一种基于光学惯性组合的轨检车位置姿态测量系统，包括：光学成像定位系统、惯性测量单元、里程仪、轨道测量车架、数据采集板和中心计算机；光学成像定位系统计算轨道测量车架位置；惯性测量单元测量轨道测量车架运动角速度和加速度；里程仪测量轨道测量车架运行里程；数据采集板采集光学成像定位系统数据、惯性测量单元数据及里程仪数据，发送到中心计算机；中心计算机接收并利用惯性测量单元数据及里程仪数据进行航位递推；利用光学成像定位系统位置姿态数据与航位递推数据进行基于Kalman滤波的前向迭代融合，得到轨检车位置及姿态信息。本实用新型专利技术可实现轨检车位置姿态的连续动态高精度测量，适用于铁路轨道几何参数测量。
【技术实现步骤摘要】
一种基于光学惯性组合的轨检车位置姿态测量系统
本技术涉及一种基于光学惯性组合的轨检车位置姿态测量系统，适用于铁路轨道几何参数测量及形变检测。
技术介绍
目前，随着我国经济的快速发展，轨道交通得到迅速发展，同时列车运行速度快，运行里程长对于列车的安全运行提出越来越高的要求，因此高精度、高效率的铁路轨道检测对列车安全运行有重要意义，轨道检测设备是保证铁路运行安全的重要设备。目前轨道检测设备主要分为两种：基于全站仪的光学检测设备和基于陀螺仪的惯性检测设备。光学检测设备精度高，但是效率低；惯性检测设备检测效率高，但是检测精度低。根据国家专利局检索中心专利查询，有专利提出基于INS与全站仪组合的轨道几何状态测量系统及方法，申请号是：201410089658.4，该专利利用全站仪对轨道测量小车或轨道特定断面进行测量，获取全站仪测量值，将全站仪测量值用作量测更新，并与INS原始测量值进行数据融合，解算得到高精度的轨道定位定姿结果，该专利测量效率较基于全站仪的光学检测设备效率有所提高，但全站仪测量过程仍然需要静止，测量效率仍然较低。有专利提出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，申请号是：201610010650.3，该专利利用双目立体相机的位置和姿态作为带权观测值输入INS/OD导航系统进行松组合滤波、平滑及内插处理，得到轨道检测平台的位置和姿态，该专利利用双目立体相机对多个CPIII控制点进行拍照，获取多张控制点图片，该过程需要在静止状态完成，并根据立体后交得到双目立体相机的位置和姿态，该专利方法数据运算量大，立体后交定位精度低，且无法实现无静止连续动态测量；松组合滤波、平滑及内插处理得到的两次组合中间位置的轨道检测平台位置和姿态精度低。
技术实现思路
本技术的技术解决的问题是：克服现有技术的不足，提供一种精度高、动态连续测量、操作简便的一种基于光学惯性组合的轨检车位置姿态测量系统。为达到上述目的，本技术采用的技术方案为：一种基于光学惯性组合的轨检车位置姿态测量系统，包括：光学成像定位系统(1)、惯性测量单元(2)、里程仪(3)、轨道测量车架(4)、数据采集板(5)、中心计算机(6)和光学刚体(21)；光学成像定位系统(1)包含四个摄像头，分成两组，每组两个摄像头，相向180度分别置于轨道测量车架(4)两侧，轨道(20)左右两侧CPIII控制点(19)分别放置光学刚体(21)，每个光学刚体(21)包括两个光点，两个光点相对位置及光点大小已知，光学成像定位系统(1)对轨道(20)左右两侧CPIII控制点(19)放置的光学刚体(21)进行一次成像，得到两个刚体上四个光点坐标，通过四个光点坐标解算光学定位系统(1)的位置及姿态；惯性测量单元(2)包含三支陀螺仪(7)和三支加速度计(8)，分别用于测量轨道测量车架(4)运动过程中的三轴角速度和三轴加速度；里程仪(3)用于测量轨道测量车架(4)运行里程；轨道测量车架(4)为刚性T型结构，用于在轨道(20)上运行，反映轨道(20)几何参数状态；数据采集板(5)采集光学成像定位系统(1)位置姿态数据、惯性测量单元(2)三轴角速度和三轴加速度数据及里程仪(3)里程数据，并将数据发送到中心计算机(6)；中心计算机(6)接收到上述数据，并利用惯性测量单元(2)数据及里程仪(3)数据进行航位递推；利用光学成像定位系统(1)位置姿态数据与航位递推数据进行基于Kalman滤波的前向迭代融合，计算得到轨检车位置及姿态信息。所述光学刚体(21)包含两个有源或无源光点，两个光点相对位置及光点大小已知，呈哑铃状，垂直方向分布，通过安装柱安装于CPIII控制点(19)。本技术的原理是：一种基于光学惯性组合的轨检车位置姿态测量系统，包括：光学成像定位系统、惯性测量单元、里程仪、轨道测量车架、数据采集板和中心计算机；光学成像定位系统包含四个摄像头，分成两组，每组两个摄像头，相向180度分别置于轨道测量车架两侧，用于对轨道左右两侧CPIII控制点放置的光学刚体进行一次成像，得到两个刚体上四个光点坐标，通过四个光点坐标解算光学定位系统的位置及姿态；惯性测量单元包含三支陀螺仪和三支加速度计，分别用于测量轨道测量车架运动过程中的三轴角速度和三轴加速度；里程仪用于测量轨道测量车架运行里程；轨道测量车架为刚性T型结构，用于在轨道上运行，反映轨道几何参数状态；数据采集板采集光学成像定位系统数据、惯性测量单元数据及里程仪数据，并将数据发送到中心计算机；中心计算机接收到上述数据，并利用惯性测量单元数据及里程仪数据进行航位递推；利用光学成像定位系统位置姿态数据与航位递推数据进行基于Kalman滤波的前向迭代融合，计算得到轨检车位置及姿态信息。