一種動態(tài)環(huán)境下軌道檢測平臺的三維定位定姿方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測繪技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種動態(tài)環(huán)境下軌道檢測平臺的三維定位定姿方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市軌道交通也進(jìn)入大發(fā)展時期。當(dāng)前城市軌道交通發(fā)展迅速，通車?yán)锍涕L，列車運行速度快、密度高，對于列車運行的安全性要求越來越高，提高城市軌道交通檢測的快速性、準(zhǔn)確性、高效性具有重要意義。軌道和隧道是影響列車運行安全的兩個重要因素，因此利用軌道檢測裝備對鐵路和隧道的狀態(tài)、病害進(jìn)行精確、快速地測量和檢測是確保列車運行安全的必要途徑。
[0003]城市軌道交通隧道環(huán)境下軌檢系統(tǒng)的高精度動態(tài)三維定位定姿方法，是實現(xiàn)城市軌道快速、連續(xù)、可靠檢測的關(guān)鍵技術(shù)。城市軌道交通隧道環(huán)境下軌檢系統(tǒng)在軌道移動平臺上集成激光慣導(dǎo)(INS)、里程計(0D)、激光掃描儀、線結(jié)構(gòu)光激光掃描儀、CCD相機等多傳感器，實現(xiàn)城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施全斷面信息的快速獲取。基于此信息對城市軌道狀態(tài)的實時自動化分析，為城市軌道交通安全運營提供及時可靠的軌道狀態(tài)信息與技術(shù)保障。
[0004]目前軌道檢測設(shè)備主要圍繞著兩個典型的研發(fā)方向，一個是以高精度軌檢小車為代表，一個是以綜合軌檢車為代表。軌檢小車?yán)萌緝x(測量機器人)對鐵路沿線的控制點進(jìn)行觀測建立空間基準(zhǔn)，然后對軌道的幾何狀態(tài)進(jìn)行檢測。動態(tài)軌檢平臺的三維空間基準(zhǔn)是整個軌道檢測系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其測量精度直接決定了軌道結(jié)構(gòu)檢測系統(tǒng)的精度與可靠性。但是城市地鐵隧道環(huán)境對GNSS(全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))信號形成了遮擋，GNSS/INS的組合定位定姿方法會受到很大的影響，不能滿足檢測系統(tǒng)的精度和效率要求。
[0005]因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種動態(tài)環(huán)境下軌道檢測平臺的三維定位定姿方法及系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中城市地鐵隧道環(huán)境對GNSS信號形成的遮擋，使得GNSS/INS的組合定位定姿方法受到很大的影響，不能滿足檢測系統(tǒng)的精度和效率要求的問題。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案:
一種動態(tài)環(huán)境下軌道檢測平臺的三維定位定姿方法，其中，所述方法包括以下步驟:
A、對雙目立體相機的左右相機的相對空間位置姿態(tài)進(jìn)行標(biāo)定；
B、對雙目立體相機與激光慣導(dǎo)之間的相對位置姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定；
C、根據(jù)雙目立體相機對CPIII控制點進(jìn)行拍照獲取多張控制點圖片，并根據(jù)立體后交得到雙目立體相機的位置和姿態(tài)；
D、將雙目立體相機的位置和姿態(tài)作為帶權(quán)觀測值輸入INS/0D導(dǎo)航系統(tǒng)，并進(jìn)行濾波、平滑及內(nèi)插處理，得到軌道檢測平臺的位置和姿態(tài);其中，所述INS/0D導(dǎo)航系統(tǒng)為慣導(dǎo)/里程計導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0008]所述動態(tài)環(huán)境下軌道檢測平臺的三維定位定姿方法，其中，所述步驟A具體包括:
Al、雙目立體相機對已建立的三維相機標(biāo)定場進(jìn)行拍照，獲取多對觀測位置各不相同的立體像對；
A2、獲取每一立體像對的像點坐標(biāo)，根據(jù)立體像對的像點坐標(biāo)及與像點坐標(biāo)相對應(yīng)控制點的三維坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定，并根據(jù)光束法平差算法獲取雙目立體相機中每一相機內(nèi)參數(shù)、畸變系數(shù)及左右相機的相對位置姿態(tài)參數(shù)。
[0009]所述動態(tài)環(huán)境下軌道檢測平臺的三維定位定姿方法，其中，所述步驟B中通過同一時刻雙目立體相機的位置和姿態(tài)與GNSS/INS導(dǎo)航系統(tǒng)得到的位置和姿態(tài)進(jìn)行比對，標(biāo)定雙目立體相機坐標(biāo)系到慣導(dǎo)載體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系;其中GNSS/INS導(dǎo)航系統(tǒng)為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)/慣導(dǎo)組合導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0010]所述動態(tài)環(huán)境下軌道檢測平臺的三維定位定姿方法，其中，所述步驟C具體包括:
