一种动态环境下轨道检测平台的三维定位定姿方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种动态环境下轨道检测平台的三维定位定姿方法及系统，方法包括：对双目立体相机的左右相机的相对空间位置姿态进行标定；对双目立体相机与激光惯导之间的相对位置姿态参数进行标定；根据双目立体相机对CPIII控制点进行拍照获取多张控制点图片，并根据立体后交得到双目立体相机的位置和姿态；将双目立体相机的位置和姿态作为带权观测值输入INS/OD导航系统进行滤波、平滑及内插处理，得到轨道检测平台的位置和姿态。本发明专利技术通过视觉方法将轨道线路高精度控制网数据与惯导/里程计数据与融合，采用联合解算方法，实现动态轨道检测平台的连续且高精度的定位定姿，可广泛用于高铁、地铁的轨道检测、移动道路测量等应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测绘
，尤其涉及一种动态环境下轨道检测平台的三维定位定姿方法及系统。
技术介绍
目前，随着经济的飞速发展和城市化进程的加快，城市轨道交通也进入大发展时期。当前城市轨道交通发展迅速，通车里程长，列车运行速度快、密度高，对于列车运行的安全性要求越来越高，提高城市轨道交通检测的快速性、准确性、高效性具有重要意义。轨道和隧道是影响列车运行安全的两个重要因素，因此利用轨道检测装备对铁路和隧道的状态、病害进行精确、快速地测量和检测是确保列车运行安全的必要途径。城市轨道交通隧道环境下轨检系统的高精度动态三维定位定姿方法，是实现城市轨道快速、连续、可靠检测的关键技术。城市轨道交通隧道环境下轨检系统在轨道移动平台上集成激光惯导（INS）、里程计（OD）、激光扫描仪、线结构光激光扫描仪、CCD相机等多传感器，实现城市轨道交通基础设施全断面信息的快速获取。基于此信息对城市轨道状态的实时自动化分析，为城市轨道交通安全运营提供及时可靠的轨道状态信息与技术保障。目前轨道检测设备主要围绕着两个典型的研发方向，一个是以高精度轨检小车为代表，一个是以综合轨检车为代表。轨检小车利用全站仪（测量机器人）对铁路沿线的控制点进行观测建立空间基准，然后对轨道的几何状态进行检测。动态轨检平台的三维空间基准是整个轨道检测系统的基础，其测量精度直接决定了轨道结构检测系统的精度与可靠性。但是城市地铁隧道环境对GNSS（全球卫星导航系统）信号形成了遮挡，GNSS/INS的组合定位定姿方法会受到很大的影响，不能满足检测系统的精度和效率要求。因此，现有技术还有待发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种动态环境下轨道检测平台的三维定位定姿方法及系统，旨在解决现有技术中城市地铁隧道环境对GNSS信号形成的遮挡，使得GNSS/INS的组合定位定姿方法受到很大的影响，不能满足检测系统的精度和效率要求的问题。为了达到上述目的，本专利技术采取了以下技术方案：一种动态环境下轨道检测平台的三维定位定姿方法，其中，所述方法包括以下步骤：A、对双目立体相机的左右相机的相对空间位置姿态进行标定；B、对双目立体相机与激光惯导之间的相对位置姿态参数进行标定；C、根据双目立体相机对CPIII控制点进行拍照获取多张控制点图片，并根据立体后交得到双目立体相机的位置和姿态；D、将双目立体相机的位置和姿态作为带权观测值输入INS/OD导航系统，并进行滤波、平滑及内插处理，得到轨道检测平台的位置和姿态；其中，所述INS/OD导航系统为惯导/里程计导航系统。所述动态环境下轨道检测平台的三维定位定姿方法，其中，所述步骤A具体包括：A1、双目立体相机对已建立的三维相机标定场进行拍照，获取多对观测位置各不相同的立体像对；A2、获取每一立体像对的像点坐标，根据立体像对的像点坐标及与像点坐标相对应控制点的三维坐标进行标定，并根据光束法平差算法获取双目立体相机中每一相机内参数、畸变系数及左右相机的相对位置姿态参数。所述动态环境下轨道检测平台的三维定位定姿方法，其中，所述步骤B中通过同一时刻双目立体相机的位置和姿态与GNSS/INS导航系统得到的位置和姿态进行比对，标定双目立体相机坐标系到惯导载体坐标系转换关系；其中GNSS/INS导航系统为全球卫星导航系统/惯导组合导航系统。所述动态环境下轨道检测平台的三维定位定姿方法，其中，所述步骤C具体包括：C1、通过双目立体相机获取轨道上预先设置的多个控制点的CPIII坐标；C2、获取每一控制点上标靶的像点坐标；C3、将标靶的像点坐标与对应的控制点的CPIII坐标进行立体后交，得到双目立体相机的位置和姿态，及与双目立体相机的位置和姿态相对应的精度。所述动态环境下轨道检测平台的三维定位定姿方法，其中，所述步骤D具体包括：D1、通过卡尔曼松组合滤波，将双目立体相机的位置和姿态作为带权观测值输入INS/OD导航系统，得到INS/OD导航系统的位置和姿态；D2、对INS/OD导航系统的位置和姿态进行反向平滑处理及内插，得到轨道检测平台的位置和姿态。一种动态环境下轨道检测平台的三维定位定姿系统，其中，包括：相机标定模块，用于对双目立体相机的左右相机的相对空间位置姿态进行标定；视准角标定模块，用于对双目立体相机与激光惯导之间的相对位置姿态参数进行标定；双目视觉定位定姿模块，用于根据双目立体相机对CPIII控制点进行拍照获取多张控制点图片，并根据立体后交得到双目立体相机的位置和姿态；双目视觉辅助INS/OD定位定姿模块，用于将双目立体相机的位置和姿态作为带权观测值输入INS/OD导航系统，并进行滤波、平滑及内插处理，得到轨道检测平台的位置和姿态；其中，所述INS/OD导航系统为惯导/里程计导航系统。