EXCEL在軌道檢修測量中的應(yīng)用

劉志成

（五冶集團(tuán)上海有限公司，上海 201900）

0 引言

起重機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，受到設(shè)備荷載、磨損等影響，會出現(xiàn)啃軌現(xiàn)象。啃軌一般是由起重機(jī)軌道的直線度、同截面跨距和軌面相對標(biāo)高超出設(shè)計(jì)要求造成的。針對啃軌現(xiàn)象，需要對軌道進(jìn)行檢測和調(diào)整。傳統(tǒng)的檢測手段一般是經(jīng)緯儀配合鋼尺量距，這種方法在實(shí)踐操作中不僅效率低下，而且精度指標(biāo)也無法得到保證。針對軌道檢修特點(diǎn)，使用全站儀的三維坐標(biāo)測量并輔以EXCEL辦公軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，不僅可以在精度指標(biāo)上達(dá)到規(guī)范要求，還可以極大地提高檢修效率。

1 軌道檢修測量技術(shù)

1.1 測量方法

以全站儀作為主要測量儀器，反射片作為協(xié)作目標(biāo)，通過全站儀極坐標(biāo)法測量軌道三維坐標(biāo)。現(xiàn)場測量時(shí)，將全站儀架設(shè)在測量視線覆蓋整個(gè)軌面的位置，假定坐標(biāo)系及標(biāo)高基準(zhǔn)下，采用對軌道分中，每隔（5～10）m測量軌道上1點(diǎn)三維坐標(biāo)的方式，實(shí)現(xiàn)軌道檢修的現(xiàn)場測量。

1.2 數(shù)據(jù)處理

為了得到更直觀便利的調(diào)整數(shù)據(jù)，將現(xiàn)場采集的平面坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。假設(shè)現(xiàn)場采集的坐標(biāo)為測量坐標(biāo)（X，Y），以其中一條軌道一端作為施工坐標(biāo)的坐標(biāo)原點(diǎn)，另一端作為北方向，建立施工坐標(biāo)系，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式，將測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為施工坐標(biāo)（圖1）。測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為施工坐標(biāo)見公式（1），公式（2）。

1.3 精度估算

圖1 測量坐標(biāo)系與施工坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

2 基于EXCEL的數(shù)據(jù)分析與處理

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理，一般以其中一條軌道的兩端為基準(zhǔn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得出各段軌道調(diào)整值。這種方法處理數(shù)據(jù)簡單，但并不科學(xué)，可能造成調(diào)整量較大的情況。而通過最小二乘法配合EXCEL進(jìn)行線性擬合，不僅可以更直觀的得到調(diào)整趨勢，還可以得到最優(yōu)調(diào)整值，提升檢修工作效率。

由于軌道檢測時(shí)需要同時(shí)考慮2條軌道的直線度和跨距，因此不能單純地對每條軌道進(jìn)行線性擬合而得出各條軌道的調(diào)整值，而需要將他們作為一個(gè)整體進(jìn)行處理和優(yōu)化。以坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)后的軌道測量現(xiàn)狀成果為基礎(chǔ)（圖2），分別取A，B軌現(xiàn)狀測量的中點(diǎn)進(jìn)行連線，形成一條折線，然后按最小二乘法對該折線進(jìn)行線性擬合，將擬合后的直線作為理論軌道中線，得出各段實(shí)際調(diào)整值。

對軌道進(jìn)行線性擬合時(shí)，傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方式計(jì)算量大，數(shù)據(jù)繁瑣，借助EXCEL強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理及圖形輸出功能，不但可以輕松解決計(jì)算問題，還可以直觀地體現(xiàn)調(diào)整情況。將A，B軌現(xiàn)狀測量的中點(diǎn)坐標(biāo)輸入EXCEL（圖3），使用EXCEL的插入“散點(diǎn)圖—帶直線和數(shù)據(jù)標(biāo)記的散點(diǎn)圖”功能可以快速實(shí)現(xiàn)線性擬合。輸出的圖中給出了直線擬合公式和R2，其中 R2代表趨勢線擬合程度的指標(biāo)，R2取值（0～1），R2越接近1，代表擬合程度越高，反之則越低。

圖2 軌道測量現(xiàn)狀

圖3 使用EXCEL實(shí)現(xiàn)對軌道數(shù)據(jù)的線性擬合

根據(jù)線性方程y=kx+b計(jì)算出擬合后軌道中線的坐標(biāo)，則A，B軌調(diào)整后的B值坐標(biāo)應(yīng)為B=y±H/2,其中H為跨距，y為擬合后2條軌道中B坐標(biāo)。最終以現(xiàn)狀測量坐標(biāo)與擬合后坐標(biāo)差值作為軌道偏差最終調(diào)整數(shù)據(jù)。

對軌道標(biāo)高的調(diào)整，一般以軌道最高點(diǎn)為基準(zhǔn)，將其余位置墊高至最高點(diǎn)即可，如果軌道底部之前已有墊塊，則可以將所有標(biāo)高測量成果取平均值作為標(biāo)高基準(zhǔn)，確定最終標(biāo)高調(diào)整方案。

3 結(jié)束語

全站儀極坐標(biāo)法在測量過程中需要保證所有測量的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)在統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)，而且在測量部位的選擇上應(yīng)盡量選擇兩根軌道同一橫截面上的點(diǎn)位，還需注意設(shè)站位置與待測點(diǎn)距離不宜過長。在實(shí)踐操作上使用全站儀極坐標(biāo)法可以快速實(shí)現(xiàn)軌道的現(xiàn)狀測量和竣工測量，再借助EXCEL強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能和圖形輸出功能，可以簡單快速地得到調(diào)整方案。