高速铁路轨道几何状态实时监测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种高速铁路轨道几何状态实时监测方法及系统，系统包括：多个棱镜，每个棱镜按照一定间隔安装在轨道的轨腰上；数据采集单元，数据采集单元安装在行车区域外，数据采集单元用于以扫描的方式向轨腰上的棱镜发射电磁波，接收棱镜反射回的电磁波，以获取各个棱镜的实时空间坐标；数据处理单元，数据处理单元与数据采集单元的数据输出端连接，数据处理单元用于从数据采集单元中获取实时空间坐标，根据实时空间坐标和棱镜的初始空间坐标通过本文中的特定算法得到当前的轨道几何状态参数。通过在轨道上安装专用棱镜，组建基于自动全站仪的轨道几何状态实时自动监测系统，以保证高速铁路运营安全。

Real-time monitoring method and system for Rail Geometry state of high speed railway

The present invention relates to a system and a method of high speed, real-time monitoring of railway track geometric status system includes: a plurality of prisms, each prism according to a certain interval installed on the track on the waist; the data acquisition unit, data acquisition unit is installed in the driving region, the data acquisition unit is used to scan the way to the prism rail waist on emission electromagnetic wave, electromagnetic wave receiving prism reflection, real-time spatial coordinates to obtain each prism; the data processing unit, data processing unit and the output data of the data acquisition unit is connected with the data processing unit is used for acquiring the real-time spatial coordinates from the data acquisition unit, according to the initial spatial coordinates of real-time spatial coordinates and the track geometry prism the current state parameters through a specific algorithm in this paper. By installing special prisms on the track, a real-time automatic monitoring system of track geometry based on automatic total station is established to ensure the safety of high-speed railway operation.

