[发明专利]一种移动站车载全站仪位姿估计方法

摘要

一种移动站车载全站仪位姿估计方法，按如下步骤：(1)测量并计算车载全站仪和轨检仪的初始姿态；(2)基于全站仪位姿模型的位姿估计。本发明利用轨检仪在行进过程中，全站仪坐标系与轨检仪坐标系位姿关系始终不变的基本规律，构建全站仪和轨检仪位姿模型，并在此基础上结合行进中轨检仪姿态信息和1个CPIII控制点的测量数据，对移动站车载全站仪的位姿进行估计，从而实现全站仪免置平设站中棱镜点的自动照准和测量。该方法使全站仪在免置平设站过程中能自动、快速、精确地照准目标，适用于高速铁路无砟轨道的快速精调与日常维护，可有效提高车载全站仪轨道精测方法的测量效率和自动化程度。

主权项

1.一种移动站车载全站仪位姿估计方法，其特征是按如下步骤：(1)测量并计算车载全站仪和轨检仪的初始姿态建立轨检仪独立坐标系，原点建立轨检仪坐标系O'‑X'Y'Z'，以X'轴正方向为轨道前进方向，Z'轴垂直于轨道所在平面，向上为正方向，Y'轴在轨道所在平面内，与X'轴和Z'轴正交，符合空间直角坐标系左手定则；轨检仪坐标系的正北方向角θ'、俯仰角α'通过轨道设计线形计算得到，而水平倾斜角β'通过水平传感器测量得到；根据空间坐标转换关系，得到轨检仪坐标系O'‑X'Y'Z'与大地坐标系O‑XYZ的坐标转换关系：其中，R′为轨检仪姿态矩阵，X、Y、Z为大地坐标系下的坐标，X′、Y′、Z′为轨检仪坐标系下的坐标，Xs、Ys、Zs为全站仪站点在大地坐标系下的坐标；建立全站仪坐标系与大地坐标系之间的坐标转换关系，(Xs,Ys,Zs)为全站仪站点坐标：其中，R为全站仪姿态矩阵，X、Y、Z为大地坐标系下的坐标，Xs、Ys、Zs为全站仪站点在大地坐标系下的坐标，x、y、z为全站仪坐标系下的坐标；(2)基于全站仪位姿模型的位姿估计通过全站仪姿态矩阵R和轨检仪姿态矩阵R′，求解全站仪坐标系到轨检仪坐标系的坐标旋转矩阵Rs：Rs＝(R')‑1R  (3)当轨检仪推至新的轨道位置时，根据里程增量△l，得到全站仪当前点里程l，再由此查询轨道设计线形中坡度表和曲线表，得到当前轨道坡度αi和轨道方向角θi，再结合轨检仪水平传感器测量值得到当前水平角βi，求解当前轨检仪坐标系与大地坐标系的坐标旋转矩阵R'i：测量过程中坐标旋转矩阵Rs保持不变，得到全站仪当前的姿态矩阵：Ri＝R'iRs  (5)控制全站仪对所跟踪的CPIII控制点进行测量，得到全站仪坐标系下该CPIII控制点的坐标(x,y,z)，根据公式(6)计算出全站仪当前站点坐标(Xsi,Ysi,Zsi)：。