專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于慣性組合導(dǎo)航的安檢裝置及其安檢方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于慣性組合導(dǎo)航的安檢裝置及安檢方法。
背景技術(shù)：
利用慣性技術(shù)的安檢裝置有軌檢儀、軌道測(cè)量系統(tǒng)、列車(chē)組合定位信息采集平臺(tái)等。軌檢儀往往在設(shè)備內(nèi)部安裝I只或2只陀螺作為敏感元件，工作時(shí)，根據(jù)在固定的軌道上推行設(shè)定距離后，利用弦長(zhǎng)法計(jì)算軌道的位移參數(shù)。軌道測(cè)量系統(tǒng)安裝了高精度的傳感器，但要利用全站儀、棱鏡和無(wú)線(xiàn)通信等設(shè)備輔助才能有效工作。列車(chē)組合定位信息采集平臺(tái)利用了慣性測(cè)量組合aMU)、里程計(jì)(ODO)和GPS等設(shè)備，但用途在于提高列車(chē)定位精度，保證控制的可靠性。上述設(shè)備使用時(shí)均離不開(kāi)固定的軌道，高精度的測(cè)量結(jié)果相對(duì)性太大，遇到軌道碴口時(shí)會(huì)測(cè)量不準(zhǔn)；或只是保證列車(chē)的安全運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于慣性組合導(dǎo)航的安檢裝置及安檢方法，該裝置具備軌跡測(cè)量和定點(diǎn)測(cè)量功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物體的表面位置變化的監(jiān)視、報(bào)警功倉(cāng)泛。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于慣性組合導(dǎo)航的安檢裝置，其特征在于包括四輪小車(chē)，所述車(chē)體下方設(shè)有定位針；所述小車(chē)車(chē)體上方安裝慣性導(dǎo)航組合裝置，所述慣性導(dǎo)航組合裝置用于采集車(chē)體相對(duì)地球的運(yùn)動(dòng)信息以供慣性導(dǎo)航和組合導(dǎo)航使用；四個(gè)增量式光電編碼器和一個(gè)絕對(duì)式光電編碼器，所述四個(gè)增量式光電編碼器分別安裝在所述四個(gè)車(chē)輪上，所述增量式光電編碼器用于感知一定時(shí)間節(jié)點(diǎn)內(nèi)各車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)距離；兩個(gè)后輪安裝在用于轉(zhuǎn)向的舵軸上，所述絕對(duì)式光電編碼器安裝在所述舵軸上，所述絕對(duì)式光電編碼器用于感知作為方向輪的兩個(gè)后輪相對(duì)車(chē)體角度的變化。車(chē)體內(nèi)部安裝一塊高能鋰電池，用來(lái)為發(fā)明裝置供電；車(chē)體上安裝一臺(tái)便攜式電腦，作為上位機(jī)接收慣性導(dǎo)航組合裝置和里程計(jì)的信息，并利用實(shí)現(xiàn)裝訂的一些參數(shù)完成自對(duì)準(zhǔn)、慣性導(dǎo)航、組合導(dǎo)航、閉合測(cè)量功能，閉合測(cè)量后的數(shù)據(jù)作為安檢數(shù)據(jù)輸出并顯示在電腦顯示屏上。本發(fā)明同時(shí)提供上述基于慣性組合導(dǎo)航的安檢裝置的安檢方法，其特征在于，包塊以下步驟先在被測(cè)對(duì)象的表面規(guī)劃一條軌跡路線(xiàn)，路線(xiàn)上標(biāo)出若干個(gè)參考點(diǎn)，并從中選取2個(gè)參考點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，建立一個(gè)測(cè)量坐標(biāo)系并確定出這2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)該坐標(biāo)系的位置；啟動(dòng)本安檢裝置，待本安檢裝置完成自對(duì)準(zhǔn)并轉(zhuǎn)導(dǎo)航后開(kāi)始沿軌跡路線(xiàn)推行測(cè)量;達(dá)到標(biāo)出的某參考點(diǎn)時(shí),使定位針嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)該參考點(diǎn)，并記錄下本安檢裝置在該參考點(diǎn)時(shí)的導(dǎo)航參數(shù)；直到走完軌跡路線(xiàn)的全程；對(duì)行程中各參考點(diǎn)的測(cè)量參數(shù)進(jìn)行閉合測(cè)量計(jì)算，輸出測(cè)量結(jié)果。