本發(fā)明涉及軌道數(shù)據(jù)處理，特別是涉及一種長大橋軌道不平順測量與線形提取方法。

背景技術(shù)：

1、高速鐵路的一個(gè)顯著特點(diǎn)是以橋代路，并大量建設(shè)大跨度鐵路橋梁。在材料徐變、溫度風(fēng)載、二期恒載以及列車活載等作用下，鐵路長大橋可能發(fā)生大而復(fù)雜的變形。當(dāng)橋梁主跨超過300?m時(shí)，跨中豎向撓曲變形往往超過200?mm。要保證高速軌道結(jié)構(gòu)的高平順性，亟需發(fā)展面向長大橋變形的軌道幾何參數(shù)檢測方法，以精確高效地檢測監(jiān)測長大橋軌道變形，如軌道線形及不平順。

2、目前關(guān)于軌道不平順檢測的測量原理，主要有慣性基準(zhǔn)法與中點(diǎn)弦測法。其中慣性基準(zhǔn)法利用慣性器件（如陀螺儀、加速度計(jì)）形成慣性基準(zhǔn)，通過對角加速度、線加速度的積分得到軌道不平順，如軌道檢查車、高速綜合檢測列車以及多數(shù)軌道檢查儀等。受制于慣性器件不可避免的零點(diǎn)漂移，慣性器件積分運(yùn)算的結(jié)果會反映出該零點(diǎn)漂移的影響，并影響慣性基準(zhǔn)法的測量精度。由于軌檢儀器采用等間距采樣方式工作，當(dāng)軌檢儀器低速走行時(shí)，相鄰采樣點(diǎn)間的慣性積分時(shí)間變得很長，該零點(diǎn)漂移的影響會更加嚴(yán)重，這是慣性基準(zhǔn)法的不利工作狀態(tài)。另一方面，當(dāng)軌檢儀器走行速度不均勻時(shí)，會導(dǎo)致慣性軌跡采樣的時(shí)間間隔不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致不同采樣點(diǎn)間的慣性器件零點(diǎn)漂移的影響不均勻，也會降低慣性基準(zhǔn)法的測量精度。對于在數(shù)百米的尺度下精度要求為毫米級的長大橋變形測量，慣性基準(zhǔn)法是不甚可靠的。與之對應(yīng)的是，中點(diǎn)弦測法通過位移計(jì)或深度傳感器等采集小車或車輛兩軸中點(diǎn)到鋼軌的垂向或橫向矢距，以中點(diǎn)矢距描述軌道不平順，目前該方法主要用于人工拉弦作業(yè)，也曾廣泛應(yīng)用于早期的軌道檢查儀，但由于中點(diǎn)弦測法采用接觸式測量原理和“以小推大”的測量模型，易于受到接觸測量不可避免的機(jī)械振動與沖擊影響，同時(shí)受制于多項(xiàng)式求和的積分飽和影響，其測量精度顯著低于慣性基準(zhǔn)法，已被高精度軌道檢查儀棄用。

3、目前，高速鐵路長大橋變形主要是采用基于cpⅲ的絕對測量方法施測，即在橋面設(shè)置若干已知北東高坐標(biāo)的cpⅲ樁點(diǎn)，然后通過在軌面移動的全站儀與若干cpⅲ點(diǎn)后方交會嚴(yán)密平差，估計(jì)軌面的坐標(biāo)。然而現(xiàn)實(shí)的困境在于，cpⅲ樁點(diǎn)將隨橋面產(chǎn)生難以預(yù)知的變形，同時(shí)全站儀也缺乏穩(wěn)定的基準(zhǔn)，即使平差亦難以保證測量精度。在軌道變形與測量誤差綜合作用下，長大橋的軌道維修工作將異常困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種長大橋軌道不平順測量與線形提取方法，本發(fā)明將長大橋軌道的幾何狀態(tài)分為軌道不平順與軌道線形，在保證線形可控的情況下，優(yōu)先保證軌道表面的高平順性，考慮到慣性基準(zhǔn)法與中點(diǎn)弦測法均是對軌道表面幾何尺寸的同質(zhì)測量，并可通過標(biāo)定獲得傳感器的統(tǒng)計(jì)特性，如能利用慣性基準(zhǔn)法測量精度總體良好，以及低速測量時(shí)為慣性基準(zhǔn)法的不利工作狀態(tài)但恰好為中點(diǎn)弦測法的有利工作狀態(tài)的互補(bǔ)特性，實(shí)現(xiàn)慣性基準(zhǔn)法與中點(diǎn)弦測法測量的數(shù)據(jù)層融合，并根據(jù)速度參數(shù)適時(shí)更新慣性基準(zhǔn)法與中點(diǎn)弦測法間的融合策略，將可以有效地提高非勻速條件下及低速條件下軌檢數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性、可靠性，實(shí)現(xiàn)對長大橋軌道變形的有效檢測監(jiān)測。

