一种基于偏角异常补偿的轨道线型拟合方法技术

本发明专利技术提供了一种基于偏角异常补偿的轨道线型拟合方法，包括：将里程计和惯导系统固联在轨检车上，将轨检车设置在轨道上行进；利用里程计实时获取轨检车的里程值；利用惯导系统实时获取轨检车的位置坐标和航向角；获取轨检车每一个里程点的位置坐标，获取轨道实测线型；获取轨道实测线型的曲率变化；基于曲率变化将轨道实测线型分为直线段、圆曲线段和缓和曲线段；利用直线方程、圆曲线方程和缓和曲线方程对直线段、圆曲线段和缓和曲线段进行初步拟合，得到初步拟合的轨道线型和偏角异常点的位置坐标；根据偏角异常点对初步拟合的轨道线型进行补偿，从而得到补偿后的轨道线型。本发明专利技术能够解决现有线型拟合方法的拟合精度较差的技术问题。的技术问题。的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于偏角异常补偿的轨道线型拟合方法


[0001]本专利技术涉及轨道检测
，尤其涉及一种基于偏角异常补偿的轨道线型拟合方法。

技术介绍

[0002]随着我国铁路建设的不断发展，既有线路的改建、扩建以及新建项目越来越多，线路测绘在工程建设中起着决定性的作用，它直接影响到工程的质量、成本及工期。为保障轨道交通的运营安全，近年来，轨道精密检测技术得到快速发展，多个国家投入了大量的人力物力来研制和更新各种轨道检测方法，以满足当今铁路高速和重载的要求。在实际线路测量当中，部分场景下是没有设计线型资料的，因此需要根据实测值对设计线型进行拟合，通常采用惯性导航系统加其他辅助传感器对轨道设计线型进行获取。
[0003]铁路轨道在设计过程中分成直线、缓和曲线和圆曲线三部分组成，在拐弯过程中通常采用缓和曲线对直线和圆曲线进行连接，因此在曲线拟合过程通常根据惯导测量值和设计线型的曲线方程对轨迹进行处理，然而在进行曲线拟合的过程中，通常采用样条插值或多阶曲线方程等数学拟合方法，失去了实际曲线的物理意义，导致精度损失。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种基于偏角异常补偿的轨道线型拟合方法，能够解决现有线型拟合方法的拟合精度较差的技术问题。
[0005]根据本专利技术的一方面，提供了一种基于偏角异常补偿的轨道线型拟合方法，所述方法包括：
[0006]将里程计和惯导系统固联在轨检车上，将轨检车设置在轨道上行进；
[0007]利用里程计实时获取轨检车的里程值；
[0008]利用惯导系统实时获取轨检车的位置坐标和航向角；
[0009]基于里程值和位置坐标获取轨检车每一个里程点的位置坐标，并基于每一个里程点的位置坐标获取轨道实测线型；
[0010]基于航向角获取轨道实测线型的曲率变化；
[0011]基于曲率变化将轨道实测线型分为直线段、圆曲线段和缓和曲线段；
[0012]利用直线方程、圆曲线方程和缓和曲线方程对直线段、圆曲线段和缓和曲线段进行初步拟合，得到初步拟合的轨道线型和偏角异常点的位置坐标，其中，在圆曲线段的拟合过程中，将圆曲线段分为前半圆曲线段和后半圆曲线段，将前半圆曲线段的前端与前面的缓和曲线段拟合，将后半圆曲线段的后端与后面的缓和曲线段拟合，则前半圆曲线段的后端与后半圆曲线段的前端的交点为偏角异常点；
[0013]经过偏角异常点分别作前半圆曲线段和后半圆曲线段的切线，得到两条切直线；
[0014]设置预设长度阈值，在两条切直线围成的下侧区域作出与两条切直线均相切的内切圆，内切圆与任一条切直线的切点到偏角异常点的距离均等于预设长度阈值，基于预设
长度阈值和两条切直线的夹角得到内切圆的半径；
[0015]获取第一条切直线上从与前半圆曲线段的切点到偏角异常点的线段上所有点的位置坐标，将所有点记作第一待修正点；
[0016]获取第二条切直线上从偏角异常点到与后半圆曲线段的切点的线段上所有点的位置坐标，将所有点记作第二待修正点；
[0017]获取第二条切直线上从与内切圆的切点到偏角异常点的线段上所有点的位置坐标，并基于第二条切直线上从与内切圆的切点到偏角异常点的线段上所有点的位置坐标和内切圆的半径得到与每个第一待修正点一一对应的第一补偿量；
[0018]获取第一条切直线上从偏角异常点到与内切圆的切点的线段上所有点的位置坐标，并基于第一条切直线上从偏角异常点到与内切圆的切点的线段上所有点的位置坐标和内切圆的半径得到与每个第二待修正点一一对应的第二补偿量；
[0019]利用第一补偿量对对应的每个第一待修正点进行补偿，得到所有的第一修正点的位置坐标，利用第二补偿量对对应的每个第二待修正点进行补偿，得到所有的第二修正点的位置坐标；
[0020]将所有的第一修正点和所有的第二修正点依次相连，得到前半圆曲线段和后半圆曲线段之间的拟合线型，从而得到补偿后的轨道线型。
[0021]优选的，利用惯导系统实时获取轨检车的位置坐标和航向角包括：
[0022]将里程计和惯导系统作为组合导航系统，构建组合导航系统的状态方程；
[0023]构建组合导航系统的观测方程；
[0024]基于状态方程和观测方程构建卡尔曼滤波方程，利用卡尔曼滤波方程对组合导航系统误差进行估计；
[0025]基于估计的组合导航系统误差对惯导系统进行修正，以实时获取轨检车的位置坐标和航向角。
[0026]优选的，通过下式构建组合导航系统的状态方程：
[0027][0028]其中，
[0029]通过下式构建组合导航系统的状态方程：
[0030]Z
k
＝H
k
