《GPS惯导轨道小车测试报告_宣》由会员分享，可在线阅读，更多相关《GPS惯导轨道小车测试报告_宣（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高精度高精度 GPS 惯导轨道检测小车测试报告惯导轨道检测小车测试报告 南方高速铁路测量技术南方高速铁路测量技术 2011 05 10 目录目录 1背景背景 3 2测试目的和要求测试目的和要求 4 2 1测试目的 4 2 2测试要求 4 3数据采集数据采集 5 3 1测量设备 5 3 2测量方式 6 4数据处理数据处理 7 5实地测试与结果分析实地测试与结果分析 8 5 1测试环境与路线 8 5 24 月 11 日测量数据分析 9 5 34 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
2、水平不平顺 20 5 3 5生成报表 22 5 44 月 16 日测量数据分析 23 5 4 1测量数据图形分析 23 5 54 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
3、 17 日在省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
4、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置 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
5、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置和姿态的要求很高 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
6、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 由于部结构的原因 1 号惯
7、导与 2 号惯导所记录的测量数据容完全不同 1 号惯 导进行实时导航计算 并仅记录对应每个轨枕位置的包含轨枕及里程信息的主要导航 信息 如时间 位置 速度 方向和姿态等 2 号惯导仅记录 100Hz 的惯导部 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 图表 3 2 天线安装 中间部分用来安装惯导 安装图如下 图表 3 3 2 个惯导的安装 3 2 测量方式 数据采集方式非常简单 因为惯导能完全独立工作 在线测量任务仅减少为将 小车沿被测线路来回拉动几次即可 一个来回即可得到 2
8、组测量数据 测试中分别使用了人拉和摩托车牵引两种方式 其中 摩托车作为牵引具有速 度高 稳定性好和两人同时工作等优点 但摩托车太重 搬运或调头困难 同样不同 的速度对测量数据的精度也有影响 人拉虽然容易调头 但很难保持匀速 速度慢 时间长 不利于惯导设备的使用 在遇到意外情况 无法将小车移出轨道 4 数据处理 精密 GPS 惯导轨道检测系统采用的是 先记录 后处理 的方式 为了得取有关轨道的不平顺的测量数据 对于 2 号惯导所采集到的数据要进行 以下 4 步处理 1 从惯导中导出测量数据 2 进行导航计算 3 数据预处理 分组并将测量数据按里程顺序进行排列 4 逐组计算轨道的不平顺 对于 1
9、号惯导 因为导航计算是在惯导中已经计算过的 并且记录的就是经过 导航计算的数据 所以就不需要进行第 2 步 数据处理软件截图 图表 4 1 数据后处理软件界面 5 实地测试与结果分析 5 1 测试环境与路线 地点 省市淇县 单位 南方高铁 萨伏威 导航技术 下图为数据采集路线在 Google Earth 卫星地图中的位置 这 4 次测量主要在以 下测量段 图表 5 1 测量线路在地图中的显示 4 次测量主要在 3 个测量段上 测量段 1 从下图起点开始 延测量线约 4 公里的线路 测量段 2 从下图起点开始 整段黄色线路 全长约 9 公里 测量段 3 从下图起点开始 延测量线约 2 公里的线路
10、 每天的测量情况如下 4 月 11 日 测量起点 测量段 1 测量段 2 测量段 3 测量段 1 上 使用了两套惯导 其中 1 号惯导使用轨枕识别里程计记录轨道右 轨的测量数据 2 号惯导记录了有关轨道左轨的原始测量数据 没有直接进行里程测 量 使用摩托车进行牵引式测量 但是由于首次安装调试时间长 电池准备不足等原 因 仅记录 1 组数据 轨枕识别里程计因与道钉距离太大 不能正常工作 导致里程 计算错误 4 月 12 日 如 11 日一样 同时使用了两套惯导 进行测试 1 号惯导测量右轨 2 号惯导 测量左轨 使用摩托车牵引 共进行了 2 个来回的测试 分别记录了 4 组数据 第一 个来回为测
