[發明專利]一種移動站車載全站儀位姿估計方法

有效

• 申請號: 201711481025.8
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108225286B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 陶捷;朱洪濤;吳維軍
• 申請（專利權）人: 江西日月明測控科技股份有限公司
• 主分類號: G01C15/00
• 分類號: G01C15/00
• 代理公司: 南昌朗科知識產權代理事務所(普通合伙) 36134
• 代理人: 郭毅力

一種移動站車載全站儀位姿估計方法，按如下步驟：(1)測量并計算車載全站儀和軌檢儀的初始姿態；(2)基于全站儀位姿模型的位姿估計。本發明利用軌檢儀在行進過程中，全站儀坐標系與軌檢儀坐標系位姿關系始終不變的基本規律，構建全站儀和軌檢儀位姿模型，并在此基礎上結合行進中軌檢儀姿態信息和1個CPIII控制點的測量數據，對移動站車載全站儀的位姿進行估計，從而實現全站儀免置平設站中棱鏡點的自動照準和測量。該方法使全站儀在免置平設站過程中能自動、快速、精確地照準目標，適用于高速鐵路無砟軌道的快速精調與日常維護，可有效提高車載全站儀軌道精測方法的測量效率和自動化程度。

技術領域

本發明屬于鐵路軌道測量技術領域。

背景技術

鑒于無砟軌道的高穩定、高平順與低維護等特點，《高速鐵路設計規范》中建議，高鐵軌道結構宜采用全線無縫、無砟軌道結構。但同時，無砟軌道作為一種新的軌道結構，具有很強的試驗性。通過在京滬、鄭徐、滬昆等高速鐵路的鋪設和使用，我國已在軌道鋪設、落成等方面取得了一定的成果，形成了自身的技術體系。然而，對于高鐵無砟軌道三維坐標及絕對位置測量和控制方面，現有客運專線軌道測量儀(絕對測量技術)在環境適應性、測量效率、平順性精度方面都在不足，這不但影響了我國高鐵的建設速度、也增大了線路運營養護的成本。

現有的“絕對+相對”軌道精調技術表明，采用少量的軌道測量儀定位數據對軌道檢查儀相對測量軌跡進行約束的技術模式是可行的，有利于更好地控制軌道絕對位置和線路平順性。為進一步貫徹這一技術路線，避免軌道測量儀和軌道檢查儀在數據采集中的獨立使用造成的設備成本、人力成本和時間成本多重浪費，以兩種儀器的測量技術為基礎，進行車載全站儀軌道精測方法的研究，從根本上實現，一套設備和一套人馬在一次測量內完成全部軌道數據的采集。所謂車載全站儀軌道精測方法，在原有軌道檢查儀上安裝了具有高精度免置平設站功能的全站儀和測量控制分析軟件，在陀螺儀測量軌道相對軌跡同時，以CPIII控制網為基準進行全站儀免置平設站并采集軌道的定位數據。

為保證測量精度，車載全站儀在免置平設站過程中，通常需要測量6-8個CPIII控制點。根據全站儀免置平設站原理，在全站儀自身位置和姿態未知的情況下，需要人工進行至少4個CPIII控制點的照準和測量。當完成4個以上的CPIII控制點的測量以后，才能計算全站儀位置和姿態的初始解(粗解)，并以此為基礎獲得所有CPIII控制點在全站儀坐標系下的坐標和角度，實現程序控制下的后續待測點的自動照準和測量。全站儀安裝于軌道檢查儀上，其視準軸僅高出軌道面約30公分，不利于CPIII控制點的人工照準，而且，人工照準需要在全站儀前完成，而測量控制需要在電腦軟件上進行，每進行一個CPIII控制點的人工照準和測量，需要測量人員往返于電腦和全站儀之間一次。綜上所述，車載全站儀每次免置平設站都需要對前4個CPIII控制點進行人工照準和測量，工作繁瑣，影響效率。

鑒于此，在軌道檢查儀停穩后，即車載全站儀進行免置平設站前，利用軌道已知參數或軌道檢查儀相關測量數據，對全站儀的位置和姿態進行估計即是技術可能也是工程需要。完成全站儀位置和姿態的估計后，可計算出所有CPIII控制點在全站儀坐標系下的近似坐標和近似角度，再結合全站儀的自動照準功能，實現全站儀快速精確地照準目標棱鏡和精確測量，可極大地提高車載全站儀軌道精測系統的測量效率和自動化程度。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術在全站儀位置未知，設站速度慢、自動化程度低的不足，提出一種移動站車載全站儀的位姿估計方法。

本發明是通過以下步驟實現的。

本發明所述的一種移動站車載全站儀位姿估計方法，按如下步驟：

(1)測量并計算車載全站儀和軌檢儀的初始姿態。