X
k
+V
k
；
[0031]其中，Z
k
＝ΔV
Ins
‑
ΔV
d
；
[0032]式中，X(t)为状态向量，F为状态转移矩阵，w(t)为系统噪声，δV
N
、δV
E
分别为北向速度误差、东向速度误差，δh、δλ分别为纬度误差、高度误差、经度误差，φ
N
、φ
U
、φ
E
分别为北、天、东三个方向的姿态误差，ε
x
、ε
y
、ε
z
分别为x轴、y轴、z轴陀螺漂移，分别为x轴、y轴、z轴加速度计零位，Z
k
为k时刻的观测量，H
k
为观测矩阵，X
k
为k时刻的状态向量，V
k
为观测噪声，ΔV
Ins
为惯导解算速度误差，ΔV
d
为里程计速度误差。
[0033]优选的，通过下式对组合导航系统误差进行估计：
[0034][0035][0036][0037][0038]P
k
＝(I
‑
K
k
H
k
)P
k/k
‑1；
[0039]式中，为状态一步预测，Φ
k,k
‑1为状态转移矩阵，为k
‑
1时刻的状态估计，P
k/k
‑1为一步预测均方误差阵，P
k
‑1为k
‑
1时刻的估计均方误差阵，w
k
‑1为k
‑
1时刻的系统噪声，K
k
为滤波增益，为k时刻的状态估计，P
k
为k时刻的估计均方误差阵，I为单位矩阵。
[0040]优选的，直线方程如下式所示：
[0041]y＝k
′
x+b
′
；
[0042]圆曲线方程如下式所示：
[0043]a＝x1‑
x2[0044]b＝y1‑
y2[0045]c＝x1‑
x3；
[0046本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于偏角异常补偿的轨道线型拟合方法，其特征在于，所述方法包括：将里程计和惯导系统固联在轨检车上，将轨检车设置在轨道上行进；利用里程计实时获取轨检车的里程值；利用惯导系统实时获取轨检车的位置坐标和航向角；基于里程值和位置坐标获取轨检车每一个里程点的位置坐标，并基于每一个里程点的位置坐标获取轨道实测线型；基于航向角获取轨道实测线型的曲率变化；基于曲率变化将轨道实测线型分为直线段、圆曲线段和缓和曲线段；利用直线方程、圆曲线方程和缓和曲线方程对直线段、圆曲线段和缓和曲线段进行初步拟合，得到初步拟合的轨道线型和偏角异常点的位置坐标，其中，在圆曲线段的拟合过程中，将圆曲线段分为前半圆曲线段和后半圆曲线段，将前半圆曲线段的前端与前面的缓和曲线段拟合，将后半圆曲线段的后端与后面的缓和曲线段拟合，则前半圆曲线段的后端与后半圆曲线段的前端的交点为偏角异常点；经过偏角异常点分别作前半圆曲线段和后半圆曲线段的切线，得到两条切直线；设置预设长度阈值，在两条切直线围成的下侧区域作出与两条切直线均相切的内切圆，内切圆与任一条切直线的切点到偏角异常点的距离均等于预设长度阈值，基于预设长度阈值和两条切直线的夹角得到内切圆的半径；获取第一条切直线上从与前半圆曲线段的切点到偏角异常点的线段上所有点的位置坐标，将所有点记作第一待修正点；获取第二条切直线上从偏角异常点到与后半圆曲线段的切点的线段上所有点的位置坐标，将所有点记作第二待修正点；获取第二条切直线上从与内切圆的切点到偏角异常点的线段上所有点的位置坐标，并基于第二条切直线上从与内切圆的切点到偏角异常点的线段上所有点的位置坐标和内切圆的半径得到与每个第一待修正点一一对应的第一补偿量；获取第一条切直线上从偏角异常点到与内切圆的切点的线段上所有点的位置坐标，并基于第一条切直线上从偏角异常点到与内切圆的切点的线段上所有点的位置坐标和内切圆的半径得到与每个第二待修正点一一对应的第二补偿量；利用第一补偿量对对应的每个第一待修正点进行补偿，得到所有的第一修正点的位置坐标，利用第二补偿量对对应的每个第二待修正点进行补偿，得到所有的第二修正点的位置坐标；将所有的第一修正点和所有的第二修正点依次相连，得到前半圆曲线段和后半圆曲线段之间的拟合线型，从而得到补偿后的轨道线型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用惯导系统实时获取轨检车的位置坐标和航向角包括：将里程计和惯导系统作为组合导航系统，构建组合导航系统的状态方程；构建组合导航系统的观测方程；基于状态方程和观测方程构建卡尔曼滤波方程，利用卡尔曼滤波方程对组合导航系统误差进行估计；基于估计的组合导航系统误差对惯导系统进行修正，以实时获取轨检车的位置坐标和
航向角。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过下式构建组合导航系统的状态方程：其中，通过下式构建组合导航系统的状态方程：Z
k
＝H
k
X
k
+V
k
；其中，Z
k
＝ΔV
Ins
‑
ΔV
d
；式中，X(t)为状态向量，F为状态转移矩阵，w(t)为系统噪声，δV
N
、δV
E
分别为北向速度误差、东向速度误差，δh、δλ分别为纬度误差、高度误差、经度误差，φ
N
、φ
U
、φ
E
分别为北、天、东三个方向的姿态误差，ε
x
、ε
y
、ε
z
分别为x轴、y轴、z轴陀螺漂移，
▽
x
、
▽
y
、
▽
z
分别为x轴、y轴、z轴加速度计零位，Z
k
为k...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴新凯，郭玉胜，庄广琛，王海军，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：