基于2D激光传感器与不同等级IMU的车载轨道不平顺检测系统测量精度评估

《Scientific Reports》：Accuracy evaluation of railway track irregularity inspection using bogie-mounted IMUs of different grades

　　

摘要

铁路轨道不平顺检测对于运营安全和乘坐舒适性至关重要。随着检测时间窗口日益受限，安装在在役列车上的车载检测系统因其能提高检测效率而受到越来越多的关注。在此类系统中，惯性测量单元（IMUs）与激光传感器集成时，为动态轨道几何测量提供了有效的解决方案，尤其是对于高等级的IMU。然而，高等级IMU的高成本限制了其大规模部署。在本研究中，我们评估了基于2D激光传感器和不同等级IMU的车载轨道不平顺检测系统的测量精度，并考虑了不同的处理方案。结果表明，在采用的基于信号嫁接的半物理评估框架下，并在进行常值偏置校准后，将战术级IMU与2D激光传感器结合的系统，有可能实现与使用导航级IMU相当的轨距、水平和横向/垂向不平顺的测量精度，满足相关中国国家标准的要求。对于与相同激光传感器集成的微机电系统（MEMS）IMU，水平测量精度本质上受姿态估计精度的限制。然而，对于其他轨道几何参数，在消除常值偏置并省略基于姿态的重力补偿后，仍可保持可接受的测量精度，这减轻了姿态误差放大，但应视为一种权衡，可能会降低波形保真度。这些结果阐明了在采用的半物理评估框架内不同等级IMU的可实现测量能力，并为设计具有成本效益的车载轨道不平顺检测系统提供了实用指导。