铁路测量中大地坐标转换为独立平面坐标的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种铁路测量中大地坐标转换为独立平面坐标的方法及系统，包括：S1对大地坐标序列进行重采样；S2对测量点的大地坐标序列进行膨胀椭球高斯投影变换，得测量点的投影平面坐标序列；S3计算各相邻的两测量点的连线在投影面的直线距离；S4归算相邻的两测量点间的里程增量；S5计算各测量点的轨道施工里程；S6计算测量点在独立工程坐标系下的平面设计坐标序列；S7根据投影平面坐标序列和平面设计坐标序列，计算投影平面坐标向独立工程坐标系转换的参数。本发明专利技术仅需少量先验知识，便可较精确地将GNSS或GNSS/INS导航系统输出的大地坐标转换为独立工程坐标系下的平面坐标，大大降低了坐标变换的复杂度。

The method and system of transformation of geodetic coordinates into independent plane coordinates in Railway Measurement

The invention discloses a geodetic coordinate measurement system for railway conversion and methods, including: S1 independent plane coordinates of the geodetic coordinate sequence resampling; geodetic coordinate sequence of measurement points S2 ellipsoid expansion Gauss projection to projection plane measuring point coordinate sequence; S3 calculation of the two measuring points of the adjacent the connection of linear distance in projection plane; incremental S4 mileage imputation two adjacent measurement points; S5 calculation of track construction mileage of each measurement point; S6 design calculation of plane coordinate sequence in the independent engineering coordinates of the measuring points; S7 according to the projection plane coordinate sequence and plane design coordinate sequence parameter transformation to the independent engineering coordinate system to calculate the projection plane coordinates. With only a small amount of prior knowledge, the geodetic coordinate of the GNSS or GNSS/INS navigation system can be converted to the plane coordinate of the independent engineering coordinate system, which greatly reduces the complexity of the coordinate transformation.

