非接触线路方式的限界测量技术研究

杨赫 丁道祥

摘 要：铁路沿线建筑限界是直接影响行车安全的基础技术数据，尤其是对于桥梁、隧道及相关设备等限界需要经常测量，一般采用在线路上测量的方式。随着高铁建设、既有线路改造等一系列工程的实施，如采用原有测量方式，不仅测量困难，而且容易造成人身安全隐患，影响行车安全。因此，研制一种在线路外侧进行建筑限界测量的装置十分必要。

关键词：铁路；桥梁； 隧道；建筑限界检测

铁路沿线建筑限界是直接影响行车安全的基础技术数据，尤其是对于桥梁、隧道及相关设备等限界需要经常测量，一般采用在线路上测量的方式。随着高铁建设、既有线路改造等一系列工程的实施，如采用原有测量方式，不仅测量困难，而且容易造成人身安全隐患，影响行车安全。因此，研制一种在线路外侧进行建筑限界测量的装置十分必要。

目前我国铁路沿线建筑物如桥梁、隧道及相关设备等建筑限界检测手段主要采用手工测量和手持测距仪测量。前者不仅速度慢、误差大，而且安全系数低，已不能满足现代化铁路运输生产的需要；后者由于研发并非针对铁路建筑限界测量，仍需采用人工方式在线路上测量，安全性也有很大局限。本文设计了一种符合铁路相关要求，实现在轨道线路外侧测量铁路建筑限界的方案以达到在不影响列车正常运行的情况下对桥梁、隧道及相关设备等进行测量的目的。

1、系统的工作原理及组成

铁路建筑种类繁多，无统一设计标准，分布范围广，因此检测难度非常大。其主要难点是如何在线路外侧安全范围内，采用非接触方式检测同一断面上距离轨道线路中心距离最小的建筑限界值。所以，考虑研制一套能够在同一时刻快速检测同一断面上的各点尺寸的装置，将其安装在能够便携的支架上，组成线路外非接触建筑限界检测装置。该检测装置轻便、灵活、精度高，符合我国铁路管理模式，避免影响列车正常运行。

1.1系统的检测原理是：应用经纬仪确定待测断面位置，利用激光测距仪和三角函数计算线路中心与检测装置距离，测量建筑物（如桥梁、隧道）或设备（如隧道内接触网）距离线路中心最小值，利用计算机保存测量数据，从而解决铁路沿线建筑物或设备的限界检测问题。

1.2测量原理及应用

非接触线路方式的建筑限界测量对铁路沿线建筑的限界测量应用三角函数原理，可实现对桥梁、隧道内接触网等多种建筑及设备测量。

1、橋梁

2、隧道内接触网

x=l×sinβ；

x =l1×sinα-717.5-x；

y =l×cosβ+l1×cosα；

3、测量仪与钢轨最近距离测量

再根据三角形面积计算原理求钢轨距离h：

当测量仪与钢轨测量值等于计算值h时，测量仪所发射激光线就与钢轨处于垂直平面上。

2、系统硬件设计

系统硬件部分主要完成测量点定位和数据采集功能，这部分由经纬仪、激光测距仪和计算机设备组成。

经纬仪通过对水平和垂直两个平面的测量，确定待测点所在平面与钢轨中心线所在平面分别处于两个垂直平面内。测量平面确定后，利用激光测距仪测量钢轨内沿距离测距仪实际距离及角度，然后再测量待测点与测距仪的实际距离及角度。通过函数运算计算求出待测点的准确位置。

3、系统软件设计

本检测系统的软件设计采用了自顶向下的设计思想，在整体框架内对于不同功能按照层次进行划分，以模块化的功能设计方法使复杂问题简单化，以便降低开发难度，提高工作效率。

根据限界检测系统的功能要求，以人性化操作为基础，将检测时涉及到的相关信息，如待测建筑物（设备）名称、所在线路名称、中心里程等显示在界面上，便于操作者实时了解系统运行情况。

系统软件部分的工作流程如下：当系统运行后，首先对经纬仪、测距仪等硬件进行初始参数设置，接着载入待检测建筑物（设备）信息，然后使用者可以对初始信息进行设定，软件会自动进行保存，之后系统等待测量指令，当收到测量指令后程序采集并保存测量值。采集到的测量值经过几何变换等处理，得出实际尺寸，最后再利用前面提出的算法针对不同建筑或设备求得距离线路中心线的实际尺寸并保存。

4、结束语

铁路沿线建筑物及设备限界是铁路的重要基础标准之一，它关系到列车在线路上能否高速、安全的运行，也关系到相关设备和测量人员的安全，对铁路运营具有重要意义。本文提出的通过对铁路沿线建筑物或设备进行非接触线路方式的

建筑限界测量技术的求值方法为解决这一难题提供了一个操作方便、高稳定性、高精度的可行方案。

参考文献：

[1]中国铁路总公司 ，铁路技术管理规程，中国铁道出版社，2014.