[发明专利]一种车载全站仪位置参数的测量方法

权利要求书

1.一种车载全站仪位置参数的测量方法，其特征是按如下步骤：

(1)车载全站仪位置参数测量

全站仪安装于轨道检查仪上，设D为车载全站仪站点位置到轨道检查仪右轨作用边的横向距离，H为车载全站仪站点位置到轨道检查仪所在轨道面的垂向距离；建立小车空间直角坐标系：坐标系原点位于车载全站仪站点位置(X_s,Y_s,Z_s)，X′轴正方向为线路方向，Z′轴垂直于轨道检查仪所在的轨道平面，向上为正方向，Y′轴与X′轴和Z′轴垂直，遵守左手空间直角坐标系定则；

轨道检查仪在轨道上停稳，由小车内部传感器测得当前点轨道的轨距g，根据小车空间直角坐标系定义，当前轨道中线点的坐标(x_C,y_C,z_C)为：

用车载全站仪依次测量≥3个CPIII控制点，完成免置平设站，得到车载全站仪站点坐标(X_S,Y_S,Z_S)；结合轨道中线设计线形，确定出轨道检查仪所在轨道纵断面的位置，进而计算出该位置轨道设计中线坐标(X_D,Y_D,Z_D)，采用公式(2)将轨道设计中线坐标(X_D,Y_D,Z_D)转换成小车空间直角坐标系下的坐标(x_D,y_D,z_D)：

其中R为小车空间直角坐标系与大地坐标系之间的坐标旋转矩阵；

在小车空间直角坐标系下，根据轨道实际中线坐标和设计中线坐标的位置关系，得到线路横向偏差和垂向偏差：

E_h＝-(y_C-y_D)cosα-(z_C-z_D)sinα (3)

E_v＝-(y_C-y_D)sinα+(z_C-z_D)cosα (4)

其中，α为水平倾角，可由小车倾角传感器测量得到；

结合轨道已知的横向偏差E_h和垂向偏差E_v，将公式(1)和(2)代入公式(3)和(4)，联立方程组便可求解车载全站仪位置参数D和H；

(2)车载全站仪位置参数精确测量

将轨道检查仪移动至另一位置停稳，测量轨距g₁和水平倾角α₁，轨道已知的横向偏差和垂向偏差记为E_h1和E_v1；车载全站仪依次测量≥3个CPIII控制点，完成免置平设站，得到车载全站仪站点坐标(X_S1,Y_S1,Z_S1)，通过公式(2)，得到小车空间直角坐标系下的轨道中线设计坐标(x_D1,y_D1,z_D1)；

重复以上步骤一次以上移动轨道检查仪，测量轨距g_i和水平倾角α_i，轨道已知的横向偏差和垂向偏差记为E_hi和E_vi；车载全站仪依次测量≥3个CPIII控制点，进行免置平设站，得到车载全站仪站点坐标(X_Si,Y_Si,Z_Si)和小车空间直角坐标系下的轨道中线设计坐标(x_Di,y_Di,z_Di)；

在步骤(1)得到的位置参数D和H的基础上，利用多余观测量g_i,α_i,y_Di和z_Di，得误差方程：

δE_h＝cosα_iδD+sinα_iδH+(D-g_i/2+y_Di)cosα_i+(H+z_Di)sinα_i-E_hi (5)

δE_v＝sinα_iδD-cosα_iδH+(D-g_i/2+y_Di)sinα_i-(H+z_Di)cosα_i-E_vi (6)

其中：δE_h和δE_v为横向偏差和垂向偏差的误差，δD和δH为位置参数D和H的修正量；

将误差方程表示为矩阵形式：其中：

根据最小二乘原理，为其设定条件：V^TPV＝min，得到B^TPV＝0，利用矩阵求逆或解高斯方程的方法求解修改量δx：

δx＝(B^TPB)^-1B^TPl (7)

其中P为单位权阵，最终得到车载全站仪位置参数精确测量值D′和H′：