所述动态环境下轨道检测平台的三维定位定姿系统，其中，所述相机标定模块具体包括：立体像对获取单元，用于双目立体相机对已建立的三维相机标定场进行拍照，获取多对观测位置各不相同的立体像对；双目立体相机标定单元，用于获取每一立体像对的像点坐标，根据立体像对的像点坐标及与像点坐标相对应控制点的三维坐标进行标定，并根据光束法平差算法获取双目立体相机中每一相机内参数、畸变系数及左右相机的相对位置姿态参数。所述动态环境下轨道检测平台的三维定位定姿系统，其中，所述视准角标定模块中通过同一时刻双目立体相机的位置和姿态与GNSS/INS导航系统得到的位置和姿态进行比对，标定双目立体相机坐标系到惯导载体坐标系转换关系；其中GNSS/INS导航系统为全球卫星导航系统/惯导组合导航系统。所述动态环境下轨道检测平台的三维定位定姿系统，其中，所述双目视觉定位定姿模块具体包括：控制点获取单元，用于通过双目立体相机获取轨道上预先设置的多个控制点的CPIII坐标；像点坐标获取单元，用于获取每一控制点上标靶的像点坐标；定位定姿单元，用于将标靶的像点坐标与对应的控制点的CPIII坐标进行立体后交，得到双目立体相机的位置和姿态，及与双目立体相机的位置和姿态相对应的精度。所述动态环境下轨道检测平台的三维定位定姿系统，其中，所述双目视觉辅助INS/OD定位定姿模块具体包括：滤波单元，用于通过卡尔曼松组合滤波，将双目立体相机的位置和姿态作为带权观测值输入INS/OD导航系统，得到INS/OD导航系统的位置和姿态；平滑单元，用于对INS/OD导航系统的位置和姿态进行反向平滑处理及内插，得到轨道检测平台的位置和姿态。本专利技术所述的动态环境下轨道检测平台的三维定位定姿方法及系统，方法包括：对双目立体相机的左右相机的相对空间位置姿态进行标定；对双目立体相机与激光惯导之间的相对位置姿态参数进行标定；根据双目立体相机对CPIII控制点进行拍照获取多张控制点图片，并根据立体后交得到双目立体相机的位置和姿态；将双目立体相机的位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态环境下轨道检测平台的三维定位定姿方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：A、对双目立体相机的左右相机的相对空间位置姿态进行标定；B、对双目立体相机与激光惯导之间的相对位置姿态参数进行标定；C、根据双目立体相机对CPIII控制点进行拍照获取多张控制点图片，并根据立体后交得到双目立体相机的位置和姿态；D、将双目立体相机的位置和姿态作为带权观测值输入INS/OD导航系统，并进行滤波、平滑及内插处理，得到轨道检测平台的位置和姿态；其中，所述INS/OD导航系统为惯导/里程计导航系统。

【技术特征摘要】
1.一种动态环境下轨道检测平台的三维定位定姿方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
A、对双目立体相机的左右相机的相对空间位置姿态进行标定；
B、对双目立体相机与激光惯导之间的相对位置姿态参数进行标定；
C、根据双目立体相机对CPIII控制点进行拍照获取多张控制点图片，并根据立体后交得到双目立体相机的位置和姿态；
D、将双目立体相机的位置和姿态作为带权观测值输入INS/OD导航系统，并进行滤波、平滑及内插处理，得到轨道检测平台的位置和姿态；其中，所述INS/OD导航系统为惯导/里程计导航系统。
2.根据权利要求1所述动态环境下轨道检测平台的三维定位定姿方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：
A1、双目立体相机对已建立的三维相机标定场进行拍照，获取多对观测位置各不相同的立体像对；
A2、获取每一立体像对的像点坐标，根据立体像对的像点坐标及与像点坐标相对应控制点的三维坐标进行标定，并根据光束法平差算法获取双目立体相机中每一相机内参数、畸变系数及左右相机的相对位置姿态参数。
3.根据权利要求1所述动态环境下轨道检测平台的三维定位定姿方法，其特征在于，所述步骤B中通过同一时刻双目立体相机的位置和姿态与GNSS/INS导航系统得到的位置和姿态进行比对，标定双目立体相机坐标系到惯导载体坐标系转换关系；其中GNSS/INS导航系统为全球卫星导航系统/惯导组合导航系统。
4.根据权利要求1所述动态环境下轨道检测平台的三维定位定姿方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：
C1、通过双目立体相机获取轨道上预先设置的多个控制点的CPIII坐标；
C2、获取每一控制点上标靶的像点坐标；
C3、将标靶的像点坐标与对应的控制点的CPIII坐标进行立体后交，得到双目立体相机的位置和姿态，及与双目立体相机的位置和姿态相对应的精度。
5.根据权利要求1所述动态环境下轨道检测平台的三维定位定姿方法，其特征在于，所述步骤D具体包括：
D1、通过卡尔曼松组合滤波，将双目立体相机的位置和姿态作为带权观测值输入INS/OD导航系统，得到INS/OD导航系统的位置和姿态；
D2、对INS/OD导航系统的位置和姿态进行反向平滑处理及内插，得到轨道检测平台的位置和姿态。
6.一种动态环境下轨道检测平台的三维定位定姿系统，其特征在于，包括：
相机标定模块，用于对双目立体相机的左右相...

【专利技术属性】
技术研发人员：李清泉，陈智鹏，毛庆洲，刘勇，熊智敏，张亮，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44