[发明专利]一种高铁测量用惯性定位定向装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及轨道安全检测技术领域，具体涉及一种高铁测量用惯性定位定向装置及方法，尤其适用于高速铁路的轨道安全检测。 

背景技术

高速铁路的铁轨会因为长期使用、气温变化、路基沉降等原因而发生一些改变；检测这些改变，并将这些参数控制在足够的精度范围内，才能保证高铁安全、平稳、舒适地运营。 

目前公开的轨道安全检测相关文献中，一类是轨道检测车；它是将检测设备安装在列车上，利用惯导、激光测距机、里程计、摄像头等作为传感器，可以监测重载、动态条件下的一些轨道参数，但不能解决铁轨静态情况下的有关参数。一类是全站仪测量法；该法首先要求在全程建立多级测量用控制控网，如图1所示，而后以CPIII控制网为准，将全站仪架在自由站点上，对铁轨上离散的待测点进行测量；其优点是测量精度高，但缺点是控制网的建立、维护和管理体系极其庞大而昂贵，测量点离散且作业复杂、进程极慢。还有一类是轨检仪；它利用陀螺、倾角仪和里程计等作为传感器，采用弦测法等手段，检测与轨道平顺性有关的参数，其优点是价格相对便宜，操作简单易行，缺点是测量精度有限，无方位定向能力和弯道检测能力。 

总的来说，现有轨道安全检测技术的缺点是，受GPS接收机的精度限制，定位定向能力有限；激光扫描和数码成像属光学类技术，使用时受诸多外部条件限制，而且只有在依托轨道控制网CPIII的条件下对数据进行特殊处理才能将测量精度提升到毫米级；此外，图像数据量庞大、快速运动带来的问题是处理困难和容易失真。 

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种高铁测量用惯性定位定向装置及方法，实现长距离、高效率、高精度的高铁轨道安全检测。 

一种高铁测量用惯性定位定向装置，其特征在于，包括： 

T字型检测车，由横杆和纵杆构成； 

光纤惯导测量组件，安装于横杆与纵杆的交接点，用于测量检测小车角速度信息和加速度信息； 

里程计，安装于T字型检测车的三端点处的车轮上，用于测量车轮运动距离； 

轨道尺，安装于T字型检测车的纵杆下表面，用于测量高铁轨道宽度； 

定位针，安装于T字型检测车的纵杆下表面，用于为光纤惯导测量组件提供测量基准； 

计算机，分别与光纤惯导测量组件、轨道尺和里程计电连接，用于对测量数据进行分析计算得到高铁的相关安全参数。 

进一步地，所述光纤惯导测量组件包括光纤惯导、手摇式四位置转位机构、磁屏蔽罩和磁屏蔽底座，光纤惯导位于手摇式四位置转位机构上，光纤惯导和手摇式四位置转位机构一起置于磁屏蔽罩和磁屏蔽底座形成的密闭腔内。 

进一步地，所述手摇式四位置转位机构包括转动托盘、摇杆、齿轮传动机构和锁位机构，光纤惯导安装于转动托盘上，转动托盘通过齿轮传动机构连接摇杆，在摇杆驱动下，转动托盘能带动光纤惯导转动到0°、90°、180°、270°位置上并通过锁位机构锁紧，锁紧后角度固定精度优于20＂，其中在0°位置时光纤惯导的前端正对测量的前方。 

进一步地，所述光纤惯导包括光纤陀螺和石英加速度计，光纤陀螺在1h内的精度优于0.01°/h，石英加速度计在1h内的精度优于50μg。 

进一步地，所述T字型检测车的三端点处的三个车轮直径相同且不超 过10cm，与车轮相连接的三个里程计的精度相同且不低于3600线/周。 

一种高铁安全性能测量方法，具体为： 

（1）在高铁铁路路基地面上设置标记点，标记点尽量与CPII点接近且尽量位于两条铁轨之间的中间位置，利用GPS定位信息确定标记点的坐标值，定位精度优于2cm，且测距误差小于3mm； 

（2）选取两个标记点作为测量的起点和终点，建立测量坐标系，测量坐标系的原点O位于起点上，X轴穿过起点和终点并由起点指向终点方向； 

（3）将权利要求1～5任意一项所述的装置放置于高铁轨道上，定位针位于原点O，轨道尺顶紧两侧轨道的侧面；