浅析起重机械轨道自动检测系统中的数据处理分析原理

1 数据处理分析系统简介

起重机械轨道自动检测系统主要由轨道小车、自动跟踪全站仪、计算机与处理软件系统组成。通过遥控载有棱镜的轨道小车沿着待测轨道自由行进，全站仪可实时自动追踪机器人的位置，进行数据采集。通过数据处理，重构出轨道顶面中心线的空间位置，对其空间几何参数进行分析，判定其是否符合运行的要求。数据采集处理分析系统是系统的核心，其应用程序主要分为三大功能模块：数据采集模块、数据预处理模块和数据分析模块。

数据采集模块中，基准测量是通过多测回自动测定控制点的坐标来建立轨道测量的基准;轨道测量是通过测量装置连续测量轨道参数坐标;测站测量则是在不同测站测量轨道时，确定新测站在同一坐标系中的坐标。

数据预处理模块中，数据可视化指直观显示轨道测量结果;剔除粗差是通过设定阈值来剔除异常数据;基准转换则是通过坐标转换，将坐标轴旋转到沿轨道方向。

数据分析模块中，数据内插是指通过内插求得固定间距点坐标和标高;参数计算是指计算内插点处的直线度、平面度、标高差及轨距等轨道参数;报表输出则是将数据分析得到的分析结果以报表形式展现。

2 数据处理分析系统原理

2.1 测量公共点的自动匹配

在起重机械轨道自动检测系统中，需要对两条轨道分别进行测量，对特长轨道，还需分段测量，在每次测量时，全站仪的位置是不同的，测量数据的`坐标参数是以全站仪所在位置为坐标基准点(下称为测站)读取的，即每次测站是不同的。为统一基准，使各测站在同一个坐标系中，需要在不同测站中测量同一组公共点坐标，以确定统一坐标。

2.2 统一坐标的建立

在数据采集和数据处理过程中都会涉及到坐标转换的问题，参考基准的确定是解决该问题的关键，可以通过在第一次测量时多测回测量分布于轨道区域内的公共点并计算公共点的平面坐标和高程来解决。

2.3 基于点到直线距离的直线拟合

数据处理的核心是轨道中心线的拟合，直线拟合的准则为拟合残差平方和最小。传统的线性回归方法只考虑拟合直线y量的偏差，以y量的偏差来代替点到直线的距离。

2.4 自适应粗差剔除

粗差剔除不仅要考虑到尽可能多地识别粗差点并剔除，还要尽量保留好的轨道数据和瑕疵点。常规数据粗差剔除方法利用3倍的拟合中误差为限差来剔除粗差，但是变形、啃轨、安装偏差等因素使得起重机械轨道并非是绝对的直线。如果采用单一、绝对的标准来剔除粗差可能误删变形点或啃轨处的点，从而影响数据监测的效果。自适应粗差剔除是指在单一标准的基础上增加了一个经验标准，以最大可能地保护真实数据，即：检测人员在充分了解轨道特性和总结长期检测结果的基础上，得到轨道点偏离拟合直线的最大值，并以此作为阈值，对数据进行剔除。

3 试检测数据

通过以上原理分析，编制程序，使用起重机械轨道自动检测系统样机对两条刚安装并粗调整完毕的轨道(轨道中心距设计值为36000mm)进行试检测，轨道跨度结果如图5所示，轨道标高如图6所示，同时输出轨道的其他参数分布图，如各轨道顶面标高图、导轨直线度图等，各点的测量数据和检测最大(小)测量值同时以Excel表格形式输出。经与常规法比对，检测结果能真实体现导轨的实际安装质量。

4 结语

基于统一坐标原理和基于垂直距离的直线拟合原理开发的数据处理分析系统，能实现起重机械轨道自动检测系统精确、简捷、实时和安全测量起重机械轨道参数，适用于各种野外和室内环境下对大跨度、长距离和高空条件下的起重机械轨道参数测量，为起重机械的安全运行和自动监控提供数据基础，具有广泛的应用前景。