11、量段 1 第 2 个来回为测量段 2 两个来回惯导均工作正常 测量数据完整 轨枕识别里程计工作也很好 4 月 16 日 仅使用 2 号惯导对右轨进行测量 在测量段 3 上共测量了 4 个来回 其中人力 牵引 1 个来回 摩托车牵引 约 10 公里每小时 2 个来回 惯导倾斜安装 摩托车 牵引 1 个来回 共记录了 8 组数据 4 月 17 日 与 16 日一样 使用 2 号惯导在测量段 3 上进行了 6 个来回的测量 均使用摩 托车牵引 分别以时速 15 公里 20 公里各测量 2 个来回 惯导安装倾斜后 以时速 20 公里进行了 2 个来回的测量 我们对 2 个惯导所记录的所有测量数据都进行
12、了相应的后处理 并对其计算结 果根据以下重点进行了分析 检验轨枕识别里程计的测量精度 通过对 1 号和 2 号惯导测量结果的重复性验证 分析各自的性能及精度 验证不同测量速度及惯导安装姿态偏差对测量结果的影响 4 月 11 日测量数据分析 地点 测量段 1 牵引 摩托车车 目的 设备和惯导的安装和设备和惯导工作调验 容 用两套惯导进行测量 主要目的是检测惯导和设备是否工作正常 能都准 确记录数据 以及轨枕识别器和里程工作是否正常 根据第一次使用小车在轨道上进行实验 发现许多实际问题 如小车的螺丝容 易发生松动 使用全站仪定位所用时间过多 小车上下线复杂 电池供电不足等 本次安装和调试所需时间过
13、多 惯导操作复杂 电池容量有限 所以只记录了 少量的测量数据 不过从 1 号惯导的记录数据可以看到 方向的测量数据的输出精度 不够高 需要提高输出精度 但是从数据的记录情况来看 轨枕识别器和里程的工作 非常好 惯导数据记录工作也正常 只是指示灯指示不明确 需要改进 下图显示的是 1 号惯导一次性测量的近 4 公里右侧轨道轨向和高低不平顺 图 中可以看出 几何所有不平顺数值都小于 2 毫米标准 绝大部分甚至小于 1 毫米 除 放大图中显示的 2740 米处存在一个较大的偏差外 所有数据都符合线路的基本属性 由此可以判断 新测量设备及软件的测量结果具有一定的可靠性 0500100015002000
14、250030003500 3 2 1 0 1 2 10不 不 不 不 不 不 不 不 不 不 不 不 不 不 不 图表 5 2 使用 1 号惯导所测量的右轨轨向不平顺 242024402460248025002520 3 2 1 0 1 2 10不 不 不 不 不 不 不 不 不 不 不 不 不 不 不 图表 5 3 轨向不平顺局部放大图 05001000150020002500300035004000 6 4 2 0 2 4 6 10不 不 不 不 不 不 不 不 不 不 不 不 不 不 不 图表 5 4 轨道高低不平顺 在里程 2470 米处同时存在一个大于 3 毫米的轨向不平顺和高低不平
15、顺 因为 只有一组数据 不能判定这个偏差值是否是正确的 因为在轨向和高低同时出现较大 偏差的几率很小 但是通过后面的数据分析 这个大偏差值很可能是由于小车在测量 过程中由于牵引力不均衡的原因造成惯导平台的旋转所导致的 关于这一情况 后面 会进行详细分析 5 2 4 月 12 日测量数据分析 地点 测量段 1 和测量段 2 牵引 摩托车 目的 测量左右线两根钢轨的轨向和高低不平顺 计算轨距和水平不平顺 生 成报表和轨道调整量统计 容 通过增加螺丝弹件使得设备的稳定性得到了一定的改善 使用了两套惯导 共进行了 2 个来回分别记录了 4 组数据 前一个来回在测量段 1 后一个来回在测量 段 2 12
16、 日数据两套惯导都工作正常 记录数据基本准确 我们对数据做如下分析 5 2 1数据处理 与传统的轨道检测方法不同 惯导检测小车是依靠对轨道里程 水平角和倾斜 角的测量替代其位置的 多功能惯导设备能同时测量轨道的位置 方向角和倾斜角 利用位置坐标可以推算出里程 得到里程 方向角和倾斜角测量数据后 我们可以使 用后处理软件进行数据处理了 后处理软件的功能很强大 不但可以计算出轨道在各 个轨枕上的左右轨道的轨向和高低不平顺 而且可以计算出轨道的位置 高程和线路 形状要素 这样 我们可以从多个方面对测量数据进行比较和分析 验证测量结果的 性能 5 2 2轨道位置 高程和线路形状要数 测量轨道不平顺的前提之一是建立测量基准 理想线路与测量线路的总体位置 相同 但是它具有完美的局部平顺性 如设计曲线一样 理想曲线的形状要素 如过 渡线长度 方向 斜率 圆弧半径等 都是十分明确的 以此我们可以通过理想线路 和设计线路的形状要素间的比较 验证理想线路的准确性和可靠性 图表 5 5 和图表 5 6 显示了使用第 3 组测量数据所计算的水平理想曲线高程理 想曲线以及相应的形状要素 6000 5000 40
