[发明专利]一种基于双目视觉的轨道几何状态测量系统及其测量方法

说明书

本发明涉及一种基于双目视觉的轨道几何状态测量系统及其测量方法，其系统包括小车和设置于小车上的两个高速摄像机、传感采集组件和工控机；两个高速摄像机同步对轨道进行拍摄并生成照片对；传感采集组件采集小车的初始位姿信息；工控机对照片对进行图像处理，并确定小车中心点的位姿变换信息，根据小车中心点的位姿变换信息和小车的初始位姿信息确定小车的实时位姿信息，以确定轨道的几何状态信息。本发明通过获取同一时刻轨道的照片对，准确的确定小车的位姿变换信息，从而可以准确的确定任一时刻小车的实时位姿信息，间接得到小车所在轨道的集合状态信息，检测结果精度较高，数据处理量较小，大大降低了现有技术用采用惯导的成本。

技术领域

本发明涉及轨道测量技术领域，尤其涉及一种基于双目视觉的轨道几何状态测量系统及其测量方法。

背景技术

轨道几何状态测量，主要是检测轨道位置坐标、超高、轨距，至于其他的检测量，则可以由这三种数据计算得到。其中，轨距可以由在轨道检测小车上加装位移传感器准确得到。而轨道位置坐标和超高，则可以由轨道检测小车的姿态信息得到。因此，如何获取轨道检测小车的姿态信息，是轨道几何状态测量系统的核心要点。

现有技术中，有两种方法可以获取轨道检测小车在某个时刻的位置信息。第一个方法是应用GNSS接收机采集坐标。这个方法能达到平面1厘米，高程2厘米的动态位置解算精度，但在上方有遮挡物时，GNSS接收机接收的卫星信号受到遮挡，GNSS接收机发生失锁，无法获得失锁状态下的位置信息；第二个方法是应用全站仪来观测已知点，利用后方交会的方法求出小车的坐标。这个方法需要有已知点(如CPIII点)，但不受遮挡物影响，可在隧道中观测，并且精度很高，达到毫米级精度，施测时要比应用GNSS接收机采集坐标的方法要慢。两种方法各有利弊，但其主要目的，还是为了获取绝对位置坐标信息，它无法获取小车的角度信息。目前，主要是靠惯导获取角度信息。在已有的基于惯导的轨道几何状态测量系统中，惯导能提供角度信息、加速度信息。通过加速度信息可以求得某一时刻小车的位移变化量，从而得到两个GNSS观测点或全站仪测站点之间的轨道位置信息。

但是，目前轨道几何状态测量主要是依赖于惯导加GNSS接收机或者全站仪实现的。惯导加GNSS接收机或者全站仪的测量方法主要是先利用GNSS接收机或者全站仪确定测量点的绝对位置，然后利用惯导的测量数据来计算出中间点的位置坐标。这样一套轨道几何状态测量系统，其造价成本主要是：GNSS接收机20万，全站仪40万，车体10万，惯导50万。其中无论是惯导加GNSS接收机还是惯导加全站仪的几何状态测量系统，其最贵的硬件系统就在于惯导上。如果能够有一种新的解决方案替代惯导，则轨道几何状态测量系统的造价成本至少能减少一半。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于双目视觉的轨道几何状态测量系统及其测量方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于双目视觉的轨道几何状态测量系统，包括两个高速摄像机、传感采集组件、小车和工控机；

两个所述高速摄像机固定在小车上并随着小车一同沿着轨道运动，用于同步对轨道进行拍摄并生成照片对；

所述传感采集组件设置在小车上，并用于采集小车的初始位姿信息；

工控机，设置于小车上，用于对所述照片对进行图像处理，并确定小车中心点的位姿变换信息，还用于根据小车中心点的位姿变换信息和小车的初始位姿信息确定小车的实时位姿信息，以确定轨道的几何状态信息。

本发明的有益效果是：本发明的基于双目视觉的轨道几何状态测量系统，通过两个高速摄像机拍摄轨道照片获取同一时刻轨道的照片对，从而准确的确定小车的位姿变换信息，从而可以准确的任一时刻小车的实时位姿信息，间接得到小车所在轨道的集合状态信息，通过双目视差计算小车的位姿变换信息，得到的结果精度较高，数据处理量较小，大大降低了现有技术用采用惯导的成本，非常适合大面积推广。