[发明专利]一种基于INS/GNSS与全站仪组合使用的轨道几何参数测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轨道几何参数检测装置及其方法，尤其是涉及一种基于INS/GNSS与全站仪组合使用的轨道几何参数测量系统及方法。

背景技术

目前轨道交通系统在轨道施工验收和常规养护维修过程中普遍采用两种常规测量方法，基于光学测量原理的全站仪轨道几何参数光学检测小车；基于惯性测量原理与全球导航卫星系统组合测量技术(INS/GNSS)的惯性检测小车。前者通过全站仪后视一定数量的轨道控制网CPIII点，(铁道控制网CPIII是铁路建设时沿线路布设的平面、高裎控制网，是轨道铺设和运营维护的基准，点位间隔一般为60米，可用于插放光学测量棱镜组。)确定全站仪的测站位置，全站仪通过测量小车上的光学棱镜来确定轨道位置坐标和几何参数，光学检测小车的优点是：精度高，适合于外部几何参数测量，在符合规定条件下可以满足线路横向偏差，线路垂向偏差的要求；缺点是：效率低，测量数据为离散型(通常间隔为0.625m)，测量速度1.8km/工作日，不适合轨道内部几何参数测量。后者通过INS/GNSS轨道小车实时测量轨道的几何参数，INS/GNSS惯性检测小车的优点是：效率高，测量数据连续性高，测量速度可达5km/h以上，适合于内部几何参数测量，特别适合于轨道平顺性几何参数测量，缺点是：无法满足轨道外部几何参数测量达到毫米级精度的要求，长时间测量精度依赖于GNSS是否有效，里程计精度的高低，GNSS信号质量差或无效时，测量精度下降。

授权公告号CN103821054B中国专利的技术方案“一种基于INS与全站仪组合的轨道几何状态测量系统及方法”，试图解决“在GNSS信号长时间中断时，采用全站仪的测量值替换GNSS测量值来校正INS固有的积累误差，确保轨道几何状态的精准测量”。其发明方案是：“基于INS与全站仪组合的轨道几何状态测量系统，包括测量单元，测量单元包括测量设备和移动支架；测量设备包括全站仪测量系统、惯性测量单元、里程计和位移传感器，惯性测量单元、里程计和位移传感器安装于移动支架上；全站仪测量系统包括全站仪和反射面，全站仪置于移动支架上或外，反射面安装于移动支架或放置于轨道钢轨轨顶面。”“基于INS与全站仪组合的轨道几何状态测量方法，包括步骤：(1)移动支架在轨道上移动，惯性测量单元、里程计和位移传感器采集测量数据；(2)停止移动支架，采用全站仪测量系统静态测量以获得移动支架位置信息或轨道特定断面位置信息的测量数据；(3)采用全站仪测量数据辅助惯性测量单元、里程计和位移传感器的测量数据，对轨道进行组合定位定姿解算，获取轨道位置坐标和姿态角序列”。

授权公告号CN103821054B中国专利的技术方案只解决了“在GNSS信号长时间中断时，采用全站仪的测量值替换GNSS测量值来校正INS固有的积累误差，”并不能解决即使GNSS有效，INS/GNSS惯性检测小车也无法满足轨道外部几何参数测量值达到毫米级精度要求的问题。该专利认为在INS/GNSS的测量方式下，只要GNSS有效就可满足轨道几何参数测量精度要求，认为：“GNSS提供的高频(大于1Hz)高精度的三维位置和速度信息，是对INS最关键也是最佳的校正信息，对于长时间维持和保证INS的相对测量精度至关重要”，“本发明在GNSS信号长时间中断时，采用全站仪的测量值替换GNSS测量值来校正INS固有的积累误差，确保轨道几何状态的精准测量”，理论和实践证明：INS/GNSS测量方式的定位精度为cm级，无法达到mm级，目前的技术水平无法得出：“在INS/GNSS的测量方式下，只要GNSS有效就可满足轨道全部几何参数测量精度要求”的结论。CN103821054B中国专利的技术方案并不能解决存在的全部问题。该专利“采用全站仪对轨道测量小车或轨道特定断面(特定轨枕处)进行测量”，其方法也非最优。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明提供一种基于INS/GNSS与全站仪组合使用的轨道几何参数测量系统及方法。包括：T型车体组件、INS/GNSS惯性传感器组件/导航卫星接收天线移动站组件、导航卫星接收天线基站组件、全站仪组件、反射镜组件、轨距测量组件、高精度里程计组件、推杆组件、测量系统控制计算机组件。