2、步驟s11，同步采集基于慣性基準(zhǔn)法與中點(diǎn)弦測法的軌道幾何狀態(tài)參數(shù)，同時(shí)記錄采樣點(diǎn)的軌檢儀器走行速度，得到速度參數(shù)；

3、步驟s12，將基于慣性基準(zhǔn)法的軌道幾何狀態(tài)參數(shù)中的軌道空間曲線與基于中點(diǎn)弦測法的軌道幾何狀態(tài)參數(shù)中的軌道中點(diǎn)矢距進(jìn)行信息融合，并根據(jù)速度參數(shù)適時(shí)更新慣性基準(zhǔn)法與中點(diǎn)弦測法間的信息融合策略，得到軌道幾何狀態(tài)參數(shù)估計(jì)值；

4、步驟s13，基于軌道幾何狀態(tài)參數(shù)估計(jì)值，利用高通濾波器提取截止波長內(nèi)的軌道不平順參數(shù)，利用低通濾波器提取軌道線形參數(shù)；

5、其中，步驟s12具體包括：

6、步驟s121，將軌道空間曲線按弦長 l換算為中點(diǎn)矢距；

7、步驟s122，由與得到過程噪聲、測量噪聲和先驗(yàn)誤差的協(xié)方差矩陣；

8、步驟s123，基于過程噪聲、測量噪聲和先驗(yàn)誤差的協(xié)方差矩陣，引入速度參數(shù)作為觀測值，采用卡爾曼濾波得到軌道幾何狀態(tài)參數(shù)估計(jì)值。

9、根據(jù)本發(fā)明提供的長大橋軌道不平順測量與線形提取方法，通過同步采集基于慣性基準(zhǔn)法與中點(diǎn)弦測法的軌道幾何狀態(tài)參數(shù)并信息融合，并根據(jù)速度參數(shù)適時(shí)更新慣性基準(zhǔn)法與中點(diǎn)弦測法間的融合策略，進(jìn)而通過高通濾波器與低通濾波器分別提取軌道不平順與軌道線形參數(shù)，克服了慣性基準(zhǔn)法的零點(diǎn)漂移與中點(diǎn)弦測法的積分飽和，可有效地提高非勻速條件下軌檢數(shù)據(jù)測量的精度，成本較低，精確度高，有助于保障長大橋軌道的高平順性與高舒適性。

技術(shù)特征：

1.一種長大橋軌道不平順測量與線形提取方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長大橋軌道不平順測量與線形提取方法，其特征在于，基于慣性基準(zhǔn)法的軌道幾何狀態(tài)參數(shù)由陀螺儀與加速度計(jì)施測得到，基于中點(diǎn)弦測法的軌道幾何狀態(tài)參數(shù)由位移傳感器或深度傳感器施測得到；所述軌道幾何狀態(tài)參數(shù)包括軌道空間曲線、軌道不同弦長下的軌道中點(diǎn)矢距。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長大橋軌道不平順測量與線形提取方法，其特征在于，步驟s121中，采用下式將軌道空間曲線按弦長l換算為中點(diǎn)矢距：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長大橋軌道不平順測量與線形提取方法，其特征在于，基于軌道幾何狀態(tài)參數(shù)估計(jì)值，利用高通濾波器提取截止波長內(nèi)的軌道不平順參數(shù)，利用低通濾波器提取軌道線形參數(shù)，具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的長大橋軌道不平順測量與線形提取方法，其特征在于，將輸入至得到軌道不平順參數(shù)，將輸入至得到軌道線形參數(shù)，具體包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長大橋軌道不平順測量與線形提取方法，其特征在于，所述軌檢儀器為0級軌道檢查儀或軌道檢查車。

技術(shù)總結(jié)
一種長大橋軌道不平順測量與線形提取方法，包括：同步采集基于慣性基準(zhǔn)法與中點(diǎn)弦測法的軌道幾何狀態(tài)參數(shù)，同時(shí)記錄采樣點(diǎn)的軌檢儀器走行速度，得到速度參數(shù)；將基于慣性基準(zhǔn)法的軌道幾何狀態(tài)參數(shù)中的軌道空間曲線與基于中點(diǎn)弦測法的軌道幾何狀態(tài)參數(shù)中的軌道中點(diǎn)矢距進(jìn)行信息融合，并根據(jù)速度參數(shù)適時(shí)更新慣性基準(zhǔn)法與中點(diǎn)弦測法間的信息融合策略，得到軌道幾何狀態(tài)參數(shù)估計(jì)值；利用高通濾波器提取截止波長內(nèi)的軌道不平順參數(shù)，利用低通濾波器提取軌道線形參數(shù)。本發(fā)明克服了慣性基準(zhǔn)法的零點(diǎn)漂移與中點(diǎn)弦測法的積分飽和，可有效地提高非勻速條件下軌檢數(shù)據(jù)測量的精度，有助于保障長大橋軌道的高平順性與高舒適性。

技術(shù)研發(fā)人員：王志勇,朱洪濤,陶捷,吳維軍,魏暉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南昌大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/5/19