淺析起重機械軌道自動檢測系統中的數據處理分析原理

1 數據處理分析系統簡介

起重機械軌道自動檢測系統主要由軌道小車、自動跟蹤全站儀、計算機與處理軟件系統組成。通過遙控載有稜鏡的軌道小車沿着待測軌道自由行進，全站儀可實時自動追蹤機器人的位置，進行數據採集。通過數據處理，重構出軌道頂面中心線的空間位置，對其空間幾何參數進行分析，判定其是否符合運行的要求。數據採集處理分析系統是系統的核心，其應用程序主要分為三大功能模塊：數據採集模塊、數據預處理模塊和數據分析模塊。

數據採集模塊中，基準測量是通過多測回自動測定控制點的座標來建立軌道測量的基準;軌道測量是通過測量裝置連續測量軌道參數座標;測站測量則是在不同測站測量軌道時，確定新測站在同一座標系中的座標。

數據預處理模塊中，數據可視化指直觀顯示軌道測量結果;剔除粗差是通過設定閾值來剔除異常數據;基準轉換則是通過座標轉換，將座標軸旋轉到沿軌道方向。

數據分析模塊中，數據內插是指通過內插求得固定間距點座標和標高;參數計算是指計算內插點處的直線度、平面度、標高差及軌距等軌道參數;報表輸出則是將數據分析得到的分析結果以報表形式展現。

2 數據處理分析系統原理

2.1 測量公共點的自動匹配

在起重機械軌道自動檢測系統中，需要對兩條軌道分別進行測量，對特長軌道，還需分段測量，在每次測量時，全站儀的位置是不同的，測量數據的`座標參數是以全站儀所在位置為座標基準點(下稱為測站)讀取的，即每次測站是不同的。為統一基準，使各測站在同一個座標系中，需要在不同測站中測量同一組公共點座標，以確定統一座標。

2.2 統一座標的建立

在數據採集和數據處理過程中都會涉及到座標轉換的問題，參考基準的確定是解決該問題的關鍵，可以通過在第一次測量時多測回測量分佈於軌道區域內的公共點並計算公共點的平面座標和高程來解決。

2.3 基於點到直線距離的直線擬合

數據處理的核心是軌道中心線的擬合，直線擬合的準則為擬合殘差平方和最小。傳統的線性迴歸方法只考慮擬合直線y量的偏差，以y量的偏差來代替點到直線的距離。

2.4 自適應粗差剔除

粗差剔除不僅要考慮到儘可能多地識別粗差點並剔除，還要儘量保留好的軌道數據和瑕疵點。常規數據粗差剔除方法利用3倍的擬閤中誤差為限差來剔除粗差，但是變形、啃軌、安裝偏差等因素使得起重機械軌道並非是絕對的直線。如果採用單一、絕對的標準來剔除粗差可能誤刪變形點或啃軌處的點，從而影響數據監測的效果。自適應粗差剔除是指在單一標準的基礎上增加了一個經驗標準，以最大可能地保護真實數據，即：檢測人員在充分了解軌道特性和總結長期檢測結果的基礎上，得到軌道點偏離擬合直線的最大值，並以此作為閾值，對數據進行剔除。

3 試檢測數據

通過以上原理分析，編制程序，使用起重機械軌道自動檢測系統樣機對兩條剛安裝並粗調整完畢的軌道(軌道中心距設計值為36000mm)進行試檢測，軌道跨度結果如圖5所示，軌道標高如圖6所示，同時輸出軌道的其他參數分佈圖，如各軌道頂面標高圖、導軌直線度圖等，各點的測量數據和檢測最大(小)測量值同時以Excel表格形式輸出。經與常規法比對，檢測結果能真實體現導軌的實際安裝質量。

4 結語

基於統一座標原理和基於垂直距離的直線擬合原理開發的數據處理分析系統，能實現起重機械軌道自動檢測系統精確、簡捷、實時和安全測量起重機械軌道參數，適用於各種野外和室內環境下對大跨度、長距離和高空條件下的起重機械軌道參數測量，為起重機械的安全運行和自動監控提供數據基礎，具有廣泛的應用前景。