基于惯性技术的轨道坐标测量方法技术

本发明专利技术涉及一种基于惯性技术的轨道坐标测量方法。本发明专利技术采用的方案为采用惯性导航系统作为主测量器件，与标志点坐标组合，综合求解轨道坐标信息，充分利用惯性技术的自主性、高灵敏度和短时高精度特性实现全天候，连续的轨道坐标精确测量。其中标志点坐标获取技术包含但不紧限于卫星技术、全站仪技术等。与现有技术相比，本方明的优势在于对信号是否遮挡无要求，环境适应性强；测量连续，效率高。

【技术实现步骤摘要】
基于惯性技术的轨道坐标测量方法
本专利技术属于大地坐标测量技术，具体涉及基于惯性技术的轨道坐标测量方法。
技术介绍
我国铁路轨道有12万公里，其中大约8万公里为有砟铁路，其运营养护需要知道其基于地理坐标系的坐标值，目前采用水准技术、全站仪技术以及卫星技术实现，前两种技术属于静态测量方法，虽然精度很高，但使用时效率较低，且需要投入大量人力，卫星技术属于动态测量方法，在遇到隧道、城市及山区信号受遮挡，测量精度难以保证。
技术实现思路
本专利技术的目的是：通过惯性技术的引入，实现有砟轨道坐标的全天候、全路况、高效率的精准测量。本专利技术的技术方案，一种基于惯性技术的轨道坐标测量方法，其特征为所述方法包括以下步骤：步骤1：在轨道检查仪上安装标志点捕获装置，对于控制点坐标已知的轨道，推荐使用立体交汇摄影测量装置(ZL201110089812.4一种轨道标志物动态获取装置和获取方法)，对于控制点坐标未知的轨道，推荐使用载波相位差分卫星测量系统。数据通过总线接入轨道检查仪的计算机，卫星。步骤2：惯性导航对准，该步骤可参照惯性技术教科书设计实现；步骤3：惯性导航部件对准完成后，获取标志点A的信息，信息中应包含但不仅限于标志点A的里程、航向角、东向坐标、北向坐标和高程坐标，其中三个坐标值应使用独立工程坐标系或轨道坐标系。其中，LA为获取到的标志点A的里程数据为获取到的标志点A的航向角数据θA为获取到的标志点A的俯仰角数据γA为获取到的标志点A的横滚角数据XA为获取到的标志点A的东向坐标数据YA为获取到的标志点A的北向坐标数据ZA为获取到的标志点A的高程坐标数据步骤4：当惯导部件获取到标志点A的信息后，可随载体移动，沿有砟轨道向标志点B运动，运动过程中，按照里程触发输出以下数据其中，i为惯性导航系统输出数据的序列号；L(i)为惯性导航系统输出的第i个里程数据为惯性导航系统输出的第i个航向角数据θ(i)惯性导航系统输出的第i个俯仰角数据γ(i)惯性导航系统输出的第i个横滚角数据步骤5：惯导部件经过标志点B时，应即时获取标志点B的信息，息中应包含但不仅限于标志点B的里程、航向角、东向坐标、北向坐标和高程坐标，其中三个坐标值应使用独立工程坐标系或轨道坐标系；其中，LB为获取到的标志点B的里程数据为获取到的标志点B的航向角数据θB为获取到的标志点B的俯仰角数据γB为获取到的标志点B的横滚角数据XB为获取到的标志点B的东向坐标数据YB为获取到的标志点B的北向坐标数据ZB为获取到的标志点B的高程坐标数据步骤6：惯性导航系统获取到标志点A和标志点B的信息后，开始进行有砟轨道坐标解算，其步骤如下所示步骤6.1惯性导航系统误差修正获取到标志点A的信息后，将标志点A的航向角、横滚角和俯仰角装订到惯性导航系统中，从该点开始计算惯性导航系统输出的航向和姿态变化，隔离步骤5.1产生的逐次启动误差和罗经对准误差；步骤6.2运动过程中坐标解算其中，ΔL为惯性导航数据两拍之间的里程差。步骤6.3双向平差坐标误差修正惯性数据与标志点A、标志点B之间的信息融合方法如下假设惯性导航系统到达标志点A时刻输出的序列号为n1，到达标志点B时刻输出的序列号为n2,有当i＝n1时，当i＝n2时，当n1<i<n2时，其中δX(i),δY(i),δZ(i)表示第i个点的修正误差项，其计算方法可采用线性模型、抛物线模型、三次样条插值等模型。下面以线性模型为例说明修正误差项的计算方法。至此，得到了从标志点A到标志点B的连续有砟轨道坐标值。本专利技术的技术方案：1、主要创新点：采用惯性导航系统输出的航向角和姿态角计算有砟轨道上两个标志点之间的位移变化；2、次要创新点：外部修正点对惯性导航系统逐次启动误差抑制本专利技术的有益效果：以10公里铁路线坐标测量为例，采用原有方法需要采用水平测量坐标高程，采用全站仪测量轨道平面，完成测量任务需要3个测量人员60小时。本专利技术的提出可降低到3人2小时，效率提升30倍。附图说明图1为本有砟轨道坐标测量示意图；图2为基于惯性技术的有砟轨道坐标测量流程图。图中：1-有砟轨道、2-惯性导航系统测量中心线、3-轨道坐标系、4-标志点A、5-标志点B。具体实施方式如图1所示，图中包括有砟轨1、惯性导航系统测量中心线2、轨道坐标系3、标志点A4、标志点B5假设有一段带有控制点的待测量轨道，轨道长度655m，在0m,350m,655m分别设有一个控制点。选择一个T形结构的轨道检查仪作为载体，在该载体双轮侧安装惯性导航系统，本实施例选用闭环光纤捷联惯性导航系统。闭环光纤捷联惯性导航系统采用轨道检查仪提供的24V直流电源；数据通过RS422总线或其他总线接入轨道检查仪的计算机；安装时采用过渡板与轨道检查仪连接，安装重复性不大于1角分。在轨道检查仪上安装载波相位差分卫星定位系统，其天线通过过渡板安装在轨道检查仪上，其过渡板中心与闭环光纤捷联惯性导航系统中心存在一固定杆臂矩阵。数据通过USB接入轨道检查仪的计算机。安装完毕后，将轨道检查仪放置在待测轨道的起点，按照以下步骤操作。步骤1：将轨道检查仪停在起点，锁紧轨道检查仪防止溜车，惯性导航对准，该步骤可参照惯性技术教科书设计实现，推荐使用5分钟罗经对准；步骤2：惯性导航部件对准完成后，通过USB串口读取标志点A的信息，信息中应包含但不仅限于标志点A的里程、东向坐标、北向坐标和高程坐标，其中三个坐标值应使用独立工程坐标系或轨道坐标系。[LAXAYAZA]其中，LA为获取到的标志点A的里程数据γA为获取到的标志点A的横滚角数据XA为获取到的标志点A的东向坐标数据YA为获取到的标志点A的北向坐标数据ZA为获取到的标志点A的高程坐标数据步骤3：当轨道检查仪获取到标志点A的信息后，可以开始检测，沿待检测轨道向标志点B运动，运动过程中，按照里程触发，每0.625m输出一组以下数据其中，i为惯性导航系统输出数据的序列号；L(i)为惯性导航系统输出的第i个里程数据为惯性导航系统输出的第i个航向角数据θ(i)惯性导航系统输出的第i个俯仰角数据γ(i)惯性导航系统输出的第i个横滚角数据步骤4：惯导部件经过标志点B时，应即时通过USB串口读取获取标志点B的信息，信息中应包含但不仅限于标志点B的里程、东向坐标、北向坐标和高程坐标，其中三个坐标值应使用独立工程坐标系或轨道坐标系；[LBXBYBZB]其中，LB为获取到的标志点B的里程数据...

