轨道精调定位测量系统.pdf

本实用新型具体涉及一种轨道精调定位测量系统，该系统由全自动全站仪、通讯装置、显示控制终端、专用工装四部分组成。所述通讯装置包括线缆及电台，所述专用工装包括工装及棱镜。所述棱镜放在精调工装的两侧，所述通讯装置为工业通讯电台；所述显示控制终端是具有三防的工控机。通过测量软件控制全自动全站仪对专用工装上的两个棱镜进行测量，得出轨道偏距、轨距及超高调整量，指导轨道精调施工。

权利要求书
1.  轨道精调定位测量系统，包括测量机器人、通讯装置、显示控制终端、专用工装；所述通讯装置包括线缆及电台，所述专用工装包括工装及棱镜，其特征在于，所述棱镜放在精调工装的两侧，棱镜中线位置垂直于轨顶平面内侧，精调工装的下部一侧为固定端，固定端内部设置固定的测头，与钢轨内轨顶住，另外一侧为活动端，活动端内部设置一个可伸缩的测头，与钢轨侧面自由卡住。

2.  根据权利要求1所述的轨道精调定位测量系统，其特征在于，所述通讯装置为工业通讯电台。

3.  根据权利要求1所述的轨道精调定位测量系统，其特征在于，所述显示控制终端是具有三防的工控机，工控机内安装轨道精调测量软件，工控机的COM口相连的无线电台和全自动全站仪上的无线电台相连接，软件通过无线通讯控制测量机器人。

