數顯式站臺限界測量尺的改進探討

趙海琛 中國鐵路上海局集團有限公司科研所

1 引言

目前測量站臺限界的儀器主要有站臺尺、站臺檢測小車等儀器設備，利用機械測量、紅外線和超聲波等測量方式[3]。其中，數顯式站臺限界測量尺因操作簡單、攜帶輕便、測量精度高等優點獲得了良好的市場。但其也存在無法存儲測量數據、測量范圍也無法覆蓋全量程等不足。

為此，需要在原有的基礎上對數顯式站臺限界測量尺改進優化，實現測量數據的存儲和導出，擴展測量量程，并在其他細節上也做出一定改進。

2 技術改進

2.1 數據的存儲和導出

新增測量數據存儲與導出功能。測量作業時通過按鍵操作，可以將測量數據保存在尺內；當需要導出數據是，可通過USB接口導入到計算機中。

站臺尺數據存儲與導出流程如圖1所示。磁柵傳感器和傾角傳感器將采集的模擬數據傳送給高精度ADC并轉換成數字信號。MCU將數字信號計算之后，獲得站臺限界的橫距和豎高等數據結果，然后將其進行存儲。

圖1 電子電路原理框圖

數據的存儲選用24c02串行儲存器。串行總線擴展接線靈活，不僅占用I/O線少、體積小、功耗低，還具有工作電壓寬、抗干擾能力強、數據不易丟失等特點，方便用戶根據需求將其作為系統模塊使用。

數據的傳輸采用I2C總線協議。I2C總線協議只要求兩條總線線路，分別是一條串行數據線SDA和一條串行時鐘線SCL。串行的8位雙向數據傳輸位速率在標準模式下可達100 kbit/s，快速模式下可達400 kbit/s，高速模式下可達3.4 Mbit/s，數據傳輸速度高。此外，片上的濾波器可以濾去總線數據線上的毛刺波，保證數據完整。

為了對數據存儲功能進行操作，也對操作面板以及按鍵電路進行了修改，增加“功能”按鍵。數據可以在站臺尺端手動刪除，也可以通過USB接口導入電腦中,進行匯總、統計、分析。

2.2 豎高全量程測量的實現

標準站臺可以分為高站臺和低站臺兩類，其中高站臺的豎高范圍是（1 000.0～1 400.0）mm，而低站臺的豎高范圍是（200.0～500.0）mm。但是在一些特殊的場合會有介于高站臺和低站臺之間的非標站臺。原數字式站臺限界測量尺不能測量這類非標站臺，為了實現豎高（200.0～1 400.0）mm范圍內全量程的測量，增加了中間測量檔位。

中間檔位需要滿足兩個條件。第一，中間檔位測量在測量中所需的極限行程S應低于站臺尺本身的設計行程（630 mm）；第二，站臺尺測量中間檔位在測量中的極限傾角差θ應低于傾角傳感器的測量范圍（30°）。在確定中間檔位安裝位置之前，應通過計算驗證以上條件是否同時滿足，否則需要重新調整站臺尺的設計。

本文針對復雜探測場景中雜波分布偏離高斯分布的情況，采用Alpha穩定分布建立雜波模型，并在此基礎上提出了基于分數低階矩的SAR-STAP雜波抑制算法。文中通過對仿真實驗及多組多通道SAR實測數據處理對算法性能進行了驗證，結果表明，該算法在非高斯環境中性能明顯優于原有算法，并表現出良好的魯棒性，是一種實用且有效的多通道SAR雜波抑制算法。

（1）極限行程計算

當站臺的橫距和豎高均處于最大值時，站臺尺的伸長量s1為最大值；當站臺的橫距和豎高均處于最小值時，站臺尺的伸長量s2為最小值。計算出s1和s2之后，可以利用以下公式計算出s：

從圖 2 中不難看出，a1=Lmax-753-d，a2=Lmin-753-d，b1=Hmax-H0+d，b2=Hmin-H0+d。其中，H0是站臺尺鉸鏈中心點到水平基準面的距離，d是測量L形鉸鏈尺中連接軸到兩側測量面的垂直距離。

圖2 站臺尺行程極限位置示意圖

（2）極限傾角計算

當站臺的橫距為最大值，豎高為最小值時，站臺尺的極限位置傾角α為最小值；當站臺的橫距為最小值，豎高為最大值時，站臺尺的極限位置傾角β為最大值。計算出α和β之后，可以利用以下公式計算出站臺極限傾角差θ：

其他幾何關系如圖3所示。a1=Lmax-753-d，a2=Lmin-753-d，b1=Hmin-H0+d，b2=Hmaz-H0+d。

圖3 站臺尺傾角極限位置示意圖

（3）檔位與傾角傳感器的安裝

經過計算，行程s為619 mm，小于 630 mm；θ為26.45°，小于30°。滿足設計條件，可以在站臺尺現有的基礎上直接增加中間檔位。高低站臺兩個檔位之間的距離為500 mm，小于行程630 mm。因此，中間檔位的位置可以設定在高低站臺檔位之間的任何位置。與之對應需要增加一個傾角傳感器，以覆蓋站臺的測量范圍。傾角傳感器只能測量出水平面為基準±15°的范圍，經計算，需要把傾角傳感器安裝在與站臺尺尺身方向成58.5°到62°的范圍之間（改進前后站臺尺外觀對比情況見圖4）。

圖4 改進前后站臺尺外觀對比圖

2.3 多種規格仿形條的設計

鐵路鋼軌有多種不同的規格，常見的有60軌和50軌，45軌較少用。不同規格的鋼軌的軌頭外形尺寸略有差異，若使用規格不匹配的仿形條測量站臺限界，就會造成站臺尺定位基準與理論基準的偏差，影響測量結果。原數字式站臺限界測量尺只適配60軌，為了提高站臺尺的應用性，設計了50軌道和45軌道的仿形條。三種規格如圖5所示。

圖5 多種規格的仿形條

3 結束語

改進后的站臺限界測量尺在路內廣泛使用，現場反應情況良好。可以適應各種站臺、多種鋼軌，通用性強；改變了過去邊測量邊人工記錄的辦法，極大地提高了工作效率，減少記錄出錯。