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原文传递一种轨道不平顺的测量方法及装置

专利名称：	一种轨道不平顺的测量方法及装置
摘要：	本申请提供了一种轨道不平顺的测量方法及装置，基于多测点多阶弦测法的测量方法，按照预设的采样步长测量目标区段中的多组组合弦测值，并基于多测点多阶弦测法的测量过程以及多组组合弦测值矩阵等于测量矩阵与钢轨几何形位相邻离散化组成的矩阵的乘积，建立用于测量钢轨短波不平顺的测量模型，通过构建该测量模型的优化模型并对优化模型进行反演求解，得到轨道不平顺。这样，能够有效的融合多个测点的检测数据，通过线性系统求解以实现测量误差控制，在保证更小的测量波长分辨率的同时提高测量精度；并且，通过弦测法测点位置的组合优化，实现测点处的传感器的最大化利用，得到更高精度的测量结果。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	四川;51
申请人：	西南交通大学
发明人：	王平;从建力;王源;汪力;陈嵘;肖杰灵;高鸣源;刘潇潇;高天赐;杨翠平
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-03T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-19T00:00:00+0800
申请号：	CN201910474689.4
公开号：	CN110029544A
代理机构：	北京超凡宏宇专利代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	张磊
分类号：	E01B35/00(2006.01);E;E01;E01B;E01B35
申请人地址：	610000 四川省成都市金牛区二环路北一段111号
主权项：	1.一种轨道不平顺的测量方法，其特征在于，包括：基于多测点多阶弦测法的测量方法，按照预设的采样步长测量目标区段中的多组组合弦测值；其中，该组合弦测值包括了测量对象的细节形状信息；基于多测点多阶弦测法的测量过程以及多组组合弦测值矩阵等于测量矩阵与钢轨几何形位相邻离散化组成的矩阵的乘积，建立用于测量钢轨短波不平顺的测量模型；基于最优的目标轨道几何形位与测量的多组组合弦测值的误差最小的原理，重构与所述测量模块对应的包括所述目标轨道几何形位的最小二乘优化模型；对所述最小二乘优化模型进行反演求解，得到轨道不平顺。 2.根据权利要求1所述的轨道不平顺的测量方法，其特征在于，所述多测点多阶弦测法的测量方法，包括：根据确定的弦测法阶数对测量弦长进行等分处理，得到多个等分点；若待测量的目标测点的数量为一个，则从该一个目标测点在不同等分点处的多种布置方式中，确定最优单侧点弦测法布置方式；若待测量的目标测点的数量大于一个，则在最优单侧点弦测法布置方式的基础上，通过调整待添加的一个增加测点的位置，确定最优双测点弦测法布置方式；判断最优双测点弦测法布置方式中的目标测点数量是否满足要求，若否，继续在最优双测点弦测法布置方式的基础上，通过调整待添加的一个增加测点的位置，得到最优三测点弦测法布置方式，直至得到的当前最优目标测点弦测法布置方式中的目标测点数量满足要求。 3.根据权利要求2所述的轨道不平顺的测量方法，其特征在于，所述从该一个目标测点在不同等分点处的多种布置方式中，确定最优单侧点弦测法布置方式，包括：针对长波轨道，计算每一组双侧点弦测法布置方式的误差放大系数，并从多组误差放大系数中选择误差放大系数最小的双侧点弦测法布置方式，作为最优双侧点弦测法布置方式；其中，每组双侧点弦测法布置方式中的双侧点位于不同等分点处；针对短波轨道，计算每一组双侧点弦测法布置方式的临界波长，并从多组临界波长中选择临界波长最大的双侧点弦测法布置方式，作为最优双侧点弦测法布置方式。 4.