[发明专利]基于高速铁路轨道几何状态测量的方法及系统

权利要求书

1.基于高速铁路轨道几何状态测量的方法，其特征在于，其包括如下步骤：

步骤S1，在高速铁路轨道内部的第一位置和第二位置分别布置车载测量仪和全站仪；对车载测量仪和全站仪进行标定校准后，指示车载测量仪从第一位置沿着高速铁路轨道朝向全站仪运动；

步骤S2，当车载测量仪运动时，采集车载测量仪相对于全站仪的激光定位数据，以及采集车载测量仪对自身运动经过的高速铁路轨道区域的三维扫描数据；将激光定位数据和三维扫描数据分组保存到车载测量仪的计算机中；

步骤S3，对激光定位数据进行分析处理，得到高速铁路轨道的轨道外部几何参数；对三维扫描数据进行分析处理，得到高速铁路轨道的轨道内部几何参数；

步骤S4，将轨道外部几何参数和轨道内部几何参数保存到计算机后，构建形成高速铁路轨道的空间三维模型；

其中，在所述步骤S2中，当车载测量仪运动时，采集车载测量仪相对于全站仪的激光定位数据具体包括：

当车载测量仪运动时，指示车载测量仪的激光定位器采集车载测量仪相对于全站仪在三维空间的激光定位数据；其中，激光定位数据包括车载测量仪在高速铁路轨道上运动过程中的三维姿态数据；

其中，在所述步骤S2中，当车载测量仪运动时，指示车载测量仪的激光定位器采集车载测量仪相对于全站仪在三维空间的激光定位数据还包括，

所述全站仪自动定位车载测量仪的激光定位器，并自动利用激光进行测距，所述全站仪能够自动进行水平方向的旋转和竖直方向的翻滚旋转，并且在水平方向的旋转和在竖直方向的翻滚旋转均存在一个初始位置方向，在所述全站仪自动定位车载测量仪的激光定位器时，所述全站仪还实时记录当前所述全站仪相对于初始位置方向在水平方向的旋转角度和在竖直方向的翻滚旋转角度，其中旋转角度的测量方向为水平方向是从三维空间中X轴转向Y轴的方向以及竖直翻滚方向是从Z轴方向转向全站仪相对于初始位置方向，上述两个角度方向范围均为O°～360°，先根据当前全站仪相对于初始位置在水平方向的旋转角度和竖直方向的翻滚旋转角度判断所述车载测量仪是否发生运动，若发生运动，则根据当前时刻全站仪相对于初始位置在水平方向的旋转角度和在竖直方向的翻滚旋转角度以及全站仪激光测距的距离以及全站仪水平旋转初始位置方向和三维空间建立的空间坐标系中X轴的方向之间的夹角和竖直翻滚旋转初始位置方向和三维空间建立的空间坐标系中Z轴的方向之间的夹角得到车载测量仪相对于全站仪在三维空间的激光定位数据，其过程为，

步骤S201，利用下面公式(1)，根据当前全站仪相对于初始位置在水平方向的旋转角度和竖直方向的翻滚旋转角度判断所述车载测量仪是否发生运动，

在上述公式(1)中，R(t)表示当前时刻所述车载测量仪是否发生运动的检测值；t表示当前时刻；α(t)表示当前时刻全站仪相对于水平初始位置在水平方向的旋转角度；β(t)表示当前时刻全站仪相对于竖直初始位置在竖直方向的翻滚旋转角度；f表示所述全站仪的检测频率；||表示求取绝对值；

若R(t)＝0，表示当前时刻所述车载测量仪未发生运动；

若R(t)≠0，表示当前时刻所述车载测量仪发生运动；

步骤S202，若所述车载测量仪发生运动，则利用下面公式(2)，根据当前时刻全站仪相对于初始位置在水平方向的旋转角度和竖直方向的翻滚旋转角度以及全站仪激光测距的距离以及全站仪水平旋转初始位置方向和三维空间建立的空间坐标系中X轴的方向之间的夹角和竖直翻滚旋转初始位置方向和三维空间建立的空间坐标系中Z轴的方向之间的夹角得到车载测量仪相对于全站仪在三维空间的激光定位数据，

在上述公式(2)，L_x(t)表示当前时刻所述车载测量仪相对于全站仪在三维空间的X轴正方向上的偏移距离，若L_x(t)＜0，表示当前时刻所述车载测量仪相对于全站仪在三维空间的X轴的负方向上偏移|L_x(t)|距离；L_y(t)表示当前时刻所述车载测量仪相对于全站仪在三维空间的Y轴正方向上的偏移距离，若L_y(t)＜0表示当前时刻所述车载测量仪相对于全站仪在三维空间的Y轴的负方向上偏移|L_y(t)|距离；L_z(t)表示当前时刻所述车载测量仪相对于全站仪在三维空间的Z轴正方向上的偏移距离，若L_z(t)＜0表示当前时刻所述车载测量仪相对于全站仪在三维空间的Z轴的负方向上偏移|L_z(t)|距离；S(t)表示当前时刻所述全站仪激光测距到所述车载测量仪的距离；表示三维空间建立的空间坐标系中X轴方向相对于水平初始位置在水平方向的角度；三维空间建立的空间坐标系中Z轴方向相对于竖直初始位置在竖直翻滚方向的角度；％表示求取余数符号；

步骤S203，利用下面公式(3)，根据将所述车载测量仪相对于全站仪在三维空间的激光定位数据进行数据打包处理以进行数据存储，

在上述公式(3)，B(t)表示对当前时刻所述车载测量仪相对于全站仪在三维空间的激光定位数据进行数据打包后的打包数据，其数据形式为矩阵形式；L₀(t)＝min[L_x(t)，L_y(t)，L_z(t)]表示当前时刻取值到L_x(t)，L_y(t)，L_z(t)的最小值；E(t)＝e_min[L_x(t)，L_y(t)，L_z(t)]表示当前时刻取值到L_x(t)，L_y(t)，L_z(t)的最小值时的下角标对应的是x,y,z中的对应字符；[E(t)]₁₀表示字符数据E(t)转换为十进制数据；D[]表示非零保持函数，若括号内的数值为非零数值则函数值为括号内的数值，若括号内的数值为零则函数值为括号内的数值加L₀(t)。