路巡检和检测装置，在“天窗”期对线路进行综合动态检测，并在软件辅助下，由人工对检测结果进行分析、确认。

2、动态综合检测车虽然比传统人工巡检、人工检测更加高效，但也存在以下一些方面的不足：

3、1)这种作业方式严重依赖“天窗”，挤占宝贵的“天窗”期资源，而且作业频率低，无法实时在线检测；

4、2)这种方式检测的线路数据并不足以真实反映电客车运行状态下的线路动态参数；

5、3)检测过程中需要大量人员操作，事后也需要专业人员进行大量的数据分析，效率不高，人员技能要求较高，不符合操作简便、减员增效的要求。

6、在现有技术中，主要有以下文献与本技术相关：

7、文献1为湖南星至导航科技有限公司于2023年01月04日申请，并于2023年06月02日公开，公开号为cn116198558a的中国发明申请。该申请公开了一种应用于城市轨道检测的电客车搭载式综合检测设备，主时钟为通信接口组件、信号同步组件和定位处理组件提供授时，统一各组件的时间，定位处理组件融合处理通信接口组件打上时间戳的id卡信号、打上时间戳的列控信号和信号同步组件打上时间戳的脉冲信号，获得带有时间的里程信息和列车速度，集成了城市轨道检测的多个功能，实现了统一时间戳的里程信息；并且通信接口组件、信号同步组件、定位处理组件、主时钟和综合主控组件均集成在3u机箱内，减小了设备占用空间。

8、文献2为湖南星至导航科技有限公司于2020年08月09日申请，并于2020年11月06日公开，公开号为cn111895996a的中国发明申请。该申请公开了一种高速轨道检测系统及方法，包括：惯性导航系统、里程计、多套激光摄像组件和安装基座。其中，惯性导航系统与所述里程计、激光摄像组件通过电气接口连接。里程计设置在装载高速轨道检测系统的检测车的车轮上。安装基座上固定有惯性导航系统和多套激光摄像组件。该申请能够提升检测精度和可靠性。

9、然而，现有轨检作业方式作业效率低，无法实时在线检测，检测线路数据不足以真实反映电客车运行状态下线路动态参数，无法实现自动化、智能化运行，及轨道几何参数的优化计算。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术的目的在于提供一种电客车轨检装置及系统，以解决现有轨检作业装置作业效率低，无法实时在线检测，检测线路数据不足以真实反映电客车运行状态下线路动态参数的技术问题。

2、为了实现上述发明目的，本技术具体提供了一种电客车轨检装置的技术实现方案，包括：

3、轨检主机，获取传感信号，并进行信号处理分析；

4、与所述轨检主机相连的加速度计，所述轨检主机通过加速度计获取车辆横向/垂向加速度；

5、与所述轨检主机相连的射频标签阅读器，所述轨检主机通过射频标签阅读器获取线路射频标签信号；

6、与所述轨检主机相连的惯导装置，所述轨检主机通过惯导装置获取并推算航迹信息；

7、与所述轨检主机相连的激光三角测量组件，所述轨检主机通过激光三角测量组件检测钢轨轮廓数据；

8、与所述轨检主机相连的同步控制器，及与所述同步控制器相连的速度传感器，所述激光三角测量组件还与同步控制器相连。所述同步控制器获取速度传感器的信号后向轨检主机输出里程信息，并触发激光三角测量组件获取钢轨廓形数据。

9、进一步的，所述装置还包括与所述轨检主机相连的温度传感器，所述轨检主机通过温度传感器获取轨检梁的实时温度，并对所述轨检梁进行温度补偿。

10、进一步的，所述惯导装置内置加速度计、三轴陀螺仪及导航计算机，用于航迹推算。

11、进一步的，所述射频标签阅读器用于采集线路射频标签信号，实现里程同步，同时用于实现轨检主机数据采集自动控制。

12、进一步的，所述同步控制器为射频标签阅读器、温度传感器、惯导装置及激光三角测量组件提供电源，并采集速度传感器信号，计算里程，同时通过频分多路触发激光三角测量组件采集钢轨廓形数据。

13、进一步的，所述轨检主机包括初始对准单元、姿态解算单元、航迹推算单元、滤波单元及平滑处理单元。粗大位置r0输入初始对准单元，对装置进行寻北初始化，惯导装置输出陀螺仪测量的载体角速度加速度计测量的比力fb至初始对准单元进行静态初始对准，得到高精度的初始姿态信息。测量过程中，所述姿态解算单元利用惯导装置测量的载体角速度进行姿态解算，得到任意时刻载体相对于导航系的姿态φ以及姿态矩阵并与速度传感器测得的速度vb通过航迹推算单元组合进行航迹推算得到三维坐标rdr，以粗大位置输入r0和三维坐标rdr作为输入计算两者三维坐标差δr，再通过滤波单元进行卡尔曼滤波得到三维坐标改正量速度传感器和车体之间的安装偏差速度传感器刻度系数误差δ以及滤波状态估计量协方差矩阵以滤波状态估计量和协方差矩阵为输入经平滑处理单元进行rts平滑滤波后得到的三维坐标解，再与航迹推算结果rdr与三维坐标改正量相加得到的进行组合后，得到任意时刻导航系下里程计处的三维坐标值

