[發明專利]一種基于攝像及衛星及慣性測量組合的鐵軌路基沉降測量的方法

有效

• 申請號: 201310396802.4
• 申請日: 2013-09-04
• 公開（公告）號: CN103419812A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 于起峰;張紅良;姜廣文;尚洋;張小虎
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: B61K9/08
• 分類號: B61K9/08
• 代理公司: 湖南省國防科技工業局專利中心 43102
• 代理人: 馮青

1.一種基于攝像及衛星及慣性測量組合的鐵軌路基沉降測量的方法，通過攝像與衛星與慣性測量或攝像與慣性測量或衛星與慣性測量的組合，建立高精度的車載動態位置、姿態和速度測量基準，再根據軌道車體相對測量，長時間保持高精度地測量軌道和路基參數，通過與軌道設計標準數據對比，實現鐵軌路基沉降及鐵軌幾何參數的自動、高精度、長時間、連續測量，其特征在于，內容包含：

（1）在車載平臺上安裝攝像機、衛星定位組件、慣性測量組件、時間同步系統、數據處理專用計算機，標定攝像機、衛星測量和慣性測量坐標系間的關系，組成攝像與衛星與慣性測量或攝像與慣性測量或衛星與慣性測量的組合動態基準車載測量系統，同時安裝軌道車體相對測量系統，用于測量軌道路基相對于動態基準的幾何參數；

（2）在鐵軌附近地點設置衛星定位差分基站和攝像測量標志基站，衛星定位差分基站和攝像測量標志基站可布設在一起，也可獨立布設，基站和控制點在基準坐標系下的坐標已知或已測，基準坐標系可以選擇為大地坐標系或其他基準坐標系；

（3）當車載測量系統經過攝像測量標志基站時，攝像機實時采集基站的標志點的圖像，提取各標志點在圖像中的坐標位置，將各標志點的坐標數據按成像幾何約束關系進行運算，獲得攝像機坐標系相對基準坐標系的位置和姿態關系，根據標志序列圖像或多像機拍攝圖像，解算攝像機的速度，根據已標定的攝像機、衛星測量和慣性測量坐標系間的關系，高精度定點修正攝像與衛星與慣性組合測量系統的測量結果，并估計補償系統器件誤差；

（4）在攝像測量標志基站之間，采用衛星實時動態差分方法，將衛星/慣性深度融合測量更新系統的位置、姿態和速度；

（5）利用軌道車體相對測量系統實時測量軌道路基與車載平臺間的幾何參數，根據車載平臺的位置、姿態和速度測量結果實時得到軌道和路基參數，通過與軌道設計標準數據對比，實現鐵軌路基沉降及鐵軌幾何參數的自動、高精度、長時間、連續測量。

2.根據權利要求1所述的一種基于攝像及衛星及慣性測量組合的鐵軌路基沉降測量的方，其特征在于，所述衛星定位差分基站和攝像測量標志基站間隔5~10公里重復布設，保證衛星定位差分基站信號覆蓋測量區域，在隧道等衛星信號不易覆蓋的區域，增設攝像測量標志基站，縮短基站間的距離，采用攝像與慣性深度融合方法更新系統位置，以保證鐵軌路基沉降及鐵軌幾何參數的測量精度。

3.根據權利要求1所述的一種基于攝像及衛星及慣性測量組合的鐵軌路基沉降測量的方，其特征在于，?所述攝像機能夠滿足短曝光成像的條件，使其能夠在檢測設備高速行駛時拍攝標志點的清晰圖像；所述攝像測量標志基站設置的標志采用原有的自然標志或人工制作的特征標志，優選為反光片或反射膜人工制作的反光標志，在檢測設備到達該地點時開啟照明光源照亮該標志。

4.根據權利要求1所述的一種基于攝像及衛星及慣性測量組合的鐵軌路基沉降測量的方，其特征在于，測量系統數據處理包含攝像與衛星與慣性測量系統標定單元、衛星與慣性融合測量單元、攝像標志檢測提取與攝像位姿速度計算單元、攝像定點修正單元和鐵軌路基沉降及幾何參數計算單元。

5.根據權利要求1所述的一種基于攝像及衛星及慣性測量組合的鐵軌路基沉降測量的方，其特征在于，動態基準車載測量系統測量車載平臺速度時，可以采用單攝像機以短時間間隔連續拍攝標志，根據序列圖像中的坐標數據及攝像機拍攝頻率，計算系統速度；也可以安裝2臺或多臺攝像機，先后拍攝同一標志，根據2臺或多臺攝像機間的位置關系和拍攝間隔計算系統速度。

6.根據權利要求1所述的一種基于攝像及衛星及慣性測量組合的鐵軌路基沉降測量的方，其特征在于，該方法的測量步驟如下：

(1)?安裝標定攝像與衛星與慣性組合動態基準車載測量系統；

(2)?當車載測量系統經過攝像測量標志基站時，攝像機實時采集基站的標志點圖像，提取各標志點在圖像中的坐標，按成像幾何約束關系計算攝像機系統的位置和姿態，利用標志點序列圖像或多攝像機圖像計算攝像機系統的速度；

(3)?根據攝像機、衛星測量和慣性測量坐標系間的關系，高精度定點修正攝像與衛星與慣性組合測量系統的測量結果，并估計補償系統器件誤差；

(4)?在攝像測量標志基站之間，采用衛星實時動態差分方法，將衛星與/慣性深度融合測量、更新系統的位置、姿態和速度；

(5)?利用軌道車體相對測量系統實時測量的軌道路基與車載測量系統間的幾何參數，根據車載平臺的位置、姿態和速度測量結果實時得到軌道和路基參數，與軌道設計標準數據對比，自動測量鐵軌路基沉降及鐵軌幾何參數。