【技术实现步骤摘要】
铁路测量中大地坐标转换为独立平面坐标的方法及系统
本专利技术涉及铁路轨道精密测量
，具体是一种铁路测量中大地坐标转换为独立平面坐标的方法及系统。
技术介绍
全球卫星导航系统(GNSS)技术及其与惯性导航系统(INS)的组合导航技术(GNSS/INS)正越来越广泛地应用于铁路测绘领域。利用GNSS或GNSS/INS组合导航系统进行轨道测量，直接得到的位置坐标往往是地心地固坐标系下的大地坐标或空间直角坐标，所述大地坐标中地面点的位置用经度、纬度和高程表示。而轨道建设和维护过程中，铁路线路和轨道测量往往采用施工坐标系或独立工程坐标系。施工坐标系与独立工程坐标系本质上同属于独立坐标系，实质上是一个经过坐标平移和旋转的自定义工程椭球的高斯投影坐标系。公告号为CN103343498A、名称为《一种基于INS/GNSS的轨道不平顺检测系统及方法》的中国专利，其中也需要将GNSS或GNSS/INS提供的地心地固坐标系坐标转换到独立工程坐标系下，例如，通过实测坐标反算出实测点对应的轨道施工里程，然后再进行后续计算。当然将大地坐标转换为独立工程坐标的目的也不仅限于此。由大地坐标转换为实际使用的独立工程坐标系下的坐标，需要知道以下技术参数：1)测区椭球及基本参数；2)测区中央子午线经度值；3)测区平均高程异常；4)工程或测区平均高程面的高程；5)起始点坐标和起始方位角；6)纵横坐标加常数。实际上，将大地坐标精确转换到独立工程坐标系下存在诸多困难。一方面，上述六种技术参数都是在建立线路控制网(CPII)时所用到的，并不提供给那些后期基于CPII或轨道控制网(CPIII)的测量应用和用户。另一方面，即使已知上述六类参数，诸如公告号为CN103343498A的专利技术专利所述的方案，也必须将GNSS基站架设在已知的CPII点上进行长时间静态测绘，才能得到高精度的定位结果；这无疑增加了该方案实际作业的复杂度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种简单易行的铁路测量中大地坐标转换为独立平面坐标的方法及系统，可应用于基于GNSS或GNSS/INS导航系统的铁路测量。本专利技术提供的一种铁路测量中大地坐标转换为独立工程坐标系平面坐标的方法，包括步骤：S1对GNSS或INS/GNSS导航系统获取的大地坐标序列进行重采样，得到采样点的大地坐标序列，所述采样点也记为测量点；S2对测量点的大地坐标序列进行膨胀椭球高斯投影变换，得测量点的投影平面坐标序列；S3根据投影平面坐标序列，计算各相邻的两测量点的连线在投影面的直线距离；S4根据所述直线距离归算相邻的两测量点间的里程增量，所述里程增量即相邻的两测量点在轨道设计中心线上投影的里程距离；S5结合里程增量和已知的起始测量点轨道施工里程，计算起始测量点外其他各测量点的轨道施工里程；S6结合各测量点的轨道施工里程、平面偏置和轨道设计线型参数，计算测量点在独立工程坐标系下的平面设计坐标序列，所述平面偏置即测量点到轨道设计中心线的距离；S7根据步骤S2所得投影平面坐标序列和步骤S6所得平面设计坐标序列，计算投影平面坐标向独立工程坐标系转换的参数。进一步的，步骤S1中所述重采样按照距离进行重采样。进一步的，步骤S2进一步包括子步骤：S201以工程椭圆或地球参考椭球为自定义的高斯投影变换参考椭球；S202确定高斯投影的中央子午线经度，所述中央子午线经度采用测段的平均经度、测区的平均经度、测量点的平均经度、或工程设置的投影中央子午线经度；S203确定膨胀椭球投影的投影面高程，所述投影面高程采用测段的平均高程、测区的平均高程或测量点的平均高程；S204将测量点投影变换到高斯投影变换参考椭球，得各测量点的投影平面坐标。进一步的，步骤S4中，所述里程增量其中，Ri表示弧段pipi+1的平均曲率半径；ΔLi为测量点pi到轨道设计中心线的距离，其有正负之分，当测量点pi位于轨道设计中心线和轨道设计曲线的圆心之间时符号为负，否则为正。进一步的，步骤S7中，所述参数包括两方向的坐标平移分量、一比例因子系数和一旋转角度。本专利技术提供的一种铁路测量中大地坐标转换为独立工程坐标系平面坐标的系统，包括：重采样模块，用来对GNSS或INS/GNSS导航系统获取的大地坐标序列进行重采样，得到采样点的大地坐标序列，所述采样点也记为测量点；投影变换模块，用来对测量点的大地坐标序列进行膨胀椭球高斯投影变换，得测量点的投影平面坐标序列；直线距离获取模块，用来根据投影平面坐标序列，计算各相邻的两测量点的连线在投影面的直线距离；里程增量获取模块，用来根据所述直线距离归算相邻的两测量点间的里程增量，所述里程增量即相邻的两测量点在轨道设计中心线上投影的里程距离；轨道施工里程获取模块，用来结合里程增量和已知的起始测量点轨道施工里程，计算起始测量点外其他各测量点的轨道施工里程；平面设计坐标获取模块，用来结合各测量点的轨道施工里程、平面偏置和轨道设计线型参数，计算测量点在独立工程坐标系下的平面设计坐标序列，所述平面偏置即测量点到轨道设计中心线的距离；转换参数获取模块，用来根据所述投影变换模块所得投影平面坐标序列和所述平面设计坐标获取模块所得平面设计坐标序列，计算投影平面坐标向独立工程坐标系转换的参数。进一步的，所述重采样模块按照距离进行重采样。进一步的，所述投影变换模块进一步包括子模块：高斯投影变换参考椭球构建子模块，用来以工程椭圆或地球参考椭球为自定义的高斯投影变换参考椭球；中央子午线经度确定子模块，用来确定高斯投影的中央子午线经度，所述中央子午线经度采用测段的平均经度、测区的平均经度、测量点的平均经度、或工程设置的投影中央子午线经度；投影面高程确定子模块，用来确定膨胀椭球投影的投影面高程，所述投影面高程采用测段的平均高程、测区的平均高程或测量点的平均高程；投影平面坐标获取子模块，用来将测量点投影变换到高斯投影变换参考椭球，得各测量点的投影平面坐标。进一步的，所述里程增量获取模块获取的里程增量其中，Ri表示弧段pipi+1的平均曲率半径；ΔLi为测量点pi到轨道设计中心线的距离，其有正负之分，当测量点pi位于轨道设计中心线和轨道设计曲线的圆心之间时符号为负，否则为正。进一步的，所述转换参数获取模块获取的参数包括两方向的坐标平移分量、一比例因子系数和一旋转角度。和现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：(1)仅需少量的先验知识，例如轨道设计线型，便可较精确地将GNSS或GNSS/INS导航系统输出的大地坐标转换为独立工程坐标系下的平面坐标，不需要提供
技术介绍
中所提及的六类参数，大大降低了坐标变换的复杂度。(2)采用本专利技术方法，实际的轨道测量作业中GNSS基站不需要架设于已知控制点上进行长时间测绘来保证测量的绝对精度，因为GNSS基站坐标的系统性误差可以在本专利技术坐标变换中被准确地估计和补偿掉。(3)采用本方法只需选用一段几百米的连续轨道测量值就可有效求解出平面坐标转换四参数。附图说明图1是本专利技术方法的具体流程示意图；图2是本专利技术方法所计算的里程与参考里程间的差异。具体实施方式下面结合附图及具体实施例，对本专利技术作进一步描述。实施例以公告号为CN103343498A的中国专利其中所述的INS/GNSS轨检小车的测量数据为例进行说明。本具体实施方式中，数据来源本文档来自技高网...

