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1、都市快轨交通·第20卷第5期2007年10月土建技术 URBANRAPIDRAILTRANSIT基于激光测量的地铁限界检测系统李儒英 吴积钦 曾 明(西南交通大学 成都 610031)摘 要 将激光测量系统(LMS)应用于地铁限界的快速检测系统中,实现对限界的一种非接触式检测,测量、采样数据速度快;将检测数据与标准数值实现自动比较,把数据和曲线图作为检测结果,快速检测地铁限界,用以指导竣工验收和日常运营维护。关键词 地铁限界 激光测量系统 接口 数据传输近年来,我国的地铁建设得到了迅猛的发展,地铁工程的竣工验收、地铁日常运行
2、维护等环节都需要地铁限界这个重要指标。我国地铁限界检测最常用的是断面检测法。根据设备限界尺寸和不同的断面半径,制作一个可以伸缩的框架固定在平板车上,作为限界检测车,用内燃机车牵引,对全线逐段进行检测[1]。在直线段和不同半径的曲线段转换时,需要手动调整固定在平板车上的框架。如果能够实时、连续、快速地对限界状况进行检测,并将检测数据存入数据库中,就能实时掌握限界的变化,及时消除影响运输安全的隐患[2]。因此,笔者研究了一套基于激光测量系统(lasermeasurementsystem,LMS)的地铁限界检测设备,以完成对地铁限界的连
3、续、快速、准确的检测。1 地铁限界概述限界是指列车沿固定的轨道安全运行时所需要的空间尺寸。地铁限界是以地铁车辆的轮廓尺寸和车辆的有关技术参数,运行动力性能,结合轨道和接触网(或接触轨)的相关条件,并考虑设备和安装误差,按规定的计算方法进行设计的。地铁限界分为车辆限界、设备限界、建筑限界。收稿日期:2007-06-12 修回日期:2007-08-21作者简介:李儒英,女,硕士研究生,从事接触网理论与技术的研究,liruying2000@sina.com吴积钦,男,高级工程师,硕士生导师车辆限界是车辆在正常状态下形成的最大动态包络线,
4、设备限界是用以限制设备安装的控制线,建筑限界是在设备限界基础上、考虑了设备和管线安装尺寸后的最小有效断面。受电弓限界或受流器限界是车辆限界的组成部分,接触轨限界属于设备限界的辅助限界。为了确保列车在隧道中行驶时有足够的空间和行驶安全,在限界内,除了机车车辆及其有相互作用的建筑物和设备外,其他建筑物和设备不得侵入[3]。2 总体设计思路根据实际情况的要求,地铁限界检测系统可以进行地铁建筑限界、设备限界的竣工验收和日常运行维护,而且应该快速准确。在检测过程中,要求完成地铁限界检测数据的采集、分析、处理、传输,并快速给出相应的检测结果。
5、该系统采用LMS型激光测量系统,对隧道断面进行快速精确的检测。利用Borland公司开发的C++Builder语言设计一套控制软件,对该系统进行操作和控制,完成测量任务;将扫描结果与预先保存在数据库内的标准限界数据进行比较,如果有物体侵入限界,系统发出声音报警,同时检测的结果保存在检测结果数据库内,检测结束后可以对结果进行查询。3 地铁检测系统的组成3.1 硬件部分地铁限界检测系统的硬件组成部分如图1所示。图1 地铁检测系统的组成框图3.1.1 LMS激光测量系统(LMS)是工业测量中一种重要的非接触性测量手段,是基于激光雷达测距
6、原理、将激光相07©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net基于激光测量的地铁限界检测系统URBANRAPIDRAILTRANS IT 位测距装置与光学转动装置集成的仪器统称,能对周围环境进行二维扫描并且记录,具有测量精度高、测量速度快的优点[4]。地铁限界检测系统采用的是德国SICK公司生产的LMS200,其主要技术参数见表1。表1 LMS200的主要技术参数 系统误差/mm ±6
7、统计误差/mm ±4 激光波长/nm 可见光λ=650 作业距离/mm 最大80 响应时间/mm 53,26,13 接口 RS232或RS422 电源电压/V 直流24(±15%) 作业温度/℃ 0～50 可选择的波特率/Kbps 9600,19200,38400,500 是否具备雾气改正功能 不具备LMS200的工作原理是:依据激光雷达测距原理,即利用脉冲激光器对目标发射一束光脉冲,测量光脉冲到达目标并由目标返回到接收机的时间,由此计算出目标的距离。LMS200的工作过程是:首先启动复位开关,复原电路给出复位信号,使整机复位,准
8、备进行测量;同时触发激光发生器,产生激光脉冲。该激光脉冲有一小部分能量由参考信号取样器直接送到接收系统,作为计时的起始点,大部分光脉冲能量射向待测目标。由目标反射回测距仪的光脉冲能量被接收系统接收,这就是回波信号。参考信号(主波信号)和回波信号先后
