[发明专利]一种基于摄像及卫星及惯性测量组合的铁轨路基沉降测量的方法

权利要求书

1.一种基于摄像及卫星及惯性测量组合的铁轨路基沉降测量的方法，通过摄像与卫星与惯性测量或摄像与惯性测量或卫星与惯性测量的组合，建立高精度的车载动态位置、姿态和速度测量基准，再根据轨道车体相对测量，长时间保持高精度地测量轨道和路基参数，通过与轨道设计标准数据对比，实现铁轨路基沉降及铁轨几何参数的自动、高精度、长时间、连续测量，其特征在于，内容包含：

（1）在车载平台上安装摄像机、卫星定位组件、惯性测量组件、时间同步系统、数据处理专用计算机，标定摄像机、卫星测量和惯性测量坐标系间的关系，组成摄像与卫星与惯性测量或摄像与惯性测量或卫星与惯性测量的组合动态基准车载测量系统，同时安装轨道车体相对测量系统，用于测量轨道路基相对于动态基准的几何参数；

（2）在铁轨附近地点设置卫星定位差分基站和摄像测量标志基站，卫星定位差分基站和摄像测量标志基站可布设在一起，也可独立布设，基站和控制点在基准坐标系下的坐标已知或已测，基准坐标系可以选择为大地坐标系或其他基准坐标系；

（3）当车载测量系统经过摄像测量标志基站时，摄像机实时采集基站的标志点的图像，提取各标志点在图像中的坐标位置，将各标志点的坐标数据按成像几何约束关系进行运算，获得摄像机坐标系相对基准坐标系的位置和姿态关系，根据标志序列图像或多像机拍摄图像，解算摄像机的速度，根据已标定的摄像机、卫星测量和惯性测量坐标系间的关系，高精度定点修正摄像与卫星与惯性组合测量系统的测量结果，并估计补偿系统器件误差；

（4）在摄像测量标志基站之间，采用卫星实时动态差分方法，将卫星/惯性深度融合测量更新系统的位置、姿态和速度；

（5）利用轨道车体相对测量系统实时测量轨道路基与车载平台间的几何参数，根据车载平台的位置、姿态和速度测量结果实时得到轨道和路基参数，通过与轨道设计标准数据对比，实现铁轨路基沉降及铁轨几何参数的自动、高精度、长时间、连续测量。

2.根据权利要求1所述的一种基于摄像及卫星及惯性测量组合的铁轨路基沉降测量的方，其特征在于，所述卫星定位差分基站和摄像测量标志基站间隔5~10公里重复布设，保证卫星定位差分基站信号覆盖测量区域，在隧道等卫星信号不易覆盖的区域，增设摄像测量标志基站，缩短基站间的距离，采用摄像与惯性深度融合方法更新系统位置，以保证铁轨路基沉降及铁轨几何参数的测量精度。

3.根据权利要求1所述的一种基于摄像及卫星及惯性测量组合的铁轨路基沉降测量的方，其特征在于， 所述摄像机能够满足短曝光成像的条件，使其能够在检测设备高速行驶时拍摄标志点的清晰图像；所述摄像测量标志基站设置的标志采用原有的自然标志或人工制作的特征标志，优选为反光片或反射膜人工制作的反光标志，在检测设备到达该地点时开启照明光源照亮该标志。

4.根据权利要求1所述的一种基于摄像及卫星及惯性测量组合的铁轨路基沉降测量的方，其特征在于，测量系统数据处理包含摄像与卫星与惯性测量系统标定单元、卫星与惯性融合测量单元、摄像标志检测提取与摄像位姿速度计算单元、摄像定点修正单元和铁轨路基沉降及几何参数计算单元。

5.根据权利要求1所述的一种基于摄像及卫星及惯性测量组合的铁轨路基沉降测量的方，其特征在于，动态基准车载测量系统测量车载平台速度时，可以采用单摄像机以短时间间隔连续拍摄标志，根据序列图像中的坐标数据及摄像机拍摄频率，计算系统速度；也可以安装2台或多台摄像机，先后拍摄同一标志，根据2台或多台摄像机间的位置关系和拍摄间隔计算系统速度。

6.根据权利要求1所述的一种基于摄像及卫星及惯性测量组合的铁轨路基沉降测量的方，其特征在于，该方法的测量步骤如下：

(1) 安装标定摄像与卫星与惯性组合动态基准车载测量系统；

(2) 当车载测量系统经过摄像测量标志基站时，摄像机实时采集基站的标志点图像，提取各标志点在图像中的坐标，按成像几何约束关系计算摄像机系统的位置和姿态，利用标志点序列图像或多摄像机图像计算摄像机系统的速度；

(3) 根据摄像机、卫星测量和惯性测量坐标系间的关系，高精度定点修正摄像与卫星与惯性组合测量系统的测量结果，并估计补偿系统器件误差；

(4) 在摄像测量标志基站之间，采用卫星实时动态差分方法，将卫星与/惯性深度融合测量、更新系统的位置、姿态和速度；

(5) 利用轨道车体相对测量系统实时测量的轨道路基与车载测量系统间的几何参数，根据车载平台的位置、姿态和速度测量结果实时得到轨道和路基参数，与轨道设计标准数据对比，自动测量铁轨路基沉降及铁轨几何参数。