4.  根据权利要求1所述的轨道精调定位测量系统，其特征在于，所述测量机器人是瑞士徕卡生产的徕卡全站仪。

说明书轨道精调定位测量系统
技术领域
本实用新型涉及一种高速铁路修建时轨道精调快速测量设备，特别是涉及 一种轨道精调定位测量系统。
背景技术
能承载列车时速超过每小时300公里的铁路被称为高速铁路，包括城际轨 道交通、客运专线等。传统的有砟轨道承载能力和平顺性均无法保证高速列车 的行驶安全，无砟轨道结构有钢轨、轨枕、与轨枕现浇成一体的钢筋混泥土道 床板、水稳性支撑层等组成。无砟轨道施工具有整体性好、适应性强、工艺原 理明确、施工简单、相对经济的特点。无砟轨道采用的结构形式中，由轨枕解 决了轨距、轨底坡、轨枕挡肩等线路几何状态的统一问题，无砟轨道精度控制 为难点之一，为满足高速列车运行时对轨道几何尺寸的特殊要求，在无砟轨道 施工时必须进行精确定位，安装定位的精度与设计的理论值偏差要求在亚毫米 级的精度范围内。
传统轨排精调工法特点：使用高效率的粗调测量系统进行轨排框架粗调， 然后用检测小车测量工艺进行精调和复测，提高了施工过程中轨道调整速度和 控制精度。轨排粗调采用全站仪，测量手簿及轨距尺等工具，依据测量轨排中 线、轨距及高程的偏差值，调整轨排横、竖向支撑螺杆使轨排轨向、轨距、高 低等满足精调要求。轨排粗调完成后，相邻两排架间采用夹板连接。精调作业 采用全站仪、无砟轨道专业精调检测小车，采取定点测量模式对排架的三对支 撑点位测量，根据实时显示对应点处的轨向、轨距、水平(高低)偏差，指导 现场的调轨作业。精调后支撑点处的轨道位置误差控制在中线±0.5mm，高程 -0.5～0mm，水平0.5mm。
目前高速铁路无砟轨道施工粗调、精调工作绝大多部分采用轨道几何测量 仪，即国内熟称的轨检小车来施工。这种方法是引进国外的技术及装备。这种 方法与工具除了能满足高铁现场施工外，但是也具有一些缺陷和特殊场合下无 法解决的实际问题。现有技术与设备主要的缺点如下：
(1)因为这种设备是一种多传感器集成的电子产品，组装在一个大约三 十七公斤重的行车架上，长途运输和现场搬运不方便。
(2)因为无砟轨道精调作业对轨检小车电子产品的性能要求非常高，但 野外作业环境恶劣，导致小车经常出现各式各样的问题，操作人往往束手无策， 而时常因为设备的问题耽误工期。最重要的缺陷是电子产品随温度的影响特别 明显，在国内北方严寒地区，这种设备即使不出现电子硬件的毛病下，也会无 法正常工作。
(3)电子产品零部件更换不方便，周期长。且必须在专业的技术人员和 场地环境下才能更换并测试。
(4)在高速铁路特殊设计的线路施工上，有很大的设备缺陷误差，比如 在纵曲线坡率较大的地段，现有装备施工中，仪器测得的一个重要参数-轨道 超高值存在很大的误差，这个值是由设备中的倾角传感器获得并通过二次计算 得到，倾角值在纵坡较大的环境下，误差增大。
实用新型内容
本实用新型的技术方案如下：
本实用新型要解决的技术问题是提供一种高速铁路、地铁和普通铁路无砟 轨道精调快速测量系统，该系统对高速铁路、地铁和普通铁路无砟轨道能进行 高精度快速定位，对提高施工速度有明显效果。
在高速铁路、地铁和普通铁路轨排施工中快速测量标准轨的轨向、水平及 高低位置，与设计线路参数比对，显示线路空间位置的正确的调整参数，指导 作业人员正确调整工具轨工作，使路线几何状态满足施工验收标准。该技术满 足在各种野外环境下工作，不受温度、气压、风力等环境影响；工具操作简单、 实用；设备误差产生容易发现并控制；设备校准方便；成本低价格便宜；能满 足所有双块式轨排施工线路要求。
本实用新型所述的轨道精调定位测量系统，其包括全自动全站仪、通讯装 置、显示控制终端、专用工装。所述通讯装置包括线缆及电台，所述专用工装 包括工装及棱镜。
本专利的特点在于：所述棱镜放在精调工装的两侧，所述棱镜放在精调工 装的两侧，棱镜中心位置垂直于轨顶平面内侧，精调工装的下部一侧为固定端， 固定端内部设置固定的测头，与钢轨内轨顶住，另外一侧为活动端，活动端内 部设置一个可伸缩的测头，与钢轨侧面自由卡住；
所述通讯装置为工业通讯电台，通讯距离长，信号稳定、具有防水、防尘、 抗干扰等优点；
显示控制终端是具有三防的工控机，工控机内安装轨道精调测量软件，工 控机的COM口相连的无线电台和测量机器人上的无线电台相连接，软件通过无 线通讯控制全自动全站仪；
测量机器人是瑞士徕卡生产的高精度测量设备(徕卡全站仪)，工装上固 定两个测量机器人专用的棱镜，软件控制测量机器人对专用工装上的两个棱镜 进行测量，得出轨向、轨距、水平(超高)调整量，提高测量效率。
附图说明
附图1是本实用新型专用工装示意图
附图2是本实用新型第一种组织方式示意图
附图3是本实用新型第二种组织方式示意图
图中标记：1、棱镜，2、工装把手，3、专用工装，4、椭圆形固定端，5、 椭圆形活动端、6、控制点棱镜，7、测量机器人，8、工控机，9、专业工装。
具体实施方式
如图1-图3所示，本实用新型包括测量机器人7，与测量机器7人相连的工 控机8及通讯电台，专业工装9如图1所示，专业工装9上两侧装有棱镜1，专业 工装9下部与钢轨接触处装有椭圆形固定端4和椭圆形活动端5。
系统中的测量机器人为带有伺服马达、具备自动照准功能、可遥控测量的 全站仪，全站仪的测角精度不低于1”，测距精度不低于1mm+2ppm，工控机为 适应野外作业环境，防水、防尘、抗震的工业用计算机，用于运行测量软件， 该软件功能包括：建立作业，打开或是编辑线路设计文件，线路计算，参数设 置，自由设站，工装校准，快速精调测量，测量机器人7与工控机8可以通过 数据线连接也可以通过无线电台的连接，无线通讯的距离为500m，工控机8 通过无线或有线发送指令给测量机器人7对工装进行测量，测量机器人7通过 电台接收工控机8传来的指令，对精调工装上的棱镜1的坐标值进行测量，然 后将测量结果通过电台传送给工控机8，测量人员根据偏差值对轨道进行调整 到设计要求。
本系统的组织方式可以如图2所示，把全自动全站仪7架设于需精调的轨 道中线附近并位于四对CPIII控制点中间。全自动全站仪与工控机通过无线或 是有线进行数据交换，工控机8(测量软件)通过电台发送指令通过电台传送 给测量机器人7，测量机器人7收到发送的指令后，测量8个对称控制点的三 维坐标及角度和距离，通过距离和角度交会平差后设定测量机器人7的三维位 置。在保证精度的情况下，精度较差的点软件将自动剔除。
自由设站完成后，在轨道上放置专用工装3带棱镜1，每隔5个轨枕放置 一个，一套系统放置三个专用工装3，工控机8发送指令给测量机器人7，测 量机器人7通过测量左轨和右轨棱镜1的三维坐标，取平均值得出中心偏距， 左右棱镜坐标可以计算出轨距，左右棱镜中心高程坐标计算出超高。
采用本装置进行测量时，其具体步骤如下：
1、设计线型输入
设计线型用来计算当前轨道位置与设计位置的偏差，通常包括平曲线、竖 曲线、超高。工控机的测量系统输入设计线型要素后，软件自动生成线路坐标。 平曲线要素包括：起点坐标、里程、半径、缓和曲线长度、参考宽度和超高， 最少需要3个交点以上。竖曲线包括：边坡点里程，高程和半径。根据设计要 求输入超高值。
2、参数设置
通过设置通讯参数，必须保持和测量机器人相同配置，否则将无法与测 量机器人连接。通过设定棱镜常数参数(精调棱镜参数、控制点棱镜参数)、 气象参数(温度、气压、湿度)、精调参数(精调方向，板首里程)、限差参数。
3、自由设站
确定全站仪坐标。全站仪采用自由设站法定位，通过观测附近8个控制点 棱镜三维坐标，角度和距离自动平差、计算测量机器人的位置。改变测站位置， 必须至少交叉观测后方利用过的4个控制点。
4、轨道精调
将设计线型输入到工控机测量系统的软件里面，软件自动生成设计线路， 通过测量机器人测量出3组专用工装上左右两个棱镜的三维坐标，坐标投影到 面上，取平均值得出中心偏距，左右棱镜坐标可以计算出轨距，左右棱镜中心 高程坐标计算出超高。与设计线路的理论值对比，得出偏差值，对钢轨进行调 整。
上面的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实 用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神前提下，本领域普通工 程技术人员对本实用新型技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新 型的权利要求书确定的保护范围内。