非接觸線路方式的限界測量技術研究

楊赫 丁道祥

摘 要：鐵路沿線建筑限界是直接影響行車安全的基礎技術數(shù)據(jù)，尤其是對于橋梁、隧道及相關設備等限界需要經常測量，一般采用在線路上測量的方式。隨著高鐵建設、既有線路改造等一系列工程的實施，如采用原有測量方式，不僅測量困難，而且容易造成人身安全隱患，影響行車安全。因此，研制一種在線路外側進行建筑限界測量的裝置十分必要。

關鍵詞：鐵路；橋梁； 隧道；建筑限界檢測

鐵路沿線建筑限界是直接影響行車安全的基礎技術數(shù)據(jù)，尤其是對于橋梁、隧道及相關設備等限界需要經常測量，一般采用在線路上測量的方式。隨著高鐵建設、既有線路改造等一系列工程的實施，如采用原有測量方式，不僅測量困難，而且容易造成人身安全隱患，影響行車安全。因此，研制一種在線路外側進行建筑限界測量的裝置十分必要。

目前我國鐵路沿線建筑物如橋梁、隧道及相關設備等建筑限界檢測手段主要采用手工測量和手持測距儀測量。前者不僅速度慢、誤差大，而且安全系數(shù)低，已不能滿足現(xiàn)代化鐵路運輸生產的需要；后者由于研發(fā)并非針對鐵路建筑限界測量，仍需采用人工方式在線路上測量，安全性也有很大局限。本文設計了一種符合鐵路相關要求，實現(xiàn)在軌道線路外側測量鐵路建筑限界的方案以達到在不影響列車正常運行的情況下對橋梁、隧道及相關設備等進行測量的目的。

1、系統(tǒng)的工作原理及組成

鐵路建筑種類繁多，無統(tǒng)一設計標準，分布范圍廣，因此檢測難度非常大。其主要難點是如何在線路外側安全范圍內，采用非接觸方式檢測同一斷面上距離軌道線路中心距離最小的建筑限界值。所以，考慮研制一套能夠在同一時刻快速檢測同一斷面上的各點尺寸的裝置，將其安裝在能夠便攜的支架上，組成線路外非接觸建筑限界檢測裝置。該檢測裝置輕便、靈活、精度高，符合我國鐵路管理模式，避免影響列車正常運行。

1.1系統(tǒng)的檢測原理是：應用經緯儀確定待測斷面位置，利用激光測距儀和三角函數(shù)計算線路中心與檢測裝置距離，測量建筑物（如橋梁、隧道）或設備（如隧道內接觸網(wǎng)）距離線路中心最小值，利用計算機保存測量數(shù)據(jù)，從而解決鐵路沿線建筑物或設備的限界檢測問題。

1.2測量原理及應用

非接觸線路方式的建筑限界測量對鐵路沿線建筑的限界測量應用三角函數(shù)原理，可實現(xiàn)對橋梁、隧道內接觸網(wǎng)等多種建筑及設備測量。

1、橋梁

2、隧道內接觸網(wǎng)

x=l×sinβ；

x =l1×sinα-717.5-x；

y =l×cosβ+l1×cosα；

3、測量儀與鋼軌最近距離測量

再根據(jù)三角形面積計算原理求鋼軌距離h：

當測量儀與鋼軌測量值等于計算值h時，測量儀所發(fā)射激光線就與鋼軌處于垂直平面上。

2、系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)硬件部分主要完成測量點定位和數(shù)據(jù)采集功能，這部分由經緯儀、激光測距儀和計算機設備組成。

經緯儀通過對水平和垂直兩個平面的測量，確定待測點所在平面與鋼軌中心線所在平面分別處于兩個垂直平面內。測量平面確定后，利用激光測距儀測量鋼軌內沿距離測距儀實際距離及角度，然后再測量待測點與測距儀的實際距離及角度。通過函數(shù)運算計算求出待測點的準確位置。

3、系統(tǒng)軟件設計

本檢測系統(tǒng)的軟件設計采用了自頂向下的設計思想，在整體框架內對于不同功能按照層次進行劃分，以模塊化的功能設計方法使復雜問題簡單化，以便降低開發(fā)難度，提高工作效率。

根據(jù)限界檢測系統(tǒng)的功能要求，以人性化操作為基礎，將檢測時涉及到的相關信息，如待測建筑物（設備）名稱、所在線路名稱、中心里程等顯示在界面上，便于操作者實時了解系統(tǒng)運行情況。

系統(tǒng)軟件部分的工作流程如下：當系統(tǒng)運行后，首先對經緯儀、測距儀等硬件進行初始參數(shù)設置，接著載入待檢測建筑物（設備）信息，然后使用者可以對初始信息進行設定，軟件會自動進行保存，之后系統(tǒng)等待測量指令，當收到測量指令后程序采集并保存測量值。采集到的測量值經過幾何變換等處理，得出實際尺寸，最后再利用前面提出的算法針對不同建筑或設備求得距離線路中心線的實際尺寸并保存。

4、結束語

鐵路沿線建筑物及設備限界是鐵路的重要基礎標準之一，它關系到列車在線路上能否高速、安全的運行，也關系到相關設備和測量人員的安全，對鐵路運營具有重要意義。本文提出的通過對鐵路沿線建筑物或設備進行非接觸線路方式的

建筑限界測量技術的求值方法為解決這一難題提供了一個操作方便、高穩(wěn)定性、高精度的可行方案。

參考文獻：

[1]中國鐵路總公司 ，鐵路技術管理規(guī)程，中國鐵道出版社，2014.