【技术实现步骤摘要】
高速铁路轨道几何状态实时监测方法及系统
本专利技术涉及轨道检测
，具体涉及高速铁路轨道几何状态实时监测方法及系统。
技术介绍
高速铁路运营中由于受不良自然条件的影响、列车荷载的压力以及地基、路基等区域性的沉降以及涉铁工程施工等引起高速铁路路基变形引起的轨道几何的变化，这样的变形会使轨道存在各种安全隐患，而对轨道几何状态进行检测可以及时发现这种变形，然后进行一系列的轨道养护可以消除这些安全隐患。目前，对既有铁路轨道几何状态监测主要采用人工测量的方法。而对于高速铁路，由于线路存在行车速度快、行车密度大、线路全封闭等特点，人工测量的方法只能在晚上天窗点进行，某些不方便到达的路段人工测量效率十分低下，无法实现实时监测，显得非常被动、存在着诸多问题，已不能满足铁路高速化的需要。因此，研制一套能对高速铁路路基变形路段轨道几何状态进行实时监测的系统对于保障高速铁路运营安全显得十分必要和有意义。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供的高速铁路轨道几何状态实时监测方法及系统，通过在轨道上安装专用棱镜，组建基于自动全站仪的轨道几何状态实时自动监测系统，实现数据自动采集、计算、传输和报警，对高速铁路因路基病害或涉铁工程施工影响引起的轨道几何状态变化实现实时自动监测，以保证高速铁路运营安全。第一方面，本专利技术提供了一种高速铁路轨道几何状态实时监测系统，包括：多个棱镜，每个所述棱镜按照一定间隔安装在轨道的轨腰上；数据采集单元，所述数据采集单元安装在行车区域外，所述数据采集单元用于以扫描的方式向所述棱镜发射电磁波，接收所述棱镜反射回的电磁波，以获取各个所述棱镜的实时空间坐标；数据处理单元，所述数据处理单元与所述数据采集单元的数据输出端连接，所述数据处理单元用于从所述数据采集单元中获取所述实时空间坐标，根据所述实时空间坐标和所述棱镜的初始空间坐标得到当前的轨道几何状态参数。优选地，还包括数据存储单元、数据统计单元和主控终端；所述数据存储单元与所述数据处理单元连接，所述数据存储单元用于存储历史的轨道几何状态参数，所述主控终端与所述数据统计单元连接；所述数据统计单元与所述数据存储单元连接，所述数据统计单元用于从所述数据存储单元中调取需要的数据，对调取的数据进行统计分析；所述主控终端包括供用户操作的交互界面，通过所述交互界面显示所述数据统计单元输出的统计分析结果。优选地，还包括预警单元，所述预警单元与所述数据处理单元连接，所述预警单元用于将实时监测的所述轨道几何状态参数与预警值比较，根据比较结果进行预警处理。优选地，所述数据采集单元为自动全站仪。第二方面，基于第一方面提供的高速铁路轨道几何状态实时监测系统，本专利技术提供了一种高速铁路轨道几何状态实时监测方法，包括：以周期性扫描的方式向轨腰发射电磁波，接收监测点反射回的电磁波，以获取各个监测点的实时空间坐标，其中，所述监测点为按照一定间隔安装在轨道的轨腰上的棱镜；根据所述监测点的实时空间坐标和所述监测点的初始空间坐标得到当前的轨道几何状态参数，其中，所述原始空间数据预先测得；将实时监测的所述轨道几何状态参数与预警值比较，根据比较结果进行预警处理。优选地，所述根据所述监测点的实时空间坐标和所述监测点的初始空间坐标得到当前的轨道几何状态参数，包括：将本次测量的实时空间坐标与前一次测量的实时空间坐标相减，得到每个监测点的本次变化量，用本次测量的实时空间坐标与初始空间坐标相减，得到累计变化量，通过几何关系换算得到轨道几何状态参数的本次变化量及累计变化量，将各个轨道几何状态参数的累计变化量与各个轨道几何状态参数的初始值相加，得到当前的轨道几何状态参数。优选地，所述轨道几何状态参数包括：高程、平面位置、轨距、高低、超高、轨向、轨距变化率、扭曲。优选地，所述根据所述监测点的实时空间坐标和所述监测点的初始空间坐标得到所述监测点当前的高程，包括：获取监测点的初始坐标A(xA,yA,hA)，当前时刻的实测空间坐标A’(xA’,yA’,hA’)，则当前时刻监测点的高程的计算公式为：H＝H0+(hA′-hA)其中，H0为预先测量出的监测点位置的初始高程，hA为监测点的初始高程，hA′为监测点当前时刻的高程。优选地，所述根据所述监测点的实时空间坐标和所述监测点的初始空间坐标得到所述监测点当前的平面位置，包括：获取当前时刻测量的间隔一定距离的三个监测点，记为A、B、C，获取这三个点的实时平面坐标，记为A(xA,yA)、B(xB,yB)、C(xC,yC)，其中，点C位于点A和点B之间，计算点C到AB直线的距离s'；通过以下公式计算点C的平面位置：S＝S0+ΔS＝S0+(s'-s0')其中，S0为预先测量出的点C的平面位置初始值，s'0为点C相对AB直线的距离初始值。优选地，所述根据所述监测点的实时空间坐标和所述监测点的初始空间坐标得到所述监测点当前的轨距，包括：获取测量位置在左侧轨腰上的监测点的初始空间坐标A(xA,yA,hA)和实时空间坐标A’(xA’,yA’,hA’)，获取测量位置在右侧轨腰上的监测点的初始空间坐标B(xB,yB,hB)和实时空间坐标B’(xB’,yB’,hB’)，则AB断面当前的轨距SR计算公式为：SR＝SR0+(SR′-SR′0)其中，SR0为预先测量出的测量位置的初始轨距，SR'0为AB两点初始距离SR'为当前AB两点距离测量值优选地，所述根据所述监测点的实时空间坐标和所述监测点的初始空间坐标得到所述监测点当前的高低，包括：获取监测点的初始坐标A(xA,yA,hA)，当前时刻的实测空间坐标A’(xA’,yA’,hA’)，监测点的高低的计算公式为：HL＝HL0+(h′A-hA)其中，HL0由10m弦长测量出的点A初始高低，hA为监测点的初始高程，h'A为监测点当前的测量高程。优选地，所述根据所述监测点的实时空间坐标和所述监测点的初始空间坐标得到所述监测点当前的水平检测值，包括：获取位于左侧轨腰上的第一监测点的实时空间坐标，记为A’(xA’,yA’,hA’)，获取为与右侧轨腰上的第二监测点的实时空间坐标，记为B’(xB’,yB’,hB’)，所述第一监测点与所述第二监测点关于铁轨延伸方向轴对称，所述第一监测点的初始空间坐标记为A(xA,yA,hA)，所述第二监测点的初始空间坐标记为B(xB,yB,hB)；通过以下公式计算所述监测点的当前的水平检测值：SE＝SE0+(SE′-SE′0)其中，SE0为由轨检小车测量出的AB断面初始水平，SE'0为AB两点初始水平，SE'0＝hA-hB，SE'为当前时刻AB两点水平监测值，SE'＝h'A-h'B；优选地，所述根据所述监测点的实时空间坐标和所述监测点的初始空间坐标得到所述监测点当前的轨向，包括：获取当前时刻测量的间隔一定距离的三个监测点，记为A、B、C，获取这三个点的实时平面坐标，记为A(xA,yA)、B(xB,yB)、C(xC,yC)，其中，点C位于点A和点B之间，计算点C到AB直线的距离d'；通过以下公式计算点C的轨向值：D＝D0+(d'-d'0)其中，D0为由10m弦长测量出的点C的轨向初始值，d'0为点C相对AB基点的轨向初始值。优选地，所述根据所述监测点的实时空间坐标和所述监测点的初始空间坐标得到所述监测点当前的轨距变化率，包括：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速铁路轨道几何状态实时监测系统，其特征在于，包括：多个特制棱镜，每个所述棱镜按照一定间隔安装在轨道的轨腰上；数据采集单元，所述数据采集单元安装在行车区域外，所述数据采集单元用于以扫描的方式向所述棱镜发射电磁波，接收所述棱镜反射回的电磁波，以获取各个所述棱镜的实时空间坐标；数据处理单元，所述数据处理单元与所述数据采集单元的数据输出端连接，所述数据处理单元用于从所述数据采集单元中获取所述实时空间坐标，根据所述实时空间坐标和所述棱镜的初始空间坐标得到当前的轨道几何状态参数。

