基于多源信息融合的轨道几何状态测量方法

摘要

基于多源信息融合的轨道几何状态测量系统和方法，该基于多源信息融合技术的轨道几何状态测量系统包括轨检小车和全站仪，轨检小车上设有配备有测量软件的计算机、轨距传感器、纵向倾角传感器、横向倾角传感器、里程传感器和三维陀螺箱。本发明还包括基于多源信息融合技术的轨道几何状态测量方法。本发明测量精度高，适用范围广，综合了全站仪绝对测量的优势和三维陀螺箱轨迹测量的优势，测量的效率显著提高。

主权项

基于多源信息融合的轨道几何状态测量方法，该测量方法所用的设备包括全站仪、轨检小车，轨检小车上设有棱镜，轨检小车上设置有配备有测量软件的计算机、轨距传感器、纵向倾角传感器、横向倾角传感器、里程传感器，其特征在于，还设有三维陀螺箱，各传感器均与包含有中央处理单元的电路板连接，中央处理单元通过一无线通讯单元与计算机连接，全站仪通过另一无线通讯单元与计算机连接；其特征在于，所述基于多源信息融合的轨道几何状态测量方法包括以下步骤：(1)将轨检小车放置于一个测量区段的起点处，全站仪安装于距轨检小车10～80米范围内的轨道道心或路肩处，并确保全站仪调平；(2)全站仪利用铁路线路两侧的CPIII精密控制网自由设站，利用其自动跟踪功能照准轨检小车上的棱镜；(3)将全站仪的测量数据和轨距传感器、纵向倾角传感器、横向倾角传感器的数据同时获取，采用源数据融合得到起点处的轨道三维地理坐标信息；在解算轨道单点的绝对测量三维地理坐标时，计算小车左侧轨道中心坐标e、n、h的核心算法为：e=e0‑(sinαcosβsinθ‑cosαsinβcosθ)×z0‑cosαcosβ×(x0+w/2)n=n0+(sinαsinβcosθ+cosαcosβsinθ)×z0‑sinαcosβ×(x0+w/2)h=h0‑cosβcosθ×z0‑sinβ×(x0+w/2)其中：w为钢轨的宽度，β为横向水平倾角传感器的输出，θ为纵向倾角传感器的输出，α为测点位置的线路方向角，x0为棱镜点离左轨道中心的距离，z0为棱镜点距离轨面的高差，e0、n0和h0为全站仪测量的棱镜点的东、北、高坐标，e、n和h为小车左侧轨道中心的东、北、高坐标；(4)轨检小车匀速推行，自动等间隔采集里程传感器、三维陀螺箱、轨距传感器、横向倾角传感器和纵向倾角传感器的相对测量数据；三维陀螺箱测量轨道相对轨迹的测量，水平面内坐标xi、yi计算公式为： x i = ∫ 0 L i cos ( ∫ 0 t i dα ) dl y i = ∫ 0 L i sin ( ∫ 0 t i dα ) dl 其中：α为三维陀螺箱实时测量的水平面内的角度变化，l为里程传感器测量的结果，Li为起点到计算点的里程，ti为测量过程中的时间微量；(5)在测量区段的终点，停止数据采集，安装、调平全站仪，重复步骤(2)；(6)重复步骤(3)，获取的是区段终点的轨道三维地理坐标信息；(7)重复步骤(4)、(5)、(6)，直到测量结束；(8)所获得的轨道三维地理坐标信息和相对测量数据进行中层信息融合，得到所有测量区段的轨道三维坐标信息；测量的任意点平面坐标ei、ni算法公式为：ei=eA+(xi×cosα‑yi×sinα)ni=nA+(xi×sinα+yi×cosα)式中，α的计算公式为： α = arctan ( n B - n A e B - e A ) - arctan ( y B - y A x B - x A ) 其中：eA,nA为起点A的东、北坐标，xA,yA为起点A在坐标系xoy内的坐标，eB,nB为终点B的东、北坐标，xB,yB为终点B在坐标系xoy内的坐标；(9)轨道的三维地理坐标信息与轨道设计数据通过高层信息融合，获取轨道的偏移量、平顺性参数。