【技术保护点】
铁路测量中大地坐标转换为独立平面坐标的方法，其特征是，包括步骤：S1对GNSS或INS/GNSS导航系统获取的大地坐标序列进行重采样，得到采样点的大地坐标序列，所述采样点也记为测量点；S2对测量点的大地坐标序列进行膨胀椭球高斯投影变换，得测量点的投影平面坐标序列；S3根据投影平面坐标序列，计算各相邻的两测量点的连线在投影面的直线距离；S4根据所述直线距离归算相邻的两测量点间的里程增量，所述里程增量即相邻的两测量点在轨道设计中心线上投影的里程距离；S5结合里程增量和已知的起始测量点轨道施工里程，计算起始测量点外其他各测量点的轨道施工里程；S6结合各测量点的轨道施工里程、平面偏置和轨道设计线型参数，计算测量点在独立工程坐标系下的平面设计坐标序列，所述平面偏置即测量点到轨道设计中心线的距离；S7根据步骤S2所得投影平面坐标序列和步骤S6所得平面设计坐标序列，计算投影平面坐标向独立工程坐标系转换的参数。

【技术特征摘要】
1.铁路测量中大地坐标转换为独立平面坐标的方法，其特征是，包括步骤：S1对GNSS或INS/GNSS导航系统获取的大地坐标序列进行重采样，得到采样点的大地坐标序列，所述采样点也记为测量点；S2对测量点的大地坐标序列进行膨胀椭球高斯投影变换，得测量点的投影平面坐标序列；S3根据投影平面坐标序列，计算各相邻的两测量点的连线在投影面的直线距离；S4根据所述直线距离归算相邻的两测量点间的里程增量，所述里程增量即相邻的两测量点在轨道设计中心线上投影的里程距离；S5结合里程增量和已知的起始测量点轨道施工里程，计算起始测量点外其他各测量点的轨道施工里程；S6结合各测量点的轨道施工里程、平面偏置和轨道设计线型参数，计算测量点在独立工程坐标系下的平面设计坐标序列，所述平面偏置即测量点到轨道设计中心线的距离；S7根据步骤S2所得投影平面坐标序列和步骤S6所得平面设计坐标序列，计算投影平面坐标向独立工程坐标系转换的参数。2.如权利要求1所述的铁路测量中大地坐标转换为独立平面坐标的方法，其特征是：步骤S1中所述重采样按照距离进行重采样。3.如权利要求1所述的铁路测量中大地坐标转换为独立平面坐标的方法，其特征是：步骤S2进一步包括子步骤：S201以工程椭圆或地球参考椭球为自定义的高斯投影变换参考椭球；S202确定高斯投影的中央子午线经度，所述中央子午线经度采用测段的平均经度、测区的平均经度、测量点的平均经度、或工程设置的投影中央子午线经度；S203确定膨胀椭球投影的投影面高程，所述投影面高程采用测段的平均高程、测区的平均高程或测量点的平均高程；S204将测量点投影变换到高斯投影变换参考椭球，得各测量点的投影平面坐标。4.如权利要求1所述的铁路测量中大地坐标转换为独立平面坐标的方法，其特征是：步骤S4中，所述里程增量其中，Ri表示弧段pipi+1的平均曲率半径；ΔLi为测量点pi到轨道设计中心线的距离，其有正负之分，当测量点pi位于轨道设计中心线和轨道设计曲线的圆心之间时符号为负，否则为正。5.如权利要求1所述的铁路测量中大地坐标转换为独立平面坐标的方法，其特征是：步骤S7中，所述参数包括两方向的坐标平移分量、一比例因子系数和一旋转角度。6.铁路测量中大地坐标转换为独立平面坐标的系统，其特征是，包括：重采样模块，用来对GNSS或INS/GNSS导航系统获取的大地坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈起金，周禹昆，李姗姗，牛小骥，陈小文，刘经南，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42