14、进一步的，所述同步控制器采集惯导装置产生的秒脉冲，根据采集频率分频触发信号至激光三角测量组件，启动廓形测量，并记录序号戳。同步控制器采集速度传感器的脉冲信号，计算累计里程，同时转发脉冲信号至惯导装置。所述里程根据以下公式计算：

15、d＝d0+2×π×r×n/n

16、其中，d为当前累计里程，d0为起点里程，π为圆周率，r为车辆轮径，n为当前脉冲计数，n为单圈速度传感器的脉冲数。

17、进一步的，所述轨检主机根据以下公式对所述轨检梁进行温度补偿：

18、δg＝l×(k1-k2)×(t-t0)

19、其中，δg为轨距变化量，l为轨检梁的长度，k1为轨检梁的热膨胀系数，k2为轨枕的热膨胀系数，t为当前温度，t0为标定温度。

20、进一步的，所述轨检主机根据以下公式计算轨向：

21、

22、其中，设轨道abc，过中点b做ac的垂线，a点坐标为(xa,ya,za)，b点坐标为(xb,yb,zb)，c点坐标为(xc,yc,zc)，d点坐标为(xd,yd,zd)，轨向左偏为正，右偏为负。

23、进一步的，所述轨检主机根据以下公式计算高低，高低向上为正，向下为负：

24、

25、进一步的，所述激光三角测量组件包括：

26、左内激光三角测量组件，检测左内侧钢轨轮廓数据，同时提供轨距点坐标，作为车体姿态补偿；

27、补偿激光三角测量组件，检测前或后侧钢轨轮廓数据，同时提供轨距点坐标，作为车体姿态补偿；

28、右内激光三角测量组件，检测右内侧钢轨轮廓数据，同时提供轨距点坐标，作为车体姿态补偿。

29、进一步的，所述轨检主机通过标定左内激光三角测量组件、补偿激光三角测量组件及右内激光三角测量组件与惯导装置之间的坐标转换，实现左右钢轨轨距点坐标(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)输出，并通过最小二乘法拟合轨道坐标，得到轨道半径，求取倒数后得到曲率检测参数。

30、进一步的，所述轨检主机根据以下公式计算轨距：

31、

32、其中：

33、

34、进一步的，所述左内激光三角测量组件、补偿激光三角测量组件及右内激光三角测量组件分别记为lpm1、lpm2、lpm3，设两次测量lpm2、lpm3的坐标分别为(x21,y21,z21)、(x31,y31,z31)和(x22,y22,z22)、(x32,y32,z32)，所述轨检主机根据以下公式计算角度：

35、

36、其中，第一次测量lpm2、lpm3的坐标向量：

37、(x1 y1 z1)＝(x21 y21 z21)-(x31 y31 z31)

38、第二次测量lpm2、lpm3的坐标向量：

39、(x2 y2 z2)＝(x22 y22 z22)-(x32 y32 z32)

40、修正角度计算如下式：

41、δφs＝a×δφ+b*θ

42、其中，δφs为修正后的角度变化量，δφ为惯导装置测量的姿态变化量，a、b为置信系数，a、b的和为1。

43、进一步的，所述轨检主机根据以下公式计算超高：

44、h＝sin(φr)+z1-z2

45、其中，φr为惯导装置输出的横滚角，z1、z2分别为左内激光三角测量组件及右内激光三角测量组件测得的轨距点坐标z值，超高左高为正，右高为负。

46、本技术还另外具体提供了一种电客车轨检系统的技术实现方案，包括：如上所述的电客车轨检装置、车载网络及地面数据中心，所述车载网络实现数据下发与底层指令上传，所述地面数据中心接收并显示检测结果、设备状态，同时作为人机接口，运行数据管理平台。

47、进一步的，所述加速度计、射频标签阅读器、温度传感器、惯导装置及激光三角测量组件均设置于轨检梁上。

48、通过实施上述本技术提供的电客车轨检装置及系统的技术方案，具有如下有益效果：

49、(1)本技术电客车轨检装置及系统，采用组合导航技术结合多自由度补偿及同步功能，实现轨检系统自动化、智能化检测，能够有效缓解维修天窗紧张的情况，有利于减少用工成本，提升线路养护质量，具有很高的经济、社会效益；

50、(2)本技术电客车轨检装置及系统，采用基于惯导装置、速度传感器、激光三角测量组件的组合导航算法，极大地提高了钢轨坐标测量精度，并优化了低速区间检测效果；同时，基于三组激光三角测量组件的惯导装置位姿补偿算法，实现了惯导装置全姿态补偿修正；

51、(3)本技术电客车轨检装置及系统，采用速度传感器实现里程、速度测量，并通过频分多路同步触发实现各系统同步与触发，采用基于射频标签的系统自启动检测，实现了系统自动化作业；

52、(4)本技术电客车轨检装置及系统，采用基于速度传感器信号的同步触发，实现了轨检系统各设备同步测量，并通过全范围温度补偿，实现了轨检系统温度补偿，同时还实现了轨道几何参数的优化计算。