MEMS惯导在铁路轨道不平顺检测中的应用

发布时间：2021-05-20 00:20

　　铁路轨道是重要的交通设施,在国家的经济发展过程中有着至关重要的作用。在高强度的列车作用力以及轨道外部环境的影响下,铁路轨道发生形变,影响轨道的平顺性。铁路轨道的平顺状态对行车的平稳性和速度、乘客的舒适性、列车的运行安全以及列车和轨道的器件损害程度起着重要的影响。因此,在短时间内快速而精准地实现轨道不平顺测量任务对于保证轨道的日常维护和列车行车安全是必不可少的。目前,基于高精度全站仪的轨检小车在轨道绝对测量和不平顺检测中发挥着重要的作用。该系统采用“走走停停”模式对轨道进行逐一测量计算,可实现1mm的轨道绝对位置测量精度。随着我国高速铁路营运里程的大幅增长,该方法测量效率偏低,很难满足测量需求。近年来,基于高精度惯性导航系统的铁路轨道快速精密测量系统作为一种新的方法被应用于轨道不平顺检测中。该方法通过移动测量的方式可以实现亚毫米级的相对测量精度。但是,由于高精度惯性导航系统价格高昂,在轨道不平顺检测中进行大规模的推广应用成本很高。在这种情况下,本文重点关注轨道的短波不平顺,引入MEMS惯性器件代替高精度惯性导航系统进行轨道不平顺测量。相比于现有方案,使用MEMS系统可以大幅降低成本,利于... 

【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究内容与研究难点
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究难点
    1.4 论文结构安排
2 基于MEMS惯导的不平顺测量
    2.1 轨道不平顺
        2.1.1 轨道不平顺类型
        2.1.2 轨道不平顺检测参数
        2.1.3 轨道不平顺评估指标
    2.2 捷联惯性导航
        2.2.1 常用坐标系及转换
        2.2.2 姿态表达式及转换
        2.2.3 捷联惯导机械编排
        2.2.4 惯性导航误差方程
    2.3 组合导航基础
        2.3.1 卡尔曼滤波基础
        2.3.2 组合导航卡尔曼滤波器设计
    2.4 相对小车不平顺测量
        2.4.1 测量原理
        2.4.2 相关算法
3 基于MEMS惯导的轨道不平顺检测关键技术
    3.1 轨道不平顺测量原理
        3.1.1 轨道不平顺测量本质
        3.1.2 MEMS轨检小车测量原理
    3.2 轨道几何参数计算
        3.2.1 直线段拟合
        3.2.2 圆曲线段拟合
        3.2.3 缓和曲线段拟合
    3.3 测量精度提高策略
        3.3.1 设计航向辅助
        3.3.2 三维速度约束
        3.3.3 整体平差约束
        3.3.4 零速修正
        3.3.5 反向平滑
4 基于MEMS惯导的轨道几何状态测量系统实施方案设计
    4.1 测量系统硬件设计
        4.1.1 轨检平台
        4.1.2 MEMS/GNSS组合导航系统
        4.1.3 其他传感器
    4.2 数据处理方案
        4.2.1 组合导航解算
        4.2.2 数据重采样
        4.2.3 平顺性评估
5 实验及结果分析
    5.1 实验描述
        5.1.1 MEMS静态误差信号嫁接
        5.1.2 测试轨道
        5.1.3 实验设备及数据采集
    5.2 结果分析
        5.2.1 姿态角重复性分析
        5.2.2 内符合精度分析
        5.2.3 外符合精度分析
        5.2.4 整体平差约束对于长波不平顺的影响
    5.3 本章小结
6 总结及展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]高速综合检测列车综述[J]. 仲崇成,李恒奎,李鹏,曹源,张玉琢.  中国铁路. 2013(06)
[2]GJ-6型轨道检测系统的设计与研制[J]. 魏世斌,李颖,赵延峰,陈春雷.  铁道建筑. 2012(02)

博士论文
[1]基于A-INS组合导航的铁路轨道几何状态精密测量技术研究[D]. 陈起金.武汉大学 2016
[2]高速铁路轨道平顺性静态检测理论与精调技术研究[D]. 魏晖.南昌大学 2014
[3]车载自主定位定向系统研究[D]. 严恭敏.西北工业大学 2006

硕士论文
[1]基于机器人的室内定位数据库自动采集系统的设计与实现[D]. 毛大智.武汉大学 2018
[2]轨道不平顺检测系统中关键技术研究[D]. 熊仕勇.西南交通大学 2018
[3]中低速磁浮F轨轨道不平顺检测及评估研究[D]. 高雄杰.西南交通大学 2018
[4]LiDAR/INS组合的室内定位与制图（SLAM）算法改进[D]. 余彤.武汉大学 2017
[5]基于惯性导航机械编排的组合导航仿真技术研究[D]. 王强.武汉大学 2017
[6]惯性位移法轨道短波不平顺测量系统设计[D]. 余振华.南昌大学 2015
[7]高速铁路轨道静态检测数据处理方法研究[D]. 陈文.西南交通大学 2015
[8]基于视觉测量的轨道静态检测关键技术研究[D]. 李硕.中南大学 2014
[9]基于GPS的轨道外部几何参数测量关键技术研究[D]. 李焜武.中南大学 2014
[10]便携式轨道几何检测系统研究[D]. 张继科.北京交通大学 2014



本文编号：3196713