【技术保护点】
1.基于惯性技术的轨道坐标测量方法，包括以下步骤：/n步骤1、在轨道检查上安装标志点捕获装置；/n步骤2、惯性导航系统对准；/n步骤3、获取标志点A的信息；/n步骤4、当惯性导航系统获取标志点A的信息后，随载体移动，沿有砟轨道向标志点B运动；/n步骤5、惯性导航系统经过标志点B时，获取标志点B信息；/n步骤6、惯性导航系统获取到标志点A和标志点B信息后，开始进行有砟轨道坐标解算。/n

【技术特征摘要】
1.基于惯性技术的轨道坐标测量方法，包括以下步骤：
步骤1、在轨道检查上安装标志点捕获装置；
步骤2、惯性导航系统对准；
步骤3、获取标志点A的信息；
步骤4、当惯性导航系统获取标志点A的信息后，随载体移动，沿有砟轨道向标志点B运动；
步骤5、惯性导航系统经过标志点B时，获取标志点B信息；
步骤6、惯性导航系统获取到标志点A和标志点B信息后，开始进行有砟轨道坐标解算。


2.根据权利要求1所述基于惯性技术的轨道坐标测量方法，其中在步骤1中，对于控制点坐标已知的轨道，使用立体交汇摄影测量装置，对于控制点坐标未知的轨道，使用载波相位差分卫星测量系统。


3.根据权利要求1所述的基于惯性技术的轨道坐标测量方法，其中在步骤2中，该步骤惯性技术实现。


4.根据权利要求1所述的基于惯性技术的轨道坐标测量方法，其中步骤3中获取标志点A的信息，信息中应包含但不仅限于标志点A的里程、航向角、东向坐标、北向坐标和高程坐标，其中三个坐标值应使用独立工程坐标系或轨道坐标系；



其中，LA为获取到的标志点A的里程数据；

为获取到的标志点A的航向角数据；
θA为获取到的标志点A的俯仰角数据；
γA为获取到的标志点A的横滚角数据；
XA为获取到的标志点A的东向坐标数据；
YA为获取到的标志点A的北向坐标数据；

【专利技术属性】
技术研发人员：张金红，党进，彭登全，刘小溪，冯岑，景江，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61