基于GNSS的铁路轨道测量方法、系统、装置及介质 |
|||||||
申请号 | CN202210712882.9 | 申请日 | 2022-06-22 | 公开(公告)号 | CN115183794B | 公开(公告)日 | 2024-04-16 |
申请人 | 广州大铁锐威科技有限公司; | 发明人 | 刘毅; 伍艳良; 马传松; 杨富炜; 王义; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了一种基于GNSS的 铁 路轨道测量方法、系统、装置及介质,包括:获取GNSS基准站发送的差分 信号 以及GNSS流动站发送的测量信号;其中,所述GNSS基准站分布在铁路两侧,所述GNSS流动站设置在沿 铁路轨道 中线移动的测量小车上;根据所述 差分信号 及所述测量信号计算当前 位置 在第一 坐标系 下的第一坐标;将所述第一坐标转换成第二坐标系下的第二坐标;其中,所述第一坐标和所述第二坐标均为三维坐标;根据所述第二坐标、线元起点的线路里程、线元起点的坐标及线元终点的坐标确定当前位置的线路里程。本发明 实施例 测量 精度 高,测量效率高,人工成本低,可广泛应用于轨道交通 定位 技术。 | ||||||
权利要求 | 1.一种基于GNSS的铁路轨道测量方法,其特征在于,包括: |
||||||
说明书全文 | 基于GNSS的铁路轨道测量方法、系统、装置及介质技术领域背景技术[0002] 现有普速铁路运营线路里程测量方法如下:每5年左右测量一次,使用50m长度的绝缘卷尺,以线路上某一里程为基准,采用人工拉链的形式进行标注。该测量方式存在以下缺点:测量过程受人为因素影响大、误差容易累计,不能满足普速线路精测精捣的使用要求,测量效率低,人工成本高。 发明内容[0004] 第一方面,本发明实施例提供了一种基于GNSS的铁路轨道测量方法,包括以下步骤: [0007] 将所述第一坐标转换成第二坐标系下的第二坐标;其中,所述第一坐标和所述第二坐标均为三维坐标; [0008] 根据所述第二坐标、线元起点的线路里程、线元起点的坐标及线元终点的坐标确定当前位置的线路里程。 [0009] 可选地,所述三维坐标包括平面坐标和高程,第一坐标的平面坐标通过以下方式转换成第二坐标的平面坐标: [0010] 确定第一坐标中的平面坐标与第二坐标中的平面坐标之间的转换计算公式,其中,所述转换计算公式中的未知参数包括平移参数、尺度变换因子及旋转矩阵; [0011] 根据已知的第一坐标系与第二坐标系的公共点确定所述未知参数; [0012] 根据所述第一坐标的平面坐标及确定未知参数后的转换计算公式计算第二坐标的平面坐标。 [0013] 可选地,所述转换计算公式如下: [0014] [0015] 其中, 表示第二坐标的平面坐标, 表示第一坐标的平面坐标, 表示平移参数,k表示尺度变换因子,R(ω)表示旋转矩阵。 [0016] 可选地,所述三维坐标包括平面坐标和高度坐标,第一坐标的高程通过以下方式转换成第二坐标的高程: [0017] 根据待测点的高程异常值与其平面坐标的关系式确定高程异常参数的计算公式; [0018] 根据所述高程异常参数的计算公式、已知位置的平面坐标及已知位置的高程异常值确定高程异常参数; [0019] 根据所述高程异常参数及第一坐标的平面坐标确定高程异常值; [0020] 根据第一坐标的高度坐标及所述高程异常值确定第二坐标的高程。 [0021] 可选地,所述高程异常参数的计算公式如下: [0022] A=(XTX)‑1XTδ0 [0023] 其中,A表示高程异常参数,X表示已知位置的平面坐标,δ0表示已知位置的高程异常值。可选地,高程异常值的计算公式如下: [0024] δ=X0A [0025] 其中,δ表示高程异常值,X0表示第一坐标的平面坐标。 [0026] 第二方面,本发明实施例提供了一种基于GNSS的铁路轨道测量系统,包括: [0027] 第一模块,用于获取GNSS基准站发送的差分信号以及GNSS流动站发送的测量信号;其中,所述GNSS基准站分布在铁路两侧,所述GNSS流动站设置在沿铁路轨道中线移动的测量小车上; [0028] 第二模块,用于根据所述差分信号及所述测量信号计算在当前位置在第一坐标系下的第一坐标; [0029] 第三模块,用于将所述第一坐标转换成第二坐标系下的第二坐标;其中,所述第一坐标和所述第二坐标均为三维坐标; [0030] 第四模块,用于根据所述第二坐标、线元起点的线路里程、线元起点的坐标及线元终点的坐标确定当前位置的线路里程。 [0031] 第三方面,本发明实施例提供了一种基于GNSS的铁路轨道测量装置,包括: [0032] 至少一个处理器; [0033] 至少一个存储器,用于存储至少一个程序; [0034] 当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行,使得所述至少一个处理器实现上述的方法。 [0035] 第四方面,本发明实施例提供了一种存储介质,其中存储有处理器可执行的程序,所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行上述的方法。 [0036] 第五方面,本发明实施例提供了一种基于GNSS的铁路轨道测量系统,包括测量小车,以及在所述测量小车上搭载的GNSS流动站、计算机设备和计程单元,其中,[0037] 所述GNSS流动站,用于实时接收卫星发送的测量信号并将所述测量信号发送给所述计算机设备; [0038] 所述计程单元,用于标记铁路轨道的里程和/或计算测量小车的移动路程; [0039] 所述计算机包括: [0040] 至少一个处理器; [0041] 至少一个存储器,用于存储至少一个程序; [0042] 当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行,使得所述至少一个处理器实现上述的方法。 [0043] 实施本发明实施例包括以下有益效果:本实施例中根据GNSS基准站发送的差分信号以及GNSS流动站发送的测量信号当前位置在第一坐标系下的第一坐标,将第一坐标转换成第二坐标,根据第二坐标、线元起点和线元终点确定当前位置的线路里程,GNSS流动站设置在沿铁路轨道中线移动的测量小车上,移动测量小车即可以完成对铁路轨道的测量;测量过程采用GNSS,受人工影响因素小,无累计测量误差,无需多人测量;因此,测量精度高,测量效率高,人工成本低。附图说明 [0044] 图1是本发明实施例提供的一种基于GNSS的铁路轨道测量方法的步骤流程示意图; [0045] 图2是本发明实施例提供的铁路轨道某段线元的结构示意图; [0046] 图3是本发明实施例提供的一种基于GNSS的铁路轨道测量系统的结构框图; [0047] 图4是本发明实施例提供的一种基于GNSS的铁路轨道测量装置的结构框图; [0048] 图5是本发明实施例提供的一种基于GNSS的铁路轨道测量系统的另一种结构框图。 具体实施方式[0049] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号,其仅为了便于阐述说明而设置,对步骤之间的顺序不做任何限定,实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。 [0050] GNSS的全称是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System),泛指所有的卫星导航系统。运营普速铁路沿线构建GNSS(北斗+GPS导航卫星)基准站控制网,能够实时发送差分信号,GNSS基准站沿铁路线路布设,间距15~20km,全线所有的GNSS基准站构成GNSS基准站网。由数据服务中心通过加密网络播发差分信号,通过GNSS流动站接收GNSS原始观测数据,同时接收GNSS基准站网差分信号,计算出当前测量小车所在位置坐标,最后将坐标投影到线路设计中线上,得到测量小车当前里程位置。 [0051] 如图1所示,本发明实施例提供了一种基于GNSS的铁路轨道测量方法,其包括的步骤S100至S400。 [0052] S100、获取GNSS基准站发送的差分信号以及GNSS流动站发送的测量信号;其中,所述GNSS基准站分布在铁路两侧,所述GNSS流动站设置在沿铁路轨道中线移动的测量小车上。 [0053] 需要说明的是,GNSS基准站的位置根据需求设置,本实施例不做具体限制,如GNSS基准站设置在隧道区段的进出口,卫星信号薄弱的位置,车站附近等。 [0054] 具体地,GNSS设备接收的卫星信息包括卫星的星历、工作状态、时钟修正、电离层时延修正、大气折射改正以及由C/A码捕获P码的导航信息等。 [0055] S200、根据所述差分信号及所述测量信号计算当前位置在第一坐标系下的第一坐标。 [0056] 需要说明的是,第一坐标系指wgs84坐标系,包括坐标(Xwgs84、Ywgs84、Zwgs84)。根据现有相关技术,根据GNSS基准站发送的差分信号及GNSS流动站发送的测量信号计算当前位置在第一坐标系下的第一坐标。 [0057] S300、将所述第一坐标转换成第二坐标系下的第二坐标;其中,所述第一坐标和所述第二坐标均为三维坐标。 [0058] 需要说明的是,第二坐标系为GCGS2000地理坐标系的(x,y,z)。 [0059] 可选地,所述三维坐标包括平面坐标和高度坐标,第一坐标的平面坐标通过以下方式转换成第二坐标的平面坐标: [0060] S310、确定第一坐标中的平面坐标与第二坐标中的平面坐标之间的转换计算公式,其中,所述转换计算公式中的未知参数包括平移参数、尺度变换因子及旋转矩阵。 [0061] 可选地,所述转换计算公式如下: [0062] [0063] 其中, 表示第二坐标的平面坐标, 表示第一坐标的平面坐标, 表示平移参数,k表示尺度变换因子,R(ω)表示旋转矩阵。 [0064] S320、根据已知的第一坐标系与第二坐标系的公共点确定所述未知参数。 [0065] 具体地,已知的第一坐标系与第二坐标系的公共点的数量不少于4个,将第一坐标系与第二坐标系的公共点的坐标数据代入到公式(1)中可计算得到转换计算公式中的未知参数。 [0066] S330、根据所述第一坐标的平面坐标及确定未知参数后的转换计算公式计算第二坐标的平面坐标。 [0067] 具体地,将转换计算公式中的未知参数替换成以计算确定的未知参数值,并将第一坐标的平面坐标代入到公式(1)中即可得到第二坐标的平面坐标。 [0068] 需要说明的是,wgs84坐标系的高程Zwgs84通过二次曲面高程拟合转换到GCGS2000地理坐标系的正常高,需经过二次曲面高程拟合过程,具体如下。 [0069] 可选地,所述三维坐标包括平面坐标和高度坐标,第一坐标的高度坐标通过以下方式转换成第二坐标的高度坐标: [0070] S340、根据待测点的高程异常值与其平面坐标的关系式确定高程异常参数的计算公式。具体地,假设待测点的高程异常值为δ与其平面坐标(x,y)存在以下关系式: [0071] V=XA‑δ0 (2) [0072] 上式可以理解为:残差(V)=测量值(XA)–已知值(δ0) [0073] 式中: [0075] 可选地,所述高程异常参数的计算公式如下: [0076] A=(XTX)‑1XTδ0 (3) [0077] 其中,A表示高程异常参数,X表示已知位置的平面坐标,δ0表示已知位置的高程异常值。 [0078] S350、根据所述高程异常参数的计算公式、已知位置的平面坐标及已知位置的高程异常值确定高程异常参数。 [0079] 具体地,已知位置的平面坐标及已知位置的高程异常值可以是已知点的WGS84数0 据(设计院或路局提供的设计数据),将已知位置的平面坐标X及已知位置的高程异常值δ代入到公式(3)中计算得到高程异常参数A。 [0080] S360、根据所述高程异常参数及第一坐标的平面坐标确定高程异常值。 [0081] 可选地,高程异常值的计算公式如下: [0082] δ=X0A (4) [0083] 其中,δ表示高程异常值,X0表示第一坐标的平面坐标。 [0084] 具体地,将高程异常参数A、WGS84坐标系下轨道测量坐标值X0代入到公式(4)计算得到高程异常值δ。 [0085] S370、根据第一坐标的高度坐标及所述高程异常值确定第二坐标的高度坐标。 [0086] z=Zwgs84‑δ (5) [0087] 其中,z表示第二坐标GCGS2000地理坐标系的高度坐标,Zwgs84是第一坐标WGS84坐标系的高程值(高度坐标)。将高程异常值δ及第一坐标的高度坐标Zwgs84代入到公式(5)计算得到第二坐标的高度坐标z。 [0088] S400、根据所述第二坐标、线元起点的线路里程、线元起点的坐标及线元终点的坐标确定当前位置的线路里程。 [0089] 具体地,参阅图2,图2是铁路某段线元示意图,A(xA,yA)为线元起点,B(xB,yB)为线元终点,其设计里程分别为MA、MB,P(xP,yP)为小车当前位置点,P的坐标表示第二坐标,D(xD,yD)为小车投影到铁路中线的垂足点,则D点的里程则是小车当前位置的线路里程,计算公式为 [0090] MD=MA+SAD (6) [0091] 其中,SAD为A到D的距离。 [0092] 实施本发明实施例包括以下有益效果:本实施例中根据GNSS基准站发送的差分信号以及GNSS流动站发送的测量信号当前位置在第一坐标系下的第一坐标,将第一坐标转换成第二坐标,根据第二坐标、线元起点和线元终点确定当前位置的线路里程,GNSS流动站设置在沿铁路轨道中线移动的测量小车上,移动测量小车即可以完成对铁路轨道的测量;测量过程采用GNSS,受人工影响因素小,无累计测量误差,无需多人测量;因此,测量精度高,测量效率高,人工成本低。 [0093] 如图3所示,本发明实施例提供了一种基于GNSS的铁路轨道测量系统,包括: [0094] 第一模块,用于获取GNSS基准站发送的差分信号以及GNSS流动站发送的测量信号;其中,所述GNSS基准站分布在铁路两侧,所述GNSS流动站设置在沿铁路轨道中线移动的测量小车上; [0095] 第二模块,用于根据所述差分信号及所述测量信号计算在当前位置在第一坐标系下的第一坐标; [0096] 第三模块,用于将所述第一坐标转换成第二坐标系下的第二坐标;其中,所述第一坐标和所述第二坐标均为三维坐标; [0097] 第四模块,用于根据所述第二坐标、线元起点的线路里程、线元起点的坐标及线元终点的坐标确定当前位置的线路里程。 [0098] 可见,上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中,本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同,并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。 [0099] 如图4所示,本发明实施例提供了一种基于GNSS的铁路轨道测量装置,包括: [0100] 至少一个处理器; [0101] 至少一个存储器,用于存储至少一个程序; [0102] 当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行,使得所述至少一个处理器实现上述的方法。 [0103] 可见,上述方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中,本装置实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同,并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。 [0104] 此外,本申请实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序,计算机程序产品或计算机程序存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机程序,处理器执行该计算机程序,使得该计算机设备执行图上述的方法。同样地,上述方法实施例中的内容均适用于本存储介质实施例中,本存储介质实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同,并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。 [0105] 如图5所示,本发明实施例提供了一种基于GNSS的铁路轨道测量系统,包括测量小车,以及在所述测量小车上搭载的GNSS流动站1‑1、计算机设备1‑2和计程单元1‑3,其中,[0106] 所述GNSS流动站1‑1,用于实时接收卫星发送的测量信号并将所述测量信号发送给所述计算机设备; [0107] 所述计程单元1‑3,用于标记铁路轨道的里程和/或计算测量小车的移动路程; [0108] 所述计算机设备1‑2包括: [0109] 至少一个处理器; [0110] 至少一个存储器,用于存储至少一个程序; [0111] 当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行,使得所述至少一个处理器实现上述的方法。 [0112] 具体地,而对于所述计算机设备,其可为不同类型的电子设备,包含但不限于有台式电脑、手提电脑等终端。计算机设备内预先载入轨道中线设计参数并实时接收GNSS基准站发送的差分信号和GNSS流动站发送的测量信号,并实时计算测量小车当前位置的线路里程。 [0113] 具体地,计程单元标记的内容包括线路里程、曲线四大桩点、竖曲线起终点等信息,如四大桩直缓点(ZH)、缓圆点(HY)、圆缓点(YH)、缓直点(HZ)的里程分别为MZH、MHY、MYH、MHZ;竖曲线起终点里程分别是Mls、Mle。测量小车在铁路轨道上推行,根据式(6)实时计算测量小车当前里程MD,当MD等于四大桩或竖曲线起终点某点里程时,则在当前钢轨位置标记里程及特征点类型属性。 [0114] 另外,当测量小车上搭载的GNSS流动站未收到GNSS信号的时候(如进入隧道、山坡遮挡),通过计程单元采集里程数据确定测量小车推行的距离及其速度信息。实现方法包括多种,如:在行走轮上安装一块12齿的铁质码盘,并在车体上安装码盘探头,当测量小车推行时带动码盘旋转,码盘探头不断记录码盘的脉冲数量,本申请中每12个脉冲数则为行走轮的周长0.2513米。通过计程单元确定测量小车推行的距离及其速度信息的精度在可接受范围内。 [0115] 可见,上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中,本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同,并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。 |