[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

技術領域

本發明涉及軌道交通動態檢測領域，具體涉及一種車載鐵軌路基沉降測量的方法，通過在車載平臺上安裝攝像/衛星/慣性測量組件，在鐵軌沿線布設衛星定位差分站和攝像控制標志，實時動態測量車載平臺的位置、姿態、速度信息，利用軌道車體相對測量得到鐵軌空間三維位置和幾何參數，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。

背景技術

軌道交通基礎設施的大力建設與使用，對國民經濟和社會生活起到了極其重要的作用。軌道交通運營過程中，由于地質變形和列車沖擊等原因，軌道、橋梁、隧道等基礎設施經常發生路基沉降和變形，會影響行車的舒適性，帶來安全隱患，甚至是重大財產損失和人員傷亡。特別是高速鐵路的建成和發展，其路基和軌道的微小變形都會造成運營質量下降，影響運營安全。因此，為提高鐵路運營安全系數和運營質量、效率，及時發現和防止危害的發生，對鐵軌路基沉降進行毫米級的高精度、長時間、動態監測，十分的必要和迫切。

當前對路基沉降進行測量監測的手段可分為兩大類——地面測量方式和車載測量方式。常規的路基沉降地面檢測/監測主要采用水準儀、測距儀、經緯儀及全站儀等測繪儀器，主要由人工進行大地測量，并且需要分段引入參考基準點的高程數據。這種方法難以實現測量過程的自動化、無法長時間監測、特別是無法實現動態監測，執行監測任務所需觀測時間長、效率低、工作量大、測量成本高，不僅要花費大量的人力和資金，而且影響高鐵的高效運行，在實際的高鐵環境下很難有效實施。

目前，軌檢車（或綜合檢測車）是軌道動態檢測的主要設備。軌檢車集成了慣性測量設備軌道不平順測量裝置、光點軌距測量裝置、多功能振動測量裝置以及相應的數據處理系統。有些國家開發的安全綜合檢測車是集成了軌道檢測、接觸網檢測、通信信號檢測等多種功能的綜合設備。目前世界絕大多數國家軌道檢測車和綜合檢測車上普遍采用了慣性測量設備，但由于慣性測量存在誤差隨時間累積的固有缺陷，目前軌檢車上的慣性測量，僅能測量路基在局部小范圍內的短波變化，而不能敏感檢測緩慢變化的長波不平順和下沉量，無法實現長距離、長時間、高精度的路基沉降測量。中國專利文獻CN101913368B公開了一種高速鐵路快速精密測量和全要素數據獲取系統及方法，系統由激光掃描儀、數碼成像設備、GPS?接收器、IMU?慣性測量裝置、工業計算機和供電裝置組成，在運動中獲取高速鐵路軌道、路基及周邊地物的三維點云和經大地定向的數碼影像，使用軌道控制網的控制點進行聯合平差計算提高高速鐵路移動測量精度，但系統測量速度僅達每小時40公里。北方交通大學博士論文“軌道交通線路幾何安全狀態動態監測技術研究”（作者余祖俊，2008）提出了車載慣性基準與地面輔助瞬時位置姿態測量相融合的軌檢車動態測量方案，定點修正慣性測量誤差隨時間累積的問題。這類鐵軌檢測方法和系統存在動態測量速度偏低，地面控制標志設置過密等問題。

本發明提供一種基于攝像/衛星/慣性測量組合的路基沉降測量方法，與現有技術相比，無需激光掃描儀，將攝像/衛星/慣性測量進行深度融合，地面基站布設稀疏（間隔5～10公里），通過攝像測量補償系統器件誤差，通過衛星差分/慣性測量長時間保持毫米級測量精度，能夠滿足鐵軌路基沉降及鐵軌幾何參數的自動、高精度、長時間、連續測量需求。

發明內容

本發明提供一種基于攝像/衛星/慣性測量組合的路基沉降測量方法，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。

本發明的一種基于攝像/衛星/慣性測量組合的路基沉降測量方法包含：

（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等，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）在鐵軌附近選擇適當地點設置衛星定位差分基站和攝像測量標志基站，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。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?；竞涂刂泣c在基準坐標系下的坐標已知或已測?；鶞首鴺讼悼梢赃x擇為大地坐標系或其他基準坐標系。