[发明专利]一种基于激光测距仪的惯导小车三维坐标测量方法及装置

权利要求书

1.一种基于激光测距仪的惯导小车三维坐标测量方法，其特征在于，包括：

将配备有惯导、里程计、计算机和激光测距仪的惯导小车行至平行于CPIII控制点附近，驻车；

将一个靶尺面向轨道方向垂直或水平插入到CPIII控制点预埋孔内；

移动惯导小车，使激光测距仪发射的激光束对准靶尺中轴后，驻车；

人工读取激光束光斑点在靶尺表面刻度中的标高和CPIII控制点编号，并将激光束光斑点在靶尺表面刻度中的标高、CPIII控制点编号和激光测距仪的安装高度一起输入惯导小车计算机中；

惯导小车计算机根据获取的CPIII控制点编号从存储CPIII工程文件中提取CPIII控制点的里程、平面坐标和高程，结合靶尺的标高和激光测距仪的安装高度、激光测距仪所测惯导小车与激光束光斑点间的斜距、惯导发送的方位角、倾斜角和横滚角，计算出轨道中心线点的平面坐标和高程。

2.根据权利要求1所述的基于激光测距仪的惯导小车三维坐标测量方法，其特征在于，激光测距仪安装方向垂直于惯导小车的行进方向且面向CPIII控制点一侧，激光测距仪的安装高度略高于CPIII控制点预埋件的高度。

3.根据权利要求1所述的基于激光测距仪的惯导小车三维坐标测量方法，其特征在于，激光测距仪发出的激光束的发射方向垂直于惯导小车行进方向，与惯导小车行走轮踏面平行，使得激光束的水平角度度始终与轨面水平角度相同。

4.根据权利要求1所述的基于激光测距仪的惯导小车三维坐标测量方法，其特征在于，激光测距仪测定惯导小车中心与靶尺的距离，将平行于CPIII控制点位置的轨道中心点的三维坐标测量分解成观测点和CPIII控制点间的方位角、倾斜角和横滚角，以及纵向、横向和垂向距离分量的测量；

方位角、倾斜角和横滚角通过惯导测量，横向和垂向距离使用一个激光测距仪和一个靶尺测量，通过移动惯导小车将纵向距离调整为零。

5.根据权利要求4所述的基于激光测距仪的惯导小车三维坐标测量方法，其特征在于，惯导小车所处位置轨道中心点的平面坐标通过以下公式计算：

X_D＝X_C+(L·cosγ-h₁·cosγ)·cosΨ+h₁·cosθ·sinΨ

Y_D＝Y_C-(L·cosγ-h₁·cosγ)·sinΨ-h₁·cosθ·cosΨ

式中，X_D、Y_D为CPIII控制点的平面坐标；L斜距；γ为横滚角；Ψ为方位角；θ为倾斜角；L为斜距；h1为激光测距仪的安装高度。

6.根据权利要求5所述的基于激光测距仪的惯导小车三维坐标测量方法，其特征在于，惯导小车所处位置轨道中心点的高程通过以下公式计算：

H_D＝H_C+h₂-h₁·cosθ·cosγ-L·sinγ

式中，H_D为高程；h₂为光斑在靶尺中的高度。

7.根据权利要求5所述的基于激光测距仪的惯导小车三维坐标测量方法，其特征在于，惯导采用惯性测量单元IMU和GNSS组合测量模式下测量，利用两组相距一定距离的GNSS平面坐标计算出方位角Ψ、倾斜角θ和横滚角γ，惯性测量单元IMU输出横向加速度a_x和垂向加速度a_z按照以下公式计算得到：

式中，(X_i，Y_i)、(X_i-1，Y_i-1)为两组相距一定距离的GNSS平面坐标；H_i，H_i-1为两组相距一定距离的高程。