一种顾及温度误差对涉铁监测高程波动的计算方法技术

本发明专利技术涉及铁路监测技术领域，尤其是一种顾及温度误差对涉铁监测高程波动的计算方法，其特征在于：将若干所述传感器钵体安装在对应的监测位置，在所述传感器钵体处设置可检测其周围环境温度的温度传感器；通过所述温度传感器所检测的周围环境温度计算所述传感器钵体内的液位高程变化量；听过所述液位高程变化量对所述静力水准系统的测量结果进行修正。本发明专利技术的优点是：利用连通管材质同传感器钵体，不考虑连通管和钵体的热膨胀系数不同引起的液位变化前提下实现理论优化；基于涉铁监测环境下对材质规避热膨胀系数计算高程波动，进而再顾及消除迟滞误差进补偿修正提高温度变化准确度，以此确保监测得到的数据精度。

【技术实现步骤摘要】
一种顾及温度误差对涉铁监测高程波动的计算方法
本专利技术涉及铁路监测
，尤其是一种顾及温度误差对涉铁监测高程波动的计算方法。
技术介绍
传统监测数据采集方法大多采用人工测量与内业分析评价相结合，或小范围上跨（下穿）立交施工自动化监测的方法，需更长观测时间，且观测时段及频率也会受到具体工程具体环境的影响，测量监测结果势必需要在监测完成后一定时间内出来，局限性很多，己不能满足快速涉铁施工监测频次及提高运营维护效率的要求。静力水准系统测量可替代上述传统的监测数据采集痛点，静力水准系统测量原理：静力水准系统是利用液体总是寻求等势面的水平原理，即由水平视线测定监测点之间的高差。区别仅仅在于水平视线是由互相连通的水管完成，而普通水准仪是由光学仪器完成的。但静力水准系统测量受外界环境影响因素较大，静力水准系统工作媒介是液体，温度一定会引起液体密度变化，也就使液体体积发生变化，必然影响系统测量精度，因此修正测点温度变化具有意义。根据《上海铁路局工务安全管理办法》（上铁工[2017]382号）行业标准要求，如图1所示。《上海铁路局工务安全管理办法》监测报警阈值范围较常规预警更为严格，若观测数据温度无法修正，则会导致整个涉铁监测自动化系统预警有误，给工程是否停工等重大的决策造成困扰。
技术实现思路
本专利技术的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种顾及温度误差对涉铁监测高程波动的计算方法，对温度不均匀问题通过同材质规避热膨胀系数计算方法，同时通过结合数据融合算法来进行补偿解决温度传感器的迟滞非线性问题，采用最小二乘法设计与实现静力水准测量系统在对迟滞进行补偿修正，提高监测数据精度。本专利技术目的实现由以下技术方案完成：一种顾及温度误差对涉铁监测高程波动的计算方法，可实现静力水准系统的监测数据的修正，所述静力水准系统包括若干传感器钵体和连通水管，所述传感器钵体内盛放有液体，若干传感器钵体之间通过所述连通水管相连接使各所述传感器钵体的液体相连通形成等势面，其特征在于：将若干所述传感器钵体安装在对应的监测位置，在所述传感器钵体处设置可检测其周围环境温度的温度传感器；通过所述温度传感器所检测的周围环境温度计算所述传感器钵体内的液位高程变化量；听过所述液位高程变化量对所述静力水准系统的测量结果进行修正。所述液位高程变化量的计算包括：对所述温度传感器的测量结果取平均值并分别得到温度的正、反行程的经验曲线；通过温度的正、反行程的经验曲线计算得到温度的改正数；通过该改正数计算所述液位高程变化量。采用最小二乘法建立所述温度传感器的温度测量曲线的模型，以计算得到所述温度的正、反行程的经验曲线。所述液位高程变化量通过下式计算：式中，△h为所述液位高程变化量，γ液体为液体的热膨胀系数，V液体为所述液体的体积，S传感器为所述传感器钵体的截面积，△T为温度变化量，H反为温度的反行程经验曲线，H正为所述温度的正行程经验曲线。本专利技术的优点是：1）静力水准系统工作媒介是液体，温度不均匀变化必然引起液体密度变化，也就使液体体积发生变化，必然影响系统测量精度。本计算方法提出温度不均匀对静力水准系统精度的影响，提出不同材料的不同膨胀系数都考虑到实际温度补偿计算。利用连通管材质同传感器钵体，不考虑连通管和传感器钵体的热膨胀系数不同引起的液位变化前提下实现理论优化；2）建立了通用大数据条件下的温度修正模型与建立函数映射，采用最小二乘法对正、反向曲线进行非线性校正拟合，再利用函数校正法对温度变化曲线进行迟滞补偿算得改正数，最后完成对温度的非线性校正与迟滞补偿，提高温度变化精度因子。3）本专利技术基于涉铁监测环境下对材质规避热膨胀系数计算高程波动，进而再顾及消除迟滞误差进补偿修正提高温度变化准确度，以此确保监测得到的数据精度。附图说明图1为行业标准要求图；图2为本专利技术中静力水准系统的测量原理图。