[發明專利]一種鐵路檢測車沉降和位姿的高精度攝像測量方法

有效

• 申請號: 201610484015.9
• 申請日: 2016-06-28
• 公開（公告）號: CN106043355B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 于起峰;張紅良;尚洋;張小虎;楊夏
• 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監測、攝像測量領域，具體涉及一種鐵路檢測車沉降和位姿的高精度攝像測量方法，本發明通過在地面設置攝像標志，在檢測車上安裝攝像測量系統，高精度測量鐵路檢測車自身的沉降和位姿，為鐵路軌道基礎沉降高精度動態測量提供關鍵技術支撐。

背景技術

當前鐵路基礎沉降測量與監測的手段主要是地面靜態測量，通過采用水準儀、測距儀、經緯儀及全站儀等測繪儀器，設立監測網基準點、工作基點和沉降變形點，分段引入參考基準點的高程數據，由人工進行測量。這種地面靜態測量方法觀測周期長、效率低、工作量大、測量成本高、設施維護成本高，難以實現對橋梁沉降的連續、高頻度的觀測，不能適應高鐵建設和運營維護的需求。在動態測量設備方面，可進行線路絕對偏移測量的檢測小車作業效率低，且嚴重依賴高速鐵路工程測量平面控制網；速度相對較快的軌檢車、綜合檢測車只能檢測軌道的相對不平順，不能檢測鐵路基礎的絕對沉降。

通過高精度測量鐵路檢測車沉降和位姿實現鐵軌基礎的沉降動態測量是一條可行的方法。由于鐵路路基的絕對沉降量監測需要達到2-5毫米測量精度的高要求，檢測車自身平臺的沉降和位姿的高精度測量是關鍵技術之一。運動平臺自身位置的測量技術又稱為導航技術，其中常用的衛星導航和慣性導航均達不到鐵路橋梁基礎沉降測量要求。攝像測量方法具有測量精度高的優點，利用攝像測量方法，配合慣性測量等手段可以實現鐵路檢測車自身的沉降和位姿的高精度測量，滿足鐵路基礎沉降測量需求。

發明內容

本發明提供一種鐵路檢測車沉降和位姿的高精度攝像測量方法，通過在地面設置攝像標志，在檢測車上安裝攝像測量系統，當檢測車行經地面攝像標志處時對地面攝像標志成像，通過對圖像的分析，利用攝像測量方法實現對檢測車沉降和姿態參數進行動態高精度測量。

地面攝像標志設置在鐵路兩側一定距離的穩固地面上，保證檢測車經過地面攝像標志處時能夠對地面標志清晰成像。優選的，地面攝像標志設置位置在鐵路保護范圍內盡量遠，避免攝像標志處地面隨鐵軌一同沉降。地面攝像標志每間隔一定距離設置一組，優選的，相鄰兩組地面攝像標志間隔即能保證此距離間高程測量的精度，又能使設置的標志盡可能少。

本發明提供兩種鐵路檢測車的沉降攝像測量方法，實際應用中可根據工程條件優選其中一種方案或對兩種方案進行優化組合。

(1)基于立體分布標志的攝像測量

在鐵軌旁邊的地面上布置空間立體分布的多個攝像測量標志，攝像標志間的相對關系已知。當檢測車行駛經過地面標志時，利用檢測車平臺上安裝的攝像測量系統觀測標志，若檢測車所處的高度變化，則立體分布標志的成像關系會發生變化，該成像關系的變化可用來計算檢測車高度和姿態的變化。立體分布標志中垂直鐵路方向布設的標志間的像點的相對關系僅對檢測車的高程敏感，而基本不受相機姿態，即光軸指向的影響；而平行鐵路方向布設的標志間的像點相對關系對檢測車姿態比較敏感，尤其對鐵軌不平順造成的檢測車俯仰角(檢測車平臺所在平面與鐵軌基準平面夾角在沿軌道方向豎直面內的投影角度)比較敏感。利用多個立體分布攝像標志，通過對標志圖像的分析，可以實現對檢測車沉降和姿態參數的動態高精度測量，進而可以高精度動態監測鐵路基礎沉降和幾何參數。

(2)基于平面反射鏡的攝像測量

在鐵路外地面上布置平面鏡設施，在檢測車上安裝攝像機成像分析系統和點光源，當檢測車行駛經過平面鏡設施時，利用車載攝像系統拍攝并檢測平面鏡中車載點光源的像點，當鐵路基礎發生沉降時，檢測車高度就會發生變化，車載點光源和攝像系統隨同檢測車沉降，點光源在平面鏡中的像點就會發生移動。通過圖像分析，測量點光源像點在平面鏡中的移動，計算檢測車平臺的高度變化，實現對鐵路基礎的沉降測量。

與現有技術相比，本發明具有以下明顯的優點：

1)本發明利用攝像測量方法高精度測量鐵路檢測車自身的沉降和位姿，具有測量精度高、速度快的優點，能夠為鐵路軌道基礎沉降高精度動態測量提供關鍵技術支撐，有利于解決鐵路基礎沉降變形的車載自動高速動態監測難題，

2)本發明方法給出了兩種攝像測量方案，實際應用中可根據工程條件優選其中一種方案或對兩種方案進行優化組合，本發明方法相關技術還可用于鐵路沿線CPⅢ點位沉降。

附圖說明

圖1為基于立體分布標志的檢測車沉降攝像測量布設示意圖，

圖2為基于立體分布標志的檢測車姿態攝像測量布設示意圖，

圖3為基于立體分布標志的檢測車沉降攝像測量原理示意圖，

圖4為沉降導致前標志圖像位移差示意圖，