為了提高測(cè)量精度，可以連續(xù)正反各推行一次，并將各參考點(diǎn)的閉合測(cè)量值取平均作為I次測(cè)量結(jié)果。若反復(fù)多次進(jìn)行正反推行測(cè)量，可以利用這些測(cè)量值的均值進(jìn)一步提高測(cè)量精度。本發(fā)明采用了以慣性導(dǎo)航為主，同時(shí)融合里程計(jì)的組合導(dǎo)航方式。外部輔助被測(cè)物體的個(gè)別點(diǎn)上GPS信息，閉合測(cè)量后即可得到高精度的測(cè)量信息。使用條件上不限定只在軌道上，而是可以在任何平坦、無(wú)大陡坎的物體表面上使用，且不會(huì)因?yàn)榻?jīng)過(guò)軌道碴口、表面裂縫等而測(cè)量精度下降。測(cè)量的對(duì)象也擴(kuò)大到橋梁、隧道、道路等大型設(shè)施。


圖I為本發(fā)明慣導(dǎo)安檢裝置的結(jié)構(gòu)組成示意圖，圖中，I——筆記本電腦(作為上位機(jī))，2——舵軸，3——絕對(duì)式光電編碼器，4——車(chē)輪，5—增量式光電編碼器，6——定位針，7——高能鋰電池，8——外罩，9--摜性組合導(dǎo)航裝置。圖2為本發(fā)明安檢裝置的測(cè)量線(xiàn)路示例圖，圖中路線(xiàn)可直可彎，El E13為測(cè)量路線(xiàn)上設(shè)定的標(biāo)記點(diǎn),標(biāo)記點(diǎn)個(gè)數(shù)至少為2個(gè)。圖3為測(cè)量坐標(biāo)系示例圖。圖4為測(cè)量軟件工作流程。圖5為測(cè)量操作軟件的操作界面。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。如圖I所示，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的安檢裝置是一種可進(jìn)行軌跡測(cè)量和定點(diǎn)測(cè)量的安檢裝置，它通過(guò)測(cè)量被測(cè)物體表面或某些部位的位置變化來(lái)達(dá)到安檢的目的。慣導(dǎo)安檢裝置采用四輪小車(chē)結(jié)構(gòu)，主要包括車(chē)體、筆記本電腦(作為上位機(jī))I、舵軸2、絕對(duì)式光電編碼器
3、車(chē)輪4、增量式光電編碼器5、定位針6、高能鋰電池7、外罩8、慣性組合導(dǎo)航裝置9以及附屬電路等。慣性導(dǎo)航組合裝置9內(nèi)有一個(gè)慣性測(cè)量裝置(MU)和相關(guān)導(dǎo)航信號(hào)處理電路，IMU由3只陀螺和3只加速度計(jì)作為傳感器，能夠感知載體的角速度、加速度信息。4個(gè)增量式光電編碼器分別安裝在4個(gè)車(chē)輪上，與車(chē)輪一起組成4個(gè)里程計(jì)，用來(lái)感知一定時(shí)間節(jié)點(diǎn)內(nèi)(20ms)各車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)距離，絕對(duì)式光電編碼器安裝在舵軸上，與舵軸一起組成第5個(gè)里程計(jì)，用來(lái)感知作為方向輪的2個(gè)后輪相對(duì)車(chē)體角度的變化。上述5個(gè)里程計(jì)和MU感知的信息被同步輸入到相關(guān)導(dǎo)航信號(hào)處理電路中，這些信號(hào)在相關(guān)導(dǎo)航信號(hào)處理電路中初步處理后通過(guò)數(shù)據(jù)接口(如USB、RS232等)傳遞給筆記本電腦，筆記本電腦中的測(cè)量操作軟件對(duì)相關(guān)信息進(jìn)一步處理后完成對(duì)準(zhǔn)、慣性導(dǎo)航、組合導(dǎo)航、閉合測(cè)量等解算后輸出測(cè)量結(jié)果。本安檢裝置進(jìn)行測(cè)量前，首先完成軌跡路線(xiàn)、參考點(diǎn)的初步規(guī)劃，有一個(gè)示例如圖2所示。在參考點(diǎn)中任意選取2個(gè)參考點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，利用高精度GPS確定這2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的緯度、經(jīng)度和海拔，定位精度為2cm。之后利用這2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)建立起測(cè)量坐標(biāo)系，如圖3所示。