[发明专利]基于绝对坐标测量参考系的轨道参数测量装置及其方法

权利要求书

1.一种基于绝对坐标测量参考系的轨道参数测量装置，其特征在于，包括：

一个小车平台(1)，小车平台(1)沿铁轨轨道运动，用于安装轨道参数测量所需的设备；

一个惯性测量装置(2)，安装于小车平台(1)之上，用于测量小车空间三个正交方向轴上的转角运动量及加速度变化量；

一个三维激光扫描仪(3)，安装于小车平台(1)之上，用于测量出特定反射物相对于三维激光扫描仪(3)原点的空间位置坐标值；

一个固定点及标记点观测系统(4)，用于小车初始空间位置的定位；

一个轨距测量装置(5)，安装于小车平台(1)之上，用于测量小车平台(1)当前所处位置处铁轨的轨距参数；

一台姿态及曲线参数计算机(6)，用于根据惯性测量装置(2)和三维激光扫描仪(3)的测量值计算轨道的曲线参数。

2.根据权利要求1所述的一种基于绝对坐标测量参考系的轨道参数测量装置，其特征在于：所述的惯性测量装置(2)包括三轴的高精密陀螺仪与加速度计。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于绝对坐标测量参考系的轨道参数测量装置，其特征在于：所述的轨道参数测量装置包括固定点系统，固定点系统位于小车平台(1)之外的轨道沿线，包括一个或多个大地坐标固定的测量点。

4.根据权利要求3所述的一种基于绝对坐标测量参考系的轨道参数测量装置，其特征在于：所述的固定点系统中的一个或多个大地坐标固定的测量点大地坐标已预先测定，固定点插入一个反射棱镜或反射销，用于三维激光扫描仪(3)对目标进行判别，对于每一个大地坐标固定的测量点，存在一个唯一对应的标记点。

5.根据权利要求4所述的一种基于绝对坐标测量参考系的轨道参数测量装置，其特征在于：所述的姿态及曲线参数计算机(6)包括惯性测量装置(2)测量量与三维激光扫描仪(3)测量量的耦合方程组解算模块，耦合方程组解算模块依据惯性测量装置(2)的测量量与三维激光扫描仪(3)的测量量，建立一个耦合方程组，求解出小车空间姿态，得出三维激光扫描仪(3)的原点在大地坐标系中的运动轨迹。

6.根据权利要求5所述的一种基于绝对坐标测量参考系的轨道参数测量装置，其特征在于：所述的耦合方程组解算模块包括卡尔曼滤波模块。

7.一种利用权利要求1所述的基于绝对坐标测量参考系的轨道参数测量装置进行轨道参数测量的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

S101：将小车平台(1)放置于需测量的铁轨轨道上，开进至所需测量的第一个标记点处，固定点及标记点观测系统(4)执行一个观测动作，将小车平台(1)与标记点对齐，通过小车平台(1)结构上的几何关系求出三维激光扫描仪(3)的坐标系原点在大地坐标系中的坐标；

S102：三维激光扫描仪(3)扫描标记点所对应的下一对固定点，求出它们在三维激光扫描仪(3)坐标系中的坐标数据，同时记录惯性测量装置(2)当前值作为耦合方程组的初始值；

S103：完成上述的初始对点过程后，小车平台(1)沿铁轨向下一对固定点开进，在开进过程中，惯性测量装置(2)测量当前位置相对于初始位置的转角与空间位移的变化量，三维激光扫描仪(3)扫描尽可能多的固定点，并测量他们在三维激光扫描仪(3)坐标系中的坐标位置，同时小车平台(1)上的轨距测量装置(5)测量铁轨轨距的变化量；

S104：根据惯性测量装置(2)、三维激光扫描仪(2)、轨距测量装置(5)的测量结果，小车平台(1)上的姿态及曲线参数计算机(6)建立藕合方程组，解算出小车平台在大地坐标系中的运动轨迹，并最终计算出铁轨的轨道曲线参数；

S105：当小车平台(1)经过第二个标记点时，固定点及标记点观测系统(4)自动判别小车平台(1)当前所处的位置，在第二个标记点处再次执行对齐动作，重复步骤S101至S105，得出整个铁轨连续的轨道参数曲线。

8.根据权利要求7所述的一种基于绝对坐标测量参考系的轨道参数测量方法，其特征在于：三维激光扫描仪(3)在工作时，向外发射一束旋转的激光束，并纪录激光束返回的时间，以及返回时所发射激光束的水平与垂直角度，从而测得一个或数个特定反射物相对于三维激光扫描仪(3)的空间坐标，以三维激光扫描仪(3)激光发射点为原点建立三维激光扫描仪(3)的空间坐标系。