Cl、通過雙目立體相機獲取軌道上預(yù)先設(shè)置的多個控制點的CPIII坐標(biāo)；
C2、獲取每一控制點上標(biāo)靶的像點坐標(biāo)；
C3、將標(biāo)靶的像點坐標(biāo)與對應(yīng)的控制點的CPIII坐標(biāo)進(jìn)行立體后交，得到雙目立體相機的位置和姿態(tài)，及與雙目立體相機的位置和姿態(tài)相對應(yīng)的精度。
[0011]所述動態(tài)環(huán)境下軌道檢測平臺的三維定位定姿方法，其中，所述步驟D具體包括:
Dl、通過卡爾曼松組合濾波，將雙目立體相機的位置和姿態(tài)作為帶權(quán)觀測值輸入INS/
OD導(dǎo)航系統(tǒng)，得到INS/0D導(dǎo)航系統(tǒng)的位置和姿態(tài)；
D2、對INS/0D導(dǎo)航系統(tǒng)的位置和姿態(tài)進(jìn)行反向平滑處理及內(nèi)插，得到軌道檢測平臺的位置和姿態(tài)。
[0012]一種動態(tài)環(huán)境下軌道檢測平臺的三維定位定姿系統(tǒng)，其中，包括:
相機標(biāo)定模塊，用于對雙目立體相機的左右相機的相對空間位置姿態(tài)進(jìn)行標(biāo)定；
視準(zhǔn)角標(biāo)定模塊，用于對雙目立體相機與激光慣導(dǎo)之間的相對位置姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定；
雙目視覺定位定姿模塊，用于根據(jù)雙目立體相機對CPIII控制點進(jìn)行拍照獲取多張控制點圖片，并根據(jù)立體后交得到雙目立體相機的位置和姿態(tài)；
雙目視覺輔助INS/0D定位定姿模塊，用于將雙目立體相機的位置和姿態(tài)作為帶權(quán)觀測值輸入INS/0D導(dǎo)航系統(tǒng)，并進(jìn)行濾波、平滑及內(nèi)插處理，得到軌道檢測平臺的位置和姿態(tài)；其中，所述INS/0D導(dǎo)航系統(tǒng)為慣導(dǎo)/里程計導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0013]所述動態(tài)環(huán)境下軌道檢測平臺的三維定位定姿系統(tǒng)，其中，所述相機標(biāo)定模塊具體包括:
立體像對獲取單元，用于雙目立體相機對已建立的三維相機標(biāo)定場進(jìn)行拍照，獲取多對觀測位置各不相同的立體像對；
雙目立體相機標(biāo)定單元，用于獲取每一立體像對的像點坐標(biāo)，根據(jù)立體像對的像點坐標(biāo)及與像點坐標(biāo)相對應(yīng)控制點的三維坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定，并根據(jù)光束法平差算法獲取雙目立體相機中每一相機內(nèi)參數(shù)、畸變系數(shù)及左右相機的相對位置姿態(tài)參數(shù)。
[0014]所述動態(tài)環(huán)境下軌道檢測平臺的三維定位定姿系統(tǒng)，其中，所述視準(zhǔn)角標(biāo)定模塊中通過同一時刻雙目立體相機的位置和姿態(tài)與GNSS/INS導(dǎo)航系統(tǒng)得到的位置和姿態(tài)進(jìn)行比對，標(biāo)定雙目立體相機坐標(biāo)系到慣導(dǎo)載體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系;其中GNSS/INS導(dǎo)航系統(tǒng)為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)/慣導(dǎo)組合導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0015]所述動態(tài)環(huán)境下軌道檢測平臺的三維定位定姿系統(tǒng)，其中，所述雙目視覺定位定姿模塊具體包括:
控制點獲取單元，用于通過雙目立體相機獲取軌道上預(yù)先設(shè)置的多個控制點的CPIII坐標(biāo)；
像點坐標(biāo)獲取單元，用于獲取每一控制點上標(biāo)革E的像點坐標(biāo)；
定位定姿單元，用于將標(biāo)革E的像點坐標(biāo)與對應(yīng)的控制點的CPIII坐標(biāo)進(jìn)行立體后交，得到雙目立體相機的位置和姿態(tài)，及與雙目立體相機的位置和姿態(tài)相對應(yīng)的精度。
[0016]所述動態(tài)環(huán)境下軌道檢測平臺的三維定位定姿系統(tǒng)，其中，所述雙目視覺輔助INS/0D定位定姿模塊具體包括:
濾波單元，用于通過卡爾曼松組合濾波，將雙目立體相機的位置和姿態(tài)作為帶權(quán)觀測值輸入INS/0D導(dǎo)航系統(tǒng)，得到INS/0D導(dǎo)航系統(tǒng)的位置和姿態(tài)；
平滑單元，用于對INS/0D導(dǎo)航系統(tǒng)的位置和姿態(tài)進(jìn)行反向平滑處理及內(nèi)插，得到軌道檢測平臺的位置和姿態(tài)。
[0017]本發(fā)明所述的動態(tài)環(huán)境下軌道檢測平臺的三維定位定姿方法及系統(tǒng)，方法包括:對雙目立體相機的左右相機的相對空間位置姿態(tài)進(jìn)行標(biāo)定;對雙目立體相機與激光慣導(dǎo)之間的相對位置姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定;根據(jù)雙目立體相機對CPIII控制點進(jìn)行拍照獲取多張控制點圖片，并根據(jù)立體后交得到雙目立體相機的位置和姿態(tài);將雙目立體相機的位置和姿態(tài)作為帶權(quán)觀測值輸入INS/0D導(dǎo)航系統(tǒng)，并進(jìn)行濾波、平滑及內(nèi)插處理，得到軌道檢測平臺的位置和姿態(tài)。本發(fā)明通過視覺的方法將軌道線路高精度控制網(wǎng)數(shù)據(jù)與慣導(dǎo)/里程計(INS/0D)數(shù)