本技术与现有技术相比的优点在于：(1)本技术采用四个摄像头构成光学成像定位系统，可以在动态情况下，对轨道左右两侧CPIII控制点放置的光学刚体进行成像，并计算光学定位系统位置及姿态，实现了轨道检测的无静止连续动态测量；(2)本技术采用光学成像定位系统对CPIII控制点放置的光学刚体进行一次成像，得到两个刚体上四个光点坐标，通过四个光点坐标解算得到光学定位系统位置及姿态，计算量小，定位精度高；附图说明图1为本技术的系统组成示意图；图2为本技术的电器设备构成框图；图3为本技术工作流程图；图4为本技术中光学成像定位系统工作流程图；图5为本技术光学摄像头装配示意图；图6为本技术光学刚体构成示意图。具体实施方式如图1所示，一种基于光学惯性组合的轨检车位置姿态测量系统，包括：光学成像定位系统1、惯性测量单元2、里程仪3、轨道测量车架4、数据采集板5、中心计算机6和光学刚体21，光学成像定位系统1、惯性测量单元2、里程仪3、数据采集板5和中心计算机6安装于轨道测量车架4上，轨道测量车架4为刚性T型结构，用于在轨道20上运行，反映轨道20几何参数状态，光学刚体21置于轨道20左右两侧CPIII控制点19上。如图2所示，为本技术电器设备构成框图：系统电器设备包括：光学成像定位系统1、惯性测量单元2、里程仪3、数据采集板5、中心计算机6；光学成像定位系统1测量轨道测量车架位置数据；惯性测量单元2测量轨道测量车架角速度及加速度数据；里程仪3测量轨道测量车架4运行里程数据；数据采集板5采集上述数据，发送给中心计算机6；中心计算机6接收数据并进行数据解算；光学成像定位系统1包含四个摄像头，本实施例中摄像头采用Flex13，分成两组，每组两个摄像头，分别置于轨道测量车架4两侧，用于对轨道20左右两侧CPIII控制点19放置的光学刚体21进行一次成像，得到两个刚体上四个光点坐标，通过四个光点坐标解算得到光学定位系统1的位置及姿态；惯性测量单元2包含三支陀螺仪7和三支加速度计8，本实施例中陀螺仪采用HT-120，加速度计采用JN-06M，分别用于测量轨道测量车架4运动过程中的三轴角速度和三轴加速度；里程仪3用于测量轨道测量车架4运行里程，本实施例中采用RIA-80；数据采集板5采集光学成像定位系统1数据、惯性测量单元2数据及里程仪3数据，并将数据发送到中心计算机6，本实施例中中心计算机6采用CF-314高可靠性笔记本；CF-314高可本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于光学惯性组合的轨检车位置姿态测量系统，其特征在于：包括：光学成像定位系统(1)、惯性测量单元(2)、里程仪(3)、轨道测量车架(4)、数据采集板(5)、中心计算机(6)和光学刚体(21)；光学成像定位系统(1)包含四个摄像头，分成两组，每组两个摄像头，相向180度分别置于轨道测量车架(4)两侧，轨道(20)左右两侧CPIII控制点(19)分别放置光学刚体(21)，每个光学刚体(21)包括两个光点，两个光点相对位置及光点大小已知，光学成像定位系统(1)对轨道(20)左右两侧CPIII控制点(19)放置的光学刚体(21)进行一次成像，得到两个刚体上四个光点坐标，通过四个光点坐标解算光学定位系统(1)的位置及姿态；惯性测量单元(2)包含三支陀螺仪(7)和三支加速度计(8)，分别用于测量轨道测量车架(4)运动过程中的三轴角速度和三轴加速度；里程仪(3)用于测量轨道测量车架(4)运行里程；轨道测量车架(4)为刚性T型结构，用于在轨道(20)上运行，反映轨道(20)几何参数状态；数据采集板(5)采集光学成像定位系统(1)位置姿态数据、惯性测量单元(2)三轴角速度和三轴加速度数据及里程仪(3)里程数据，并将数据发送到中心计算机(6)；中心计算机(6)接收到上述数据，并利用惯性测量单元(2)数据及里程仪(3)数据进行航位递推；利用光学成像定位系统(1)位置姿态数据与航位递推数据进行基于Kalman滤波的前向迭代融合，计算得到轨检车位置及姿态信息。...
【技术特征摘要】
1.一种基于光学惯性组合的轨检车位置姿态测量系统，其特征在于：包括：光学成像定位系统(1)、惯性测量单元(2)、里程仪(3)、轨道测量车架(4)、数据采集板(5)、中心计算机(6)和光学刚体(21)；光学成像定位系统(1)包含四个摄像头，分成两组，每组两个摄像头，相向180度分别置于轨道测量车架(4)两侧，轨道(20)左右两侧CPIII控制点(19)分别放置光学刚体(21)，每个光学刚体(21)包括两个光点，两个光点相对位置及光点大小已知，光学成像定位系统(1)对轨道(20)左右两侧CPIII控制点(19)放置的光学刚体(21)进行一次成像，得到两个刚体上四个光点坐标，通过四个光点坐标解算光学定位系统(1)的位置及姿态；惯性测量单元(2)包含三支陀螺仪(7)和三支加速度计(8)，分别用于测量轨道测量车架(4)运动过程中的三轴角速度...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫东坤，孔晓冉，
申请(专利权)人：闫东坤，
类型：新型
国别省市：北京,11
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