具体实施方式以下结合附图通过实施例对本专利技术特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：实施例：本实施例中顾及温度误差对涉铁监测高程波动的计算方法，其是应用于采用静力水准系统所进行的涉铁高程监测。如图2所示，静力水准系统共布设有n个观测点，其中1号点为相对基准点。在每个观测点上设置有传感器钵体，该传感器钵体内部存放有液体，例如水；相邻两个传感器钵体之间设置有连通水管从而使各传感器钵体构成连通器，进而使各传感器钵体内的液体相互流通可提供一等势面，该等势面即作为涉铁高程监测的监测依据，通过等势面的位置变化对各观测点的高程进行计算。在本实施例中传感器钵体和连通水管的材质相同。在初始状态时，各测量安装高程相对于（基准）参考高程面ΔH0之间的距离则为：Y01、…Y0i…、Y0n（i为测点代号，i=0，1，……，n）；各观测点安装高程与液面间的距离则为h01、h0i、…、h0n。通过静力水准系统对于铁路或者城市轨道交通工程进行自动化监测过程中，易收到周边环境影响，在测量过程中往往要对现场温度和气压进行测量，在距离观测值改化时加入温度和气压改正。通常情况下如果环境复杂情况下，往往需要对测站和目标点两处分别测量温度和气压，取均值作为改化的依据，这样一来复杂程度加大，且不利于无人值守的自动化变形监测实现。而本实施例则针对涉铁自动化形变监测提出对温度补偿方法，目的提高监测项目采集的数据精度。具体而言，单独对某一测点进行计算，为了客观分析温度变化对监测桥墩箱梁内的静力水准系统测量读数的影响，还必须将不同材料的不同膨胀系数都考虑到实际温度补偿计算。在每个传感器钵体上设置温度传感器，通过该温度传感器可以实时地记录传感器钵体周围的温度变化情况，当温度变化后，传感器钵体内的液体体积会随温度变化而变化，此时，由于连通水管的材质和钵体的材质若不一样，不同的材质的热膨胀系数也不一样，这些因素都会导致钵体内的液位高程随温度变化而变化。以传感器钵体内的液体为水作为说明，水的热膨胀系数γ跟其温度和密度之间的关系如公式（1）所示：（1）式中，ρ是水的密度，T是实测温度。根据图2所示的静力水准系统的结构，水的体积变化与其和管材的膨胀系数的关系如公式（2）所示：（2）式中，其中△V为水的体积变化量，γ水和γ管分别为水和管材热膨胀系数，△T为温度变化量。由于静力水准系统水管中液体是全充满状态，所以可以得到传感器钵体内的液位高程变化△h，该部分为求得由于温度不均匀导致需要进行补偿修正。该公式考虑到材料的不同膨胀系数，公式（3）计算出，S传感器为传感器钵体截面积。（3）式中，△h为水的高程变化，△V为水的体积变化量，S传感器为传感器钵体的截面积。针对上述情况，本实施例是以连通水管材质和传感器钵体材质相同情况下静力水准系统数据补偿方法。由于连通管材质和传感器钵体相同，则不需要考虑由于连通管和钵体的热膨胀系数不同引起的液位变化，对由温度变化造成的液位高程变化需要进行补偿，公式（本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种顾及温度误差对涉铁监测高程波动的计算方法，可实现静力水准系统的监测数据的修正，所述静力水准系统包括若干传感器钵体和连通水管，所述传感器钵体内盛放有液体，若干传感器钵体之间通过所述连通水管相连接使各所述传感器钵体的液体相连通形成等势面，其特征在于：将若干所述传感器钵体安装在对应的监测位置，在所述传感器钵体处设置可检测其周围环境温度的温度传感器；通过所述温度传感器所检测的周围环境温度计算所述传感器钵体内的液位高程变化量；听过所述液位高程变化量对所述静力水准系统的测量结果进行修正。/n

【技术特征摘要】
1.一种顾及温度误差对涉铁监测高程波动的计算方法，可实现静力水准系统的监测数据的修正，所述静力水准系统包括若干传感器钵体和连通水管，所述传感器钵体内盛放有液体，若干传感器钵体之间通过所述连通水管相连接使各所述传感器钵体的液体相连通形成等势面，其特征在于：将若干所述传感器钵体安装在对应的监测位置，在所述传感器钵体处设置可检测其周围环境温度的温度传感器；通过所述温度传感器所检测的周围环境温度计算所述传感器钵体内的液位高程变化量；听过所述液位高程变化量对所述静力水准系统的测量结果进行修正。


2.根据权利要求1所述的一种顾及温度误差对涉铁监测高程波动的计算方法，其特征在于：所述液位高程变化量的计算包括：对所述温度传感器的测量结果取平均值并分别得到温度的...

【专利技术属性】
技术研发人员：范先铮，王文庆，陈军，
申请(专利权)人：中铁上海设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31