本發明屬于交通軌道檢測，具體涉及一種機車外掛式軌道幾何形位檢測裝置及檢測方法。
背景技術：
1、隨著軌道交通網絡規模的持續擴大，以及對運營安全與養護效率要求的不斷提升。其中，對于軌道幾何形位參數（如軌距、水平、高低、三角坑）的動態監測是保障鐵路安全運行的核心環節，傳統檢測方式主要依賴專用檢測車輛，這些車輛雖能提供較高精度，但存在運營成本高、檢測頻次低、部署靈活性差等問題，難以滿足大規模路網的常態化檢測需求。隨著技術的發展，兼具低成本部署、全環境適配、高精度檢測與快速響應能力的外掛式動態檢測裝置，已成為軌道運維技術領域的主流工具。
2、現有外掛式檢測裝置多采用視覺與慣性測量單元（imu）融合方案，試圖通過附加于普通機車實現動態檢測。然而，這些裝置在實際應用中往往存在檢測偏差過大問題，無法滿足毫米級檢測的精度要求。其中最為顯著的精度問題主要在于機械振動的干擾影響：由于受地形變化或自然災害的影響，軌道出現不平順或病害區段，導致機車運行中產生的多頻振動會導致圖像模糊、imu數據漂移，使得采集數據包含大量噪聲或無規律的變化，參數解算誤差顯著。由于檢測精度的不足，導致的軌道幾何形位參數的偏差過大，可能引發列車脫軌、部件磨損加劇等安全事故。
技術實現思路
1、為了解決現有技術存在的問題，本發明的目的是提供一種機車外掛式軌道幾何形位檢測裝置及檢測方法，實現非專用檢測車輛條件下的高精度、高準確度、高適應性幾何形位動態監測。
2、本發明的技術方案是：
3、一種機車外掛式軌道幾何形位檢測方法，包括以下步驟：
4、實時獲取車輛的橫向加速度和垂直加速度；
5、將所述橫向加速度和垂直加速度分別與對應的預設閾值進行比較，當任一加速度超過預設閾值時，判定振動干擾超標；
6、當振動干擾超標時，分別獲取軌道的幾何外觀、軌道相對于車輛的距離信息、車輛的位置信息以及車輛的運動狀態；其中，所述車輛的運動狀態包括車輛的橫滾角、俯仰角以及偏航角；
7、基于軌道的幾何外觀、軌道相對于車輛的距離信息、車輛的位置信息以及車輛的橫滾角、俯仰角以及偏航角，對車輛進行實時的軌距解算、軌道水平解算、軌道高低解算以及三角坑解算，獲取軌道動態幾何形位參數。
8、優選的，所述軌距解算根據下式確定：
9、，
10、其中，，
11、式中：為校準后軌距；為原始軌距；為車輛橫滾角；u和v為軌道端面處特征點的圖像坐標；為車輛姿態的旋轉矩陣；為車輛俯仰角；為車輛的偏航角；，，為相機的世界坐標；x，y，z為列車幾何外觀圖像中特征點的世界坐標；k為相機內參矩陣；k33為常數，表示相機內參矩陣中第三行第三列的元素；和為相機主點坐標。
12、優選的，所述軌道水平解算根據下式確定：
13、，
14、其中，，，
15、式中，s為軌道的原始水平值；為左軌頂的垂向距離；為右軌頂的垂向距離；為測距點的絕對高程；為車輛俯仰角；為左軌頂的絕對高程；為右軌頂的絕對高程。
16、優選的，所述軌道高低解算根據下式確定：
17、，
18、其中，，
19、，，，
20、式中，軌道高低值；為采集點的軌頂高程；x為里程坐標；l為選取的軌道段長度；xi為第i個采集點的里程坐標；hi為第i個采集點軌頂高程，即軌道頂部在第i個采集點位置處的絕對垂直高度；為采樣間隔距離；為參考高程線，通過最小二乘法擬合軌道段數據得到；a是參考高程線的斜率，反映了軌道段高程變化的平均趨勢；b為截距參數。
21、優選的，所述三角坑解算根據下式確定：
22、，
23、其中，，
24、式中，t為三角坑值；xi和xj均為車輛在軌道上對應位置i處和j處的里程；si為xi里程對應的軌道水平值；sj為xj里程對應的軌道水平值。
25、優選的，一種機車外掛式軌道幾何形位檢測裝置，用于實現任一所述的一種檢測方法，包括：
