一种铁路轨道偏矢矢距与矢距差快速测量方法

摘要

一种铁路轨道偏矢矢距与矢距差快速测量方法，其特征是按以下步骤：（1）利用轨检仪连续测量轨道短弦中点矢距，获得短弦中点矢距序列；（2）计算

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁路轨道偏矢矢距及矢距差的快速测量方法，其直接应用于铁路正线及复杂几何形位设备如道岔等的快速测量与日常养护。

背景技术

高速铁路应具备高平顺性，其与桥梁、道床、路基变形和轨道铺设精度直接相关的中长波不平顺及与钢轨平直度和轨头表面状态有关的短波不平顺幅值控制十分严格。由《高速铁路设计规范》可知，关于高速铁路的内部几何形位如轨向及高低分别存在两类测量评价方法，即关于短波（10m弦）的中点矢距方法及关于中长波（30m、300m弦）的矢距差方法。中点矢距方法已为行业所熟知，主要是基于中点弦测法（见附图1），测量某测弦长下的中点矢距。矢距差的测量评价方法引自德国并已列入《高速铁路设计规范》等规范性文件。

依据《高速铁路设计规范》，矢距差方法其测量原理是通过矢距差对中波（30m弦）与长波（300m弦）平顺性进行控制，使测量点的单点误差值应尽可能小。其中，300m矢距差检测轨道几何尺寸的长周期性效应。两类矢距差方法基本类似，现以30m基弦的矢距差方法为例进行说明（见附图2）。

假定起算点为P₁，按30m（或48a，其中a为扣件节点间距，约为0.625m，下同）弦线，按间距5m（或8a）均分，得到6个子区段，每个子区段包含m个检测点（假定m＝8，点间隔为0.625m或a），则有P₁、P₂、……、P₄₉共计49个里程点，将上述各点数据分组：｛P_i,P_i+8, P_i+16, P_i+24, P_i+32, P_i+40|i=1,2,…,8｝。于是构成第8组评价点，点间隔5m（8a），完成本30m（或48a）弦段评价。按照0.625m（或a）的重叠区段长度，下一评价段自P₄₈起至P₉₆，重复按相同的方法确定评价组。具体评价方法示例：P₂₅与P₃₃间的轨向（高低）检测按下式计算：

其中，δ为轨向（高低）偏差，mm；ΔH为平面（高程）设计偏差，mm；Δh为平面（高程）实测偏差，mm；H_i为平面（高程）设计值，mm；h_i为平面（高程）实测值，mm。

关于轨道偏矢矢距的测量，目前常采用的是绝对测量法或直接测量法。直接测量法，即以弦线或激光弦为基准利用直尺等量具或传感器在偏矢点直接测量。该方案原理清晰、操作简便，但限于仪器设备精度，难以满足现场需求；且，该方案只适合于重点检查，难以进行管线平推。西南交大王平在《客运专线无砟轨道道岔精调系统的研究与应用》一文中介绍了一种利用绝对测量偏差值换算矢距差的递推算法：

绝对测量法是以勘测、施工、运营维护控制网为基础，通过全站仪等设备的自由设站，获得站点的高程及中线偏差，进而计算指定里程位置的偏矢矢距。该方法由于采用轨道外部几何参数来控制轨道内部几何参数，故其作业效率低（≤600m/d）、环境适应性差(对温度、光照及风速敏感)、施工成本高（≥￥15000/km）。另外，绝对测量的标称精度为方向测量中误差≤1″、测距中误差≤1mm+2ppm，即意味着在中短波范围内该工艺难以满足高铁无砟轨道的平顺性要求。

轨道检查仪（轨检仪）是通过电子、传感技术静态测量并自动记录准轨铁路轨道几何参数的便携式轨道检测设备，其中，0级轨检仪利用惯性元件，可精确记录惯性坐标下基于中点弦测法（基弦0.625m）的轨道轨向、高低，其效率较高（3~8km/h）、环境适应性好、测量项目全、测量精度高（10m弦条件下重复性指标≤0.1mm）。利用基弦的中点弦测数据推导不同弦长条件下的偏矢矢距及矢距差，对于工务设备的评价与养护具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是克服目前轨道矢距测量中直接法精度不足以及绝对法效率低下问题，提出一种基于中点弦测法的铁路轨道偏矢矢距与矢距差快速测量方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

（1）利用轨检仪连续测量轨道短弦中点矢距，获得短弦中点矢距序列｛v_i|i=0，1,2,…,n,…2n｝，其中v_i为i点的基于中点弦测法的轨道短弦中点矢距。

（2）用下式（1）计算n倍长弦条件下的偏矢矢距：

如附图3所示：

                        （1）         

其中， h_i为i点的偏矢矢距，i为轨道切向位置，i=0，1，2，…2n-1。

（3）由各偏矢矢距，可得任意点间矢距差：

                     （2）

其中，δ_i-j为测点i（i=0，1，……，2n）与测点j（j=0，1，……，2n，j≠i）间的矢距差。

本发明在测量相邻点间矢距差时，

                                                    （3）。

本发明利用轨道检查仪能够快速、全面、准确的检测轨道短波不平顺的能力，构造递归算法，利用短弦的中点矢距信息测取轨道各点的不同测弦长度组合下的矢距及矢距差。该方法无需外部标志物的信息，测量与解算效率高，适合高铁轨道正线及道岔等设备的几何形位快速测量与日常养护。

附图说明

附图1为中点矢距与偏矢矢距定义。图中，v为中点矢距，h_i为i点的偏矢矢距。

附图2为高速铁路5m/30m矢距差测量方法图示。

附图3为基于短弦中点弦测法的n倍长弦偏矢矢距计算图示。

具体实施方式

本发明将通过以下实施例作进一步说明。

实施例1。

对轨道正线的轨向控制，利用轨道10m中点矢距计算5m/30m相邻点间矢距差（如附图2）。某轨道从0号点至6号点的北东坐标实测数据为｛（0,-3×10^-3），（5,0），（10, -1×10^-3），（15,-5×10^-3），（20,-5×10^-3），（25,-5×10^-3），（30,-4×10^-3）｝，单位m。则依据相邻点矢距差的定义可得1号点至5号点5m/30m相邻点间矢距差{3,-1,-4,0,0}，单位mm。

步骤一：利用轨检仪连续测量轨道几何尺寸，获得5m间距的10m弦轨向中点矢距序列｛v_i|i=0，1,2,…,n,…2n,…｝，其中v_i为里程点i的基于中点弦测法的轨道10m弦中点矢距，单位mm；实测1号点至5号点的中点矢距序列{1.9869、1.4393、 -2.066、0.046561、-0.49944}，单位mm。

步骤二：将轨向中点矢距序列｛v_i|i=0，1,2,…,n,…2n,…｝代入式（3），计算轨向相邻点间矢距差。其中， δ_i为i点与i-1点的轨道相邻矢距差，单位mm；n为测弦比，此算例中n=3。

则δ_i={2.9011, -1.0727, -3.9514, 0.18057,0},i=1,2,3,4,5。

步骤三：将步骤二测取的矢距差δ_i与轨向矢距差控制标准比较，判定轨道的轨向平顺性是否超限。

依据《高速铁路设计规范》可知，1、3号点相邻矢距差超限，2、4、5号点合格。