根据权利要求1所述的轨道不平顺的测量方法，其特征在于，所述基于多测点多阶弦测法的测量过程以及多组组合弦测值矩阵等于测量矩阵与钢轨几何形位相邻离散化组成的矩阵的乘积，建立用于测量钢轨短波不平顺的测量模型，包括：建立多测点多阶弦测法的测量过程的数学表达式：其中，s表示传感器的数量；cw表示第w个传感器的位置；k值对应着s个测点，hk为第k个测点位置获取的弦测值，λk为第k个测点位置上安装的传感器的比例值，为负数；yk为在位置k处的轨道不平顺值，y0为弦线初始端的轨道不平顺值，yn+1为弦线末端的轨道不平顺值，N为弦测法阶数；基于多测点多阶弦测法的测量过程的数学表达式以及多组组合弦测值矩阵等于测量矩阵与钢轨几何形位相邻离散化组成的矩阵的乘积，建立测量模型：H＝M·F；其中，H表示组合弦测值矩阵；M表示测量矩阵，M的第一行对应第1个测点的信息，中点第c1+1个元素为1，第二行对应第2个测点的信息，其中，中点第c2+1个元素为1，第3行元素值同理；c1表示矩阵H的第一行，c2表示矩阵H的第二行，cw表示矩阵H的w行；N-n-2表示矩阵H的N-n-2列，N-n-1表示矩阵H的N-n-1列；N表示弦测法阶数，n表示矩阵H的列数；其中，F矩阵为测量对象y组成的矩阵，结构如下：其中，矩阵F(y)为测量对象y的组合，该矩阵的独立未知数个数仅为size(y)个，size(y)为向量y的长度；n表示矩阵F的列数，N表示弦测法阶数。 5.根据权利要求4所述的轨道不平顺的测量方法，其特征在于，所述基于最优的目标轨道几何形位与测量的多组组合弦测值的误差最小的原理，重构与所述测量模块对应的包括所述目标轨道几何形位的最小二乘优化模型，包括：基于最优的轨道几何形位y，与测量的组合弦测值H的误差最小的原理，构建包括最优的轨道几何形位y的最小二乘优化模型：其中，M表示测量矩阵，矩阵F(y)表示拟测量轨道不平顺对象y的组合，H表示组合弦测值矩阵。 6.根据权利要求5所述的轨道不平顺的测量方法，其特征在于，所述对所述最小二乘优化模型进行反演求解，得到轨道不平顺，包括：将测量矩阵M按行拆分，得到矩阵Ak；其中，Ak表示矩阵M按行拆分后的矩阵；cw表示矩阵M的w行；M表示测量矩阵；k＝c1，c2，...，cw；将组合弦测值矩阵H按行拆分，得到向量hk；其中，hk表示矩阵H按行拆分后的矩阵；cw表示矩阵H的w行；M表示组合弦测值矩阵；k＝c1，c2，…，cw；基于矩阵Ak和向量hk，得到两个独立的线性方程组：Ak·y＝hk；k＝c1，c2，...，cw；其中，y表示拟测量轨道不平顺对象；基于上述线性方程组，对最小二乘优化模型进行转化，得到转化模型：其中，E表示总残差值目标函数，优化的目标是让总残差值目标函数最小化，U表示矩阵；基于线性方程组对所述转化模型进行求解；其中，i表示是从c1到cw中选取的任意值，Ai表示从Ak中选取的任意值，AiT为Ai的转置，AkT表示Ak的转置，y*为测量对象的最优解，也即轨道不平顺测量结果。 7.根据权利要求1～6任一项所述的轨道不平顺的测量方法，其特征在于，所述对所述最小二乘优化模型进行反演求解，得到轨道不平顺之后，包括：根据预设滤波波长的高通滤波，对得到的所述轨道不平顺进行滤波，得到原始的轨道不平顺。 8.一种轨道不平顺的测量装置，其特征在于，包括：测量模块，用于基于多测点多阶弦测法的测量方法，按照预设的采样步长测量目标区段中的多组组合弦测值；其中，该组合弦测值包括了测量对象的细节形状信息；建立模块，用于基于多测点多阶弦测法的测量过程以及多组组合弦测值矩阵等于测量矩阵与钢轨几何形位相邻离散化组成的矩阵的乘积，建立用于测量钢轨短波不平顺的测量模型；重构模块，用于基于最优的目标轨道几何形位与测量的多组组合弦测值的误差最小的原理，重构与所述测量模块对应的包括所述目标轨道几何形位的最小二乘优化模型；计算模块，用于对所述最小二乘优化模型进行反演求解，得到轨道不平顺。 9.根据权利要求8所述的轨道不平顺的测量装置，其特征在于，还包括：等分处理模块，用于根据确定的弦测法阶数对测量弦长进行等分处理，得到多个等分点；确定模块，用于若待测量的目标测点的数量为一个，则从该一个目标测点在不同等分点处的多种布置方式中，确定最优单侧点弦测法布置方式；若待测量的目标测点的数量大于一个，则在最优单侧点弦测法布置方式的基础上，通过调整待添加的一个增加测点的位置，确定最优双测点弦测法布置方式；判断最优双测点弦测法布置方式中的目标测点数量是否满足要求，若否，继续在最优双测点弦测法布置方式的基础上，通过调整待添加的一个增加测点的位置，得到最优三测点弦测法布置方式，直至得到的当前最优目标测点弦测法布置方式中的目标测点数量满足要求。 10.根据权利要求9所述的轨道不平顺的测量装置，其特征在于，所述确定模块，具体用于：针对长波轨道，计算每一组双侧点弦测法布置方式的误差放大系数，并从多组误差放大系数中选择误差放大系数最小的双侧点弦测法布置方式，作为最优双侧点弦测法布置方式；其中，每组双侧点弦测法布置方式中的双侧点位于不同等分点处；针对短波轨道，计算每一组双侧点弦测法布置方式的临界波长，并从多组临界波长中选择临界波长最大的双侧点弦测法布置方式，作为最优双侧点弦测法布置方式。
所属类别：	发明专利