高精度GPS惯导轨道检测小车测试报告
南方高速铁路测量技术有限公司
2011.05.10
目录
1 2
背景 ............................................................................................................................................. 3 测试目的和要求 .......................................................................................................................... 4 2.1 2.2 3
测试目的 .................................................................................................................................. 4 测试要求 .................................................................................................................................. 4
数据采集 ..................................................................................................................................... 5 3.1 3.2
测量设备 .................................................................................................................................. 5 测量方式 .................................................................................................................................. 6
4 5
数据处理 ..................................................................................................................................... 7 实地测试与结果分析 .................................................................................................................. 8 5.1 测试环境与路线 ...................................................................................................................... 8 5.2 4月11日测量数据分析 ......................................................................................................... 9 5.3 4月12日测量数据分析 ....................................................................................................... 11 5.3.1 数据处理 ............................................................................................................................ 11 5.3.2 轨道位置，高程和线路形状要数 .................................................................................... 12 5.3.3 轨向和高低不平顺 ............................................................................................................ 13 5.3.4 轨距和水平不平顺 ............................................................................................................ 20 5.3.5 生成报表 ............................................................................................................................ 22 5.4 4月16日测量数据分析 ....................................................................................................... 23 5.4.1 测量数据图形分析 ............................................................................................................ 23 5.5 4月17日测量数据分析........................................................................................................ 25 5.5.1 测量数据图像分析 ............................................................................................................ 25 5.5.2 重复性比较 ........................................................................................................................ 27
6 总结 ............................................................................................................................................ 31
1 背景
高精度gps惯导轨道检测小车是南方高铁最近研发出的一款兼容各种高新技术的轨道检测新产品。南方高铁公司一起于2010年12月4日至10日在山东省邹城市香城镇京沪高铁滕州段对开发的实验样机进行实地测试，取得了较好的效果。最近，南方高铁研发出一款融合多技术的新型轨道检测小车实验样机，并于2011年4月11、12、16和17日在河南省鹤壁市淇县石武高铁进行了实地测试。
此报告记录了这个实验过程中所采集的测量数据进行处理结果及问题分析。
2 测试目的和要求
2.1 测试目的
1． 测试小车的工作情况和具体性能，进一步做出改进；
2． 验证双惯导对左右轨道不平顺的测量精度，找出所存在的问题；
3． 完善后处理软件的各项性能，使其输出结果尽量符合现有轨道检测规范要求，
最终达到指导高铁轨道调轨的目的； 4． 通过对数据的处理和分析，以及实际调轨的需求和轨道的情况，发现数据处理
软件的不足和需要改进的地方，并进行改进。
2.2 测试要求
为了得到准确的轨道的数据，我们就需要在测量的时候对小车的结构和测量过程中，能达到一些必要的要求
1. 新型精检小车必须具有测量轨向不平顺和高低不平顺的能力，对于10米的轨
道长度，不平顺测量值的误差应小于1毫米； 2. 在没有参考值的情况下，测量结果的重复率要高于80%；
3. 测量精度应不受轨道位臵、长度及几何形状的限制，为了能够尽可能符合轨道
检测的实际情况，应选择一段包含各种类型的轨道，即轨向方向应包含直线段、缓和段和圆弧段，高低方向应包含直线段和过渡段； 4. 对于同一路段需进行多次测量，以便证明测量结果的重复性；
5. 被测路段的轨道钢轨表面需要保持清洁，不应有任何障碍物，轨道上不能有人
员的阻碍和干扰； 6. 考虑到小车仅依靠GPS进行里程测量，应选择在空旷地区进行测试，避免GPS
接收信号受到影响； 7. 理论上说，精检小车的性能不受测量速度的影响，但是考虑到样机车轮的物理
性能，测量速度不易过大，并且尽可能保持匀速，以减少加速、减速和停留对测量结果的影响； 8. 在拉车过程中应在设备的正前方拉，尽量避免左右来回的晃动； 9. 数据采集过程中，尽量保证天线周围没有人员和物体，以避免干扰； 10. 因为惯导设备对安装位臵和姿态的要求很高，所以在后处理时，需要对测量数
据按相关技术理论进行相应的调整。
3 数据采集
与传统精检小车的测量流程不同，新设备属于移动式静态检测。测量流程分为在线数据采集和离线数据处理两步进行。数据采集是通过将装有GPS天线、轨枕识别里程计和惯导测量设备的拖车作为数据采集设备沿被测轨道连续运行所实现的。数据处理则是通过专门软件对采集到的原始数据进行离线处理。
3.1 测量设备
这次测量使用的是南方的设备，设备安装示意图如下：
图表 3-1：小车框架
惯导精检小车的核心部分是两双天线GPS惯导设备。惯导安装在小车中间部分，分别处于左右轨道的正上方。四个测量型GPS天线分别安装在小车的先后段，同样处于轨道的正上方。
本次试验使用了两种GPS惯导软件版本，一个是带有轨枕识别里程计功能的升级板惯导，能准确测量里程，下面简称为1号惯导，而另一个则是没有升级过的惯导，只能依靠GPS定位计算里程数据，被称为2号惯导。
由于内部结构的原因，1号惯导与2号惯导所记录的测量数据内容完全不同。1号惯导进行实时导航计算，并仅记录对应每个轨枕位臵的包含轨枕号码及里程信息的主要导航信息：如时间、位臵、速度、方向和姿态等。2号惯导仅记录100Hz的惯导内部GPS的测量数据和陀螺仪及加速度传感器的原始测量数据，以供导航后处理软件计算使用。因此，对于1号和2号惯导所记录的数据需要进行不同形式的预处理工作。