26、第一采集單元，用于實時獲取車輛的橫向加速度和垂直加速度；
27、第一處理單元，用于將橫向加速度和垂直加速度分別與預設閾值進行比較；
28、第二采集單元，用于當橫向加速度或垂直加速度大于預設閾值時，分別獲取軌道的幾何外觀、軌道相對于車輛的距離信息、車輛的位置信息以及車輛的運動狀態；
29、第二處理單元，用于基于車輛加速度、軌道的幾何外觀、軌道相對于車輛的距離信息、車輛的位置信息以及車輛的運動狀態，進行參數解算，獲取軌道動態幾何形位參數。
30、優選的，所述第一采集模塊包括三軸加速度傳感器和安裝板，所述安裝板可拆卸連接于車輛的底架上，且位于車輛底架的中部，所述三軸加速度傳感器固定于所述安裝板上，用于同時檢測車輛運行的橫向加速度和垂直加速度。
31、優選的，所述第二采集單元包括軌道外形采集模塊、激光測距模塊、車輛定位模塊和慣性基準模塊，所述軌道外形采集模塊用于獲取軌道的幾何外觀，所述激光測距模塊用于獲取軌道相對于車輛的距離信息；所述車輛定位模塊用于獲取車輛的位置信息，所述慣性基準模塊用于獲取車輛的運動狀態。
32、優選的，所述軌道外形采集模塊包括激光定位儀和至少四臺高速工業相機，所述高速工業相機通過橫梁分別安裝于尾部車輛水平方向的兩側，所述激光定位儀至少為兩個，分別安裝在橫梁的兩端，用于對高速工業相機的鏡頭進行校準。
33、與現有技術相比，本發明的一種機車外掛式軌道幾何形位檢測裝置及檢測方法，具有以下有益效果：
34、本發明通過實時監測車輛的橫向和垂直加速度，并與預設閾值進行智能比較，當振動干擾超標時自動觸發高精度數據采集流程，實現了按需檢測，有效避免了全路段連續采樣帶來的數據冗余和資源浪費；進一步地，在參數解算過程中，通過融入車輛的橫滾角、俯仰角以及偏航角等車輛運動狀態信息，對采集的軌道幾何外觀和距離數據進行動態補償，有效抑制了機械振動引起的圖像失真、數據漂移和噪聲干擾，使得軌距、水平、高低及三角坑等關鍵參數的解算精度顯著提升至毫米級，從而解決了因振動干擾導致的檢測偏差過大問題，提高了復雜環境下的測量穩定性與精度，增強了軌道狀態監測的可靠性和安全性，同時降低了運維成本。
1.一種機車外掛式軌道幾何形位檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的檢測方法，其特征在于，所述軌距解算根據下式確定：
3.根據權利要求1所述的檢測方法，其特征在于，所述軌道水平解算根據下式確定：
4.根據權利要求1所述的檢測方法，其特征在于，所述軌道高低解算根據下式確定：
5.根據權利要求1所述的檢測方法，其特征在于，所述三角坑解算根據下式確定：
6.一種機車外掛式軌道幾何形位檢測裝置，用于實現權利要求1-5任一所述的一種檢測方法，其特征在于，包括：
7.根據權利要求6所述的機車外掛式軌道幾何形位檢測裝置，其特征在于，所述第一采集模塊包括三軸加速度傳感器和安裝板，所述安裝板可拆卸連接于車輛的底架上，且位于車輛底架的中部，所述三軸加速度傳感器固定于所述安裝板上，用于同時檢測車輛運行的橫向加速度和垂直加速度。
8.根據權利要求7所述的機車外掛式軌道幾何形位檢測裝置，其特征在于，所述第二采集單元包括軌道外形采集模塊、激光測距模塊、車輛定位模塊和慣性基準模塊，所述軌道外形采集模塊用于獲取軌道的幾何外觀，所述激光測距模塊用于獲取軌道相對于車輛的距離信息；所述車輛定位模塊用于獲取車輛的位置信息，所述慣性基準模塊用于獲取車輛的運動狀態。
9.根據權利要求6所述的機車外掛式軌道幾何形位檢測裝置，其特征在于，所述軌道外形采集模塊包括激光定位儀和至少四臺高速工業相機，所述高速工業相機通過橫梁分別安裝于尾部車輛水平方向的兩側，所述激光定位儀至少為兩個，分別安裝在橫梁的兩端，用于對高速工業相機的鏡頭進行校準。