【技术特征摘要】
1.一种高速铁路轨道几何状态实时监测系统，其特征在于，包括：多个特制棱镜，每个所述棱镜按照一定间隔安装在轨道的轨腰上；数据采集单元，所述数据采集单元安装在行车区域外，所述数据采集单元用于以扫描的方式向所述棱镜发射电磁波，接收所述棱镜反射回的电磁波，以获取各个所述棱镜的实时空间坐标；数据处理单元，所述数据处理单元与所述数据采集单元的数据输出端连接，所述数据处理单元用于从所述数据采集单元中获取所述实时空间坐标，根据所述实时空间坐标和所述棱镜的初始空间坐标得到当前的轨道几何状态参数。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括数据存储单元、数据统计单元和主控终端；所述数据存储单元与所述数据处理单元连接，所述数据存储单元用于存储历史的轨道几何状态参数，所述主控终端与所述数据统计单元连接；所述数据统计单元与所述数据存储单元连接，所述数据统计单元用于从所述数据存储单元中调取需要的数据，对调取的数据进行统计分析；所述主控终端包括供用户操作的交互界面，通过所述交互界面显示所述数据统计单元输出的统计分析结果。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括预警单元，所述预警单元与所述数据处理单元连接，所述预警单元用于将实时监测的所述轨道几何状态参数与预警值比较，根据比较结果进行预警处理。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据采集单元为自动全站仪。5.一种高速铁路轨道几何状态实时监测方法，其特征在于，包括：以周期性扫描的方式向轨腰发射电磁波，接收监测点反射回的电磁波，以获取各个监测点的实时空间坐标，其中，所述监测点为按照一定间隔安装在轨道的轨腰上的棱镜；根据所述监测点的实时空间坐标和所述监测点的初始空间坐标得到当前的轨道几何状态参数，其中，所述原始空间数据预先测得；将实时监测的所述轨道几何状态参数与预警值比较，根据比较结果进行预警处理。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述监测点的实时空间坐标和所述监测点的初始空间坐标得到当前的轨道几何状态参数，包括：将本次测量的实时空间坐标与前一次测量的实时空间坐标相减，得到每个监测点的本次变化...

【专利技术属性】
技术研发人员：高至飞，钱春阳，银健民，陈敦明，侯长兵，李兴华，陈亮，游启峰，赵玉元，刘湘巍，尹群，杨小华，
申请(专利权)人：广州铁路集团公司科学技术研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44