[发明专利]一种基于光学惯性组合的轨检车位置姿态测量系统及方法

说明书

一种基于光学惯性组合的轨检车位置姿态测量系统及方法，包括：光学成像定位系统、惯性测量单元、里程仪、轨道测量车架、数据采集板和中心计算机；光学成像定位系统计算轨道测量车架位置；惯性测量单元测量轨道测量车架运动角速度和加速度；里程仪测量轨道测量车架运行里程；数据采集板采集光学成像定位系统数据、惯性测量单元数据及里程仪数据，发送到中心计算机；中心计算机接收并利用惯性测量单元数据及里程仪数据进行航位递推；利用光学成像定位系统位置姿态数据与航位递推数据进行基于Kalman滤波的前向迭代融合，得到轨检车位置及姿态信息。本发明可实现轨检车位置姿态的连续动态高精度测量，适用于铁路轨道几何参数测量。

技术领域

本发明涉及一种基于光学惯性组合的轨检车位置姿态测量系统，适用于铁路轨道几何参数测量及形变检测。

背景技术

目前，随着我国经济的快速发展，轨道交通得到迅速发展，同时列车运行速度快，运行里程长对于列车的安全运行提出越来越高的要求，因此高精度、高效率的铁路轨道检测对列车安全运行有重要意义，轨道检测设备是保证铁路运行安全的重要设备。

目前轨道检测设备主要分为两种：基于全站仪的光学检测设备和基于陀螺仪的惯性检测设备。光学检测设备精度高，但是效率低；惯性检测设备检测效率高，但是检测精度低。根据国家专利局检索中心专利查询，有专利提出基于INS与全站仪组合的轨道几何状态测量系统及方法，申请号是：201410089658.4，该专利利用全站仪对轨道测量小车或轨道特定断面进行测量，获取全站仪测量值，将全站仪测量值用作量测更新，并与INS原始测量值进行数据融合，解算得到高精度的轨道定位定姿结果，该专利测量效率较基于全站仪的光学检测设备效率有所提高，但全站仪测量过程仍然需要静止，测量效率仍然较低。有专利提出一种动态环境下轨道检测平台的三维定位定姿方法及系统，申请号是：201610010650.3，该专利利用双目立体相机的位置和姿态作为带权观测值输入INS/OD 导航系统进行松组合滤波、平滑及内插处理，得到轨道检测平台的位置和姿态，该专利利用双目立体相机对多个CPIII控制点进行拍照，获取多张控制点图片，该过程需要在静止状态完成，并根据立体后交得到双目立体相机的位置和姿态，该专利方法数据运算量大，立体后交定位精度低，且无法实现无静止连续动态测量；松组合滤波、平滑及内插处理得到的两次组合中间位置的轨道检测平台位置和姿态精度低。

发明内容

本发明的技术解决的问题是：克服现有技术的不足，提供一种精度高、动态连续测量、操作简便的一种基于光学惯性组合的轨检车位置姿态测量系统及方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于光学惯性组合的轨检车位置姿态测量系统，包括：光学成像定位系统1、惯性测量单元2、里程仪3、轨道测量车架4、数据采集板5、中心计算机6和光学刚体21；光学成像定位系统1包含四个摄像头，分成两组，每组两个摄像头，相向180度分别置于轨道测量车架4两侧，轨道20左右两侧CPIII控制点19分别放置光学刚体21，每个光学刚体21包括两个光点，两个光点相对位置及光点大小已知，光学成像定位系统1对轨道20左右两侧CPIII控制点19放置的光学刚体21进行一次成像，得到两个光学刚体上四个光点坐标，通过四个光点坐标解算光学成像定位系统1的位置及姿态；惯性测量单元2包含三支陀螺仪7和三支加速度计8，分别用于测量轨道测量车架4运动过程中的三轴角速度和三轴加速度；里程仪3用于测量轨道测量车架4运行里程；轨道测量车架4为刚性T型结构，用于在轨道20上运行，反映轨道20几何参数状态；数据采集板5采集光学成像定位系统1位置姿态数据、惯性测量单元2三轴角速度和三轴加速度数据及里程仪3里程数据，并将数据发送到中心计算机6；中心计算机6接收到上述数据，并利用惯性测量单元2数据及里程仪3数据进行航位递推；利用光学成像定位系统1位置姿态数据与航位递推数据进行基于Kalman滤波的前向迭代融合，计算得到轨检车位置及姿态信息。

所述系统工作流程为：

步骤（1）：轨道测量车架4在轨道20上移动；