[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在审

专利信息
申请号: 202210742280.8 申请日: 2022-06-28
公开(公告)号: CN115014203A 公开(公告)日: 2022-09-06
发明(设计)人: 韩云飞;王军;刘国雄;罗朱柠;黄涛 申请(专利权)人: 萨伏威(西安)导航技术有限公司;中铁十一局集团第三工程有限公司
主分类号: G01B11/00 分类号: G01B11/00;G01S17/42
代理公司: 西安通大专利代理有限责任公司 61200 代理人: 姚咏华
地址: 710077 陕西省西安市高新区锦*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 激光 测距仪 小车 三维 坐标 测量方法 装置
【说明书】:

发明公开了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,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,将靶尺插入到CPIII控制点预埋件孔内;激光测距仪发射的激光束与靶尺中轴对准;获取激光束光斑点在靶尺的标高、CPIII控制点编号和激光测距仪的安装高度;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,计算轨道中心线点的平面坐标和高程,以获取轨道线路的几何形位信息和几何状态信息。本发明的方式可替代电子全站仪,具有体积小巧、测量精度高,适应性强、成本低廉、操作方便等优点。

技术领域

本发明涉及铁路轨道测量技术领域,尤其涉及一种基于激光测距仪、靶尺和CPIII控制点测定惯导小车处于平行于CPIII控制点里程位置轨道中心点平面坐标与高程的简易测量方法,以此替代全站仪为惯导小车实现“相对+绝对”轨道检测提供数量有限且十分重要的关键点的三维坐标绝对测量数据。

背景技术

随着我国铁路交通多次提速和高速铁路网的迅速扩展,铁路建设和日常维修对轨道几何状态检测工作的精度和作业效率均提出了极高的要求,传统的基于全站仪和CPIII工程测量网的轨道检测技术和设备因人工成本高、测量速度慢、易受日照、气候和人为因素影响等缺陷,逐渐成为影响铁路建设和运营维护中的短板。为此,国内外相关科研人员大力研究惯导设备在轨道检测应用方面的科学研究,试图利用惯导相对精度高、移动式测量及不受环境和人为因素等多方面优势,弥补现有轨道检测设备的不足,以此提高轨道检测工作的精度和速度、有效降低人力成本、大力提升工作效率。

惯导是惯性导航技术的简称,其工作原理是通过陀螺仪和加速度计测量载体的角速率和加速度,经积分运算得到载体的方位角、姿态角、速度及位置信息。惯导属于一种移动式相对测量设备,具有精度高、速度快、自主性强、不受环境和人为因素影响等优点,可实现轨道线路的快速移动式测量。惯导测量属于相对测量,其缺点在于,不能提供准确的观测点位置坐标和高程,而且测量数据中包含有不确定的漂移误差,被称之为惯导漂移。惯导漂移是由于惯导的工作原理所决定的,不可避免。惯导中的关键部件是陀螺仪,惯导漂移的大小取决于陀螺仪的质量。陀螺仪分为机械式陀螺、激光陀螺、光纤陀螺、微机械电子陀螺和压电陀螺。机械式陀螺因生产工艺过于复杂和成本高昂不再被使用。激光陀螺测量精度和稳定性最佳,但价格不菲,难以推广使用;光纤陀螺性价比较好,精度高,价格适中;微机械电子陀螺体积小、成本低,但受环境温度变化和振动干扰;压电陀螺属于固态陀螺,通过晶体在外力作用下产生压电效应测量物体的旋转速度。压电式陀螺体积最小、价格也最低,但测量精度和稳定性也最差。目前轨道检测中所使用的惯导主要是光纤惯导。

由于轨道检测要求测量绝对坐标和高程,须将点位测量设备与惯导设备组合起来使用,一方面利用惯导和移动方式测量大部分轨道线路在平面位移和高差,另一方面利用点位测量设备测定少数控制点绝对平面位置和高程,实现对惯导测量数据的绝对控制。常用的点位测量设备主要是传统的全站仪和RTK接收机,其中全站仪的测量精度最高,达到毫米级,但价格很高。RTK接收机的价格低,但测量精度只有厘米级。目前一些设备生产厂家已经推销基于全站仪和惯导的轨道检测设备,被称之为惯导小车。

全站仪是轨道检测工作中最常用的测量设备,利用CPIII控制点进行自由设站,然后对安装有棱镜的手推小车进行测量,测定轨道中心线的平面位置坐标和高程。利用惯导的移动测量可以实现对绝大部分线路点位的相对测量,通过使用全站仪对少数控制点绝对坐标的精准测量,补充和校正惯导相对测量数据,使得检测结果满足技术要求。为了使惯导漂移得到有效控制,需要每隔一段距离使用全站仪对一个控制点进行测定;这种惯导与全站仪相组合的测量方式,被称之为“相对+绝对”式轨道检测。

此外,惯导漂移的大小与测量时间的长短有关,测量时间越长,漂移误差就越大,反之就越小。如果提升惯导小车的速度,可以缩短测量时间,达到提高测量精度的目的。例如,如果测量速度能提高一倍,惯导连续测量的距离也可延长一倍。这样,工作效率也就提升一倍。

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