SYC-1型铁路建筑限界检测仪的设计与应用

eritowuru

摘要：简要论述了铁路建筑限界测量的重要性，介绍了SYC-1型铁路建筑限界检测仪的基本原理，重点阐述了该检测仪的机械结构与软件设计。实际应用证明，该检测仪在铁路建筑限界测量中发挥了重要作用，是一种保障铁路运输生产安全的先进机具。
关键词：铁路建筑限界；激光测距；通信协议
中图分类号：TP21 文献标识码：A
1概述
为了确保机车车辆在铁路线路上运行的安全，防止机车车辆撞击邻近线路的建筑物和设备，而对机车车辆和接近线路的建筑物、设备所规定的不允许超越的轮廓尺寸线，称为限界。在铁路《技规》中更是做出了明确规定：一切建筑物、設备，在任何情况下均不得侵入铁路的建筑限界。铁路建筑限界测量的精确性十分重要，直接关系到铁路扩大货物运输的安全性和运输收入的增长。以往某些区段限界尺寸测量不准确，导致一些扩大货物运输必须绕行或拒运，造成铁路运能的浪费和运输收入的损失。
铁路线路周围的地理形态、建筑形态，甚至线路本身的形态在一定条件下都会发生不同程度的变化。过去，铁路建筑限界大多使用如“吊绳”、“触杆”、“皮尺”等手工方法进行测量，费时费力，测量精度低。随着铁路电气化线路迅速发展，传统的测量手段已经无法适应快速、准确、安全的建筑限界检测要求；手持激光测距仪可以实现非接触式测量，但只是单点测量，连续性差，且测量基准点无法固定；隧道检测车测量速度快、精度较高，但只适用于桥隧限界测量，而且占用运输成本，设备造价昂贵。针对国内现状，急需一种新型的铁路建筑限界检测机具，能够经济、便捷、准确、灵活地对各种铁路建筑限界进行测量，为铁路生产运输安全保驾护航。
由沈阳铁路局科学技术研究所研制的“SYC-1型铁路建筑限界检测仪”采用高精度激光扫描测距仪，配合上位机软件，可对铁路各种建筑限界进行非接触式测量及数据分析。整套仪器携带方便、操作简单，测量精度高，对铁路扩大货物运输的发展有重要意义，是一种利用高新技术解决铁路生产实际问题的先进机具。
2总体结构设计
“SYC-1型铁路建筑限界检测仪”由主机箱、激光扫描测距仪、轨道小车等设备组成。
（1）主机箱由电源模块、嵌入式主机、输入输出接口组成。整套系统由大容量锂电池供电，可持续工作24小时以上，机箱配备电压表实时显示剩余电压。主机为显示器、键盘等外设提供了标准接口，激光扫描测距仪通过以太网接口与主机连接。
（2）激光扫描测距仪是整套系统中的核心部件，其基本工作原理是：激光器向被测目标发射激光信号，然后接收目标反射回来的光信号，通过光信号往返时间，计算出目标的距离。该激光扫描测距仪有效测量范围为0～80m，扫描区域为360°，角分辨率为0.125°，最高可以20Hz频率旋转扫描。激光扫描测距仪体积小、重量轻，采用工业级标准设计，适用于室外环境工作。
（3）如图1所示，整套设备安装在一个小车上，可在普通路面或单侧钢轨上推行。测量时小车放置于单侧钢轨上，与另一侧钢轨之间靠滚轮杆连接，以确保与钢轨平面平行，人力推行即可进行测量。小车底部安装了测速传感器，来计算推行速度及行进距离。
3测量原理
“SYC-1型铁路建筑限界检测仪”进行的是二维空间测量，即待测点与钢轨平面中心的水平距离和垂直距离。如图2所示，A为激光扫描测距仪中心点，O为钢轨平面中心点，B为目标待测点。激光扫描测距仪测得AB长度为L,角度为α，则B点相对于A点的水平距离m=L×cosα，垂直距离n=L×sinα。激光扫描测距仪中心点距钢轨平面垂直高度为247.5毫米，与钢轨中心水平距离为747.5毫米，从而可以得出O点距与B点之间的水平距离为m-747.5毫米，垂直距离为n+247.5毫米。
4上位机软件设计
激光测距扫描仪通过以太网与主机链接，数据传输速率最高可达10Mbit/s，并自带通讯协议，方便用户编程。上位机软件以VB6.0为平台，可实时扫描成像，并做数据存储。生成的数据文件以断面编号命名，每360°为一个存储周期，记录了每个测量点距钢轨平面中心的距离和角度。软件运行画面如图3所示。
5应用情况
“SYC-1型铁路建筑限界检测仪”自2008年通过沈阳铁路局科技成果鉴定至今，已经在沈阳铁路局、南昌铁路局、成都铁路局、哈尔滨铁路局等地多次完成建筑限界测量任务，累计测量铁路隧道、雨棚等300余处，运用效果良好，达到了预期目标和检测要求，为用户提供了准确、便捷的技术服务，为超限货物运输安全提供了可靠的数据保障和经济效益回报。
结语
“SYC-1型铁路建筑限界检测仪”于2013年荣获沈阳铁路局科学技术进步奖，已形成了具有自主产权的软件和技术含量高附加值高的检测设备，为便携式铁路建筑限界设备的更新换代奠定了基础，明显改变了这个领域发展严重滞后的状况。
参考文献
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[3]刘辉，安志远，薄新全.VisualBasic程序设计教程[M].北京：中国水利水电出版社，2002（07）.