[发明专利]一种基于坐标投影的三维坐标转换方法及装置

说明书

本发明提供了一种基于坐标投影的三维坐标转换方法及装置，该方法包括：建立轨检小车坐标系和大地坐标系；通过测量获得轨检小车坐标系与大地坐标系的相对位置关系；选取参考点，并直接测量出参考点在轨检小车坐标系中的初始坐标值和在大地坐标系中的最终坐标值；根据上述相对位置关系以及上述参考点的初始坐标值和最终坐标值，求取轨检小车坐标系中任一点的初始坐标值通过坐标投影、坐标旋转和坐标平移后获得最终坐标值的对应关系式；测量轨道检测目标点在轨检小车坐标系中的初始坐标值，并代入上述步骤得出的对应关系式中，获得轨道检测目标点在大地坐标系中的最终坐标值。本发明通过降维处理，简化了运算过程、提高了计算精度。

技术领域

本发明涉及铁路轨道平面坐标和高程测量技术领域，尤其涉及一种基于坐标投影的三维坐标转换方法及装置。

背景技术

在铁路轨道静态几何状态检测中，需要通过测量轨道的平面坐标和高程来计算轨道外部几何状态参数，进而反映轨道的平顺性。但是，在实际的轨道状态监测中无法直接测得轨道的平面坐标和高程，需要借助公共点(一般为轨检小车上的棱镜中心点)的坐标，通过三维坐标转换，间接求得轨道的平面坐标和高程。

目前的三维坐标转换一般采用坐标旋转法实现。具体而言，首先根据两个三维坐标系的相对位置关系(即旋转角度)得到三个旋转矩阵，再根据公共点的坐标得到三个平移量，最后通过三维空间的坐标旋转、坐标平移实现三维坐标转换。而该坐标旋转法只适用于旋转角度较小的情况，当旋转角度较大时，三维坐标的转换精度就会降低。在实际的轨道状态检测中，旋转角度的取值范围是[0，2π]，无法满足坐标旋转法所需的旋转角度较小的条件。因此，在保证三维坐标转换精度的前提下，有必要寻求一种新的三维坐标转换方法，以解决轨道平面坐标和高程的测量问题。

发明内容

本发明提供了用于解决现有技术中存在的坐标旋转法适用范围有限或转换精度较低等问题的一种基于坐标投影的三维坐标转换方法及装置。

本发明提供了一种基于坐标投影的三维坐标转换方法，包括：

步骤S1：建立轨检小车坐标系和大地坐标系；

步骤S2：通过测量获得所述轨检小车坐标系与大地坐标系的相对位置关系；

其中相对位置关系包括所述轨检小车坐标系相对于所述大地坐标系的水平倾角、高低倾角和方位角；

步骤S3：选取参考点，并直接测量出参考点在所述轨检小车坐标系中的初始坐标值和在所述大地坐标系中的最终坐标值；

步骤S4：根据步骤S2获得的所述相对位置关系以及步骤S3获得的所述参考点的初始坐标值和最终坐标值，求取所述轨检小车坐标系中任一点的初始坐标值通过坐标投影、坐标旋转和坐标平移后获得对应的最终坐标值的对应关系式；

步骤S5：测量轨道检测目标点在所述轨检小车坐标系中的初始坐标值，并代入步骤S4得出的所述对应关系式中，获得轨道检测目标点在所述大地坐标系中的最终坐标值，即所述轨道检测目标点在大地坐标系中的平面坐标和高程。

其中，步骤S2中的相对位置关系是指，以大地坐标系为基准，轨检小车坐标系相对于大地坐标系的相对位置关系，具体而言就是，轨检小车坐标系相对于大地坐标系的水平倾角、高低倾角和方位角，上述角度均可通过测量仪器直接测量得到。步骤S3中的参考点，则是在轨检小车坐标系中，能够通过直接测量获得轨检小车坐标系坐标值和大地坐标系坐标值的某个点，一般应用中，会选择轨检小车上的棱镜中心点作为该参考点，以方便后续计算和处理。