圖3中，一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)位于坐標(biāo)系的原點(diǎn)，另一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)位于坐標(biāo)系的X軸上,坐標(biāo)軸Y沿當(dāng)?shù)厮矫嬷赶騒軸左側(cè)，Z軸與X、Y軸構(gòu)成左手坐標(biāo)系；根據(jù)實(shí)際需要，也可建立其它類(lèi)型的坐標(biāo)系，只要保證2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)在坐標(biāo)系的X軸上即可。開(kāi)始測(cè)量時(shí)，按如下步驟進(jìn)行操作，如圖4、圖5所示 第一步，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，用鋰電池為慣導(dǎo)安檢裝置供電，而后啟動(dòng)根據(jù)安檢方法設(shè)計(jì)的測(cè)量操作軟件，操作界面如圖5所示；第二步，將慣導(dǎo)安檢裝置停放到軌跡路線(xiàn)的起始點(diǎn)上，并使定位針正對(duì)起始點(diǎn)；第三步，點(diǎn)擊操作界面上的“參考點(diǎn)”按鈕，在下拉菜單中選取“設(shè)置參考點(diǎn)”按鈕；待彈出相應(yīng)的對(duì)話(huà)框后，按推行軌跡中的順序輸入?yún)⒖键c(diǎn)個(gè)數(shù)、編號(hào)以及2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的緯度、經(jīng)度、海拔參數(shù)；第四步，讓車(chē)體保持靜止，點(diǎn)擊圖5中的“初始對(duì)準(zhǔn)”按鈕，慣導(dǎo)安檢裝置開(kāi)始進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，測(cè)量操作軟件的后臺(tái)軟件進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)解算；待對(duì)準(zhǔn)結(jié)束后軟件會(huì)提示對(duì)準(zhǔn)結(jié)束，可以進(jìn)行推行和軌跡測(cè)量；第五步，每到達(dá)一個(gè)參考點(diǎn)，均用定位針正對(duì)該參考點(diǎn)，然后點(diǎn)擊圖5下拉菜單中的“獲取參考點(diǎn)時(shí)間”按鈕，直至推行到軌跡路線(xiàn)的終點(diǎn)；整個(gè)推行過(guò)程中，測(cè)量操作軟件的后臺(tái)軟件一致在進(jìn)行慣性導(dǎo)航和組合導(dǎo)航解算；第六步，點(diǎn)擊圖5 “操作”按鈕，測(cè)量操作軟件將在的后臺(tái)軟件中完成閉合測(cè)量；第七步，點(diǎn)擊圖5 “視圖”按鈕，會(huì)彈出界面顯示測(cè)量的行走軌跡曲線(xiàn)，以及各參考點(diǎn)在測(cè)量坐標(biāo)系下的位置參數(shù)；第八步，點(diǎn)擊圖5的“回退”按鈕，表示要返程測(cè)量，此時(shí)測(cè)量操作軟件會(huì)自動(dòng)將軌跡路線(xiàn)的起始位置和結(jié)束位置顛倒過(guò)來(lái)；操作上就可以重復(fù)第一至七步；如此可以反復(fù)推行多次進(jìn)行測(cè)量；第九步，點(diǎn)擊圖5 “編輯”按鈕，可將多次推行的行走軌跡曲線(xiàn)和各參考點(diǎn)的數(shù)據(jù)取均值并在視圖上顯示出來(lái)；第十步，點(diǎn)擊圖5 “文件”按鈕，可以查看各次推行測(cè)量保存的數(shù)據(jù)，以供存檔和歷史查詢(xún)，也可結(jié)束測(cè)量。經(jīng)過(guò)一段時(shí)期(如幾個(gè)月、幾年)，或變化條件(如被測(cè)物體上被加載)后，重新測(cè)量這些軌跡和參考點(diǎn)的數(shù)據(jù)；若數(shù)據(jù)發(fā)生了較大變化，表示被測(cè)物體已經(jīng)發(fā)生了變形，變形量達(dá)到一定值就預(yù)示著安全風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上具體實(shí)施方式
僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種基于慣性組合導(dǎo)航的安檢裝置，其特征在于包括四輪小車(chē)，所述車(chē)體下方設(shè)有定位針； 所述小車(chē)車(chē)體上方安裝慣性導(dǎo)航組合裝置，所述慣性導(dǎo)航組合裝置用于采集車(chē)體相對(duì)地球的運(yùn)動(dòng)信息以供慣性導(dǎo)航和組合導(dǎo)航使用； 四個(gè)增量式光電編碼器和一個(gè)絕對(duì)式光電編碼器， 所述四個(gè)增量式光電編碼器分別安裝在所述四個(gè)車(chē)輪上，所述增量式光電編碼器用于感知一定時(shí)間節(jié)點(diǎn)內(nèi)各車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)距離； 兩個(gè)后輪安裝在用于轉(zhuǎn)向的舵軸上，所述絕對(duì)式光電編碼器安裝在所述舵軸上，所述絕對(duì)式光電編碼器用于感知作為方向輪的兩個(gè)后輪相對(duì)車(chē)體角度的變化。
車(chē)體內(nèi)部安裝一塊高能鋰電池，用來(lái)為發(fā)明裝置供電； 車(chē)體上安裝一臺(tái)便攜式電腦，作為上位機(jī)接收慣性導(dǎo)航組合裝置和里程計(jì)的信息，并利用實(shí)現(xiàn)裝訂的一些參數(shù)完成自對(duì)準(zhǔn)、慣性導(dǎo)航、組合導(dǎo)航、閉合測(cè)量功能，閉合測(cè)量后的數(shù)據(jù)作為安檢數(shù)據(jù)輸出并顯示在電腦顯示屏上。
2.—種權(quán)利要求I所述基于慣性組合導(dǎo)航的安檢裝置的安檢方法，其特征在于，包塊以下步驟 先在被測(cè)對(duì)象的表面規(guī)劃一條軌跡路線(xiàn)，路線(xiàn)上標(biāo)出若干個(gè)參考點(diǎn)，并從中選取兩個(gè)參考點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，建立一個(gè)測(cè)量坐標(biāo)系并確定出這兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)該坐標(biāo)系的位置,包括緯度、經(jīng)度、海拔參數(shù)； 啟動(dòng)本安檢裝置，待本安檢裝置完成自對(duì)準(zhǔn)并轉(zhuǎn)導(dǎo)航后開(kāi)始沿軌跡路線(xiàn)推行測(cè)量； 達(dá)到標(biāo)出的某參考點(diǎn)時(shí)，使定位針對(duì)準(zhǔn)該參考點(diǎn)，并記錄下本安檢裝置在該參考點(diǎn)時(shí)的導(dǎo)航參數(shù)； 直到走完軌跡路線(xiàn)的全程； 對(duì)行程中各參考點(diǎn)的測(cè)量參數(shù)進(jìn)行閉合測(cè)量計(jì)算，輸出測(cè)量結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于慣性組合導(dǎo)航的安檢裝置的安檢方法，其特征在于，連 續(xù)正向反向各推行小車(chē)測(cè)量一次或多次，并將各參考點(diǎn)的閉合測(cè)量值取平均作為測(cè)量結(jié)果O
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于慣性組合導(dǎo)航的安檢裝置，采用四輪小車(chē)結(jié)構(gòu)，所述車(chē)體下方設(shè)有定位針；車(chē)體上方安裝慣性組合導(dǎo)航裝置；四個(gè)車(chē)輪各安裝1個(gè)增量式光電編碼器，兩個(gè)后輪安裝在用于轉(zhuǎn)向的舵軸上，舵軸上安裝一個(gè)絕對(duì)式光電編碼器。車(chē)體內(nèi)部安裝塊高能鋰電池；車(chē)體上安裝一臺(tái)便攜式電腦作為上位機(jī)。本發(fā)明采用了以慣性導(dǎo)航為主，同時(shí)融合里程計(jì)的組合導(dǎo)航方式。外部輔助被測(cè)物體的個(gè)別點(diǎn)上GPS信息，閉合測(cè)量后即可得到高精度的測(cè)量信息。使用條件不限定只在軌道上，而是可以在任何平坦、無(wú)大陡坎的物體表面上使用，且不會(huì)因?yàn)榻?jīng)過(guò)軌道碴口、表面裂縫等而測(cè)量精度下降。測(cè)量的對(duì)象也擴(kuò)大到橋梁、隧道、道路等大型設(shè)施。
文檔編號(hào)G01C21/16GK102830438SQ20121033029
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月7日
發(fā)明者王勇剛, 陳貴金, 羅瑞強(qiáng), 李亮, 廖良斌, 鄧衛(wèi)林, 劉充, 陳成, 胡振林, 潘靜, 郭恩志 申請(qǐng)人:湖北三江航天紅峰控制有限公司