[發明專利]一種基于雙目視覺的軌道幾何狀態測量系統及其測量方法

在審

• 申請號: 201911157530.6
• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN110820447A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 程曦;陳磊;鐘小軍;廖水華;李成建;王杰;王五豐;朱淑娟;孫榮康;閻首宏
• 申請（專利權）人: 武漢縱橫天地空間信息技術有限公司
• 主分類號: E01B35/00
• 分類號: E01B35/00
• 代理公司: 武漢謙源知識產權代理事務所(普通合伙) 42251
• 代理人: 王力

本發明涉及一種基于雙目視覺的軌道幾何狀態測量系統及其測量方法，其系統包括小車和設置于小車上的兩個高速攝像機、傳感采集組件和工控機；兩個高速攝像機同步對軌道進行拍攝并生成照片對；傳感采集組件采集小車的初始位姿信息；工控機對照片對進行圖像處理，并確定小車中心點的位姿變換信息，根據小車中心點的位姿變換信息和小車的初始位姿信息確定小車的實時位姿信息，以確定軌道的幾何狀態信息。本發明通過獲取同一時刻軌道的照片對，準確的確定小車的位姿變換信息，從而可以準確的確定任一時刻小車的實時位姿信息，間接得到小車所在軌道的集合狀態信息，檢測結果精度較高，數據處理量較小，大大降低了現有技術用采用慣導的成本。

技術領域

本發明涉及軌道測量技術領域，尤其涉及一種基于雙目視覺的軌道幾何狀態測量系統及其測量方法。

背景技術

軌道幾何狀態測量，主要是檢測軌道位置坐標、超高、軌距，至于其他的檢測量，則可以由這三種數據計算得到。其中，軌距可以由在軌道檢測小車上加裝位移傳感器準確得到。而軌道位置坐標和超高，則可以由軌道檢測小車的姿態信息得到。因此，如何獲取軌道檢測小車的姿態信息，是軌道幾何狀態測量系統的核心要點。

現有技術中，有兩種方法可以獲取軌道檢測小車在某個時刻的位置信息。第一個方法是應用GNSS接收機采集坐標。這個方法能達到平面1厘米，高程2厘米的動態位置解算精度，但在上方有遮擋物時，GNSS接收機接收的衛星信號受到遮擋，GNSS接收機發生失鎖，無法獲得失鎖狀態下的位置信息；第二個方法是應用全站儀來觀測已知點，利用后方交會的方法求出小車的坐標。這個方法需要有已知點(如CPIII點)，但不受遮擋物影響，可在隧道中觀測，并且精度很高，達到毫米級精度，施測時要比應用GNSS接收機采集坐標的方法要慢。兩種方法各有利弊，但其主要目的，還是為了獲取絕對位置坐標信息，它無法獲取小車的角度信息。目前，主要是靠慣導獲取角度信息。在已有的基于慣導的軌道幾何狀態測量系統中，慣導能提供角度信息、加速度信息。通過加速度信息可以求得某一時刻小車的位移變化量，從而得到兩個GNSS觀測點或全站儀測站點之間的軌道位置信息。

但是，目前軌道幾何狀態測量主要是依賴于慣導加GNSS接收機或者全站儀實現的。慣導加GNSS接收機或者全站儀的測量方法主要是先利用GNSS接收機或者全站儀確定測量點的絕對位置，然后利用慣導的測量數據來計算出中間點的位置坐標。這樣一套軌道幾何狀態測量系統，其造價成本主要是：GNSS接收機20萬，全站儀40萬，車體10萬，慣導50萬。其中無論是慣導加GNSS接收機還是慣導加全站儀的幾何狀態測量系統，其最貴的硬件系統就在于慣導上。如果能夠有一種新的解決方案替代慣導，則軌道幾何狀態測量系統的造價成本至少能減少一半。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種基于雙目視覺的軌道幾何狀態測量系統及其測量方法。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種基于雙目視覺的軌道幾何狀態測量系統，包括兩個高速攝像機、傳感采集組件、小車和工控機；

兩個所述高速攝像機固定在小車上并隨著小車一同沿著軌道運動，用于同步對軌道進行拍攝并生成照片對；

所述傳感采集組件設置在小車上，并用于采集小車的初始位姿信息；

工控機，設置于小車上，用于對所述照片對進行圖像處理，并確定小車中心點的位姿變換信息，還用于根據小車中心點的位姿變換信息和小車的初始位姿信息確定小車的實時位姿信息，以確定軌道的幾何狀態信息。

本發明的有益效果是：本發明的基于雙目視覺的軌道幾何狀態測量系統，通過兩個高速攝像機拍攝軌道照片獲取同一時刻軌道的照片對，從而準確的確定小車的位姿變換信息，從而可以準確的任一時刻小車的實時位姿信息，間接得到小車所在軌道的集合狀態信息，通過雙目視差計算小車的位姿變換信息，得到的結果精度較高，數據處理量較小，大大降低了現有技術用采用慣導的成本，非常適合大面積推廣。